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用重建心阻抗图测量心脏耗氧量的初步探讨

更新时间:2009-03-28

肺量计可以测量整个人体的耗氧量,但不能单独测量心脏耗氧量[1-2]。基于Fick原理的直接法虽然是测量心脏耗氧量的“金标准”,但需要将心导管插入心脏,有创伤性,术后可能出现心包出血、心律不齐等[3],不能用于常规检测。近年来有人利用MRI技术测量心肌耗氧量,但仍处于可行性摸索阶段[4]。心阻抗图是一种无损伤测量技术,有诸多优点,已被广泛用于测量心功能和血流动力学监测[5-7]。本文提出了一种用重建心阻抗图测量心脏耗氧量的方法,并对180例正常成人进行了测量和统计分析,现将结果报告如下。

1 资料与方法

1.1 计算方法

1)心脏所做总功的计算方法。

由生理学知,心脏的做功效率(η)等于心脏所做外功耗费的能量(CWO)与心脏活动耗费的总能量(CWT)之比[1],即

η=CWOCWT

(1)

由上式可得到总能量的计算公式,

CVO=CWT20.34

CWT=CWOη

(2)

区域上,沉积盆地发生显著分异,花垣—保靖—张家界一线为界,北西为碳酸盐台地环境,南东为斜坡环境深水陆棚环境,该线一带为碳酸盐台地边缘堡礁带环境(见图2)。

CWO=0.133Pm·CO

(3)

其中:CWO的单位为J·min-1Pm是平均血压,在医学上所用的平均血压,近似地等于1/3收缩压(Ps)与2/3舒张压(Pd)之和[2],mmHg;CO是每分心输出量,L·min-1。常数0.133是推导过程中单位换算引入的。对于式(2)中的心脏做功效率η,可用下面的经验公式计算(详见同期发表的“用重建心阻抗图测量心脏效率和内功的初步研究”一文),即

η=0.825-0.037Pm-0.2011/EF

2.具有较高的可信度。大多数高校辅导员的年龄、知识背景、生活阅历等方面和大学生比较接近,较易赢得大学生的信任,也容易凭借角色优势与学生进行沟通,帮助学生进行客观分析,使他们克服困难,走出误区。

(4)

式中:Pm为平均血压,EF为射血分数,数字0.825、0.037、0.201是统计分析中引入的,其中0.825、0.201无单位,0.037的单位为mmHg-1/2

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2)心脏耗氧量的计算方法。

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对于180例正常成人心脏的每分耗氧量CVO、耗氧量指数CVI,分性别、年龄组进行了统计分析,结果列于表1(为便于对比分析,表中也列出了心脏总功CWT和总功指数CWTI的统计结果)。从表1中可以看出:

20.34CWT=1CVO

由上式可得到对应于总功CWT的耗氧量,即

目前,我国人民群众的环保诉求日益提高,生态环境在群众幸福指数中的地位不断凸显,改善环境质量不仅仅是简单的环保问题,更是严肃的政治问题、重要的经济问题和重大的民生问题。汽车维修行业作为“汽车医院”,对超标排放车辆维修治理具有先天优势,具有重要作用,可以主动承担社会责任,可以大有作为。实施I/M制度可使排放超标车辆得到真正治理,进而有效降低汽车尾气排放,达到改善区域空气质量的目的,这是利国利民的大事,是行业勇于承担社会责任的重要体现,也有助于提升整个行业在经济社会生活中的地位和形象。

(5)

式中CVO的单位为mL,CWT的单位为J。

在斑岩型钼矿床中,其矿田分布经常与深大断裂与区域性大断裂交汇构造密切相关,而矿床往往产在次一级的旁侧羽状断裂中[9]。如金堆城矿区,在其南部的震旦系地层中,有一条区域性的构造裂隙。而通过矿区控制矿体产出的是次一级的一条北北西向断裂;又如吉林前撮落矿区东部有一条北东向的区域性断裂,而通过矿区中部富矿地段有一个东西向的破碎带;河南汝阳东沟矿区就位于北西向深大断裂与北东向区域断裂的交汇点上。

为了便于不同个体之间的比较,本课题组引入耗氧量指数(CVI),它等于上述每分耗氧量CVO除以每分心输出量CO,即

根据医用物理学[3],心脏在1 min内所做的外功可以用下式计算,

CWTI=CWTCO

(6)

式中CVI的单位为mL·L-1。心脏总功指数CWTI等于总功CWT除以每分心输出量CO,即

CVI=CVOCO

(7)

式中总功指数CWTI的单位为J·L-1

从上面各式可知,测算时,先用式(3)和(4)分别计算出外功CWO和心脏做功效率η,将它们代入式(2)计算总功CWT,然后再利用式(5)、(6)和(7),分别计算CVO、CVI和CWTI。

1.2 测量方法和仪器

所得数据用±s表示,采用SPSS12.0软件包统计分析,对于同一指标两均数的比较,用t检验,以P<0.05为差异有统计学意义。

  

图1 阻抗检测电极的放置方法

仪器为本课题组研制的心阻抗图波形重建装置[8]。按该仪器的操作要求,测量前先将人体的身高、体质量、颈围、胸围、血压等参数输入计算机。测量时,受检者取仰卧位,按图1的方法安放电极。之后,进入观察各道波形图和基础阻抗,待稳定后,令受检者暂停呼吸几秒钟,计算机同步采集和显示六个导联的胸部体表阻抗变化和基础阻抗,以及心电图和心音图,记录完成后存盘。然后,选出连续的4个心动周期的心电图Q波起点和相应的第二心音S2,经计算机波形重建处理和软件微分后,可得到重建心阻抗微分图,并测量其中主动脉阻抗变化分量微分图的相关波幅和时相参数,利用1.1中的相关公式,计算机自动算出每分心输出量CO、心脏做功效率η、外功CWO、总功CWT、总功指数CWTI、每分耗氧量CVO、耗氧量CVI等心功能数据。

1.3 测量对象

测量对象为180例正常成年人(包括学生、教师、行政办公人员、从事体力劳动的工人等),2016年9月至2017年8月在南昌理工学院接受测量,按照WHO分组规则,分成3个年龄组,各年龄组内男女各30例:青年组18~44岁,平均(32.2±7.2)岁;中年组45~59岁,平均(51.4±4.2)岁;老年组60~78岁,平均(67.0±4.0)岁。所有受检者经询问病史、心电图、血压、心率和体格检查,均属正常。血压要求:舒张压,青年组≤85 mmHg,中、老年组≤90 mmHg;收缩压,青年组≤130 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa),中、老年组≤140 mmHg;另外,舒张压不低于65 mmHg,收缩压不低于95 mmHg。

1.4 统计学方法

采用15个电极构成的六导联检测胸部体表阻抗变化[8],如图1所示。有效值恒定的高频电流通过电流电极I1I2送入人体胸部。阻抗检测电极为一次性Ag/AgCl圆盘电极[9],其中颈电极E1、E2、E3、E4、E5、E6位于颈根部,胸电极位于胸部剑突下缘水平。

在激烈的市场环境下,许多工程企业对其自身的发展战略缺少清楚的定位,存在严重的清楚不够情况。[2]因此,在应用KPI分解战略目标时,通常会出现关键指标和战略目标相脱离的情况,进而导致KPI的有效作用被弱化,最终导致企业绩效管理工作和战略目标很难契合,存在脱离的情况。

2 结果

由生理学知,心脏的耗氧量与心脏的做功量是平行的,它们之间在数值上有一一对应的比例关系。某种营养物质在体内氧化时消耗1 L氧气所产生的热量,称为该物质的氧热价。在一般情况下,人们吃的是混合食物,呼吸商为0.85,与此对应的氧热价平均值为20.34 kJ·L-1。如果单位改为J·mL-1,该氧热价可改写为20.34 J·mL-1,也就是说,20.34 J的热量按比例对应于1 mL的氧。假设对应于上面心脏所做总功CWT的耗氧量为CVO,那么可以建立以下比例等式[2]

1)心脏每分耗氧量、耗氧量指数均随着年龄的增大而增加,且青年组的测量结果显著小于老年组(P<0.001)。

2)对于心脏每分耗氧量,男性组的测量结果显著大于女性组(P<0.001),但对于耗氧量指数,男性组与女性组测值之间差异无统计学意义(P>0.05)。

 

表1 180例正常成人心脏所做总功和耗氧量的测量结果 ±s

  

组别性别nCWT/(J·min-1)CWTI/(J·min-1)CVO/(L·min-1)CVI/(mL·L-1)青年组男+女30+30287.0±55.0a47.6±6.9a14.2±2.7a2.36±0.34a中年组男+女30+30311.9±76.552.9±8.815.4±3.82.61±0.38老年组男+女30+30338.0±78.9b60.5±10.3b16.6±3.9b2.98±0.51b合计男90341.1±76.5c55.0±10.6e16.6±3.8c2.72±0.53e女90284.1±59.0d52.3±9.5f14.4±2.9d2.59±0.48f男+女90+90312.3±73.653.7±9.915.4±3.62.64±0.49

abP<0.001,cdP<0.001,efP>0.05。

3 讨论

从式(2)和式(3)可以看出,心脏总功CWT是基于外功CWO计算得到的,而外功又等于心输出量(CO)与平均血压(Pm)的乘积[7]。在传统心阻抗图心功能测量中,心输出量用Kubicek心搏出量公式计算。但大量的检测表明,该公式存在3个问题:1)参加计算心搏出量的波形参数是从胸部体表左、右心循环共同产生的混合阻抗变化波形图中得到的,测量结果既有左心的作用,又有右心的作用,用于评价心功能,缺乏唯一性;2)对于胸围大(或体质量大)的受试者,测量的心输出量偏低,而对于胸围小(或体质量小)的受试者,测量的心输出量偏高;3)测量结果的离散性大,高者特别高,低者特别低,正常值与异常值的交叉范围宽。因而用传统阻抗法测量心输出量的可靠性比较差,自然由它计算得到的心脏总功和耗氧量的可靠性也比较差。

本文通过波形重建,从胸部体表的六导联的混合阻抗变化中分离得到了主动脉(AO)、左侧肺部血管(PL)、右侧肺部血管(PR)、左心室(LV)和右心室(RV)的阻抗变化分量[9]。虽然,这些分量也是胸部体表阻抗变化的波形图,但它不是混合阻抗信号,具有唯一性,与直接从胸部体表测得的传统心阻抗图有着本质的不同。本文利用其中的主动脉阻抗变化分量AO的相关波幅和时相参数来计算心脏总功和耗氧量,可以解决传统心阻抗图的非唯一性问题。另外,还采用包含胸围参数的平方根公式计算心输出量,进而计算心脏总功和耗氧量。其中胸围可以补偿胸围对计算心输出量的影响,平方根运算可以压缩测量结果的离散性,从而提高测量的可靠性。

由生理学可知,心肌的耗氧量与心肌的做功量是平行的[1-2]。这就是说,当心脏做功增加时,它的耗氧量也增加;反之,当心脏做功减少时,它的耗氧量也减少。基于这一论点,本文利用生理学能量代谢中的氧热价,即耗氧量与热量等当量的概念,提出了计算心脏耗氧量表达式(5)。从表1的测量结果可以看出,利用式(5)测量的心脏总功、总功指数、每分耗氧量、耗氧量指数都随着年龄的增大而增加,且在青年组与老年组之间有显著差异(P<0.001)。这表明,本文测量的心脏耗氧量与总功的变化趋势是平行的,测量结果与生理学的论述是一致的。

四是投资动力依然不足。1~9月,化学原料和化学制品制造业投资虽然出现触底回升迹象,但增速只有1.7%,低迷局面没有根本改变。从目前情况看,化工行业投资实现趋势性回升,尚待观察。

由于个体的差异,每分耗氧量不便于不同个体之间的比较。例如,表1中90例正常男性的心脏每分耗氧量为(16.8±3.8)mL·min-1,而90例女性的每分耗氧量为(14.0±2.9)mL·min-1,两者每分耗氧量之间有显著差异(P<0.001)。为此,本文引入了心脏耗氧量指数CVI,它是心脏输出1 L血量所对应的心脏做功量。从表1可知,男性的CVI为(2.72±0.53)mL·L-1,女性的CVI为(2.59±0.48)mL·L-1,两者的耗氧量指数差异无统计学意义(P>0.05)。

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根据医学统计学确定正常值的方法和表1中的测量结果,心脏耗氧量指数的正常值<3.6 mL·L-1。另外,笔者还利用本文方法测量了部分心脏病患者的耗氧量指数,51例高血压病患者的均值为(4.85±1.83)mL·L-1,58例冠心病患者的均值为(3.50±0.70)mL·L-1,72例心功能不全患者的均值为(4.14±1.52)mL·L-1。这些患者的CVI与表1中老年组的(2.98±0.51)mL·L-1相比较,3种患者的耗氧量指数都显著高于正常人(P<0.001)。这表明,本文测量心脏耗氧量的结果能够反映患者的实际情况。

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(责任编辑:钟荣梅)

 
况世江,赵慧,程晓玲,王自敏,张婷,况明星
《南昌大学学报(医学版)》2018年第01期文献

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