Ударный объём крови по формуле Старра — расчёт УО, МОК и сердечного индекса
Косвенная оценка ударного объёма сердца, минутного объёма крови и сердечного индекса по артериальному давлению, пульсу и возрасту — без эхокардиографии и другой аппаратуры.
- Полное название
- Расчёт ударного (систолического) объёма крови по формуле Старра с производными показателями — минутным объёмом крови (МОК) и сердечным индексом (СИ)
- Авторы
- I. Starr, T. G. Schnabel Jr., S. I. Askovitz, A. Schild, 1954 (формула Старра); сердечный индекс — общепринятый показатель, площадь поверхности тела — D. Du Bois, E. F. Du Bois, 1916
- Назначение
- Косвенная оценка ударного объёма сердца, минутного объёма крови и сердечного индекса по артериальному давлению, пульсу и возрасту — без эхокардиографии и другой аппаратуры.
- Контингент
- Взрослые и подростки в состоянии покоя. Формула выведена на людях в покое, поэтому сразу после нагрузки, при мерцательной аритмии и клапанных пороках она неприменима.
Формула Старра позволяет оценить ударный объём крови (УО) — количество крови, которое сердце выбрасывает за одно сокращение, — не измеряя его приборами, а рассчитывая по артериальному давлению и возрасту: УО = 90,97 + 0,54 × ПД − 0,57 × ДАД − 0,61 × В, где ПД = САД − ДАД. Умножив ударный объём на частоту пульса, получают минутный объём крови (МОК), а разделив МОК на площадь поверхности тела — сердечный индекс (СИ). Нужны только тонометр, секундомер, ростомер и весы. Введите в калькулятор давление и возраст обследуемых — он посчитает ударный объём каждому, даст M ± SD и Me [Q₁; Q₃], сравнит замеры «до / после» или две группы подходящим критерием и оформит таблицы для диплома. Минутный объём и сердечный индекс выводятся из ударного объёма по формулам, разобранным ниже.
Ударный объём — центральная характеристика насосной функции сердца. Измерить его напрямую можно эхокардиографией, методом Фика или термодилюцией, но в студенческой работе такой аппаратуры обычно нет. Айзек Старр с соавторами в 1954 году показали, что ударный объём в покое неплохо предсказывается тремя доступными величинами: пульсовым давлением, диастолическим давлением и возрастом. Так появился расчётный способ, который до сих пор стоит почти во всех отечественных практикумах по физиологии и спортивной медицине.
Из ударного объёма выводятся два показателя, которые в дипломах идут с ним в одной таблице. Минутный объём крови МОК = УО × ЧСС показывает, сколько крови сердце перекачивает за минуту. Сердечный индекс СИ = МОК ÷ площадь поверхности тела приводит минутный объём к размерам тела — без этого нельзя сравнивать между собой людей разного телосложения. Площадь поверхности считают по формуле Дюбуа.
Чем это отличается от соседних показателей. Пульсовое давление — исходная величина, которая лишь косвенно намекает на ударный объём; формула Старра переводит её в миллилитры. Коэффициент экономичности кровообращения (КЭК = ПД × ЧСС) — грубый суррогат минутного объёма в условных единицах, тогда как здесь МОК получается в литрах в минуту. То есть по одним и тем же измерениям АД и пульса три методики дают три разные величины, и в работе они не заменяют друг друга.
Зачем это в дипломе. Показатели центральной гемодинамики берут, чтобы описать функциональное состояние сердечно-сосудистой системы группы, сравнить спортсменов и не занимающихся спортом или показать сдвиг после оздоровительной программы. Типичный результат тренировки — экономизация: ударный объём растёт, пульс покоя падает, а минутный объём остаётся прежним или чуть снижается. Именно это сочетание и надо описывать, а не один показатель отдельно.
Онлайн-расчёт и генерация данных
БесплатноПосчитайте по своим данным или подберите правдоподобный набор для диплома — с таблицей и экспортом в Word.
Шаг 1. Что вам нужно?
Шкалы методики
Ударный объём крови (УО), мл
Основной показатель методики: расчётное количество крови, выбрасываемое за одно сокращение. Ориентир покоя у взрослого — 60–80 мл. Шкала прямая: в рабочем диапазоне больший ударный объём соответствует более экономичной работе сердца.
УО = 90,97 + 0,54 × ПД − 0,57 × ДАД − 0,61 × В, где ПД = САД − ДАД, В — возраст в годах
Минутный объём крови (МОК), л/мин
Сколько крови сердце перекачивает за минуту. Ориентир покоя — 4–6 л/мин. Показатель составной: одно и то же значение МОК получается и при большом УО с редким пульсом (тренированное сердце), и при малом УО с тахикардией.
МОК = УО × ЧСС (результат делят на 1000, чтобы получить литры в минуту)
Сердечный индекс (СИ), л/(мин·м²)
Минутный объём, приведённый к размерам тела: без такого приведения сравнивать людей разного телосложения нельзя. Клинический референс покоя — 2,5–4,0 л/(мин·м²), но при расчёте через формулу Старра у молодых и худощавых значения закономерно ниже.
СИ = МОК ÷ ППТ, где ППТ — площадь поверхности тела по Дюбуа: 0,007184 × рост(см)^0,725 × масса(кг)^0,425
Полный текст методики
Формула Старра — расчётный метод, а не опросник: испытуемому не задают вопросов, а измеряют давление, пульс и антропометрию, после чего считают по формуле. Ниже приведён порядок работы; в скачиваемый бланк вносят исходные измерения и полученные показатели.
Шкала ответов: УО = 90,97 + 0,54 × ПД − 0,57 × ДАД − 0,61 × В (мл); МОК = УО × ЧСС ÷ 1000 (л/мин); СИ = МОК ÷ ППТ (л/(мин·м²))
- 1.Обследуемый сидит спокойно 5–10 минут, не разговаривая; за час до измерения исключены кофе, курение и физическая нагрузка.
- 2.Измерьте артериальное давление тонометром сидя, рука на опоре на уровне сердца. Запишите систолическое давление САД, мм рт. ст.
- 3.Запишите диастолическое давление ДАД, мм рт. ст. Повторите измерение через 1–2 минуты и возьмите среднее из двух.
- 4.Подсчитайте частоту сердечных сокращений в покое за 60 секунд, уд/мин.
- 5.Запишите возраст обследуемого в полных годах.
- 6.Измерьте рост стоя ростомером без обуви (см) и массу тела на медицинских весах без верхней одежды (кг) — они нужны для сердечного индекса.
- 7.Рассчитайте пульсовое давление: ПД = САД − ДАД.
- 8.Рассчитайте ударный объём по формуле Старра: УО = 90,97 + 0,54 × ПД − 0,57 × ДАД − 0,61 × В, мл.
- 9.Рассчитайте минутный объём крови: МОК = УО × ЧСС ÷ 1000, л/мин.
- 10.Рассчитайте площадь поверхности тела по Дюбуа: ППТ = 0,007184 × рост(см)^0,725 × масса(кг)^0,425, м².
- 11.Рассчитайте сердечный индекс: СИ = МОК ÷ ППТ, л/(мин·м²).
- 12.Сопоставьте результаты с ориентирами: УО 60–80 мл, МОК 4–6 л/мин, СИ 2,5–4,0 л/(мин·м²) — и укажите в протоколе, какой вариант формулы Старра использован.
Ключи: как обрабатываются ответы
- 1Шаг 1. Дайте обследуемому спокойно посидеть 5–10 минут. За час до измерения исключаются кофе, курение и физическая нагрузка: формула выведена на людях в покое, и подставлять в неё цифры сразу после нагрузки нельзя.
- 2Шаг 2. Измерьте тонометром артериальное давление сидя, рука на опоре на уровне сердца. Запишите САД и ДАД в мм рт. ст. Сделайте два измерения с интервалом 1–2 минуты и возьмите среднее.
- 3Шаг 3. Посчитайте пульс за 60 секунд (или снимите ЧСС с тонометра) и запишите возраст в полных годах. Для сердечного индекса измерьте рост в сантиметрах и массу тела в килограммах.
- 4Шаг 4. Найдите пульсовое давление: ПД = САД − ДАД. Пример: при АД 118/74 ПД = 118 − 74 = 44 мм рт. ст.
- 5Шаг 5. Подставьте в формулу Старра: УО = 90,97 + 0,54 × ПД − 0,57 × ДАД − 0,61 × В. Пример для 19-летнего с АД 118/74: УО = 90,97 + 0,54 × 44 − 0,57 × 74 − 0,61 × 19 = 90,97 + 23,76 − 42,18 − 11,59 = 61,0 мл — в пределах ориентира 60–80 мл.
- 6Шаг 6. Рассчитайте минутный объём: МОК = УО × ЧСС ÷ 1000, л/мин. Продолжение примера при пульсе 76 уд/мин: МОК = 61,0 × 76 ÷ 1000 = 4,64 л/мин — в пределах ориентира 4–6 л/мин.
- 7Шаг 7. Для сердечного индекса найдите площадь поверхности тела по Дюбуа: ППТ = 0,007184 × рост(см)^0,725 × масса(кг)^0,425. При росте 178 см и массе 70 кг ППТ = 1,87 м².
- 8Шаг 8. Разделите минутный объём на площадь поверхности: СИ = МОК ÷ ППТ. В примере СИ = 4,64 ÷ 1,87 = 2,48 л/(мин·м²). Значение чуть ниже клинического референса 2,5–4,0 — для расчёта по Старру у худощавого юноши это ожидаемо и не означает патологии.
- 9Шаг 9. Оцените результат по шкале уровней и обязательно укажите в работе, каким вариантом формулы Старра вы пользовались: в пособиях встречаются три набора коэффициентов, и числа по ним расходятся примерно на 5–7 мл.
Как оценить результат
менее 50 мл
Заметно ниже ориентира
50–59 мл
Ниже ориентира
60–80 мл
В пределах ориентира
более 80 мл
Выше ориентира
Как обрабатывать математически
Единица измерения
УО — мл, МОК — л/мин, СИ — л/(мин·м²)
Тип шкалы
Количественная непрерывная → проверить нормальность
Как описывать
M ± SD либо медиана и квартили Me [Q₁; Q₃]
Основные критерии
Стьюдент / Вилкоксон / Манна-Уитни
УО, МОК и сердечный индекс — непрерывные количественные величины, поэтому при нормальном распределении корректны параметрические критерии (Стьюдента), а на малых выборках и при отклонении от нормальности — ранговые (Вилкоксона, Манна-Уитни). Нормальность проверяют критерием Шапиро-Уилка. Два важных предупреждения. Первое: три показателя связаны друг с другом (МОК = УО × ЧСС, СИ = МОК ÷ ППТ), поэтому это не три независимых доказательства, а один и тот же факт в трёх видах — вывод формулируют один. Второе: направление шкалы прямое, рост ударного объёма означает улучшение, но только в рабочем диапазоне; резко высокие значения интерпретируют отдельно.
Пошаговый план расчёта
- 1Измерьте у каждого обследуемого в покое систолическое (САД) и диастолическое (ДАД) давление, частоту пульса (ЧСС), а для сердечного индекса — рост и массу тела.
- 2Рассчитайте пульсовое давление ПД = САД − ДАД и подставьте его в формулу Старра: УО = 90,97 + 0,54 × ПД − 0,57 × ДАД − 0,61 × В (мл).
- 3Получите производные: МОК = УО × ЧСС ÷ 1000 (л/мин) и СИ = МОК ÷ ППТ, где ППТ — площадь поверхности тела по Дюбуа (м²).
- 4Опишите выборку: M ± SD или Me [Q₁; Q₃] по каждому показателю плюс распределение по уровням (сколько человек в пределах ориентира, сколько ниже).
- 5Проверьте нормальность (Шапиро-Уилк) и выберите критерий по дизайну исследования; оцените значимость сдвига или различия при p < 0,05.
- 6Сформулируйте вывод по совокупности: ударный объём и пульс покоя читают вместе, иначе рост УО при неизменном МОК останется незамеченным.
Какой критерий выбрать
Что ещё пригодится
Пример обработки результатов
В исследовании участвовали 10 студентов 18–20 лет, занимавшихся по программе оздоровительной аэробной тренировки 12 недель. До и после программы каждому измеряли АД и пульс в покое, ударный объём рассчитывали по формуле Старра (уравнение 59: УО = 90,97 + 0,54 × ПД − 0,57 × ДАД − 0,61 × В). Нужно проверить, значимо ли вырос ударный объём.
До: УО до, мл: 61,0 58,4 63,0 59,6 62,1 57,8 64,3 60,8 61,9 58,9
После: УО после, мл: 65,4 62,1 66,8 63,9 65,0 61,7 67,5 64,4 65,3 62,4
- 1Расчёт по одному обследуемому. До программы у испытуемого № 1 (19 лет) АД 118/74, пульс 76 уд/мин: ПД = 118 − 74 = 44; УО = 90,97 + 0,54 × 44 − 0,57 × 74 − 0,61 × 19 = 61,0 мл; МОК = 61,0 × 76 ÷ 1000 = 4,64 л/мин. После программы АД 118/70, пульс 68 уд/мин: ПД = 48; УО = 90,97 + 0,54 × 48 − 0,57 × 70 − 0,61 × 19 = 65,4 мл; МОК = 65,4 × 68 ÷ 1000 = 4,45 л/мин.
- 2Обратите внимание на смысл этих чисел: ударный объём вырос на 4,4 мл, а минутный объём даже слегка снизился — потому что пульс покоя упал с 76 до 68 уд/мин. Это и есть экономизация работы сердца: тот же объём крови перекачивается меньшим числом сокращений.
- 3Дизайн: одни и те же 10 человек, два замера → связанные выборки. Выборка малая, нормальность не подтверждена → критерий Вилкоксона.
- 4Медиана ударного объёма до программы Me = 60,9 мл (Q₁–Q₃: 58,9–62,1), после Me = 64,7 мл (Q₁–Q₃: 62,4–65,4). Сдвиг медианы +3,8 мл.
- 5Индивидуальные сдвиги «после − до»: +4,4; +3,7; +3,8; +4,3; +2,9; +3,9; +3,2; +3,6; +3,4; +3,5 — все десять положительные, нетипичных сдвигов нет, поэтому T эмп = 0. Для n = 10 T крит = 8 при p ≤ 0,05 и T крит = 3 при p ≤ 0,01. Так как 0 < 3, прирост статистически значим (p < 0,01).
Как оформить это в дипломе
В таблице 1 представлены медиана и квартили ударного объёма крови до и после программы оздоровительной аэробной тренировки, а также результат оценки сдвига по критерию Вилкоксона.
Таблица 1 — Ударный объём крови по формуле Старра до и после программы (n = 10)
| Показатель | Q₂₅ | Me | Q₇₅ | T эмп | T крит | p |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ударный объём до, мл | 58,9 | 60,9 | 62,1 | 0 | 3 | < 0,01 |
| Ударный объём после, мл | 62,4 | 64,7 | 65,4 | — | — | — |
На рисунке 1 графически представлена динамика медианных значений ударного объёма крови до и после программы.
Рисунок 1 — Медиана ударного объёма крови до и после программы (n = 10)
Первый столбик — медиана ударного объёма до программы (60,9 мл), второй — после (64,7 мл). Столбик «после» выше на 3,8 мл. Для ударного объёма это положительная динамика: показатель остался в пределах ориентира 60–80 мл, но сместился к его середине. Прирост отмечен у всех 10 обследуемых.
Значимость сдвига оценивали непараметрическим критерием Вилкоксона для связанных выборок (одни и те же обследуемые, два замера, n = 10). Ударный объём вырос у всех 10 человек, нетипичных сдвигов нет, поэтому T эмп = 0. Критические значения для n = 10: T крит = 8 (p ≤ 0,05) и T крит = 3 (p ≤ 0,01). Поскольку T эмп < T крит, прирост ударного объёма признаётся статистически значимым (p < 0,01).
Вывод
После 12-недельной программы оздоровительной аэробной тренировки ударный объём крови значимо вырос (медиана с 60,9 до 64,7 мл; T эмп = 0, p < 0,01) при одновременном снижении пульса покоя, что отражает экономизацию работы сердца.
Формула Старра: три варианта записи и какой брать
В работе Старра с соавторами 1954 года опубликовано не одно уравнение, а серия пронумерованных формул одного вида: УО = a + b × ПД − c × ДАД − d × В. Поэтому в разных пособиях «формулой Старра» называют разные наборы коэффициентов, и студент, сверяя расчёт с методичкой кафедры, находит расхождение в несколько миллилитров. Расхождение это не ошибка — просто уравнения разные.
Практическое правило одно: выберите вариант, указанный в вашей методике, посчитайте по нему ВСЮ выборку и напишите в главе «Организация и методы исследования», каким именно уравнением пользовались. Смешивать варианты внутри одного исследования нельзя: разница между крайними записями составляет около 5–7 мл, а это больше, чем типичный сдвиг после оздоровительной программы.
Таблица — Варианты формулы Старра (Starr et al., Circulation, 1954)
| № уравнения | Формула | Где встречается и насколько точна |
|---|---|---|
| 59 | УО = 90,97 + 0,54 × ПД − 0,57 × ДАД − 0,61 × В | Классический вариант, именно он приводится в русскоязычных практикумах по физиологии и спортивной медицине. Иногда свободный член округляют до 91. Именно по этому уравнению считает калькулятор на странице; чтобы получить числа по другому варианту, пересчитайте выборку вручную |
| 72 | УО = 100 + 0,5 × ПД − 0,6 × ДАД − 0,6 × В | В проверке 2024 года на живых испытуемых дал наименьшее смещение из 22 сравнивавшихся формул: bias = 0,67 мл при r = 0,65 |
| 71 | УО = 101 + 0,5 × ПД − 0,59 × ДАД − 0,61 × В | Смещение 2,15 мл, r = 0,65. Джексон (1955) переписал это же уравнение через систолическое давление: УО = 101 + 0,5 × САД − 1,09 × ДАД − 0,61 × В — формула та же, просто раскрыто ПД = САД − ДАД |
ПД — пульсовое давление (САД − ДАД, мм рт. ст.), ДАД — диастолическое давление (мм рт. ст.), В — возраст в полных годах. Нумерация уравнений и оценки точности приведены по работе Tsoutsoubi L. et al. Validation of formulae predicting stroke volume from arterial pressure // Frontiers in Physiology. — 2024. — Vol. 15. — Art. 1398816.
Нормы: ударный объём, минутный объём крови и сердечный индекс
Строгих нормативов, утверждённых приказом, у этих показателей нет — есть ориентировочные диапазоны покоя, которые в разных учебниках слегка различаются. Ниже сведены наиболее употребительные. В дипломе такие значения корректно называть «ориентиром» или «референсным диапазоном», а не «нормой ГОСТ».
Таблица — Ориентировочные значения показателей центральной гемодинамики в покое (взрослые)
| Показатель | Ориентир покоя | Комментарий |
|---|---|---|
| Ударный объём (УО), мл | 60–80 | В учебниках физиологии встречаются и более узкие (60–70 мл), и более широкие (55–90 мл) коридоры. При нагрузке УО растёт до 120–150 мл, у спортсменов высокой квалификации — существенно выше |
| Минутный объём крови (МОК), л/мин | 4–6 | Русскоязычные учебники дают 4,5–5 л/мин, англоязычные — 5–6 л/мин. При тяжёлой работе МОК возрастает в 5–6 раз |
| Сердечный индекс (СИ), л/(мин·м²) | 2,5–4,0 | Клинический референс (StatPearls, Physiology, Cardiac Index). Значения ниже 2 л/(мин·м²) в кардиологии считают тревожными |
| Пульсовое давление (ПД), мм рт. ст. | 30–50 | Исходная величина для формулы. Подробнее — на странице «[Пульсовое давление](/metodiki/pulsovoe-davlenie)» |
Важная оговорка про сердечный индекс: референс 2,5–4,0 получен на ИЗМЕРЕННОМ сердечном выбросе. Сердечный индекс, посчитанный через формулу Старра, у молодых и худощавых закономерно выходит ниже — обычно 2,1–2,5 л/(мин·м²), потому что расчётный ударный объём составляет 60–70 мл при пульсе 60–75 уд/мин и площади поверхности тела 1,8–2,0 м². Такие же значения (СИ ≈ 2,2) получены расчётом по Старру у спортсменов в работе В. А. и Н. Ю. Тарабриных (Молодой учёный, 2017, № 8). Писать по этому поводу о сердечной недостаточности нельзя: сравнивайте расчётные значения между группами и в динамике, а не с клинической нормой.
Насколько точна формула Старра
Это главный вопрос, который задаёт рецензент, и на него лучше ответить в работе самому. Формула Старра — не измерение, а статистический прогноз ударного объёма по трём легко доступным величинам. Значит, у неё есть систематическая и случайная ошибка, и их размер известен.
Наиболее полная современная проверка — работа Tsoutsoubi с соавторами (Frontiers in Physiology, 2024): 22 формулы прогноза ударного объёма сравнили с величиной, измеренной у живых испытуемых, в положении лёжа и стоя, при обычной и жаркой температуре. Лучшим оказалось уравнение 72 Старра: среднее смещение всего 0,67 мл при коэффициенте корреляции r = 0,65. Но границы согласия для отдельного человека со средним ударным объёмом 70 мл составили от 52,6 до 86,1 мл — то есть ошибка у конкретного обследуемого может достигать ±17 мл.
Из этого следует единственно правильный способ применения. По группе формула работает: среднее почти не смещено, поэтому сравнивать группы между собой и оценивать сдвиг «до/после» корректно — систематическая ошибка одинакова в обоих замерах и при вычитании сокращается. По отдельному человеку делать вывод о состоянии сердца нельзя: для этого существует эхокардиография. Ещё в 1956 году Бридвелл, Грин и Йенсс (Circulation, 1956, т. 14, с. 250–253) в специальной проверке отмечали, что измеренный ударный объём нередко заметно расходится с расчётным.
Ещё одна тонкость из той же работы 2024 года: лучше всего формулы согласуются с измерением в положении лёжа при обычной температуре. В положении стоя и в жару согласие хуже. Поэтому измеряйте всей группе в одинаковых условиях — одинаковое положение тела, одно время суток, один тонометр.
Когда формулу Старра применять нельзя
Формула выведена на взрослых людях в состоянии покоя с нормальной работой клапанов и синусовым ритмом. За пределами этих условий она даёт числа, которые выглядят правдоподобно, но ничего не значат — а это опаснее явной ошибки.
- Сразу после физической нагрузки. Соотношение между пульсовым давлением и ударным объёмом при нагрузке меняется, и подставлять «нагрузочное» давление в формулу нельзя. Если работа посвящена реакции на нагрузку, используйте типы реакции ССС из пробы Мартине-Кушелевского, а формулу Старра считайте только по данным покоя — до нагрузки и после полного восстановления.
- Мерцательная аритмия и выраженная экстрасистолия. Ударный объём меняется от сокращения к сокращению, а формула даёт одно число: усреднять здесь нечего.
- Клапанные пороки, прежде всего недостаточность аортального клапана. Пульсовое давление резко расширено не из-за большого выброса, а из-за возврата крови в желудочек — расчёт даёт завышенный результат.
- Дети младшего возраста. Формула содержит поправку на возраст, выведенную на взрослой выборке; у дошкольников и младших школьников её достоверность не подтверждена.
- Индивидуальное заключение о здоровье. Ни один из трёх показателей не является диагнозом. В выводах пишут «расчётный ударный объём в группе составил…», а не «у испытуемого выявлено снижение сократительной способности миокарда».
Как оформить расчёт по формуле Старра в дипломной работе
- В главе «Организация и методы исследования» опишите приборы (тонометр, ростомер, весы), условия измерения (покой 5–10 минут, положение сидя, два измерения со средним) и приведите формулу с расшифровкой обозначений.
- Обязательно укажите, каким вариантом формулы Старра вы пользовались, и дайте ссылку на источник: расхождение между вариантами 5–7 мл, и без указания расчёт невозможно перепроверить.
- Назовите метод честно: «расчётная оценка ударного объёма по формуле Старра», а не «измерение ударного объёма». Это снимает половину вопросов на защите.
- В результатах приведите таблицу с M ± SD (или Me [Q₁; Q₃]) по всем трём показателям и таблицу распределения по уровням — сколько человек и какая доля в каждом.
- Ударный объём и пульс покоя описывайте вместе: рост УО при снижении ЧСС и неизменном МОК — это экономизация, и именно так формулируют вывод. Если написать только про МОК, эффект тренировки в работе просто исчезнет.
- Если считаете сердечный индекс, добавьте оговорку, что расчётные значения по Старру у молодых и худощавых лежат ниже клинического референса 2,5–4,0 и сравниваются между группами, а не с нормой кардиологии.