Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение структурной и функциональной организации дыхательного центра (ДЦ) в конечном счете предполагает возможность целенаправленного использования установленных закономерностей деятельности для коррекции нарушений дыхания и устранения дыхатель-пой недостаточности (В.Ф. Пятин, О.Л. Никитин, 1998). В клиггаке при терапии многих форм дыхательной недостаточности, а также в хирургической практике для обеспечения адекватного газообмена широко применяют нскуственную вентиляцию легких (ИВЛ). Оптимальность использования ИВЛ жестко связана с учетом особенностей навязывания искуственного ритма дыхания (при наличии у пациента остаточной дыхательной активности) и возможности восстановления полноценной естественной вентиляции легких (при возобновлении автоматической активности ДЦ).
При осуществлении любого варианта ИВЛ одной из важных проблем является обеспечение синхронизации ритма аппарата искуственной вентиляции с ритмом спонтанного дыхания. Частным практическим вопросом в этой проблеме является изучение возможности усвоения дыхательным центром любого искуственного ритма дыхания. Для характеристики авторитмических свойств дыхательных нейронов (ДН) определенный интерес представляет способность ДЦ к изменению естественного ритма при различных возмущениях, вызванных разными вариантами ИВЛ. В литературе имеются немногочисленные сведения о конкретных условиях, благоприятствующих или противодействующих навязыванию искуственного ритма при проведении ИВЛ (A.M. Кулик, Л.Н. Кондратьева, 1969; B.C. Раевский, 1948, 1964; А.А. Чумаченко, В.Н. Ефимов, 1970; В.А. Сафонов и др., 1980; М.В. Сергиевский и др., 1993).
В клинической практике с целью устранения десинхронизации ритма работы устройства для управления дыханием с ритмом спонтанной ды-
хательной активности используют, как правило, режим гипервентиляции; при невозможности достижения синхронизации осуществляют управляемое дыхание в условиях миорелаксации (В.А. Неговский, 1960). Для обеспечения адекватного управляемого дыхания и максимального уменьшения побочных эффектов, связанных с десинхронизацией или применением ми-орелаксантов, особое значение приобретает выяснение условий и диапазона усвоения частоты управляемого дыхания. Согласно литертурным данным, ритм исуственной вентиляции усваивается в диапазоне частоты дыхания от 16 до 32 (B.C. Раевский, 1948, 1964) или от 16 до 45 циклов в 1 минуту (А.М. Кулик, Л.Н. Кондратьева, 1969); и усвоение ритма дыхания зависит от функционального состояния ДЦ, объемов вдуваемого воздуха, а также вида использованных в эксперименте животных.
Экспериментальными и клиническими исследованиями доказана
*
возможность проведения электрической стимуляции диафрагмального дыхания при воздействии на различные уровни эфферентного звена дыхательной системы (ДС) (Bilgutay et al, 1970; Daggett et ai., 1970; Gienn et ai., 1973). При этом значительный интерес представляют возможности усвоения дыхательным центром ритма искусственных раздражений и характер происходящей при электростимуляции перестройки активности ДН.
Возможность осуществления управляемого искусственного дыхания путем непосредственной стимуляции структур ДЦ привлекает все большее внимание. Известно, что электрическое раздражение определенных зон ДЦ вызывает разнообразные изменения активности различных групп ДН (B.C. Буданцев, 1983; В.А. Воинов,. 1987; В.Е. Якунин, 1993; О.Л. Никитин, 1997).
Настоящая эпериментальная работа была направлена на решение упомянутых вопросов.
Целью настоящего исследования явилось изучение условий, механизмов и возможностей управления функцией внешнего дыхания при определённых соотношешіях объём — частота вдувания воздуха и усвоения дыхательным центром искусственного ритма при адекватном раздражении блуждающего нерва или при непосредственной стимуляции структур ды-
хательного центра.
В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
-
Определить влияние объёма нагнетаемого воздуха и частоты управляемого дыхания на усвоение дыхательным центром искусственного ритма.
-
Изучить возможности навязывания искусственного ритма нейронам дыхательного центра и дыхательным движениям посредством стимуляции блуждающего нерва.
-
Установить характер усвоения искусственного ритма дыхания при стимуляции диафрагмального нерва.
4. Изучить возможности восстановления ритмической функции
внешнего дыхания путём электро стимуляции структур дыхательного цент
ра продолговатого мозга.
Новизна исследовния. Новизна результатов настоящего исследования определяется сравнительными особенностями навязываемого искусственного дыхательного ритма с помощью различных методов, начиная со стимуляции блуждающего и диафрагмального нервов и заканчивая непосредственным раздражением структур дыхательного центра, в сопоставлении эфектнвности показателей внешнего дыхания и напряжения газов крови.
Впервые систематизированно определено влияние объёма нагнетаемого воздуха и частоты управляемого дыхания на перестройку естественного ритма дыхательного центра.
Показано, что при искусственной вентиляции лёгких усваиваются только те частоты искусственного растяжения лёгких, которые меньше естественной частоты дыхания.
Чем больше различаются собственная частота дыхания и искусственно навязывемая, тем больший объём воздуха необходим для усвоения дыхательным центром ритма искусственной вентиляции легких.
Доказано, что при высокой естественной частоте дыхания или глубоком наркозе навязываемый ритм не усваивается.
Впервые количественно установлено соотношение естественного и
искусственного ритмов дыхания при стимуляции диафрагмального нерва и отмечено повышение показателей внешнего дыхания и напряжения кислорода и углекислого газа в артериальной крови при разных режимах усвоения искусственного ритма.
Навязывание искусственного ритма с прекращением спонтанной частоты разрядов дыхательных нейронов происходит при расположении раздражающих электродов в районе до 1мм латеральнее средней линии, 2 мм ростральнее задвижки на глубине 3—5 мм с дорсальной стороны.
Уточнены зоны стимуляции, реакции дыхательных нейронов и возможности восстановления ритмического дыхания при стимуляции дыхательного центра.
Теоретическая и практическая значимость результатов. Исходя из того, что дыхательный центр образует общий для хемо- и механорецеп-торного контуров регулирующий узел, в котором замыкаются цепи обратных связей по обоим контурам и тем самым обеспечивается управление дыханием, нами показано, что вмешательство как в афферентное (блуждающий нерв), так и в эфферентное (диафрагмальный нерв) звенья может вызвать усвоение нового искусственного ритма генерации дыхательного центра.
Были опредены условия управления дыхательными движениями, с одной стороны , благоприятствующие усвоению искусственного ритма — увеличение объёма нагнетаемого воздуха и использование частот, меньших спонтанной частоты дыхания и, с другой стороны, препятсивующие переключению ритмической активности дыхательных нейронов на новый ритм — очень большие различия между спонтанной и навязываемой частотами дыхательного ритма или высокая естественная частота ритмогенеза.
Предложенный экспериментальный метод восстановления и нормализации ритмическойй активности дыхательных нейронов и дыхательных движений посредством стимуляции структур дыхательного центра имеет большие перспективы использования в медицинской практике. В связи с этим представляются весьма важными дальнейшие изыскания на пути практического применения этого способа искусственной вентиляции лёгких.
Основные положения, выносимые на заащиту.
-
Возможно усвоение дыхательным центром наркотизированных спонтанно дышащих кошек искусственного ритма при адекватном раздражении рецепторов растяжения вентиляторного аппарата (искусственном раздувании легких) или электрической стимуляции блуждающего нерва. При искусственной вентиляции лёгких усваиваются только те частоты искусственного растяжения лёгких, которые меньше естественной частоты дыхания.
-
Чем больше отличается собственная частота дыхания от искусственно навязываемой, тем больший объём воздуха необходим для усвоения дыхательным центром ритма искусственной вентиляции лёгких. Величина дыхательного объёма определяет также быстроту и полноту усвоения ритма.
-
Процесс усвоения ритма искусственной вентиляции лёгких зависит от функционального состояния организма в целом и нейронов дыхательного центра в частности: при высокой естественной частоте дыхания или глубоком наркозе навязываемый ритм не усваивается.
-
Электростимуляция диафрагмалького нерва вызывает полное или частичное усвоение ритма стимулищга в исследуемом диапазоне соотношения естественного и искусственного ритмов дыхатм с перестройкой функционирования всех звеньев дыхательной системы, включая дыхательные нейроны и мышцы. Показатели дыхательного объёма и минутного объёма дыхания при разных режимах усвоения искусственного ритма на 60-— 70% выше, чем при естественном дыхании (при этом чётко увеличивается р02 и несколько уменьшается рС02 в артериальной крови ).
-
Навязывание искусственного ритма с полным прекращением естественной частоты разрядов дыхательных нейронов происходит только при расположении раздражающего электрода в районе до 1 мм латераль-нее средней линии, 2 мм ростральнее уровня задвижки на глубине 3—5 мм с дорсальной стороны. Стимуляция нейронов продолговатого мозга вне указанного района не приводит к усвоению искусственной частоты дыхания. При искусственной вентиляции, вызванной электростимуляцией дыхательного центра, дыхательный объем увеличивается по сравнению с периодом,
предшествующим стимуляции.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Всесоюзной конференции "Физиология вегетативной нервной системы" (Куйбышев, 1979), на Куйбышевской областной конференции "Физиология вегетативной нервной системы" (Куйбышев, 1988), на Республиканской научной конференции физиологов, посвященной 95-летию со дня рождения М.В. Сергиевского (Самара, 1993), на VI Всероссийской Школе — семинаре "Экспериментальная и клиническая физиология дыхания" (Бологое, 1994).
Публикации. По теме диссертации опублиовано 5 работ, включая главу в коллективной монографии.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введе
ния, обзора литературы, описания методики экспериментов, результатов
исследования и выводов. Основной материал изложен на 69 страницах,
включает 15 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 123 наименова
нии.