Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1. Происхождение и распространение гелия на Земле 11
1.2. Характеристика физико-химических свойств гелия 12
1.3. История применения кислородно-гелиевых смесей в медицине 16
1.4. Механизмы физиологического действия кислородно-гелиевой смеси 20
1.4.1. Характер потока и сопротивление дыханию 20
1.4.2. Транспорт газов, коэффициент переноса (диффузионная способность) 23
1.4.3. Теплообмен и увлажнение ДГС 25
1.4.4. Использование КГС для диагностики бронхообструктивных заболеваний 31
Глава 2. Методы воздействий. Объекты и методы исследований 36
2.1. Методы воздействий 3 6
2.1.1. Дыхание кислородно-гелиевой смесью 3 6
2.1.2. Электростимуляция мышц 3 9
2.2. Методы исследований 41
2.2.1. Метод исследования параметров форсированного выдоха при дыхании воздухом и кислородно-гелиевой смесью 41
2.2.2. Метод исследования торакального и абдоминального вкладов в дыхание 43
2.2.3. Метод исследования центральной гемодинамики 44
2.2.4. Метод исследования газообмена 45
2.2.5.Метод исследования психофизиологии 46
2.3. Объекты исследований 49
2.3.1. Исследование параметров форсированного выдоха при дыхании воздухом и кислородно-гелиевой смесью 49
2.3.2. Исследование торакального и абдоминального вкладов в дыхательный объем после дыхания подогретой кислородно гелиевой смесью 50
2.3.3. Исследование влияния подогретой нормоксической кислородно-гелиевой смеси и электростимуляции воротниковой зоны на центральную гемодинамику 50
2.3.4. Комплексное исследование влияния однократного воздействия подогреваемой кислородно-гелиевой смеси на кардио-респираторную систему и психофизиологическое состояние человека
2.4. Методы статистической обработки 51
2.5. Общий объем исследований 52
Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение
3.1. Исследование параметров форсированного выдоха при дыхании воздухом и кислородно-гелиевой смесью 53
3.2. Исследование торакального и абдоминального вкладов в дыхательный объем после воздействия подогретой кислородно-гелиевой смеси 61
3.3. Исследование влияния подогретой нормоксической кислородно-гелиевой смеси и электростимуляции воротниковой зоны на центральную гемодинамику 68
3.3.1. Дыхание атмосферным воздухом 6 8
3.3.2. Дыхание подогретым до 43,4 ± 5,7 С воздухом 68
3.3.3. Дыхание не подогретой КГС 70
3.3.4. Дыхание подогретой до 44,4 ± 8,4 С КГС 70
3.3.5. ЭС воротниковой зоны 72
3.3.6. Совместное воздействие подогретой до 44,5 ± 8,4 С КГС и ЭС воротниковой зоны
3.4. Комплексное исследование влияния однократного воздействия
подогреваемой кислородно-гелиевой смеси на кардио респираторную систему и психофизиологическое состояние человека
3.4.1. Исследование реакции сердечно-сосудистой системы 76
3.4.2. Исследование параметров газообмена 78
3.4.3. Исследование психофизиологического состояния 81
Заключение 86
Выводы 91
Практические рекомендации 92
Список литературы 93
- Механизмы физиологического действия кислородно-гелиевой смеси
- Дыхание кислородно-гелиевой смесью
- Исследование торакального и абдоминального вкладов в дыхательный объем после воздействия подогретой кислородно-гелиевой смеси
- Исследование психофизиологического состояния
Введение к работе
Актуальность работы
Применение кислородно-гелиевой смеси (КГС) в лечебных целях известно с 1934 года, когда американский врач А. Барач первым доказал лечебный эффект и обосновал практическое использование гелия [Barach A.L., 1934]. Он предложил использовать кислородно-гелиевые смеси для лечения пациентов с обострением бронхиальной астмы и обструктивными поражениями гортани и трахеи [Barach A.L., 1935]. Учитывая высокую теплопроводность гелия, А. Барач провел первые опыты с теплой кислородно-гелиевой смесью (КГС), но не описал сравнительных результатов ее применения. Однако на протяжении многих лет отношение к использованию данного метода терапии было неоднозначно.
В 60-е – 80-е годы 20 века в СССР и за рубежом были проведены многочисленные исследования влияния КГС на дыхание человека и животных [Розова Е.В., Коваленко Т.Н., Середенко М.М., 1983, Bowers R.W., Fox E.L., 1967, Lin Y.C., Kato E.N., 1974, , ., 1981, ., 1984].
Начиная с 70-х годов 20 века, исследования по изучению влияния КГС на организм человека проводились в Институте медико-биологических проблем Российской академии наук [Павлов Б.Н., Логунов А.Т., Смирнов И.А., Баранов В.М. и др., 1995, Павлов Б.Н., Плаксин С.Е., и др., 2001 г.]. В дальнейшем было обосновано и предложено использование подогреваемых КГС для выведения человека из состояния гипотермии и в качестве лечебной процедуры при бронхообструктивных заболеваниях [Павлов Б.Н., Логунов А.Т., Смирнов И.А., Баранов В.М. и др., 1995, Павлов Б.Н., Дмитрук А.И., Мотасов Г.П. и др., 2001]. Были разработаны методические рекомендации по применению КГСв различных областях медицины, проведена серия научных экспериментов с подогреваемыми КГС [Черкашин Д.В., 1998; Крысин Ю.С., 1998; Чучалин А. Г., 1999].
Однако до настоящего времени действие дыхания подогретой КГС на различные системы и физиологические функции организма человека изучено не достаточно. В связи с этим проблема поиска новых и совершенствования уже известных методов диагностики и лечения с применением КГС приобретает все большую актуальность. Представляется целесообразным дальнейшее, более детальное изучение физиологического действия подогретой КГС на организм человека.
Целью работы явилось исследование влияния воздействия дыхания подогретой КГС на физиологическое состояние человека.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Провести комплексное исследование влияния подогретой КГС на физиологические показатели человека: биомеханику дыхания, легочный газообмен и центральную гемодинамику.
-
Изучить особенности торакального и абдоминального вкладов в дыхание после воздействия подогретой КГС.
-
Оценить возможность применения КГС для дифференциальной диагностики вентиляционных нарушений обструктивного характера во время форсированного выдоха.
Научная новизна работы
-
Впервые сравнены два подхода диагностики бронхообструктивных заболеваний легких с использованием КГС.
-
Впервые исследовано влияние подогретой КГС на торакальный и абдоминальный вклад в дыхание.
Теоретический вклад
Проведенное более детальное изучение влияния подогретой КГС на системы дыхания, кровоснабжения, психофизиологию человека позволит расширить рамки применения данной дыхательной смеси в клинике, выработать новые рекомендации по использованию кислородно-гелиевой дыхательной смеси в лечебном и реабилитационном процессах.
Практическая значимость работы.
По результатам работы разработаны ТУ на дыхательную газовую смесь «ГелиОксА»: ТУ 2114-026-39791733-2007 от 15.01.2007 [Потапов В.Н., Жданов В.Н., Филиппов В.М., Тугушева М.П. и др., 2007]. Сертификат соответствия РОСС RU НХ05 Н00437 от 12.03.2007 года.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
После дыхания подогретой КГС происходят изменения механики дыхания, гемодинамики и газообмена. В частности, перераспределяются торакальная и абдоминальной компоненты дыхательного акта, повышается эффективность лёгочной вентиляции.
-
Измерение изопотока во время форсированного выдоха является высокоинформативным методом диагностики бронхиальной обструкции, позволяющим при необходимости отказаться от использования провокационной пробы или пробы с бронхолитиками.
Апробация работы и публикации
Материалы диссертации доложены и обсуждены на ежегодной конференции молодых ученых и специалистов, аспирантов и студентов, посвященной дню космонавтики (Москва, 2006, 2007, 2008 г.); VIII Всероссийской конференции по биомеханике (Нижний Новгород, 2006 г.); VIII всемирном конгрессе по адаптационной биологии и медицине (Москва, 2006), ХХ Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва,2007); международной конференции «Новые технологии в экспериментальной биологии и медицине» (Ростов-на-Дону, 2007); юбилейной конференции «Космос и медицина» (Москва, 2007); XXXII академических чтениях по космонавтике «Актуальные проблемы Российской космонавтики» (Москва, 2008), III Троицкой конференции «Медицинская физика и инновации в медицине» (МО, Троицк, 2008).
Диссертация апробирована на секции Учёного совета «Гипербарическая физиология и экологическая медицина» ГНЦ РФ-ИМБП РАН (протокол № 2 от 24 июня 2008 г.) По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 116 страницах машинописного текста, из которых 12 страниц – приложение, и состоит из введения, литературного обзора (глава 1); методов воздействий, объектов и методов исследований (глава 2); результатов собственных исследований и их обсуждений (глава 3); заключения; выводов и приложений, содержащих руководство по эксплуатации аппарата «Ингалит», рисунки и таблицы. Список литературы включает 121 источник, из которых 70 опубликовано в отечественных изданиях, 51 - в иностранных. Материалы иллюстрированы 24 рисунками и 22 таблицами.
Механизмы физиологического действия кислородно-гелиевой смеси
Химическая безучастность инертных газов дает, казалось бы, основание думать, что они не оказывают никакого действия на леи вые организмы. Но это не так.
В 1919 году E.Thompson предложил использовать кислородно-гелиевые смеси для дыхания у водолазов [Thompson Е., 1927]. Однако широкое применение гелия в водолазной технике началось только после 1926 года, когда Sayers и Yant показали, что декомпрессия животных от 10 атмосфер в кислородно-гелиевой атмосфере занимает лишь 1/3 по времени от декомпрессии в условиях воздуха [Sayers R.R., Yant W.P., 1926]. Интерес к инертным газам возрастает настолько, что в 1929 году Hershey утверждает, что животные погибают при длительном нахождении в атмосфере без инертных газов [Hershey J.W., 1929]. Однако, A.Barach в 1934 году опровергает это положение, наблюдая за животными помещенными в кислородно-азотную атмосферу в течение 42 дней. Он же при попытке подойти к проблеме с другой стороны, не обнаружил изменения общего состояния мышей, помещенных на 2 месяца в атмосферу из 21% кислорода и 79% гелия [Barach A.L., 1934]. Более того, опираясь на физические свойства гелия, Barach предположил, что замена азота на гелий в качестве основного газа, может существенно увеличить вентиляцию в условиях бронхообструкции [Barach A.L., 1934]. В дальнейшем Barach подтвердил это предположение, используя кислородно-гелиевые смеси для лечения пациентов с обострением бронхиальной астмы и обструктивными поражениями гортани и трахеи [Barach A.L., 1935]. С целью дальнейшего уменьшения плотности газовой смеси Barach попробовал подогревать ее [Barach A.L., 1935], а в целях экономии гелия - предложил использовать закрытый контур [Barach A.L., 1936]. Однако эти аппараты так и остались экспериментальными образцами.
В 1936 г. советский токсиколог и фармаколог Н. В. Лазарев пришел к заключению, что наркотическое действие вещества тем сильнее, чем менее полярны его молекулы. Из экспериментальных данных следовал вывод, что инертные газы — сильные наркотики, действие которых, однако, ослабляется их малой растворимостью. Практически безвреден только гелий, так как он очень мало растворим в лимфе, крови и других жидкостях организма. У более тяжелых инертных газов вместе с нарастанием растворимости в тканях нервных клеток усиливается наркотическое действие, сходное с опьянением алкоголем. Более всего оно проявляется у ксенона, который высоко оценивается в хирургии как анестетик. По данным Лазарева, наркотическое действие аргона начинает проявляться при давлении 1220 мм рт. ст., криптона — 350, а ксенона всего при 160. В настоящее время в отношении криптона показано, что по величине его парциального давления, необходимого для обездвиживания и/или анестезии, живые организмы выстроились в следующий ряд: тигровые планарии Girardia tigrina (20-30 кгс/см ), плодовые мушки Drosophila melanogaster (18-20 кгс/см), испанские тритоны Pleurodeles waltli (14-16 кгс/см ), японские перепела Coturnix coturnix japonica (5-5,5 кгс/см ), человек (3-3,5 кгс/см ) [Куссмауль, 2007].
До 1940 года гелий достаточно широко использовался для ведения пациентов с тяжелым обострением бронхиальной астмы. Затем широкое внедрение в медицинскую практику дешевых бронходилататоров и муколитиков значительно снизило интерес к терапевтическому использованию гелия [Gluck Е.Н., 1990]. Более того, появились сообщения, указывавшие, что применение гелия при бронхиальной астме увеличивает летальность, за счет образования вязких слизистых пробок в бронхах, усугубляющих дыхательную недостаточность [Bullen S.S., 1952]. В качестве возможного объяснения феномена образования слизистых пробок приводятся физические свойства гелия, а именно его высокая теплопроводность [Bowers R.W., Fox E.L., 1967]. Учитывая, что температура кислородно-гелиевых смесей была комнатной (20-24 С), гелий как бы «отбирал» тепло у бронхиального секрета, ухудшая реологические свойства последнего. До начала 60-х годов использование гелия ограничивалось в основном водолазной техникой. И только в середине 60-х - в начале 70-х годов вновь начинает возрастать интерес к использованию гелия в лечебных целях при обструктивных заболеваниях легких. Установлено снижение работы дыхания при дыхании кислородно-гелиевыми смесями [Barnett Т.В., 1967]. Позже было отмечено повышение толерантности к физическим нагрузкам [Raimondi А.С. et al., 1970], а в 1971 году показано, что использование гелиокса улучшает элиминацию углекислоты [Krekeler К. et al., 1971]. В СССР популяризатором использования КГС была О.А.Долина, которая считала, что применение гелиокса может быть альтернативой трахеостомии [Долина О.А., 1965]. Гелий применяли в послеоперационном периоде для улучшения легочной вентиляции [Острейков И.Ф., 1972], а также для отлучения от ИВЛ [Tatsuno К. et al., 1976]. Широкое применение кислородно-гелиевые смеси получили в педиатрии [Макашев М.А. и др., 1976, Исаков Ю.Ф. и др., 1970; Слепых А.С. и др., 1974, Вольфсон М.Р., 1984]. Многие исследователи отмечали повышение устойчивости миокарда к острой ишемии на фоне ингаляций КГС и снижение частоты развития аритмии [Piffare R. et al., 1970; Raymond R. et al, 1972, Lin Y.C., Kato E.N., 1974]. В эти лее годы возрастает интерес к использованию гелия в качестве основного газа в анестезиологии, так Е.Г.Костылев применял гелий для лучшей управляемости фторотановым наркозом и более быстрого выведения пациентов из наркотического сна [Костылев Е.Г., 1991].
В последние годы проводились исследования по изучению влияния КГС на различные системы организма человека. При лечении острой дыхательной недостаточности у больных с обострением хронической обструктивной болезни легких применение подогреваемой КГС приводит к улучшению газового состава артериальной крови и разрешению респираторного ацидоза и не оказывает клинически значимых побочных эффектов [Куценко, 2000]. КГС используют для лечения респираторного ацидоза [Shiue ST, Gluck EH., 1989, Gluck EH, Onorato DJ, Castriotta R., 1990].
Теоретическое исследование влияния дыхания подогретыми дыхательными газовыми смесями на тепломассообмен [Дьяченко А.И., Манюгина О.В., 2003] показало, что профиль температуры и насыщения парами воды в дыхательных путях при дыхании кислородно-гелиевой смесью и воздухом различаются. Эти параметры существенно зависят от температуры и влажности вдыхаемой ДГС.
Дыхание кислородно-гелиевой смесью
Для исследования использовался портативный трехканальный безмасочный прибор «Дыхание-1» (ФГУП СКТБ «Биофизприбор»), прототипом которого служил разработанный на кафедре анатомии и физиологии человека и животных Тверского государственного университета компьютерный пневмограф с соответствующим программным обеспечением [Миняев В.И. и др., 1993].
Принцип действия пневмографа следующий. Дыхательные экскурсии периметра грудной клетки (в горизонтальной плоскости на уровне середины грудины) и живота (на уровне подреберья) преобразуются в аналоговые сигналы с помощью двух первичных измерительных преобразователей. Выходные сигналы пропорциональны периметру (длине) торакального и абдоминального поясов. Эти сигналы с преобразователей торакальных и абдоминальных экскурсий через аналого-цифровой преобразователь вводятся в ЭВМ. Сигналы при выполнении испытуемым одновременных произвольных разнонаправленных дыхательных движений грудной клетки и живота при закрытых ротовом и носовых отверстиях балансируются, в результате чего их амплитуда становится пропорциональной торакальному и абдоминальному вкладам в дыхательный объем. Сигналы с грудного и брюшного датчиков суммируются, таким образом, одновременно регистрируются суммарная, торакальная и абдоминальная пневмограммы. Автоматическая расшифровка торакальной и абдоминальной пневмограмм по суммарному калибровочному индексу позволяет определить их вклад (в мл) в дыхательный объем.
По результатам исследования регистрировали следующие параметры: минутный объем дыхания (МОД), дыхательный объем вдоха (ДО вд.), дыхательный объем выдоха (ДО выд.), частота дыхания (ЧД), время вдоха, время выдоха, время паузы, время дыхательного цикла, скорость вдоха, скорость выдоха, жизненная емкость легких (ЖЕЛ), дыхательный объем (ДО), резервный объем вдоха (РО вд.), резервный объем выдоха (РО выд.).
Исследование проводили с помощью комплекса мониторинга кардио-респираторной системы и гидратации тканей - КМ-АР-01 Диамант (производства ЗАО «Диамант», СПб).
Реография представляет собой неинвазивный метод исследования кровенаполнения органов, в основе которого лежит принцип регистрации измененений электрического сопротивления тканей в связи с меняющимся кровенаполнением. С помощью данного метода изучаются пульсовые колебания электрического сопротивления.
В исследованиях использовали ленточные алюминиевые электроды и ЭКГ-электроды (зажимы) для регистрации I отведения. После каждого исследования электроды протирали медицинским спиртом.
Перед каждым исследованием кожу обследуемых очищали и обезжиривали спиртом. После их наложения выдерживали электроды на коже не менее 5-ти минут для стабилизации переходного сопротивления на границе электрод-кожа.
Для изучения центральной гемодинамики использовали методику торакальной реографии (ТРГ).
При исследовании гемодинамики по методике ТРГ ленточные электроды устанавливали следующим образом (рис. 9): - один ленточный электрод (длиной 25 см) накладывали на шею; - два электрода максимальной длины (длиной 40 см) соединяли между собой в длину так, что общая длина соединенных электродов обеспечивала охват грудной клетки, и накладывали на грудную клетку на уровне мечевидного отростка. ЭКГ-электроды накладывали на запястья. При установке электродов добивались их плотного прилегания к колее. Измерение артериального давления (АД) проводили с помощью тонометра методом Короткова.
При исследовании центральной гемодинамики рассчитывали следующие показатели: ударный объем (УО), частоту сердечных сокращений (ЧСС), минутный объем крови (МОК), реографический индекс (РИ), артериальное давление систолическое и диастолическое (АД сист., АД диастол.).
Для оценки функционального состояния дыхательной системы испытуемых регистрировали содержание Ог и СОг в выдыхаемом воздухе с помощью анализатора кислорода и диоксида углерода в выдыхаемом воздухе или дыхательной газовой смеси «Normocap оху» (производство Нидерланды).
Для этого обследуемый выдыхал в 60-ти литровый ресивер, который был присоединен к аппарату «Ингалит» на уровне клапана выдоха. Сбор выдыхаемого воздуха в контрольной группе производили при дыхании атмосферным воздухом через полумаску в течение 4-6 минут (до заполнения ресивера). В опытной группе сбор выдыхаемого воздуха проходил на 9-10 минутах дыхания подогретой КГС через полумаску. После чего с помощью газоанализатора проводили анализ газового состава полученного воздуха. Прибор регистрировал процентное содержание газов в воздухе. По полученным результатам нами были рассчитаны вентиляционные эквиваленты 02и С02 по следующим формулам: ВЭ 02 = 100% / (21 % - FE 02%), л где ВЭ 02 - вентиляционный эквивалент кислорода (л); FE 02% - содержание кислорода в выдыхаемом воздухе в %; ВЭ С02 = 100% / FE С02% , где ВЭ С02 - вентиляционный эквивалент диоксида углерода (л); FE С02% - содержание диоксида углерода в выдыхаемом воздухе в %; ДК = ВЭ 02 / ВЭ С02, где ДК - дыхательный коэффициент.
Исследование торакального и абдоминального вкладов в дыхательный объем после воздействия подогретой кислородно-гелиевой смеси
По данным Дьяченко А.И., Шулагина Ю.А., Сытник Е.Б. и др., после дыхания подогретой КГС сниясалось максимальное давление вдоха, что указывало на расслабление инспираторных мышц и, в первую очередь, диафрагмальной [Дьяченко А.И., Шулагина Ю.А., Сытник Е.Б. и др., 2005].
В литературных источниках имеются данные, в которых говорится об уменьшении нагрузки на дыхательные мышцы у больных после дыхания подогретой КГС; снижении затрат на дыхание [Debinski W, Klossowski М, Gembicka D., 1984].
Уменьшение работы дыхания формирует благоприятные условия для отдыха уставшей дыхательной мускулатуры [Clanton T.L., Diaz Р.Т., 1995]. Нельзя исключить, что именно улучшение состояния дыхательной мускулатуры лежит в основе редукции одышки у пациентов, получавших терапию КГС. Разгрузка инспираторных мышц позволяет уменьшить импульсацию с проприорецепторов и, таким образом, снижается ощущение затрудненного дыхания у пациента [Бичев А.А., ЧучалинА.Г., 1992].
Поскольку диафрагмальная мышца ответственна за абдоминальную составляющую дыхательного объема, а межреберные мышцы - за его торакальную составляющую, то видим, что на вдохе увеличивается вклад инспираторных мышц грудной клетки и снижается вклад диафрагмальной мышцы. Таким образом, наши данные косвенно подтверждают большее расслабление диафрагмальной мышцы по сравнению с инспираторными мышцами грудной клетки после дыхания подогретой КГС. Разное поведение мышц вдоха может быть связано с различным рефлекторным действием терморецепторов верхних дыхательных путей [Tabka Z, Ben Jebria A, Guenard Н, 1987; Jammes Y, Nail В, 1987; Diesel D.A., Tucker A, Robertshaw D, 1990; Millqvist E, Johansson A at al, 2000]. 3.3. Исследование влияния подогретой нормоксической кислородно-гелиевой смеси и электростимуляции воротниковой зоны на центральную гемодинамику
Подробное описание методов воздействия и методики исследования в разделах 2.1.1, 2.1.2, 2.2.3, 2.3.3, 2.4. диссертации. По результатам проведенных нами исследований влияния однократного воздействия подогретой КГС на показатели центральной гемодинамики были получены следующие данные.
В данной серии исследования не было получено изменений исследуемых параметров центральной гемодинамики на протяжении исследования (табл. 1 приложения 3).
Сразу после воздействия подогретым воздухом УО имел тенденцию (р 0,05) к снижению от 55,6 ± 9,4 мл до 51,3 ± 6,2 мл. Через 10 минут УО достоверно (р 0,05) оказался еще несколько ниже и составил 50,2 ± 7,8 мл. Через 20 минут от окончания воздействия значение УО осталось достоверно (р 0,05) ниже исходного уровня и составило 51,7 ± 8,2 мл. Как видно из табл. 13, ЧСС сразу после дыхания подогретым воздухом достоверно (р 0,05) увеличилась от 62 ± 3 уд/мин до 65 ± 3 уд/мин, однако данное увеличение не является значимым. Через 10 минут ЧСС оказалась на уровне - 62 ± 4 уд/мин, а через 20 минут таюке значимо не отличалось. МОК сразу после воздействия незначительно снизился: до воздействия - 3,5±0,7 л/мин, сразу после - 3,3±0,5 л/мин. Однако через 10 минут МОК снизился достоверно (р 0,05) до 3,1±0,7 л/мин в связи с уменьшением УО и через 20 минут оказался достоверно (р 0,05) ниже исходного уровня и составил 3,3±0,7 л/мин.
РИ до воздействия составлял 1,8±0,4, а сразу после воздействия 1,7±0,4. Через 10 минут РИ составил 1,8±0,3, а через 20 минут 1,9±0,3. Значимых достоверных изменений РИ не было получено (табл. 13). АД систолическое и АД диастолическое не изменялись на протяжении исследования. Таблица 13. Параметры центральной гемодинамики до и после воздействия подогретым воздухом М±т. Параметры/время измерения До воздействия1 1-я мин.после2р =1-2 Через 10 мин.3р =1-3 Через 20 мин. 4Р = 1-4 УО, мл 55,6 ±9,4 51,3 ±6,2р=0,08 50,2 ±7,8 р=0,01 51,7 ±8,2 р=0,02 ЧСС, уд/мин 62 ±3 65 ±3 р=0,02 62 ±4 р=0,89 63 ±3 Р=о,53 МОК, л/мин 3,5 ± 0,7 3,3 ± 0,5 р=0,31 3,1 ±0,7 р=0,01 3,3 ±0,7 р=0,01 РИ 1,8 ±0,4 1,7 ±0,4 р=0,28 1,8 ±0,2 р=0,94 1,9 ±0,3 Р=0,71 АД систол., мм рт.ст. 117± 12 114± 13 р=0,26 115 ± 12р=0,09 114 ± 13р=0,24 АД диастол., мм рт.ст. 83 ±8 81 ±7р=0,39 79 ±11 р=0,22 79 ±11р=0,22 степень достоверности различий р 0,05 3.3.3. Дыхание не подогретой КГС Также как и при исследовании центральной гемодинамики после дыхания не подогретым атмосферным воздухом через полумаску, в серии исследования вышеупомянутых параметров после дыхания не подогретой КГС нами не было получено значимых изменений (табл. 2 приложения 3). Некоторое увеличение УО сразу после воздействия можно объяснить несколько повышенным сопротивлением, созданным редуктором и дыхательными трубками, через которые проходит газ в процессе дыхания.
В серии по исследованию влияния подогретой КГС на показатели центральной гемодинамики УО до воздействия составлял 55,5 ± 22,1 мл, сразу после воздействия достоверно (р 0,05) увеличился до 61,6 ± 22,0 мл. Через 10 минут У О оказался незначительно выше исходного значения -56,3 ± 15,6 мл, а через 20 минут несколько ниже исходного уровня -53,5±19,5 мл. Вероятно, что данное увеличение после дыхания подогретой КГС, связано с дополнительным сопротивлением в ходе дыхания, образованным техническими средствами (редуктором, дыхательными шлангами). Снижение УО при дыхании подогретым воздухом можно объяснить отсутствием данного фактора в этой серии исследований. ЧСС практически не менялась на протяжении данного исследования (табл. 14). МОК сразу после дыхания подогретой КГС оказался достоверно (р 0,05) выше исходного за счет увеличения УОК: до воздействия - 3,4 ± 1,3 л/мин, сразу после воздействия - 3,9 ±1,4 л/мин. Через 10 минут наблюдали тенденцию (р 0,05) к последующему увеличению МОК до 3,7 ±1,1 л/мин. Через 20 минут от окончания воздействия величина МОК оказалась на уровне исходного значения 3,4 ±1,2 л/мин.
Исследование психофизиологического состояния
Теперь найдем количество тепла Qw, затраченного организмом человека на испарение воды для увлажнения сухой вдыхаемой ДГС. Qw = L М, Где L - удельная теплота парообразования при температуре тела, а М - масса воды, перешедшая в ДГС в ходе ее увлажнения. По данным Шмит-Ниельсен [К. Шмит-Ниельсен. Физиология животных. Приспособление и среда. Книга 1. М. Мир, 1982], L = 580 кал/г. Величина М однозначно определяется величиной парциального давления паров воды в выдыхаемой ДГС. Выдыхаемый газ почти полностью насыщен парами воды, т.е. в ДГС примерно 5 % воды. Масса выдыхаемой воды равна 0,5 моль/мин 0,05 = 0,45 г/мин. На испарение уходит примерно Qw = 580 кал/г 0,45 г/мин = 261 кал/мин. Таким образом, на увлажнение организм расходует примерно в десять раз больше тепла, чем получает от нагретой ДГС.
Следует учесть, что выдыхаемая ДГС может быть не полностью насыщена парами воды. Это может происходить по следующей причине. В верхних участках дыхательного тракта, где вдыхаемая смесь быстро увлажняется и остывает, значительный поток тепла для испарения может быть не полностью покрыт теплопередачей из глубоких слоев тканей. В этом случае температура поверхностных слоев стенок дыхательных путей может быть ниже указанной величины 34 град. Когда выдыхаемый насыщенный парами воды воздух проходит через эти участки, то пары воды конденсируются на более холодных участках поверхности. Происходит частичный возврат воды и тепла в организм. По данным К. Шмит-Ниельсен у человека за счет этого процесса возвращается до 75% воды и тепла. Но даже при максимально возможном возврате тепла на испарение будет расходоваться порядка 70 кал/мин.
Если температура вдыхаемой ДГС равна не 44, а 54 град, то за счет остывания ДГС в тело человека перейдет Qtiic = 50 кал/мин при дыхании КГС и QtN2 = 70 кал/мин при дыхании воздухом. Как видно, для получения притока тепла от подогретой ДГС ее температура должна быть больше 54 град. Для сравнения оценим, сколько тепла даст человеку стакан (200 г) выпитого горячего чая с температурой 50 град. Q = 200 г 13 град 1 кал /(град г) = 2600 кал. Обобщая проведенные оценки, мы можем заключить, что стакан чая дает намного больше тепла, чем приход или расход тепла при дыхании подогретыми ДГС, в том числе сухими и влажными.
Таким образом, рассмотренные эффекты не могут быть вызваны просто влиянием ДГС на тепловой баланс организма за счет притока тепла.
Отметим, что по данным Дьяченко А.И., Манюгиной О.В. (2003) при дыхании сухой подогретой дыхательной смесью испарение больше в КГС, чем в воздухе. Поэтому можно ожидать, что в КГС раньше (т.е. выше по дыхательному тракту) произойдет локальное высыхание и повышение температуры поверхности бронхов. Подсохшая поверхность будет отдавать меньше воды, поэтому ее температура повысится. В результате дыхание сухой КГС приведет к локальному прогреванию каких-то участков верхних дыхательных путей. Терморецепторы, находящиеся в этих участках, отреагируют на повышение температуры и «запустят» регуляторные процессы.
Результаты наших исследований подтверждают общие представления о действии КГС.
Предполагаем, что приведенные выше эффекты последействия связаны с рефлекторным механизмом температурного воздействия на терморецепторы верхних дыхательных путей человека. Воздействие на терморецепторы через систему регуляции кардио-респираторной системы приводит к обнаруженным нами изменениям в дыхании и кровообращении. Кроме того, измененные плотность и вязкость ДГС приводят к изменениям механики дыхания - распределению давлений ДГС в дыхательных путях, что может повлиять также на механорецепторы системы дыхания. Совокупность этих изменений приводит к целому комплексу изменений физиологических параметров.
Анализ результатов проведенных нами исследований показал, что кислородно-гелиевая смесь обладает узконаправленным действием на дыхательную систему за счет ее физико-химических свойств.
Дыхание подогретой КГС ведет к перераспределению торакального и абдоминального компонентов дыхания, что, по всей видимости, вызывает снижение нагрузки на дыхательные мышцы, в первую очередь, на диафрагму. По результатам наших исследований было отмечено благоприятное влияние на эффективность легочной вентиляции. Изменения характера и интенсивности метаболических процессов после дыхания подогретой КГС не наблюдали.
Однако, несмотря на то, что воздействие кислородно-гелиевой смесью оказывает существенное влияние на биомеханику дыхания, выраженного действия на центральную гемодинамику в состоянии покоя она не оказывает. По данным торакальной реографии значительного действия подогретой КГС не было выявлено. Однако следует отметить, что после физической нагрузки и восстановления с помощью данной ДГС было зафиксировано достоверное снижение АД.
Параметры форсированного выдоха, полученные нами в группе практически здоровых людей, находились в пределах физиологической нормы, тогда как в группе больных легочными заболеваниями имели место вентиляционные нарушения 1-Й степени по обструктивному типу.
Выполнение форсированного выдоха при дыхании КГС позволило существенно повысить скоростные параметры, в основном начальной части форсированного выдоха, как в группе практически здоровых людей, так и в группе больных легочными заболеваниями.
Во время форсированного выдоха (регистрации кривой поток-объем) была подтверждена возможность применения КГС для диагностики обструктивных нарушений с помощью измерения доли изопотока от общего объема выдоха и, наоборот, параметр А МОС50 оказался непригодным для выявления обструкции.
