Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему:Разработка метода регистрации и оценка кондиционирования воздуха при дыхании в норме и патологии

0 7, я ?

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВРАЧЕЙ

На правах рукописи

ШУЛЬГА Владимир Петрович

ЗРАВОТКА МЕТОЛА РЕГИСТРАЦИИ И ОЦЕНКА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПРИ ДУХАНИИ В НОШЕ И ПАТОЛОГИИ

14.00.16 - патологическая физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в С.-Петербургском государственном институте усовершенствования врачей.

Научные руководители: член-корреспондэнт АМН России, заслуженный деятель наук, профессор С.А.СИЫБИРЦЕВ, доктор мэдицинских наук, профессор Н.А.БЕЛЯКОВ

"|пциальш8 оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Н.Н.ПЕТРЩЕЗ, доктор медицинских наук Е.А.ВОИНОВ

Ведущее учреждение - Военно-медицинская академия

ям.С.МЛСирова, г. С.-Петербург.

Защита диссертации состоится "_"_1932 г.

в 13.00 часов на заседании специ чизирозанкого Совета по присуждению ученой степени кандидата наук (шифр Д-074.16.02) в С.-Петербургском институте усовершенствования врачей (адрес:193015, С.-Петербург, ул.Салтыкова-Щедрина,41).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотека института усовершенствования врачей.

Автореферат разослан "_"___1992 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ аШЦИАЛМЗИРОВАННОГО СОВЕТА Д.И.Н., ПРОФЕССОР

А.И.ШУГАЕй

—Ч ВВЕДЕНИЕ

Актуальность теш. В докладе ООН о тенденциях в области народонаселения приводятся данные по продолжительности жизни в развитых странах за последние 35 лет. Из доклада явствует, что ¡аболевания дыхательных путей вносят весьма существенный вклад в гоказатели продолжительности жизни в этих странах: из 11,7 млн. ¡жегодных смертей 0,9 млн. происходят по причине заболевания ор-•анов дыхания. Можно предположить, что с ростом напряженности дологической ситуации на планете, эта цифра будет неуклонно юзрастать, так как воздушно-тканевый барьер легких - наибольшая о площади область непосредственного контакта сргагаспа с окру-ащей средой. Его cyi /.арная площадь поверхности составляет 50 -00 м2, из которых на бронхиальное дерево приходится около чет-ерти. При спокойном дыхании через легкие ежесуточно проходит 0-15 м3 воздуха. Приведенные цифры дают наглядное представление той важной роли, которую играет кондиционирующая функция дыха-элъного аппарата в процессе жизнедеятельности организма. Эту дикцию можно определить как поддержание постоянства температуры влажности воздушной среды, непосредственно соприкасающейся с эрогематическим барьером альвеол (Агарков Б.Т., 1984; Андреева ,Ф., 1974; Беляков H.A. с соавт., 1986; Balle Е.М. et al., 1985; astala M.P. et al., 1985).

В бронхах наряду с очищением осуществляется согревание и (лажнение воздуха. Это необходимо для поддержания постоянного рциального давления газов в альвеолах, предохранения клеток ъвеолярного эпителия и макрофагов от температурных повреждений высыхания. Адекватность кондиционирующей функции должна сохра-ться в широких пределах температуры и влажности окружанцей еды, определяющих условия обитания человека (Березовский В.А. соавт., 1988; Симонова Т.Г., 1972).

Однако приведенные выше цифры смертности по причине заболе-ния дыхательного аппарата свидетельствуют о небезграничности ; возможностей по кондиционированию воздуха. Вышесказанное в -сой-то мере объясняет сохранение остроты задачи поиска факто-з воздействия на кондиционирующую функцию дыхательного аппара-с целью стабилизации ее в одних случаях и расширения возможней - в других. В тс же время имеет место и обратная задача -

получение достоверной информации о изменениях состояния дыхательного аппарат*» путем применения неинвазивных методов диагностики на основе Измерения параметров его кондиционирующей функции (Агарков C.&.-, 1977, I97S; Дорошенко И.И., 1973).

Работы по Изучению кондиционирующей функции дахательногс аппарата сопряжены с серьезными техническими трудностями, возникающими, как правйЛо, при попытках измерения параметров воздушного потока в различных сечениях бронхов. Это, пожалуй, основная причина, по которой до сих пор.остается открытым вопрос о том, где же происходит окончательное кондиционирование вдыхаемого воздуха (Cumming G. et al., 1981, 1982; McFadden E.R., 1983; Дорошенко И.И., 1973; Беляков H.A. с соавт., IS88).

Если гоЕорцть об аппаратурном обеспечении клинических обследований пациентов, то необходимо отметить доеольно узкий спектр физических величин, измеряемых этой аппаратурой. В основном все исследования базируются на измерении и дальнейшей обработке аэродинамических параметров дыхательного воздуха я на анализе его газового состава.

Настоящее исследование входило в виде фрагмента комплексной теш ГКНТ СССР N 0.69.08 "Пульмонология", раздел 07.

Цель исследования. Разработать методы регистрации кондицио-нкрущей функции органов дыхания, обосновать способы оорабстки инфйрмащщ и оценки кондиционирования воздуха при дыхании в норме и патологии.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

-Г. Провести математическое модел^рс эние процессов тепломассообмена и кондиционирования воздуха в легких и обосновать подходы к регистрация этих параметров на биологических объектах. 2-. Провести выбор оптимальных датчиков температуры, объемной

скорости, давления и влажности воздуха. 3. Создать устройство для измерения и обработки данных по термо-гигро-, пнвваометрии выдыхаемого воздуха. Оценить воз эхности метода регистрации параметров кондиционирования воздуха с учетом особенностей дыхания у здоровых лиц, оцешш» Juaraoстичаскке возможности метода у больных.

Научная новизна. Разработана и подвергнута анализу математическая модельчааоЬот^плообкена в системе дыхания, искэзыватеая

швисимость факторов температуры и влажности выдыхаемого воздуха 1Т аэродинамики дыхания и функции кровоснабжения.Анализ математи-:еской модели определил новый мотодический подход в исследовании :ондиционирующей функции легких, заключающийся в одновременном .зблюдении за такими параметрами, как объем, температура, относи-елъная влажность вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Разработаны агрузочные дыхателмчв "т-епты для исследования по предлагаемой этодике кондииионирувдей функции легких у здоровых волонтеров., пределены подходы к дыхательным нагрузкам при исследовании кон-ищ' знирукщей функции легких у больных пульмонологического и саде чно-сосудистого профилей.

Практическая значимость. Разработаны и изготовлены макетные Зразцы датчиков для измерения объемной скорости, температуры и гносительной влажности воздуха при дыхании. Создано устройство ая одноЕ^еменной регистрации названных параметров. Еаботоспосо-гость методики исследования кондиционирующей функщр? легких и изданного с этой целью устройства подтверди:на в исследованиях 1 животных, здоровых волонтерах и больных.. К практическому при-, «ению предложен показатель интегральной оценки ковдрдионирую-|й способности органов дыхания.

Положения, выносимые на защиту: I. Проведенное математичес-е моделирование и с ;сперимвнтальная оценка свидетельствуют о м, что для адекватной оценки кондиционирующей функции органов хания необходимо синхронное исследование таких физических пара-трон как температура, относительная влажность и объем выдыхаете воздуха.

2. Для комплексной оценки кондиционирующей способности орга-в дыхания предлагается оригинальное устройство, производящее новременную регистрацию температуры с помощью микротермистора за МТ-57, относительной влажности посредством сорбциошгого по-гревземого датчика и объемной скорости' выдыхаемого воздуха с тальзованием мембранного датчика.

3. При оценке кондиционирующей функции необходимо учитывать сазэтели при спокойном дыхании, а также при проведении нагру-шыт. тестоЕ. Наиболее информативной является проба с гипервен-' 1яционной нагрузкой.

4. Предложенный показатель кондиционирующей способности ор-юз дыхания сПКС) позволяет учесть взаимозависимости мехду из-

меняющимися величинами температуры, влажности и объема выдыхаемого воздуха и оценить состояние органов дыхания у здоровых лиц и больных. Этот показатель может быть использован как при спокойном дыхании, так и при гипервентиляционной нагрузке, когда его диагностическая информативность возрастает.

Реализация результатов исследования и апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на Международном форума "Тешилассообмен", г.Минск, (24-27 мая, I9S8 г.). По теме диссертационной работы опубликованы 3 статьи в медицинских журналах, тезисы в сборниках международных конференций. Разработанная методика внедрена на клинических базах института.

Результаты медико-технических и медико-биологических разработок были использованы при создании устройства для исследования и оценки кондиционирукщей функции органов дыхания, внедрены в отделе экспериментальной пульмонологии дри создании нагрузочных тестов, использованы в клинике при определении функции органов дыхания у больных с патологией сердечно-сосудистой и бронхо- легочной систем.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, обсуждения результатов,- выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 56 источников отечественных и 5Э зарубежных авторов.

Работа изложена на 144 страницах м&шнывгсн'ого текста и содержит 9 таблиц и 45 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследован™я. Для достижения поставленной цели в ходе проведена исследовательских работ реиалиоь следующие вопроса, которые можно разделить на три основные группы: математическое моделирование, медико-техническая разработка, апробация созданных устройств для регистрации параметров дахакия (табл.).

Метод математического моделирования дал возможность на модели аппарата дыхания, в качеств которой была использована геометрическая модель ВеСболя, доказать, в частности, наличие взаимосвязи значений параметров знеашего дыхания как с состоянием верхних дахателышх путей, тьк и с характеристиками кровотока в налои круге крош?с5радения. Существование такой Езаимосьг.зи

Таблица

Характеристика материалов исследования.

Раздел работы Характер исследования

Математи- Модако- Опыты Исследова- Клиниче-

ческое техничес- на жи- ния у во- ская

моделиро- лше раз- вотных лонтеров апроба-

вание работки ция

Моделирование

лассотеплооб-

лена 3 легких. + - - - -

Зозданле и ис-

тытание перви-

шых преобра-

зователей раз-

ничных факто-

юв воздушного

готока. - + 10 . 10 60

Зоздание и ал-

хэбация устро-

1ства для од-

ювременной

югистрации

)азных параме-

фов дыхания. - + - 20 -

'азработка на-

рузочных тес-

ов и методик

омплексной

ценки параме-

ров ДЫХОНИЯ. - - - 20 -

линическая

пробация уст-

ойства, оцен-

а применимос-

И ?>!6Т0ДИКИ в 48

линике. - т - -

Итого: + + 10 50 48

предполагает возмокность оценки состояния бронхо-легочного аппарата и сердечно-сосудистой системы путем анализа значений параметров внешнего дыхания.

В процессе создания мэдико-тохнических устройств был проведен выбор типов датчиков (первичных преобразователей) для регистрации изменения параметров внешнего дыхания с обоснованием их иснользовашй в дайном конкретном случае, разработаны и изготовлены новые йзрвйчйш преобразователи, и усовершенствованы преобразователи» не в полной мере отвечающие требованиям исследования, проведены стендовые испытания и метрологическая поверка изготовленных датчиков.

Созданные устройства первоначально были изучены в опытах на -рвотных. Датчики температуры были апробированы при обследованиях больных пульмонологического профиля.

На база лаборатории отдела экспериментальной пульмонологии института с учетом ранее полученных результатов разработано и изготовлено устройство, предназначенное для одновременного измерения с последующей регистрацией температуры, влаиности и объема как вдыхаемого, так и выдыхаемого воздуха. С его помощью обследована группа волонтеров из здоровых лиц с отработкой нагрузочных тестов.

На завершающем этапе работы исследованы возможности применения устройства и нагрузочных тестов в условиях клиники.

Выбор первичных' преобрззозателей при создании устройства для регистрации параметров внешнего дыхания определялся такими факторами как минимальные искажения параметров воздушного потока внесенными в него датчиками, воз)... к. .сть приобретения за умеренную плату, или изготовления собственными силами, а также рядом требования со стороны метрологии» медико-технических требований к используемым материалам и т. д>

Изготовление оригинальных й доработка суцествущих первичных преобразователей, как и изготовление всего устройства производились собственными силами на базе отдела экспериментальной пульмонология. 'ри разработке к Изготовлении устройства были предусмотрены возмокностн сопряжения его с различными типами регистрирующее приборов, а такта электронных вычислительных машш.

Стендовые испытания, и метрологическая поверкэ устройства проЕзэодалнсь ла базе завода " Красногвардеец " с использованием

еобходимого набора поверочных средств и соответствухцих методик р.. непосредственном участии сотрудников заводской лаборатории.

Возможности использования датчиков устройства для регистрами значений состояния газового потока при оперативных вмешате-ьствах были доказаны в исследованиях на собаках. Датчики уста-звливались в контур аппарата КВЛ при помогал специального конне-гора, сопрягающегося с эндограхеальной трубкой.

Фрагмент устройства, измерявший темггэратуру, был успешно ¡пользован в составе с масспектрогрэфзм при обследовании 60 бо-.hlx на кафедре госпитальной Tepairai I ЛМИ.

Обследование группы волонтеров пз числа здоровых лиц провоза с ь с целью отработки нагрузочных тестов и уточнения методик мерения и регистрации параметров внешнего дыхания, а также змоиюсти проведения статистического анализа результатов.

Математическая обработка численных значений с определением чествующих зависимостей проводилась на персональном компьютере У. РС-ХГ с помощью стандартных пакетов математических программ, ввергнутых неог^сдимым в данном случае доработкам. В ходе об-5отки вычислялись средние значения величин, достоверность раз-шй между сравниваемыми величинами определялась по критерию ^юдента, был использован метод линейной регресса, получены »ффициенты корреляции построены графические зависимости. Ин-ральная оценка кондиционирующая способности аппарата дыхания -водилась с использованием оригинальной формулы.

£ условиях клиники проводились обследования пациентов с шью устройства и с применением отработанных на волонтерах на-зочных тестов. Целью этой часта работы было исследование мощности применения выработанных методик при обследовании пантов, характер заболевания которых вносит нарушения в норма-ую работу бронхо-легсчной к сардечко-сс-оудистой скстем. В пш обострения основного заболевания было обследовано страда-i ииемической болезнью сердца - 18 человек, бронхиальной аст-- 16 человек, обструктивным бронхитом -14 человек. Обследо-ге проводилось через 1,5-2 часа после приема пищи, на фоне гальнсй температуры тела пациента, в положении сидя. Портати-' :ть аппаратуры позволила проводить обследование в условиях ты > койки пациента.

Пии статисплеском анализе результатов обследования различ-

ных груш больных применялись тела методики и критерии, что и в случае работы с волонтерами. Результаты анализа состояния обследуемых сравнивались между собой.

Основные результаты. Известно, что кондиционирующая функция аппарата внешнего дыхания направлена на поддержание постоянства внутренней среда организма и является одним из защитных механизмов легкого от повреждений. Поддержание адекватной кондиционирующей функции должно обеспечиваться синхронизированными механизмами секреции слизи и транспорта воды через эпителий, а это в свою очередь - адекватным кровоснабжением бронхиального дерева. Нарушения взаимоотношения этих механизмов лэкат в основе ряда патологических процессов в легких. Для изучения массотеплообмена в дыхательных путях была построена математическая модель этого процесса в легких. В качестве геометрической модели использована сишэтричная конструкция бронхиального дерева человека, предложенная Вейбелам. На модели было исследовано влияние нестационарного процесса нэ характер кондиционирования воздуха в различных отделах респираторного тракта, е змойюсть изменения температура бронхиального дерева при различных взаимоотношениях вентиляции и кровотока,-влияние различного характера изменения скорости воздуха на теплообмен во время вдоха, решалась задача о сопряженном тепломассообмене паровоздушной смеси в респираторном тракте. Определено изменение температуры стенок бронхов по длине респираторного тракта. Наиболее значительное ое падение наблюдается на перш? генерациях бронхиального-дерева. Установлено,-что чем больше интенсивность кровоснабжения бронхиального дерева, тем меньше падение те^ературн стенки, бронха при дыхании: В рассматриваемом диапазоне параметров стенка тте успевает восстановить свою температуру за время вдоха,- теплооойан в стенке за счет кровоснабжения оказывается неэффективным для поддержания постоянной температуры стенок. Во время вдоха за счет снижения температуры стенки происходит снижение температуря воздуха и насыщение его пар"ми воды. Наиболее быстро насыщаются первые порции воздуха, поступающие в респираторный траг->, конечные - медленнее, что приводит к уменьшению температуры потока по Есей длине респираторного тракта. Исследование модели показывает, что кондиционирова-вааив происходит на всем протяжении респираторного тракта. За счет более интенаг^зго охлакдения стенок бронхов начальных гэ-

нераций ёозрсйёт тепловая нагрузка на более глубокие генерации бронхиального дерева. Это может в крайних случаях приводить к тому, что воздух, поступающий в альвеолы, ухе не будет полностью кондиционированным. На выдохе происходит обратный процесс - согревание стенок начальных генераций воздухом, который был согрет з конечных генерациях и альвеолах. Зто приводит к падению температуры выдыхаемого воздуха низга температуры тела. В полном соот-зетстБпи с зткг.1 начальные порции выдыхаемого воздуха будут имэть более низкую температуру, чем конечные.

Данная модель дает возможность решения так называемой обратной задачи - расчета параметров, определяющих топлсмасссобмен в респираторном тракте по характеру изменения температуры и насыщенности водяными парами выдыхаемого воздуха. При. эта» необходимо учитывать наличие зависимости этих величин от аэродинамических характеристик дыхательного цикла, что требует необходимости в та одновременном контроле.

Для реализации такой еозмошости выполнялись мэдико-технкчес-кие разработки в результате которых было создано оригинальное устройство, позволяющее осуществлять синхронный контроль температуры влакности а объемной скорости воздуха при дыхании. Работоспособность устройства была подтверждена в исследованиях с жквотншш.

Разработка .¿стов оценки кондиционирующей функции дыхательных путей с использованием созданного устройства осуществлялась в исследованиях с группой здоровых волонтеров в количестве 20 человек. Контролировались физические параметры воздуха при трех режимах вентиляции - спокойном дыхании, дыхании с разншга по длительности задержками выдоха и в режиме гипервенталяционной нагрузки.

Средние значения параметров дыхания за время проведения обследования для данной группы добровольцев состзвили следущие величины: средняя величина дыхательного объема (вдоха и выдоха) твд., выд.ср. = 602,5 + 65,10 мл ; средняя максимальная величина гешературы выдыхаемого воздуха твид.ср. = 32,86 ± 0,ЗЭ°С; средняя максимальная величина относительной зпэжности выдыхаемого воздуха <р выд.ср. = 80,17 ± 3,61% . Отмечена тенденция к росту температуры при увеличении дыхательных объемов, которая, очезид-ю, объясняется тем, что с возрастанием объема в маггсотеплосбжон «сдсчзг-тся более отдаленные от трахеи участки дыхательных путей, юзрастает величина площади, альвеолярной поверхности, контакта-

рующей с вдыхаемым воздухом, имеющей более высокую температуру. Однако это объяснение имеет определенное ограничение, так как при возрастании площади поверхности ткани растет также и объем вдыхаемого воздуха, что требует больших затрат на его прогрев. Вероятно, что это возможное противоречие и объясняет слабость корреляционной связи между этими величинами. Увеличение значений относительной влажности при возрастании дыхательных объемов, очевидно, можно объяснить включением в процесс массотеплообмена более дальних, то есть менее вентилируемых и поэтому более влажных отделов легких.

После выполнения теста со спокойным дыханием выяснилось, что температура выдыхаемого воздуха колеблется з диапазоне от 31,3°С до 34,2°С, при этом выявлена слабая корреляционная зависимость мэвду температурой выдыхаемого воздуха и величиной дыхательного объема. Более тесная взаимосвязь зарегистрировала между величиной влажности выдыхаемого воздуха и его объемом.

В результате сравнения зависимостей температуры выдыхаемого зоздуха от величины объемов- вдыхаемого и выдыхаемого воздуха в тестах с задержками-выдоха и при спокойном дыхании можно утверждать, что в тесте с задержками выдоха температура выдыхаемого воздуха наиболее зависит от длительности задержки выдоха и возрастает при ее увеличении.

Падение величины относительной важности выдыхаемого воздуха на фоне уменьшения его объемов при увеличении длительности задержки выдоха, можно объяснить уменьшением вклада дисталышх отделов легких, вследствие уменьшения объемов.

В развитие этих-рассуждений можно предполагать, что окончательное .насыщение водяными парами вдыхаемого воздуха происходит на уровне мелких дчхзтельют путей и альвеол.

Возрастание температуры выдыхаемого воздуха при увеличена объемов вдоха и выдоха при гипервентиляционной нагрузке объясняется тем обстоятельством, что при возрастании объема вдоха в контакт с поступающим воздухом вступают более глубоколежащие и более развитые с точки зрения величины площади поверхности дыхательные пути. Падение температуры выдыхаемого воздуха, ее отабилизац"я за время проведения теста с гипервентиляционной нагрузкой может происходить из-за интенсивного охлаждения поверхности бронхов и трахеи до какого-то равновесного (с точки зрения процесса массо-

теплообмена) состояния. Это объяснение подтверждается также тем обстоятельством, что у некоторых обследуемых падение температуры выдыхаемого воздуха при гипервентиляционной нагрузке приводило к изменению знака зависклости уемпературы выдыхаемого воздуха от Ееличины объема вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Падение величкш относительной влагагссти при увеличенкл объемов вдоха и выдоха очевидно мсг^ю объяснить следующим образе!.!. При гшюрвентялящгашоа нагрузке врем контакта вдыхаемого воздуха с влагяой поверхностью дыхательных путей ограничено, поэтому з процессе массотеплсобкена уЕеличизаЕЗШСЯ объемам вдыхаемого воздуха достается меньшее количество водяных паров нз едя-пицу объема.

Следует отг.етитъ, что у всех обследованных добровольцев, за исключением одного, характер зазпскмости каккмальнсЛ теигерату-ры еудохэ соответствовал зависимости "усредненного" обследуемого. "акекдалыша значения температуры Еыдыхаегаго воздуха ушнь-оалюь за время проведения пшервентилпцг.енного теста с еыходом значений температуры на плато я стабилизацией во после 10 - 13 дыхательных циклов.

Тск1!?.1 обраисм, разработка тестов нагрузки дыхательной системы, служащих для оценки кондиционирувдей функции легких, и апробация методик применения этих тестов на здоровых волонтерах присоли к получению ряда результатов, анализ которых кратко мо-й91 Сыть выражен следующим образом. Методика измерения и регистрации трех параметров внешнего дыхания (объемов, температуры н относительной влажности) одновременно и непрерывно в течение временного кнтер. ала, длительность которого определяется особенностями нагрузочного теста, необходима для учитквания и правильной оценки влияния на характер парзметроз внесшего дыхания не только каких-либо функциональных изменений дыхательной системы пациента из-за влияния болезни, но тпкге и взаимовлияния факторов воздушного потока как при вдохе, так и при шдсхо.

Измерение и регисграция параметров внепшего дыхания больных з клинике проводились по тем же методшеам, что и здоровых волонтеров.Группу страдающих икемической болезнью сердца составили 18 пациентов ( из них В - яекцины ) в возрасте ст 45 до 64 лет. Зольные бронхиальной астмой составили группу из 16 человек, среди хотсрых 8 - женцжы. Есзрзст больше этой группы колеблется от

37 до 56 лет. Группу (Зольных обстр;, ктивным бронхитом в возрасте от 44 до 58 лет составили'14 человек, из которых 9 - женщины.

Обследование каждого больного проводилось по рекомендации и под наблюдением лечащего врача, через 1,5-2 часа после утреннего приема пищи. Мобильность аппаратуры позволила проводить все необходимые работы с больным в условиях палаты у его койки. Результаты, полученные при спокойном .дыхании используются в качестве базовых для сравнения с результатами применения других нагрузочных тестов. Кроме того, эти же результаты в своей совокупности могут быть использованы как дополнительный диагностический фактор. Так, например, повышенная температура выдыхаемого воздуха при малых его объемах говорит о наличии дополнительного по сравнении с нормой у здоровых волонтеров источника тепла в дыхательной системе. Такая ситуация может быть, вызвана, например, гиперемией. Пониженные значения относительной влажности могут быть вызваны уменьшением "рабочей" ловерхности воздуховода: х путей из-за сужения или закупорки просвета бронхов, с'одной стороны, а с другой - увеличением вязкости слизи, выстилащей эти пути. В пользу этого предположения говорит'тенденция к более значительному уменьшению величины относительной влажности у больных бронхиальной астмой и хроническим обструктивным бронхитом.

Тест с задержками выдоха, не вызвавший существенных трудностей у здоровых волонтеров, оказался невыполнимым для больных, прошедших обследование. Больные бронхиальной астмой смогли выполнить лишь два пункта данного теста, а именно задержать выдох на 10 и на 20 секунд. В двух других грушах больные задерживали выдох на время до 40 секунд.

Зависимость температуры выдыхаемого воздуха от длительности задержки выдоха в группе больных ИБС носит тот же характер, что и в случае с группой здоровых лиц, однако располагается в более низкотемпературной области, т.е. сдвинута относительно зависимо- . сти для здоровых волонтеров 'вниз на 1,2 °С. Можно предположить, что это связано с одной стороны с существенно меньшими, чем в случае со здоровыми волонтерами, объемами вдоха и выдоха, с другой стороны - с изменениями в худшую сторону параметров кровотока в малом круге кровообращения в результате болезни.

Увеличение относительной влажности выдыхаемого воздуха при возрастании длительности задержки выдоха объясняется более про-

цолжительным насыщением примерно одинаковых объемов воздуха водяными параш.

Ход температурной зависимости не противоречит концепции математической модели массотеплообмена в легких. Стабильность значений величины относительной влажности выдыхаемого воздуха при увеличении времени задержки выдоха в 4 раза (от 10 до 40 секунд) возможно объясняется характером заболевания. При обструктивном 5ронхите происходит как частичное сужение, так и полное перекры-гие просвета бронхиол за счет слизистого содержимого, возрастает трошцаемость кровеносных сосудов, появляется выпот в альвеолах, гиперемия. Эти факторы существенно влияют на массотеплообмен з Зронхэ - легочном аппарате при дыхании, изменяя его в худшую сторону. Возрастание температуры обусловлено гиперемий на фоне уменьшения "вабочей" поверхности бронхо-легочного аппарата, но это уменьшение ограничивает возможность насыщения вдыхаемого воздуха водяннга парами.

Работы, выполненные нами в условиях клиники, показали, что нагрузочные тесты, разработанные для исследования кондиционирующей функции дыхательной системы здоровых волонтеров и успешно апробированные с их помощью, по ряду своих характеристик не дают возможности успешного применения в клиника. Это в свою очередь не позволяет прк. .ести сравнение по всем необходимым параметрам результатов обследования здоровых и больных людей. Прежде всего это относится к тесту нагрузки дыхательной системы с помощью задержки выдоха на различные по продолжительности интервалы времени. Этот тест оказался невыполнимым в полном объеме для обслзду-емых наш больных,- В этой связи более важное место занимает определение показателей при спокойном дыхании и изызнении режима вентиляции с комплексна анализом получаемой информации.

При исследовании математической модели тепломассообмена в дыхательных путях был сделан вывод о взаимозависимости величин объема, температуры и влажности выдыхаемого Еоздуха. Это обстоятельство нашло свое подтверждение в результатах исследования физических параметров газового потока при вдохе и выдохе у здоровых и больных людей. Наиболее существенными из наблюдаемых нэми были изменения физических параметров выдыхаемого воздуха в тесте с гмюр^ентиляииоцнол нагрузкой. Кроме того, этот тест оказался тзиемлекым для обследования как здоровых, так и больных ладей.

Стабилизация значений измеряемых величин при применении этого теста обычно происходила на 10-13 дахате-ьном цикле.По этим причинам оценка кондиционирующей функции системы дыхания проводилась на основе исследования результатов применения гипервентиляционной нагрузки в течение 13 дыхательных циклов.

В математический аппарат обработки результатов исследования нами Сил введен безразмерный показатель кондиционирующей способности системы дыхания (ПКС), который связывает основные величины, измеряемые при обследовании, и расчитывается по формуле ПКС = V « ф/Т, где V - величина объема выдыхаемого воздуха (л),, ф - величина относительной влажности выдыхаемого воздуха (2), Т - величина температуры выдыхаемого воздуха (° г).

По приведенной формуле были вычислены значения ПКС для каждого из обследованных и для "усредненного" обследуемого по группам больных и волонтеров.

Величина ПКС для здоровых-людей колебалась в диапазоне 6,4 - 2,6 к составила в среднем 3,8 ± 0,4. Аналогичные закономерности были выявлены у больных- шэмнческой болезнью сердца, бронхиальной астмой и обструктивным бронхитом. Средние значения ПКС-для этих групп обследованных составили соответственно 1,6 ± 0,3, ±,2 ± 0,2, 2,4 ± 0»4 и были достоверно ниже показателей контрольной группы. Однако, у 20% больных обструктивным бронхитом значения ПКС существенно цревышали сре-ние по группе и попадали за нижнюю границу диапазона значений для здоровых лиц. В этой связи представлялось важным проследить динамику показателя в процессе гипервентиляционной нагрузки. У здоровых людей отмечена стойкая тенденция к уменьшению ПКС за время провмдешя теста. Ход зависимости величины ПКС у обследованных нами больных имеет противоположную тенденцию.

Таким образом, анализ результатов применения теста с гил&р-вентиляционной нагрузкой выявил различия величий, характеризующих кондиционирующую функцию органов дыхания у здоровых люд .-г, и обследованных нами больных. Для объективной оценки состояния этой функции с учетом температуры, влажности и объема воздуха предлагается интегральный показатель (ПКС), который существенно отличается величиной и градиентом у здоровых и больных людей. Он может служить диагностическим признаком нарушения функционального состояния органов дыхания. Информативность этого показателя

возрастает при проведении теста с гипервентиляционной нагрузкой. Здоровые лица отличаются от больных тем, что в процессе гипервентиляции величина ПКС уменьшается, в то время как у больных она возрастает.

вывода

1. Кондиционирующая функция дыхательной системы в норме обеспечивает подготовку вдыхаемого воздуха к контакту с поверхностью эпителиального покрова бронхов и газообменной поверхностью легких. При этом физические параметры контактирующей порции воздуха выдерживаются в весьма узком диапазоне значений, даже при условии дыхания воздухом с большим разбросом значений температуры и влажности.

2. Полное кондиционирование воздуха на уровне верхних дыхательных путей не достигается, в этом процессе участвуют и щппнко дыхательные пути, что подтверндается результатами моделирования и применения различных нагрузочных тестов. На стадии выдоха з дыхательных путях происходит частичный отоор тепла и влаги из выдыхаемого воздуха, что позволяет организму в норме иметь минимальные влагопотери и энергетические затраты на дыхание.

3. По характеристикам процесса тепломассообмена мозно судить о состоянии органов дыхания и сердечно-сосудистой системы. Одновременное измерение температуры, относительной влажности и объемов вдыхаемого и выдыхаемого воздуха с использованием разработанных методик дают более полную информацию.

4. Псказатс :ь кондиционирующей способности органов дыхания (ПКС), рассчитанный с учетом температуры, относительной влажности и объема выдоха, адекватно отражает состояние физиологических процессов тепломассообмена организма с окружающей средой при дыхании. Этот показатель может быть использован в клинике для характеристик Функционального состояния дыхательной п сердечнососудистой систем.

5. Ееличша ПКС в исходном состоянии у здоровых людей составляет в среднем 3,8, у страдающих ИБС - 1,6, у Сольных бронхиальной астмой - 1,2 , сбстру^стивным бронхитом - 2,4. При гнпервбн-ткля15'очных нагрузках величина ГКО у здоровых людей уменыззется в средяьм на увеличивается у больных 11ЕС на 45%, бронхиальной

астмой - на 30%, обструктиввым бро.лятом - на 40%.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

г*

1. Исследование кондиционирующей функции легких путем анализа измеряемых величин физических характеристик потока вдыхаемого и выдыхаемого воздуха необходимо проводить на базе одновременного измерения параметров с учетом их взаимозависимости.

2. Измерение температуры воздушного потока при дыхании можно осуществлять с использованием в качестве первичного преобразователя микротермистора МТ-57, своими параметрами отвечащего этой цели.

3. Аэродинамические характеристики воздуха при дахании достаточно точно можно измерять с помощью датчика на основе гибкой мембраны, применявшегося в данной работе. Датчик прост в эксплуатации.

4. Нагрузочный тест с различными по длительности задержками выдоха применим только при исследовании дыхания здоровых людей, для больных необходимы более щадящие тесты, например с помощью кратковременной гипервентиляции.

5. При количественном анализе. параметров кондиционирующей функции органов дыхания рекомендуется использовать в качестве диагностического критерия ПКС, который учитывает значения величин температуры,влажности и объема выдыхаемого воздуха. Для повышения диагностической информативности величина ПКС расчитывается для спокойного дыхания и для дыхания с гипервентиляционной нагрузкой.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шульга В.П., Сериков В.Б. Сопряженная и обратная задачи тепломассообмена в легких при дыхании//Тез.докл. Междун.форум "Тепломассообмен". Минск. 1988. С. 143-146.

2. Рамм М.С., Сериков В.Б., Шульга В.П., Беляков H.A. Моделирование нестационарного'тепломассообмена воздуха в "егких//Фл-зиол.журн.. Киев. 1909. Т. 35. N 3. С. II3-II9.

3. Синицина Т.М., Сериков В.Б., Бутомо М.И., Болобон С.А., Шульга В.П. Взаимоотношения между температурой выдыхаемого воздуха при вентиляционных нагрузках и показателями функции внешнего днхания//Физиол.человека. 1990. Т. 16. N 5. С. 76-81.