Профессиональные медицинские консультации и советы для интеллектуальных пациентов
 
  

Работоспособность человека в условиях высокой плотности окружающей газовой среды на фоне вспомогательной вентиляции легких

ЗаголовокРаботоспособность человека в условиях высокой плотности окружающей газовой среды на фоне вспомогательной вентиляции легких
Тип публикацииUnpublished
Year of Publication1987
АвторыГусейнов, Т. Ю.
Реферат

Даны методика и результаты применения вспомогательной инжекционной вентиляции лекгих при выполнении физической нагрузки в гипербарической среде плотностью до 20,4 кГ/м3

Полный текст
Работоспособность человека в условиях высокой плотности окружающей газовой среды на фоне вспомогательной вентиляции легких.
Отчет с.н.с. Гусейнова Т.Ю. по циклу экспериментов «Неон».
 
Методика исследований
Для проведения вспомогательной вентиляции легких использовался модифицированный
для гипербарических   условий опытный образец аппарата инжекционной вентиляции легких «Спирон–601» (разработка ВНИИМПа).
Для использования его в гипербарических условиях внесены следующие изменения:
·                                  разнесены электронный и пневматический блоки;
·                                  увеличены проходные сечения пневмомагистралей;
·                                  рассчитан и сконструирован струйный элемент (инжектор)   с низким сопротивлением газовому потоку и сменными активными соплами разного диаметра сечения. Инжектор совместили с клапанной коробкой низкого сопротивления.
Для обеспечения поставленной задачи - вспомогательной вентиляции легких, была сделана триггерная система вспомогательной вентиляции, запускающая дыхательный цикл при попытке вдоха пациента (рац.предложение №3601 принятое в ИМБП 26.06.87. Триггерная система сконструирована и выполнена Одиноковым Г.И. и Горбуновым О.П.
Основанием для запуска дыхательного цикла являлось появление отрицательного давления перед клапаном вдоха. Отрицательное давление регистрировалось и преобразовывалось блоком измерения давления, после чего сигнал, усиленный пневмотахографом (НПО «Медфизприбор») подавался на электронный блок управления аппарата. Выбор места регистрации отрицательного давления был связан с необходимостью отсечения последующего положительного давления вдоха, которое могло повредить чувствительный дифференциальный манометр. Чувствительность срабатыва­ния триггерной системы плавно регулировалась. Длительность дыхательного цикла испытуемый так же мог плавно менять исходя из потребности в период выполнения физической нагрузки. При необходимости, испытуемый имел возможность запускать дыхательный цикл и управлять его длительность посредством ручного управления. Источником избыточного давления, подаваемого через пневматический блок управления на инжектор, являлся стационарный компрессор ГКК-225. Дыхательная смесь отбиралась из барокамеры и через компрес­сор закачивалась в транспортный баллон, исполняющий роль ресивера высокого давления и вновь направлялась в барокамеру. Таким     образом, для вентиляции легких использовалась среда самой барокамеры.
Компрессором ГКК-225 перекачивали дыхательную смесь барокамеры в транспортный баллон-рессивер до давления 50-60 ата и под давлением 6-7 ати по­давали в барокамеру на редуктор пневматического блока аппарата. В дальнейшем компрессор работал в прерывистом режиме по мере снижения или повышения     давления в баллоне.
При закрытом выходе загубника, одетого на инжектор, устанавливали запланированную                                   величину (+20 - +30 см.вод.ст) положительного давления, генерируемого инжектором на вдохе. В дальнейшем величину положительного давления не меняли. Эту величину регистрировали блоком измерения давления и дублировали показания манометром в барокамере. Устано­вочное давление на активном сопле инжектора подбирали редуктором пневматического блока аппарата. Для создания избыточного давления в загубнике +20 - +30 см.вод.ст., требовалось установочное динамическое   давление на сопле инжектора 2, 3-3.0 ати.
Чувствительность системы вспомогательного дыхания настраивали на величину разряжения необходимую для устойчивого срабатывания подачи газовой смеси на каждый вдох, после чего приступали к физической нагрузке. Длительность «вдувания» испытуемый      устанавливал и менял исходя из потребностей в период физической нагрузки.
После окончание физической нагрузки вспомогательная вентиля­ция продолжалась до 5-7-ой минуты восстановления, в дальнейшем дыхание было полностью самостоятельным.
Для оценки состояния внешнего дыхания и  газообмена при физичес­кой нагрузке в условиях вспомогательного дыхания     применялся тот же комплекс приборов и методика исследования системы дыхания, что и при основных исследованиях физической работоспособности (постановка методик С. Суворов и С. Михненко). Клапаны инжектора направляли газовые потоки аналогично клапанной коробке, используемой при других    исследованиях системы дыхания.
В условиях вспомогательной вентиляции легких выполнялась физи­ческая нагрузка по схеме    исследований работоспособности в условиях самостоятельного дыхания.
Всего в условиях вспомогательной вентиляции легких проведено 10 исследований физической работоспособности у 6 испытуемых:
·         в эксперименте Н4-250 в условиях неоно-кислородной среды плотностью 20.4 кг/м3 у двоих испытуемых исследована физическая работоспособность при предъявлении нагрузки мощностью 636 кГ/м в течение 10 минут   и каскада возрастающих нагрузок до максимальной работоспособности (до отказа). В этих случаях давление в загубнике на вдохе составило +20 см.водн.ст.|
·         в эксперименте Н5-250 исследование максимальной работоспособности дважды проведено с двумя испытуемыми в гелио-неоно-кислородной среде плотностью 11,2 кг/м3 при вспомогательном давлении на вдохе +30 см.водн.ст. И один раз с двумя испытуемыми в среде плотностью 7,0 кг/м3 при вспомогательном давлении на вдохе +20 см.водн.ст.
 
Результаты исследований.
Данные исследований по физической работоспособности в условиях вспомогательного дыхания сравнивались с данными исследований по аналогичным физическим нагрузкам выполненными теми же испытуемыми в ближайшие дни циклограммы. Таким образом, имелась возможность наряду с критериями достоверности Стьюдента использовать парный критерий достоверности Вилкоксона.
Для выявления общих закономерностей изменений связанных только
с применением вспомогательной вентиляции легких проведен статистический анализ                            различий в средних тенденциях всех изучаемых показателей при проведении физической нагрузки без и в условиях вспомогательной вентиляции легких.
Выявлено, что средняя величина минутного объема вентиляции (УЕ) в условиях вспомогательного дыхания на 23% превышала (р<0.01) среднюю величину (УЕ) при физической нагрузке без проведения вспомогательного дыхания (48,47±2,8 и 39,41± 2,68 соответственно).
Средняя величина парциального давления газа в альвеолярном газе (РАСО2) в условиях вспомогательного дыхания была на 12,7% меньше (р<0.001) средней величины РАСО2 при физической нагрузке без проведения вспомогательного дыхания (47,87±0,98 и 54,27±0,95 мм.рт.ст соответственно).
Различий в средних величинах потребления кислорода (УО2), выделении углекислого газа, частоты сердечных сокращений (ЧСС) и альвеолярной вентиляции (УА) при физической нагрузке в условиях сравниваемых типах вентиляции не выявлено.
Средняя продолжительность дыхательного цикла при физической нагрузки условиях вспомогательного дыхания существенно не отличалась
(Р>0,05) от продолжительности дыхательного цикла в условиях самостоятельного дыхания (4,32±0,19 и 4,14±0,186 сек соответственно). Однако, длительность вдоха в условиях вспомогательного дыхания была меньше (1,96± 0,09 и 2,3±0,115 сек соответственно, Р<0,05) и
отношение длительности выдоха к длительности вдоха - больше (1,25±0,076 и 0,84±0,027 сек соответственно, Р<0,001).
Таким образом, во всем изученном диапазоне воздействия других
факторов (плотность дыхательной среды, мощность физической нагрузки, величина избыточного давления в загубнике при вспомогательной вентиляции), вспомогательная вентиляция легких достоверно связана с повышением УЕ, уменьшением величины РАСО2, увеличением отношения продолжительности выдоха к продолжительности вдоха
Учитывая небольшое число наблюдений, однонаправленный характер показателей внешнего дыхания при различной плотности ок­ружающем газовой среды, для статистической обработки, результаты ис­следований при различной плотности дыхательной смеси, были объединены. Показатели физической работоспособности при проведении основной методики сравнивались с аналогичными показателями в условиях вспомогательного дыхания. Сравнению подлежали: состояние покоя до предъявления физической нагрузки, 4-5 минута каждой ступени нагрузки и 1-2 минута последней ступени нагрузки, при которой обычно обследуемый отказывался ее продолжать.
Средние показатели эффективности внешнего     дыхания и частота сер­дечных сокращений (ЧСС) при выполнении физической нагрузки возрас­тающей мощности представлении в   таблице №1   и рисунках 1-4.
На рис.№1 представлена      динамика УЕ при предъявлении физической нагрузки возрастающей мощности без и в условиях вспомогательной вентиляции легких. В условиях вспомогательного дыхания УЕ достоверно увеличивался на всех ступенях нагрузки. Прирост вентиляции, особен­но выраженный на средних ступенях (603-847 кГ/м/) составляет 21-48% (р<0.01). На последней ступени нагрузки вспомогательная вентиляция увеличивает УЕ на 13%. Отмеченное увеличение УЕ связано с возрастанием дыхательного объема - частота дыхательных циклов от особеннос­тей вентиляции легких существенно не зависела.
Динамика альвеолярной вентиляции легких представлена на рис.2. Прирост УА, связанный со вспомогательном вентиляцией легких, также более выраженный при нагрузках мощностью 603-947 кГ/м, составляет 11-34% (р<0,05). На последней ступени нагрузки отличие становится недостоверным.
Динамика РАСО2 представлена на рис.3. Проведение вспомогательного дыхания на всех ступенях нагрузки приводило к достоверному сни­жению величины РАС02 на 12-13%.
Динамика потребления кислорода представлена на рис.№ 4. Потреб­ление кислорода до нагрузки 603-636 кГ/м не зависела от применяе­мого типа вентиляции легких. При дальнейшем увеличении мощности, У02 в условиях вспомогательного дыхания возрастала в меньшей степе­ни и была на 9-10% меньше (р<0,05/ чем при физической нагрузке в условиях самостоятельного дыхания.
Выделение углекислого газа (табл.№ I) от типа вентиляции сущест­венно не менялось.
Достоверные отличия в частоте сердечных сокращений (табл.№I) в зависимости от типа вентиляции легких отмечены только в период наг­рузки 940-947 кГ/м. В условиях вспомогательного дыхания ЧСС было в среднем на 10 в минуту меньше.
В таблице №2 представлены показатели, отражающие максимальную
работоспособность при проведении физической нагрузки возрастающей
мощности. Приведенные величины ЧСС и УО2 непосредственно предшествовали
отказу от выполнения физической нагрузки. При подсчете суммарной работы, работа в период разминки (280-410 кГ/м · 5 мин) не учитывалась.
Простое сравнение приведенных показателей максимальной работоспо­собности не может отражать отсутствие или наличие изменения связан­ных с проведением вспомогательной вентиляции легких. При анализе данных таблицы следует учесть, что при выполнении физической   нагруз­ки в условиях вспомогательного дыхания только в трех исследованиях из 8, испытуемые считали, что выполнили максимально возможную для данных условий физическую нагрузку (Г-нов, Б-ий, Л-ов).
Г-нов, работая в газовой среде плотностью 20,4 кг/м3, перешел на ступень нагрузки, являющуюся для него максимальной по данным фоновых исследований. При этом величины ЧСС и АД соответствовали нагруз­ке меньшей мощности, выполненной в условиях самостоятельного дыхания (ЧСС 168 в мин, АД 245/100 ммт.ст, в сравнении с ЧСС 166 в мин, АД 245/95 мм.рт.ст). Б-ий и
Л-ов, работая при плотности газовой среды 7,0 кг/м3, достигли МПК аналогичного выполнению нагрузки в условиях самостоятельного дыхания. У Л-ва суммарная работа и время рабо­ты на последней ступени нагрузки одинаковые для сравниваемых типах вентиляции легких. Б-ий в условиях вспомогательного дыхания на последней ступени нагрузки работал на 404 сек дольше.
В одном случае (Щ-ко), было принято решение о прекращении наращи­вания мощности нагрузки в виду неадекватной гипертензионной реакции - 165/100 в покое и 250/115 мм.рт.ст. на вершине нагрузки. Гипертензионная реакция ССС у данного испытуемого связана с воздействием гипербарической среды в первые дни пребывания.
В четырех случаях проведения вспомогательного дыхания отказ продолжать нагрузку обуславливался дыхательным дискомфортом вследствие обратного поступления мокроты на заднюю стенку глотки со струей дыхательной смеси. На последней ступени нагрузки это приводило к сбою дыхания.
У М-ко и Щ-ко МПК было ниже соответствующих величин без вспомогательной вентиляции и при отсутствии сбоев дыхания они могли бы выполнить работу большей мощности.
3-ов, в газовой среде плотностью 20,4 кг/м3, в условиях вспомога­тельной вентиляции работал дольше, выполнив и больший объем суммар­ной работы. При этом МПК у 3-ва достигло величины МПК при работе в условиях самостоятельного дыхания, а по данным АД и ЧСС физическая нагрузка в условиях вспомогательного дыхания выполнялась при меньшем напряжении ССС (ЧСС 135 в мин, АД 230/70 мм.рт.ст. в сравнении с ЧСС 148 в мин., АД 240/90 мм.рт.ст.).
 Из таблицы №2 понятно, что сравнение периодов восстановления с использованием данных о всех испытуемых не представляется возможным вследствие выполнения разного объема суммарной работы и разного времени работы на последней ступени нагрузки. Для сравнения можно использовать периоды восстановления трех испытуемых: Л-ова, Б-кого и М-ко.
Отдельные результаты исследований этих трех случаев представлены в табл.№3. На третьей минуте восстановления вспомогательная вентиляция легких продолжалась, на десятой, дыхание было самостоя­тельным. В динамике показателей представленных в таблице прослежи­ваются те же закономерности, которые достоверно выявлены для пери­ода выполнения физической нагрузки - меньшее потребление кислорода, меньшая величина РАСО2, более благоприятные показатели ЧСС и АД, связанные о применением вспомогательной вентиляция легких.
Обсуждение полученных   результатов.
При физической нагрузке в среде с высокой плотностью   дыхательной смеси, достижение величины МПК соответствующее работе в среде с нормальной плотностью, происходит при меньшей мощности нагрузки, что связано с возрастанием работы дыхания в связи с резко увеличивающимся аэродинамическим сопротивлением.
Уменьшение потребления кислорода на субмаксимальных и максимальных нагрузках, показанное в выполненных исследованиях, может быть связано с частичным уменьшением работы дыхательных мышц. Исходя из механики дыхания, уменьшение работы дыхательных мышц при вспомогательной вентиляции в период вдоха можно ожидать. Но существует вероятность, что возросшая работа дыхания в фазу выдоха, связанная с увеличением УЕ и Ут компенсирует этот положительный эффект, чего не отмечено. Положительное давление в трахее в фазу вдоха предоставляет возможность его укорочения с соответствующим увеличением длительности выдоха и соотношения времени выдох/вдох. Используя приведенные выше данные по средним величинам УЕ, длительности дыхательного цикла, длительности вдоха и соотношения времени выдох/вдох, можно вычислить среднеарифметическую скорость потока дыхательной смеси на вдохе и выдохе при сравниваемых типах вентиляции легких. При этом, средняя скорость потока на вдохе в условиях вспомогатель­ной вентиляции составляет 1,78 л/сек, в условиях самостоятельного дыхания – 1,17 л/сек. Соответствующие величины в фазу выдоха составляют 1,48 и 1,47 л/сек. Таким образом, увеличение дыхательного объ­ема в условиях вспомогательной вентиляции легких не приводит к необходимости увеличения скорости газового потока на выдохе и к увеличению аэродинамического сопротивления. Напротив, увеличение дыхательного объема может позволить более значительную его часть выдыхать до проявления экспираторного динамического закрытия дыхательных путей. Наконец определенную роль может сыграть то, что на выдохе часть работы дыхания совершается за счет запасенной в период вдоха эластической силы легких грудной клетки.
Более корректнее объяснение уменьшения У02 требует изучение биомеханики дыхания с регистрацией транспульмонального давления.
При анализе особенностей связанных с проведением вспомогательной вентиляции легких, обращает внимание, что отмеченные положительные результаты проявляются, или наиболее выражены, при средних и субмаксимальных нагрузках (рис.№ 1,2,, табл. №1). Так прирост минутной вен­тиляции легких наиболее значителен при работе 603-947 кГ/м. Это же прослеживается в динамике объема альвеолярной вентиляции, которая на нагрузке последней мощности вообще не зависела от типа применяемой вентиляции легких. Частота сердечных сокращений в условиях вспо­могательной вентиляции легких достоверно уменьшалась только в период нагруз­ки 940-947 кГ/м. На последней ступени нагрузки увеличился разброс отдельных результатов измерения РАСО2 и УЕ, что отражается в величинах δ и m. Полученные данные можно интерпретировать как снижение эффективности вспомогательной вентиляции легких по применяемой методике при предельной мощности нагрузки.
Снижение эффективности наиболее вероятно обуславливается сочетанием причин связанных с техническими дефектами системы и связанных с особенностями методики.
Причины технического характера связаны с описанным выше выбором места регистрации отрицательного давлении вдоха используемого как сигнал для запуска триггерной системы. Перед клапаном вдоха, изменения давления были минимальными, что диктовало установку большой чувствительности. При максимальной нагрузке подключение допол­нительных мышц вызывало раскачивание блока измерения давления и инжектора, что приводило к периодическому ложному срабатыванию системы с наложением выдоха испытуемого на аппаратный вдох. Оптимальным местом регистрации давления является загубник или выход инжектора, где его величина в 12-15 раз больше.
В связи с большим сопротивлением пневмомагистрали от баллона-рессивера до пневматического блока аппарата, для обеспечения динамического давления 2,3 – 3,0 ати, необходимого для работы инжектора, устанавливали статическое давление 6 -7 ати. В момент открытия электромагнитного клапана отмечался существенный аэродинамический удар в заднюю стенку глотки, который вызывал ощущение першения, вплоть до кашля.   Это было особенно выражено при работе в газовой среде большой плотности (эксперимент Н4). При выполнении средних и субмаксимальных нагрузок, отдельные сбои дыхательных циклов работе не мешали.
Определенную роль в эффективности использования системы вспомогательного дыхания играли и навыки ее применения. Из трех испытуемых, считавших, что смогли выполнить максимально возможную работу, двое (Г-нов и Л-ов) были хорошо знакомы с системой по работе в предварительных экспериментах. У всех троих сбои дыхательных циклов практически отсутствовали. 
Снижение эффективности вспомогательной вентиляции легких связанное с особенностями методики может быть вследствие использования постоянной величины избыточного давления в ротовой полости в период всего каскада физической нагрузки. На начальных ступенях нагрузки положительное давление в загубнике может использоваться не только для преодоления аэродинамического сопротивления дыхательных путей, но и эластического. При нормальных величинах растяжимости легких, давление +20 см.вод.ст., переданное в альвеолы, может обеспечить дыхательный объем в 1 литр, +30 см.вод.ст. – 1,5 литра. Отмеченное с ростом нагрузки возрастание скорости потока газа на вдохе, после исчерпывания установленного градиента давления трахея-альвеолы, может быть обеспечено только подключением дыхательной мускулатуры. Косвенное подтверждение этому дает анализ графической регистрации давления в загубнике в период вдоха.
В эксперимента Н4 давление в загубнике не выходило на плато, а начинало дугообразно снижаться до 17-16 см.вод.ст. – т.е. с увеличением нагрузки дыхательные мышцы обеспечивали не только преодоление эластических сил, но и создавали отрицательное давление в альвеолах, участвуя в преодолении аэродинамического сопротивления.
Возможным путем сохранения прироста УЕ без увеличения работы дыхания является увеличение избыточного давления в ротовой полости с возрастанием физической нагрузки. Но этот путь вряд ли перспективен. Полученные объективные данные и анализ субъективных ощущений участников эксперимента позволяет считать давление +30 см.вод.ст. в ротовой полости максимальным в целях обеспечения вспомогательной вентиляции легких. Вносимый дискомфорт может превысить положительные стороны. Немаловажно, что эту ориентировочную величину можно считать безопасной при применяемом методе.
Оценивая полученные результаты как предварительные, вспомогательное дыхание в целях повышения работоспособности для условий сухих барокамер можно рекомендовать при плотности окружающей газовой среды более 11 кг/м3».
 
ВЫВОДЫ
1.               Вспомогательная инжекционная вентиляция легких обеспечивает респираторную помощь в гипербарических условиях при декомпенсации внешнего дыхания и диспноэ.
2.               Вспомогательная инжекционная вентиляция легких применима в условиях физической нагрузки и позволяет повысить работоспособность при выполнении средних и субмаксимальных мощностей работы (для сухих барокамер – 600-900 кГ/м).
 
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1.               Рекомендуемая величина избыточного давления в ротовой полости для обеспечения вспомогательного дыхания + 20-25 см.вод.ст., без существенной зависимости от плотности окружающей газовой среды.
2.               Аппаратура вспомогательной инжекционной вентиляции легких должна рассматриваться как водолазная техника с соответствующим обучением ее эксплуатации.
 

Таблица 2

 

 

Таблица 3 

Прикрепленный файлРазмер
Отчет Гусейнова Т.Ю. по циклу экспериментов "Неон"2.46 Мб