Измерение интенсивности обмена веществ в отдельных органах

Потребление кислорода (и, следовательно, интенсивность метаболизма) в отдельных органах можно определить методом, основанным на принципе Фика. В соответствии с этим принципом измеряют скорость перфузии органа, v’O ₂, и артериовенозную разницу по О₂ и СO₂:

 

v’O₂ (мл/мин) = Q’ (мл/мин) • (FaO₂ – FbO₂) (4)

v’CO₂ (мл/мин) = Q’ (мл/мин) • (FвСO₂ – Fa СO₂)– (5)

 

В ткани головного мозга метаболизируются в основном углеводы, и ДК примерно равен 1,0; ДК для скелетных мышц, а также для сердечной мышцы существенно варьирует в зависимости от особенностей обмена веществ в данной ситуации.

При определении интенсивности обмена веществ непрямыми методами необходимо измерять поглощение кислорода испытуемым в единицу времени. Для этой цели используют как закрытые, так и открытые респираторные системы.

Закрытые системы

Принцип таких систем состоит в том, что испытуемый вдыхает содержимое заполненного кислородом спирометра. Выдыхаемую газовую смесь пропускают через резервуар, в котором поглощается диоксид углерода, после чего газовая смесь вновь поступает в спирометр; таким образом, путь газовой смеси оказывается замкнутым, а респираторная система–закрытой. Регистрируемая спирограмма характеризуется углом наклона; чем круче наклон, тем больше кислорода удалено из системы в единицу времени.

Закрытые системы должны быть заполнены кислородом, поскольку при использовании воздуха кислород расходуется так быстро, что его концентрация во вдыхаемой газовой смеси быстро падает, становясь ниже 8,5 мл/дл (критический порог), при этом концентрация СО₂ не увеличивается. Нехватка кислорода в этих условиях часто вызывает неожиданную потерю сознания у испытуемого, из–за того что дыхание стимулируется лишь в незначительной степени, а другие сигнальные системы обычно не срабатывают. Преимущество закрытых систем состоит в том, что нет необходимости измерять концентрацию O₂, а недостаток–в том, что нельзя определить ДК.

Стандартный объем. Какими бы ни были условия, в которых измерена интенсивность поглощения кислорода, результаты нужно пересчитать на стандартные условия, чтобы можно было сравнивать данные, полученные в разных экспериментах, независимо от действительных значений температуры и давления воздуха. Принимаются следующие условия СТДВ (стандартные температура, давление, влажность): 0°С, 760 мм рт.ст. и сухой воздух. Коэффициент пересчета обычно получают на основе табличных данных по уравнению

Vo=V· Pб–PH₂O /760·273/273+t (6)

где Vo– объем в стандартных условиях, V измеряемый объем, Pб– барометрическое давление, РH₂0 давление водяного пара в спирометре, t–температура измеряемого объема газа в градусах Цельсия.

Открытые системы

В открытых респираторных системах пути, по которым следует вдыхаемый и выдыхаемый воздух, разделены. Обычно вдыхается свежий воздух, а на пути выдыхаемого воздуха установлен прибор для измерения его объема, а также концентрации в нем О₂ и СO₂. Поскольку содержание соответствующих компонентов во вдыхаемом воздухе известно, можно вычислить потребление кислорода и выделение углекислого газа.

Основные расчеты. При измерении в нормальных условиях можно вполне удовлетворительно оценить поглощение О₂ и выделение СО₂ следующим образом:

v’O₂ = v’e·(FIO₂–FEO₂) (7)

или

v’СO₂ = v’e· FEСO₂) (8)

В том случае, если требуется особенно высокая точность, следует иметь в виду, что истинные значения потребления О₂ и выделения СО₂ выражаются разностью концентраций каждого из этих веществ во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе. Содержание СО₂ в свежем воздухе в нормальных условиях так мало, что им можно пренебречь. Но выдыхаемый воздух содержит значительное количество O₂, и для оценки потребления О₂ по разнице его концентраций во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе может быть использована следующая формула:

 

v’O₂ = v’i FIO₂– v’·FEO₂) (9)

Количество выдыхаемого кислорода можно вычислить так же, как и количество выдыхаемого СO₂. Содержание О₂ во вдыхаемом воздухе, когда используется свежий воздух, известно (FiO₂ = 0,2095 = 20,95 мл/дл), но V’I неизвестно. Только если ДК = 1, можно считать, что минутные объемы вдыхаемого и выдыхаемого воздуха (приведенные к стандартным условиям) одинаковы. Когда ДК ниже 1,0, выдыхается меньше воздуха, чем вдыхается. Однако, когда известен ДК, минутные объемы можно определить один из другого. Эти соображения позволяют рассчитать потребление кислорода при использовании камеры Дугласа (см. ниже) по следующей формуле (вывод уравнения не приводится):

 

DV’O₂ = V’E(1,265 • DFO₂– 0,265 • FEСO₂) (10)

Величину v’e можно определить по количеству выдыхаемого воздуха, собранного в камере Дугласа за определенное время; FEСO₂ –это фракция СО₂ в собранном смешанном выдыхаемом воздухе, а DFO₂ представляет собой разность между фракциями кислорода во вдыхаемом воздухе и выдыхаемой газовой смеси. После этого результат следует пересчитать на стандартные условия СТДВ.

Камера Дугласа. Камера Дугласа применяется в одном из классических методов для определения количества потребляемого кислорода. Метод заключается в непрерывном измерении с помощью портативного устройства, которое можно подсоединять к испытуемому, не стесняя его поведения. При физиологических исследованиях испытуемый может носить камеру в процессе работы как рюкзак. Свежий воздух поступает через клапан, расположенный в мундштуке; при вдохе нос зажимается специальным зажимом. Весь выдыхаемый воздух собирается в газонепроницаемой камере, куда он поступает по системе клапанов и трубок; при этом время заполнения камеры точно регистрируется. После окончания периода заполнения с помощью специальных манипуляций добиваются тщательного перемешивания компонентов поступившего в камеру воздуха, а затем определяют в пробе содержание кислорода и диоксида углерода. Объем всего собранного воздуха измеряют с помощью газометра.

Другие методы. Вместо камеры Дугласа на спине у испытуемого можно закреплять газометр, специально приспособленный для того, чтобы пробы выдыхаемой газовой смеси попадали в маленькую дополнительную емкость. Эти пробы должны быть репрезентативными в отношении всех компонентов (например, мертвого пространства и альвеолярного воздуха) выдыхаемой смеси (так называемая кратная порция). Поскольку в период выдоха пропорции различных компонентов могут изменяться, необходимо, чтобы определенная часть воздушного потока постоянно направлялась в отводную емкость; таким образом собирают определенную часть выдыхаемой газовой смеси, в которой составляющие компоненты представлены в адекватных соотношениях (например, 1% в портативной системе Мюллера и Франса).

Для непрерывного измерения поглощения кислорода применяют более сложные методы и стационарные установки. Можно также использовать современную телеметрическую аппаратуру на подвижной платформе.

Главные преимущества установок, основанных на принципе постоянного отсоса, заключаются, во–первых, в том, что можно просто и очень точно измерить при помощи газометра однородные воздушные потоки, и, во–вторых, в том, что изменения концентраций О₂ и СО₂ в выдыхаемом воздухе непосредственно отражают изменения исследуемых метаболических параметров. Таким образом, наблюдаемые изменения концентраций газов прямо характеризуют метаболический статус в данных конкретных условиях, так что не требуется сложных вычислений, увеличивающих возможность ошибки.

При непрерывной регистрации важно, чтобы разность концентраций газов и соответствующие объемы измерялись точно в один и тот же момент времени. Поэтому необходимо как можно чаще проверять эту аппаратуру;

для калибровки удобен в качестве метода сравнения метод с применением камеры Дугласа. В некоторых случаях следует использовать специальные приемы, имитирующие потребление кислорода,–удаление кислорода при помощи регулируемого пламени и разбавление азотом.

Если нужно измерить интенсивность обмена веществ у больного в условиях искусственного дыхания, необходимо учитывать возможность изменений содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, а в некоторых случаях и добавление наркотических газообразных веществ.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ