Методы, основанные на принципе Фика

Более 100 лет тому назад Фик разработал принцип, на основе которого может быть измерен минутный объем кровообращения в целостном организме человека. Этот принцип имеет следующую формализованную запись.

В практической работе принцип Фика используют в различных вариантах.

Прямой метод Фика весьма травматичен. Он предусматривает определение артериовенозной разницы по Ог путем анализа крови, взятой из различных участков сердечно-сосудистой системы.

Поскольку насыщение артериальной крови кислородом одинаково в любом участке артериального дерева, пробы крови для определения Сао, можно брать из любой доступной артерии (например, бедренной). Содержание кислорода в различных областях венозной системы может существенно отличаться. Поэтому смешанную венозную кровь забирают из легочной артерии - места, где осуществляется наиболее полное смешивание венозной крови. Забор крови из легочной артерии осуществляется через зонд, вводимый в правые отделы сердца по венам руки и венам грудной клетки.

Прямой метод Фика является прецизионным методом определения минутного объема кровообращения. Поэтому он широко используется для сопоставления с другими методами в тех случаях, когда последние требуют проверки. Однако прямой метод Фика, как об этом уже говорилось, обладает важным недостатком - он весьма травматичен.

Непрямые варианты метода Фика отличаются от прямого метода тем, что определение артериовенозной разницы производится без зондирования сердца.

Все непрямые методы могут быть разделены на две группы, первая из которых характеризуется тем, что объектом исследования являются газы, участвующие в дыхании - кислород и углекислота. Методы второй группы изучают перенос чужеродных индифферентных газов (азота, ацетилена и т. д.) системой кровообращения.

Методы первой группы основываются на идее использования легких как аэротонометра (Loewy, Schrot-ter, 1905). К числу таких методов относится успешно применяемый в настоящее время метод возвратного дыхания углекислотой (В. Л. Кариман, Р. Л. Меркулова, Б. Г. Любнна, 1974). В соответствии с принципом Фика при применении этого метода определяется выделение углекислоты (Vco, млмин, STPD). Концентрация СОг в артериальной крови измеряется либо непосредственно, либо принимается равной ее содержанию в альвеолярном воздухе (подробнее см. ниже).

Для расчета Cvco2 применяется процедура возвратного дыхания углекислотой. Суть методики заключается в следующем. Испытуемый делает вдох из эластичного мешка, наполненного газовой смесью, состоящей из 4-5% углекислоты в кислороде. Выдох выполняется в этот же мешок. Вся процедура возвратного дыхания продолжается 18-25 с при частоте дыхания 30 в 1 мин (под метроном). Объем мешка должен быть примерно равным 1,5 дыхательного объема испытуемого.

С каждым последующим выдохом в мешок для возвратного дыхания напряжение СОг в нем (а следовательно,  и  в  альвеолах) экспоненциально возрастает, приближаясь к напряжению С02 в венозной крови (De-fares, 1958), где а - напряжение СОг в венозной крови, b - напряжение СОг в мешке, п, k - постоянные, л' - число дыханий.

Теоретически можно ожидать, что в какой-то момент напряжение С02 в венозной крови и в альвеолах станет равным и тогда по данным определения СОг в мешке для возвратного дыхания можно будет судить о С02 в смешанной венозной крови. Однако в действительности рециркуляция крови, которая в покое начинается примерно через 20 с, а при нагрузке даже через 10 с, не позволяет надежно или даже делает невозможным определение момента выравнивания напряжений С02.

Defares (1958), Dcfares и др. (1961), предложившие математическую теорию методики возвратного дыхания углекислотой, показали, что момент выравнивания напряжений может быть сравнительно просто предсказан, если известна динамика прироста С02 в системе легкие - мешок в процессе возвратного дыхания. Для этого, в координатах откладывают точки, характеризующие напряжение С02 при первом (на оси Р„) и втором (на оси Pn+i) выдохах в мешок, втором и третьем выдохах  т. и. Полученные точки (кроме первой) обычно приходятся на прямую, место пересечения которой с прямой, спроецированное на абсциссу, указывает на величину напряжения С02 венозной крови.

Для определения содержания С02 в артериальной крови делается забор микродоз крови из разогретого пальца или мочки уха с последующим анализом на аппарате. Для непрямого определения этого показателя регистрируется капнограмма обычного дыхания, с помощью которой определяется напряжение С02 в альвеолярном воздухе. Как принято в настоящее время, напряжение С02 в альвеолярном газе определяется по конечной части альвеолярной фазы капнограммы. Эта величина близка к напряжению С02 в артериальной крови (Холден, Пристли, 1937). Проведенные в последние годы прямые синхронные измерения С02 в артериальной крови и в альвеолярном газе показали, что в условиях покоя напряжение С02 в крови на 1-2 мм рт. ст. выше. Причинами этого являются сброс венозной крови по анатомическим шунтам в легких и неравномерность вентиляции в различных участках легких.

При физической нагрузке, напротив, напряжение С02 в альвеолах всегда больше, чем в артериальной крови, причем эта разница зависит от интенсивности нагрузки. Поэтому была предложена специальная формула (В Л. Кариман, Б. Г. Любина, 1972), позволяющая находить величину артериально-альвеолярного градиента по углекислоте при различной интенсивности мышечной работы, где ДЯсо2- разница напряжений СОг в артериальной крови и в альвеолах (в мм рт.ст.), N - мощность физической нагрузки (в кгммнн), е - основание натурального логарифма.

Как следует из этого уравнения, в условиях покоя (когда Л'=0)ДРсо2 равно 1,5 мм рт. ст. При нагрузке градиент становится отрицательным. Величины, рассчитываемые по уравнению, складываются (или вычитаются) с величинами напряжения С02 в альвеолярном газе.

Величины напряжения С02 в артериальной и венозной крови переводятся в величины содержания (С, млл) с помощью таблиц Root (1958).

Для определения количества выделенной углекислоты (VcoJ выдыхаемый воздух собирается в мешки Дугласа обычно на протяжении 2-3 мин. Объем этого воздуха (VE) определяется с помощью газовых часов, а концентрация С02 в нем (чюг) - капнографом. Тогда количество выделенной углекислоты (Усо2) рассчитывается по формуле: соя-cOj- Величина Усо, приводится к условиям STPD по таблицам Ю. Я- Агапова (1963).

Наличие в настоящее время малоинерционных газоанализаторов на С02 (капнографов), таких, как отечественный аппарат ГУМ-2 и зарубежных приборов фирмы Godart (Нидерланды), фирмы Eger (ФРГ) и других, позволяет получить все переменные в уравнении Фика и подсчитать величины минутного объема кровообращения.

Согласно исследованиям ряда авторов (Ferguson и др., 1968; Muiesan и др., 1968; Clausen и др., 1970; Т. А. Евдокимова, 1979, и др.), методика возвратного дыхания С02 дает весьма надежные данные о величинах минутного объема кровообращения как в условиях покоя, так и при физической нагрузке. Путем синхронных сопоставлений с прямым методом Фика и методикой разведения красителя было установлено, что подобная методика не отличается по точности от прецизионных способов определения минутного объема кровообращения.

В приведенном приеме определения напряжения углекислоты в смешанной венозной крови предусматривается низкое напряжение С02 в мешке для возвратного дыхания. Если же оно превышает Ясо2 в альвеолах, то используется метод выравнивания значений (1963), пригодный главным образом для условий покоя.

Р. С. Виницкая, Н. Л. Каганопа (1977) предложили для определения Рсо2 в смешанной венозной крови для уравновешивания с Рсо2 в альвеолярном воздухе применять газовую смесь с содержанием С02 близким к таковому в венозной крови. Смесь создается самим испытуемым при дыхании возвратно в мешок емкостью 2- 3 л, заполненный кислородом. Через несколько вдохов и выдохов наблюдается уравновешивание вдыхаемого и выдыхаемого газа, на капнограмме образуется так называемое эквилибрацнонное плато. Методика пригодна для исследований минутного объема кровообращения в условиях покоя.

Методы второй группы берут свое начало от способа Bornstein (1910), который в качестве физически поглощаемого кровью индифферентного газа брал азот. Вскоре начали использовать для целей определения минутного объема кровообращения закись азота (Krogh, Lindhard, 1912, 1915), йодистый ЭТИЛ (Henderson, Hog-gard, 1925), а также этилен и ацетилен.

Из всех методов этой группы до настоящего времени сохранилась лишь ацетиленовая методика (Groll-man, 1929). В Советском Союзе она применяется в модификации В. В. Ларина (1934, 1935) и И. II. Хренова (1940). В спортивной практике ее использовала Г. И. Марковская (1952, 1955).