Научная статья на тему 'Теория и упрощенная математическая модель многоуровневой искусственной вентиляции легких'

Теория и упрощенная математическая модель многоуровневой искусственной вентиляции легких Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
182
32
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Общая реаниматология
Scopus
ВАК
Область наук
Ключевые слова
ИВЛ / МНОГОУРОВНЕВАЯ ИВЛ / MULTILEVEL ARTIFICIAL VENTILATION / ARDS / ALL / ARTIFICIAL VENTILATION / ACUTE LUNG INJURY / ACUTE RESPIRATORY DISTRESS SYNDROME

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Torok P., Mdjek M.

Исходя из проблематики искусственной вентиляции легких (ИВЛ) при негомогенных патологических процессах в легких (ALI, ARDS, пневмония и др.), авторы создали программную математическую модель многокомпартментных негомогенно поврежденных легких, «вентиляцию» которых проводили новым способом ИВЛ так называемой трехуровневой вентиляцией. Многоуровневую вентиляцию определили как способ (модификацию) ИВЛ, при которой основной уровень вентиляции создают вентиляционные режимы CMV, PCV, или PS (ASB), а надстройку, так называемую «вентиляцию на фоне», создают уровни PEEP и PEEPh (PEEP high) с изменяемой частотой и продолжительностью. Многоуровневую вентиляцию на 3-х уровнях давления авторы проводили на математической модели в виде сочетания вентиляции, управляемой давлением (PCV), и двух уровней PEEP и (PEEPh). Целью работы являлось доказательство того, что при выраженной неравномерности распределения газов в не гомогенно поврежденных легких с помощью многоуровневой ИВЛ можно улучшить поступление газов в так называемые «медленные» бронхоальвеолярные компартменты без риска существенного изменения объема так называемых «быстрых» компартментов. Материал и методика. Многоуровневую вентиляцию на 3-х уровнях давления проводили, используя математическую модель в виде сочетания вентиляции, управляемой по давлению (PCV), и двух уровней PEEP и (PEEPh). Результаты. При сравнении одноуровневой ИВЛ в режиме PC с вентиляцией в виде сочетания PC+PEEPh/PEEP выявили, что наполнение «медленных» компартментов модели улучшилось на 50-60% по сравнению с исходными значениями. В абсолютном выражении для компартментов с обструкцией эта разница достигает 2-10-кратного объема. Заключение. На математической модели можно продемонстрировать, что применение так называемой трехуровневой ИВЛ приводит к выраженным изменениям распределения газов в негомогенно поврежденной патологическим процессом легочной ткани. Авторы отмечают, что для оценки эффектов этой модификации ИВЛ предложенная математическая модель требует клинической проверки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Torok P., Mdjek M.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Considering the issues of artificial ventilation (AV) in non-homogenous pathological lung processes (acute lung injury, acute respiratory distress syndrome, pneumonia, etc.), the authors created a mathematical model of multicompartment non-homogenous injured lungs that were ventilated by a new mode of AV, the so-called three-level ventilation. Multilevel ventilation was defined a type (modification) of ALV whose basic ventilation level was produced by the modes CMV, PCV or PS (ASB) and add-on level, and the so-called background ventilation was generated by the levels of PEEP and high PEEP (PEEPh) with varying frequency and duration. Multi-level ventilation on 3 pressure levels was realized by the mathematical model as a combination of pressure-controlled ventilation (PCV) and two levels of PEEP and PEEPh. The objective was to prove that in cases of considerably non-homogenous gas distribution in acute pathological disorders of lungs, gas entry into the so-called slow bronchoalveolar compartments could be improved by multilevel AV, without substabtially changing the volume of so-called fast compartments. Material and Method. Multi-level ventilation at 3 pressure levels was realized by the mathematical model as a combination of PCV and two levels of PEEP and PEEPh. Results. By comparing the single-level AV in the PCV mode with the so-called three-level ventilation defined as a combination of PCV+PEEPh/PEEP, the authors have discovered that the loading of slow compartments in the model was considerably improved by 50-60% as compared with the baseline values. In absolute terms, this difference was as many as 2-10 times of the volume. Conclusion. The mathematical model may demonstrate that the application of the so-called three-level AV causes considerable changes in gas distribution in the lung parenchyma disordered by a non-homogenous pathological process. The authors state that the proposed mathematical model requires clinical verification in order to evaluate the efficiency of this modification of AV.

Текст научной работы на тему «Теория и упрощенная математическая модель многоуровневой искусственной вентиляции легких»

ТЕОРИЯ И УПРОЩЕННАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МНОГОУРОВНЕВОЙ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ

Р. T6r6k, M. Majek*

Отделение анестезиологии и интенсивной медицины, Больница Вранов на Топле * Клиника анестезиологии и интенсивной медицины академика Дерера, Словацкого медицинского университета, Братислава (Словакия)

Multilevel Ventilation: Theory and Simplified Mathematical Model

P. Török, M. Majek

Department of Anesthesiology and Intensive Medicine, Hospital, Vranov-on-Tople *Academician Derer Clinical of Anesthesiology and Intensive Medicine, Slovak Medical University, Bratislava (Slovakia)

Исходя из проблематики искусственной вентиляции легких (ИВЛ) при негомогенных патологических процессах в легких (ALI, ARDS, пневмония и др.), авторы создали программную математическую модель многокомпартментных негомогенно поврежденных легких, «вентиляцию» которых проводили новым способом ИВЛ — так называемой трехуровневой вентиляцией. Многоуровневую вентиляцию определили как способ (модификацию) ИВЛ, при которой основной уровень вентиляции создают вентиляционные режимы CMV, PCV, или PS (ASB), а надстройку, так называемую «вентиляцию на фоне», создают уровни PEEP и PEEPh (PEEP high) с изменяемой частотой и продолжительностью. Многоуровневую вентиляцию на 3-х уровнях давления авторы проводили на математической модели в виде сочетания вентиляции, управляемой давлением (PCV), и двух уровней PEEP и (PEEPh). Целью работы являлось доказательство того, что при выраженной неравномерности распределения газов в не гомогенно поврежденных легких с помощью многоуровневой ИВЛ можно улучшить поступление газов в так называемые «медленные» бронхоальвеолярные компартменты без риска существенного изменения объема так называемых «быстрых» компартментов. Материал и методика. Многоуровневую вентиляцию на 3-х уровнях давления проводили, используя математическую модель в виде сочетания вентиляции, управляемой по давлению (PCV), и двух уровней PEEP и (PEEPh). Результаты. При сравнении одноуровневой ИВЛ в режиме PC с вентиляцией в виде сочетания PC+PEEPh/PEEP выявили, что наполнение «медленных» компартментов модели улучшилось на 50—60% по сравнению с исходными значениями. В абсолютном выражении для компартментов с обструкцией эта разница достигает 2—10-кратного объема. Заключение. На математической модели можно продемонстрировать, что применение так называемой трехуровневой ИВЛ приводит к выраженным изменениям распределения газов в негомогенно поврежденной патологическим процессом легочной ткани. Авторы отмечают, что для оценки эффектов этой модификации ИВЛ предложенная математическая модель требует клинической проверки. Ключевые слова: ИВЛ, многоуровневая ИВЛ, ARDS, ALI.

Considering the issues of artificial ventilation (AV) in non-homogenous pathological lung processes (acute lung injury, acute respiratory distress syndrome, pneumonia, etc.), the authors created a mathematical model of multicompartment non-homogenous injured lungs that were ventilated by a new mode of AV, the so-called three-level ventilation. Multilevel ventilation was defined a type (modification) of ALV whose basic ventilation level was produced by the modes CMV, PCV or PS (ASB) and add-on level, and the so-called background ventilation was generated by the levels of PEEP and high PEEP (PEEPh) with varying frequency and duration. Multi-level ventilation on 3 pressure levels was realized by the mathematical model as a combination of pressure-controlled ventilation (PCV) and two levels of PEEP and PEEPh. The objective was to prove that in cases of considerably non-homogenous gas distribution in acute pathological disorders of lungs, gas entry into the so-called slow bronchoalveolar compartments could be improved by multilevel AV, without substabtially changing the volume of so-called fast compartments. Material and Method. Multi-level ventilation at 3 pressure levels was realized by the mathematical model as a combination of PCV and two levels of PEEP and PEEPh. Results. By comparing the single-level AV in the PCV mode with the so-called three-level ventilation defined as a combination of PCV+PEEPh/PEEP, the authors have discovered that the loading of slow compartments in the model was considerably improved by 50—60% as compared with the baseline values. In absolute terms, this difference was as many as 2—10 times of the volume. Conclusion. The mathematical model may demonstrate that the application of the so-called three-level AV causes considerable changes in gas distribution in the lung parenchyma disordered by a non-homogenous pathological process. The authors state that the proposed mathematical model requires clinical verification in order to evaluate the efficiency of this modification of AV. Key words: artificial ventilation, multilevel artificial ventilation, acute lung injury, acute respiratory distress syndrome.

Одной из важных и трудно решаемых проблем искусственной вентиляции легких (ИВЛ) является выбор режима ИВЛ у больных с диффузионным патологическим процессом в легочной ткани, который вызывает вы-

раженную негомогенность доставки газовой смеси в различные отделы лёгких.

Исходя из основ математического и физического моделирования искусственной вентиляции легких

(ИВЛ), можно сказать, что ИВЛ в классическом режиме, даже наилучшим образом подобранном по частоте и давлению, не может обеспечить оптимальную доставку газов в отделы лёгких, в различной степени затронутые патологическим процессом [1, 2].

Различия постоянных времени (т) отдельных компартментов легких (также симулированных в модели) так велики, что даже при оптимальной настройке параметров ИВЛ для одного или двух ком-партментов (частота, соотношение

времен Ti:Te, потоки газов), для других режим вентиляции оказывается неудовлетворительным или весьма субоптимальным.

Можно сказать, что один единственный режим вентиляции с определенными параметрами: частота вентиляции (f), время вдоха и выдоха (Ti:Te), дыхательный объем (VT), положительное давление в конце выдоха (PEEP), давление вентиляционной поддержки (Ppc) в режиме ИВЛ, управляемом по давлению, и т. п., не может быть оптимально настроен для каждого из отделов легких, поврежденных в различной степени [3—6].

Наиболее простым теоретическим решением было бы применение для каждого компартмента такого индивидуального режима вентиляции, который был бы оптимальным по отношению к механическим свойствам данного отдела. Однако, это технически невыполнимо, так как компартменты не расположены в одном месте, и невозможно определить вход в каждый компартмент [4].

Примером для иллюстрации этого положения служит селективная бибронхиальная вентиляция при одностороннем повреждении легкого (например, контузия одного легкого), когда здоровое легкое вентилируется в одном режиме ИВЛ, а легкое, пораженное патологическим процессом — в другом режиме с другими параметрами. В таком случае оказывается возможным анатомически отделить поврежденные и неповрежденные компартменты и физически разделить потоки газов, поступающие в каждый из компартментов (в данном случае «здоровое» и «больное» легкое).

При анатомически негомогенном повреждении легких (пневмония, ОРДС, бронхиолит, отёк легких, ушиб легких и т. п.) существует большое количество в различной степени поврежденных, но биофизически похожих компартментов, которые анатомически рас-

Рис. 1. Схематическое изображение диффузно негомогенно пораженных легких.

пределены по всем легким. В таком случае невозможно распределение потоков газов по каждому из отдельно взятых компартментов [1, 4] (рис. 1).

В таких случаях вентиляция будет оптимальной только в тех компартментах, для которых выбранные настройки параметров ИВЛ окажутся наиболее подходящими. Остальные компартменты будут вентилироваться менее адекватно.

Для изучения механических свойств дыхательных органов, и также для введения дыхательных газов существует только один «сигнальный» и в то же время «исполнительный путь» — это трахея, эндотрахеальная трубка (ЭТ), или трахеостомическая (ТТ) трубка. В конце этого «пути» можно измерять основные физические параметры потока газов, необходимые для изучения легочной механики. Этот «путь» можно использовать также для проведения ИВЛ. Причем прямо измерять можно только параметры потока ^), давления (Р) и времени (£). Все остальные параметры являются расчетными [4, 5].

Вышеприведенные анатомические и физические ограничения создают проблемы при выборе и применении оптимальных параметров ИВЛ для отдельных, в различной степени поврежденных и анатомически негомогенно расположенных компартментов.

Материалы и методы

Теория многоуровневой ИВЛ.

Допустим у нас имеется математическая мультикомпарт-ментная модель негомогенных легких. Статическая податливость была симулирована в линейном виде, для каждого ком-партмента (к) СнЦ_5 = 100 т1.кРа-1 и сопротивления компартментов от 0,3 до 15 кРа.1-1.8ек-1. Постоянные времени (т) /зек/, показывающие «скорость» наполнения компартмен-та во время вдоха и скорость опорожнения в течение выдоха для отдельных компартментов приведены в табл. 1.

Постоянные времени мультикомпартментной модели

Таблица 1

Компартмент (sek) 3 *т(sek)

K1 0,05 0,15

K2 0,1 0,3

K3 0,4 1,2

K4 1 3

K5 1,5 4,5

Таблица 2

Теоретически оптимальные частоты для отдельных компартментов Компартменты Ti = Te =3 * T(sek) Tcy =Ti+Te f opt (d.min-1) f = 60 / Tcy

k1 0,15 0,3 200

k2 0,3 0,6 100

k3 1,2 2,4 25

k4 3 6 10

k5 4,5 9 6,6

Рис. 2. Схематическое изображение кривой давления при применении трехуровневой вентиляции легких. Основной вентиляционный режим (PCV) с частотой 30 d.min-1, и надстроечный уровень вентиляции на фоне с частотой 10 d.min-1, созданный уровнем давления PEEPh / PEEP.

Т = R*C (0).

Предположим, что применяется ИВЛ с соотношением Ti:Te = 1:1. Продолжительность вентиляционного цикла (Tcy) и частоты вентиляции, приведенная в табл. 2 является оптимальной для газообмена в отдельных компартментах за время 3*Т.

Ti = Te = 3*Т (1);

Tcy = Ti + Te (2); f = 60 / Tcy (3).

Из табл. 2 вытекает, что, если легкие вентилировать с частотой 200 d.min-1, только компартмент k1 будет вентилироваться оптимально, а в остальных разовьется гиповентиляция, которая будет тем выраженнее, чем больше у компартмента , т. е. чем более «медленными» являются ком-партменты.

Наоборот, если вентилировать лёгкие с частотой 6—7 d.min-1, оптимально вентилироваться будет компартмент k5, а остальные компартменты будут вентилироваться субоптимально.

Субоптимальная вентиляция проявится как относительная гипервентиляция/гиповентиля-ция и в случае режима ИВЛ VC (volume control), (CMV), когда пиковое альвеолярное давление (Pai) в компартментах с меньшим Т значительно повысится.

Если теоретически осмыслить вышесказанное, то вполне можно прийти к заключению, что для оптимального газообмена в каждом компартменте будет необходимо проведение одновременной вентиляции с пятью различными частотами, или с различными соотношениями времени Ti:Te, дыхательными объемами или давлениями.

Фактически при ИВЛ у нас только один входной элемент, которым является трахея, или эндотрахеальная или трахеосто-мическая канюля, через которую должны пройти вдыхаемый и выдыхаемый потоки газа. Из этого вытекает техническое решение и философия искусственной вентиляции легких с несколькими уровнями давления и частотами вентиляции.

Режимы и настройка параметров времени и давлений отдельных уровней ИВЛ должны быть совместимы между собой, а также со спонтанной дыхательной активностью пациента.

Объяснение наименований.

Так как многоуровневая вентиляция является новым решением, необходимо объяснить отдельные понятия, которыми мы будем пользоваться в нижеследующем тексте.

Основной режим ИВЛ — это вентиляционный режим, включая параметры настройки частоты, соотношений времен Ti:Te, объема или давления, которые применяются у пациента в качестве основного (например, CMV, PCV, PS /ASB/). Этот режим можно также назвать фоновой вентиляцией.

Надстроечные уровни — это модификация вентиляционного режима, которая функционирует одновременно с основным режимом, но с другими параметрами давления, продолжительности дыхательного цикла. Таких уровней теоретически может быть большое количество, причем мы

их называем как надстроечный уровень с 1-го ...по га-ый. Эти уровни можно назвать — вентиляцией на фоне. Они как будто «скрыты» в основном уровне. Частота надстроечных уровней, и также применяемое давление являются обычно ниже параметров основного уровня.

PEEP — настраивается на респираторе в виде статической величины с целью проведения «рекрутмента» (или для сохранения геометрии альвеол), является постоянным давлением в дыхательных путях, действующим и в альвеолах.

Настройка параметров давления в математической модели была идентичной с рис. 2.

Естественно, что значения Ppc и PEEPh, и также PEEP, можно при переходе в трехуровневую вентиляцию установить на необходимом уровне. Пример представлен на рис. 3.

На верхнем графике на рис. 3 изображен переход из вентиляции в режиме PCV (исходная настройка) в трехуровневую вентиляцию. Ppc (точка Q и R) мы не меняли, и поэтому пиковое давление Ppc выше PEEPh (точка S) увеличилось на значение PEEPh. На нижнем графике изображена другая возможность настройки значений давления. Давление в режиме PCV — Ppc было исходно установлено на значение, соответствующее точке D. При настройке трехуровневой вентиляции мы понизили параметры давления Ppc до уровня точки E, а давление вдоха Ppc превышающее PEEPh (точка F) достигает только исходного значения Ppc (точка D), применяемого в исходном режиме PCV.

Имеется большое количество сочетаний и вариантов настройки и конкретный подбор ее параметров зависит в большой степени от характера легочной патологии. Пример на рис. 3 использован в виде дидактического пособия.

Основное объяснение математической модели и физических принципов трехуровневой вентиляции и ее симуляция на негомогенной мультикомпартментной модели легких.

Предполагаем, что пациент (модель) с определенными механическими свойствами легких подвергается ИВЛ в режиме pressure control ventilation (PCV) с выбранными параметрами Ppc (pressure of pressure control) = 1 kPa, f = 30 d.min-1, Ti:Te = 1:1, PEEP = 0,2 kPa. Этот вентиляционный режим считаем фоновым, или основным режимом ИВЛ.

На фоне этого вентиляционного режима применяем по очереди уровень PEEPh (PEEPhigh) , с параметрами: PEEPh = 1 kPa больше PEEP , с частотой fPEEPh = 1/3 от частоты PC, т.е. 10 d.min-1. Соотношение Ti : Te надстроечного уровня составляет 1:1, т. е. (TiPEEPh) = Ti%h = 50%.

Кривая время/давление трехуровневой вентиляции схематически изображена на рис. 2.

Теоретически можно предполагать, что компартменты с короткой постоянной времени на 5-компартментной модели легких будут лучше вентилироваться с более высокой частотой, т. е. режимом PC, в отличие от патологических компарт-ментов, которые будут лучше вентилироваться чередованием PEEPh/PEEP с частотой 10 d.min-1.

Для расчета пикового альвеолярного давления (Pai) и концевого альвеолярного давления (Pae) и также дыхательного объема (VT) в отдельных компартментах (k1-5) применяли следующие формулы:

Рис. 3. Основная физическая схема математической 5-компартментной модели, которая применялась при моделировании обмена газов.

Рис. 4. Схема возможной настройки значений давления во время применения трехуровневой вентиляции, в сравнении со значениями исходно настроенных параметров при предшествующей вентиляции РСУ.

Pae = PEEP + PEEPi (4); VT = Cst * (Pai — Pae) (5);

или вычисленное другим образом (6):

VT = Cst * [(Pae + Ppc - Pae *{1 - e - (Ti/T)}) -(Ppc * ({e - (Te/T)}/{1-e-(Te/T)})] + PEEP (6), где

Pae — концевое альвеолярное давление = PEEP + PEEPi (внутреннее, ауто PEEPi) (kPa); e — естественный логарифм; Cst — статическая податливость (l.kPa-1); T — постоянная времени компартмента (sek); Ti — время вдоха (инсуфляции газа в легкие) (sek); Ti = Te (для модели Ti:Te = 1:1).

Модель предполагает линейную форму Cst, идеализированные экспоненциальные формы потока и ламинарное течение газовой смеси. Генератор давления был симулирован в виде генератора с нулевым внутренним сопротивлением (Rg = 0). Схематический принцип модели изображен на рис. 4.

Схематическое наполнение и опорожнение отдельных компартментов (k1-5) во время отдельных фаз трехуровневой вентиляции изображено на рис. 5.

В верхней части рисунка изображена первая фаза вентиляции циклами PCV и действие давления Ppc на наполнение и опорожнение отдельных компартментов.

При достижении точки давления (X) на P/t кривой (конец вдоха) доставка газов в отдельные компартмен-ты достигнет обозначенных объемов. Компартменты kl и k2 заполняются максимально, с k3 по k5 — меньше. Во время выдоха (точка давления, обозначенная Y — конец выдоха), первые два компартмента опорожняются полностью, k3-5 опорожняются в меньшей степени. В этих компартментах останется определенный объем газов (trap volume) и образуется ауто- (внутреннее) PEEPi. Негомогенность доставки газов обусловлена различными постоянными времени компартментов (T).

В нижней части рисунка 5 изображена фаза дыхательного цикла на уровне давления PEEPh + Ppc (точка

A). Так как в вышеприведенной модели продолжительность TiPEEPh = 3 секунды, при fPEEPh = 10 d.min-1, в фазе прохождения PEEPh заполняются быстрые и медленные компартменты, а больше всего заполняются компарт-менты вследствие действия давления Ppc выше PEEPh. После перехода PEEPh снова в фазу PCV компарт-менты парциально опорожняются и наполняются в следующем цикле PCV давлением Ppc, как это намечено рядом со значением давления (точка

B). После окончания циклов PCV на уровне давления PEEP (точка D) компартменты опорожняются до объемов, обозначенных в верхней части рисунка (точка Y). Затем циклы повторяются.

Результаты и обсуждение

Изменения пикового альвеолярного давления (Ра1), конечного альвеолярного давления (Рае)

Рис. 5. Схема динамической модели, объясняющая наполнение и опорожнение отдельных компартментов легких в решающих фазах дыхательных циклов при трехуровневой вентиляции.

и объемного наполнения (VT) отдельных компартментов при (одноуровневой) PC вентиляции частотой 30 c.min-1, Ti:Te = 1:1 и Ppc = 1 kPa при PEEP=0,2 kPa приведены на рис. 6.

Изменения пикового альвеолярного давления (Pai ), конечного альвеолярного давления (Pae) и объемного наполнения (VT) отдельных компартментов при (одноуровневой) PC вентиляции частотой 10 c.min-1, Ti:Te = 1:1 и Ppc = 1 kPa при PEEP=0,2 kPa приведены на рис. 7.

При сравнении рисунков 6 и 7, очевидно, что при частоте f=30 d.min-1 в медленных ком-партментах с большей постоянной времени (т) будет возрастать Pae, так как в них будет расти PEEPi и уменьшаться delta Pai-Pae. Вследствие этого уменьшается объемное наполнение (VT) в

медленных компартментах. При частоте f= 10 c.min-1 увеличится наполнение медленных компартментов и нарастание Pae (вызванное возникновением PEEPi) будет гораздо меньше.

Рис. 6. Дистрибьюция газов (УГ) в течение вдоха и выдоха в модели и давления (Pai и Pae) в альвеолярных компартментах при f = 30 ^шш-1, ГкГе = 1:1 и Ррс = 1 кРа.

В то время, как при частоте £=30 с.шт-1 суммарное УТ для всех компартментов будет меньше, суммарная минутная вентиляция (МУ), несмотря на ухудшенную доставку газов в медленные компартменты, выше. При

Рис. 7. Дистрибьюция газов (УТ) в течение вдоха и выдоха в модели и давления (Ра1 и Рае) в альвеолярных компартментах при f = 10 ^шш-1, ТкТе = 1:1 и Ррс = 1 кРа.

Рис. 8. Прохождение кривой давления и наполнение компартмента — к1, компартмен-та — к5 и среднее значение компартментов — к1-5, газом (УТ) при 3-уровневой вентиляции — схематически. Из графика вытекает, что объемное наполнение компартмента к5 постепенно увеличивается в течение фазы РЕЕРЬ + Ррс, похоже также в среднем наполнении компартментов к1- 5. 1Ррс=30^тш"1, f РЕЕРЬ = 10 а.шт-1, ТкТе = 1:1.

более низкой частоте, несмотря на улучшение доставки газов в медленные компартменты, суммарный дыхательный объем УТ будет выше, минутная вентиляция будет меньше. Эти изменения будут зависимыми от частоты вентиляции.

(МУ = f * УТ) (7).

Если сравнить доставку газов (УТ) в компартмен-ты с к3 по к5, видно, что при частоте { = 10 объемное наполнение этих компартментов увеличится в 2—10 раза.

Оценка доставки газов в отдельные компартмен-ты при применении трехуровневой вентиляции, пока-

зывает, что их распределение улучшается, особенно в «медленных» компартментах.

На рисунке 8 схематически показано, что при отдельных изменениях давления в медленных компартментах происходит интеграция объемов во время вдоха с меньшей частотой (£реерЬ) и увеличение общего УТ компартмен-та. Вследствие этого газообмен в гиповентилируемых «медленных» компартментах при { = 30 <1тт4 улучшится. В зависимости от настройки рабочих давлений Ррс и РЕЕРЬ будет меняться также наполнение «быстрых» компарт-ментов с короткой постоянной времени. На приведенной модели увеличился общий МУ на 48%. Вклад в увеличение МУ улучшенной доставки газов в «медленные» компартменты составляет примерно 50—60% по сравнению с вентиляцией в режиме РСУ с £= 30 Атт-1.

Задачей моделирования многоуровневой вентиляции было доказательство того, что можно менять объемное наполнение (доставку газов) компартментов, особенно пораженных патологическим процессом («медленных» компартментов — к4, к5). В пораженных патологическим процессом (обструкцией) ком-партментах нельзя достигнуть их оптимального, или хотя бы лучшего наполнения без критического падения МУ посредством уменьшения частоты вентиляции с помощью одноуровневой вентиляции (РСУ, Р8, СМУ).

Наоборот, при многоуровневой вентиляции можно достигнуть «додоставки» газов в патологически изменённые «медленные» компартменты. Вышеприведенная модель не была оптимизирована по давлению и должна только показать, что происходят желаемые изменения, т. е. чем тяжелее обструктив-ное повреждение отдельных компартментов, тем большего улучшения их наполнения можно достичь при многоуровневой вентиляции [3—5].

Оценивая перспективы клинического применения вышеприведенной модели можно подчеркнуть, что при одноуровневой вентиляции неравномерно поврежденных дыхательных органов происходит увеличение легочного шунта, в т. ч. из-за неравномерной доставки газов в лег-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ких, поэтому оптимизация такого режима вентиляции не будет вести к выраженному понижению шунта [1, 3].

При использовании оптимизированной многоуровневой ИВЛ, имеется предпосылка, что парциальная доставка газов в отдельные, в разной степени поврежденные компартменты, сравняется или хотя бы улучшится настолько, чтобы уменьшился легочный шунт и улучшился обмен газов в легких. Следующими моделями многоуровневой ИВЛ с различными режимами можно доказать, что опасные пиковые давления в дыхательных путях при ее использовании увеличиваются лишь незначительно, а минутная вентиляция не увеличивается более, чем на 1G—20%, в сравнении с классической одноуровневой PC вентиляцией [6].

При диффузном мультикомпартментном повреждении легких патологическим процессом механические свойства каждого из компартментов различаются и для каждого из них нужна своя частота вентиляции и соотношение времен Ti:Te [5, 6]. Уже только на основании этого положения понятно, что с помощью одноуровневой вентиляции нельзя достигнуть оптимального распределения газов.

Литература

1. Gattinoni L. Lung structure and function in different stages of severe ARDS. J. Amer. Med. Assoc. 1994; 271: 1772—1779.

2. West J. B. Bioengineering aspects of the lung. Marcel Dekker inc. N. Y.; 1977.

3. Májek M., Krajciová K., Török P. Akútne ventilacné a respiracné zlyhá-vanie. Lekársky obzor 1997; 46 (9): 219—223.

4. Török P. Optimalizácia ИВЛ pocas anestézie. In: Priebe ná správa o riesení vyskumnej úlohy MZ SR с. 49/97 za r. 1998.

Заключение

Многоуровневая, в данном случае трехуровневая вентиляция, симулированная математической моделью, показывает, что теоретически можно, если не идеальным способом, то в существенной степени улучшить доставку газов и, тем самым, вентиляцию поврежденных («медленных») компартментов лёгких, с одновременным небольшим увеличением среднего объемного наполнения здоровых («быстрых») ком-партментов, разумеется в зависимости от применяемых давлений (Ppc и PEEPh). Можно предполагать, что при диффузионном негомогенном повреждении легочной ткани, вентиляция в этом режиме будет приводить к улучшению доставки газов в «медленные» компартменты и не увеличит существенно риск баротравмы в «быстрых» компартментах, что весьма полезно в плане реализации «нетравматизирующей вентиляции». Настоящая математическая модель требует клинического испытания, которое даст ответ на невыясненные до сих пор вопросы.

5. Török P., Mdjek M, KolnikJ. Je casovâ konstanta Tau (r) pri umelej ven-tilâcii pl'uc konstantou? Teoreticky a fyzikâlny model. Anesteziologie a neodkladnâ péce 2001; 6: 291—297.

6. Терек П. Multilevel ventilation. Сб. докл. конф. Рос. академии наук. Острое поражение легких. Пьештяны — Москва, 30.9 — 3.10.2006. 187.

Поступила 24.01.08

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.