МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ
Моделирование какого-либо объекта обычно заключается в количественном описании процессов, протекающих в этом объекте, с той или иной степенью приближения к реальности, создании структурной схемы моделируемого объекта и практической реализации таких структурных схем для создания возможных вариантов протекания изучаемых процессов при различных состояниях объекта и влияющих на объект внешних факторов.
Прежде всего необходимо с учетом цели моделирования выделить и охарактеризовать объект, подлежащий представлению в виде модели. Как показано в главе 1, сущность дыхания заключается в том, что оно снабжает ткани кислородом и выводит из них углекислый газ; эти процессы координированы между собой и тесно связаны с другими физиологическими процессами организма. На всем пути газообмена между внешней средой и тканями организма в настоящее время наиболее доступна именно искусственная вентиляция легких.
С количественной стороны процесс самостоятельной и искусственной вентиляции характеризуют частотой дыхания f, дыхательным объемом Vt и минутной вентиляцией Vмин, связанными между собой отношением:
Vмин == V•f
Поскольку газообмен происходит только в альвеолах, важна величина не общей, а альвеолярной вентиляции Va, которая зависит от частоты дыхания f дыхательного объема Vt и величины мертвого пространства Vd:
VA == (VT-VD)•f
Как уже упоминалось, одно и то же значение альвеолярной вентиляции можно получить при различных сочетаниях частоты дыхания и дыхательного объема. При самостоятельном дыхании механизм его регуляции способен выявить неадекватность альвеолярной вентиляции и отрегулировать ее путем изменения частоты дыхания и дыхательного объема. При этом показано [Теннеибаум Л.А., 1966; Rentsch H.Р., 1966], что из множества возможных сочетаний значений f и Vt организм выбирает те, которые, поддерживая нормальные параметры газообмена, делают это с минимальной работой дыхания. В самом общем виде деятельность механизма регуляции дыхания зависит от артериального РCO2 РO2 и рН. Подъем артериального РCO2, падение артериального РO2 и снижение рН ведут к увеличению альвеолярной вентиляции. Обратные изменения PCO2 и рН ведут к уменьшению альвеолярной вентиляции. Увеличение же РO2 не всегда приводит к уменьшению альвеолярной вентиляции. Связь между этими показателями и альвеолярной вентиляцией приведена для «среднего» пациента в работе Комро Дж. Г. и др. [1961] (см. рис. 22).
Исследования [Ivanov, Nunn, 1968] показали, что чувствительность дыхательного центра отличается разнообразием. При моделировании объекта управления иногда стремятся построить систему управления ИВЛ аналогично системе регулирования естественного процесса дыхания. Однако структура такой системы настолько сложна, что ее реализация по техническим и экономическим соображениям существенно затруднена.
Одним из вариантов управления ИВЛ может быть поддержание адекватного газообмена в тканях. Однако решение такой задачи в настоящее время невозможно из-за отсутствия методов измерения тканевого газообмена и методов осреднения информации о газообмене в тканях. Кроме того, обеспечение достаточного тканевого газообмена в ряде случаев зависит не только от ИВЛ.
22. Связь между альвеолярной вентиляцией va и альвеолярными РО2 РСО2 , артериальным насыщением О2.
Попытки использовать систему естественной регуляции дыхания для управления ИВЛ известны и базируются на предположении, что эта система при ИВЛ не нарушена. В одной из таких систем используется активность диафрагмального нерва. Однако для медицинской практики такая методика слишком «инвазивна». В аппаратах, снабженных так называемыми триггерными устройствами для вспомогательного дыхания, для управления ИВЛ используются слабые попытки вдоха пациента. Однако эффективность такого управления для обеспечения оптимального газообмена сомнительна.
Физиологическими константами, отражающими адекватность дыхания, являются РО2, РСО2 и рН артериальной крови. Если говорить об этих константах применительно к ИВЛ, то по причинам, изложенным в главе 1, напряжение кислорода в артериальной крови нужно исключить из параметров, по которым следует вести управление ИВЛ. Из-за наличия в организме буферной системы ВНСО2 — Н2СО3 рН артериальной крови также можно исключить из управляющих параметров. Таким образом, наиболее целесообразно управление ИВЛ осуществлять по РСО2 артериальной крови.
Возможности постановки такой задачи были показаны при исследовании регуляции дыхания в работах Gray (1945), где статическая характеристика системы управления самостоятельным дыханием на основании эмпирических данных приведена в виде:
Va=1,1 [pH]+l,31 [Pco2] 90+l0.6-l0-8[104-Pco2].
Там же предлагается использовать для определения рН выражение, связывающее его с величиной Рсо2:
РН=а[Рco2 — b],
где а и b — параметры, зависящие от содержания бикарбоната в крови и от кислородной емкости крови. С учетом последнего выражения ясно, что в системе спонтанного дыхания альвеолярная вентиляция определяется в основном напряжением углекислого газа в артериальной крови.
Постоянство Рсо2 артериальной крови при ИВЛ создаст в организме лучшие условия для насыщения крови кислородом, стабилизируя положение кривой диссоциации оксигемоглобина; поддерживает благодаря буферной системе нормальный рН; вместе с тем из перечисленных задач управления реализация такой системы представляется наиболее простой.
Для этой задачи управляемой величиной объекта управления является Рсо2 артериальной крови, а управляющим воздействием — минутная вентиляция.
Дата добавления: 2015-03-09; просмотров: 1327;