CC BY
101
УДК:616.2-021.5:612.225:612.014.43
А.Г.Приходько, Ю.М.Перельман
РЕСПИРАТОРНЫЙ ТЕПЛООБМЕН И ХОЛОДОВАЯ РЕАКТИВНОСТЬ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ У ЗДОРОВЫХ ЛЮДЕЙ
РЕЗЮМЕ
С целью изучения взаимосвязи между чувствительностью рецепторного аппарата дыхательных путей к холодовому воздействию и респираторным теплообменом у здоровых людей проведено обследование 26 человек. Установлено, что в норме респираторный теплообмен модулируется паттерном дыхания, проходимостью дыхательных путей, температурой и влажностью вдыхаемого воздуха. Уровень респираторных теплопотерь в конце холодовой провокации зависит от степени охлаждения дыхательных путей в первые тридцать секунд гипервентиляции. Развиваемая в результате холодовой гипервентиляции бронхо-констрикторная реакция у здоровых людей незначительна.
SUMMARY
A.G.Prikhodko, J. M.Perelman
RESPIRATORY HEAT EXCHANGE AND COLD AIRWAY REACTIVITY IN HEALTHY SUBJECTS
26 persons were examined with the purpose of studying interrelation between cold airway reactivity and respiratory heat exchange in healthy people. It was established, that in norm respiratory heat exchange was modulated by pattern of breathing, airway patern:y, temperature and humidity of inhaled air. The level of respiratory heat loss at the end of cold hyperpnea provocation depends on the degree of cooling of airways during the first thirty seconds of hyperventilation. Airway bronchoconstriction which is developed as a result of cold hyperventilation in healthy people is insignificant.
Эффективное осуществление газообменной функции легких возможно лишь в условиях тепловлажностного гомеостаза [3]. Такой гомеостаз достигается благодаря адекватному кондиционированию воздуха в дыхательных путях человека [2, 4, 5, 16]. Респираторный тракт здорового человека высокоэффективен в возможностях согревания и увлажнения вдыхаемого воздуха, но при адаптации к холоду система внешнего дыхания начинает испытывать значительное напряжение [1, 22, 23, 28, 33, 34, 35], заклю-
чающееся, прежде всего, в качественной ее перестройке: ограничении дыхательного объема, повышении остаточной емкости легких [19, 25, 31, 32], снижении потребления кислорода и эффективности дыхания [17]. При острых охлаждениях возникает конкурентное взаимоотношение между защитой дыхательных путей от холодового поражения и необходимостью усиления газотранспортной функции легких в связи с увеличением теплопродукции [24, 20, 46]. Сила ответа будет зависеть, прежде всего, от температуры и влажности вдыхаемого воздуха, а также аэродинамических параметров (скорости потока, степени турбулентности, объема согреваемого воздуха), морфофункциональных особенностей слизистой оболочки респираторного тракта.
Как было показано [22], кратковременная экспозиция человека на холоде приводила к значительной перестройке в механике дыхания. Изменение бронхиального сопротивления в натурных зимних условиях при дыхании холодным воздухом наблюдали Ю.Н.Таскаев [28], М.А.Якименко и соавт. [36], Ф.Ф.Тетенев и соавт. [29], О.Э.Никольская и соавт. [26]. Они отмечали повышение бронхиального сопротивления после общего холодового воздействия.
Имеющиеся данные [13, 14] свидетельствуют о том, что у здоровых лиц после бронхопровокации холодным воздухом могут наблюдаться сдвиги показателей, превышающие воспроизводимость. J.S.Guleria et э1. [39] нашли, что вдыхание холодного воздуха у здоровых мужчин сопровождалось увеличением бронхиального сопротивления за счет рефлекторного бронхоспазма, тогда как R.E.Wells et э1. [53], L.Vecchiet et э1. [52] не выявили достоверных изменений в сопротивлении воздушному потоку. Об этом свидетельствуют и данные Т.Н. Бодровой и соавт. [9], которые предполагают, что происходит расширение бронхов под влиянием холода.
Однако J.F.O'Cain et э1. [45], A.Denjean et э1. [38] наблюдали обструкцию воздушному потоку при высоких уровнях вентиляции. Важная роль в развитии данного эффекта отводилась раздражению блуждающего нерва.
S.Suzuki et al. [49] предположили, что охлаждение увеличивает бронхиальную чувствительность благодаря: 1) возрастанию вагального тонуса; 2) увеличению а-адренергической активности и/или высвобождению химических медиаторов.
Анализируя литературные данные, мы не получили убедительного ответа на вопрос, в каком случае
происходит увеличение бронхиального сопротивления у здоровых лиц при воздействии холодного воздуха? Каков механизм получаемого бронхоспазма, связано ли это, в первую очередь, с изменениями, происходящими в кондиционирующей способности дыхательных путей, либо эта реакция носит рефлекторный характер и зависит от индивидуальной чувствительности рецепторного аппарата? Последнее подтверждается экспериментальными работами [10, 11, 48], в которых показано, что в носовой полости и гортани имеются специфические терморецепторы, легко стимулирующиеся струей холодного воздуха.
Целью настоящего исследования являлось изучение взаимосвязи между чувствительностью рецепторного аппарата дыхательных путей к холодовому воздействию и респираторным теплообменом у здоровых людей.
Материал и методы исследования
В группу обследуемых были включены 26 здоровых людей: 11 мужчин и 15 женщин, средний возраст 28,9±1,10 лет. Отбор проводился на основании следующих критериев: отсутствие в анамнезе у них и их ближайших родственников аллергических, рецидивирующих бронхолегочных и врожденных сердечнососудистых заболеваний, ОРВИ не менее чем за 1 месяц до исследования; нормальные показатели вентиляционной функции легких.
Исследование кондиционирующей способности дыхательных путей проводилось при помощи оригинальной автоматизированной системы, созданной на базе инструментального комплекса для кардиореспи-раторных исследований фирмы "Эрих Егер" (Германия) и включавшей в себя устройство для измерения температуры вдыхаемого (выдыхаемого) воздуха, установку для охлаждения воздуха, пневмотахограф, газоанализатор, аналого-цифровой преобразователь, ЭВМ, дисплей, принтер.
Для термометрии использовались малоинерционные термисторы МТ-56, помещенные в загубник и в носовую маску, и блок усилителя - преобразователя, что позволяло отслеживать температуру в реальном масштабе времени. Одновременно с этим пневмота-хометрия обеспечивала определение объемновременных и скоростных параметров воздушного потока.
Всем пациентам в комфортных условиях проводилось измерение температуры вдыхаемого-выдыхаемого воздуха в режиме спокойного дыхания ртом или носом и при выполнении дыхательных маневров: жизненной емкости легких, форсированной жизненной емкости легких и задержки дыхания (10 с) на высоте максимального вдоха, взятых в произвольном порядке.
Конечный протокол исследования содержал средние величины полученных значений и коэффициенты корреляции между разностью температур вдыхаемого и выдыхаемого воздуха и показателями вентиляционной функции легких.
В последующем пациентам выполнялась проба изокапнической гипервентиляции холодным воздухом в течении 3 минут охлажденной до -20°С воздушной смесью, содержащей 5% СО2. Для этих целей использовали оригинальное устройство для охлаждения воздуха, входящее в состав автоматизированной системы для оценки кондиционирующей функции легких на базе инструментального комплекса для кардиореспираторных исследований фирмы "Эрих Егер" (Германия).
Вентиляционная функция легких оценивалась по данным кривой "поток-объем" форсированного выдоха (ПОФВ). Контрольные исследования выполнялись перед началом холодовой провокации и после нее на 1, 5, 30 мин восстановительного периода.
Анализировались следующие показатели: форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объем форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1), пиковая объемная скорость выдоха (ПОС), максимальная объемная скорость выдоха на уровне 50% (МОС50) и 75% (МОС75) выдыхаемой ФЖЕЛ, рассчитывалась разница между их абсолютными значениями до и после изокапнической гипервентиляции холодным воздухом в процентах от исходной величины.
Групповой статистический анализ полученного материала проводился на основе стандартных методов вариационной статистики с оценкой достоверности различий по ^критерию Стъюдента для коррелированных выборок.
Результаты исследования
В табл. 1 представлены результаты измерений, полученные при пневмотермометрии у 26 здоровых испытуемых. Паттерн дыхания и основные температурные параметры исследовались при дыхании носом и ртом в состоянии покоя при температуре окружающей среды (Тв) 23,7±0,54°С, относительной влажности (ОВ) 49,3±4,87%. Температура тела (Тте-ла) в среднем составила 36,5±0,17°С. При этом температура выдыхаемого носом воздуха была 32,61±0,17°С. Данная температура напрямую зависела от параметров окружающей среды: Тв (г=0,69; р<0,05), ОВ (г=0,60; р<0,05), а также Ттела (г=0,79; р<0,01).
Таблица 1 Результаты пневмотермометрии при спокойном дыхании
Показатель Тип дыхания р
Носом Ртом
Твдоха, °С 25,79±0,42 24,59±0,44 >0,05
Твыдоха, °С 32,61±0,32 32,69±0,19 >0,05
дт, °с 6,82±0,38 8,10±0,45 <0,05
МОД, л/мин 6,04±0,67 7,70±0,61 >0,05
ДО, л 0,53±0,10 0,49±0,06 >0,05
ЧД, в 1 мин 14,64±1,47 17,73± 1,44 >0,05
Примечание: р - уровень значимости различий при дыхании носом и ртом.
Используя корреляционный анализ, мы пытались найти закономерные связи между температурой выдыхаемого носом воздуха и паттерном дыхания. Значимые коэффициенты корреляции были получены лишь с максимальной скоростью потока на вдохе (г=0,63; р<0,05) и выдохе (г=0,57; р<0,05). Косвенным образом также определялась взаимозависимость температурных величин и параметров проходимости дыхательных путей при спокойном дыхании носом. Для наиболее объективной оценки полученной информации использовалась разность температур между вдыхаемым и выдыхаемым воздухом (АТ). Найдена ее связь с сопротивлением, которое возникало в носовой полости при выдохе (г=0,54; р<0,05).
Температура выдыхаемого через рот воздуха при тех же значениях минутного объема дыхания (МОД), дыхательного объема (ДО) и частоты дыхания (ЧД) существенно не отличалась от таковой при дыхании носом. Эти различия проявлялись и были значимыми, когда сравнивались градиенты температур. Необходимо отметить, что при дыхании ртом исчезала зависимость температуры выдыхаемого воздуха от условий окружающей среды и температуры тела. Терялась связь с максимальными скоростями потока, но, как и при дыхании носом, сохранялась линейная корреляция градиента температур с сопротивлением, возникающим в дыхательных путях при выдохе (г=0,58; р<0,05).
Проводимый анализ индивидуальных коэффициентов корреляции, полученных для каждого пациента во время спокойного дыхания, обнаружил высокую степень зависимости разности температур от частоты дыхания (г=-0,65±0,07) и максимальной скорости потока на вдохе (г=0,46±0,13) при дыхании носом. При дыхании ртом такая зависимость была найдена для МОД (г=0,56±0,10), ДО (г=0,57±0,10) и максимальных скоростей потока на вдохе (г=0,52±0,10) и выдохе (г=0,47±0,13).
Применение дыхательных нагрузок позволило оценить влияние на теплообмен таких факторов как объем и скорость вентиляции, соответствие их бронхиальному кровотоку. В качестве нагрузочных проб мы использовали маневры ЖЕЛ, ФЖЕЛ и задержки дыхания на высоте максимального вдоха, которые выполнялись во время дыхания ртом и носом в произвольной последовательности. Условия окружающей среды были идентичны вышеописанным.
В табл. 2 представлены температуры выдыхаемого воздуха, полученные при этом исследовании. Данные свидетельствуют, что при маневре ЖЕЛ носом температура воздуха в конце выдоха была достоверно выше, чем при маневре ФЖЕЛ и достоверно ниже, чем при задержке дыхания. Аналогичные результаты обнаружены и при дыхании ртом. Необходимо отметить, что при сравнении двух типов дыхания различий по температуре выдыхаемого воздуха не найдено, хотя глубина дыхания, максимальные скорости потока вдыхаемого-выдыхаемого воздуха были существенно выше при дыхании ртом. Неоднозначен тот факт, что при дыхании ртом температура выдыхаемого воздуха была ниже, чем при дыхании носом. Тенденция к снижению прослеживалась во всех маневрах.
Таблица 2 Температура выдыхаемого воздуха при выполнении дыхательных нагрузок
Тип дыхания Маневры Р2
ЖЕЛ ФЖЕЛ Задержка дыхания
Носом 34,30±0,22 33,85±0,28 Рі<0,01 34,53±0,20 р1<0,01 <0,001
Ртом 33,92±0,26 33,36±0,36 р1<0,05 34,41±0,28 р1<0,05 <0,001
Примечание: р! - уровень значимости различий в сравнении с ЖЕЛ; р2- уровень значимости различий между ФЖЕЛ и задержкой дыхания.
Проведенный корреляционный анализ позволил обнаружить линейную связь температуры выдыхаемого носом воздуха и глубины дыхания (г=0,56; р<0,05) и обратную - градиента температур и максимальной скорости потока на вдохе (г=-0,64; р<0,05) при маневре ЖЕЛ. При форсированном дыхании (ФЖЕЛ) сохранялась зависимость температуры выдыхаемого воздуха от дыхательного объема (г=0,64; р<0,05), кроме того, появлялись достоверные корреляции с максимальными скоростями потока на вдохе (г=0,56; р<0,05) и выдохе (г=0,53; р<0,05). При задержке дыхания терялась согласованность температуры выдыхаемого воздуха с дыхательным объемом, но сохранялась - с максимальными скоростями потока на вдохе (г=0,52; р<0,05) и выдохе (г=0,63; р<0,05). Результаты корреляционного анализа также подтверждают высокую степень зависимости температуры выдыхаемого носом воздуха от температуры тела при выполнении маневров ЖЕЛ (г=0,77; р<0,01), ФЖЕЛ (г=0,60; р<0,05) и задержки дыхания (г=0,70; р<0,05).
Необходимо отметить, что описанные взаимосвязи температуры и паттерна дыхания прослеживались, когда выполнялись дыхательные нагрузки носом, подобной зависимости при дыхании ртом не было найдено.
Для вовлечения в процесс кондиционирования более глубоких участков трахеобронхиального дерева использовалась изокапническая гипервентиляция холодным воздухом. Условия окружающей среды не отличались от вышеописанных. Уровень вентиляции при проведении пробы был в среднем 81,4±7,00 л, что составило 101,2±5,92% от заданной минутной вентиляции.
По результатам пневмотермометрии получено, что при среднем значении температуры на вдохе 18,47±0,35°С, среднее значение температуры выдыхаемого воздуха во время гипервентиляции равнялось 29,28±0,55°С и было достоверно ниже, чем при спокойном дыхании и дыхательных маневрах.
На рисунке представлены средние значения температуры выдыхаемого воздуха на протяжении гипервентиляции.
оС
сек
Рис. Динамика температуры выдыхаемого воздуха при ИГХВ у здоровых людей.
Видно, что у здоровых людей основное снижение температуры выдыхаемого воздуха происходило в первые 30 с дыхания холодным воздухом (2,6°С). В дальнейшем это снижение было незначительным и составило 1,4°С. При использовании корреляционного анализа выявлена тесная связь между изменениями температуры, происходившими в первые 30 с провокации, и разницей температур выдыхаемого воздуха в начале и конце гипервентиляции (г=0,83; р<0,01). Кроме того, имелась высокая степень корреляции между температурой выдыхаемого воздуха в конце исследования и максимальной скоростью потока на выдохе (г=-0,57; р<0,05) и температурой тела (г=0,56; р<0,05).
В табл. 3 представлены результаты реакции параметров форсированного выдоха у здоровых людей после провокации холодным воздухом. Полученные данные свидетельствуют о том, что ухудшение бронхиальной проходимости происходило постепенно в течение последующих 5 минут после ингаляции холодного воздуха, но достоверных различий найдено не было. Величина максимального снижения ОФВ1 от исходного значения составила 4,39±1,8%. При индивидуальной оценке реакция на ингаляцию холодного воздуха отмечена у 3 человек, реакция выявлялась лишь по изменению функциональных параметров и никак не проявлялась клинически.
Взаимосвязь температурных параметров с последующими изменениями в бронхиальной проходимости после провокации отсутствовала, но имела место обратно пропорциональная зависимость между длительностью экспираторной фазы дыхания и последующими изменениями ОФВЬ происходившими через 5 минут после провокации (г=-0,57; р<0,05).
Далее, с учетом среднего квадратичного отклонения (с) оценивались статистические границы нормы для каждого показателя. В соответствии с рекомендациями Н.Н.Канаева [27], за диапазон нормы были взяты изменения основных показателей, находящиеся в пределах М±1,64с. При отклонении любого из перечисленных параметров на величину, превы-
Таблица 3
Изменения параметров форсированного выдоха после изокапнической гипервентиляции холодным воздухом у здоровых людей (в % от исходных значений)
Показатель Время исследования
1 мин 5 мин 30 мин
ДПОС 1,01±2,34 -1,68±2,77 0,61±2,14
ДФЖЕЛ -1,28±0,83 -2,62±1,70 -0,53±0,60
ДОФВ! -2,66±1,45 -4,39±1,80 -0,96±1,56
ДОФВ^ЖЕЛ -0,33±1,62 -0,41±2,34 -0,25±1,56
ДМОС50 -9,71±3,86 -3,53±4,24 3,04±5,12
ДМОС75 -0,55±6,46 16,56±12,10 4,91±8,10
шающую установленную границу, проба ИГХВ считалась положительной.
Для оценки степени повышения реактивности дыхательных путей на вдыхание холодного воздуха использовали следующие статистические критерии отклонения от нормальных значений: отклонения в интервале 1,65с - 3,0с от среднего значения были отнесены к умеренной степени гиперреактивности дыхательных путей, 3,0с - 5,0с - к значительной, свыше 5,0с - к резкой степени (табл. 4).
Обсуждение результатов
По результатам проведенного исследования не было установлено различий в температуре выдыхаемого воздуха, когда испытуемые спокойно дышали при обычных условиях окружающей среды носом или ртом. В настоящей работе условия, при которых проводилось исследование дыхательной и теплообменной функции носа, незначительно отличались от таковых при дыхании ртом. По нашему мнению, это в первую очередь происходило за счет того, что при дыхании носом пациенты дышали через носовую маску, тогда как при дыхании ртом она менялась на загубник. Вредное пространство маски превышает вредное пространство загубника. В данной ситуации маска могла служить предварительным теплообменником между поступающим в респираторный тракт воздухом и носовой полостью. Очевидно, дополнительным источником тепла для вдыхаемого воздуха в известной степени были и конвективные процессы с поверхности кожи, которые возможно усиливались в замкнутом пространстве маски. Имеются данные о том, что ноздри на фазе выдоха, носогубные складки относятся к гипертермической области лица [18]. Скорее всего, эти отличия могли повлиять на температуру выдыхаемого воздуха, однако их нельзя назвать основными. Более убедительным для оценки теплообмена в верхних дыхательных путях оказался градиент температур вдыхаемого-выдыхаемого воздуха.
Анализ паттерна дыхания показал, что при одинаковых значениях глубины и частоты дыхания доля выдоха в общей длительности дыхательного
Таблица 4
Границы нормы и градации отклонения от нормы параметров форсированного выдоха после изокапнической гипервентиляции холодным воздухом (в % от исходных значений)
цикла была достоверно выше, а максимальные скорости инспираторного и экспираторного потоков при дыхании носом были достоверно ниже, чем при дыхании ртом. Благодаря этому при дыхании носом изменялась интенсивность теплообмена между слизистой и потоком воздуха. По мере продвижения выдыхаемого воздуха по дыхательным путям уменьшался существующий при дыхании пристеночный градиент температур. Когда воздух достигал носовой полости, этот градиент был минимальным и температура выдыхаемого носом воздуха приближалась к температуре слизистой. Аргументом служат исследования Ь.М.Иата й а1. [41]. Используя теоретическую модель локального перемещения тепла и воды в респираторном тракте человека, они показали, что в носовой полости воздух, предшествующий выдоху, близок к температуре крови в носу и полностью насыщен водяными парами. Это происходит, прежде всего, за счет высокой степени васкуляризации в под-слизистом слое. В.Големанов и соавт. [12] установили, что температура слизистой оболочки полости носа является постоянной величиной и незначительно колеблется при обычном дыхании, при выдохе приближаясь к температуре в области нижних носовых раковин. Данные Г.В .Лавреневой и соавт. [21] также соотносятся с результатами настоящей работы. Полученные ими показатели температуры выдыхаемого воздуха при спокойном дыхании носом были выше, чем при дыхании ртом. Не исключено, что в носовой полости в момент выдоха происходит незначительное дополнительное согревание воздуха за счет появляющейся турбулентности потока.
Несомненно, на температуру выдыхаемого воздуха влияло изменение проходимости дыхательных путей. В нашей работе была получена положительная корреляция сопротивления, возникающего в дыхательных путях при выдохе, с разностью температур вдыхаемого-выдыхаемого воздуха при обоих типах дыхания.
D.J.Willatt [54] нашел, что температура слизистой носа находится в обратно пропорциональной зависимости от проходимости носовых ходов. L.M.Hanna, P.W. Scherer [41] отметили, что важную роль в теплообмене играет изменение площади поперечного сечения на протяжении всех дыхательных путей, особенно в носовой полости. По их мнению, увеличение сопротивления дыхательных путей, т.е. уменьшение площади поперечного сечения, влияло на осевые различия в градиенте пристеночной температуры. Они показали, что изменения размера носовой полости происходили одновременно с изменениями в пристеночной температуре. Опираясь на экспериментальные данные, было принято допущение, что пристеночная температура практически равна температуре крови: различия составили 0,5°С в носовой полости и
0,1°С дистальнее ее. Тогда становится объяснимой тесная связь температуры выдыхаемого носом воздуха и температуры тела, которую мы получили при спокойном дыхании. Такая же зависимость была установлена И.И. Дорошенко [15].
Вместе с тем нелогичным представляется факт наличия прямой корреляционной зависимости температуры выдыхаемого носом воздуха от максимальной скорости потока, которая исчезала при спокойном дыхании ртом.
D.F.Proctor et al. [50] отметили, что при скоростях вдоха меньших, чем при спокойном дыхании, в носовой полости преобладали ламинарные характеристики потока, а по мере увеличения скорости начинали преобладать турбулентные. При дальнейшем увеличении вентиляции и при нагрузке турбулентность могла распространяться до бронхов 7 порядка. Энергия для турбулизации обеспечивалась респираторными мышцами и проявлялась высоким уровнем сопротивления и работы дыхания во внеле-гочных путях, особенно в носу (больше 50%). Все это, в известных пределах, способствовало улучшению процессов кондиционирования вентилируемого воздуха с одной стороны, но с другой стороны, турбулизация могла повлечь за собой увеличение испарения воды с поверхности слизистой и как следствие дополнительное ее охлаждение.
Для того чтобы приблизиться к термодинамическому равновесию в респираторном тракте, предполагалось использовать дыхательные маневры. Необходимо подчеркнуть, что при маневрах ЖЕЛ, ФЖЕЛ и задержки дыхания температура в конце выдоха была выше при дыхании носом, чем ртом. То есть, процесс кондиционирования воздуха носом оставался таким же эффективным, как и при спокойном дыхании. Во всех случаях наблюдалась однонаправленность температурных изменений. Отмечено повышение температуры на выдохе при обоих типах дыхания, когда увеличивалось время пребывания воздуха в дыхательных путях. Наименьшие величины получены при форсированном дыхании. Возможно, это зависело от глубины дыхания и времени, за которое воздух поступал в дыхательные пути. В настоящей работе мы нашли такую зависимость между температурой и дыхательным объемом, но она существовала только при носовом типе дыхания. Эта связь сохранялась, когда выполнялся маневр ЖЕЛ. Она представляется логичной, поскольку при увеличении объема большее количество альвеолярного воздуха участвовало в процессе теплообмена. Отсутствие данной зависимости при задержке дыхания, скорее всего, компенсировалось вре-
Пока- затели Изменения
отсутст- вуют умерен- ные значи- тельные резкие
Менее 1,65с 1,65-3,0с 3,0-5,0с Более 5,0с
Через 1 мин после провокации
ПОС Менее 13 14-25 26-43 44 и более
ФЖЕЛ 6 7-10 11-17 17
ОФВ! 9 10-19 20-29 30
МОС50 33 34-54 55-83 84
Через 5 мин после провокации
ПОС Менее 18 19-33 34-52 53 и более
ФЖЕЛ 13 14-21 22-34 35
ОФВ! 14 15-24 25-39 40
МОС50 30 31-52 53-85 86
менем пребывания воздуха в дыхательных путях. При этом возрастала интенсивность согревания объема воздуха за счет прекращения охлаждения слизистых оболочек воздухоносных путей и увеличения притока крови к легким на высоте вдоха.
Ранее рядом авторов [5-8] установлена связь температуры выдыхаемого воздуха и ЖЕЛ при дыхании ртом. Мы не нашли такой корреляции. Возможно, при дыхании ртом эта зависимость имела меньшее значение, чем при дыхании носом. Прежде всего, это связано с тем, что количество некондиционированного воздуха, поступающего в альвеолы при дыхании ртом, будет отличаться от такового при дыхании носом на величину мертвого пространства носовой полости. В данном случае температура и влажность вдыхаемого воздуха будут намного важнее, чем вентилируемый объем. Мы получили такую зависимость при дыхании ртом во время спокойного дыхания и при выполнении маневров.
При обоих типах дыхания ни выдыхаемая температура, ни ее градиент не зависели от длительности дыхательного цикла и его фаз. Это трудно объяснить, как и то, что при маневрах ФЖЕЛ и задержки дыхания температура выдыхаемого носом воздуха имела прямую связь с максимальной скоростью инспира-торного потока. Неоспоримо, что скорость движения воздуха является доминантным фактором в теплообмене и может играть основную роль при высоких уровнях вентиляции. В этом убеждают результаты аналитических исследований [30, 37, 42], которые показали, что температура воздуха и скорость находятся в обратно пропорциональной зависимости. По мере увеличения скорости потока увеличивается температурный градиент в осевом и радиальном направлениях.
Сочетание высоких скоростей и низкой температуры вентилируемого воздуха при проведении изо-капнической гипервентиляции холодным воздухом сопровождалось в настоящем исследовании расстройством теплообмена. Измерение температуры выдыхаемого воздуха на протяжении всей вентиляционной нагрузки холодным воздухом показало значительное падение температуры в первые тридцать секунд исследования. Скорее всего, это связано с тем, что острое охлаждение влекло за собой дисбаланс между поступающим в дыхательные пути воздухом и пристеночной температурой. Возрастали локальные тепловые потребности в респираторном тракте, поскольку увеличивалась доля конвективного охлаждения. Приток крови в данный момент был низким и неадекватным тому, чтобы согреть поступающий воздух. В последующем на протяжении всей гипервентиляции колебания температуры выдыхаемого воздуха были незначительными. После первоначального падения имелось температурное плато практически до конца провокации. Увеличивался приток крови к слизистой, и интенсивность согревания на вдохе становилась выше за счет увеличения общих энергозатрат организма на теплообмен. Мы нашли прямую связь разности температур на выдохе в начале и конце гипервентиляции с температурой выдыхаемого воздуха в конце провокации.
E.P.Ingenito et al. [42] предположили, что приток крови к слизистой при уровне вентиляции 80 л/мин выше, чем при 30 л/мин. Если это не случайность, то градиент температур стенка-воздух при более высоком уровне вентиляции должен быть значительно ниже, чем в покое. Важное значение при этом приобретает скорость перфузии крови в бронхиальных микрососудах, толщина слизистой и подслизистой оболочек и покрывающего ее слоя жидкости [51]. Об усилении бронхиального кровотока после провокации холодным воздухом высказались F.Haas et al. [40]. К аналогичному выводу пришли D.Ray et al. [47]. Они в эксперименте на животных показали, что во время гипервентиляции холодным воздухом температура стенки дыхательных путей была на 2°С выше, чем при гипервентиляции теплым сухим воздухом.
Мы не нашли ожидаемых корреляционных связей между температурными величинами и последующими изменениями в бронхиальной проходимости после ингаляции холодного воздуха, как это сделали другие авторы [43, 45].
E.R.McFadden et al. [44] показали, что падение температуры в конце провокации зависит от МОД и температуры вдыхаемого воздуха. Чем больше МОД и холоднее вдыхаемый воздух, тем больше падение температуры дыхательных путей, тем более резкое последующее согревание и более выраженная обструктивная реакция. Однако нами была получена прямо пропорциональная зависимость между разностью температур в начале и конце гипервентиляции и изменениями температуры, происходящими в первые 30 с провокации. Чем больше было падение температуры в начале провокации, тем ниже должна была быть температура выдыхаемого воздуха в конце исследования, тем выше респираторные теплопотери.
Кроме того, наши исследования показали, что величина дальнейшей обструктивной реакции будет зависеть от длительности дыхательного цикла, его экспираторной фазы. Чем короче экспираторная фаза при холодовой провокации, тем выраженнее реакция со стороны бронхов. Скорее всего, эта реакция у здоровых людей будет носить рефлекторный характер. Она подобна той, которая возникает у здорового человека при длительной адаптации к холоду. Как отметили М.А.Якименко и соавт. [34], механизм адаптации человека к холоду заключается в изменении динамики дыхательного цикла за счет удлинения экспираторной фазы.
Выводы
1. В норме респираторный теплообмен модулируется паттерном дыхания, проходимостью дыхательных путей, температурой и влажностью вдыхаемого воздуха.
2. Дыхание через нос обеспечивает более высокий уровень термоадаптации дыхательных путей человека при спокойном дыхании и при выполнении нагрузок.
3. Уровень респираторных теплопотерь в конце холодовой провокации будет зависеть от степени
охлаждения дыхательных путей в первые тридцать секунд гипервентиляции.
4. Развиваемая в результате холодовой гипервентиляции бронхоконстрикторная реакция у здоровых людей незначительна.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авцин А.П., Жаворонков А.А., Марачев А.Г., Милованов А.П. Патология человека на Севере. - М.: Медицина, 1985. - 416 с.
2. Агарков С.Ф. Индивидуальная оценка кондиционирующей функции дыхательного аппарата в клинике внутренних болезней: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. - Киев, 1979. - 25 с.
3. Агарков Ф.Т., Синяченко В.В., Агаркова С.Ф. и соавт. Методические рекомендации по пневмотер-мокалориметрической оценке кондиционирующей функции дыхательного аппарата. - Донецк, 1983. - 21 с.
4. Агарков Ф.Т., Агарков С.Ф. Методические основы дифференциальной оценки кондиционирующей функции дыхательного аппарата в клинической практике// Терапевтический архив. - 1985. - № 3. -С.73-77.
5. Агарков Ф.Т. Кондиционирующая функция дыхательного аппарата при различных условиях и состояниях организма// Физиология человека. - 1986.
- Т.12, № 6. - С.907-913.
6. Агаркова С.В. Состояние кондиционирующей функции дыхательного аппарата у здоровых и больных пневмокониозом шахтеров: Автореф. дис. . канд. мед. наук. - Донецк, 1971. - 21 с.
7. Андреева В.Ф. Возрастные особенности и должные значения показателей кондиционирующей функции дыхательного аппарата: Автореф. дис. . канд. мед. наук. - Донецк, 1974. - 20 с.
8. Беляков Н.А., Лойт А.А., Сериков В.В. Динамическое исследование теплообмена в легких// Физиологический журнал СССР им. И.М.Сеченова. -1988. - Т.74, № 1. - С.90-96.
9. Бодрова Т.Н., Тетенев Ф.Ф., Корзилов А.И. Влияние холода на показатели биомеханики дыхания у здоровых// 7 Национальный конгресс по болезням органов дыхания, Москва, 2-5 июля 1997 г.: Сборник резюме. - М., 1997. - С.174. - Реф. 636.
10. Глебовский В.Д., Баев А.В. Подавляющее влияние двуокиси углерода на возбуждение холодовых рецепторов полости носа кошки// Физиологический журнал СССР им. И.М.Сеченова. - 1986. - Т.72, № 5. - С.595-602.
11. Глебовский В. Д., Баев А.В. Раздражение три-
геминальных рецепторов слизистой оболочки полости носа дыхательными потоками возду-ха//Физиологический журнал СССР им.
И.М. Сеченова. - 1984. - Т.70, № 11. - С.1534-1541.
12. Големанов В., Карагъозов К., Михайлов М. Ринотермометрия// Оториноларингология. - 1987. -Т.24, № 1. - С.26-31.
13. Горбенко П.П., Дубинская А.В. Диагностика измененной реактивности бронхов с помощью вдыхания холодного воздуха// Состояние и перспективы развития пульмонологической службы в Дальневосточном регионе. - Благовещенск, 1986. - С.60-66.
14. Горбенко П.П., Игнатьева М.Н., Зильбер Н.А. Реакция дыхательных путей на гипервентиляцию холодным воздухом у здоровых людей и больных ХНЗЛ// Действие холода на систему дыхания: Тезисы Всесоюзн. симпозиума, Новосибирск, 24-26 июня 1991 года. - Благовещенск, 1991. - С.21-22.
15. Дорошенко И.И. Температура выдыхаемого воздуха у здоровых и при некоторых заболеваниях легких// Врачебное дело. - 1969. - № 4. - С.87-91.
16. Дорошенко И.И. Особенности кондиционирующей функции дыхательного аппарата у здоровых лиц и при некоторых патологических состояниях: Автореф. дис. канд. мед. наук. - Одесса, 1974. - 32 с.
17. Евдокимов В.Г. Кардиореспираторное обеспечение температурного гомеостаза при холодовом воздействии// Система терморегуляции при адаптации организма к факторам среды: Тезисы докл. - Новосибирск, 1990. - Т.1. - С.34-35.
18. Егорова Т.А., Ситников В.П. „Северный” вариант „нормы” тепловой картины лица// Вестник оториноларингологии. - 1990. - № 1 - С.54-58.
19. Козырева Т.В., Симонова Т.Г. Индивидуальный паттерн дыхания человека и реакция на охлаждение// Выживание человека: резервные возможности и нетрадиционная медицина: 1 Международная конференция, [Москва], 21-24 сентября, 1993.: Тезисы докл. - М., 1993. - С.69-70.
20. Кривощеков С.Г., Диверт Г.М., Нешумова Т.В. Особенности физиологической регуляции газотранспортной системы организма при сочетанной и раздельной адаптации к холоду и гипоксии// Физиология человека. - 1994. - Т. 20, № 6. - С.87-95.
21. Лавренева Г.В., Лыков А.А., Мойсюк Л.М. Влияние носового дыхания на термоадаптационную способность дыхательных путей// Вестник оториноларингологии. - 1989. - № 5. - С.41-43.
22. Ландышев Ю.С., Доровских В.А., Ушаков
В.Ф. Эпидемиология, клинико-функциональные основы формирования, лечения и профилактики неспецифических заболеваний легких в климатогеографических условиях Дальнего Востока. - Благовещенск, 1994. - 304 с.
23. Луценко М.Т., Ландышева И.В., Ландышев Ю.С. и др. Механизмы адаптации организма к холоду. - Благовещенск, 1978. - 149 с.
24. Матюхин В.А. О физиологических механизмах адаптации к природным факторам среды// Физиологические механизмы природных адаптаций. - Новосибирск, 1979. - С.3-8.
25. Неязов В.А., Нерсесянц И.В., Прохорова Н.А. Функциональное состояние аппарата внешнего дыхания как критерий донозологической диагностики общераспространенных заболеваний системы органов дыхания у детей коренного и пришлого населения в условиях Севера// Особенности патологии коренного и пришлого населения в условиях Крайнего Севера: Тезисы докл. научной конф. - Красноярск,
1981. - Т.1. - С.32.
26. Никольская О.Э., Гришин О.В., Молчанов А.Б. Изменение бронхиального сопротивления при дыхании холодным воздухом у рабочих-строителей на севере Западной Сибири// Действие холода на систему дыхания: Тезисы Всесоюзн. симпозиума, Новоси-
бирск, 24-26 июня 1991 года. - Благовещенск, 1991. -С.42-43.
27. Руководство по клинической физиологии дыхания/ Под ред. Л.Л.Шика, Н.Н.Канаева. - Л.: Медицина, 1980. - С.72-76.
28. Таскаев Ю.Н. К механизму адаптивных изменений респираторной системы при воздействии низких температур в климатических условиях Сибири и Северо-Востока// Важнейшие теоретические проблемы терморегуляции: Тезисы докл. конференции, г.Новосибирск, 4-6 октября 1982 г. - Новосибирск,
1982. - С.89.
29. Тетенев Ф.Ф., Бодрова Т.Н., Корзилов А.И. Защитный бронхоспазм и компенсаторная реакция в механической системе внешнего дыхания// Действие холода на систему дыхания: Тезисы Всесоюзного симпозиума, Новосибирск, 24-26 июня 1991 года. -Благовещенск, 1991. - С.69-70.
30. Ульянычев Н.В. Модель внешнего дыхания человека. - Благовещенск, 1990. - 60 с.
31. Шишкин Г.С., Гришин О.В., Никольская О.Э., Петрунев С. А. Функциональный резерв респираторных отделов легких и его мобилизация при усилении газообмена и воздействии холодного воздуха// Выживание человека: резервные возможности и нетрадиционная медицина: 1 Международная конференция, [Москва], 21-24 сентября, 1993.: Тезисы докл. -М., 1993. - С.89-91.
32. Шишкин Г.С., Петрунев С.А., Преображенская
B.К. Особенности вентиляции легких при дыхании низкотемпературным воздухом// Физиология человека. - 1995. - Т.21, № 2. - С.61-66.
33. Якименко М. А. Система терморегуляции и некоторые функции организма при адаптации к холоду// Важнейшие теоретические проблемы терморегуляции: Тезисы докл. конф., г. Новосибирск, 4-6 октября 1982 г. - Новосибирск, 1982. - С.81-83.
34. Якименко М. А., Симонова Т.Г., Козырева Т.Г., Лазаренко П.В. Критерии адаптации человека к холоду// Гигиена и санитария. - 1984. - № 1. - С.7-9.
35. Якименко М. А., Симонова Т.Г. Внешнее дыхание как эффекторный механизм системы терморегуляции при адаптации к холоду// Диагностика, особенности течения и профилактики болезней органов дыхания в Дальневосточном регионе: Тезисы докл. 1 съезда пульмонологов Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера. - Благовещенск, 1986. - Т.1. -
C.271-272.
36. Якименко М.А., Симонова Т.Г., Пичкуров А.М., Татауров Ю.А. Влияние адаптации к холоду на показатели внешнего дыхания при гипервентиляции// Физиология человека. - 1989. - Т.15, № 5. - С. 148-151.
37. Daviskas E., Gonda I., Anderson S.D. Local airway heat and water vapour losses// Respir.Physiol. -1991. - Vol.84. - P.115-132.
38. Denjean A., Matran R., Mathieu M. et al. Bronchial response to hyperventilation of dry air at room temperature in normals and asthmatics// Bull. Eur.Physiopathol.Respir. - 1983. - Vol. 19, № 5. -P.477-482.
39. Guleria J.S., Talwar J.R., Malhotza O.P., Pande J.N. Effects of breathing cold air on pulmonary mechanics in normal man// J.Appl.Physiol. - 1969. - Vol.27. -P.320-322.
40. Haas F., Levin N., Pasierski S. et al. Reduced hy-perpnea-induced bronchospasm following repeated cold air challenge// J.Appl.Physiol. - 1986. - Vol. 61, №1. -P.210-214.
41. Hanna L.M., Scherer P.W. A theoretical model of localized heat and water vapor transport in the human respiratory tract// J.Biomech.Eng. - 1986. - Vol. 108. -P.19-27.
42. Ingenito E.P., Solway J., McFadden E.R. et al. Indirect assessment of mucosal surface temperatures in the airways: theory and tests// J.Appl.Physiol. - 1987. - Vol. 63, № 5. - P.2075-2083.
43. McFadden E.R., Pichurko B.M., Bowman H.F. et al. Thermal mapping of the airways in humans// J.Appl.Physiol.: Respirat.Environ.Exercise Physiol. -1985. - Vol. 58, № 2. - P.564-570.
44. McFadden E.R., Lenner K.A.M., Strohl K.P. Postexertional airway rewarming and thermally induced asthma. New insights into pathophysiology and possible pathogenesis// J.Clin. Invest. - 1986. - Vol. 78, № 1. -P.18-25.
45. O'Cain J.F., Dowling N.B., Slutsky A.S. et al. Airway effect of respiratory heat loss in normal subjects// J.Appl.Physiol. - 1980. - Vol. 49. - P.875-880.
46. Pafizkova J., Jansky L., Hosek V. et al. Human adaptation to cold: shift of the shivering threshold during repeated water immersions// Physiol.Res. - 1992. - Vol. 41, Suppl. - P.19.
47. Ray D., Strek M., Ingenito E., Solway J. Airway wall cooling in similar during warm dry and cold air hy-perpnea// Am.Rev.Respir.Dis. - 1987. - Vol.135, № 4. -Part 2. - A95.
48. Sant'Ambrogio G., Mathew O.P., Sant’Ambro-gio
F.B., Characterisfics of laryngeal cold receptors// Respir.Physiol. - 1988. - Vol.71, № 3. - P.287-209.
49. Suzuki S., Ishii M., Sasaki J., Takishima T. Bronchial responsiveness to methacholine during airway cooling in normal subjects// Clin.Allergy. - 1986. -Vol.16, №1. - P.33-40.
50. The nose: upper airway physiology and the atmospheric environment/ Ed. by D.F.Proctor, J.Andersen.
- Amsterdam: Elsevier Biomedical Press, 1982. - 509p.
51. Tsai C.-L., Saidel G.M., McFadden E.R., Fouke J.M. Radial heat and water transport across the airway wall// J.Appl.Physiol. - 1990. - Vol. 69, № 1. - P.222-231.
52. Vecchiet L., Flacco L., Marini I. et al. Effects of cold stimulus of the chest wall on bronchial resistance// Respiration. - 1985. - Vol. 47, № 4. - P.253-259.
53. Wells R.E., Walker J.E.C., Hickler R.B. Effect of cold air on respiratory airflow resistance in patients with respiratory tract diseases// New Engl.J.Med. - 1960. -Vol.263, № 6. - P.268-273.
54. Willatt D.J. Continuous infrared thermometry of the nasal mucosa// Rhinology. - 1993. - Vol.31, № 2. -P.63-67.
□ □□
