НАПРЯЖЕНИЕ УГЛЕКИСЛОТЫ В АРТЕРИАЛЬНОЙ КРОВИ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ

Б.Г.Любина,
К.А.Баскин

Регистрация капнограммы обычного дыхания позволяет получить величину напряжения СО₂ в альвеолярном воздухе, что необходимо для определения парциального напряжения СО₂ в артериальной крови. На капнограмме здорового человека, записанной на малоинерционном инфракрасном газоанализаторе углекислоты, можно отчетливо выделить горизонтальное плато, отражающее концентрацию СО₂ в альвеолярном газе. Эта величина близка к напряжению углекислоты в артериальной крови (Д.Г.Комро, Р.Э.Форстер и др., 1961; Дж.Холден, Дж.Пристли, 1937).

Однако, полученные в последние годы прямые, синхронные измерения СО₂ в артериальной крови и в альвеолярном газе показали, что в условиях покоя напряжение углекислоты в крови на 1-2 мм рт.ст. выше. Причинами этого является сброс венозной крови по анатомическим шунтам в легких и неравномерность вентиляции и перфузии различных участков легких (Л.Л.Шик, 1973). При физической нагрузке напряжение СО₂ в альвеолах всегда больше, чем в артериальной крови, и эта разница существенно зависит от интенсивности нагрузки. Специальная формула (В.Л.Карпман, Б.Г.Любина, 1972) позволяет рассчитывать величину артериально-альвеолярного градиента по углекислоте при мышечной работе различной интенсивности:

P(a - A)CO₂ = 7 · e^-0,004 · ^N - 4 · e^-0,001 · ^N - 1,5

(1)

где P(a-A)CO₂ - разница напряжения углекислоты в артериальной крови и в альвеолярном газе (мм рт.ст.); N - мощность физической нагрузки (кгм/мин); е - основание натуральных логарифмов.

В покое, когда N = 0, артериально-альвеолярная разность (1) равна 1,5 мм рт.ст. При нагрузке этот градиент становится отрицательным. Величины, рассчитанные по уравнению (1), складываются (или вычитаются) с величинами давления СО₂ в альвеолярном газе. Однако не всегда при выполнении мышечной работы возможно получение плато на капнограмме.

Asmussen & Nielsen (1956) для расчета PaCO₂ при мышечной нагрузке использовали уравнение Бора:

                    V_t·PeCO₂
PaCO₂  =                     
                      V_t - V_d

(2)

где V_t - дыхательный объем (мл); V_d - физиологическое мертвое пространство (мл); PeCO₂ - парциальное давление СО₂ в выдыхаемом воздухе (мм рт.ст.).

В формуле (V_d) затруднительно определить величину V_d. Учитывая определенную зависимость V_d от величины дыхательного объема V_t, Asmussen & Nielsen (1956) изучали взаимоотношения этих показателей при различной глубине дыхания в процессе выполнения повышающейся по мощности физической нагрузки (у 4 испытуемых в 29 экспериментах). На основании этих экспериментов ими была построена диаграмма зависимости объема V_d от V_t. Зная величину V_t, определение которой не встречает трудностей, можно определить по диаграмме величину V_d и подстановкой ее в формулу (2) рассчитать PaCO₂. Рядом авторов такой подход (Asmussen & Nielsen, 1956) использовался для определения РаCO₂ при нагрузке (Т.А.Евдокимова, 1979; Clausen J. et al., 1970; Ferguson R. et al., 1968). Однако, во время выполнения мышечной работы в широком диапазоне мощностей физических нагрузок отношение объема мертвого пространства к дыхательному объему не одинаково. Так, в зоне нагрузок небольшой мощности эта зависимость носит линейный характер. С увеличением мощности физической нагрузки отмечается тенденция к стабилизации и даже к уменьшению значений мертвого пространства по отношению к его максимальным величинам (К.А.Баскин, 1978).

В задачу настоящего исследования входило математическое описание зависимости V_d от V_t при мышечной работе во всем диапазоне мощностей физических нагрузок, вплоть до предельных, у большого контингента спортсменов и доказательство возможности применения такой формализованной зависимости для определения РаCO₂ из уравнения Бора (2).

Было обследовано 198 спортсменов высокой квалификации (различных видов спорта) как в состоянии покоя, так и при выполнении физической нагрузки повышающейся мощности на велоэргометре фирмы "Элема". Дыхательный объем определялся по методу Дугласа-Холдена, парциальное давление углекислого газа в альвеолярном воздухе регистрировалось на капнографе фирмы "Годарт", определение физиологического мертвого пространства велось по методике, описанной ранее (К.А.Баскин, 1978). Парциальное напряжение углекислоты в артериальной крови исследовалось на аппарате микро-Аструп. Все измерения производились на 5-й минуте педалирования на каждой ступеньке нагрузки.

Во всем диапазоне исследовавшихся мощностей физических нагрузок у спортсменов отмечался двухэтапный характер изменения величин функционального мертвого пространства. При физической нагрузке, вызывающей увеличение дыхательного объема от 0,6 до 3,0 л отмечается первый этап изменения физиологического мертвого пространства, характеризующийся прямо пропорциональным увеличением этого показателя. При более высоких значениях дыхательного объема (свыше 3,0 л) отмечается некоторое снижение величин мертвого пространства. Такой характер зависимости мертвого пространства от дыхательного объема имеет важное физиологическое значение, особенно при выполнении предельных режимов физической нагрузки, при которых предъявляются высокие требования к системе внешнего дыхания. Деятельность аппарата внешнего дыхания оптимизируется за счет некоторого относительного уменьшения объема физиологического мертвого пространства. Сказанное подтверждается расчетом коэффициента V_d/V_t. В наших наблюдениях этот показатель в покое составлял 0,30, т.е. 33% объема вдыхаемого воздуха оставалось в мертвом пространстве. С увеличением мощности физической нагрузки, вплоть до предельной мощности, этот показатель последовательно уменьшался (К.А.Баскин, 1978; Д.Комро и др., 1961). Так, при физической нагрузке, вызывающей увеличение дыхательного объема, равного 2,5 л, коэффициент V_d/V_t, по нашим данным, составлял 0,21, а при дыхательном объеме, равном 3,0 л, этот показатель равнялся 0,175. При предельных мощностях физической нагрузки дыхательный объем в среднем равнялся 4,2 л, а отношение V_d/V_t составляло 0,117. Таким образом, при выполнении физической нагрузки, и особенно в условиях выполнения предельных мощностей нагрузок, эффективность дыхания возрастает.

Рассмотренную динамику изменения объема физиологического мертвого пространства в связи с увеличением дыхательного объема во всем диапазоне мощностей физических нагрузок (вплоть до предельных) можно описать следующим математическим выражением:

V_d = 0,48 - 0,026 · (3,7 - V_t)²

(3)

где V_d и V_t выражаются в л.

Таблица

Сопоставление величин РаCO₂, полученных разными способами при выполнении физической нагрузки (±, мм рт.ст.)

В таблицу сведены средние величины РаCO₂, которые были получены исследованием микродоз крови, взятых из разогретого пальца и проанализированных на аппарате микро-Аструп ("прямое" определение), а также данные PaCO₂, рассчитанные по формуле (2) двумя способами: 1) с определением V_d по диаграмме Asmussen & Nielsen (1956) и 2) с определением V_d по нашей формуле (3).

Отметим, что должные величины PaCO₂, вычисленные по формуле (1) В.Л.Карпмана и Б.Г.Любиной (1972), практически совпадают с данными "прямого" измерения и поэтому в таблицу не включены.

Из данных, приведенных в таблице видно, что расчет РаCO₂ с использованием величины V_d, вычисленной по предложенной формуле (3), более близок к экспериментальным величинам РаCO₂, нежели к значениям РаСO₂, определенным с помощью диаграммы Asmussen & Nielsen.

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Любина, Б.Г. Напряжение углекислоты в артериальной крови при физической нагрузке / Любина Б.Г., Баскин К.А. // Клинико-физиол. характеристики сердечно-сосудистой системы у спортсменов : сб., посвящ. двадцатипятилетию каф. спорт. медицины им. проф. В.Л. Карпмана / РГАФК. - М., 1994. - С. 63-67.