Предположение о симметрии процессов газообмена. Симметричность поглощения и выведения газов
Основная аксиома, заложенная в большинство ранних моделей газообмена, состоит в том, что кинетические процессы поглощения и выведения газа являются симметричными. Другими словами, кривые, описывающие зависимость уровня насыщения от времени для процессов поглощения и выпадения газа, представляют собой зеркальное отображение друг друга.
В течение некоторого времени было признано правда не всеми исследователями вплоть до настоящего времени, что в случае выведения нейтрального газа из организма после подводного погружения предположение о симметрии процессов не подтверждается. Недавно это было продемонстрировано на бодрствующих собаках, подвергнутых декомпрессии после насыщения тканей организма воздухом в течение 17 ч под абсолютным давлением 2, 3 и 4 кгс/см2. Обобщенные результаты этих экспериментов представлены на рисунке, на котором для сравнения нанесены различные кривые степени насыщения (доля насыщения) нейтральным газом венозной крови при декомпрессионной и изобарической десатурациях.
Авторы утверждали, что полученные ими данные указывают на отсутствие у животных избыточного нейтрального газа после декомпрессии. Однако, по-видимому, кинетика поглощения газа все-таки будет в основном зеркально отражать кривую изобарической десатурации. В других исследованиях, проведенных Kindwall (1975), показана также разница в степени выведения нейтрального газа из организма человека, когда десатурация тканей происходила соответственно при давлениях, эквивалентных глубинам 30, 18 или 3 м.
Однако указанные эксперименты проводились при отсутствии состояния насыщения тканей организма нейтральным газом, и поэтому прямое сравнение результатов невозможно. Но в любом случае ясно, что если симметрии процессов сатурации — десатурации нет, то прогнозирование выведения нейтрального газа из организма во время декомпрессии остается догадкой, а это означает, что и с прогнозированием процесса перенасыщения дело обстоит так же.
К счастью, именно эти вопросы, поставленные в исследованиях данного направления, могут быть решены разумным использованием в эксперименте метода изобарического последовательного переключения газов в комбинации с некоторыми новыми методами, такими как ультразвуковая доплеровская детекция газовых пузырьков.
Теоретический анализ, проведенный Graves и соавт. (1973), Karreman, Lambertsen (1977), охватывает вопросы, связанные как со степенью перенасыщения, так и со временем достижения уровней стабильного перенасыщения при устойчивой контрдиффузии в условиях гипотетических систем. Результаты приведены в табл. 30, в которой рассмотрены комбинации нескольких пар нейтральных газов: азот — неон, азот — гелий и неон — гелий. Применена двухслойная модель, в которой слой А — липидный, слой В — водный. Было рассчитано как общее давление каждой пары газа, так и коэффициент перенасыщения Рт/Рв.
Как видно, во всех случаях независимо от того, какой из слоев (липидный или водный) толще (или они равны), на их границе имелось перенасыщение. Более того, несмотря на имеющееся 10-кратное различие в степени перенасыщения, обусловленное различными комбинациями толщин липидного и водного соединений, давление перенасыщения редко когда превышало атмосферное более чем на 26%! Видимо, это является справедливым вне зависимости для любой конкретной пары газов.
Однако в зависимости от относительных толщин липидного и водного слоев, существует 10 000-кратное различие во времени, необходимом для достижения устойчивого состояния (имеется в виду стабильное давление перенасыщения Рт в месте стыка слоев мембраны). Особый интерес представляет выявленный авторами анализа факт, что «время достижения состояния стабильного перенасыщения вследствие изобарической контрдиффузии (даже когда при этом учтена продолжительность переноса газа кровотоком и удаление его через легкие) по крайней мере на порядок короче времени, необходимого для явного газообразования и изменений тканей». Результаты анализа подкреплены экспериментальными данными, опубликованными Graves и соавт. (1973). Однако Graves и соавт. (1979) показали, что при устойчивой контрдиффузии между N2О и Не в ухе кролика максимальные подъемы давления, несмотря на имеющийся избыток газа, достигали приблизительно 50 мм рт. ст. (коэффициент перенасыщения Рт/Рв = 1,066). Это минимальное значение давления, так как наблюдались периодические его снижения, вероятно, связанные с расслоением подкожных тканей расширяющимся газом.
Другой подход к вычислению максимальных давлений перенасыщения преходящего газообмена при переключении дыхания с одного газа на другой был разработан в исследовании, проведенном Lambersten, Idicula (1975), Harvey, Lambersten (1979). Авторы для приближенного описания отношений постоянных времени уравновешивающихся газов выбрали отношения коэффициентов диффузии. Сходный подход был также использован D'Aoust и соавт. (1977) для вычисления гипотетических кривых перенасыщения, которые сопоставляли в реальном масштабе времени с данными о числе газовых пузырьков, при изобарическом переключении газов с азота на гелий после насыщения в азотно-кислородной среде. Представляет интерес, что рассчитанные коэффициенты перенасыщения приблизительно были равны 1,26.
Внимательный читатель почувствует здесь противоречие в условиях, заключающееся в том, что созданная модель, являясь математически точной при описании системы, зависящей от перфузии (т. е. «хорошо перемешиваемый котел»), в то же время применяется и для объяснения феномена изобарического диффузного потока газов в противоположных направлениях. На то, что в процесс вовлечена не только одна диффузия указывал D'Aoust (1977).
Он показал, что «поскольку в наших расчетах была использована мультиэкспоненциальная параллельно-компартментальная модель, мы произвольно спаривали периоды полунасыщения для гелия и азота, что затем должны были предпринимать и в отношении тех же газов в реальных тканях. Это допущение само по себе отчасти противоречит логически обоснованному использованию данной мультиэкспоненциальной параллельно-компартментальной модели, поскольку она преодолевает свою недостаточную «физиологичность» за счет заложенного в нее спектра периодов полусатурации для газов, охватывающего, как известно, реально существующий диапазон скоростей данного процесса в организме. Однако при наличии двух газов нет способа, с помощью которого можно определить, полупериод какого из них лучше использовать: азота или гелия.
С другой стороны, применение постоянного отношения скоростей проникновения азота и гелия в ткани для каждого из периодов полусатурации, по-видимому, является упрощением, так как гелий диффундирует быстрее, менее растворим и имеет более низкий коэффициент разделения на границе жир — вода по сравнению с азотом».
Поэтому дискуссия вокруг процессов перфузии и диффузии будет неизбежно возобновляться, чтобы определить, какая же модель процесса более подходит для прогнозирования перенасыщения тканей.
