Determination of basal metabolism and lung function by AOOZ-M apparatus

Abstract

In 1957, in an article by engineers M.I. Abdrakhmanov and I.A. In 1958, a more advanced design of this kind of apparatus with a closed breathing circuit of the AOOZ-M type was developed (Fig. 1), in which the capacity of the rubber bellows was increased to 10 liters and the entire gas line (with a tank) - up to 60 liters; this makes it possible to conduct studies of basal metabolism both when breathing air and on pure O2 in a large volume.

Full Text

Клиника госпитальной терапии № 1 (зав. — проф. А. Г. Терегулов) Казанского медицинского института и СКТБ-МФП (начальник — И. М. Шпаков) В 1957 г. в статье инженеров М. И. Абдрахманова и И. А. Логвинова 6 был описан новый аппарат для определения основного обмена типа АООВ, изготовленный в Ка­занском СКТБ-МФП. В 1958 г. была разработана уже более совершенная конструк­ция такого рода аппарата с закрытым кругооборотом дыхания типа АООЗ-М (рис. 1), в котором была увеличена емкость резинового сильфона до 10 л и всей газовой магис­трали (с баком) — до 60 л; это позволяет вести исследования основного обмена как при дыхании воздухом, так и на чистом О2 в большом объеме. Сопротивление дыханию в условиях покоя снижено до 2—3 мм водного столба. Пишущий механизм может переключаться на две скорости — 30 мм и 300 мм в 1 мин. Запись произво­дится на движущейся диаграммной или обычной рулонной бумаге.
Движение бумаги со скоростью 300 мм/мин позволяет произвести ряд дополнитель­ных функциональных исследований дыхания (проба Вотчала — Тифно, максимальный объем дыхания и пр.). Растянутая запись вдоха и выдоха во времени дает возмож­ность изучения формы дыхания при форсированном выдохе.

Рис. 1. Внешний вид аппарата АООЗ-М с открытой дверкой.

На аппарате установлен фо­тоэлектрический счетчик, заме­няющий газовые часы, вмонти­рован кислородоподающий меха­низм для автоматического запол­нения резинового сильфона О2 простым нажатием кнопки на пульте управления прибора.
Аппарат АООЗ-М приспособ­лен для работы при операциях.
Подсоединение его к наркозному аппарату осуществляется через дыхательный кран, снабженный тройником, а к пациенту — через переходник интубационной трубки.
Для осушения установлен второй поглотитель.
При эксплуатации аппарата АООЗ-М в клинических условиях в течение трех лет выявлен ряд и других возможностей.
АООЗ-М допускает широкое варьирование состава газов, за­полняющих замкнутую воздушную систему установки. Как указано в инструкции, резиновый сильфон может заполняться чистым Ог (из баллона) до емкости в 10 л.
Кроме сильфона, имеется дополнительная емкость — воздушный бак на 50 л, кото­рый может по желанию отключаться от сильфона. При открытом кране проветрива­ния воздушную систему аппарата (бак + сильфон) можно заполнить воздухом. В ме­таллическом баке постоянно содержится атмосферный воздух, обновляющийся при «проветривании» аппарата АООЗ-М.
Итак, исследование основного обмена или дыхательных функций организма мо­жет проводиться в трех вариантах: I — на чистом Ог (резиновый сильфон отключен от металлического бака и за­полнен кислородом из кислородного баллона); II — на газовой смеси О ₂ 4 атмосферный воздух (резиновый сильфон заполнен О ₂ и подключен к металлическому баку; принудительное смешивание газов происхо­дит автоматически от специального вентилятора); III — на атмосферном воздухе (резиновый сильфон подключен к металлическому баку; воздух поступает из «вентиляционного» крана при насильственном растяжении сильфона до желаемого предела).
При работе на газовой смеси О ₂ + атмосферный воздух процент дополнительно привнесенного к атмосферному воздуху О2 может варьироваться исследователем по желанию, так как не обязательно заполнять сильфон О₂ до отказа. Таким образом, если емкость металлического бака равна 50 л атмосферного воздуха, то заполнение сильфона до 5 л О ₂ повысит процент О ₂ в газовой смеси (55 л) почти на 50%, а заполнение сильфона до 10 л О₂ повысит его процент в газовой смеси (60 л) почти вдвое. Расчет, базирующийся на постоянстве состава атмосферного воздуха, показы­вает, что в 50 л воздуха, находящихся в баке, содержится 10,465 л О₂. Заполнение сильфона О₂ до 5 л повышает его концентрацию в газовой смеси из 50 л воздуха бака + 5 л О₂ сильфона = 55 л — до 15,465 л. Соответственное заполнение сильфона до 10 л О₂ в газовой смеси из 60 л в сумме повышает концентрацию О₂ До 20,465 л.
Из вышеуказанного видно, что в первом случае (в 55 л) напряжение О₂ — 28,12%, а во втором (в 60 л) напряжение О₂ — 34,11%.
По мере расходования О₂ пациентом во время исследования из переобогащенной смеси последняя «обедняется» и к концу исследования приближается к составу атмосферного! воздуха.

Рис. 2. Образец записи спирограмм на аппарате АООЗ-М. Нижняя кри­вая - поглощение кислорода; сред­няя кривая — выделение углекисло­ты; верхняя кривая — кривая дыха­ния при записи со скоростью 300 мм/сек.

При работе на атмосферном воздухе, если бак и сильфон заполнены полностью то есть их суммарная емкость равна 60 л, в системе находится 12,558 л О₂. В конце десятиминутного исследования при среднем поглощении О₂ пациентом по 270 мл в мин в системе будет находиться уже 12,558 л — 1,700 л — 9,858 О₂, и, следователь­ но, напряжение О₂ в смеси (60 л — 2,7 л = 57,3 л) снизится до 17%, то есть в ап­парате наступает постепенное «обеднение» смеси О₂- Все вышеупомянутое представляет большое значение при применении так называ­емых «нагрузочных проб», спирометрии (спирографии), при определении основного обмена веществ у больных легочно-сердечной недостаточностью и естественным при ней дефицитом в насыщении крови О₂. Как «обедненная», так и «пересыщенная» О₂ смесь, особенно в случаях недостаточности кровообращения, может извратить по­казатели дыхательного коэффициента и основного обмена.
Аппарат АООЗ-М предоставляет возможность длительной, непрерывной реги­страции дыхания спирографически, проведения проб с задержкой дыхания, интен­сифицированием дыхания. Помимо этого, «вторая скорость» движения ленты позво­ляет производить запись формы дыхательных движений. На спирограммах можно наглядно констатировать различные типы дыхания — от обычного до периодического, Чейн-Стоксовского (рис. 2).
Аппарат позволяет последовательно (а не одновременно!) регистрировать поглощение Ог в мл/мин и выделение СО₂. Можно на­блюдать и возбуждающее влияние повыше­ния концентрации СО₂ на дыхательный центр.
По инструкции количество выделившегося при дыхании СО₂ определяется при работе аппарата с выключенным химическим погло­тителем СО₂, так как пропорционально вре­мени в системе происходит накопление СО₂, выдыхаемой пациентом. Через некоторое вре­мя различное и зависящее от особенностей исследуемых выделение СО₂ на спирограмме выявляется учащением ритма, расширением амплитуды дыхания, а при Чейн-Стоксовском дыхании — дыхательными движениями в пе­риоды апное. Путем простого арифметическо­го подсчета можно с известной степенью до­стоверности судить о пороге возбуждения ды­хательного центра избытком СО₂. Например, после исследования процента выделившейся при дыхании в течение 10 мин СО₂ оказалось, что за 10 мин выделилось 2 л СО₂, а явления стимуляции дыхательного центра наступили на 6-й мин (в первые секунды 6-й минуты).
Принимая во внимание допущение, что при скрупулезном соблюдении условий, необходимых для исследования основного обмена, поглощение О₂ и выделение СО₂ происходят равномерно в каждый отрезок времени, можно утверждать, что за минуту пациентом выделялось по 200 мл СО₂. Сле­довательно, видоизменение дыхания, происшедшее в первые секунды 6-й минуты исследования, вызвано накоплением в системе из 55 л газовой смеси 1 л СО₂; иначе говоря, стимуляция дыхания наступила при концентрации СО₂ в системе — 1,82% СО₂.
Детальное изучение спирограмм, полученных с помощью аппарата АООЗ-М, пока­зывает их большую диагностическую ценность. Наряду с оценкой ритмичности, час­тоты, амплитуды дыхания, можно производить и определение среднего количества поглотившегося с каждым вдохом О₂ и выделившегося с каждым выдохом СО₂, что иллюстрируют следующие примеры: А) За минуту в среднем поглощено 270 мл О₂, причем совершено 8 дыхательных движений (вдохов), следовательно, с каждым вдохом поглотилось в среднем 270:8 = 33,75 мл О₂.
Б) За минуту в среднем выделилось 200 мл СО₂ количество дыхательных дви­жений осталось прежним; следовательно, с каждым выдохом выделилось 200:8 = 25 мл СО₂.
По той же спирограмме возможно выведение и процента выделяемой СО г и по­глощаемого О₂. Если в среднем количество дыхательного воздуха (экскурсирующий объем) равнялось 450 мл, то, следовательно, в нем можно, исходя из приведенных в примерах А и Б цифр, вычислить процент О₂ и СО₂ в стадии выдоха: Ai) При каждом вдохе из 450 мл воздуха, содержащего 94,185 мл О₂ (20,93% О₂), поглощалось 33,75 мл О₂, следовательно, в выдыхаемом воздухе содержалось 94,185 — 33,75 = 60,435 мл О₂, то есть 13,43% О₂.
При каждом выдохе в 450 мл выдыхаемого воздуха выделялось 25 мл СО₂, следовательно, в процентном отношении выделение СО₂ в выдыхаемом воздухе равно 5,55% СО_2.
Спирограмма позволяет вычислить и минутный объем дыхания, который можно сопоставить с данными счетчика, установленного в аппарате и служащего в качестве газовых часов. Приведенные данные при одновременном сопоставлении их с резуль­татами определения газов крови (оксигемометрия и оксигемография, определение газов крови аппаратом Ван-Слайка), а также карбовизорографией СО₂, в выдыхаемом воздухе представляют большой интерес для функциональной оценки легочной и сердечно-сосудистой систем.