Протез дыхания
Протез дыхания
Давайте и здесь уточним терминологию. Реаниматологи уже давно вместо словосочетания «искусственное дыхание» применяют более точное — «искусственная вентиляция легких» (ИВЛ).
Дело в том, что дыхание, строго говоря, состоит из пяти последовательных этапов: 1) обмен газов между легкими и внешней средой, или, другими словами, вентиляция легких; 2) газообмен между воздухом легочных альвеол и кровью; 3) транспорт газов между легкими и тканями с помощью крови; 4) обмен газов между кровью и тканями и, наконец, 5) получение клеткой энергии из углеводов и жиров с помощью кислорода.
Когда мы проводим так называемое искусственное дыхание, мы, по существу, управляем только первым этапом: механическими процессами выведения и введения газов в легкие, т. е. искусственной их вентиляцией (ИВЛ). Эта часть сложного процесса дыхания наиболее доступна нам. Гораздо труднее контролировать второй, третий, а особенно четвертый и пятый этапы дыхания. Одна из основных задач реаниматологии именно и состоит в том, чтобы в процессе управления дыханием подняться на вторую, третью, четвертую и пятую его ступеньки. >
Итак, мы будем говорить здесь об искусственной вентиляции легких.
Для обсуждения проблемы ИВЛ нам с вами нужно обязательно вспомнить о фактах, недостаточно известных неспециалистам. Речь идет о взаимоотношениях между дыханием и кровообращением.
Как мы уже знаем, в здоровом организме все функции взаимосвязаны. Природа, создавая дыхание, и здесь оказалась весьма изобретательной: когда во время самостоятельного вдоха создается отрицательное давление в грудной полости, растягиваются не только легкие, но и крупные тонкостенные венозные стволы, расположенные внутри плевральной полости, т. е. в узкой щели между грудной стенкой и легкими. И поэтому (чрезвычайно важный факт!), когда воздух из атмосферы при вдохе втягивается в легкие, кровь по этим крупным венам усиленно притекает к сердцу. Мало того, во время спонтанного вдоха, который создается, как мы помним, растяжением легких извне, момент наполнения альвеол воздухом соответствует по времени периоду наибольшего растяжения легочных капилляров, а следовательно, этапу максимального кровотока в них, что способствует наилучшему обмену газов между воздухом и кровью. Так приводятся в соответствие два процесса: вентиляция легких и кровообращение, хотя, конечно, этим их взаимоотношения не ограничиваются.
Разобравшись немного в вопросах естественной вентиляции, обсудим теперь проблемы искусственного его варианта.
Предположим, что у больного по тем или иным причинам не работает дыхательный центр и импульсы не поступают к мышцам. Самым логичным было бы применить электростимуляцию нервов, по которым идут приказы от мозга к дыхательному аппарату, однако до сих пор настоящего успеха подобные попытки не имели.
Одной из первых ласточек можно считать сообщение доктора С. В. Улькина из Куйбышева, которое опубликовано в январе 1987 года. «У больной С, 63 лет, с диагнозом «двухстороннее гнойно-деструктивное воспаление легких, сепсис» (т. е. заражение крови), в результате гнойного поражения оболочек мозга (менингита) возникла остановка дыхания. Так как проведение искусственного дыхания по принципу вдувания (см. ниже) было достаточно рискованным из-за гнойных полостей в обоих легких, было решено обнажить оба диафрагмальных нерва на шее и ритмично 18 раз в минуту стимулировать их электроимпульсами с помощью разработанного автором аппарата. В течение 16 часов удалось поддерживать нормальный объем дыхания, после чего у больной восстановилась самостоятельная вентиляция и аппарат был отключен. В дальнейшем больная пошла на поправку и через семь недель была выписана из больницы в удовлетворительном состоянии».
Сложнее обстоит дело, когда отключаются из-за болезни сами дыхательные мышцы (например, при миастении). Здесь не помогла бы и электростимуляция, если бы ее удалось осуществить. Тогда мысль изобретателей пошла по пути создания вокруг грудной клетки больного замкнутой герметичной камеры. Если в этой камере давление будет ниже атмосферного, то грудная клетка расширится и возникнет вдох, достаточно близкий по механизму к естественному. Если давление в камере превысит атмосферное, вдох сменится выдохом. Аппараты, работающие по этому принципу (боксовые, или кирасные, респираторы), широко применялись в 50-х годах нашего века, однако, несмотря на важнейшее их достоинство — физиологичность, т. е. близость к естественному акту дыхания, от них постепенно пришлось отказаться: управление ими оказалось делом очень трудным, да кроме того, они весьма громоздки и затрудняют уход за больным.
Наибольшее распространение получили аппараты для ИВЛ (респираторы), работающие по принципу вдувания. Через верхние дыхательные пути вводится определенный объем воздуха, раздувающий легкие изнутри, при этом грудная клетка расширяется вторично за счет увеличения объема легких. Затем в системе респиратора давление падает до атмосферного, и легкие за счет своей эластичности спадаются (пассивный выдох). Возможен также второй вариант — респиратор сам отсасывает воздух из легких (активный выдох).
Нефизиологичность такого метода искусственной вентиляции легких видна, что называется, невооруженным глазом: являясь первичным движителем для грудной клетки, легкие, конечно, травмируются, но главное — создаются принципиально новые взаимоотношения между дыханием и кровообращением. В самом деле, во время искусственного вдоха давление внутри грудной полости не снижается, как в норме, а повышается, что препятствует притоку крови к сердцу. Далее, поскольку воздух на вдохе активно нагнетается через бронхи в альвеолы, то капилляры в этот момент сдавливаются, а не расширяются, как при естественном дыхании, и пик объема воздуха не соответствует пику объема крови.
В организме, саморегуляция которого не нарушена, эти недостатки вентиляции по принципу вдувания уменьшаются включением целого ряда компенсаторных приспособлений. Иное дело — больной в терминальном состоянии, у которого связи между системами организма временно утрачены, здесь недостатки ИВЛ выявляются весьма отчетливо. Однако специальные, весьма сложные схемы респираторов, позволяющие тонко регулировать параметры искусственной вентиляции, во многом сводят на нет нефизиологичность принципа вдувания.
Один из крупнейших советских физиков в течение нескольких лет продолжал свою научную работу в стенах собственной квартиры, будучи прикованным к респиратору,— неизлечимое заболевание спинного мозга вызвало гибель нервных клеток, которые непосредственно передавали команды от центра вдоха к мышцам. Эта и подобные истории болезни характеризуют не только несомненные успехи медицины, но хорошо подчеркивают и оборотную сторону реанимационной медали: больной в ясном сознании, критичен и верно оценивает свое трагическое положение.
Таким образом, если человек потеряет возможность самостоятельно дышать, реаниматолог может спротезировать ему дыхание, вернее первый его этап — вентиляцию легких, подключив респиратор. Нередко проходит некоторое время (дни, недели, иногда даже годы) , и самостоятельное дыхание восстанавливается, как это бывает, например, при полирадикулоневритах, ботулизме и других тяжких заболеваниях нервной системы.
Однако стоило нам с вами преодолеть трудности конструирования респираторов, как перед нашим взором начали громоздиться необычайно сложные проблемы подбора режима вентиляции.
В самом деле, глубина, частота и другие параметры естественной вентиляции непостоянны, они непрерывно варьируют в зависимости от тех или иных колебаний в обмене веществ человека, от температуры окружающего воздуха и многих других факторов.
В здоровом организме система регуляции приводит режим дыхания в соответствие с интенсивностью работы сердца, почек, печени, мышц и, конечно, мозга. Но вот мы подключили больному протез дыхания — респиратор. Как теперь заставить его механические части жить потребностями организма больного? Инженеры неоднократно делали попытки создать дыхательные автоматы с обратной связью, чтобы они меняли параметры своей работы в зависимости, скажем, от концентрации углекислоты в выдыхаемом воздухе или какого-нибудь другого показателя. К. сожалению, успехами в этом направлении реаниматология пока похвастаться не может. На сегодняшний день больной не может быть оставлен наедине со своим другом-респиратором: их должен непрерывно мирить, приводить в соответствие или, как говорят специалисты по дыхательной реанимации, адаптировать друг к другу третий участник союза — врач. Именно врач должен стать центром управления новой системы «больной — респиратор».
В данной ситуации врачу необходимо решать по крайней мере три основные задачи.
Первая из них — практически непрерывно получать информацию о состоянии всех тканей организма пациента. Это сложно, потому что мы не научились еще достаточно хорошо опрашивать даже основные органы человека, не говоря уже обо всех тканях его тела. Кроме того, сегодня технически невозможно собирать сведения непрерывно. Мы можем получать основную информацию лишь периодически (3—5—7 раз в сутки), определяя уровень кислорода, углекислоты и концентрацию водородных ионов (рН) в артериальной и венозной крови, а также температуру тела, артериальное и венозное давление, пульс, гемоглобин, цвет кожи...
Вторая задача — тщательно анализировать полученные данные. Если бы даже вся необходимая информация и шла от тканей, да при этом непрерывно, то мозг врача, его кора, безусловно, не мог бы переработать подобный поток фактов, хотя подкорка больного, когда он был здоров, легко справлялась с этой лавиной без включения в работу сознания. Об этом парадоксе мы с вами уже говорили. Оценка же основных показателей, причем лишь несколько раз в сутки, является делом хотя и трудным, но вполне доступным грамотному врачу.
Третья задача — на основе полученной и обработанной информации подобрать нужный режим протеза дыхания — респиратора, что уже не так трудно, если решены первые две.
Из всего сказанного ясно: назрела острейшая необходимость в обеспечении реаниматолога достаточно простым и надежным автоматическим комплексом, который бы заменял дыхательный центр больного, когда ему подставляют «протез вентиляции». Пока таких комплексов нет, как нет и доступной практическому врачу аппаратуры для экстренной диагностики нарушений в системе дыхания тяжелого больного...
Сегодня в нашем арсенале имеется аппаратура для оценки газового состава крови, и она очень нам помогает; но вот выяснить точно и быстро, где именно произошел сбой регулировки, который привел к плохому обмену газов, врачу очень трудно. И не удивительно. Ведь даже мастер, пришедший чинить ваш телевизор, нередко встает в тупик перед вопросами: где сбой, какая из частей телеящика вышла из строя, из-за какого винтика или шпунтика телевизор перестал изымать из воздуха «картинку» и доставлять ее на экран? Между тем он имеет дело с машиной неизмеримо более простой, да к тому же созданной руками человека по схеме, вложенной в паспорт. Вот если бы в паспорт больного природа вложила его личную индивидуальную схему, поиски поломки в системе дыхания или кровообращения значительно упростились бы.
Врач, конечно, понимает, что организм каждого человека уникален, его механизмы индивидуальны, хотя и построены по каким-то общим для всех людей, а иногда вообще для всех живых существ принципам. За много веков своего существования физиология и медицина сформулировали эти принципы, но пока что в виде рабочих гипотез. Чтобы гипотезы стали истинами хотя бы в первом приближении, их надо поверить математикой, поскольку, как известно, в каждой науке столько истины, сколько математики.
Еще совсем недавно, лет 15—20 назад, казалось, что боевые отряды математиков, перепоясанных крест-накрест перфолентами, сходу, на одном дыхании возьмут биологическую крепость вместе со всеми ее физиологическими и патофизиологическими бастионами. Практические врачи в восторге потирали руки, надеясь не столько понять процессы, описанные иксами и игреками, сколько получить, наконец, конкретный ответ на вопрос: почему в организме человека два, умноженное на два, не всегда равняется четырем? Однако — увы! — с наскоку крепость взять пока не удалось. Кое-что, конечно, уже захватили, но все же орешек оказался весьма твердым.
А пока... Пока дежурный врач подходит к больному, вооруженный своим опытом и опытом сотен врачебных поколений, передаваемым из уст в уста и, конечно же, через книжки. Подходит, оснащенный рабочими гипотезами и близкими к истине предположениями медицинских теоретиков. Он подходит к больному во всеоружии своей интуиции: ведь до тех пор пока медицина не станет целиком опираться на математику, она будет не столько наукой, сколько искусством. А раз медицина прежде всего искусство, то на первое место выходят человеческие качества врача: его доброта, его терпение, его наблюдательность, словом, его искусство врачевания.
Каким же ему быть, врачу-реаниматологу, человеку, который в считанные минуты, заменяя подкорку больного и будущие сверх-ЭВМ, принимает жизненно важные решения?