Физиология дыхания и анестезия

Значительная часть современой анестезиологи­ческой практики по существу представляет собой прикладную физиологию дыхания. Так, действие наиболее распространенных анестетиков — инга­ляционных — зависит от их поглощения и элими­нации в легких. Основные побочные эффекты ингаляционных и неингаляционных анестетиков связаны с дыханием. Миорелаксация, необычное положение пациента на операционном столе и некоторые специальные пособия (например, однолегочная ИВЛ и искусственное кровообра­щение) — все это оказывает глубокое влияние на дыхание.

В настоящей главе обсуждаются основные по­ложения физиологии дыхания, необходимые для понимания и выполнения различных анестезиоло­гических методик; здесь также представлена в сис­тематизированном виде информация о влиянии общей анестезии на дыхание. Механизм действия отдельных анестетиков на дыхание рассматривает­ся в других разделах руководства.

Клеточное дыхание

Главная функция легких — обеспечение газообме­на между венозной кровью и вдыхаемым воздухом. Необходимость газообмена обусловлена аэробным характером клеточного метаболизма, что требует непрерывного поступления в организм кислорода и выведения углекислого газа.

АЭРОБНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ

В норме практически во всех клетках человеческо­го организма энергетический обмен происходит аэробным путем, т. е. с использованием кислорода. Углеводы, жиры и белки превращаются в дикарбо-новые фрагменты (ацетил-КоА), которые включа­ются в цикл лимонной кислоты в митохондриях (гл. 34). В ходе превращения ацетил-КоА в CO₂ об­разуется энергия, которая запасается в форме вос-

становленного никотинамидадениндинуклеотида (НАДН). В результате процесса, называемого окислительным фосфорилированием,эта энергия впоследствии преобразуется в аденозинтрифосфат (АТФ). Окислительное фосфорилирование по­требляет более 90 % поступающего в организм кислорода и представляет собой серию переносов электронов, сопряженных с синтезом АТФ и про­исходящих с участием ферментов (цитохромов). На последнем этапе молекулярный кислород вос­станавливается до воды.

Для глюкозы, основного источника энергии клетки, суммарное уравнение превращений та­ково:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ -» 6CO₂+ 6H₂O + Энергия.

Образовавшаяся энергия (1270 кДж) аккумулиру­ется в третьей фосфатной связи при присоедине­нии фосфата к аденозиндифосфату (АДФ):

Энергия + АДФ + ф -> АТФ.

При окислении одной молекулы глюкозы образу­ется 38 молекул АТФ. Энергия, аккумулирован­ная в АТФ, используется для работы ионных насо­сов, мышечного сокращения, синтеза белка или клеточной секреции; в этих процессах вновь обра­зуется АДФ:

АТФ -»АДФ + Ф + Энергия.

АТФ не может запасаться. On должен постоянно синтезироваться, что требует непрерывной дос­тавки метаболических субстратов и кислорода к клеткам.

Отношение объемов образовавшегося CO₂ (VCO₂) и поглощенного O₂ (VO₂) называется ды­хательным коэффициентом (RQ).Величина ды­хательного коэффициента обычно указывает на тип использованного метаболического субстрата. Дыхательный коэффициент для углеводов, жиров и белков равен 1,0; 0,7 и 0,8 соответственно. VCO₂ составляет около 200 мл/мин, тогда как VO₂ —

250 мл/мин. Поскольку белки обычно не являют­ся основным источником энергии, то дыхатель­ный коэффициент, равный 0,8, по-видимому, от­ражает использование и жиров, и углеводов. Потребление кислорода можно косвенно оценить по формуле (гл. 7):

VO₂= 10 х (массатела)³⁷⁴.

АНАЭРОБНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ

При анаэробном метаболизме, в отличие от аэроб­ного метаболизма, образуется очень небольшое ко­личество АТФ. В отсутствие кислорода АТФ может синтезироваться только при превращении пирувата в молочную кислоту. В ходе анаэробного метабо­лизма при окислении каждой молекулы глюкозы образуются две молекулы АТФ (в отличие от 38 мо­лекул АТФ при аэробном распаде). Образовавшая­ся энергия равна 67 кДж. Более того, развивающий­ся лактат-ацидоз резко ограничивает активность ферментов, участвующих в превращениях. Когда напряжение кислорода возвращается к норме, лак-тат вновь преобразуется в пируват, и аэробный ме­таболизм возобновляется.