Варианты дыхательных паттернов при функциональной незрелости дыхательной системы у человека

Авторы:
Лышова О. В.

Согласно определению, дыхательная система человека объединяет не только легкие, но и малый круг кровообращения, грудную клетку с дыхательной мускулатурой, а также систему регуляции, обладающую многообразием и широтой вариабельности контроля. Каждому человеку присущ только ему свойственный паттерн дыхания. В период бодрствования управление происходит преимущественно произвольным путем через кортико-спинальные тракты. Они несут информацию от переднего мозга и коры больших полушарий к межреберной мускулатуре [2].

Во время сна, вследствие выключения или ослабления тонического влияния коры на дыхательный центр, дыхание переходит на непроизвольную ступень регуляции. Фаза медленного сна сопровождается снижением частоты дыхания и минутной вентиляции легких. Дыхание, как правило, носит регулярный характер. В фазу быстрого сна усиливается активность нейронов дыхательного центра, в то время как мотонейроны диафрагмального нерва получают тормозные импульсы [4]. В результате создаются условия для появления нестабильности дыхания.

В возрасте до 1 года фаза быстрого сна составляет примерно 60% от общего времени сна. У новорожденных, особенно недоношенных детей, дыхание неравномерно по глубине, амплитуде и частоте. Периодические задержки дыхания являются скорее правилом, чем исключением. Высокая вариабельность объемно-временных параметров внешнего дыхания в этот период свидетельствует о норме, тогда как их снижение предвещает неблагоприятный прогноз.

Целью работы явилось изучение особенностей дыхательного паттерна при функциональной незрелости дыхательной системы у человека в ранний период постнатального онтогенеза.

В исследование включено 24 ребенка, которые находились на стационарном лечении в отделении патологии новорожденных №4 МУЗ ОДКБ №1 г. Воронежа. Гестационный возраст обследованных 26-40 недель (Ме=34); постконцептуальный возраст - 31-46 недель (Ме=38); масса тела 1100-5439 г. (Ме=2235 г.); длина тела 38-50 см (Ме=47 см). Задержка внутриутробного развития (ЗВУР) 1, 2 и 3 степени наблюдалась у 18, 46 и 36 %% детей соответственно.

Церебральная ишемия диагностировалась в 100% случаев, средней степени тяжести - в подавляющем большинстве (88%). Внутрижелудочковые кровоизлияния (ВЖК) с ликвородинамическими нарушениями и натальная травма шейного отдела позвоночника выявлялись с одинаковой частотой (63% в обоих случаях). Конъюгационная желтуха имела место у 75%; пневмопатия - у 63%, из них синдром дыхательных расстройств (СДР) у 21%. Врожденный порок сердца (ВПС) наблюдался в 25% случаев, в половине из них с обогащением малого круга кровообращения. Всем обследуемым в период дневного сна продолжительностью 90-180 мин проводили динамическую электрокардиографию и реопневмографию («Кардиотехника 04-3Р», ЗАО «ИНКАРТ», Санкт-Петербург). К основным преимуществам этих методов исследования относится возможность непрерывной регистрации ритма сердечной деятельности и дыхательных движений в естественных условиях, не создавая каких бы то ни было дополнительных нагрузок на организм обследуемого.

Во всех случаях мы регистрировали интегральную реопневмограмму с нижних отделов обоих легких. Для этих целей индифферентный электрод перемещали в область 5-го межреберья по средне-подмышечной линии справа, а электрод модифицированного отведения V6 выступал в роли активного (5 межреберье по средне-подмышечной линии слева). Полученные результаты обрабатывали с помощью программного обеспечения «KT Result 247» и статической программы «Statgraphics Plus».

Анализ реопневмограммы заключался в определении характера реопневмографической кривой при регистрации дыхательных движений и их отсутствии. Учитывали суммарное количество, длительность и особенности появления каждой дыхательной паузы. Рутинным способом определяли временные и объемные показатели дыхательного цикла в каждом конкретном случае [3, 5].

Характер реопневмографической кривой у обследованных детей в целом отличался выраженным полиморфизмом, а в каждом конкретном случае был сугубо индивидуален. Последнее замечание в большей степени относится к объемно-временным показателям дыхательного цикла и основному ритму дыхательных движений. Представим наиболее часто встречающиеся паттерны дыхания, которые мы наблюдали при функциональной незрелости дыхательной системы у человека.

К одному из них относится хаотическое (атактическое) дыхание. Для него характерны неравномерные по частоте и амплитуде дыхательные движения (рис. 1). В данном случае частота дыхательных движений составила 81 в 1 мин, амплитуда - 333-2233 мОм. За весь период наблюдения коэффициент вариации, рассчитанный для этих показателей равнялся 22% и 30% соответственно. Вышеописанные колебания объемно-временных параметров дыхательного цикла отражают высокую изменчивость минутного объема дыхания и неравномерную вентиляцию отдельных зон обоих легких.

На реопневмограмме во время сна у детей с ВПС, у ребенка с врожденной гидроцефалией и перенесших ИВЛ мы наблюдали эпизоды относительно монотонного дыхательного ритма (рис. 2). В данном случае, несмотря на небольшие колебания амплитуды дыхательных движений (1100-1967 мОм), наблюдалось математически точное повторение продолжительности инспираторной и экспираторной фаз. Об этом свидетельствуют невысокие значения их коэффициента вариации в исследуемый период времени. Он составил 10% и 16% для инспираторной и экспираторной фазы соответственно. Кроме того, отмечалось исчезновение вставочных вдохов и периодических дыхательных пауз.

Вставочные вдохи - это дыхательные циклы, амплитуда которых превышает обычные в несколько раз, при этом резких изменений вентиляции не происходит [3]. Вставочные вдохи надстраиваются над обычными и представляют собой их вторую фазу. На рис. 3 представлен дыхательный ритм с частотой 63 в 1 мин и глубиной 800-2600 мОм (в среднем 1600 мОм). На его фоне регистрируются повторяющиеся через определенный временной интервал вставочные вдохи с амплитудой 4000-5933 мОм, в среднем 4562 мОм.

Иногда глубокий вдох завершался так называемой «компенсаторной паузой» (рис. 4). При этом мы обратили внимание на различный характер реопневмографической кривой: в одних случаях она имела изоэлектричный вид (рис. 4, 5), в других случаях (и их большинство) - крупно- или мелковолновой вид (рис. 6, 7).

Разбирая реопневмограммы, представленные на рис. 4 и далее целесообразно выделить две фазы: фазу апноэ - собственно остановка дыхания и фазу диспноэ - патологический ритм. В данном случае фаза апноэ представляет собой не что иное как компенсаторную задержку дыхания после глубокого вдоха (первый дыхательный цикл). Он превышает обычные по амплитуде в восемь раз (рис. 4), его экспираторная фаза имеет вогнутый вид. По её завершении возникает поверхностный вдох (амплитуда - 800 мОм) и 5-секундная дыхательная пауза. Следующий за паузой дыхательный цикл начинается с инспираторной фазы. Средняя частота дыхательных движений 51 в 1 мин. На рис. 5 показано периодическое дыхание с апноэ, прерывающее фазу диспноэ (6-9 дыхательных движений) с постепенно увеличивающейся и уменьшающейся амплитудой. Дыхательная пауза представляет собой затянувшийся вдох (3-4 сек), заканчивающийся коротким выдохом. При этом реопневмографическая кривая имеет изоэлектричный вид. Описанные изменения напоминают апнейзис.

Задержка дыхания после вдоха на более продолжительное время (11,5 сек) с коротким выдохом приводится на рис. 6. На фоне хаотического дыхания регистрируется апноэ, при этом реопневмографическая кривая имеет крупноволновой вид. Частота дыхательных движений за весь период наблюдения находилась в пределах 46-78 в 1 мин.

Мы наблюдали ещё один вариант периодического дыхания, при котором апноэ развивалось по окончании экспираторной фазы (рис. 7). По продолжительности (2-4 сек) их можно отнести к физиологическим, однако в данном случае они патологические, так как повторяются на протяжении короткого периода времени. Частота дыхательных движений 23 в 1 мин. В момент их регистрации реопневмографическая кривая имеет мелковолновой вид.

В отдельных случаях встречались ритмы, состоящие из дыхательных циклов П-образной формы (рис. 8). На продолжительном участке реопневмограммы ребенка П., можно видеть чередование дыхательных движений, различающихся по амплитуде и продолжительности экспираторной фазы. Они зависели от наличия или отсутствия задержек дыхания на вдохе, которые в среднем составили 1-2 сек. Частота дыхательных движений 32-63 в 1 мин. Амплитуда дыхания 533-1367 мОм, коэффициент вариации 39%. Регистрируются полиморфные дыхательные циклы: а) с остроконечной вершиной, б) с задержкой дыхания на вдохе, в) с удлинённым выдохом (рис. 8).

Периодическое дыхание с апноэ по типу Чейн-Стокса (рис. 9А и 10А) и Биота (рис. 9Б и 10Б) отмечалось преимущественно у детей с ВЖК, кистами головного мозга и в одном случае у ребенка с лейкомаляцией в правой теменной области. В фазу диспноэ при дыхании Чейн-Стокса (рис. 9А, 10А) происходит быстрое нарастание амплитуды дыхания от поверхностного до максимального и обратно (по типу «крещендо-декрещендо»). При дыхании Биота (рис. 9Б, 10Б) фаза диспноэ отличается ритмичными и одинаковыми по глубине дыхательными движениями. В обоих случаях фаза диспноэ может заканчиваться дыхательной паузой или поверхностными дыхательными движениями.

Фазы апноэ, которые мы регистрировали на протяжении всего периода исследования у ребенка Б. (рис. 9), продолжительностью 6-15 сек и у ребенка Х. (рис. 10), продолжительностью 6-7 сек отличались по характеру реопневмографической кривой. В первом случае она имела волновой вид, во втором - преимущественно изоэлектричный. Суммарная длительность дыхательных пауз составила 34,7 мин и 10,2 мин (23,1% и 8,5 % от периода сна) соответственно.

На среднем графике реопневмограммы ребенка Б (рис. 9Б) и на нижнем графике реопневмограммы ребенка Х. (рис. 10Б) можно видеть дыхательные циклы особой формы, которые мы не наблюдали у взрослых. Они отличаются наличием дополнительных дыхательных движений невысокой амплитуды на протяжении экспираторной фазы после глубокого вдоха. Предположим, что подобный выдох является графическим отображением пуэрильного (шумного) дыхания.

Сделаем акцент на ещё одном варианте периодического дыхания (рис. 9Б, 10А), при котором в фазу апноэ регистрируются поверхностные дыхательные движения. Они представлены дыхательными циклами невысокой амплитуды (в данных случаях от одного до трёх). Кроме того, на рис. 10А (средний и нижний график) отдельные фазы диспноэ состоят из дыхательных циклов с так называемой альтернирующей амплитудой.

У двух детей при респираторном мониторировании мы наблюдали необычный дыхательный ритм, состоящий из дыхательных циклов с малой амплитудой инспираторной фазы и последующей увеличенной экспираторной фазой, превышающий вышеназванную в несколько раз (рис. 11А). Такой выдох соответствует максимально форсированному, т.е он является активным. После него наступает неполный (незавершенный) вдох. Реопневмограмма с частым повторением описываемого дыхательного паттерна в режиме длительной записи представлена на рис. 11Б (нижний график).

При респираторном мониторировании у новорожденных детей с незрелой дыхательной системой мы наиболее часто сталкивались с хаотическим и периодическим ритмом дыхания. Это закономерно, в силу того, что подобные дыхательные движения являются наиболее древними в онто- и филогенетическом плане. В условиях же незрелости головного мозга, его травматического и гипоксического поражения подобные дыхательные паттерны могут выступать в качестве защитно-приспособительного или охранительного механизма. Известно, что высокая вариабельность паттерна дыхания характерна для тех видов, которые большую часть времени проводят в воде, а его высокая вариабельность у новорожденного - это хороший прогностический критерий [3]. Напротив, монотонное дыхание отражает крайнюю степень истощения нейронов дыхательного центра и является практически неблагоприятным признаком. Появление хаотического дыхания у взрослых свидетельствует о поражении дыхательного центра и наличии очагов в покрышке продолговатого мозга [1].

Согласно литературным данным, все формы нарушения нормального характера дыхания принято называть диспноэ и разделять на две большие группы - ремитирующее или равномерное (волнообразное) и интермитирующее или неравномерное (перемежающееся). К ремитирующим формам диспноэ относят тахипноэ (повышение частоты с уменьшением дыхательного объема), брадипноэ (уменьшение частоты дыхательных движений), полипноэ (увеличение частоты и глубины с увеличением минутного объема дыхания), олигопноэ (уменьшение частоты и глубины с уменьшением минутного объема дыхания).

В своей статье мы в большей мере затронули различные варианты интермитирующего дыхания. По характеру реопневмографической кривой неравномерное дыхание может быть с апноэ или поверхностными дыхательными движениями, в разной степени равномерно чередующееся с фазами диспноэ. В зависимости от амплитуды входящих в него дыхательных циклов оно может именоваться дыханием Чейн-Стокса или дыханием Биота. Для первого из них характерно постепенное увеличение глубины дыхания, тогда как для второго - регулярное на протяжении всей фазы. Если в фазу апноэ регистрируются поверхностные дыхательные движения, то такое дыхание называется «неполный ритм Чейн-Стокса». При альтернирующем патологическом дыхании, когда каждая вторая волна более поверхностная, проводят аналогию с альтернирующим нарушением сердечной деятельности.

Дыхательные движения с задержками на вдохе относятся к апнейстическим. Для апнейзиса характерно нарушение процесса смены вдоха на выдох: вдох, задержка дыхания и короткий выдох. Его возникновение связано с обширным повреждением моста мозга с вовлечением дорсолатеральных отделов покрышки [1]. Полное развитие апнейзиса у человека встречается редко, существуют различные его разновидности. Довольно часто мы наблюдали дыхательные циклы с задержками дыхания на вдохе, которые продолжались от 1-2 до 10 и более секунд.

В фазу апноэ реопневмографическая кривая в разных случаях имела различный характер: преимущественно изоэлектричный или волнообразный. Попытаемся объяснить эти различия. Как известно, дыхание у новорожденных осуществляется диафрагмой и носит характер брюшного [6]. Следовательно электроды, записывающие реопневмограмму с нижних отделов легких одновременно регистрируют и движения диафрагмы. Предположим, что при их отсутствии реопневмографическая кривая носит изоэлектричный характер, тогда как при их наличии - волнообразный. Именно в отсутствии или наличии дыхательных движений грудной и брюшной стенок и состоит одно из главных отличий между центральным и периферическим апноэ (в сочетании с отсутствием ороназального потока).

Одним из доказательств нашего предположения может послужить тот факт, что у детей с преимущественным органическим поражением головного мозга преобладали изоэлектричные дыхательные паузы, а у детей с пневмопатией - они были волнообразными. Следовательно, при анализе динамической реопневмограммы с периодическим дыханием необходимо обращать внимание не только на условия и характер возникновения фазы диспноэ, но и фазы апноэ, а также на её графическое изображение. В заключение необходимо отметить следующее: изучение дыхательных паттернов и их вариантов при функциональной незрелости головного мозга у человека может помочь при изучении и описании особенностей внешнего дыхания в период сна в различных возрастных группах.