Поступление анестетика из альвеол в кровь

Если анестетик не поступает из альвеол в кровь, то его фракционная альвеолярная концентрация (FА) быстро станет равна фракционной концентрации во вдыхаемой смеси (Fi). Так как во время индук­ции анестетик всегда в какой-то степени поглоща­ется кровью легочных сосудов, то фракционная альвеолярная концентрация анестетика всегда ниже его фракционной концентрации во вдыхае­мой смеси (FA/Fi < 1,0). Чем быстрее анестетик поглощается кровью, тем медленнее возрастает фракционная альвеолярная концентрация и ниже отношение FA/Fi. Концентрация газа прямо про­порциональна его парциальному давлению, поэто­му альвеолярное парциальное давление такого анестетика тоже будет возрастать медленно. Аль­веолярное парциальное давление — важный пара­метр, от него зависит парциальное давление анес­тетика в крови и, в конечном счете, в головном мозге. Парциальное давление анестетика в мозге прямо пропорционально его концентрации в ткани мозга, которая pi определяет клинический эффект. Следовательно, чем выше скорость поступления анестетика из альвеол в кровь, тем больше разница между Fi и fa, тем медленнее индукция анестезии.

На скорость поступления анестетика из альве­ол в кровь влияют три фактора: растворимость анестетика в крови, альвеолярный кровоток и раз­ница парциальных давлений альвеолярного газа и венозной крови.

Низкорастворимые анестетики (закись азота) поглощаются кровью значительно медленнее, чем растворимые (галотан). Соответственно, фракци­онная альвеолярная концентрация галотана возра­стает медленнее, а индукция анестезии занимает больше времени, чем при использовании закиси азота. Коэффициенты распределения (табл. 7-1) позволяют охарактеризовать относительную ра­створимость анестетиков в воздухе, крови и тканях.

ТАБЛИЦА 7-1. Коэффициенты распределения ингаляционных анестетиков при 37 ⁰C

Каждый коэффициент представляет собой от­ношение концентраций анестетика в двух фазах в состоянии равновесия. Равновесие определяется как состояние, которое характеризуется одинако­вым парциальным давлением в обеих фазах. На­пример, для закиси азота коэффициент распреде­ления кровь/газ (λ_к/г) при 37 ⁰C составляет 0,47. Это значит, что в состоянии равновесия 1 мл крови содержит 0.47 от того количества закиси азота, кото­рое находится в 1 мл альвеолярного газа, несмотря на одинаковое парциальное давление. Другими сло­вами, емкость крови для закиси азота составляет 47 % от емкости газа. Растворимость галотана в кро­ви существенно выше таковой закиси азота; коэф­фициент распределения кровь/газ при 37 ⁰C для него составляет 2,4. Таким образом, для достижения равновесия в крови должно раствориться почти в 5 раз больше галотана, чем закиси азота. Чем больше коэффициент кровь/газ, тем выше растворимость анестетика, тем больше его поглощается кровью в легких. Вследствие высокой растворимости анес­тетика альвеолярное парциальное давление растет медленно и индукция занимает много времени. По­скольку коэффициент распределения жир/кровь у всех анестетиков > 1, то неудивительно, что ра­створимость анестетика в крови повышается на фоне постпрандиальной гиперлипидемии (т. е. фи­зиологической гиперлипидемии, возникающей пос­ле приема пищи) и снижается при анемии.

Второй фактор, влияющий на скорость поступ­ления анестетика из альвеол в кровь,— это альвео­лярный кровоток, который (в отсутствие патоло­гического легочного шунта) равен сердечному выбросу. Если сердечный выброс падает до нуля, то анестетик перестает поступать в кровь. Если сердечный выброс увеличивается, то скорость по­ступления анестетика в кровь, наоборот, возраста­ет, темп увеличения альвеолярного парциального давления замедляется и индукция анестезии длит­ся дольше. Для анестетиков с низкой растворимос­тью в крови изменения сердечного выброса играют небольшую роль, потому что их поступление не зависит от альвеолярного кровотока. Низкий сердеч­ный выброс увеличивает риск передозировки ане­стетиков с высокой растворимостью в крови, так как при этом фракционная альвеолярная концент­рация возрастает значительно быстрее. Концент­рация анестетика превышает ожидаемую, что по механизму положительной обратной связи приво­дит к дальнейшему уменьшению сердечного выброса: многие ингаляционные анестетики (например, галотан) снижают сократительную способность миокарда.

Наконец, последний фактор, который влияет на скорость поступления анестетика из альвеол в кровь,— это разница между парциальным давлени­ем анестетика в альвеолярном газе и парциальным давлением в венозной крови. Этот градиент зави­сит от поглощения анестетика различными тканя­ми. Если анестетик абсолютно не поглощается тка­нями, то венозное и альвеолярное парциальное давление будут равны, так что новая порция анес­тетика не поступит из альвеол в кровь. Перенос анестетиков из крови к тканям зависит от трех факторов: растворимости анестетика в ткани (ко­эффициент распределения кровь/ткань), тканевого кровотока и разницы между парциальным дав­лением в артериальной крови и таковым в ткани.

В зависимости от кровотока и растворимости анестетиков все ткани можно разделить на 4 груп­пы (табл. 7-2). Головной мозг, сердце, печень, почки и эндокринные органы составляют группу хорошо васкуляризованных тканей, именно сюда в первую очередь и поступает значительное количество анес­тетика. Небольшой объем и умеренная раствори­мость анестетиков существенно ограничивают ем­кость тканей этой группы, так что в них быстро наступает состояние равновесия (артериальное и тканевое парциальное давление становятся рав­ны). Кровоток в группе мышечных тканей (мышцы и кожа) меньше, и потребление анестетика проис­ходит медленнее. Кроме того, объем группы мы­шечных тканей и, соответственно, их емкость го­раздо больше, поэтому для достижения равновесия

ТАБЛИЦА 7-2. Группы тканей, выделенные в зависимости от перфузии и растворимости анестетиков

может потребоваться несколько часов. Кровоток в группе жировой ткани практически равен кровото-ку в мышечной группе, но чрезвычайно высокая ра­створимость анестетиков в жировой ткани приво­дит к настолько высокой общей емкости (Общая емкость = Растворимость ткань/кровь X Объем ткани), что для достижения равновесия требуется несколько суток. В группе слабо васкуляризован-ных тканей (кости, связки, зубы, волосы, хрящи) кровоток очень низок и потребление анестетика не­значительно.

Поглощение анестетика можно представить в виде кривой, характеризующей подъем fa во вре­мя индукции анестезии (рис. 7-2). Форма кривой определяется величиной поглощения анестетиков в различных группах тканей (рис. 7-3). Начальный скачкообразный подъем fa объясняется беспре­пятственным заполнением альвеол при вентиля­ции. После исчерпания емкости группы тканей с хорошим кровоснабжением и группы мышечных тканей темп подъема fa существенно замедляется.

Вентиляция

Снижение альвеолярного парциального давления анестетика при поступлении в кровь может быть компенсировано увеличением альвеолярной вен­тиляции. Иными словами, при увеличении венти­ляции анестетик поступает непрерывно, компен­сируя поглощение легочным кровотоком, что поддерживает фракционную альвеолярную кон­центрацию на необходимом уровне. Влияние гипер­вентиляции на быстрый подъем F/\/Fi особенно наглядно проявляется при использовании анестети­ков с высокой растворимостью, потому что они по­глощаются кровью в значительной степени.

Рис. 7-2. fa быстрее достигает Fi при использовании закиси азота (анестетик с низкой растворимостью в крови), чем метоксифлюрана (анестетик с высокой растворимостью в крови). Объяснения обозначений fa и Fi даны в рис. 7-1. (Из: Eger E. L. II. Isoflurane [Forane]: A reference and compendium. Ohio Medical Producta, 1981. Воспроизведено с изме­нениями, с разрешения.)

Рис. 7-3. Подъем и снижение альвеолярного парциального давления предшествуют аналогичным изменениям парци­ального давления в других тканях. (Из: Cowles A. L. et al. Uptake and distribution of inhalation anesthetic agents in clinical practice. Anesth. Analg., 1968; 4: 404. Воспроизведено с изменениями, с разрешения.)

При использовании анестетиков с низкой растворимос­тью в крови увеличение вентиляции дает только небольшой эффект. В этом случае отношение FA/Fi быстро достигает необходимых значений без дополнительных вмешательств. В противополож­ность влиянию на сердечный выброс вызванная анестетиками (например, галотаном) депрессия дыхания ослабляет темп роста фракционной аль­веолярной концентрации по механизму отрица­тельной обратной связи.

Концентрация

Снижение альвеолярного парциального давления анестетика при поступлении в кровь может быть компенсировано увеличением фракционной кон­центрации анестетика во вдыхаемой смеси. Инте­ресно, что увеличение фракционной концентрации анестетика во вдыхаемой смеси не только увеличи­вает фракционную альвеолярную концентрацию, но также быстро повышает FA/Fi. Это явление полу­чило название эффекта концентрации и является результатом двух феноменов. Первый из них оши­бочно называют концентрационным эффектом. Если в легочный кровоток поступает 50 % анестети­ка, а фракционная концентрация анестетика во вды­хаемой смеси равна 20 % (20 частей анестетика на 100 частей газа), то фракционная альвеолярная кон­центрация будет равна 11 % (10 частей анестетика на 90 частей газа). Если же фракционную концент­рацию анестетика во вдыхаемой смеси поднять до 80 % (80 частей анестетика на 100 частей газа), то фракционная альвеолярная концентрация составит уже 67 % (40 частей анестетика на 60 частей газа). Таким образом, хотя в обоих случаях в кровь посту­пает 50 % анестетика, увеличение фракционной концентрации анестетика во вдыхаемой смеси при­водит к диспропорциональному увеличению фрак­ционной альвеолярной концентрации анестетика. В нашем примере 4-кратное увеличение фракцион­ной концентрации во вдыхаемой смеси вызывает 6-кратное увеличение фракционной альвеолярной концентрации. Если взять заведомо нереальный, крайний случай, когда фракционная концентрация анестетика во вдыхаемой смеси равна 100% (100 ча­стей из 100), то, несмотря на поглощение кровью 50 % анестетика, фракционная альвеолярная кон­центрация анестетика составит 100 % (50 частей анестетика на 50 частей газа).

Эффект усиления притока — второй феномен, благодаря которому возникает эффект концентра­ции. Вернемся к описанному выше примеру. Для предотвращения коллапса альвеол 10 частей аб­сорбированного газа должны быть замещены экви­валентным объемом вдыхаемой 20 % смеси. Таким образом, фракционная альвеолярная концентра­ция будет равна 12%(10 + 2 части анестетика на 100 частей газа). После поглощения кровью 50 % анестетика с фракционной концентрацией во вды­хаемой смеси 80 % необходимо заместить недоста­ющие 40 частей газа эквивалентным объемом 80 % смеси. Это приведет к увеличению фракционной альвеолярной концентрации с 67 до 72 % (40 + 32 части анестетика на 100 частей газа).

Эффект концентрации имеет наибольшее значе­ние при использовании закиси азота, потому что ее, в отличие от других ингаляционных анестетиков, можно применять в очень высоких концентрациях. Если на фоне высокой концентрации закиси азота вводить другой ингаляционный анестетик, то уве­личится (благодаря тому же механизму) поступле­ние в легочный кровоток обоих анестетиков. Влия­ние концентрации одного газа на концентрацию другого получило название эффекта второго газа.