Перспективы измерений эндогенного монооксида углерода (СО) в выдыхаемом воздухе

Резюме. В отличие от СО2, при последовательных задержках дыхания с возрастающим временем концентрация СО стремится к некоторому равновесному значению (равновесной концентрации), зависящему от содержания карбоксигемоглобина в крови. Показано, что диффузионная способность легких, рассчитанная по скорости нарастания концентрации СО в альвеолярном объеме, примерно вдвое превышает их общую диффузионную способность, определенную известным методом single breath, т. е. соответствует диффузионной способности альвеолярно-капиллярной мембраны. На основе математического моделирования процесса газообмена СО в легких человека получена формула для расчета интегральной измеряемой концентрации СО в выдыхаемом воздухе с учетом влияния на результаты измерений "мертвого" (анатомического и приборного) объема. Влияние "мертвого" объема учитывалось в предположении, что в нем не происходит газообмен, но в выдыхаемый объем из него сначала поступает СО, содержащийся во вдыхаемом воздухе, а за тем выдыхаемая часть альвеолярного СО. При этом учитывалось, что в начале вдоха "мертвый" объем заполнен конечной порцией альвеолярного воздуха, поступившего в него в результате предыдущего выдоха. Рассмотрены 2 модели: линейная модель (ЛМ), когда газообмен СО в изменяющемся альвеолярном объеме происходит при постоянном коэффициенте переноса, и модель эластичной оболочки (МЭО), когда коэффициент переноса при дыхании изменяется пропорционально площади поверхности мембраны и обратно пропорционально ее толщине. В результате анализа полученных результатов показано, что расчеты в приближении МЭО более адекватно описывают экспериментальные данные и могут быть использованы для решения обратной задачи, т. е. расчета диффузионной способности альвеолярно-капиллярной мембраны, альвеолярного объема легких и равновесной концентрации СО, по 3 значениям измеряемой концентрации СО при различных режимах дыхания. Таким образом, предлагаемый метод, в отличие от single breath, позволяет определять указанные важные физиологические параметры без использования тестовых газовых смесей.

1. Zayasu K., Sekizawa K., Okinaga S. et al. Increased carbon monoxide in exhaled air of asthmatic patients. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1997; 156: 1140–1143.

2. Horvath I., Barnes P.J. Exhaled monoxides in asymptomatic atopic subjects. Clin. Exp. Allergy 1999; 29: 1276–1280.

3. Zetterquist W., Marteus H., Johannesson M. et al. Exhaled carbon monoxide is not elevated in patients with asthma or cystic fibrosis. Eur. Respir. J. 2002; 20: 92–99.

4. Степанов Е.В. Диодная лазерная спектроскопия и анализ молекул-биомаркеров. М.: Физматлит; 2009.

5. Шулагин Ю.А., Степанов Е.В., Чучалин А.Г. и др. Лазерный анализ эндогенной моноокиси углерода в выдыхаемом воздухе. Труды ИОФАН (Института общей физики РАН). Т. 61. М.: Наука; 2005. 135–188.

6. Babarskov E., Shulagin Yu., Cherniak A. et al. Diagnostic value of lung diffusion asymmetry for carbon monoxide (CO). Eur. Respir. J. 2010; 36 (Suppl. 54: Abstracts of 20-th ERS annual congress. Barcelona, Spain, 2010): 504s.

7. Бабарсков Е.В. Математическое моделирование новых методов исследования диффузионной способности легких. Труды ИОФАН (Института общей физики РАН). Т. 68. М.: Наука; 2012. 81–135.

8. Graham B., Mink J., Cotton D. Effects of increasing carboxyhemoglobin on the single breath carbon monoxide diffusing capacity. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2002; 165: 1504–1510.

9. Diederen P., van der Grinten Ch. Diffusion capacity of the lung for nitric oxide and carbon monoxide: influence of alveolar volume. Eur. Respir. J. 2010; 36 (Suppl. 54: Abstracts of 20-th ERS annual congress. Barcelona, Spain; 2010): 503s.