Журнал «Медико-социальные проблемы семьи» 1 (том 19) 2014

Статья опубликована на с. 67-70

Один из современных методов физической химии — метод висячей капли нашел свое применение в медицине — в исследованиях биологических жидкостей человека [2, 4, 6]. Преимуществом данного исследования является возможность изучения дилатационных реологических характеристик адсорбционных слоев жидкости путем скачкообразного или гармонического изменения площади капли и последующего анализа изменения поверхностного или межфазного натяжения и фазового угла (угла между амплитудными значениями деформации и изменения поверхностного натяжения) [2, 3, 7].

С учетом существующей проблемы диагностического поиска новых маркеров ранней и дифференциальной диагностики дыхательных нарушений (внутриутробных пневмоний (ВУП), респираторного дистресс-синдрома (РДС) и сочетание ВУП и РДС) у недоношенных новорожденных в раннем неонатальном периоде было интересно изучить реологические характеристики конденсата выдыхаемого воздуха у данного контингента больных.

Цель — изучить реологические характеристики конденсата выдыхаемого воздуха у недоношенных новорожденных для ранней и дифференциальной диагностики респираторного дистресса.

Материалы и методы

Обследовано 300 недоношенных новорожденных с респираторными расстройствами с первых суток жизни (гестационный возраст от 22 до 36 недель). Из них: I группа — 90 детей с ВУП, II группа — 90 детей с РДС, III группа — 90 детей с ВУП + РДС. Всем проводилась респираторная поддержка и по показаниям — заместительная терапия экзогенными сурфактантами. Контрольную группу составили 30 условно здоровых недоношенных детей, находившихся на совместном пребывании и получавших кормление грудью по требованию.

Исследование реологических характеристик конденсата выдыхаемого воздуха у недоношенных новорожденных производилось в центральной научно-исследовательской лаборатории ДонНМУ им. М. Горького (зав. лабораторией — доктор химических наук В.Б. Файнерман). Для исследования реологических свойств конденсата выдыхаемого воздуха у недоношенных новорожденных использовали метод быстрого расширения площади капли (до 10 %) и метод гармонических колебаний (осцилляций) площади капли (в пределах ± 7 %) при различных частотах. Оба вида исследований проводили по методу формы капли. Частота колебаний (f = 1/T) составляла f = 0,005–0,2 Гц (1 Гц = 1 с^–1). Амплитуда осцилляции площади капли составляла 8–10 % [2, 3, 7, 8].

Одним из основных преимуществ данного метода является то, что для исследования биологических жидкостей человека используется малый объем анализируемой жидкости (менее 0,5 мл), простое и удобное термостатирование пробы, широкий диапазон измерений времени жизни капли (от 10 до 10000 с и более), что дополняет возможности метода максимального давления в пузырьке (МРТ2), перекрывая область длинных времен.

Результаты экспериментов с гармоническими осцилляциями анализировали с помощью преобразования Фурье. При этом по измеренному отношению амплитуд осцилляций площади и поверхностного натяжения вычисляли модуль вязкоупругости:

где γ — поверхностное натяжение и A — площадь поверхности. Измеряемый модуль Е является модулем вязкоупругости, то есть комплексным числом, включающим реальную часть E_r и мнимую часть E_i. Действительная (реальная) составляющая модуля вязкоупругости E относится к упругости (u), а его мнимая составляющая — к вязкости (ή). Иными словами, модуль вязкоупругости содержит упругую (E_u) и вязкую составляющие (E_ή). В общем виде модуль вязкоупругости равен:

                              E = E_u + E_ή,                            (2)

Упругая (E_u) и вязкая (E_ή) составляющие модуля вязкоупругости после логарифмирования по частоте хорошо описываются линейными уравнениями. Для упругой составляющей

                            E_u = (ua₁) + (ub₁) × lg(ω),      (3)

и для вязкой составляющей

                            E_ή = (ήa₂) + (ήb₂) × lg(ω),      (4)

где (ua₁) и (ήa₂) — свободные члены соответствующих линейных уравнений (3) и (4), Н/м; (ub₁) и (ήb₂) — тангенсы углов наклонов соответствующих линейных уравнений (3) и (4), Н/м/lg[с^–1]; lg — десятичный логарифм, ω = 2πf = 2π/T — угловая частота, с^–1.

Для конденсата выдыхаемого воздуха рассчитывали значения фазового угла (º):

                               φ = arctg (ua₁/ήa₂),              (5)

между амплитудными значениями площади капли и поверхностного натяжения. Максимальная частота осцилляций составляла 1 рад/с (0,16 Гц), минимальная — 0,1 рад/с (0,016 Гц). Оба эти параметра (вязкоупругость и фазовый угол) позволяют разделить вклады от упругости и вязкости в модуль вязкоупругости.

Вместо частоты осцилляций f целесообразно использовать в линейных уравнениях угловую частоту ω = 2pf:

          E_r = a₁ + b₁ × lg(ω), E_i = a₂ + b₂ × lg(ω).  (6)

При этом максимальная экспериментальная частота f = 0,2 Гц равна угловой частоте 1,256 рад/с, то есть свободные члены a_i в линейных уравнениях (6), соответствующие ω = 1 rad/s, будут примерно равны значениям упругости и приведенной вязкости при максимальной экспериментальной частоте. Такое представление удобно для статистической обработки результатов исследований дилатационной реологии биологической жидкости, так как все характеристики исследуемого образца можно описать только четырьмя параметрами.

В ходе работы находили числовые значения следующих реологических показателей конденсата выдыхаемого воздуха: модуля вязкоупругости (E); времени релаксации модуля вязкоупругости (τ); свободного члена (ua₁) и тангенса угла наклона (ub₁), описывающего вклад упругой составляющей в модуль вязкоупругости; свободного члена (ήa₂) и тангенса угла наклона (ήb₂), описывающего вклад вязкой составляющей в модуль вязкоупругости, а также tgφ (фазовый угол) [3, 7].

Исследования проводили с помощью компьютерного анализатора формы капли (PAT-2P, SINTERFACE Technologies, Германия). Использование видеотехники позволяет полностью автоматизировать процедуру измерения и получения результатов [2, 7, 8].

Статистическая обработка данных проводилась средствами прикладной программной системы Statistica [5]. Рассчитывали среднюю арифметическую (М), стандартное отклонение (σ) и ошибку средней (m), а также долей признаков в рассчитываемой выборке. Достоверность отличий между группами определяли с помощью t-критерия Стьюдента, а для выборок с ненормальным распределением применяли U-тест Манна — Уитни [1]. Для сравнения между собой долей признаков использовали метод углового преобразования Фишера. Корреляционный анализ проводили по методу Спирмена [1].

Результаты и их обсуждение

Средние значения реологических показателей конденсата выдыхаемого воздуха у условно здоровых недоношенных новорожденных (контроль) и с дыхательными нарушениями (ВУП, РДС, ВУП + РДС) приведены в табл. 1.

Из таблицы видно, что для некоторых реологических показателей в группах недоношенных новорожденных с дыхательными расстройствами найдены достоверные различия:

— модуль вязкоупругости (E) между группой с ВУП + РДС и группой с ВУП (р < 0,05);

— коэффициент упругости a₁ (ua₁) в группе с ВУП и РДС (р < 0,001);

— коэффициент упругости b₁ (ub₁) в группе с ВУП и РДС (р < 0,05), ВУП + РДС и ВУП (р < 0,001);

— коэффициент вязкости a₂ (ήa₂) между группой с ВУП и группой с РДС (р < 0,01);

— фазовый угол (φ) в группе с ВУП + РДС и ВУП (р < 0,001) и ВУП + РДС и РДС (р < 0,001).

В остальных группах недоношенных новорожденных рассматриваемые показатели реологических свойств легочного конденсата не были достоверно различимы. Каких-либо тенденций к изменению обсуждаемых показателей в зависимости от наличия тех или иных дыхательных (ВУП, РДС, ВУП+РДС) нарушений также не обнаружено.

В процессе работы были рассчитаны реологические показатели у недоношенных новорожденных с дыхательными нарушениями в зависимости от срока гестации. Оказалось, что соответствующие значения всех исследованных показателей вязкоупругости в пределах погрешности их измерения или расчета оказались малоразличимы (p > 0,05), независимо от срока гестации (ГВ = 22–28 нед., ГВ = 29–32 нед., ГВ = 33–36 нед.). Аналогичным образом изменений обсуждаемых показателей в зависимости от наличия или отсутствия дыхательных нарушений при разном гестационном возрасте также не обнаружено (p > 0,05) (результаты не приводятся).

Следует заметить, что при малых частотах осцилляции для легочного конденсата не обнаружена зависимость фазового угла от наличия дыхательных нарушений (p > 0,05) ввиду небольшого значения uа₂ по сравнению с ήа₁ при большой частоте осцилляций (результаты не приведены). Это означает, что легочный конденсат характеризуется значительно большей упругостью по сравнению, например, с кровью, что хорошо видно на рис. 1.

В связи с этим проанализировали значения фазового угла φ при минимальной частоте осцилляции (0,016 Гц). Величины φ легочного конденсата недоношенных новорожденных с ВУП или с РДС практически равны (p > 0,5) таковым в контрольной группе. При этом величина фазового угла легочного конденсата у недоношенных новорожденных с ВУП + РДС больше (p < 0,05) почти на 2º. Кроме того, установлены достоверные различия по фазовому углу между группами: ВУП + РДС и ВУП (р < 0,001) и ВУП + РДС и РДС (р₁ < 0,001). Следовательно, значения фазового угла легочного конденсата при низкой частоте осцилляции могут наряду с другими показателями быть использованы в дифференциальной диагностике дыхательных нарушений у недоношенных новорожденных.

Поскольку реологические характеристики легочного конденсата недоношенных новорожденных измерены впервые, был проведен корреляционный анализ на предмет выявления взаимосвязей между показателями, определяющими его вязкоупругие свойства.

Все выявленные корреляции оказались положительными. В легочном конденсате между E и ua₁ значение коэффициента корреляции r = 0,62 (p < 0,001), а между E и ub₁ — r = 0,75 (p < 0,0001). Полученные результаты подтверждают сделанное ранее предположение о том, что вклад вязкости в модуль вязкоупругости в меньшей степени определяет его значение по сравнению с упругой составляющей.

Далее, как следует из результатов корреляционного анализа, сильные положительные взаимосвязи имеют место между показателями, характеризующими вклад в модуль вязкоупругости соответственно упругой и вязкой составляющих: между ua₁ и ub₁ величина r = 0,81, а между ήa₂ и ήb₂ — r = 0,68 (обе с уровнем значимости p < 0,0001).

Кроме того, обнаружены корреляционные взаимосвязи между показателями, характеризующими вклад в модуль вязкоупругости упругой составляющей (ua₁ и ub₁), с одной стороны, и вязкой составляющей (ήa₂ и ήb₂) — с другой. Эти корреляции следующие: между ua₁ и ήa₂ — корреляция не сильная, но значимая (r = 0,35, p < 0,01); между ub₁ и ήa₂ — сильная и значимая (r = 0,70, p < 0,0001); между ub₁ и ήb₂ — средняя хорошая с хорошим уровнем значимости (r = 0,48, p < 0,005).

Обращает на себя внимание то, что значимые корреляции между временем релаксации модуля упругости (E), с одной стороны, и каким–либо реологическим показателем (E, ua₁, ub₁, ήa₂, ήb₂) — с другой не выявлены по той причине, что время релаксации модуля вязкоупругости τ является одной из основных характеристик вязкоупругих свойств легочного конденсата недоношенных новорожденных.

Выводы

Таким образом, впервые полученные значения реологических показателей легочного конденсата в 1-е сутки жизни недоношенных новорожденных с дыхательными нарушениями (ВУП, РДС и ВУП + РДС) могут служить маркерами для ранней и дифференциальной диагностики этих заболеваний. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего исследования вязкоупругих характеристик биологических жидкостей у недоношенных новорожденных.