|
Гуннар Седин
ВСТУПЛЕНИЕ
Процессы обмена веществ производят тепло, которое распределяется по организму
преимущественно путем циркуляции крови, а также, отчасти, посредством
проводимости через ткани (см. 1). Для сохранения неизменной температуры тела
должно поддерживаться равновесие между выработкой тепла и обменом тепла с
окружающей средой. Для удаления из организма выработанного плодом тепла, ему
необходимо пройти через материнское тело, и пуповинное кровообращение
представляется основным средством для теплообмена [2].
Сразу после рождения человеческий младенец подвергается воздействию более
низкой температуры, чем в утробе матери, и в это же самое время происходит
газообразное испарение с кожи, результатом которого является потеря тепла и
уменьшение температуры тела. Это отчасти является физиологической реакцией,
поскольку температура тела при рождении выше, чем в дальнейшей жизни.
Воздействие холода может вызывать усиление термогенных реакций, которые
увеличивают общую выработку тепла [3, 4, 5, 6, 7], а кожная циркуляция может
уменьшиться в целях сокращения потери тепла [8].
Чрезмерная потеря тепла у младенца сразу после рождения обычно
предотвращается укрыванием и обтиранием досуха его кожи. Тяжелобольные
доношенные и недоношенные дети выхаживаются в среде, в которой поддерживается
нормальная температура тела – либо в инкубаторе при температуре окружающей среды
в пределах термонейтральной зоны, либо под лучистым обогревателем.
ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА И СРЕДСТВА ТЕПЛООБМЕНА
Теплообмен между младенцем и внешней средой происходит через кожу и, в
некоторой степени, через дыхательные пути посредством проводимости (Н
проводимость), испарения (Н испарение), излучения (Н излучение) и конвекции (Н
конвекция). Степень передачи тепла зависит от площади поверхности всего тела
младенца и от доли площади поверхности тела, находящейся в непосредственном
контакте с матрацем и/или одеждой (Н проводимость), теряющей влагу посредством
испарения (Н испарение), обращенной к окружающим поверхностям (Н излучение) или
подвергнутой влиянию окружающей атмосферы (Н конвекция). Следовательно, для
определения теплообмена необходимо знать величину потери тепла кожей на единицу
площади поверхности, общую площадь поверхности тела и долю площади поверхности,
участвующую в различных режимах теплообмена [9, 10, 11, 12, 13].
РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТЕЛА МЛАДЕНЦА И ОКРУЖАЮЩЕЙ
СРЕДОЙ
Теплообмен посредством проводимости, испарения, излучения и конвекции можно
рассчитать с помощью следующих уравнений [12, 13] и при известных величинах
трансэпидермической потери воды (ТЭПВ), температуры материала, на который
помещен младенец (Т постель), температуры кожи младенца (Т кожа), температуры
окружающего воздуха (Т воздух), температуры обращенных к младенцу стенок (Т
стенки) и характеристик материалов, окружающих младенца:
Теплообмен посредством проводимости:
Н проводимость = k0 • (Т кожа – Т постель) (Вт/м2)
где k0 – коэффициент теплопередачи посредством проводимости.
Н проводимость зависит от тепловых характеристик кожи, но еще более от
тепловых характеристик матраца. Т кожи (К) – температура кожи, Т постель (К) –
температура постели (матраца). При тепловых характеристиках самых обычных
матрацев, потеря тепла посредством проводимости в инкубаторах и под действием
лучистых обогревателей незначительна.
Теплообмен посредством испарения:
Н испарение = k1 • ТЭПВ (3.6 x 103)-1 (Вт/м2)
где k1 – скрытая теплота испарения (2.4•103 Дж/г), ТЭПВ – трансэпидермическая
потеря воды (г/м2 час), а 3.6 x 103 – поправочный коэффициент времени (с). ТЭПВ
является средним значением испарения воды с поверхности кожи, измеренным с
помощью градиентного метода [14, 15, 16].
Теплообмен посредством излучения:
Н излучение = S0 • e1 • e2 • (Т41 – Т42) (Вт/м2)
где S0 – постоянная Стефана-Больцмана (5.7 • 10-8 Вт/м2К4), e1 –
излучательная способность кожи, e2 – излучательная способность окружающих стенок
(0.97), Т1 – средняя температура кожи (К), а Т2 – средняя температура окружающих
стенок (К).
Теплообмен посредством конвекции:
Н конвекция = k2 (Т1 – Т3) (Вт/м2)
где k2 – коэффициент конвекции (2.7 Вт/м2К), Т1 – среднее значение
температуры кожи (К), а Т3 – средняя температура окружающего воздуха (К). Этот
расчет не учитывает быстрые конвекции, которые у взрослых людей происходят при
скорости движения воздуха свыше 0.27 м/с [17].
Степень теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой зависит от
типа теплообмена, положения и геометрии тела, а также от его величины и частоты
телодвижений. Следовательно, сопоставления теплообмена в различных окружающих
условиях у младенцев разных гестационных и постнатальных возрастов часто
представляются как теплообмен на единицу площади поверхности тела, подверженного
влиянию окружающего воздуха и обращенного к стенкам инкубатора.
ТЕПЛООБМЕН ЧЕРЕЗ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ТРАКТ
Выдыхаемый воздух обычно более влажный, т.е. обладает более высоким давлением
водяного пара, чем вдыхаемый воздух. Это приводит к потере жидкости и тепла при
испарении через дыхательный тракт. Незначительный конвективный теплообмен также
присутствует в дыхательном тракте, и часто эти процессы рассматриваются вместе
(см. 1). У новорожденных также может происходить теплоприток через дыхательный
тракт.
Переменное перемещение воздуха во время дыхательного цикла усложняют
испарительный и конвективный теплообмен в дыхательном такте. Когда окружающий
воздух, температура которого ниже температуры тела, проходит при вдохе вдоль
слизистой оболочки, он нагревается посредством конвекции и насыщается водяным
паром при испарении со слизистой оболочки. Достигнув альвеол, этот воздух
находится в тепловом равновесии по отношению к центральной температуре тела и
насыщается водой. При выдохе, перед выходом наружу воздух может стать несколько
прохладнее, чем температура тела.
РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА ЧЕРЕЗ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ТРАКТ МЛАДЕНЦА
Теплообмен посредством конвекции в дыхательном тракте (Н конвекция – д.)
вычисляется исходя из объема воздуха, вентилируемого в единицу времени (V =
объем вентиляции), и разницы температур выдыхаемого и вдыхаемого воздуха (Т
выдох – Т вдох) согласно следующему уравнению:
Н конвекция – д. = V • ??• с (Т выдох – Т вдох)?• m-1 (Вт/кг)
где V – объем вентиляции в единицу времени, ????плотность воздуха (1 г =
0,880 л), c – удельная теплоемкость (1 Дж • г-1 • °С-1), m – вес тела (кг), а Т
выдох и Т вдох – соответственно температуры выдыхаемого и вдыхаемого воздуха.
Как результат поочередного нагрева воздуха при вдохе и его охлаждения при
выдохе, конвективный теплообмен в дыхательном тракте зависит главным образом от
температуры вдыхаемого воздуха. У человеческих младенцев, выхаживаемых в
инкубаторах, разница между температурами вдыхаемого и выдыхаемого воздуха очень
мала, и, следовательно, конвективные потери также незначительны.
Испарительный теплообмен через дыхательные пути (Н испарение – д.) зависит от
разницы содержания воды в выдыхаемом и вдыхаемом воздухе. Это является потерей
воды при дыхании – ПВД [18, 19, 20]. Поскольку для образования водяного пара в
дыхательном тракте требуется тепловая энергия, то величина теплообмена при
испарении в единицу времени будет равна:
Н испарение – д. = k1 • ПВД (3,6 • 103)-1 (Вт/кг)
где k1 – скрытое тепло при испарении воды (2,4•103 Дж/г), ПВД – потеря воды
при дыхании (мг/кг мин), а (3.6•103 Дж/г)-1 – поправочный коэффициент времени.
ПРИТОК ТЕПЛОТЫ
Более 100 лет назад стало очевидным, что хорошие тепловые условия
повышали шансы на выживание новорожденных, и это привело к созданию первых
инкубаторов [21]. Будин [22] обнаружил, что выживаемость возрастала среди
младенцев, температура которых была не ниже 32оС. Более поздние исследования
Сильвермана и соавторов [23, 24], Хей и Катца [5], Дама и Джеймса [25] расширили
наши познания о влиянии температуры окружающей среды на выживаемость,
потребление кислорода и дыхание новорожденных.
Эгейт и Сильверман [26] ввели использование инфракрасного излучения для
контроля температуры тела у новорожденных с маленьким весом. С тех пор лучистые
обогреватели широко используются при интенсивном неонатальном уходе. Содействия
различных форм теплообмена под излучением обогревателей заметно изменяются в
зависимости от используемых покрывал и одеял [см. 27, 28].
ИНКУБАТОРЫ
В конвективно-обогреваемом инкубаторе, теплый и обычно увлажненный воздух
подается в колпак, под которым находится младенец. Подогретый воздух обычно
направляется с таким расчетом, чтобы и воздух, и стенки инкубатора оставались
теплыми. В то же время желательно поддерживать скорость воздушного потока рядом
с младенцем на уровне менее 0.2 м/с, создавая вокруг него нормальную
конвективную среду. При скорости ниже 0.1 м/с конвективный теплообмен зависит от
градиента температуры между кожей и воздухом; в этом случае градиент давления
пара рядом с поверхностью кожи остается неизменным, предотвращая потерю воды при
испарении вследствие скорости воздушного потока [29, 30].
Скорости потока воздуха современных инкубаторов над постелью варьируются от
0.04 до 0.94 м/с [31]. Большинство из них оснащено системой увлажнения. В
некоторых моделях относительная влажность окружающей среды может быть увеличена
до 96%, в то время как в других значения относительной влажности колеблются в
пределах 60-70% [31]. Высокая влажность заметно уменьшает потерю тепла при
испарении [12, 13, 32, 33].
В инкубаторах с одиночными стенками только 40% или менее температуры
воздушного пространства может отличаться от установленной не более чем на 0.5оС,
в то время как инкубаторы с двойными стенками имеют более равномерное
распределение температуры. Температура стенок инкубатора заметно варьируется в
зависимости от типа инкубатора [31]. В инкубаторах с одиночными стенками
внутренние поверхности колпака обычно более прохладные, чем в инкубаторах с
двойными стенками [31]. Следовательно, существуют очевидные различия в
содействии разных форм теплообмена в зависимости от инкубатора, в который
помещен ребенок.
ЛУЧИСТЫЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
При использовании лучистых обогревателей младенец обогревается только с
помощью подвесной панели, вырабатывающей лучистое тепло. Это тепло передается в
более глубокие ткани посредством проводимости и циркуляции крови. Тепло,
полученное от обогревателя, иногда рассматривается как плотность излучения
(мВт/см2) [34]. Если младенец находится под лучистым обогревателем, очень трудно
оценить различные формы теплообмена.
Из-за того, что может иметь место свободное движение воздуха над поверхностью
тела младенца, то, как неощутимая потеря воды и тепла, так и конвективная потеря
тепла могут возрасти в результате большой скорости воздушного потока. К тому же
давление окружающего воздуха в инкубаторах обычно бывает небольшим, что
увеличивает потерю тепла при испарении. Теплообмен посредством излучения в целом
усиливается, однако может уменьшаться из-за температуры стенок, окружающих
младенца. Формы теплообмена между ребенком и окружающей средой при использовании
лучистого обогревателя будут представлены в отдельной главе.
Источник: http://rusmg.ru
|
