автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Математическая модель кислотно-щелочного состояния крови на основе физико-химических закономерностей. Применение в неонатологии

. ^

министерство здравоохранения рф

российский государственный медицинский университет

На правах рукописи

УДК 612.8.001.5-57.02.001.57 С 16.24-008.4

МЕДВЕДЕВА Светлана Александровна

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОГО состояния КРОВИ НА ОСНОВЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ. ПРИМЕНЕНИЕ В НЕОНАТОЛОГИИ

(05.13.09 — управление в биологических и медицинских системах)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Российском государственном медицинском университете.

Научный руководитель кандидат биологических наук, доцент В. В. Киликовскнй.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В. Н. Новосельцев,

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник И. Н. Котова.

Ведущее учреждение — Институт пульмонологии МЗ РФ.

Защита диссертации состоится

1993 г.

в « . . . ».час. на заседании специализированного ученого совета Российского государственного медицинского университета (совет № К.084.14.04).

Адрес: Москва, ул. Островитянова, дом 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « . . . »

. 1992 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета кандидат медицинских наук

И. В. Буромский

«

»

Ащюмностьпродлвли.

Общепринято, что относительное постоянство внутренней среда яьляатся необходим«« условсем правильного функционирования всех физиологических систем. Одной из наиболее ваншх систем, поддар-«иваювдпс постоянство внутренней среда организма, является система, определяющая кислотно-щелочное состояние крови / КЩС /.

Показатель рК служит |одним из важнейших физико-химичесмх параметров среди организма, регуляция которого обеспечивается эффективными системами нейтрализации и выведения исов водорода. Относительно небольшие сдвиги КЩС внутренней среди влекут иа собой изменение активности(ферментов, направленности окислительно-восстановительных реакций, чувствительности рецепторов к

I

медиаторам, проницаемости мембраны. Изменения КЩС крови могут происходить ¡¿ак в нормальных физиологических условиях, так и при развитии многих патологических процессов, а также ири воздействии на организм раз-югшых внешних факторов. Сдвиги в КЩС могут возникать 'при заболевании практически л*йой системы органов, усугубляя его тякесть.Расстройство кислотно-щелочного баланса наблюдается при различных ¿заболеваниях легких ( бронхиальная астма, эмфизема легких, бронхит ), заболеваниях жё-лудочш-кишочного тракта ( язвенная болезнь, опухоли, различные дискинезии ), заболеваниях почек( глоМерулонефрит ) и т.д.

Необходимость изучения и динамического наблюдения за КЩС крови в условиях клиники связана, главным образом, с тем что раннее диагносциро&зние различного рода сдвигов в этой системе позволит своевременно и адекватно провести корригирующую терапию.

Б настоящее время в практическом здравоохранении и в большинстве научно-исследовательских рабст определение параметров

KJltC осуществляется с помощью номограмм i">lggaard-Andersen 11976], ргзработаньых в результате прямых экспе] «ментальных исследований на крови здорового взрослого челе веке. Номограммы были сконструированы-на основе титрвциоииых кривых в плазме и цельной крови при различных концентрация* гемоглобина, полученных титрованием сильных кислот или оснований при двух различных рСО,

и .66 мм.рт.ст ) и T=3Y°0. Добавл£Нив условия аяроксимации нелинейных (log р00а знвисимости от pli) кривых эквилибрацин нри.шми линиями позволило ьвкэру сконструировать номограммы, содержащие кривые дли. парамегров В.К и ВВ по измерению р!',рОа,концентрации гемоглобина.

Метод определения показателей КПЗ крови, предложенный Slgguard-Anderaen, нвляотся достоверным, если, как отмечает сам автор, иоследуемья кровь hmooî нормальные суферныи характеристики, присущие крови взрослого челоЫка, го есть! нормальную концентрацию белков плазмы, нормальную эритроцитарную концентрацию гемоглобина / или нормальный гематокрит /, нормальное распределение протонов между эритроцитом и плазмой крови и нормальную ионную силу исследуемого раствора. Образец крови также должен иметь нормальную концентрацию 2.3 дифосфоглмцйрата и хлоридов, гемоглобин должен быть представлен в основном молекулами гемоглобина А.

В этой связи, логично ожидать, что стандартная методика будет давать значительные погрешности при расчете параметров' К1ЦС крови ьо всех случаях, 'когда вышеперечисленные характеристики ¡значительно отклонены от нпимы, б частности при применении дли крови недоношенных новорожденных.

Особые буферные свойства фатального гемоглобина, являюще-

гося основным гемопротешом в крови недоношенных новорожденных,

'I

сниженная концентрации альбуминов в плазме новорожденных (на 30 - 50 % по сравнению и данной величиной для крови взрослых ), повышенная проницаемость протонов через эритроцитарную мембрану фатальных эритроцитов - все это вместе взятое заставляет ставить под сомнение правомерность применения номограмм 31^ааг(1-Апбегаеп в неонатологаи для определения кислотно-щелочного статуса новорожденных.

Необходимость точного определения параметров КЩС у недоношенных новорожденных обусловлено тем, что значения параметров КЩС ( чаще ВВ и ВЕ ) требуются для расчета дозировки лечар-ствекяых средств, ( например, при коррекции метаболического ацидоза с помощью раствора гидрскарбоната натрия или трисамина ).

На сегодняшний день в литературе не найдены работы; адаптирующие модели КЩС для новорожденных.

Целью настоящей работы являлось: разработать методику, пригодную для расчета параметров ШЦС крови как у г.зрослых, так и у новорожденных; применить разработанную методику для анализа дашшх обследования недоношенных детей раннего неонатального возраста и расчета широко применяемых в клинике параметров: сдвиг буферных. основянпЛ /ВЕ/, стандартный бикарбонат /БВ/, актуальный бикарбонат /АЗ/, буферные основания /ВВ/, общее содержание углекислого газа в крови /исо /.

АЮачп. исследования:В процессе работы поставлены следующие задачи 1. Газработать модель кислотно-щелочного состояния крови на основе физико-химических закономерностей, отражающую в широком диапазоне физиологических и патофизиологических условий процессы, происходящие в системах буферов крови.

г. Иссл<>лопать на модели влилнив на параметры КОЁ присутствия в эритроцитах значительных количеств ■ фвтадьаого гвмогжхжш, характерного для кров» новорожденных^ особенно тд<шшввик новорожденна.

3. Разработать на основе математических моделей методику расчете параметров КЩС, применяемых для индивидуального обследовадая 8 клинике.

Применить предложенную методику для расчета индивидуальных показателей КЩС для недоношенных де^ей раннего неонатального

возраста.

научная новизна paSbm.

Впервые на основе физико-химических закономерностей разработана модель кислотно-щелочного состояния крови, позволяющая учитывать процентное содержание в крови фатального гемоглобина и гемоглобина а, характерного для нормальной крови варэстого человека.

Разработана модель вааимс^ействия гемоглобина с его физиологическими лигацдзми, позволяющая рассчитывать кривую насыщения гемоглобина при изменении pH, С0а и 2.о ДФГ в крови. • ТеоретшесксЦ к праыпичесюя ценность выполненной, работы.

Предложен метод расчета парямотров кислотно-щелочного равновесия крови у взрослых и новорожденных без использования номо-грвум, реализованный программно на язчке Quick-Basic для персональных ЭВМ типа IBM PC/AT.

Созданная модель может служить основой для разработай ооу-чпю'чей про1раммы по теме "Кислотно-щелочное состояние крови. Свойстве основных б_уфарных систем крови" для курсов .физиологии студентов-медиков, на курсах Повышения квалификации врачей.

Разработанная модель |может быть использована как составная часть обчей модели дыхательной функции крови. Апробация работ.

Основные положения доложены и обсуждены на совместном научном семинар«« кафедры медицинской кибернетики РГМУ и проблемной научно-исследовательской лаборатории по разработке

I 1

медициною« ивформациснндх систем ( Москва, 1992 ); Республиканской научно-практической конференции "Информатизация

в деятельности медицинских служб" ( Рязань, 1991 ):

■I

Республиканской научней конференции "Кибернетика ъ медицине" ( Днепропетровск, 1991 ).

i ,

Реализация и вневрекие результатов работы.

Разработанная математическая модель <Хизнко-химических процессов, определяющих K1UC крови, внедрена в учебный процесс в курсе физиологической кИборнетики нз кафедре медицинской и

биологической кибернетики РГМУ и работу лаборатории биоперфузии

i <

и консервации сред \Ш травсплантолопт и искусственных органов РАМН.

Публикации.

По теме диссертации было опубликовано четыре работы. Сщуктура и объел работы.

Диссертация состоит из введения, 3 глав ( 1 глаав - обзор литературы , 2 глава - огшевние разработанной модели, 3 глава -результаты собственных исследований ), заключений, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа, изложена на 151 странице машинописного текста, иллкстрирована 9 таблицами и 20 рисунками. Указатель литературы включает i7Z источника, из них Н4 - оарубокных.

Содержание работи. .

В настоящее время в клинической практике и в большинстве научно-исследовательских работ определение параметров кислотно-щелочного состояния крови осуществляется с помощью номограш, разработанных в результате прямых экспериментальных исследований на крови здорового взрослого человека С З1^8аап1-Ап1ег8еп 1966, 197.6).

Наиболее существенным ограничением стандартной методики, на наш взгляд, является гребование о присутствии в исследуемой крови фатального гемоглобина не ¿олее Очевидно, что это

ограничение ставит под сомнение правомерность применения укезанной методики в неонатологии для определения кислотно-щелочного статуса недоношенных новорожденных, в крови которых может содержаться до 97,% гемоглобина Р.

Анализ данных литермуря показал, что ь' настоящее время не разработана модель, описывающая буферные свойства крови новорожденных. В то же время имеются все предпосылки для создания подобной математической модели: теоретические и экспериментальные закономерности взаимодействия молекулы гемоглобина Г с основными физиологическими лигандпми.

С учетом Физико-химических механизмов поведения -буферных систем в плазме и эритроците нами была разработана модель КЩС кроои для взрослых и новорожденных. Модель описывается системой тридцати шести алгебраических уравнений, содержащих уравнения павновесия химических взаимодействий, законы сохранения количеств отдельных веществ, уравнения равновесия обменных процессов между плазмой и эритроцитом.

В рапраЗстанной нами модели учитываются следующие физико-

химические процессы, от* з-тсуввнные за формирование КЩО чрови ( общая схема реакций представлена на рис. 1 ):

- образование угольной кислоты из углекислого газа и воды и распад ее на бикарбонатный ион и протон,то есть основные реакции бикарбонатного буфера п. :азмы и эритроцита ( реакции (2) и 3) для плазмы, (4) и (5) для эритроцита ).

- реакция буфера плазменных белков,под которой подразумевается связывание протонов отрицательно заряженными группами, локализующимися на альбуминах ( реакция (t)).

- реакции гемоглобинового буфера, зпключаюь/яася во 'взаимодействии гемопобина с его основными физиологическими лигг.ндами-эффектора-ми: протонами, углекислым газом и 2.3 дифосфоглицерато^ { реакции (6)-(В)).

Для описания процесса оксигенация гемоглобина была выбрана из ряда аллостерических моделей модель. Мсно, Чаймена, ийныке [Mono, Wyman, Change их 1965 3, модифицированная нами для учета влияния на этпт процесс лиганцов-эффекторов. ( В ходе работы была 1фвдло*енс общая модепо взаимодействия макромолекулы с лиганд^ми-эффекторами, имеющими на макромолекуле конкурентные и неконкурентные места связывания ).

Эрит|юцитарная и плазменная фазы разделены мембраной, через которую происходит обмен ионов и молекул. В ¡.-одели учитывается обмен (фотонов, углекислого газа, ионов бикарбоната через мембрану эритроцита.

Kuxq;uihvh параметрами модели являются традиционно Hcnojii-'yefiiie прочем параметры, необходимые для зшслстечия о кислогое- ^еючнон состоянии опгишклш: сдвиг буферных оснований /ВЕ/. CTVm„Vit,?t!;i'.t SfK'tpCOH'ir-V.R/, буферный O-THOBSHib -'В!!/,

♦ Н Н-РГ

КРг

СОа -V- Н,0 Н,С03 [ Плазма ]

•к;

К • - +

№,00, -¡-Х-* НСО, + Н+

^ I

а"1 ' ""¡„со; У_^

мембрана эритроцита

~ [? |нсо, [м [

а1з1 а1»1 а»«1

СО,

КГ,

СО, + Н20 -р—- НяС0,

К

насо, нсо; + н+

Эритроцит")

6. НЬ + СО-

ал *

Но

НЪ-СО, + Н

' 1Г+

нъ^ + н+ , 1:0. нь-н

НЬ+ + (1

НЬ - <1

4

т

8

Рис.1. Общая схема реакций различных буферных систем плазмы и эритроцита.

истинный бикарбонат /АВ/ ii общее содержите углекислого газа в крови.

Входными параметрами служат концентрация гемоглобина крови. рОя, рСО,, рН, концентрации 2.3 ДОГ, альбуминов крови, гетго-крит, доля фатального гемоглобина. Последние» четыре параметра являются дополнительными по отношению"к стандартной методик. .

I

Разработанная математкчаская молЭ-ль кислотно-щелочного состояния крови реализована в виде 'комплекса программ но язуке rrpoipoM-мирования Quick-Basic для персональных ЭВМ типа IBM PC XT/AT. На основе созданного комплекса программ был прозедон ряд

численных экспериментов, .(имеющих целью проверить адокнатность

1 .

как отдельных звеньев модели, так и модели в целом.

Модель К1ЦС крови исследоьалась при значениях параметров,

cooTBOTCTDytOtutt средним данным о реальной системе в норке.

> ,

Расчет Оу$орюй елкостх сиъдулинов тиаьмн. В работе была проведена оценка величины буферной емкости основного компонента белкового буфера плазмы - альбуминов.

Проверка адекватности звена модели, описывающего повеление белкового буфера при различных значениях рН runs'"!. производилась путем сравнения с экспериментальными данными. полученными в работе Slggaard-Andersen ( Slggaard-Andersen,197 6 J (На рис.2 кривая 3 описывает зависимость модельно рассчитанной буферной емкости альбуминов шпзмы при концентрат«- альбумином 45.5 г/л, кривая 4 - полученную экспериментально зависимость при той жо концентрации альбуминов ). -Сравнение показало, что модель с достаточной точностью носпроизводит экспериментальную кривую в диапазоне рН от 7.1 до 7.8 (относительное отклонение но

превышало 3* ). На левом краю диапазона рК»{6.8 - 7.11 значение от гасительного отклонения теоретически рассчитанного значения от экспериментального достигало 17.ЗХ . Расхождение результатов п более кислом диапазоне рН, вероятно, н««ано тем, что буферные овойс-ва альбуминов определяются н>э 1 олько имидазольными группами гистидина ( как принято в данной модели ), но и другими аминокислотными остатками, ш ¡пример, карбоксильными группами аспартата и глутамата (рК «б.б).

й стандартной ме то дико ¡расчета показателей КНР не учитывается изменение буферной емкости небикарбонатных буферов плпзмы ( в том число и буферной емкооти альбуминов ) в зависимости от изменения концентрации болчов плазмы и рН плазмы. Значение этой буферной емкости принимается равной константе 7.7 мМ/л, что соответствует в 88* от мшсимяльной величины в диапазоне рН 6.8-7.8 при содержании в крови белка в концентрации 70 г/л, альбуминов 5.5 г/л. На рис.2 предотавлены модолькыо кривые изменения буферной емкости альбуминов в завивисимости от рН плазмы и концентрации альбуминов ( кривые 1,2,3,5 ). Нижние дво кривые соответствуют средней концентрат™ и нижней границе концентрации альбуминов в крови новорожденных. Отметим,-что при незначительной зависимости буферной емкости от значения рН плазмы, зависплость от концентрации альбуминов существенна.

Расчет максимальных буферных емкостей альбуминов, взятых в концентрациях 45.5, 30 и 23 г/л , доказал, что эти величины составляют 83.7, 55.2 и 42.9« ОТ 7.7 мМ/Л.

ТЬким образом, общая буферная емкость небикарбонатных буферов в плазме новорожденных, получает завышенную оценку в стандартной методике примерно в два раза,. что может вносить

мМ/л

6 •

рН

6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 Рис 2.Буферная емкость альбуминов плазмы ( В ) в зависимости от рН плазмы.

концентрация альбуминов (г/л): I - 23; 2 - 30; 3 - 45.5; 4 -- 45.5 ( 31|®аагс1-Л1к1егзеп ); Б - 60.

й 5 мМ/л

4

10 50 50 70

,эоа(мм.рт.сг.)

4

¡'ти.'лп ш'имость кс1гд(>итрации свободного 2.3 ДФГ ( <1 ) от окои-^¡.чцш гемоглобина А ( I ) и / ( 2 ).

ошибку & определение параметра "сдвиг! буферных оснований" (ВЕ) около 10% ( при этом изменение оуцмрной емкости в указанном диапазоне рН изменяет н э более чем ра 3%)

Определение концентрации свободного 2.3 ДФГ в эритроците.

Для точного расчета насыщения гемоглобина кислородом в используемой аллостеоической модели оксигенеции необходимо, знать концентрацию свободного 2.3 дафосфоглицервта ( 2.3 ДФГ ) в эритроците. ( В настоящее время лабораторные методы позволяют измерять только обгцгю концентрацию 2.3 ДФГ| ). Нами был предложен метод расчета концетрации своЬ<Рдного 4-3 ДФГ в зависимости от общего содержали 2.3 ДФГ, рН, рСОа. рОа и концентраций НЬА и НЬР. Еылс разработана итерационная процедура, позволяющая найти решение систеш нелинейных алгебраических уравнений, описывающих закон сохранения 2,3 ДФГ в эритроците и химическое равновесие Бзаимодойствия 2.3 дифосфогллцератз с молекулой гемоглобина.

Далее в численных эксперименту* било показано, что модель качественно правильно описывает известные данные о соотношении свободной и связанной форм 2.3 ДФГ в эритроците при различных условиях окспденации. Так, модельные эксперименты показали, что содержание 2.3 ДФГ изменяется в зависимости от оксигенации крови (рис 3). Содержание свободного 2.3 ДОГ гримерно в 2.5 раза выше в оксигенированных, чем в дезоксигенирсвашшх. эритроцитах взрослого. В присутствии феталънсго гемогло'шш 2.3 ДФГ находится преимущественно в свободной форме, что отражает сниженное сродство НЫ1 к этому аллостерическому ингибитору.

На еснова;::пт численных экспериментов показано, что повышение уроцчя свободного 2.3 ДФГ наблюдается с ростом концентрации общего 2.3 ДФГ в клетке. Увеличение концентрации

гемоглобина приводит к обратному эффекту.

Из-за отсутствия доступной литературе экспериментально полученных сведений о значениях концентрации свободного 2.3 ДОГ в зависимости от условий в качестве дополнительного критерия правильности разработан! ой модели были использованы результата модельных расчетов, полученных-в работе Kister [ Klater, 1987). Отметим, что разработанная этим автором аллостеричэская модель оксигенации гемоглобина применима для описания взаимодействия гемоглобина только с одним лигандом- адяктором, и параметры модели необходимо идентифицировать вновь при какдс/м изменении в среде рН и рСОя. На основании сравнения результатов модельных расчетов, полученных нами и в работе Kister [ Klatez, 1987), можно сказать, что несмотря на некоторое количественное различие результатов, обе модели качественно сходно отражают процессы взаимодействия гемоглоб:ша А и 2.3 ДФГ.

Гаким образом, предложенный в модели способ расчета концентрации свободного 2.3 ДФГ может быть применен для вышсления насыщения гемоглобина кислородом.

E.iusoiiu; концентрации миганвов и Фракционного состава

гелоглобина на процесс оксигенации.

Идентификация параметров аллссторической модели оксигенации гемоглоЗина осуществлялась с использованием экспериментальных кривых оксигенации гемоглобинов А / F в условиях, приближенных < условиям ln vivo ( Garby 1977, Euraaux 1979 ), с помощью итерационной : процедуры, минимизирующей сумму кпедрато!} атклонения йкснеримонтытытх и модельных кривых.

ДаП^в изуп^ось влияние ochobjux лигандэв ( Ii+, i'OaiT ?.3

ДФГ ) на сжсигйняциг) гемоглобинов А и I >. Состояние кислородсвя-сшкамшх свойств гемоглобина отразилось принятым в литературе способом - с помощью кривой оксигенации гемоглобина ( КОГ ). При увеличении концентрации аллфстерических 1шгибиторов наблюдалась общая тенденция в изменении положения кривой опСигенации гемоглобина, отражающая уменьшение сродства гемоглобина к кислороду. Меньшая выраженность эффекта у НвУ по сравнению с НвА является следствием ¡общего снижения сродства Яот^лыгого гемоглобина к аллостерическим эффекторам.

Исследование на модели эффекта ¡повышенного содержания в крови фатального гомоглобчна, характерного для крови недоношенных новорожденных, показало, что и присутствии значительных концентраций НЬР происходит увеличение сродства крови к кислороду рис.4). Так, параметр ори оксигенации фатального гемоглобина в условиях, близких к условиям в эритроците снижался ны й мм.рт.ст. го сравнению с РцфНЪА.

Модифицированная нами недель оксигенации Моно.Уаймена, Ыаньже позволяет воспроизводить процесс оксигенации в зависимости от условий среди ■ и может сыть настроена как на гемоглобин А или у, так и на смесь двух гечоглобинов (в стандартной методике расчета параметров КЩС учитываются закономерности, определяющие взаимодойствио указанных эффекторов толк о с гемоглобином А ).

В заключение мояаю сказать, что выбранная модель оксигенации гемоглобина может бить включена в общую модель КЩС кроил для расчете параметра насыщенна гемоглоиина кислородом в зависимости от значений р|[, рС02, 2.3 ДФГ, температуры и фракционного состава гемогло£;та.

Проверка адекватности [абшиг летели, описиваищего процессы, переноса углекислого ' газа в крови.

В настоящее вромя моделью, наиболее приспособленной для описания процессов переноса дыхательных газов крови , в которой гемоглобин представлен Фракцией А, является математическая модель, разработанная Ь.СагЬу (СагЬу I.. ,1977]. Автором доказано, что предложенная им модел! кислотно-щелочного равновесия крови точно воспроизводит экспериментальные эквилибрационные кривые кром взрослого человека и позволяет учитывать экспериментальную зависимость вклада гемоглобинового буфера от рН, р('-03, рОа,2.С- ДФГ п величину сдвига буферных) оснований ( ВЕ ) и суммарное содержание буферных оснований ( ВВ ): Поэтому, при оценка адекватности звена модели, описывающего процессы переноса углекислого гпза в крови, содержащей основном гойоглобин А, мы сочли возможным сравнить значения концентраций различных соединений, участвующих в переносе СО, кровью и общего содержания СО,, рассчитпшшх по нашей модели и по модели Ь.СагЬу 1

В результате провэдонного сравнения было показано, что расхождения в оценке вклада в <?бщ«е содержание СО, основных компонентов ( бикарбонатов плазмы и эритроцита, углекислого гпза, растворенного в плазмо и эритроците ) незначительно, и, следовательно, наша модель адекватно описывает процессы, формирующие общее содержание углекислого газа крови взрослого человека.

Единстветшй пункт, в котором модели дают ожидаемое различие, касается вычисления концентрации углекислого газа связанного с гемоглобином, или так называемого карбамата. На рис.5 проведено сопоставление величин карбамата в дезоксигенировоиной крови, рассчитанных по нашей модели и по модели Ь.СагЬу и определениях

Рис.4.Зависимость положения кривой оксиген.дай е зависимости от доли фатального ге ^глобина.

доля НвР-Л - 0.0;2 - 0.2;3 - 0.8;4 - 1.0.рС0,«=40 мм.рт.ст..

I - модель СагЬу;2 - рассматриваемая модель;3а,0 - эксперимент

1,2,3а + 5 мМоль/л 2.3 ДФГ.ЗО - О мМоль/л 2.3 ДФГ

- ТУ -

экспериментально ( Могто|г et al.1977) при различит рЧ нлвзмы и

I

концентрации 2.3 ДФГ бмЫэль/л.

Сравнение результатов показало, что наша модель д;авт значения карбаматЗ более близкие к экспериментальным, чем модел) L.Garby. в условиях, приближенных к условиям цельной крови. Такой результат вполне объясним, так как в модели L.Garby не учитывается конкурентное взаимодействие углекислого газа и 2.3 ДФГ при связывании с гемоглобином, который рассматривается d модели как гемоглобин-мономер. Это дает основание; предлагать использование разработанной нами моделл в математических /неделях' газообмена для расчета количества углекислого гвза, переносимого кровью.

Проверка аЗекбаЛносяги разработанной лоОели Оля кроби, содержащей в основнсл гелоглобин А.

Дальнейшая апробация разработанной методики расчета показателе! КЩС крови проводилась на данных обследования ', являющихся эталонными в программе $ирмы Radio,neter "Oxygen Status Algorithm", рассчитывающей показатели КИЮ • по стандартной методике.Данные представляли собой протоколы оЗслодоьания II пациентов женского я мужского пола в возрасте от 26 до 72 лет, здоровых и страдающих различными эаболеваго1Ями. В число выходных параметров программы входят такие параметры, характеризующие КЩС, как ВЕкрови и АВплаРчы. Расчет этих параметров производился также с использованием предлагаемой модели.

('равнение результатов вычисления параметров АВ и ЕЕ с исполь • зонаннем да ух. анщеназванных методик показало, что различия между величинами ВЕкрппи и АВплчзмн, вычисленными различными зпосоЗг.'Ми, НС достоверны (t-C.M4; р>0.05, использовался

I--критерия для совокупностей с поиарнсЬвязэнными вариантами). Поскольку ранее была покаьына адекватнфть отдельных звеньев модели, воспроизводящих процессы в различных буферных системах крови, был сделан вывод о том, чт<$ разработанная модель позволяет правильно рассчитывать покзг^ели КЩС крови взрослого человека. •

Расчет тралетров ЩС по Оангмл клинического исследования нед,сношенных новорохОенких раннего Цеонсжиъного возраста. Разработанная модель применялась длр расчета параметров КЩС . по', данным клинического исследования недоношенных детей раннего

пьонатального возраста. • ■ В работу вошел материал клинического • наблюдения и обследования 44 детей, находившихся в отделении новорожденных и недоношенных детей 1Ш педиатрии АМН России и в отделении реанимации Неонатального центра ДГКБ 13 им. Филатова с 1988 по 1990 года. Дети поступали из роддсиШ г.Москвы и Московской области ¿1а 1-5 сутки жизни. Масса тела при рождении составляла' от 1Ю0 до 2500 грамм, рост от 37 до 50 см".\ Гествционний возраст новорожденных от 31 до Зй недели, показания по шкале Апгар при рождении составляли от 2 до 7 баллов, через 5 минут после рождения - от 4 до £ баллов. Новоровдон-'ые поступали с нарушениями мозгового кровообращения 1-3 степени, осложняющимся кровоизлияниями в мозг в 25% случаев. В 7 случаях состояние детей осложнялось пневмонией. Дети разделялись по группам в зависимости ог выраженности Синдрома ды*чтеЛЫых растройств (СДР ), выделялась также группа „'утей, у которых данный синдром отсутствовав.

Известно, что при лечении '-'етаболического ацидоза коррекцию

сниженного резерва буферных основания проводят с пс ,щь» раствора гндрокарбоната натрия или трисдмина, используя для приблизительного расчета необходимого количества ощелачивакието раствора формулы, в которых количество раствора ппямо пропорционально значению ЕЕкрови.

Неонэтологами отмечается, что использование показателя 6К.

i

определенного по стандг- -нс^й методике для расчета объема раствора, применяемого при проведении оиелачиваюцей терапии у недоношенных детей, часто приводи? к завышению этого объема [ Антонов 1987, Дегтярев 1992 ).

Определение показателя ВЕкрови осуществлялось как по стандартной методике, так ■ и с использованием разработанной модоли. Затем било произведено сравнение результатов расчетов показателя ВЕ-

Использование предложенной методики для определения параметров кислотно-щелочного статуса недоношенных новорожденных

I

дало результаты, но совпядя^ощие с результата.^, полученными по стандартной методике,применяемой в клинической практике (рис.6). Результаты моделышх уколериментов показали,что предложенный нами метод расчета показателя ВЕкрови дает величины э?ого парами ра, отражающие менее резкий сдвиг КЩС новорожденных в стерону ацидозэ, поэтому вычисленный на базе этого показателя обьем корригирующего раствора окажется сниженным по сравнению с объемом, который был рассчитан с использова:шем стандартной методики.

Это позволйет надеяться, что учет парэметрз ВЕкрови, полученного с помощью нашей модели, дл9 расчета обьема корригирующего раствора даст возможность проводить более адекватную терапию для недоношенных нсбгролдотшх.

о I г з

Степень СДР

рис.6. Зевисимооть среднего показателя РЕ крови у детей о различнои степенью синдрома дыхательных расстройств (СДР). I - рассматриваемая модель, 2 - стандартный метод.

Для того, чтобы облегчить дальнейшую широкую проверку настоящего предложения в практике неонатологии Оыла предпринята попытка получить регрессионное уравнение, связывающее значения показателя ВЕ, определенного по стандартной- и нашей методикам. Такое уравнение было получено. (ВЕ,=0.788 ВЕ^+0.926 , г«0.987,где ВЕ,. - стандартная методика, ЕЕ, - рассматриваемая модель). Использование регрессионного уравнения для коррекции показателя ВЕкрови новорожденных не требует дополнительных измерении по сравнению со стандартной методикой, то есть измерения концентрации 2.3 ДФГ, альбуминов плазмы и Стального гемоглобина.

После дополнительной клинической апробации применение пред-локонного нами регрессионного уравнения позволит получить дос-тнточно простой способ более точного расчета показателя ВЕкрови у недоношенных новорожденных. Выводы.

1. Сравнение результатов вычисления параметров АВ и ВЕ с исполь-

абватюм стандартней «Мудаки и методики, предложенной в данной работы, показало,ЧТО {издичия меаду способами вычисления параметров ВЙкром* » АВилезмы не достоверны, и, таким образом,

разработаииг - тт*ь адедаатно описывает процессы, происходящие

¡,

в сйСтейе буферов крови взрослого человека.

2. ПрвДЛвшт общая математическая модель аллостерического взаи-тмйвtmM макромолекулы с лигандами, что позволило модифицировать классическую модель оксигенации гемоглобина Моно, Уеймена, Шаньке для учета влияния на этот процесс рН, парциального давления угло-т&вого газа, общей концентрации "2.3 ДФГ, Температуры и фракционного состава гемоглобина. Показано, что полученная модель позволяет рассчитывать насыщение гемоглобина кислородом в условиях близких условиям крови In vivo С точностью того же порядка, что и точность измерения.

3. Предложенная методика расчета общепринятых показателей КЩС в плазме, эритроците и цельной крови позволяет учитывать концентрации фетального гемоглобина и 2.3 дифосфоглицерата ■ в эритроците и альбуминов в плазме крови, что снимает ограничения стандартной методики Slggaard-Anderaen ( концентрация фетального гемоглобина < 1 %, концентрация 2.3 дифосфоглицерата лежит в пределах от 2 до 8 мМ/л) и позволяет использовать ее для определения параметров КЩС в крови новорожденных.

4. Понязано, что общая буферная емкость небикарбонатных буферов плазмы з крзви новорожденных получает завышенную оценку (в 1.5-2 раза) и стандартной методике, что необходимо учить;..ать при расчете показателя ЗЕ у новорожденных.

5. Показано, что в условиях, соответствующих состоянию эритроцит - -та in vivo, разработанная модель д)ет значения концентрации кар-

баматв более близкие к экспериментали|шм, чем модель СагЬу Ь. (различие меаду эксперимингальными дымными и данными модельных расчетов в среднем состарило 3%). Это рает основание предлагать испопььоюнио дшшой модели в математических моделях газообмена для расчета количества углекислого газа, переносимого кровью. 6. При рэсчете параметра ВЕкрови у недоношенных новорожденных выявлены достоверные различия применения двух методик: стандартно? и предложенной в данной работе. Предложен способ корректировки показателя ВЕкрови, вычисленного стандзрным методом путем пересчета показателя с помощью ¡регрессионного уравнения. Данный способ не требует определения концентрации фатального гемоглобина, 2.3 ДОГ и альбуминов плазмы у новорожденных. Стшсоы работ, опубликованных по теле диссертации.

1. Математическая модель буферных систем кгови,основанная на <{ц-зико-хикических закономерностях/"Моделирование в клинической практике": Респ. сб. науч. тр. -1988-с!35-1&9(с соавт.Киликовским В.В)

2.Теоретический анализ влияния буферных систем на кислотно-щелочное состояние крови. / "Теоретические, экспериментальные и гфикладные исследования биологических слстем": Респ.сб.науч.тр., М.- 1991 -с.Ь-13 ( с соавт. Киликовским В.В. )

3. Математическая модель для изуения роли различных буферных систем в формировании кислотно-щелочного состоят™ крови. / Респ. кауч.конференция 'Кибернетика в медицине": Тезисы докл., Днепропетровск - 1991 - с.19 ( с соавт. Киликовским В.В. )

1. Созданио математической модели как основы для разработки компьютерно-консультативной системы интерпретации результатов исследований КЩС. /В кн."Информатизация в деятельности медицинских служб" ч.II,М.,РГМУ,-1992-с.€5-66 ( с соавт. Киликовским Р В. )