Передача, потеря и приток тепла у новорожденных

Размещено на http://www.allbest.ru/

Передача, потеря и приток тепла у новорожденных

Гуннар Седин

План

Вступление

1. Передача тепла и средства теплообмена

2. Расчет теплообмена между поверхностью тела младенца и окружающей средой

3. Теплообмен через дыхательный тракт

4. Расчет теплообмена через дыхательный тракт младенца

5. Приток теплоты

6. Инкубаторы

7. Лучистые обогреватели

Вступление

Процессы обмена веществ производят тепло, которое распределяется по организму преимущественно путем циркуляции крови, а также, отчасти, посредством проводимости через ткани. 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.

1. 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].

2. 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/м ²)

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/м ²)

где k1 - скрытая теплота испарения (2.4*103 Дж/г), ТЭПВ - трансэпидермическая потеря воды (г/м ² 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 * (Т 41 - Т 42) (Вт/м ²)

где S0 - постоянная Стефана-Больцмана (5.7 * 10-8 Вт/м 2К 4), e1 - излучательная способность кожи, e2 - излучательная способность окружающих стенок (0.97), Т 1 - средняя температура кожи (К), а Т 2 - средняя температура окружающих стенок (К).

Теплообмен посредством конвекции:

Н конвекция = k2 (Т 1 - Т 3) (Вт/м ²)

где k2 - коэффициент конвекции (2.7 Вт/м 2К), Т 1 - среднее значение температуры кожи (К), а Т 3 - 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.

3. 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. теплообмен младенец кровь дыхательный

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.

4. 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.

5. 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].

6. 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.

7. 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/см 2) [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.

Размещено на Allbest.ru