При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха. Этот объем воздуха называется дыхательным объемом (ДО) (рис.3).

Рис. 3. Легочные объемы и емкости

После спокойного вдоха человек может еще максимально вдохнуть некоторое количество воздуха – это резервный объем вдоха (РОвд) , он равен 2500-3000 мл.

После спокойного выдоха можно еще максимально выдохнуть некоторое количество воздуха – это резервный объем выдоха (РО выд) , он равен 1300-1500 мл.

Значение ДО в поддержании газообмена в состоянии покоя.

Тогда как, целесообразность существования резервных объемов в основном заключается в обеспечении интенсификации газообмена при нагрузках. Кроме того, у РО выд, который в отличие от РОвд, присутствует в легком даже при спокойном дыхании, есть еще одна важная функция – поддержание газообмена на выдохе.

Количество воздуха, которое человек может максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха, называется жизненной емкостью легких (ЖЕЛ) . Она складывается из дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха (ЖЕЛ= ДО+ РОвд + РО выд) и равна в среднем 3500-4000 мл.

ЖЕЛ является показателем подвижности легких и грудной клетки. Величина ЖЕЛ зависит от возраста, пола, размеров, положения тела, и степени тренированности, наличия сердечно-легочной патологии. ЖЕЛ с возрастом уменьшается. Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки. У женщин ЖЕЛ на 25% меньше, чем у мужчин. ЖЕЛ зависит от роста, так как величина грудной клетки пропорциональна остальным размерам тела. У молодых людей ЖЕЛ можно вычислить, исходя из следующего уравнения: ЖЕЛ= 2,5 х рост (м). В вертикальном положении ЖЕЛ несколько больше, чем в горизонтальном. Это связано с тем, что в вертикальном положении в легких содержится меньше крови. ЖЕЛ значительно выше у тренированных людей. Особенно она велика у пловцов и гребцов, так как у этих спортсменов сильно развиты вспомогательные мышцы.

ЖЕЛ и дыхательный объем, ее составляющие, можно определить с помощью методики спирометрии или спирографии.

После максимально глубокого выдоха в легких остается некоторое количество воздуха – это остаточный объем (ООЛ), он равен 1300 мл. ООЛ всегда присутствует в легком и не может быть удален естественным путем. Функция ООЛ – постоянное поддержание легкого в расправленном состоянии, легкое не должно спадаться, а альвеолы не должны схлопываться.

ОО у здорового молодого человека составляет 20-30% от ОЕЛ. В пожилом и старческом возрасте ЖЕЛ уменьшается, а ОО увеличивается. вследствие уменьшения эластичности легких и грудной клетки.

Объем воздуха, который находится в легких к концу спокойного выдоха, называется функциональной остаточной емкостью (ФОЕ) , или альвеолярным воздухом. Он состоит из резервного объема выдоха и остаточного объема. Соответственно, целесообразность существования ФОЕ складывается из значений (функций) РОвыд и ООЛ. Значит, физиологическое значение ФОЕ состоит в том, что благодаря наличию этой емкости в альвеолярном воздухе выравниваются колебания содержания О 2 и СО 2 , связанные с разной концентрацией этих газов во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.

Величина ФОЕ зависит от ряда факторов. В среднем у молодых людей она составляет 2,4л, а в более пожилом возрасте – 3,4л. У женщин ФОЕ примерно на 25% меньше, чем у мужчин.

Максимальное количество воздуха, которое может находиться в легких после глубокого вдоха, называется общей емкостью легких (ОЕЛ), она равна сумме остаточного объема и ЖЕЛ.

Исследование легочных объемов и емкостей как важнейших показателей функционального состояния легких имеет большое значение не только для диагностики заболеваний, но и в связи с экологическим мониторингом местности и оценкой состояния дыхания популяции в экологически неблагополучных зонах.

Воздух находится не только в альвеолах, но и в воздухоносных путях – полости носа, носоглотки, трахеи, бронхов и бронхиол. Воздух, находящийся в воздухоносных путях не участвует в газообмене, поэтому просвет воздухоносных путей называется мертвым пространством . Во время спокойного вдоха объемом 500 мл в альвеолы поступает только 350 мл вдыхаемого атмосферного воздуха. Остальные 150 мл задерживаются в анатомическом мертвом пространстве.

Хотя в воздухоносных путях не происходит газообмен, они необходимы для нормального дыхания, так как в них происходит увлажнение, согревание, очищение от пыли и микроорганизмов вдыхаемого воздуха. При раздражении пылевыми частицами и накопившейся слизью рецепторов носоглотки, гортани и трахеи возникает кашель, а при раздражении рецепторов полости носа - чихание. Кашель и чихание являются защитными дыхательными рефлексами.

Кроме того, мертвое пространство, которое раньше ошибочно называли вредным, выполняет еще одну важную функцию. На выдохе в него поступает воздух из альвеол с высоким содержанием СО 2 и низким О 2 . При следующем вдохе воздух, содержащийся в мертвом пространстве будет снижать парциальное давление О 2 (рО 2), входящего с атмосферным воздухом. рО 2 при этом падает, достигая величин, необходимых для дальнейшего этапа дыхания – газообмена в легком.

Объемы вентиляции легких .

Вентиляция легких определяется объемом воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого в единицу времени. Количественной характеристикой легочной вентиляции является минутный объем дыхания (МОД) – объем воздуха, проходящего через легкие за одну минуту. Для определения МОД достаточно знать ДО и частоту дыхания (ЧД):

МОД = ДО х ЧД.

В состоянии покоя МОД равен 6-9 л. При физической нагрузке его величина резко возрастает и составляет 25-30 л.

Так как газообмен между воздухом и кровью осуществляется в альвеолах, то важна не общая вентиляция легких, а вентиляция альвеол. Альвеолярная вентиляция меньше вентиляции легких на величину мертвого пространства. Если из величины дыхательного объема вычесть объем мертвого пространства, то получится объем воздуха, содержащегося в альвеолах, а если эту величину умножить на частоту дыхания, получим минутный объем альвеолярной вентиляции или, как его чаще называют, минутный объем вентиляции легких (МОВЛ). На основе сказанного, выразим МОВЛ формулой

МОВЛ=ДОхЧД – ОМПхЧД, тогда

МОВЛ=ЧД (ДО – ОМП), где

ОМП – объем мертвого пространства.

Если в полученную формулу подставить конкретные величины, то становится понятно, что эффективность альвеолярной вентиляции выше при редком, но глубоком дыхании, чем при частом поверхностном.

Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха .

Атмосферный воздух, которым дышит человек, имеет относительно постоянный состав. В выдыхаемом воздухе меньше кислорода и больше углекислого газа, в альвеолярном воздухе еще меньше кислорода и больше углекислого газа (таб.1)

Таблица 1.

Вдыхаемый воздух содержит 20,93% кислорода и 0,03% углекислого газа, выдыхаемый воздух – кислорода 16%, углекислого газа – 4,5%, а в альвеолярном воздухе содержится 14% кислорода и 5,5% углекислого газа. В выдыхаемом воздухе углекислого газа содержится меньше, чем в альвеолярном. Это связано с тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух мертвого пространства, в котором чуть меньшее содержание углекислого газа, и его концентрация уменьшается.

Весь сложный процесс можно подразделить на три основных этапа: внешнее дыхание; и внутреннее (тканевое) дыхание.

Внешнее дыхание — газообмен между организмом и окружающим его атмосферным воздухом. Внешнее дыхание включает обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом, а также легочных капилляров и альвеолярным воздухом.

Это дыхание осуществляется в результате периодических изменений объема грудной полости. Увеличение ее объема обеспечивает вдох (инспирацию), уменьшение — выдох (экспирацию). Фазы вдоха и следующего за ним выдоха составляют . Во время вдоха атмосферный воздух через воздухоносные пути поступает в легкие, при выдохе часть воздуха покидает их.

Условия, необходимые для внешнего дыхания:

• герметичность грудной клетки;
• свободное сообщение легких с окружающей внешней средой;
• эластичность легочной ткани.

Взрослый человек делает 15-20 дыханий в минуту. Дыхание физически тренированных людей более редкое (до 8-12 дыханий в минуту) и глубокое.

Наиболее распространенные методы исследования внешнего дыхания

Методы оценки дыхательной функции легких:

• Пневмография
• Спирометрия
• Спирография
• Пневмотахометрия
• Рентгенография
• Рентгеновская компьютерная томография
• Ультразвуковое исследование
• Магнитно-резонансная томография
• Бронхография
• Бронхоскопия
• Радионуклидные методы
• Метод разведения газов

Спирометрия — метод измерения объемов выдыхаемого воздуха с помощью прибора спирометра. Используются спирометры разного типа с турбиметрическим датчиком, а также водные, в которых выдыхаемый воздух собирается под колокол спирометра, помещенный в воду. По подъему колокола определяется объем выдыхаемого воздуха. В последнее время широко применяются датчики, чувствительные к изменению объемной скорости воздушного потока, подсоединенные к компьютерной системе. В частности, на этом принципе работает компьютерная система типа «Спирометр МАС-1» белорусского производства и др. Такие системы позволяют проводить не только спирометрию, но и спирографию, а также пневмотахографию).

Спирография - метод непрерывной регистрации объемов вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Получаемую при этом графическую кривую называют спирофаммой. По спирограмме можно определить жизненную емкость легких и дыхательные объемы, частоту дыхания и произвольную максимальную вентиляцию легких.

Пневмотахография - метод непрерывной регистрации объемной скорости потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Имеется много других методов исследования респираторной системы. Среди них плетизмография грудной клетки, прослушивание звуков, возникающих при прохождении воздуха через дыхательные пути и легкие, рентгеноскопия и рентгенография, определение содержания кислорода и углекислого газа в потоке выдыхаемого воздуха и др. Некоторые из этих методов рассматриваются ниже.

Объемные показатели внешнего дыхания

Соотношение величин легочных объемов и емкостей представлено на рис. 1.

При исследовании внешнего дыхания используются следующие показатели и их аббревиатура.

Общая емкость легких (ОЕЛ) — объем воздуха, находящийся в легких после максимально глубокого вдоха (4-9 л).

Рис. 1. Средние величины объемов и емкостей легких

Жизненная емкость легких

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — объем воздуха, который может выдохнуть человек при максимально глубоком медленном выдохе, сделанном после максимального вдоха.

Величина жизненной емкости легких человека составляет 3-6 л. В последнее время в связи с внедрением пневмотахографической техники все чаще определяют так называемую форсированную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ). При определении ФЖЕЛ испытуемый должен после максимально глубокого вдоха сделать максимально глубокий форсированный выдох. При этом выдох должен производиться с усилием, направленным на достижение максимальной объемной скорости выдыхаемого воздушного потока на протяжении всего выдоха. Компьютерный анализ такого форсированного выдоха позволяет рассчитать десятки показателей внешнего дыхания.

Индивидуальную нормальную величину ЖЕЛ называют должной жизненной емкостью легких (ДЖЕЛ). Ее рассчитывают в литрах по формулам и таблицам на основе учета роста, массы тела, возраста и пола. Для женщин 18-25-летнего возраста расчет можно вести по формуле

ДЖЕЛ = 3,8*Р + 0,029*В — 3,190; для мужчин того же возраста

Остаточный объем

ДЖЕЛ = 5,8*Р + 0,085*В — 6,908, где Р — рост; В — возраст (годы).

Величина измеренной ЖЕЛ считается пониженной, если это снижение составляет более 20% от уровня ДЖЕЛ.

Если для показателя внешнего дыхания применяют название «емкость», то это значит, что в состав такой емкости входят более мелкие подразделения, называемые объемами. Например, ОЕЛ состоит из четырех объемов, ЖЕЛ — из трех объемов.

Дыхательный объем (ДО) — это объем воздуха, поступающий в легкие и удаляемый из них за один дыхательный цикл. Этот показатель называют также глубиной дыхания. В состоянии покоя у взрослого человека ДО составляет 300-800 мл (15-20% от величины ЖЕЛ); месячного ребенка — 30 мл; годовалого — 70 мл; десятилетнего — 230 мл. Если глубина дыхания больше нормы, то такое дыхание называют гиперпноэ — избыточное, глубокое дыхание, если же ДО меньше нормы, то дыхание назвают олигопноэ — недостаточное, поверхностное дыхание. При нормальной глубине и частоте дыхания его называют эупноэ — нормальное, достаточное дыхание. Нормальная частота дыхания в покое у взрослых составляет 8-20 дыхательных циклов в минуту; месячного ребенка — около 50; годовалого — 35; десятилетнего — 20 циклов в минуту.

Резервный объем вдоха (РО вд) — объем воздуха, который человек может вдохнуть при максимально глубоком вдохе, сделанном после спокойного вдоха. Величина РО вд в норме составляет 50-60% от величины ЖЕЛ (2-3 л).

Резервный объем выдоха (РО выд) — объем воздуха, который человек может выдохнуть при максимально глубоком выдохе, сделанном после спокойного выдоха. В норме величина РО выд составляет 20-35% от ЖЕЛ (1-1,5 л).

Остаточный объем легких (ООЛ) — воздух, остающийся в дыхательных путях и легких после максимального глубокого выдоха. Его величина составляет 1-1,5 л (20-30% от ОЕЛ). В пожилом возрасте величина ООЛ нарастает из-за уменьшения эластической тяги легких, проходимости бронхов, снижения силы дыхательных мышц и подвижности грудной клетки. В возрасте 60 лет он уже составляет около 45% от ОЕЛ.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) — воздух, остающийся в легких после спокойного выдоха. Эта емкость состоит из остаточного объема легких (ООЛ) и резервного объема выдоха (РО выд).

Не весь атмосферный воздух, поступающий в дыхательную систему при вдохе, принимает участие в газообмене, а лишь тот, который доходит до альвеол, имеющих достаточный уровень кровотока в окружающих их капиллярах. В связи с этим выделяют гак называемое мертвое пространство.

Анатомическое мертвое пространство (АМП) — это объем воздуха, находящийся в дыхательных путях до уровня респираторных бронхиол (на этих бронхиолах уже имеются альвеолы и возможен газообмен). Величина АМП составляет 140-260 мл и зависит от особенностей конституции человека (при решении задач, в которых необходимо учитывать АМП, а величина его не указана, объем АМП принимают равным 150 мл).

Физиологическое мертвое пространство (ФМП) — объем воздуха, поступающий в дыхательные пути и легкие и не принимающий участия в газообмене. ФМП больше анатомического мертвого пространства, так как включает его как составную часть. Кроме воздуха, находящегося в дыхательных путях, в состав ФМП входит воздух, поступающий в легочные альвеолы, но не обменивающийся газами с кровью из-за отсутствия или снижения кровотока в этих альвеолах (для этого воздуха иногда применяется название альвеолярное мертвое пространство). В норме величина функционального мертвого пространства составляет 20-35% от величины дыхательного объема. Возрастание этой величины свыше 35% может свидетельствовать о наличии некоторых заболеваний.

Таблица 1. Показатели легочной вентиляции

В медицинской практике важно учитывать фактор мертвого пространства при конструировании приборов для дыхания (высотные полеты, подводное плавание, противогазы), проведении ряда диагностических и реанимационных мероприятий. При дыхании через трубки, маски, шланги к дыхательной системе человека подсоединяется дополнительное мертвое пространство и, несмотря на возрастание глубины дыхания, вентиляция альвеол атмосферным воздухом может стать недостаточной.

Минутный объем дыхания

Минутный объем дыхания (МОД) — объем воздуха вентилируемый через легкие и дыхательные пути за 1 мин. Для определения МОД достаточно знать глубину, или дыхательный объем (ДО), и частоту дыхания (ЧД):

МОД = ДО * ЧД.

В покос МОД составляет 4-6 л/мин. Этот показатель часто называют также вентиляцией легких (отличать от альвеолярной вентиляции).

Альвеолярная вентиляция

Альвеолярная вентиляция легких (АВЛ) — объем атмосферного воздуха, проходящий через легочные альвеолы за 1 мин. Для расчета альвеолярной вентиляции надо знать величину АМП. Если она не определена экспериментально, то для расчета объем АМП берут равным 150 мл. Для расчета альвеолярной вентиляции можно пользоваться формулой

АВЛ = (ДО — АМП) . ЧД.

Например, если глубина дыхания у человека 650 мл, а частота дыхания 12, то АВЛ равно 6000 мл (650-150) . 12.

АВ = (ДО — ОМП) * ЧД = ДО альв * ЧД

• АВ — альвеолярная вентиляция;
• ДО альв — дыхательный объем альвеолярной вентиляции;
• ЧД — частота дыхания

Максимальная вентиляция легких (МВЛ) — максимальный объем воздуха, который может быть провентилирован через легкие человека за 1 мин. МВЛ может быть определена при произвольной гипервентиляции в покое (дышать максимально глубоко и часто в покос допустимо не более 15 с). С помощью специальной техники МВЛ может быть определена во время выполнения человеком интенсивной физической работы. В зависимости от конституции и возраста человека норма МВЛ находится в границах 40-170 л/мин. У спортсменов МВЛ может достигать 200 л/мин.

Потоковые показатели внешнего дыхания

Кроме легочных объемов и емкостей для оценки состояния дыхательной системы используют так называемые потоковые показатели внешнего дыхания. Простейшим методом определения одного из них — пиковой объемной скорости выдоха — является пикфлоуметрия. Пикфлоуметры — простые и вполне доступные приборы для пользования в домашних условиях.

Пиковая объемная скорость выдоха (ПОС) — максимальная объемная скорость потока выдыхаемого воздуха, достигнутая в процессе форсированного выдоха.

С помощью прибора пневмотахометра можно определить не только пиковую объемную скорость выдоха, но и вдоха.

В условиях медицинского стационара все большее распространение получают приборы пневмотахографы с компьютерной обработкой получаемой информации. Приборы подобного типа позволяют на основе непрерывной регистрации объемной скорости воздушного потока, создаваемого в ходе выдоха форсированной жизненной емкости легких, рассчитать десятки показателей внешнего дыхания. Чаще всего определяются ПОС и максимальные (мгновенные) объемные скорости воздушного потока в момент выдоха 25, 50, 75% ФЖЕЛ. Их называют соответственно показателями МОС 25 , МОС 50 , МОС 75 . Популярно также определение ФЖЕЛ 1 — объема форсированного выдоха за время, равное 1 e. На основе этого показателя рассчитывается индекс (показатель) Тиффно — выраженное в процентах отношение ФЖЕЛ 1 к ФЖЕЛ. Регистрируется также кривая, отражающая изменение объемной скорости воздушного потока в процессе форсированного выдоха (рис. 2.4). При этом на вертикальной оси отображается объемная скорость (л/с), на горизонтальной — процент выдохнутой ФЖЕЛ.

На приведенном графике (рис. 2, верхняя кривая) вершина указывает величину ПОС, проекция момента выдоха 25% ФЖЕЛ на кривую характеризует МОС 25 , проекция 50% и 75% ФЖЕЛ соответствует величинам МОС 50 и МОС 75 . Диагностическую значимость имеют не только скорости потока в отдельных точках, но и весь ход кривой. Ее часть, соответствующая 0-25% выдыхаемой ФЖЕЛ, отражает проходимость для воздуха крупных бронхов, трахеи и , участок от 50 до 85% ФЖЕЛ — проходимость мелких бронхов и бронхиол. Прогиб на нисходящем участке нижней кривой в области выдоха 75-85% ФЖЕЛ указывает на снижение проходимости мелких бронхов и бронхиол.

Рис. 2. Потоковые показатели дыхания. Кривые ноток — объем здорового человека (верхняя), больного с обструктивнымн нарушениями проходимости мелких бронхов (нижняя)

Определение перечисленных объемных и потоковых показателей применяются в диагностике состояния системы внешнего дыхания. Для характеристики функции внешнего дыхания в клинике используются четыре варианта заключений: норма, обструктивные нарушения, рестриктивные нарушения, смешанные нарушения (сочетание обструктивных и рестриктивных нарушений).

Для большинства потоковых и объемных показателей внешнего дыхания выходящими за пределы нормы считаются отклонения их величины от должного (расчетного) значения более чем на 20%.

Обструктивные нарушения — это нарушения проходимости дыхательных путей, ведущие к увеличению их аэродинамического сопротивления. Такие нарушения могут развиваться в результате повышения тонуса гладких мышц нижних дыхательных путей, при гипертрофии или отеке слизистых оболочек (например, при острых респираторных вирусных инфекциях), скоплении слизи, гнойного отделяемого, при наличии опухоли или инородного тела, нарушении регуляции проходимости верхних дыхательных путей и других случаях.

О наличии обструктивных изменений дыхательных путей судят по снижению ПОС, ФЖЕЛ 1 , МОС 25 , МОС 50 , МОС 75 , МОС 25-75 , МОС 75-85 , величины индекса теста Тиффно и МВЛ. Показатель теста Тиффно в норме составляет 70-85%, снижение его до 60% расценивается как признак умеренного нарушения, а до 40% — резко выраженного нарушения проходимости бронхов. Кроме того, при обструктивных нарушениях увеличиваются такие показатели, как остаточный объем, функциональная остаточная емкость и общая емкость легких.

Рестриктивные нарушения — это уменьшение расправления легких при вдохе, снижение дыхательных экскурсий легких. Эти нарушения могут развиться из-за снижения растяжимости легких, при повреждениях грудной клетки, наличии спаек, скопления в плевральной полости жидкости, гнойного содержимого, крови, слабости дыхательных мышц, нарушении передачи возбуждения в нервно-мышечных синапсах и других причин.

Наличие рестриктивных изменений легких определяют по снижению ЖЕЛ (не менее 20% от должной величины) и уменьшению МВЛ (неспецифический показатель), а также снижению растяжимости легких и в ряде случаев по возрастанию показателя теста Тиффно (более 85%). При рестриктивных нарушениях уменьшаются общая емкость легких, функциональная остаточная емкость и остаточный объем.

Заключение о смешанных (обструктивных и рестриктивных) нарушениях системы внешнего дыхания делается при одновременном наличии изменений вышеперечисленных потоковых и объемных показателей.

Легочные объемы и емкости

Дыхательный объем - это объем воздуха, который вдыхает и выдыхает человек в спокойном состоянии; у взрослого человека он равен 500 мл.

Резервный объем вдоха — это максимальный объем воздуха, который может вдохнуть человек после спокойного вдоха; величина его равна 1,5-1,8 л.

Резервный объем выдоха - это максимальный объем воздуха, который может выдохнуть человек после спокойного выдоха; этот объем составляет 1-1,5 л.

Остаточный объем - это объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха; величина остаточного объема 1 -1,5 л.

Рис. 3. Изменение дыхательного объема, плеврального и альвеолярного давления при вентиляции легкого

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — это максимальный объем воздуха, который может выдохнуть человек после самого глубокого вдоха. ЖЕЛ включает в себя резервный объем вдоха, дыхательный объем и резервный объем выдоха. Жизненная емкость легких определяется спирометром, а метод ее определения называют спирометрией. ЖЕЛ у мужчин 4-5,5 л, а у женщин — 3-4,5 л. Она больше в положении стоя, чем в положении сидя или лежа. Физическая тренировка приводит к увеличению ЖЕЛ (рис. 4).

Рис. 4. Спирограмма легочных объемов и емкостей

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) — объем воздуха в легких после спокойного выдоха. ФОЕ является суммой резервного объема выдоха и остаточного объема и равна 2,5 л.

Общая емкость легких (ОЕЛ) — объем воздуха в легких по окончании полного вдоха. ОЕЛ включает в себя остаточный объем и жизненную емкость легких.

Мертвое пространство образует воздух, который находится в воздухоносных путях и не участвует в газообмене. При вдохе последние порции атмосферного воздуха входят в мертвое пространство и, не изменив своего состава, покидают его при выдохе. Объем мертвого пространства около 150 мл, или примерно 1/3, дыхательного объема при спокойном дыхании. Значит, из 500 мл вдыхаемого воздуха в альвеолы поступает лишь 350 мл. В альвеолах к концу спокойного выдоха находится около 2500 мл воздуха (ФОЕ), поэтому при каждом спокойном вдохе обновляется лишь 1/7 часть альвеолярного воздуха.

Вентиляция легких - непрерывный регулируемый процесс обновления газового состава воздуха, содержащегося в легких. Вентиляция легких обеспечивается введением в них атмосферного воздуха, богатого кислородом, и выведении при выдохе газа, содержащего избыток углекислого газа.

Легочная вентиляция характеризуется минутным объемом дыхания. В состоянии покоя взрослый человек вдыхает и выдыхает 500 мл воздуха при частоте 16-20 раз в минуту (минутный 8-10 л), новорожденный дышит чаще - 60 раз, ребенок 5 лет - 25 раз в минуту. Объем дыхательных путей (где газообмен не происходит) - 140 мл, так называемый воздух вредного пространства; таким образом, в альвеолы поступает 360 мл. Редкое и глубокое дыхание уменьшает объем вредного пространства, и оно значительно эффективнее.

К статическим объемам относятся величины, которые измеряют после завершения дыхательного маневра без ограничения скорости (время) его выполнения.

К статическим показателям относятся четыре первичных легочных объема: - дыхательный объем (ДО - VT);

Резервный объем вдоха (Ровд - IRV);

Резервный объем выдоха (РОвыд - ERV);

Остаточный объем (ОО - RV).

А также и емкости:

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ - VC);

Емкость вдоха (Евд - IC);

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ - FRC);

Общая емкость легких (ОЕЛ - TLC).

Динамические величины характеризуют объемную скорость воздушного потока. Их определяют с учетом времени, затраченного на выполнение дыхательного маневра. К динамическим показателям относятся:

Объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ 1 - FEV 1);

Форсированная жизненная емкость (ФЖЕЛ - FVC);

Пиковая объемная (PEV) скорость выдоха (ПОСвыд - PE) и др.

Объемы и емкости легких здорового человека определяет ряд факторов:

1) рост, масса тела, возраст, расовая принадлежность, конституциональные особенности человека;

2) эластические свойства легочной ткани и дыхательных путей;

3) сократительные характеристики инспираторных и экспираторных мышц.

Для определения легочных объемов и емкостей используются методы спирометрии, спирографии, пневмотахометрии и бодиплетизмографии.

Для сопоставимости результатов измерений легочных объемов и емкостей полученные данные должны соотноситься со стандартными условиями: температура тела 37 о С, атмосферного давления 101 кПА (760 мм рт ст), относительной влажности 100 %.

Дыхательный объем

Дыхательный объем (ДО) - это объем воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого при нормальном дыхании, равный в среднем 500 мл (с колебаниями от 300 до 900 мл).

Из него около 150 мл составляет объем воздуха функционального мертвого пространства (ВФМП) в гортани, трахее, бронхах, который не принимает участия в газообмене. Функциональная роль ВФМП заключается в том, что он смешивается с вдыхаемым воздухом, увлажняя и согревая его.

Резервный объем выдоха

Резервный объем выдоха - это объем воздуха, равныйу1500 -2000 мл, который человек может выдохнуть, если после нормального выдоха сделает максимальный выдох.

Резервный объем вдоха

Резервный объем вдоха - это объем воздуха, который человек может вдохнуть, если после нормального вдоха сделает максимальный вдох. Равен 1500 - 2000 мл.

Жизненная емкость легких

Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) -- максимальное количество воздуха, выдыхаемое после самого глубокого вдоха. ЖЕЛ является одним из основных показателей состояния аппарата внешнего дыхания, широко используемым в медицине. Вместе с остаточным объемом, т.е. объемом воздуха, остающегося в легких после самого глубокого выдоха, ЖЕЛ образует общую емкость легких (ОЕЛ).

В норме ЖЕЛ составляет около 3/4 общей емкости легких и характеризует максимальный объем, в пределах которого человек может изменять глубину своего дыхания. При спокойном дыхании здоровый взрослый человек использует небольшую часть ЖЕЛ: вдыхает и выдыхает 300--500 мл воздуха (так называемый дыхательный объем). При этом резервный объем вдоха, т.е. количество воздуха, которое человек способен дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха, и резервный объем выдоха, равный объему дополнительно выдыхаемого воздуха после спокойного выдоха, составляет в среднем примерно по 1500 мл каждый. Во время физической нагрузки дыхательный объем возрастает за счет использования резервов вдоха и выдоха.

Жизненная емкость легких является показателем подвижности легких и грудной клетки. Несмотря на название, она не отражает параметров дыхания в реальных («жизненных») условиях, так как даже при самых высоких потребностях, предъявляемые организмом к дыхательной системе, глубина дыхания никогда не достигает максимального из возможных значений.

С практической точки зрения нецелесообразно устанавливать «единую» норму для жизненной емкости легких, так как эта величина зависит от ряда факторов, в частности от возраста, пола, размеров и положения тела и степени тренированности.

С возрастом жизненная емкость легких уменьшается (особенно после 40 лет). Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки. У женщин в среднем на 25% меньше, чем у мужчин.

Зависимость от роста можно вычислить по следующему уравнению:

ЖЕЛ=2.5*рост (м)

ЖЕЛ зависит от положения тела: в вертикальном положение она несколько больше, чем в горизонтальном положении.

Объясняется это тем, что в вертикальном положении в легких содержится меньше крови. У тренированных людей (особенно у пловцов, гребцов) она может составлять до 8 л, так как у спортсменов сильно развиты вспомогательные дыхательные мышцы (большие и малые грудные).

Остаточный объем

Остаточный объем (ОО) - это объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Равен 1000 - 1500 мл.

Общая емкость легких

Общая (максимальная) емкость легких (ОЕЛ) является суммой дыхательного, резервных (вдох и выдох) и остаточного объемов и составляет 5000 - 6000 мл.

Исследование дыхательных объемов нужно для оценки компенсации дыхательной недостаточности путем увеличения глубины дыхания (вдоха и выдоха).

Жизненная емкость легких. Систематические занятия физкультурой и спортом способствуют развитию дыхательной мускулатуры и расширению грудной клетки. Уже через 6-7 месяцев после начала занятий плаванием или бегом жизненная емкость легких у юных спортсменов может возрасти на 500 куб.см. и более. Снижение ее - признак переутомления.

Измеряется Жизненная емкость легких специальным прибором - спирометром. Для этого закройте вначале пробкой отверстие внутреннего цилиндра спирометра и продезинфицируйте его мундштук спиртом. После глубокого вдоха сделайте через взятый в рот мундштук глубокий выдох. При этом воздух не должен проходить мимо мундштука или через нос.

Измерение повторяют дважды, а в дневнике записывают наивысший результат.

Жизненная емкость легких у человека колеблется от 2,5 до 5л, а у некоторых спортсменов достигает 5,5л и более. Жизненная емкость легких зависит от возраста, пола, физического развития и других факторов. Уменьшение ее более чем на 300 куб.см может указывать на переутомление.

Очень важно научиться полному глубокому дыханию, избегать его задержки. Если в покое частота дыхания обычно равна 16-18 в мин., то при физической нагрузке, когда организм нуждается в большем количестве кислорода, эта частота может достигать 40 и белее. При появлении же частого поверхностного дыхания, одышки нужно прекратить занятие, отметить это в дневнике самоконтроля и обратиться к врачу.

В условиях покоя человек дышит так, что используется только часть всего объема легких, поэтому всегда есть резерв для дополнительного вдоха и выдоха. Но даже при самом глубоком дыхании в легких остается определенное количество воздуха, составляющее остаточный объем .

Общая емкость легких =резервный объем вдоха (2,5 л)+дыхательный объем (500-700 мл)+ резервный объем выдоха (1,5 л) + остаточный объем (1,5 л) =3,5…6 л.

Дыхательный объем – объем воздуха, который входит в легкие при каждом спокойном вдохе и выходит при спокойном выдохе.

Резервные объемы вдоха и выдоха – объемы воздуха, которые человек может произвольно вдохнуть и выдохнуть сверх дыхательного объема.

Жизненная емкость легких – количество воздуха, которое может выдохнуть человек после глубокого вдоха. Она равна сумме дыхательного объема, резервных объемов вдоха и выдоха.

Легочная вентиляция всегда находится в точном соответствии с текущими метаболическими потребностями организма. Увеличение вентиляции происходит как за счет роста дыхательного объема, так и увеличением частоты дыхания.

Не весь воздух, поступающий в легкие, участвует в газообмене, анатомическое мертвое пространство соответствует (в мл) цифре удвоенной массы тела. Функциональное мертвое пространство дополнительно снижает степень газообмена.

Газ в альвеолах имеет постоянный состав, обусловленный буферными функциями мертвого пространства, где воздух увлажняется и нагревается.

В условиях покоя оптимальным является дыхание через нос, хотя при этом сопротивление дыханию возрастает по сравнению с дыханием через рот.

При осуществлении дыхательных движений дыхательные мышцы совершают работу, затрачиваемую на преодоление внутренних и внешних сил. Работа дыхания складывается из энергозатрат на преодоление общего легочного сопротивления (эластичного сопротивления самой легочной ткани и грудной клетки) и преодоления сопротивления потоку воздуха в воздухоносных путях.

Минутному объему дыхания должен соответствовать минутный объем крови, протекающий по сосудам малого круга кровообращения. Вентиляционно-перфузионный коэффициент составляет 0,8-0,9, т. е.

при альвеолярной вентиляции, равной 6 л/мин, минутный объем кровообращения может быть равным 7 л/мин.

В атмосфере Земли кислород составляет примерно 21%, или 1/5. Атмосферное давление на уровне моря 760 мм рт.ст. Значит, парциальное давление кислорода примерно соответствует 1/5 этой величины, 160 мм рт.ст., это предельная цифра содержания О 2 в естественных газовых смесях.

В воздухоносных путях воздух постепенно теряет скорость перемещения (конвекции). В респираторных бронхиолях и альвеолах большое значение приобретает диффузия газов. Газы перемещаются по градиенту парциального давления. В альвеолах, где и происходит, контакт альвеолярного газа с капиллярной кровью, напряжение кислорода Р О 2 составляет 103 мм рт.ст., а парциальное давление диоксида углерода Р СО 2 около 40 мм рт.ст. В выдыхаемом воздухе Р О 2 составляет 126 мм рт.ст., а Р СО 2 соответственно 16 мм рт.ст. В артериальной крови Р О 2 соответствует 95 мм рт.ст., в венозной Р О 2 равно 40 мм рт.ст. Р СО 2 артериальной крови соответствует 40 мм рт.ст., а венозной – Р СО 2 приближается к 46 мм рт.ст.

Вектор диффузии дыхательных газов

Поэтому вектор диффузии кислорода постоянно направлен в сторону альвеол и капилляров, а углекислоты – в обратном направлении, из капилляров в атмосферу.

Перенос кислорода из альвеолярного газа в кровь и диоксида углерода из крови в альвеолярный газ происходит исключительно путем диффузии. Движущей силой диффузии диффузии служит градиент парциального давления каждого из газов по обе стороны аэрогематического барьера. Диффузия осуществляется в водной среде. В слое сурфактанта растворимость кислорода повышается.

Аэрогематический барьер состоит из слоя сурфактанта, альвеолярного эпителия, двух основных мембран, эндотелия капилляра и мембраны эритроцита.

Диффузионная способность легких для кислорода достаточно высока. Установлено, что на каждый миллиметр ртутного столба градиента парциального давления кислорода между альвеолярным газом и эритроцитом в кровь поступает путем диффузии 25 мл кислорода в минуту. Этого достаточно для того, чтобы за 0,8 с, что равно времени прохождения отдельным эритроцитом одного легочного капилляра, парциальное давление кислорода в нем успело выравняться с альвеолярным. Даже с большим запасом по времени, поскольку для выравнивания напряжения кислорода в эритроцитах с альвеолярным воздухом достаточно 0,25 с.

Поэтому, если кровоток в капиллярах легких повышается (возрастает линейная скорость движения эритроцитов) при физической нагрузке на организм, и время прохождения капилляров клетками уменьшается до 0,3 с, этого оказывается вполне достаточно для полного газообмена. Для диффузии из крови углекислого газа необходимо всего 0,1 с. Растворимость диоксида углерода в воде превышает этот показатель для кислорода в 25 раз.

Величина легочной вентиляции определяется дыхательным объ­емом (глубиной дыхания) и частотой дыхания. Есть ряд объемных показателей, характеризующих состояние легких (рис. 1.1). Нор­мальные значения даны для взрослого массой 70 кг.

1. Дыхательный объем (ДО) - объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха при спокойном дыхании. Нормальное значение - 0,5-0,6 л.

2. Резервный объем вдоха (РОвд.) - объем, который может до­полнительно поступить после спокойного вдоха, т.е. разница между нормальной и максимальной вентиляцией. Нормальные значения: около 2,5 л (около 2/3 ЖЕЛ).

3. Резервный объем выдоха (РОвыд.) - объем, который можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха, т.е. разница между нормальным и максимальным выдохом. Нормальные значе­ния - 1,5 л (около 1/3 ЖЕЛ).

4. Остаточный объем (ОО) - объем, остающийся в легких по­сле максимального выдоха.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - количество воздуха, ко­торое может быть выдохнуто при максимальном выдохе, произве­денном после максимального вдоха. Таким образом, это мера наи­большей возможной дыхательной экскурсии. ЖЕЛ является показа­телем подвижности легких и грудной клетки. Даже при самых высо­ких потребностях организма в кислороде глубина дыхания не достигает максимального значения. Величина ЖЕЛ зависит от возраста, пола, размеров и положения тела, степени тренированности. Нормальное значение ЖЕЛ: 3,5-5,5 л.

Рис 1.1. Статические объемы легких взрослого

5. Резерв вдоха (РВ) - максимальное количество воздуха, кото­рое может поступить в легкие после спокойного выдоха.

6. Общая емкость легких (ОЕЛ) или максимальная емкость лег­ких - количество воздуха, содержащееся в легких на высоте макси­мального вдоха. Состоит из ЖЕЛ и остаточного объема и рассчиты­вается как сумма ЖЕЛ и ОО. Нормальное значение около 6 л. Исследование структуры ОЕЛ является решающим в выяснении путей увеличения или снижения ЖЕЛ, что может иметь существенное практическое значение. Увеличение ЖЕЛ может быть расценено положительно только в том случае, если ОЕЛ не меняется или увеличивается, но меньше, чем ЖЕЛ, что происходит при увеличении ЖЕЛ за счет уменьшения ОО. Если одновременно с увеличением ЖЕЛ происходит еще большее увеличение ОЕЛ, то это нельзя счи­тать положительным фактором. При ЖЕЛ ниже 70% ОЕЛ функция внешнего дыхания глубоко нарушена. Обычно при патологических состояниях ОЕЛ и ЖЕЛ изменяются одинаково, за исключением об­структивной эмфиземы легких, когда ЖЕЛ, как правило, уменьша­ется, ОО увеличивается, а ОЕЛ может оставаться нормальной или быть выше нормы.

7. Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) - количество воздуха, которое остается в легких после спокойного выдоха. Нор­мальные значения у взрослых - от 3 до 3,5 л.

ФОЕ = ОО + РОвыд.

По определению ФОЕ - объем газа, которьй остается в легких при спкойном выдохе и может быть мерой области газообмена. Она образуется в результате баланса между противоположно направленными эластическими силами легких и грудной клетки. Физиологическое значение ФОЕ состоит в частичном обновлении аль­веолярного объема воздуха во время вдоха (вентилируемый объем) и указывает на объем альвеолярного воздуха, постоянно находящегося в легких. Увеличение ФОЕ может быть физиологически целесообразным, так как при этом происходит увеличение дыхательной по­верхности легких, Кроме того, расширение просвета воздухоносных путей уменьшает сопротивление потоку воздуха и увеличивает площадь диффузии газов в дыхательных путях ниже 16-го порядка деления. Необходимо учитывать, что одновременно с увеличением ФОЕ несколько увеличивается путь диффузии газов, уменьшается емкость вдоха (вентилируемого объема), ограничивается способ­ность к увеличению ДО и, соответственно, к увеличению максимальной вентиляции легких. Увеличение или уменьшение ФОЕ оп­ределяется соответствующим изменением соотношения двух проти­воположно направленных сил - эластической тяги легкого, стремя­щейся уменьшить его объем, и эластической силы тканей грудной клетки. Оценка взаимосвязи этих двух сил во многом определяет механику дыхания.

Клиническое значение ФОЕ велико. Она снижается на 20% че­рез несколько минут после начала анестезии. Это снижение, вероят­но, связано с подъемом диафрагмы вследствие повышения внутри­брюшного давления в положении на спине, повышения центрально­го объема крови и потерей тонуса дыхательной мускулатуры. Со снижением ФОЕ связано развитие ателектазов закрытие мелких ды­хательных путей, уменьшение податливости легких, увеличение альвеолярно-артериального различия по О2 в результате перфузии ателектазированных участков легких, снижение вентиляционно-перфузионного соотношения. Обструктивные вентиляционные на­рушения ведут к повышению ФОЕ, рестриктивные нарушения - к снижению ФОЕ.

С физиологической и клинической точки зрения имеет большое значение объем закрытия (ОЗ) и емкость закрытия (ЕЗ). Объем за­крытия (ОЗ) легких - это легочный объем, часть ЖЕЛ, при котором мелкие дыхательные пути (бронхиолы) закрываются во время выдоха, спокойного или форсированного. Емкость закрытия (ЕЗ) - это сумма ОЗ и остаточного объема (ОО):

ЕЗ = ОЗ + ОО.

Закрытие бронхиол наблюдается чаще в дорзобазальных легоч­ных сегментах, в которых внешнее тканевое давление в результате действия на легкие силы гравитации превышает эндобронхиальное давление, создаваемое воздухом ФОЕ. Поскольку у здоровых взрос­лых емкость закрытия (ЕЗ) меньше, чем ФОЕ (ФОЕ = РО выд. + + ОО), то мелкие дыхательные пути при среднем давлении выдоха не закрываются.

Факторы, приводящие к снижению ФОЕ:

Положение лежа на спине;

Ожирение;

Операции на верхних отделах живота;

Торакальные операции.

Факторы, которые приводят к повышению ЕЗ:

Курение;

Предшествующие хронические обструктивные легочные заболе­вания (ХОЛЗ);

Сердечная недостаточность;

Возраст (ЕЗ = ФОЕ в 65 лет в положении стоя и в 54 года в по­ложении лежа на спине).

В работе анестезиолога, среди прочих нарушений легочных функций, довольно часто встречается послеоперационная рестрик­ция легких. Во время и после операции, проводимой под общей ане­стезией, особенно после верхней л a п a p o т o м и и и торакотомии происходит существенное снижение функции легких, которое обычно описывается как острая рестрикция (сокращение) всех легочных объемов. Степень такой рестрикции легочных объемов связана, главным образом со следующими факторами:

Уменьшением резервного объема вдоха на 10% от исходного значения;

Уменьшением ЖЕЛ приблизительно на 50-75%;

Уменьшением ФОЕ на 35%.

Уменьшение статических легочных объемов вызывается в ос­новном:

Болью с последующим поверхностным дыханием;

Подавлением кашля;

Дорзобазальными послеоперационными ателектазами;

Повышением внутрибрюшного давления под действием различ­ных причин;

Остаточным действием наркотиков и мышечных релаксантов;

Пациенты после операции часто дышат поверхностно и не каш­ляют, так как для эффективного кашля ЖЕЛ у них должна быть не менее трех дыхательных объемов (нормальное значение 8 мл/кг мас­сы тела). При этом возникает опасность задержки бронхиальной слизи с последующим развитием ателектазов и вторичной пневмо­нии. Патофизиологическое значение снижения ФОЕ состоит в уменьшении разницы между ФОЕ и емкостью закрытия. При пре­вышении емкостью закрытия уровня ФОЕ происходит закрытие мелких дыхательных путей в конце спокойного выдоха. Периодиче­ское закрытие альвеол быстро ведет к возрастанию внутрилегочного право-левого шунтирования и уменьшению оксигенации. Поэтому необходимо сохранять ФОЕ выше ЕЗ, поддерживая зону газообмена открытой. В этой связи адекватная послеоперационная анестезия и респираторная терапия являются приоритетными. При планирова­нии лечения в послеоперационном периоде необходимо учитывать, что более чем у 30% пациентов после хирургического вмешательст­ва развивается дыхательная недостаточность, если ЖЕЛ меньше 50% нормального значения (1,75-2 л у взрослых). Послеоперацион­ная рестрикция легочных функций возвращается к норме только че­рез 2-3 недели.