Механизм вдоха и выдоха. Минутный объём дыхания.
Отрицательное давление в плевральной полости, физиологическое значение. Пневмоторакс.
6. Жизненная ёмкость лёгких (жёл), объёмы, составляющие жёл
ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ
Дыханием называется комплекс физиологических процессов,
обеспечивающих обмен кислорода и углекислого газа между клетками
организма и внешней средой. Оно включает следующие этапы:
1. Внешнее дыхание или вентиляция. Это обмен дыхательных газов между
атмосферным воздухом и альвеолами.
2. Диффузия газов в легких. Т.е. их обмен между воздухом альвеол и кровью.
3. Транспорт газов кровью.
4. Диффузия газов в тканях. Обмен газов между кровью капилляров и
внутриклеточной жидкостью.
5. Клеточное дыхание. Поглощение кислорода и образование углекислого
газа в клетках.
Механизмы внешнего дыхания
Внешнее дыхание осуществляется в результате ритмических движений
грудной клетки. Дыхательный цикл состоит из фаз вдоха (inspiratio) и выдоха
(exspiratio), между которыми отсутствует пауза. В покое у взрослого
человека частота дыхательных движений 16-20 в минуту. Вдох это активный
процесс. При спокойном вдохе сокращаются наружные межреберные и
межхрящевые мышцы. Они приподнимают ребра, а грудина отодвигается
вперед. Это ведет к увеличению сагитального и фронтального размеров
грудной полости. Одновременно сокращаются мышцы диафрагмы. Ее купол
опускается и органы брюшной полости сдвигаются вниз, в стороны и вперед.
За счет этого грудная полость увеличивается и в вертикальном направлении.
После окончания вдоха дыхательные мышцы расслабляются. Начинается
выдох. Спокойный выдох пассивный процесс. Во время него происходит
возвращение грудной клетки в исходное состояние. Это происходит под
действием ее собственного веса, натянутого связочного аппарата и давления
на диафрагму органов брюшной полости. При физической нагрузке,
патологических состояниях, сопровождающихся одышкой (туберкулез
легких, бронхиальная астма и т.д.) возникает форсированное дыхание. В акт
вдоха и выдоха вовлекаются вспомогательные мышцы. При форсированном
вдохе дополнительно сокращаются грудино-ключично-сосцевидные,
лестничные, грудные и трапециевидные мышцы. Они способствуют
дополнительному поднятию ребер. При форсированном выдохе сокращаются
внутренние межреберные мышцы, которые усиливают опускание ребер. Т.е.
это активный процесс. Различают грудной и брюшной тип дыхания. При
первом дыхание в основном осуществляется за счет межреберных мышц, при
втором за счет мышц диафрагмы. Грудной или реберный тип дыхания
характерен для женщин. Брюшной или диафрагмальный для мужчин.
Физиологически более выгоден брюшной тип, так как он осуществляется с
меньшей затратой энергии. Кроме того, движения органов брюшной полости
при дыхании препятствуют их воспалительным заболеваниям. Иногда
встречается смешанный тип дыхания.
Несмотря на то, что легкие не сращены с грудной стенкой, они повторяют
ее движения. Это объясняется тем, что между ними имеется замкнутая
плевральная щель. Изнутри стенка грудной полости покрыта париетальным
листком плевры, а легкие ее висцеральным листком. В межплевральной щели
находится небольшое количество серозной жидкости. При вдохе объем
грудной полости возрастает. А так как плевральная изолирована от
атмосферы, то давление в ней понижается. Легкие расширяются, давление в
альвеолах становится ниже атмосферного. Воздух через трахею и бронхи
поступает в альвеолы. Во время выдоха объем грудной клетки уменьшается.
Давление в плевральной щели возрастает, воздух выходит из альвеол.
Движения или экскурсии легких объясняются колебаниями отрицательного
межплеврального давления. После спокойного выдоха оно ниже
атмосферного на 4-6 мм.рт.ст. На высоте спокойного вдоха на 8-9 мм.рт.ст.
После форсированного выдоха оно ниже на 1-3 мм.рт.ст., а форсированного
вдоха на 10-15 мм. рт. ст. Наличие отрицательного межплеврального
давления объясняется эластической тягой легких. Это сила, с которой легкие
стремятся сжаться к корням, противодействуя атмосферному давлению. Она
обусловлена упругостью легочной ткани, которая содержит много
эластических волокон. Кроме того, эластическую тягу увеличивает
поверхностное натяжение альвеол. Изнутри они покрыты пленкой
сурфактанта. Это липопротеид, вырабатываемый митохондриями
альвеолярного эпителия. Благодаря особому строению его молекулы, на
вдохе он повышает поверхностное натяжение альвеол, а на выдохе, когда их
размеры уменьшаются, наоборот понижает. Это препятствует спадению
альвеол, т.е. возникновению ателектаза. При генетической патологии, у
некоторых новорожденных нарушается выработка сурфактанта. Возникает
ателектаз и ребенок гибнет. В старости, а также при некоторых хронических
заболеваниях легких, количество эластических волокон возрастает. Это
явление называется пневмофиброзом. Дыхательные экскурсии затрудняются.
При эмфиземе эластические волокна наоборот разрушаются и эластическая
тяга легких снижается. Альвеолы раздуваются, величина экскурсий легких
также уменьшается.
При попадании воздуха в плевральную полость возникает пневмоторакс.
Различают его следующие виды:
1. По механизму возникновения: патологический (рак легких, абсцесс,
проникающее ранение грудной клетки) и искусственный (лечение
туберкулеза).
2. В зависимости от того, какой листок плевры поврежден выделяют
наружный и внутренний пневмоторакс.
3. По степени сообщения с атмосферой различают открытый пневмоторакс,
когда плевральная полость постоянно сообщается с атмосферой. Закрытый,
если произошло однократное попадание воздуха. Клапанный, когда на вдохе
воздух из атмосферы входит в плевральную щель, а на выдохе отверстие
закрывается.
4. В зависимости от стороны поражения - односторонний (правосторонний,
левосторонний), двусторонний.
Пневмоторакс является опасным для жизни осложнением. В результате
него легкое спадается и выключается из дыхания. Особенно опасен
клапанный пневмоторакс.
Показатели легочной вентиляции
Суммарное количество воздуха, которое вмещают легкие после
максимального вдоха, называется общей емкостью легких (ОЕЛ). Она
включает дыхательный объем, резервный объем вдоха, резервный объем
выдоха и остаточный объем.
Дыхательный объем (ДО) - это количество воздуха поступающего в
легкие во время спокойного вдоха. Его величина 300-800 мл. У мужчин в
среднем 600-700 мл, у женщин 300-500 мл.
Резервный объем вдоха (РОвдоха). Количество воздуха, которое можно
дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. Он составляет 2000-3000
мл. Этот объем определяет резервные возможности дыхания, т.к. за счет него
возрастает дыхательный объем при физической нагрузке.
Резервный объем выдоха (РОвыдоха). Это объем воздуха, который можно
дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха. Он равен 1000-1500 мл.
Остаточный объем (ОО). Это объем воздуха остающегося в легких после
максимального выдоха. Его величина 1200-1500 мл.
Функциональный остаточная емкость (ФОЕ)- это количество воздуха,
остающегося в легких после спокойного выдоха. Т.е. это сумма остаточного
объема и резервного объема выдоха. С помощью ФОЭ выравниваются
колебания концентрации О2 и СО2 в альвеолярном воздухе в фазы вдоха и
выдоха. В молодом возрасте она около 2500 мл., старческом 3500
(пневмофиброз, эмфизема).
Сумма дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного
объема выдоха составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ). У мужчин она
составляет 3500-4500 мл, в среднем 4000 мл. У женщин 3000-3500 мл.
Величину жизненной емкости легких и составляющих ее объемов можно
измерить с помощью сухого и водяного спирометров, а также спирографа.
Для газообмена в легких имеет большое значение скорость обмена
альвеолярного воздуха, т.е. вентиляция альвеол. Ее количественным
показателем является минутный объем дыхания (МОД). Это произведение
дыхательного объема на частоту дыханий в минуту. В покое МОД составляет
6-8 литров. Максимальной объем вентиляции - это объем воздуха
проходящего через легкие при наибольшей глубине и частоте дыхания в
Нормальное дыхание называется эйпное, учащенное - тахипное, его
урежение брадипное, одышка - диспное, остановка дыхания - апное.
Выраженная одышка в положении лежа, при недостаточности левого сердца -
ортопное.
Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. «Вредное пространство», его физиологическое значение.
Во время вдоха лёгкие наполняются определённым количеством воздухом. Эта величина непостоянная и может меняться при разных обстоятельствах. Объём лёгких взрослого человека зависит от внешних и внутренних факторов.
Что влияет на вместимость лёгких
На уровень наполнения лёгких воздухом влияют определённые обстоятельства. У мужчин средний показатель объёма органа больше, чем у женщин. У высоких людей с крупной конституцией тела лёгкие на вдохе вмещают большее воздуха, чем у низких и худых. С возрастом количество вдыхаемого воздуха уменьшается, что является физиологической нормой.
Систематическое курение снижает объём лёгких . Малая наполняемость характерна для гиперстеников (невысокие люди с округлым туловищем, укороченными ширококостными конечностями). Астеники (узкоплечие, худые) способны вдыхать больше кислорода.
У всех людей, живущих высоко относительно уровня моря (горные районы), ёмкость в лёгких уменьшена. Это связано с тем, что они дышат разреженным воздухом с низкой плотностью.
Временные изменения органов дыхания происходят у беременных женщин. Объём каждого лёгкого сокращается на 5-10%. Быстро растущая матка увеличивается в размерах, давит на диафрагму. На общее состояние женщины это не влияет, так как включаются компенсаторные механизмы. За счёт ускоренной вентиляции они препятствуют развитию гипоксии.
Средние показатели объёма лёгкого
Объём лёгких измеряется в литрах. Средние значения рассчитываются во время нормального дыхания в состоянии покоя, без глубоких вдохов и полных выдохов.
В среднем показатель равен 3-4 литрам. У физически развитых мужчин объём при умеренном дыхании может доходить до 6 л. Количество дыхательных актов в норме 16-20. При активных физических нагрузках, нервном перенапряжении эти цифры увеличиваются.
ЖЁЛ, или жизненная ёмкость лёгких
ЖЁЛ – это наибольшая вместимость лёгкого при максимальном вдохе и выдохе. У молодых, здоровых мужчин показатель составляет 3500-4800 см 3 , у женщин – 3000-3500 см 3 . У спортсменов эти цифры на 30% увеличиваются и составляют 4000-5000 см 3 . Наибольшие лёгкие у пловцов – до 6200 см 3 .
Учитывая фазы вентиляции лёгких, разделяют такие виды объёма:
- дыхательный – воздух, свободно циркулирующий по бронхолёгочной системе в состоянии покоя;
- резервный на вдохе – воздух, наполняемый орган при максимальном вдохе после спокойного выдоха;
- резервный на выдохе – количество воздуха, удаляемое из лёгких при резком выдохе после спокойного вдоха;
- остаточный – воздух, остающийся в грудной клетке после максимального выдоха.
Под вентиляцией дыхательных путей понимают газообмен в течение 1 минуты.
Формула её определения:
дыхательный объём × число дыханий/минуту = минутный объём дыхания.
В норме у взрослого человека вентиляция равна 6-8 л/мин.
Таблица показателей нормы среднего объёма лёгких:
В газообмене не участвует воздух, который находится в таких отделах дыхательных путей – носовые ходы, носоглотка, гортань, трахея, центральные бронхи. В них постоянно находится газовая смесь, называющаяся «мёртвым пространством», и составляющая 150-200 см 3 .
Метод измерения ЖЁЛ
Внешнюю дыхательную функцию исследуют с помощью специального теста – спирометрии (спирографии). Метод фиксирует не только ёмкость, но и скорость циркуляции воздушного потока.
Для диагностики используют цифровые спирометры, которые пришли на смену механическим. Аппарат состоит из двух устройств. Датчик для фиксации воздушного потока и электронный прибор, преобразующий показатели измерения в цифровую формулу.
Спирометрию назначают пациентам с нарушениями дыхательной функции, бронхо-лёгочными заболеваниями хронической формы. Оценивают спокойное и форсированное дыхание, проводят функциональные пробы с бронхолитиками.
Цифровые данные ЖЁЛ при спирографии различают по возрасту, полу, антропометрическим данным, отсутствию или наличию хронических заболеваний.
Формулы расчёта индивидуальной ЖЁЛ, где Р – рост, В – вес:
- для мужчин – 5,2×Р – 0,029×В – 3,2;
- для женщин – 4,9×Р – 0,019×В – 3,76;
- для мальчиков от 4 до 17 лет при росте до 165 см – 4,53×Р – 3,9; при росте свыше 165 см – 10×Р – 12,85;
- для девочек от 4 до 17 лет рои ростёт от 100 до 175 см – 3,75×Р – 3,15.
Измерение ЖЁЛ не проводят детям до 4 лет, пациентам с психическими расстройствами, при челюстно-лицевых травмах. Абсолютное противопоказание – острая контагиозная инфекция.
Диагностику не назначают, если физически невозможно провести пробу:
- нервно-мышечная болезнь с быстрой утомляемостью поперечнополосатых мышц лица (миастения);
- послеоперационный период в челюстно-лицевой хирургии;
- парезы, параличи дыхательной мускулатуры;
- тяжёлая лёгочная и сердечная недостаточность.
Причины повышения или снижения показателей ЖЁЛ
Повышенная ёмкость лёгких не является патологией. Индивидуальные значения зависят от физического развития человека. У спортсменов ЖЁЛ может превышать нормативные показатели на 30%.
Функция дыхания считается нарушенной, если объём лёгких человека меньше 80%. Это первый сигнал недостаточности бронхолёгочной системы.
Внешние признаки патологии:
Изначально сложно определить нарушения, так как компенсаторные механизмы перераспределяют воздух в структуре общего объёма лёгких. Поэтому спирометрия не всегда представляет диагностическую ценность, например, при эмфиземе лёгких, бронхиальной астме. В процессе болезни формируется вздутие лёгких. Поэтому в диагностических целях проводят перкуссию (низкое расположение диафрагмы, специфический «коробочный» звук), рентген грудной клетки (более прозрачные поля лёгких, расширение границ).
Факторы снижения ЖЁЛ:
- уменьшение объёма плевральной полости за счёт развития лёгочного сердца;
- ригидность паренхимы органа (затвердение, ограниченная подвижность);
- высокое стояние диафрагмы при асците (скоплении жидкости в брюшной полости), ожирении;
- плевральный гидроторакс (выпот в плевральной полости), пневмоторакс (воздух в плевральных листках);
- заболевания плевры – сращения тканей, мезотелиома (опухоль внутренней оболочки);
- кифосколиоз – искривления позвоночника;
- тяжёлая патология органов дыхания – саркоидоз, фиброзы, пневмосклероз, альвеолиты;
- после резекции (удаление части органа).
Систематический мониторинг ЖЁЛ помогает отслеживать динамику патологических изменений, своевременно принимать меры по предупреждению развития болезней дыхательной системы .
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.
1. Должную величину ЖЕЛ - ДЖЕЛ рассчитайте по росту и возрасту, используя уравнения Болдуина:
мужчины: ДЖЕЛ (л) = Р(27.63 - 0.112 А),
женщины: ДЖЕЛ (л) = Р(21.78 - 0.101 А),
где: Р - рост, см, А - возраст, годы.
2. По Антони ДЖЕЛ рассчитайте из основного обмена:
ДЖЕЛ мужчин = 2,6 ´ ОО,
ДЖЕЛ женщин = 2.2 ´00.
Рис. 25. Спирограмма
Для расчета ДЖЕЛ у детей до 16 лет можно использовать уравнения:
мальчики: ДЖЕЛ (л) = 4.53 Р - 3.9,
девочки: ДЖЕЛ (л) = З.75 Р - 3.15,
где Р - рост, м.
Форсированная жизненная емкость (ФЖЕЛ), или объем форсированного выдоха (ОФВ) - количество воздуха, которое может быть выдохнуто при форсированном выдохе после глубокого вдоха. После максимального глубокого вдоха на несколько секунд задержите дыхание, а затем быстро и насколько возможно глубоко выдыхайте. Исследования повторите 2-3 раза и зафиксируйте максимальное значение. ФЖЕЛ определяйте при большой скорости протяжки бумаги (от 600 мм/мин и более) и рассчитайте аналогично ЖЕЛ. Помимо абсолютной величины ФЖЕЛ, нужно учесть объем форсированного выдоха за 1 сек - ФЖЕЛ 1.
Должную величину ФЖЕЛ 1 у детей высчитывают из уравнения:
мальчики: ФЖЕЛ 1 (л/с) = З.78 ´ Рм - 3.18,
девочки: ФЖЕЛ 1 (л/с) = 3.30 ´ Рм - 2.79.
Для характеристики механики дыхания представляют интерес как абсолютная величина ФЖЕЛ 1 , так и индекс Тиффно, т.е. отношение ФЖЕЛ 1 к ЖЕЛ в процентах. Пока не существует единого мнения, к какому объекту ЖЕЛ следует относить ФЖЕЛ 1 - к фактической ЖЕЛ, ФЖЕЛ данного субъекта или к ДЖЕЛ. Более физиологичным считается отношение ФЖЕЛ 1 к фактической ЖЕЛ в данных условиях. В норме ФЖЕЛ 1 составляет не менее 70% фактической ЖЕЛ. Снижение ФЖЕЛ характерно дня заболеваний, сопровождающихся нарушением бронхиальной проводимости (бронхиальная астма, распространенные формы хронической пневмонии и т.п.).
Представление о состоянии механики дыхания дает и качественная оценка кривой ФЖЕЛ. Пологая форма верхней трети кривой отражает повышенное сопротивление крупных бронхов, растянутая конечная часть указывает на ухудшение проводимости мелких дыхательных путей и снижение эластичности легких. Ступенеобразный ход кривой отражает клапанный механизм нарушения бронхиальной проводимости.
Максимальна вентиляция легких (МВЛ, л/мнн) - максимальное количество воздуха, которое может быть провентилировано легкими в течение 1 минуты. В течение 12-20 секунд дышите в спирограф с максимально возможной быстротой и глубиной (более длительная гипервентиляция усиливает выделение С02 и способствует гипокарпнии, вследствие чего могут возникнуть головокружение, рвота и даже обморочное состояние). Вычислите МВЛ по сумме величин зубцов спирографа в мм, затем, в соответствии с масштабом шкалы спирографа, сделайте пересчет в миллилитрах.
Должную МВЛ рассчитайте по уравнению:
мальчики: ДМВЛ = 99.1 ´ Рм - 74.3,
девочки: ДМВЛ = 92.4 ´ Рм - 68.0.
Величина МВЛ подвержена значительным индивидуальным колебаниям и зависит от влияния различных легочных и внелегочных факторов. МВЛ, как и индекс Тиффно , позволяет судить о суммарных изменениях механики дыхания (отражает мышечную силу, растяжимость легких и грудной клетки, а также сопротивление воздушному потоку) и характеризует резервные возможности дыхания.
Для выяснения преобладающего влияния на МВЛ обструктивных и реструктивных изменений в легких вычислите отношение МВЛ (в процентах от ДМВЛ): ЖЕЛ (в процентах от ДЖЕЛ), которое называется показателем скорости движения воздуха. Если этот показатель меньше единицы, то это указывает на преобладание обструктивных нарушений, больше единицы - реструктнвных.
Поглощение кислорода (ПО 2 , мл/мин) - количество кислорода, которое поглощается в легких за 1 минуту. При спирографии с автоматической подачей кислорода П0 2 определяют по кривой регистрации подачи кислорода, при дыхании воздухом - по наклону записи спирограммы.
Должную величину определите по формуле:
ДПО 2 = ДОО: 7.07,
где ДОО - должный основной обмен.
Величина П0 2 зависит от функционального состояния легких, сердечно-сосудистой системы и уровня окислительно-восстановительных процессов в организме. Снижение П0 2 при наличии выраженной дыхательной и сердечной недостаточности указывает на истощение резервных возможностей организма.
Коэффициент использования кислорода в легких (КИО 2) определяется количеством кислорода в миллилитрах, поглощенного из 1 литра вентилируемого воздуха, и рассчитывается как отношение ПО 2 к МОД. Все исходные показатели измеряют в одном отрезке спирограммы. Нормальная величина КИО 2 для детей после 6 лет и для взрослых - 35-40 мл/л; до 5 лет - 30-33 мл/л.
Величина КИО 2 зависит от условий диффузии кислорода, объема альвеолярной вентиляции, совершенства координации между легочной вентиляцией и кровообращением в малом круге и дает представление от эффективности вентиляции и газообмена в легких. Снижение КИ0 2 свидетельствует о несоответствии вентиляции и кровотока и встречается при легочной и сердечной недостаточности, при эмоциональных напряжениях, гипервентиляции. Увеличение КИ0 2 указывает на повышенное использование кислорода вентилируемого воздуха в легких.
Каждое дыхательное движение в состоянии покоя сопровождается обменом относительно небольшого объема воздуха - 500 мл. Такой объем воздуха называют дыхательным. После завершения спокойного вдоха человеком может быть произведен еще один вдох, и в легкие попадет еще 1500 мл - это так называемый дополнительный объем.
Аналогично после простого выдоха, прилагая усилия, человек может выдохнуть дополнительно воздух в объеме 1500 мл, который называется резервным выдохом.
Жизненная емкость легких, спирометр
ОБщий объем описанных величин - дыхательного воздуха, дополнительного и резервного - в сумме равняется в среднем 3500 мл. Жизненная емкость легких - это объем воздуха, выдыхаемый после усиленного вдоха и глубокого выдоха. Измерить ее можно спирометром - специальным прибором. 3000-5000 мл.
Спирометром называется аппарат, помогающий измерить емкость и оценить учитывая объем усиленного выдоха после глубокого вдоха. Этим прибором лучше всего пользоваться в сидячем положении, расположив сам аппарат вертикально.
Жизненная емкость легких, определенная спирометром, является показателем ограничительных болезней (например,
Прибор позволяет эти болезни отличить от расстройств, которые вызывают преграждение воздушных путей (при астме, например). Важность этой диагностики велика, т. к. степень развития заболеваний такого типа трудно определить на основании клинических симптомов.
Процесс дыхания
При спокойном дыхании (вдохе) из 500 мл вдыхаемого воздуха до легочных альвеол доходит не более 360 мл, остальная же часть задерживается в дыхательных путях. Под влиянием работы в организме происходит усиление окислительных процессов, и количество воздуха оказывается недостаточным, т. е. растет потребность в потреблении кислорода и выделении углекислоты. Жизненная емкость легких должна быть увеличена в этих условиях. Организм для нормальной легочной вентиляции должен увеличить частоту дыхания и объем вдыхаемого воздуха. При резком учащении дыхания оно становится поверхностным, и только малая часть воздуха достигает легочных альвеол. Глубокое дыхание улучшает легочную вентиляцию, и происходит правильный обмен газов.
Профилактика заболеваний легких
Достаточная жизненная емкость легких - весьма важный фактор, который способствует поддержанию здоровья и хорошей работоспособности человека. Правильно развитая в определенной степени обеспечивает нормальное дыхание, поэтому очень важны утренняя гимнастика, спорт, физкультура. Они способствуют гармоничному физическому развитию организма и грудной клетки в том числе.
Жизненная емкость легких зависит от чистоты окружающего воздуха. Положительно на организм влияет свежий воздух. Наоборот, воздух в душных закрытых помещениях, насыщенный водяными парами и углекислым газом, оказывает негативное влияние на процесс дыхания. Это же можно сказать и о курении, вдыхании пыли и загрязненных частиц.
К оздоровительным мероприятиям относится озеленение городов и жилых районов, асфальтирование и поливка улиц, устройство дымоуловителей на предприятий, вентиляционные поглощающие приспособления в домах.