Ярославская государственная медицинская академия.

Кафедра патофизиологии.

Лечебный и педиатрический факультеты.

Лектор: доц. Фафурина М.Л.

Патофизиология системы внешнего дыхания.

Лекция №2.

III. Нарушения вентиляционно-перфузионных отношений.

(т.е несоответствие вентиляции и кровотока).

Вентиляция альвеол даже в физиологических условиях является неравномерной, но благодаря, главным образом, внутрилегочным (местным) механизмам ауторегуляции (саморегуляции) поддерживается определенное соотношение вентиляции к перфузии (показатель вентиляционно-перфузионных отношений). В покое у здорового человека за 1 минуту легочные альвеолы вентилируются 4.0 —5.0 литрами воздуха и через них протекает 5 литров крови, т.е. этот показатель в норме равен 0,8 —1,0 (именно такое отношение должно поддерживаться во всех альвеолах и обеспечивать нормальный газовый состав крови оттекающей от альвеол). Локальные отклонения отношения 0,63-3,33 проявляются минимальными отношениями суммарного газообмена.

Механизм ауторегуляции осуществляются через изменения газового состава альвеолярного воздуха. В легких существует феномен гипоксической вазоконстрикции: при снижении рО₂ в альвеолярном воздухе (а не в крови) возникает сокращение гладких мышц стенок артериол в гипоксической зоне. В основе лежит физиологический принцип: невентилируемая альвеола не должна перфузироваться, (чтобы венозная кровь не попала в большой круг кровообращения). В результате вазоконстрикции уменьшается кровоснабжение плохо вентилируемых участков легких. (Для педиатров: во время внутриутробного периода сопротивление легочных сосудов у плода очень велико, главным образом, благодаря гипоксической вазоконстрикции и через легкие протекает лишь около 15% сердечного выброса. При рождении после первого вдоха в альвеолы поступает кислород, сопротивление сосудов падает и легочный кровоток мгновенно возрастает). Точный механизм гипоксической вазоконстрикции пока не известен. По последним данным считают, что серотонин является главным фактором, осуществляющим на уровне интрамуральных вегетативных ганглиев взаимосвязь между вентиляцией (просветом воздухоносных путей) и перфузией легких (см. раздел «метаболическая функция легких»).

Нарушения вентиляционно-перфузионных отношений возникают при различных эмболиях и тромбозах ветвей легочной артерии, в том числе, при ДВС-синдроме, при шоке, при разрушении легочной ткани (опухоль, эмфизема, туберкулез). Локальные изменения вентиляционно-перфузионного отношения могут быть в пределах от 0,01 до 100. Низкое значение этого отношения характерно для тех зон, где вентиляция значительно меньше перфузии, наоборот, высокое значение определяется в зонах с гипервентиляцией и резко сниженной перфузией (вплоть до полного прекращения микроциркуляции).

Нарушения вентиляционно-перфузионных отношений проявляются, как правило, гипоксемией и нормокапнией.

IV. Нарушения диффузионной способности легких.

Процесс диффузии газов (О₂ и СО₂) осуществляется по градиенту их концентрации в альвеолярном воздухе и легочных микрососудах. На суммарный (общий) объем диффузии влияет ряд других факторов: в первую очередь — площадь дыхательной поверхности легких и величина эффективного легочного кровотока. Поскольку эти факторы относятся к процессам вентиляции и перфузии, то разберем в этом разделе только нарушение собственно альвеолярно-капиллярной диффузии. Напомню, что молекулярный О₂, прежде чем соединиться с гемоглобином, преодолевает тонкий слой жидкости на поверхности альвеолярных клеток, альвеолярно-капиллярную мембрану (альвеолярные и эндотелиальные клетки с межуточным веществом), слой плазмы крови и мембрану эритроцитов. СО₂ проходит тот же путь, но в обратном направлении. И диффузионная способность легких зависит, главным образом, от толщины указанных слоев. У здорового человека диффузионная способность легких составляет 15 мл О₂ за минуту (при разности парциального давления в 1 мм рт.ст.), а для СО₂ — в 20— раз выше, поэтому ограничения диффузии для СО₂ в легких практически не существует.

Диффузионная способность (или диффузионное сопротивление) легких нарушается:

1. При увеличении расстояния диффузии (удлинение диффузионного пути О₂, т.е. чем длиннее путь, тем медленнее протекает этот процесс). Это возникает при интерстициональном отеке легких, набухании клеток барьера, увеличении плазменной фракции крови и др.

2. При нарушении самого процесса диффузии (качества альвеолярно-капиллярной мембраны), что зависит от характера тканей на пути диффузии при неизмененной толщине (гиалиноз, асбестоз, силикоз, бериллиоз мембран — пневмокониозы или профессиональные болезни).

При нарушении диффузионной способности у больного возникает гипоксемия без гиперкапнии. Простейшим функциональным тестом для выявления нарушения диффузионного сопротивления легких является произвольная гипервентиляция. При этом, имевшаяся у больного гипоксемия не устраняется, а усугубляется, т.к. увеличивается расход кислорода на обеспечение возросшей работы дыхательной мускулатуры.

V. Смешанные формы нарушений газообменной функции легких. 

Т.е сочетание нарушений вентиляции, перфузии и диффузии (см. раздел «шоковое легкое»).

Нарушения недыхательных функций легких.

I. Нарушение метаболической активности легких.

Как выяснилось в последние десятилетия, легкие выполняют функции как бы «эндогеного фильтра», контролируя уровень ряда биологически активных веществ (БАВ). Эта функция осуществляется за счет захвата и инактивации одних БАВ, метаболизма других, с последующим выделением метаболитов через дыхательные пути. Легкие по сравнению с печенью более активны в отношении метаболизма БАВ, т.к. их объемная скорость кровотока превышает печеночную приблизительно в 4 раза.

В ткани легкого обнаружено до 40 типов клеток. 1). Наибольшее значение имеют клетки легочной ткани, обладающие эндокринной специализацией. Их называют клетками Фейтера и Кульчицкова, нейросекреторными или нейроэндокринными клетками или клетками Апуд системы (произошло от английского перевода — захват и декарбоксилирование предшественников аминов).

Некоторые апудоциты легких сходны с таковыми в двенадцатиперстной кишке, поджелудочной железе и гипофизе. Аналогичны и выделяемые ими нейропептиды: вазоактивныый интестинальный пептид (ВИП), бомбезин, лейэнкефалин и др.

Они обладают широким спектром действия: влияют на гладкую мускулатуру желудка, кишечника, бронхов и тонус сосудов и проницаемость сосудистых стенок, обмен веществ,функции сердца и т.д.

В настоящее время считают, что у некоторых больных в послеоперационном периоде бронхоспазм и другие грубые расстройства системы внешнего дыхания в значительной степени связаны с дисфукцией легочных нейроэндокринных клеток. Наиболее выраженные расстройства метаболической и газообменной функции легких возникают при опухолях, исходящих из этих клеток — апудомах.

2) Метаболическая функция легких зависит от состояния эндотелиальных клеток, которые могут приобретать разную форму: овальную, веретенообразную, продолговатую и др. Изменение формы и размеров этих клеток хотя и довольно медленный процесс (от 15 минут до нескольких часов), но он существенно влияет на микроперфузию легких и, соответственно, на основную газообменную функцию легких. Вместе с тем, изменения кровотока в микрососудах, в свою очередь, влияют на метаболическую функцию легких. Это взаимосвязанный процесс.

3) Легкие, подобно печени, имеют полный набор ферментных систем детоксикации, обеспечивающих процессы окисления, восстановления, метилирования, ацетилирования и др. Наиболее важной считается смешанная оксидная система, состоящая из цитохомов НАДФН₂ и флавопротеина.

4) В легких обнаружены специальные ловушки для полиморфноядерных лейкоцитов, а в крови, оттекающей от легких, увеличено содержание различных БАВ, в том числе, лизосомальных ферментов лейкоцитарного происхождения.

Итак, 1) особое положение легких в системе кровообращения,

2) наличие большого количества эндотелиальных клеток, в том числе клеток Апуд —системы,

3) насыщенность рецепторами БАВ, гормонов,

4) тесная взаимосвязь с лейкоцитами —все это обеспечивает высокую эффективность метаболической функции легких.

Влияние метаболической функции легких на общую гемодинамику. Это осуществляется путем синтеза, депонирования, активации и разрушения БАВ, прямо или косвенно влияющих на тонус гладких мышц сосудистой стенки.

К этим веществам относятся:

1). Норадреналин —он захватывается клеточной поверхностью, переносится внутрь эндотелиальных клеток, где дезаминируется МАО, (катехолметилтрансферазой).

2). Адреналин – проходит малый круг кровообращения без изменения своей активности. Катехоламины вызывают слабо выраженное сужение легочных сосудов.

3). Серотонин — легкие являются основным местом инактивации серотонина. (В легких источником его образования являются тучные клетки. Основное место синтеза — апудоциты ЖКТ).

Серотонин является мощным вазоконстриктором для артериальных сосудов легких. В больших концентрациях он вызывает спазм легочных вен. Вместе с тем, серотонин — сильный бронхоконстриктор.

4). Гистамин —источником образования являются также тучные клетки, расположенные около сосудов малого круга кровообращения. Он обладает более значительным вазоконстрикторным влиянием, чем адреналин и норадреналин.

5). Ангиотензин-превращающий фермент (АПФ), синоним кининаза П —находится в эндотелиальных клетках.

Этот фермент превращает до 50% ангитензина I в активную прессорную форму ангиотензина П. Кроме того, АПФ инактивирует брадикинин, который является сильным вазодилятором.