A_D_Ado_-_Patologicheskaya_fiziologia_2000_g

Суммарная величина работы дыхания (W, где W = Wb х f, где f — частота дыхания в 1 мин) при минутном объеме дыхания около 10 л/мин составляет в среднем 0,2—0,3 кгм/мин.

При возникновении инспираторного потока движущее давление (Ptidai) преодолевает:

•эластическое сопротивление респираторной системы;

•резистивное (аэродинамическое или фрикционное) сопротивление дыхательных путей;

•иннерционное сопротивление респираторной системы, которым обычно пренебрегают.

Следовательно, инспираторная работа дыхательных мышц может возрастать за счет эластического или резистивного компонента.

При заболеваниях рестриктивного типа работа дыхания возрастает вследствие снижения объемной растяжимости или податливости (CRS) респираторной системы (характеристики обратной ее эластичности), характеризующей изменение легочного объема на единицу внутрилегочного(альвеолярного)давления:

CRS = VT/Palv (мл/см вод.ст).

Взаимоотношение кривых давление — объем респираторной системы в статических условиях, т.е. ее податливости, показаны на рис. 18.2, А. На оси абсцисс — давление эластической отдачи респираторной

438

мышц пациента должно преодолеть давление эластической отдачи респираторной системы 10 см вод.ст.

При снижении податливости респираторной системы изменение альвеолярного давления на 10 см вод.ст. приведет к изменению объема легких, равному всего лишь 0,5 л, что будет соответствовать величине CRS 0,05 л/см вод.ст. В результате дыхательные мышцы для обеспечения прежнего уровня альвеолярной вентиляции должны будут генерировать значительно большее давление или работать с большей частотой (рис. 18.2).

Снижение податливости респираторной системы увеличивает эластическую работу дыхания (рис. 18.2, А, темный треугольник отражает эластическую работу при дыхательном объеме 1 л и нормальной величине податливости респираторной системы, а светлый треугольник отражает повышение эластической работы дыхания при том же дыхательном объеме, но меньшей податливости респираторной системы).

При заболеваниях по обструктивному варианту работа дыхания увеличивается за счет повышения резистивного сопротивления воздушно-

му потоку (RaJ, характеризующего изменение давления по ходу дыхательных путей (трансбронхиального давления) на единицу объемной скорости воздушного потока:

Rdw = ДР/V (см вод.ст/л/с).

Если нормальное сопротивление дыхательных путей у взрослых обычно не превышает 15 см вод.ст/л/с, то при обструктивной патологии легких оно значительно возрастает. Например, во время тяжелого приступа бронхиальной астмы сопротивление дыхательных путей может увеличиваться в 20 раз. В результате возрастает резистивный компонент работы дыхания, что отражено на нижней части рис. 18.2, Б (заштрихованный сектор), где, кроме статической кривой давление—объем показаны динамические кривые для дыхательного объема 1 л при нормальном и повышенном сопротивлении воздушному потоку.

При выраженном сопротивлении дыхательных путей работа дыхания может возрастать дополнительно за счет появления активного выдоха, который в норме осуществляется пассивно, или в результате возникновения внутреннего положительного давления в конце выдоха (PEEP — от англ. positive end-expiratory pressure). PEEP представляет собой давление эластической отдачи респираторной системы вследствие неполного выдоха (например, при высокой частоте дыхания), т.е. в условиях динамической гипервоздушности легких. PEEP ведет к значительному увеличению нагрузки на респираторный аппарат, так как в этом случае начало сокращения дыхательных мышц не совпадает с появлением инспираторного потока. Инспираторный поток возникает только тогда, когда давление, развиваемое инспираторными мышцами, превысит уровень PEEP.

фактором развития рестриктивных нарушений ФВД при этом служит

439

снижение податливости респираторной системы за счет формирования множественных ателектазов легочной ткани,

Общую силу дыхательных мышц можно оценить, измеряя максимальное давление в дыхательных путях на вдохе — максимальное инспираторное давление (MIP — о т англ, maximal inspiratory pressure). В ходе исследования пациент делает форсированный вдох через закрытый мундштук, соединенный с датчиком давления.

Силу диафрагмы можно оценить изолированно по величине развиваемого ею трансдиафрагмального давления, Показателями утомления диафрагмы будут также снижение скорости релаксации (расслабления) диафрагмы при ее электростимуляции или же изменение частотного спектра ее электромиограммы. Клинически при этом отмечаются участие в дыхании вспомогательной мускулатуры (например, груди^оключичнососцевидной мышцы), тахипноэ, тахикардия, периодическое или затрудненное дыхание (гаспинг), а также парадоксальные движения брюшной стенки, Последний феномен характеризуется втяжением передней брюшной стенки на вдохе, что обусловлено передачей отрицательного внутриплеврального давления через «дряблую» мышцу диафрагмы на брюшную полость.

*

18.3.3. «Каркасная» дыхательная недостаточность

Основной механизм развития ДН при заболеваниях этой группы связан с уменьшением податливости грудной клетки (легочного каркаса). При этом дыхательные мышцы оказываются не в состоянии обеспечить полноценные экскурсии грудной клетки и соответственно легочной ткани.

Ограничение податливости грудной клетки может отмечаться при выраженном кифосколиозе и других аномалиях позвоночного столба или ребер, анкилозирующем спондилите (воспалительном заболевании межпозвоночных и реберно-позвоночных суставов), ожирении (при увеличении массы тела более 130 кг), а также в результате некоторых хирургических вмешательств (торакопластика) или травматических повреждений грудной клетки. При окончатом переломе ребер по нескольким линиям вероятность развития ДН особенно велика, поскольку при этом во время вдоха поврежденный участок грудной клетки обычно совершает парадоксальное движение внутрь (флотирующая грудная клетка).

Выраженный фиброз (заболевания плевры), скопление воздуха, жидкости в плевральных полостях, также могут приводить к развитию ДН. Податливость грудной клетки можеттакже уменьшаться при ограничении подвижности диафрагмы, обусловленной патологией брюшной полости (напряженный асцит, массивные опухоли, значительные увеличения печени и селезенки и т.д.).

Изменения функциональных показателей при этом характеризуются рестриктивным вариантом нарушения легочной вентиляции. Например, при выраженном кифосколиозе будет отмечаться снижение показателей TLC, VC и FRC.

440

18.3.4. Механизмы дыхательной недостаточности при патологии дыхательных путей

Развитие ДН при заболеваниях дыхательных путей обусловлено повышением резистивного сопротивления воздушному потоку (Rew). При этом нарушается вентиляция пораженных участков легкого, увеличивается резистивная работа дыхания, а утомление и слабость дыхательных мышц могут быть результатом неустранимой обструкции ДП.

В связи с тем что сопротивление дыхательных путей (согласно закону Пуазейля) изменяется обратно пропорционально четвертой степени радиуса их просвета, даже небольшое сужение дыхательных путей может значительно увеличить их сопротивление и, следовательно, работу дыхания в целом. Особенно это касается патологии верхних дыхательных путвй (расположенных выше бифуркации трахеи), на долю которых в норме приходится до 80 % сопротивления. Например, при сужении просвета трахеи новорожденного с 6 до 4 мм общее сопротивление дыхательных путей возрастает почти на 500 %,

Если дыхательные пути в месте сужения ригидны, воздушный поток уменьшается в равной степени как на вдохе, так и на выдохе. Такой вариант обструкции носит название фиксированной. Если же просвет дыхательных путей меняется во время дыхательного цикла, то воздушный поток будет возрастать в одну и уменьшаться — в другую фазу дыхания. В этом случае обструкция дыхательных путей называется вариабельной.

При патологии внутригрудных дыхательных путей положительное плевральное давление на выдохе будет уменьшать, а на вдохе — отрицательное внутриплевральное давление —- увеличивать их просвет (рис. 18.3).

При патологии внегрудных дыхательных путей на вдохе отрицательное давление, создаваемое в дыхательных путях, будет ниже окружающего (атмосферного) давления, что приведет к их сужению. Напротив, на

Рис, /8.3. Влияние фаз дыхания на степень обструкции дыхательных путей, А — вариабельная внегрудная обструкция; Б — вариабельная внутригрудная обструкция.

441

Рис. 18.4. Основные механизмы обструкции дыхательных путей.

А — внутрипросветная обструкция; Б — спазм бронхов; В — перибронхиальная обструкция.

выдохе вследствие положительного давления, создаваемого в дыхательных путях, их просвет увеличится и степень обструкции уменьшится.

Повышение сопротивления дыхательных путей (или обструктивный вариант нарушения функций внешнего дыхания) может быть обусловлено различными механизмами.

Скопление большого количества секрета с измененными реологи-

ческими свойствами (мокроты) в просвете бронхов — нередкая причина обструкции при хронических воспалительных процессах в бронхах (хроническом бронхите). Уменьшение просвета бронхов может быть также вызвано аслирацией инородных тел, а также экзофитно растущими опухолями трахеи и бронхов.

В основе избыточного образования мокроты (гиперкринии) при хроническом бронхите лежит перестройка слизеобразующего аппарата бронхиального дерева (бокаловидных клеток и слизистых желез), вызываемая загрязнением окружающего воздуха или чаще курением. Кроме того, образование большого количества мокроты нарушает эффективность работы реснитчатого эпителия трахеи и бронхов (мукоцилиарного эскалатора), в норме эвакуирующего слизь из дыхательных путей со скоростью 6 — 20 мм/мин. При этом основным механизмом очистки дыхательных путей становится кашель.

Иногда избыточная задержка секрета вдыхательных путях является следствием нарушений, связанных с генетически обусловленной патологией, например при синдроме неподвижных ресничек (синдроме Картагенера) или легочном муковисцидозе (кистозном фиброзе). При синдроме неподвижных ресничек различные генетические нарушения структуры (описано более 20) и функции реснитчатого аппарата эпителиальных клеток организма (например, отсутствие в структуре ресничек нитей особого белка динеина при синдроме Картагенера) ведут не только к нарушению мукоцилиарного транспорта, но и к частому развитию хронического синусита, образованию бронхоэктазов, бесплодию и обратному расположению внутренних органов (situs inversus).

При муковисцидозе к избыточному скоплению вязкой мокроты в дыхательных путях приводит нарушение процессов гидратации (разжи-

442

жения) бронхиального секрета в связи с генетическим дефектом (их описано более 200) особого транспортного белка — трансмембранного регулятора муковисцидоза (CFTR — от англ. cystic fibrosis transmembrane regulator), который обеспечивает транспорт ионов хлора через апикальную часть мембраны эпителиальных клеток бронхов. Вследствие этого дефекта анионы хлора задерживаются в клетках, усиливают абсорбцию катионов натрия и воды, «высушивая» слизь, продуцируемую всеми экзокринными железами организма.

Повышение тонуса гладкой мускулатуры — бронхоспазм является

основой обструкций дыхательных путей при бронхиальной астме, возникающей в ответ на воздействие аллергенов. Бронхоконстрикции, индуцированной выделение медиаторов (гистамин, лейкотриены), сопутствует также отек слизистой бронхов, связанный с привлечением клеток, способствующих воспалительной реакции.

Утолщение и фиброзные изменения бронхов, наблюдаемые при

многолетных воспалительных процессах в бронхах или длительно и часто рецидивирующих бронхоспастических реакциях, также могут обусловить обструкцию дыхательных путей.

Перибронхиальная обструкция дыхательных путей может быть локализованной, например при сдавлении дыхательных путей извне увеличенным лимфатическим узлом, опухолью, расширенным сосудом или генерализованной. Генерализованная перибронхиальная обструкция дыхательных путей возможна при эмфиземе легких, характеризующейся деструкцией и расширением воздушных пространств, расположенны дистальнее терминальных бронхиол. В основе ее развития лежит дисбаланс протеазно-антипротеазной системы легочной ткани, при котором уменьшение антипротеазной (например, при врожденной недостаточности фермента альфа-1 -антитрипсина) или увеличение протеазной активности (например, активации фермента нейтрофильной эластазы в результате курения) ведет к разрушению эластических волокон соединительнотканного остова легких.

Основной механизм экспираторной обструкции при эмфиземе легких рассматривается на модели дыхательной системы, в которой легкие представлены эластическим шаром, а дыхательные пути — открытой в атмосферу трубкой, содержащей коллабируемый сегмент При этом легкие и дыхательные пути заключены в общую камеру — гоудную клетку (рис. 18.5).

В норме внешнее давление, оказываемое на дыхательные пути, в большой мере будет определяться плевральным давлением. Когда плевральное давление становится резко положительным, например при форсированном выдохе, дыхательные пути сдавливаются извне и только благодаря противодействующему давлению внутри дыхательных путей они не спадаются полностью. Два основных фактора определяют уровень

внутреннего противодействующего давления в дыхательных путях: дав-

ление эластической отдачи легочной ткани и плевральное давление, сдавливающие альвеолы, порождающие экспираторный поток.

443

Рис. 18.5. Схематическое изображение легких, демонстрирующее механизм динамической компрессии дыхательных путей.

Альвеолярное давление складывается из двух составляющих — плеврального давления (Рр! = 20 см вод. ст.) и давления эластической отдачи легочной ткани (Ре| - 10 см вод. ст.).

EPP (equal pressure point) — точка равного давления.

При возникновении воздушного потока отмечается постепенное падение давления внутри дыхательных путей (закон Бернулли), и по их ходу возникает некая точка (местоположение которой зависит от объема легких), в которой внутреннее давление равно внешнему, т.е. плевральному давлению (так называемая точка равного давления). При увеличении силы выдоха и, следовательно, величины плеврального давления последнее в равной степени будет влиять как на альвеолы, так и на дыхательные пути, заключенные внутри грудной клетки.

Движущим давлением в этом случае становится разница давления в альвеолах и точке равного давления, т.е. давление эластической отдачи легочной ткани. При большем усилии выдоха растущее альвеолярное (движущее) давление будет нивелироваться ростом внешнего давления, сдавливающего дыхательные пути. Следовательно, в норме давление эластической отдачи легких является важнейшей детерминантой экспираторного потока, в то время как плевральное давление, зависящее от экспираторного усилия дыхательных мышц, влияет на него в значительно меньшей степени, по крайней мере в конечной части экспираторного потока, где он практически перестает зависеть от усилия.

При эмфиземе легких, вследствие деструкции альвеолярных перегородок снижается давление эластической отдачи легочной ткани или ее эластичность, т.е. способность противодействовать растяжению. Следствием снижения эластичности является уменьшение движущего давления, которое способствует «выталкиванию» воздуха из альвеол во время выдоха. Кроме того, снижение эластической отдачи легочной ткани способствует усилению экспираторного сужения (коллапса) мелких бронхов. В норме легочная паренхима оказывает растягивающее воздействие на дыхательные пути, создавая для них своеобразный внешний каркас. При деструкции межальвеолярных перегородок уменьшается их радиальная

444

тракция, поддерживающая просвет дыхательных путей. Во время выдоха положительное плевральное давление легко сдавливает мелкие бронхи, что ведет к их коллапсу и задержке воздуха в легочной ткани с развитием ее гипервоздушности («воздушная ловушка»).

Наиболее точным методом оценки бронхиального сопротивления является метод плетизмографии тела, при котором одновременно измеряются легочные объемы.

При исследовании функции внешнего дыхания выявляется обструктивный тип нарушений со снижением показателей FVC, FEV^ отношения FEV/FVC и MEF25_76.

Величина TLC при этом, как правило, остается в пределах нормы, если ни сила инспираторных мышц, ни эластичность легочной ткани не изменяются. Величина FRC, определяющаяся взаимодействием эластической отдачи легких и грудной клетки, также обычно не меняется, хотя при увеличении частоты дыхания и, следовательно, недостатке времени для осуществления полного выдоха респираторная система не успевает достигнуть состояния покоя (равновесия) и FRC может увеличиваться. При заболеваниях мелких бронхов величина RV, как правило, возрастает вследствие раннего экспираторного закрытия дыхательных путей.

18.3.5. Паренхиматозная дыхательная недостаточность

Ее причиной Moryf быть:

•уменьшение объема легочной ткани;

•сокращение числа функционирующих альвеол;

•снижение объемной растяжимости (податливости, комплаенса) ле-

гочной ткани в результате развития ее фиброза.

При этом кислород либо вообще не достигает поверхности газообмена (нарушения вентиляции), либо нарушается его транспорт через аль- веоло-капиллярную мембрану.

Уменьшение объема легочной ткани чаще является следствием удаления одного легкого (пневмонэктомия). Резекция меньшего объема (например, лобэктомия), как правило, сопровождается развитием компенсаторной эмфиземы оставшейся легочной ткани и не ведет к дыхательной недостаточности.

Сокращение числа функционирующих альвеол отмечается при ателектазе (коллапсе) легочной ткани, пневмониях или сосудистой патологии легких (кардиогенный и некардиогенный отек легких, тромбоэмболия легочной артерии).

Например, при пневмониях заполнение части альвеол воспалительным экссудатом происходит в ответ на проникновение в них инфекционного возбудителя (чаще всего в результате его ингаляции или микроаспирации). Важным условием развития пневмонии является нарушение механизмов общей или местной защиты легочной ткани. В этих условиях некоторые возбудители (пневмококк, клебсиелла, кишечная палочка) при попадании в альвеолы вызывают массивный серозный отек, который слу-

445

жит им средой для размножения и средством быстрого распространения в соседние альвеолы (через альвеолярные поры Кона). Так обычно развивается долевая или крупозная пневмония.

Более распространенный процесс «затопления» альвеол воспалительным экссудатом (содержащим большое количество плазменных белков) с образованием множества ателектазов легочной ткани, распространенным повреждением интерстиция и нарушениями диффузионной способности легких развивается при остром респираторном дистресссиндроме (ОРДС) или некардиогенном отеке легких, который служит причиной наиболее тяжелой ОДН.

ОРДС чаще является следствием первичного повышения проницаемости легочных капилляров. Их повреждение происходит в результате множественной микроэмболии сосудистого русла легких агрегатами воспалит ельных клеток (главным образом активированных нейтрофилов), образующимися в кровотоке при шоке различного генеза (инфекционный, травматический и др.). Важную роль при этом играет инактивации сур- фактанта, сложного белково-фосфолипидного комплекса, синтезирующегося альвеолоцитами II типа, в норме уменьшающего проницаемость альвеолярно-капиллярных мембран и силу поверхностного натяжения альвеол.

Эффект массивного «затопления» альвеол (с формированием гиалиновых мембран) нарушает как их вентиляцию, так и диффузию газов через альвеолярно-капиллярную мембрану, способствуя стойкой гипоксемии (при лечении кислородом коэффициент оксигенации Ра02 / F102 < 200). При биопсии легких, проведенной через 2 — 3 нед после начала ОРДС, отек легких не обнаруживается. Вместо этого отмечается интенсивная воспалительная реакция, сопровождаемая обширными изменениями легких и развитием распространенного фиброза.

В развитии диффузного интерстициального фиброза также предполагается участие токсичных веществ (пневмокониозы) или же экзогенных аллергенов, ингаляционно проникающих в легочную ткань (аллергические альвеолиты). В результате развивается генерализованное воспаление паренхимы легких (альвеолит, пневмонит) сучастием различных воспалительных и иммуннокомпетентных клеток. На основании типа клеток, преимущественно участвующих в развитии воспаления, выделяют лимфоцитарные и нейтрофильные альвеолиты. Особенностью лимфоцитарных альвеолитов (например, при саркоидозе или экзогенном аллергичес-

446

ком альвеолите) является формирование в легочной ткани характерных гранулем. Цитокины, выделяемые воспалительными клетками (трансформирующий фактор роста, тромбоцитарный фактор роста), оказывают стимулирующее влияние на функцию фибробластов.

Основными следствиями фиброзирующего процесса легочной ткани являются: ограничение податливости комплаенса легочной ткани и уменьшение легочных объемов, снижение диффузионной способности легочной ткани (вследствие снижения общей площади газообмена), повреждение мелких дыхательных путей без развития генерализованной обструкции, артериальная гипоксемия и частое развитие артериальной легочной гипертензии.

Выраженные повреждения паренхимы легких ведут к развитию на- рушения функции внешнего дыхания по рестриктивному варианту. Снижение показателей TLC и FRC при этом обычно является следствием уменьшения податливости легочной ткани.

18.4.Показатели газового состава крови при дыхательной недостаточности

Различают две основные категории ДН:

•гипоксемическую (паренхиматозную), или ДН I типа, и

•гиперкапнически-гипоксемическую (вентиляционную), или ДН II типа.

18.4.1.Гипоксемическая (I типа) дыхательная недостаточность

Гипоксемическая (паренхиматозная) дыхательная недостаточность характеризуется артериальной гипоксемией (Ра02 менее 60 мм рт.ст.), которая, как правило, трудно корригируется кислородотерапией. Граница гипоксемии при этом выбрана исходя из особенностей кривой диссоциации оксигемоглобина (S-образная форма кривой), так как при менее выраженной гипоксемии гемоглобин практически на 90 % насыщен кислородом, поэтому к тканям поступает достаточное его количество.

Этот тип ДН встречается в основном при тяжелых паренхиматозных

заболеваниях легких и болезнях мелких дыхательных путей. В основе его

развития лежат несколько механизмов, в частности снижение парциального напряжения кислорода во вдыхаемом воздухе, нарушение диффузии газов через альвеолярно-капиллярную мембрану, регионарные нарушения вентиляционно-перфузионных отношений, шунт или прямой сброс венозной крови в артериальную систему кровообращения, а также снижение парциального напряжения кислорода в смешанной венозной крови.

1. Снижение парциального напряжения кислорода во вдыхаемом воз-

духе. Низкое парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе может отмечаться на больших высотах в результате уменьшения барометрического давления (жизнь в высокогорьях, высотные полеты), при

447