2 курс / Нормальная физиология / Физиология_человека_Семенович_А_А_,_Переверзев_В_А_,_Зинчук_В_В

Рис. 10.1. Контуры грудной клетки при вдохе (а) и выдохе (б)

ния, так как благодаря средостению другое легкое остается в герметичном пространстве и человек может им дышать. Если раневое отверстие между грудной полостью и атмосферой остается открытым, пневмоторакс называют открытым. При оказании помощи человеку с такой травмой необходимо стре! миться перекрыть раневое отверстие. В результате открытый пневмоторакс переводится в закрытый, улучшаются условия для дыхания неповрежденным легким (из!за снижения так на! зываемых маятникообразных перемещений воздуха между спавшимся и расправленным легким). При закрытом пневмо! тораксе создается возможность постепенного расправления спавшегося легкого за счет сорбционных свойств плевральных листков, желательно также искусственное отсасывание воз!

душного пузыря.

Механизм вдоха и выдоха. Дыхательный цикл включает вдох, выдох и паузу между ними. Длительность дыхательного цикла – 2,5–7 с. Длительность вдоха у большинства людей короче длительности выдоха. Длительность паузы между вдо! хом и выдохом очень изменчива и может отсутствовать.

Для развития вдоха необходимо, чтобы в инспираторном (активирующем вдох) отделе дыхательного центра в продолго! ватом мозге возник залп нервных импульсов, которые по нис! ходящим путям передаются в шейный отдел спинного мозга (сегменты С3–С5) к диафрагмальным мотонейронам и в груд! ной отдел – к мотонейронам межреберных нервов. После пе!

341

реключения на эти нейроны импульсация передается по диа! фрагмальному и межреберным нервам и вызывает сокраще! ние диафрагмальной и наружных межреберных мышц. Это приводит к расширению грудной клетки за счет опускания ку! пола диафрагмы (рис. 10.1) и движения ребер. В результате давление в плевральной щели уменьшается (на 6–20 мм рт.ст. в зависимости от глубины вдоха), транспульмональное давле! ние возрастает, превышает эластическую тягу легких и они расширяются. Расширение легких приводит к снижению дав! ления воздуха в альвеолах (при спокойном вдохе оно становит! ся ниже атмосферного на 2–3 мм рт.ст.) и воздух по градиенту давления поступает в легкие. При этом объемная скорость воздушного потока в дыхательных путях (Q) будет прямо про! порциональна градиенту давления (Р) между атмосферой и альвеолами и обратно пропорциональна сопротивлению (R) дыхательных путей для тока воздуха:

Q = Р/R.

При усиленном вдохе кроме диафрагмальной и наружных межреберных мышц сокращаются лестничные, большие и ма! лые грудные, шейные и разгибающие позвоночник мышцы.

Механизм выдоха отличается тем, что спокойный выдох происходит пассивно за счет сил, накопленных при вдохе. По! сле расслабления мышц вдоха объем грудной клетки начинает уменьшаться под влиянием следующих факторов: 1) эласти! ческой тяги легких (после глубокого вдоха – и эластической тяги грудной клетки); 2) силы тяжести грудной клетки, припод! нятой и выведенной из устойчивого положения при вдохе; 3) давления органов брюшной полости на диафрагму. При уси! ленном выдохе сокращаются внутренние межреберные мыш! цы и мышцы брюшного пресса и это приводит к еще большему уменьшению объема грудной клетки за счет подъема купола диафрагмы и опускания ребер.

Уменьшение объема грудной клетки способствует сниже! нию транспульмонального давления. Эластическая тяга лег! ких становится больше этого давления и легкие начинают спа! даться. Это вызывает увеличение давления воздуха в альвео! лах (оно становится на 3–4 мм рт.ст. больше атмосферного) и воздух по градиенту давления выходит из альвеол в атмосферу.

В зависимости от того, какие мышцы вносят основной вклад в обеспечение дыхательных экскурсий легких, различа!

342

ют грудной, брюшной и смешанный типы дыхания. О брюшном типе дыхания говорят в том случае, когда основной вклад в увеличение объема грудной клетки при вдохе вносит сокраще! ние диафрагмы. У мужчин и женщин, занятых тяжелым физи! ческим трудом, преобладает брюшной тип дыхания, обеспечи! вающий адекватную вентиляцию легких.

Энергия дыхательных мышц затрачивается на преодоление эластических сил (легких и грудной клетки), динамических (вязкостных) сопротивлений и силы тяжести приподнимаемых тканей.

Величина работы (W), затрачиваемой на растяжение легких и их вентиляцию, рассчитывается по интегралу произведения из! менения объема (V) легких и внутриплеврального давления (P):

W= ƒPV.

10.3.Методы исследования

ипоказатели внешнего дыхания

Некоторые методы исследования внешнего дыхания.

Спирометрия – метод измерения объемов выдыхаемого воздуха с помощью прибора спирометра. Используются спи! рометры разного типа с турбиметрическим датчиком, а также водные, в которых выдыхаемый воздух собирается под колокол спирометра, помещенный в воду, и по подъему колокола опре! деляется объем выдыхаемого воздуха. В последнее время все шире применяются датчики, чувствительные к изменению объемной скорости воздушного потока, подсоединенные к компьютерной системе. В частности, на этом принципе рабо! тает компьютерная система, называемая “Спирометр МАС!1”. Эта система выпускается в Минске. Она позволяет проводить не только спирометрию, но и спирографию, а также пневмота!

хографию.

Спирография – методика непрерывной регистрации объемов вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Получаемую при этом графическую кривую называют спирограммой (рис. 10.2). По спирограмме можно определить не только жизнен! ную емкость легких и дыхательные объемы, но и частоту ды! хания, а также произвольную максимальную вентиляцию легких.

343

Рис. 10.2. Гистограмма легочных объемов и емкостей со спирограммой. Объяснение в тексте.

Рис. 10.3. Кривая поток – объем здорового и больного человека (пунктир) с обструктивными нарушениями в мелких бронхах

Пневмотахография – методика непрерывной регистрации объемной скорости потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Существует также много других методов исследования рес! пираторной системы. Среди них: плетизмография грудной клетки, прослушивание звуков грудной клетки, рентгеноско! пия и рентгенография, определение содержания кислорода и углекислого газа в потоке выдыхаемого воздуха и др. Некото!

рые из этих методов будут рассмотрены ниже.

Объемные и потоковые показатели внешнего дыхания.

Эти показатели рассчитываются по специальным формулам.

Легочные объемы и емкости. Соотношение величин ле! гочных объемов и емкостей представлено на рис.10.3.

При исследовании внешнего дыхания используются следу! ющие показатели и их аббревиатуры:

344

Общая емкость легких (ОЕЛ) – объем воздуха, находя! щийся в легких после максимально глубокого вдоха.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – объем воздуха, ко! торый может выдохнуть человек при максимально глубоком медленном выдохе, сделанном после максимального вдоха. В последнее время в связи с внедрением пневмотахографиче! ской техники все чаще определяют так называемую форсиро! ванную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ). При определе! нии ФЖЕЛ пациент должен после максимально глубокого вдоха сделать максимально глубокий форсированный выдох. При этом выдох должен производиться с усилием, направлен! ным на достижение максимальной объемной скорости выдыха! емого воздушного потока на протяжении всего выдоха. Ком! пьютерный анализ такого форсированного выдоха позволяет рассчитать до 30 показателей внешнего дыхания.

Индивидуальную норму величины ЖЕЛ называют должной жизненной емкостью легких (ДЖЕЛ). Ее рассчитывают на ос! нове учета роста, массы тела, возраста, пола по формулам и таблицам. Для женщин 18–25!летнего возраста расчет мож! но вести по формуле

ДЖЕЛ = 3,8 Р + 0,029 В – 3,190;

для мужчин того же возраста:

ДЖЕЛ = 5,8 Р + 0,085 В – 6,908,

где Р – рост в метрах; В – возраст в годах; ДЖЕЛ – объем в литрах. В зависимости от перечисленных факторов пределы показателя должной ЖЕЛ близки к 3–6 л. Величина измерен! ной ЖЕЛ считается пониженной, если это снижение состав! ляет не менее 20% от уровня ДЖЕЛ.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) – воз! дух, остающийся в легких после спокойного выдоха. Эта ем! кость состоит из остаточного объема легких (ООЛ) и резерв! ного объема выдоха (РОвыд).

Если для показателя внешнего дыхания применяют назва! ние емкость, то это значит, что в состав такой емкости входят более мелкие подразделения, называемые объемами. Напри! мер, ОЕЛ состоит из 4 объемов, ЖЕЛ – из 3 объемов.

Дыхательный объем (ДО) – это объем воздуха, поступа! ющий в легкие или удаляемый из них за один дыхательный цикл. Этот показатель называют также глубиной дыхания.

345

В состоянии покоя у взрослого человека ДО составляет 300– 800 мл (15–20% от величины ЖЕЛ). У месячного ребенка ДО – 30 мл, у годовалого – 70 мл, у десятилетнего – 230 мл. Если глубина дыхания больше нормы, то такое дыхание назы! вают гиперпноэ – избыточное, глубокое дыхание, если же ДО меньше нормы, то применяют название олигопноэ – недоста! точное, поверхностное дыхание. При нормальной глубине и частоте дыхания его называют эупноэ – нормальное, доста! точное дыхание. Нормальная частота дыхания в покое у взрослых составляет 8–20 дыхательных циклов в минуту, у месячного ребенка – около 50, у годовалого – 35, десятилет! него – 20 циклов в минуту.

Резервный объем вдоха (РОвд) – объем воздуха, который человек может вдохнуть при максимально глубоком вдохе, сде! ланном после спокойного вдоха. Величина РОвд в норме со! ставляет 50–60% от величины ЖЕЛ (2–3 л).

Резервный объем выдоха (РОвыд)– максимальный объем воздуха, который человек может выдохнуть при максимально глубоком выдохе, сделанном после спокойного выдоха. В норме величина РОвыд 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 (20–35% от ОЕЛ). У лиц пожилого возраста величина ООЛ нарастает из!за уменьшения эластической тяги легких, проходимости бронхов, снижения силы дыхательных мышц и подвижности грудной клетки.

В газообмене принимает участие не весь атмосферный воз! дух, поступающий в дыхательную систему при вдохе, а лишь тот, который доходит до альвеол, имеющих достаточный уро! вень кровотока в окружающих их капиллярах. В связи с этим выделяют так 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 использовать АМП, а величина его не указана, принимают АМП равное 150 мл).

346

Физиологическое мертвое пространство (ФМП) – объем атмосферного воздуха, поступающий в дыхательные пу! ти и легкие и не принимающий участие в газообмене. ФМП больше анатомического мертвого пространства, так как вклю! чает его как составную часть. Кроме воздуха, находящегося в дыхательных путях, в состав ФМП входит воздух, поступаю! щий в легочные альвеолы, но не обменивающийся газами с кровью из!за отсутствия или нарушения 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 вели! чины свыше 35% может свидетельствовать о ряде опасных заболеваний.

В медицинской практике важно учитывать фактор мертвого пространства при конструировании приборов для дыхания (высотные полеты, подводное плавание, противогазы), прове! дении ряда диагностических и реанимационных мероприятий. При дыхании через трубки, маски, шланги к дыхательной сис! теме человека подсоединяется дополнительное мертвое про! странство и при большом его объеме, несмотря на возрастание глубины дыхания, вентиляция альвеол атмосферным воздухом может стать недостаточной.

Минутный объем дыхания (МОД) – объем воздуха, про! ходящий через легкие за 1 мин. Для определения МОД доста! точно знать глубину (ДО) и частоту (ЧД) дыхания:

МОД = ДО ЧД.

В покое МОД составляет 4–6 л/мин. Этот показатель час! то называют также вентиляцией легких (следует отличать от альвеолярной вентиляции).

Альвеолярная вентиляция (АВ) – объем атмосферного воздуха, поступающий в легочные альвеолы за 1 мин. Для рас! чета альвеолярной вентиляции надо знать величину мертвого пространства (МП). Если она не определена эксперименталь! но, то для расчета берут МП = 150 мл. Для расчета альвеоляр! ной вентиляции можно пользоваться формулой

АВ = (ДО – МП) ЧД.

Например, если глубина дыхания у человека 650 мл, а час! тота дыхания 12 в 1 мин, то АВ = (650 – 150) 12 = 6000 мл.

347

Максимальная вентиляция легких (МВЛ) – максималь! ный объем воздуха, который может быть провентилирован че! рез легкие человека за 1 мин. МВЛ может быть определена при произвольной гипервентиляции в покое (дышать макси! мально глубоко и часто в покое допустимо не более 15 с). С по! мощью специальной техники можно определить МВЛ во вре! мя выполнения интенсивной физической работы. В зависи! мости от конституции и возраста человека норма МВЛ нахо!

дится в границах 40–170 л/мин.

Потоковые показатели внешнего дыхания. Кроме легочных объемов и емкостей, а также показателей вентиля! ции легких в оценке состояния дыхательной системы имеют значение так называемые потоковые показатели внешнего дыхания. Простейшим методом определения одного из них – пиковой объемной скорости выдоха (ПОС), является пикфлоу! метрия. Пикфлоуметры – простые и вполне доступные по сто! имости приборы. Многие пациенты с заболеваниями дыха! тельных путей приобретают их для домашнего пользования.

Пиковая объемная скорость выдоха (ПОС) – макси! мальная объемная скорость потока выдыхаемого воздуха, до! стигнутая в процессе выдоха форсированной жизненной ем! кости легких.

В условиях медицинского стационара все большее распро! странение получают пневмотахографы с компьютерной обработ! кой получаемой информации. Приборы подобного типа позволя! ют на основе непрерывной регистрации объемной скорости воздушного потока в ходе выдоха форсированной жизненной емкости рассчитать до 30 показателей внешнего дыхания. Чаще всего определяются: ПОС, максимальные объемные скорости воздушного потока в момент выдоха 25, 50, 75 % ФЖЕЛ, назы! ваемые соответственно показателями МОС25, МОС50, МОС75.

Популярно также определение объема форсированного выдоха за вре! мя, равное 1 с – ФЖЕЛ1. На основе этого показателя рассчитывается тест Тиффно – выраженное в процентах отношение ФЖЕЛ1 к ЖЕЛ. Регистрируется также кривая, отражающая изменение объемной скорости воздушного потока в процессе форсированного выдоха (рис. 10.3). При этом по вертикали отображается объемная скорость (л/с), по гори! зонтали – процент выдыхаемой ФЖЕЛ. На таком графике вершина кри! вой указывает величину ПОС, проекция момента выдоха 25 % ФЖЕЛ на кривую характеризует МОС25, проекция 50% и 75% ФЖЕЛ соответ! ствует величинам МОС50 и МОС75. Диагностическую значимость имеют

348

не только отдельные точки, но и весь ход кривой. Ее часть, соответствую! щая 0–25% выдыхаемой ФЖЕЛ, отражает проходимость для воздуха крупных бронхов, трахеи и верхних дыхательных путей, участок от 50 до 85% ФЖЕЛ – проходимость дистальных бронхов и бронхиол. Прогиб на нисходящем участке кривой в области выдоха 75–85% ФЖЕЛ (рис. 10.3) указывает на снижение проходимости мелких бронхов и бронхиол.

Перечисленные объемные и потоковые показатели используются для заключения о состоянии системы внешнего дыхания. В диагностических системах используются четыре варианта первичной характеристики со! стояния системы внешнего дыхания: норма, обструктивные нарушения, рестриктивные нарушения, смешанные нарушения (сочетание обструк! тивных и рестриктивных нарушений).

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

Обструктивные нарушения – это увеличение аэродинамического сопротивления дыхательных путей для воздушного потока. Вместо этого определения часто применяется трактовка: обструктивные нарушения – это снижение проходимости дыхательных путей. Такие нарушения могут происходить из!за повышения тонуса гладких мышц нижних дыхательных путей, наличия гипертрофии слизистых оболочек, скопления слизи, гноя, наличия опухолей, нарушения регуляции проходимости верхних дыха! тельных путей и других факторов.

О наличии обструктивных изменений системы внешнего дыхания су!

дят по снижению: ПОС, ФЖЕЛ1, МОС25, МОС50, МОС75, МОС25–75, МОС75–85, величины теста Тиффно и МВЛ. Показатель теста Тиффно в норме составляет 70–85%, снижение его до 60% расценивается как

умеренное нарушение, а до 40% – как резко выраженное нарушение проходимости бронхов. Кроме того, при обструктивных нарушениях уве! личиваются такие показатели, как остаточный объем, функциональная остаточная емкость и общая емкость легких.

Рестриктивные нарушения – это уменьшение расправления лег! ких при вдохе, снижение дыхательных экскурсий легких. Это может про! исходить из!за снижения растяжимости легких, наличия спаек, скопле! ния в плевральной полости жидкости, гноя, крови.

Наличие рестриктивных изменений системы внешнего дыхания опре! деляют по снижению ЖЕЛ (не менее 20% от должной величины) и уменьшению МВЛ (неспецифический показатель), а также по снижению растяжимости легких и (в ряде случаев) по возрастанию (более 85%) по! казателя индекса Тиффно. При рестриктивных нарушениях уменьшают! ся общая емкость легких, функциональная остаточная емкость и оста! точный объем.

349

Заключение о смешанных (обструктивных и рестриктивных) наруше! ниях системы внешнего дыхания делается при одновременном наличии снижения вышеперечисленных потоковых и объемных показателей.

Работа дыхания. Для осуществления вентиляции легких необходимо затрачивать работу. Она выполняется за счет си! лы сокращения мышц и расходуется на преодоление: 1) элас! тических сопротивлений легких и грудной клетки – 60–80% от всех затрат, 2) динамических (вязкостных) сопротивлений (до 80% этих сопротивлений создается сопротивлением дыха! тельных путей потоку воздуха и до 20% – вязкостным сопро! тивлением тканей, связанным с их деформацией), 3) инерци! онных сопротивлений (затраты энергии на ускорение движе! ния тканей грудной и органов брюшной полости – 1–3% всех энергетических затрат).

Затраты кислорода на спокойное дыхание составляют 2– 5% от общего потребления кислорода. При усиленном дыха! нии эти затраты могут увеличиваться до 30%, а у людей с забо! леванием легких и дыхательных путей – до 60%.

10.4. Газообмен в легких

Газообмен в легких ведется между воздухом легочных альве! ол и кровью в капиллярах малого круга кровообращения. Для понимания механизмов газообмена необходимо знать газовый состав обменивающихся между собой сред и свойства альвеоло!

капиллярной мембраны, через которую идет газообмен.

Состав альвеолярного и выдыхаемого воздуха. Состав ат! мосферного, альвеолярного (содержащегося в легочных аль! веолах) и выдыхаемого воздуха представлен в табл. 10.1.

Таблица10.1. Процентный состав воздуха

На основе определения процентного содержания газов в альвеолярном воздухе рассчитывают их парциальное давление

(р). При расчетах давление водяного пара в альвеолярном га!

350