Ado_A_D_Patologicheskaya_fiziologia

Суммарная величина работы дыхания (\Л/, где \Л/ = \Л/Ь х Т, где f — час­ тота дыхания в 1 мин) при минутном объеме дыхания около 10 л/мин со­ ставляет в среднем 0,2—0,3 кгм/мин.

При возникновении инспираторного потока движущее давление (РИс!а1) 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 (Сн з )

респираторной системы (характеристики обратной ее эластичности), ха­ рактеризующей изменение легочного объема на единицу внутрилегочного(альвеолярного)давления:

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

системы, измеренное в отсутствие потока воз­ духа, т.е. во время инспираторной паузы. Наклон кривой характеризует статическую податли­ вость респираторной сис­ темы.

В норме изменение

внутрилегочного давле­ ния на 10 см вод.ст. сопровождается измене­ нием легочного объема на 1 л, и величина Сн з сос­ тавляет 0,1 л/см вод.ст. Следовательно, для вды­ хания объема, равного 1 л, усилие дыхательных

Рис. 18.2. Работа дыхания при рестриктивных (А)

и обструктивных (Б) нарушениях вентиляции [Ъапкеп Р , 1982]

438

мышц пациента должно преодолеть давление эластической отдачи рес­ пираторной с и с т е м ы 10 см вод.ст.

При с н и ж е н и и податливости р е с п и р а т о р н о й с и с т е м ы изменение альвеолярного давления на 10 см вод.ст. приведет к изменению объема легких, равному всего л и ш ь 0,5 л, что будет соответствовать величине CR S 0,05 л/см вод.ст. В результате дыхательные мышцы для обеспечения пре­ жнего уровня альвеолярной вентиляции должны будут генерировать зна­ чительно большее давление или работать с большей частотой (рис . 18.2).

Снижение податливости респираторной системы увеличивает эла ­ стическую работу дыхания (рис . 18.2, А, темный треугольник отражает эластическую работу при дыхательном объеме 1 л и нормальной величи­ не податливости р е с п и р а т о р н о й системы, а светлый треугольник отра ­ жает повышение эластической работы дыхания при том же дыхательном объеме, но меньшей податливости р е с п и р а т о р н о й системы) .

При заболеваниях по обструктивному варианту работа дыхания уве­ личивается за счет повышения резистивного сопротивления воздушно­ му потоку (RA J, характеризующего изменение давления по ходу дыхатель­ ных путей (трансбронхиального давления) на единицу объемной скорости воздушного потока:

Rdw = ЛР/V (см вод.ст/л/с).

Если н о р м а л ь н о е с о п р о т и в л е н и е 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 п р и ­ ступа бронхиальной астмы сопротивление дыхательных путей может уве­ личиваться в 20 раз. В результате возрастает р е з и с т и в н ы й компонент работы дыхания, что о т р а ж е н о на нижней части р и с . 18.2, Б ( з а ш т р и ­ хованный сектор), где, кроме статической кривой давление — объем по­ казаны динамические кривые для дыхательного объема 1 л при нормаль­ ном и п о в ы ш е н н о м сопротивлении воздушному потоку.

При выраженном сопротивлении дыхательных путей работа дыхания может возрастать дополнительно за счет появления активного выдоха, ко­ торый в норме осуществляется пассивно, или в результате возникнове­

ние эластической отдачи р е с п и р а т о р н о й системы вследствие неполного выдоха (например, при высокой частоте дыхания), т.е. в условиях д и н а ­ мической г и п е р в о з д у ш н о с т и легких. PEEP ведет к значительному увели­ чению нагрузки на респираторный аппарат, так как в этом случае начало сокращения дыхательных м ы ш ц не совпадает с появлением инспиратор - ного потока. И н с п и р а т о р н ы й поток возникает только тогда, когда давле­ ние, развиваемое инспираторными мышцами, превысит уровень PEEP.

439

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

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

Силу диафрагмы можно оценить изолированно по величине разви­ ваемого ею трансдиафрагмального давления. Показателями утомления диафрагмы будут также снижение скорости релаксации (расслабления) диафрагмы при ее злектростимуляции или же изменение частотного спек­ тра ее электромиограммы. Клинически при этом отмечаются участие в дыхании вспомогательной мускулатуры (например, груди^оключичнососцевидной мышцы), тахипноэ, тахикардия, периодическое или затруд­ ненное дыхание (гаспинг), а также парадоксальные движения брюшной стенки. Последний феномен характеризуется втяжением передней брюш­ ной 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 свя­ зан с уменьшением податливости грудной клетки (легочного каркаса). При этом дыхательные мышцы оказываются не в состоянии обеспечить пол­ ноценные 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 меж­ позвоночных и реберно-позвоночных суставов), ожирении (при увеличе­ нии массы тела более 130 кг), а также в результате некоторых хирурги­ ческих 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 парадок­ сальное 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 пе­ чени и селезенки и т.д.).

Изменения функциональных показателей при этом характеризуют­ ся 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 по­ вышением резистивного сопротивления воздушному потоку (Р^). При этом нарушается вентиляция пораженных участков легкого, увеличива­ ется резистивная работа дыхания, а утомление и слабость дыхательных мышц могут быть результатом неустранимой обструкции ДП.

В связи с тем что сопротивление дыхательных путей (согласно зако­ ну Пуазейля) изменяется обратно пропорционально четвертой степени радиуса их просвета, даже небольшое сужение дыхательных путей мо­ жет 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 нор­ ме 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 вари­ ант обструкции носит название фиксированной. Если же просвет дыха­ тельных путей меняется во время дыхательного цикла, то воздушный по­ ток 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 — отри­ цательное внутри плевральное давление —- увеличивать их просвет (рис. 18.3).

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

Рис. 18.3. 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 дыхатель­ ных путях, их просвет увеличится и степень обструкции уменьшится.

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

Скопление большого количества секрета с измененными реологи­

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

В основе избыточного образования мокроты (гиперкринии) при хро­ ническом бронхите лежит перестройка слизеобразующего аппарата брон­ хиального дерева (бокаловидных клеток и слизистых желез), вызываемая загрязнением окружающего воздуха или чаще курением. Кроме того, об­ разование большого количества мокроты нарушает эффективность ра­ боты реснитчатого эпителия трахеи и бронхов (мукоцилиарного эскала­ тора), в норме эвакуирующего слизь из дыхательных путей со скоростью 6—20 мм/мин. При этом основным механизмом очистки дыхательных пу­ тей становится кашель.

Иногда избыточная задержка секрета вдыхательных путях является следствием нарушений, связанных с генетически обусловленной патоло­ гией, например при синдроме неподвижных ресничек (синдроме Картагенера) или легочном муковисцидозе (кистозном фиброзе). При синдро­ ме неподвижных ресничек различные генетические нарушения структуры (описано более 20) и функции реснитчатого аппарата эпителиальных кле­ ток организма (например, отсутствие в структуре ресничек нитей особо­ го белка динеина при синдроме Картагенера) ведут не только к наруше­ нию мукоцилиарного транспорта, но и к частому развитию хронического синусита, образованию бронхоэктазов, бесплодию и обратному распо­ ложению 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 о п и ­ сано более 200) о с о б о г о транспортного белка — т р а н с м е м б р а н н о г о ре­ гулятора муковисцидоза (CFTR — от англ. cystic fibrosis transmembrane regulator), который обеспечивает транспорт ионов хлора через апикаль­ ную часть мембраны эпителиальных клеток бронхов . Вследствие этого дефекта анионы хлора задерживаются в клетках, усиливают а б с о р б ц и ю катионов натрия и воды, «высушивая» слизь, продуцируемую всеми экзокринными железами организма .

Повышение тонуса гладкой мускулатуры — бронхоспазм является

основой обструкций дыхательных путей при бронхиальной астме, возни ­ кающей в ответ на воздействие аллергенов. Бронхоконстрикции, инду­ цированной выделение медиаторов (гистамин, лейкотриены), сопутствует также отек с л и з и с т о й бронхов, связанный с привлечением клеток, спо ­ собствующих воспалительной реакции.

Утолщение и фиброзные изменения бронхов, н а б л ю д а е м ы е 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 ло­ кализованной, например при сдавлении дыхательных путей извне увели­ ченным л и м ф а т и ч е с к и м узлом, опухолью, р а с ш и р е н н ы м с о с у д о м или генерализованной. Генерализованная перибронхиальная обструкция д ы ­ хательных путей возможна при эмфиземе легких, характеризующейся де­ струкцией и р а с ш и р е н и е м воздушных пространств, расположенны д и с - тальнее терминальных бронхиол . В основе ее развития лежит дисбаланс протеазно-антипротеазной системы легочной ткани, при котором умень­ шение антипротеазной (например, при врожденной недостаточности фер­ мента альфа-1 -антитрипсина) или увеличение протеазной активности (на­ пример, а к т и в а ц и и ф е р м е н т а н е й т р о ф и л ь н о й э л а с т а з ы в результате курения) ведет к разрушению эластических волокон соединительноткан ­ ного остова легких.

Основной механизм экспираторной обструкции при эмфиземе лег­ ких рассматривается на модели дыхательной системы, в которой легкие представлены эластическим ш а р о м , а дыхательные пути — открытой в атмосферу трубкой, с о д е р ж а щ е й коллабируемый сегмент При этом лег­ кие и дыхательные пути заключены в о б щ у ю камеру — гоудную клетку

(рис. 18.5).

В норме внешнее давление, оказываемое на дыхательные пути, в большой мере будет определяться плевральным давлением . Когда плев­ ральное давление становится резко положительным, например при фор­ сированном выдохе, дыхательные пути сдавливаются извне и только бла­ годаря противодействующему давлению внутри дыхательных путей они не спадаются п о л н о с т ь ю . Два основных фактора о п р е д е л я ю т уровень

внутреннего противодействующего давления в дыхательных путях: дав­

ление эластической отдачи легочной ткани и плевральное давление, сдав­ ливающие альвеолы, п о р о ж д а ю щ и е экспираторный поток.

443

Рис. 18,5. Схематическое изображение легких, демонстрирующее механизм динамической компрессии дыхательных путей.

Альвеолярнре давление складывается из двух составляющих — плеврального давления (Ppl = 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. плевраль­ ному давлению (так называемая точка равного давления). При увеличе­ нии силы выдоха и, следовательно, величины плеврального давления последнее в равной стё'пени будет влиять как на альвеолы, так и на дыха­ тельные пути, заключенные внутри грудной клетки.

Движущим давлением в этом случае становится разница давления в альвеолах и точке равного давления, т.е. давление эластической отда­ чи 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 экспи­ раторного 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 по­ тока, где он практически перестает зависеть от усилия.

При эмфиземе легких, вследствие деструкции альвеолярных пере­ городок снижается давление эластической отдачи легочной ткани или ее эластичность, т.е. способность противодействовать растяжению. След­ ствием снижения эластичности является уменьшение движущего давле­ ния, которое способствует «выталкиванию» воздуха из альвеол во время выдоха. Кроме того, снижение эластической отдачи легочной ткани спо­ собствует 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

1

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 изме­ ряются легочные объемы.

При исследовании функции внешнего дыхания выявляется обструк- нарушений со снижением показателей FVC, FEV1f отношения

FEVyFVC и MEF25 75.

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 эласти­ ческой 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 газооб­ мена (нарушения вентиляции), либо нарушается его транспорт через аль- веоло-капиллярную мембрану.

Уменьшение объема легочной ткани чаще является следствием уда­ ления одного легкого (пневмонэктомия). Резекция меньшего объема (на­ пример, лобэктомия), как правило, сопровождается развитием компен­ саторной эмфиземы оставшейся легочной ткани и не ведет к дыхательной недостаточности.

Сокращение числа функционирующих альвеол отмечается при ате­ лектазе (коллапсе) легочной ткани, пневмониях или сосудистой патоло­ гии легких (кардиогенный и некардиогенный отек легких, тромбоэмбо­ лия легочной артерии).

Например, при пневмониях заполнение части альвеол воспалитель­ ным экссудатом происходит в ответ на проникновение в них инфекцион­ ного возбудителя (чаще всего в результате его ингаляции или микроас­ пирации). 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 раз­ вивается долевая или крупозная пневмония.

Более распространенный процесс «затопления» альвеол воспали­ тельным экссудатом (содержащим большое количество плазменных бел­ ков) с образованием множества ателектазов легочной ткани, распрост­ раненным повреждением интерстиция и нарушениями диффузионной способности легких развивается при остром респираторном дистресссиндроме (ОРДС) или некардиогенном отеке легких, который служит при­ чиной наиболее тяжелой ОДН.

ОРДС чаще является следствием первичного повышения проница­ емости легочных капилляров. Их повреждение происходит в результате множественной микроэмболии сосудистого русла легких агрегатами вос­ палительных 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 белковофосфолипидного комплекса, синтезирую­ щегося альвеолоцитами II типа, в норме уменьшающего проницаемость альвеолярно-капиллярных мембран и силу поверхностного натяжения альвеол.

Эффект массивного «затопления» альвеол (с формированием гиа­ линовых мембран) нарушает как их вентиляцию, так и диффузию газов через альвеолярно-капиллярную мембрану, способствуя стойкой гипоксемии (при лечении кислородом коэффициент оксигенации Ра02 / Р1 02 < 200). При биопсии легких, проведенной через 2—3 нед после нача­ ла ОРДС, отек легких не обнаруживается. Вместо этого отмечается ин­ тенсивная воспалительная реакция, сопровождаемая обширными изме­ нениями легких и развитием распространенного фиброза.

В развитии диффузного интерстициального фиброза также предпо­ лагается участие токсичных веществ (пневмокониозы) или же экзогенных аллергенов, ингаляционно проникающих в легочную ткань (аллергичес­ кие альвеолиты). В результате развивается генерализованное воспале­ ние паренхимы легких (альвеолит, пневмонит) сучастием различных вос­ палительных 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 (трансфор­ мирующий фактор роста, тромбоцитарный фактор роста), оказывают сти­ мулирующее влияние на функцию фибробластов.

Основными следствиями фиброзирующего процесса легочной тка­ ни являются: ограничение податливости комплаенса легочной ткани и уменьшение легочных объемов, снижение диффузионной способности легочной ткани (вследствие снижения общей площади газообмена), по­ вреждение 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. Сни­ жение 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. Грани­ ца гипоксемии при этом выбрана исходя из особенностей кривой диссо­ циации оксигемоглобина (S-образная форма кривой), так как при менее выраженной гипоксемии гемоглобин практически на 90 % насыщен кис­ лородом, 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 парциаль­ ного напряжения кислорода во вдыхаемом воздухе, нарушение диффу­ зии газов через альвеолярно-капиллярную мембрану, регионарные на­ рушения 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 мо­ жет отмечаться на больших высотах в результате уменьшения баро­ метрического давления (жизнь в высокогорьях, высотные полеты), при

447