- •Физиология человека
- •Isbn 978-985-06-1615-9© Издательство «Вышэйшая школа», 2009
- •Раздел I
- •Глава 1. Физиология, ее предмет, методология и история развития
- •1.1. Предмет физиологии и его значение в системе медицинских знаний
- •1.2. Методы физиологических исследований
- •1.3. Краткая история развития физиологии
- •5Гпубиблиотека17
- •Глава 2. 0б1щ1е закономерности осуществления и регуляции физиологических функций
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Нервно-гуморальная регуляция функций организма
- •Глава 3. Физиология эндокринной системы
- •3.1. Общая характеристика эндокринной системы
- •3.2. Физиологическая роль эндокринной системы
- •3.3. Гипоталамо-гипофизарная система
- •3.4. Щитовидная железа
- •3.5. Паращитовидные железы
- •3.6. Шишковидная железа
- •3.7. Надпочечники
- •3.8. Половые железы
- •3.9. Поджелудочная железа
- •3.10. Вилочковая железа (тимус)
- •3.12. Стресс, его механизмы, способы профилактики
- •Глава 4. Физиология возбудимых тканей
- •4.2. Электрическая сигнализация в возбудимых тканях
- •Глава 5. Физиология мышц 5.1. Скелетные мышцы
- •Ситуационные задачи
- •Глава 6. Общая физиология центральной нервной системы (цнс)
- •6.2. Свойства и принципы функционирования нервных центров
- •Глава 7. Частная физиология центральной нервной системы
- •7.1. Нервные центры и методы их исследования
- •Глава 8. Физиология системы крови
- •8.5. Система регуляции агрегатного состояния крови (pack)
- •Глава 9. Физиология кровообращения
- •9.3. Лимфа и лимфообращение
- •Глава 10. Физиология дыхания
- •10.1. Общая характеристика
- •10.2. Внешнее дыхание
- •10.3. Методы исследования и показатели внешнего дыхания
- •10.4. Газообмен в легких
- •10.5. Транспорт газов кровью
- •10.6. Газообмен в тканях
- •10.7. Регуляция дыхания
- •Глава 11. Физиология пи1щеварения
- •11.5. Пищеварительная и непищеварительные функции печени
- •Глава 12. Обмен веществ и энергии. Питание
- •12.1. Обмен веществ и получение энергии
- •12. 2. Энергетические затраты организма и методы их измерения
- •Глава 13. Теплообмен организма
- •13.1. Гомойотермия как баланс теплопродукции и теплоотдачи
- •Глава 14. Физиология выделения
- •14.4. Нервная и гуморальная регуляция деятельности почек
- •14.7. Выделительные функции легких и пищеварительного тракта
- •Раздел III
- •Глава 15. Высшая нервная деятельность
- •15.1. Врожденные и приобретенные поведенческие реакции
- •Глава 16. Физиология анализаторов
- •Раздел I 4
10.3. Методы исследования и показатели внешнего дыхания
Некоторые методы исследования внешнего дыхания. Спирометрияметод 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, и по подъему колокола определяется 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 работает компьютерная система, называемая "СпирометрMAC-1" Эта система выпускается в Минске. Она позволяет проводить не только спирометрию, но и спирографию, а также пневмота- хографию.
Спирографияметодика непрерывной регистрации объемов вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Получаемую при этом графическую кривую называют спирограммой (рис. Ю-2). По спирограмме можно определить не только жизненнуюемкость легких и дыхательные объемы, но и частоту ды-ХаНия, а также произвольную максимальную вентиляциюЛегких.
Рис. 10.2. Гистограмма легочных объемов и емкостей со спирограм}|рй. 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 респираторной системы. Среди них: плетизмография грудной клетки, прослушивание звуков грудной клетки, рентгеноскопия и рентгенография, определение содержания кислорода и углекислого газа в потоке выдыхаемого воздуха и др. Некоторые из этих методов будут рассмотрены ниже.
Объемные и потоковые показатели внешнего дыхания. Эти показатели расчитываются по специальным формулам.
Легочные объемы и емкости.Соотношение величин легочных объемов и емкостей представлено на рис. 10.3.
Вдох
Выдох
Спирограмма |
ЖЕЛ |
РОвд |
|
|
|
до |
|
4-9л |
|
3<W |
ФОЕ |
ООЛ |
|
|
При исследовании внешнего дыхания используются следующие показатели и их аббревиатуры:
Общая емкость легких(ОЕЛ) — объем воздуха, находящийсяв легких после максимально глубокого вдоха.
Жизненная емкость легких(ЖЕЛ) — объем воздуха, ко-торыйможет выдохнуть человек при максимально глубоком медленном выдохе, сделанном после максимального вдоха,g последнее время в связи с внедрением пневмотахографиче-скойтехники все чаще определяют так называемую форсированнуюжизненную емкость легких (ФЖЕЛ). При определении ФЖЕЛ пациент должен после максимально глубокоговдохасделать максимально глубокий форсированный выдох. При этом выдохдолжен производиться с усилием, направленным на достижение максимальной объемной скорости выдыхаемого воздушного потока на протяжении всего выдоха. Компьютерный анализ такого форсированного выдоха позволяет рассчитать до 30 показателей внешнего дыхания.
Индивидуальную норму величины ЖЕЛ называют должной жизненной емкостью легких (ДЖЕЛ). Ее рассчитывают на основе учета роста, массы тела, возраста, пола по формулам и таблицам. 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:
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 измеренной ЖЕЛ считается пониженной, если это снижение составляет не менее 20 % от уровня ДЖЕЛ.
Функциональная остаточная емкость(ФОЕ) — воз- Дух, остающийся в легких после спокойного выдоха. Эта емкость состоит из остаточного объема легких (ООЛ) и резервного объема выдоха (РОВЬ]Д).
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 4 объемов, ЖЕЛ — из 3 объемов.
Дыхательный объем(ДО) — это объем воздуха, поступавший в легкие или 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). У месячного ребенка ДО — 30 мл, у годовалого — 70 мл, у десятилетнего — 230 мл. Если глубина дыхания больше нормы, то такое дыхание называют гиперпноэ —избыточное, глубокое дыхание, если же ДО меньше нормы, то применяют название олигопноэ— недостаточное, поверхностное дыхание. При нормальной глубине и частоте дыхания его называют эупноэ —нормальное, достаточное дыхание. Нормальная частота дыханияв покое у взрослых составляет 8—20 дыхательных циклов в минуту, у месячного ребенка — около 50, у годовалого — 35, десятилетнего — 20 циклов в минуту.
Резервный объем вдоха(РОвд) — объем воздуха, который человек может вдохнуть при максимально глубоком вдохе, сделанном после спокойного вдоха. Величина РОвдв норме составляет 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 РОВЬ1Дсоставляет 20—35% от ЖЕЛ (1-1,5л).
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 воздух, поступающий в дыхательную систему при вдохе, а лишь тот, который доходит до альвеол, имеющих достаточный уровень 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 ивозможен газообмен). Величина АМП составляет 140—260 мл изависит от особенностей конституции человека (при решении задач, в которых необходимо использовать АМП,а величина его не указана, принимают АМП равное 150 мл).
Физиологическое мертвое пространство(ФМП) объем атмосферного воздуха, поступающий вдыхательные пути и легкие и не принимающий участие в газообмене. ФМП больше анатомического мертвого пространства, так как включает его как составную часть. Кроме воздуха, находящегося вдыхательных путях, в состав ФМП входит воздух, поступающий в легочные альвеолы, но не обменивающийся газами с кровью из-за отсутствия или нарушения кровотока в этих альвеолах (для этого воздуха иногда применяется названиеальвеолярное мертвое пространство).В норме величина функционального мертвого пространства составляет 20—35% от величины дыхательного объема. Возрастание этой величины 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), проведении ряда диагностических и реанимационных мероприятий. Придыхании через трубки, маски, шланги к дыхательной системе человека подсоединяется дополнительное мертвое пространство и при большом его объеме, несмотря на возрастание глубины дыхания, вентиляция альвеол атмосферным воздухом может стать недостаточной.
Минутный объем дыхания(МОД) — объем воздуха, проходящий через легкие за 1 мин. Для определения МОД достаточно знать глубину (ДО) и частоту (ЧД) дыхания:
МОД = ДОЧД.
В покое МОД составляет 4—6 л/мин. Этот показатель часто называют также вентиляцией легких(следует отличать от альвеолярной вентиляции).
Альвеолярная вентиляция(АВ) — объем атмосферного воздуха, поступающий в легочные альвеолы за 1 мин. Для расчета альвеолярной вентиляции надо знать величину мертвого пространства (МП). Если она не определена экспериментально, то для расчета берут МП = 150 мл. Для расчета альвеолярной вентиляции можно пользоваться формулой
АВ = (ДО — МП) ЧД.
Например, если глубина дыхания у человека 650 мл, а час- т°та дыхания 12 в 1 мин, то АВ = (650 - 150) 12 = 6000 мл.
Максимальная вентиляция легких(МВЛ) — максимальный объем воздуха, который может быть провентилирован через легкие человека за 1 мин.MBJ1 может быть определена при произвольной гипервентиляции в покое (дышать максимально глубоко и часто в покое допустимо не более 15 с). С помощью специальной техники можно определить МВЛ во время выполнения интенсивной физической работы. В зависимости от конституции и возраста человека норма МВЛ находится в границах 40— 170 л/мин.
Потоковые показатели внешнего дыхания.Кроме легочных объемов и емкостей, а также показателей вентиляции легких в оценке состояния дыхательной системы имеют значение так называемые потоковые показателивнешнего дыхания. Простейшим методом определения одного из них - пиковой объемной скорости выдоха (ПОС), является пикфлоу- метрия. Пикфлоуметры — простые и вполне доступные по стоимости приборы. Многие пациенты с заболеваниями дыхательных путей приобретают их для домашнего пользования.
Пиковая объемная скорость выдоха(ПОС) — максимальная объемная скорость потока выдыхаемого воздуха, достигнутая в процессе выдоха форсированной жизненной емкости легких.
В условиях медицинского стационара все большее распространение получают пневмотахографы с компьютерной обработкой получаемой информации. Приборы подобного типа позволяют 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 вьщоха, 25, 50, 75 % ФЖЕЛ, называемые соответственно показателями МОС25, МОС50, МОС75.
Популярно также определение объема форсированного выдоха за время, 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. Ю.З). При этом по вертикали отображается объемная скорость (л/с), по гори- зонтали — процент выдыхаемой ФЖЕЛ. На таком графике вершина кривой указывает величину ПОС, проекция момента выдоха 25 % ФЖЕЛ на кривую характеризует МОС25, проекция 50% и 75% ФЖЕЛ соответствует величинам МОС50 и МОС75. Диагностическую значимость имеют
только отдельные точки, но и весь ход кривой. Ее часть, соответствующая 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 нисходяшем 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 состояния системы внешнего дыхания: норма, обструктивные нарушения, рестриктивные нарушения, смешанные нарушения (сочетание обструк- тивных и рестриктивных нарушений).
Для большинства потоковых и объемных показателей внешнего дыхания 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 дыхательных путей и других факторов.
О наличии обструктивных изменений системы внешнего дыхания судят по снижению: ПОС, ФЖЕЛ,, 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 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. Это может происходить из-за снижения растяжимости легких, наличия спаек, скопления в плевральной полости жидкости, гноя, крови.
Наличие рестриктивных изменений системы внешнего дыхания определяют 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%) показателя индекса Тиффно. При рестриктивных нарушениях уменьшают- Ся общая емкость легких, функциональная остаточная емкость и оста- Точный объем.
Заключение о смешанных (обструктивных и рестриктивных) нарушениях 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 силы сокращения мышц и расходуется на преодоление: 1) эластических сопротивлений легких и грудной клетки — 60—80% от всех затрат, 2) динамических (вязкостных) сопротивлений (до 80% этих сопротивлений создается сопротивлением дыхательных путей потоку воздуха и до 20% — вязкостным сопротивлением тканей, связанным с их деформацией), 3) иннерци- онных сопротивлений (затраты энергии на ускорение движения тканейгрудной и органовбрюшной полости— 1 —3 % всех энергетических затрат).
Затраты кислорода на спокойное дыхание составляют 2- 5% от общего потребления кислорода. При усиленном дыхании эти затраты могут увеличиваться до 30%, а у людей с заболеванием легких и дыхательных путей — до 60%.