3. Неэластическое сопротивление

Сопротивление дыхательных путей газовому потоку

Газовый поток в легких может быть ламинарным и турбулентным. Ламинарный поток можно пред­ставить состоящим из концентрических газовых цилиндров, движущихся с различной скоростью; скорость наиболее высока в центре и постепенно снижается к периферии. Для ламинарного потока существует следующая зависимость:

Поток = Градиент давления/Raw, где R_avv — сопротивление дыхательных путей.

8 х Длина х Вязкость газа^Raw~ п х (Радиус)⁴ '

Для турбулентного потока характерно беспоря­дочное движение молекул газа по ходу его переме­щения в дыхательных путях. Математическое опи­сание турбулентного потока значительно сложнее, чем ламинарного:

Плотность газа

Градиент давления = Поток х ——-———-——.

Радиус

Сопротивление — величина не постоянная, оно воз­растает пропорционально величине газового пото­ка. Более того, сопротивление прямо пропорцио­нально плотности газа и обратно пропорционально радиусу пятой степени. Из вышеперечисленного следует, что зависимость турбулентного газового потока от радиуса дыхательных путей очень велика. Турбулентное движение возникает при высо­ких потоках, в местах острых изгибов и разветвле­ний, а также при резком изменении диаметра ды­хательных путей. Число Рейнольдса определяет, будет ли поток ламинарным или турбулентным:

Число Рейнольдса =

Линейная скорость х Диаметр х Плотность газа Вязкость газа

При низких значениях числа Рейнольдса (< 1000) поток будет ламинарным, при высоких (> 1500) — турбулентным. В норме газовый поток имеет ла­минарный характер только дистальнее мелких бронхиол (диаметром < 1 мм). В более крупных ды­хательных путях поток, вероятно, является турбу­лентным. Среди медицинских газов только гелий имеет низкую величину отношения плотность/вяз­кость, что делает его полезным при возникновении выраженных турбулентных потоков (например, в случае обструкции верхних дыхательных путей). Ингаляция гелиево -кислородной смеси снижает риск формирования турбулентного потока, а также уменьшает сопротивление дыхательных путей на фоне уже существующего турбулентного потока (табл. 22-2). В норме общее сопротивление ды­хательных путей составляет 0,5-2 см вод. ст./л/с. Наибольшее сопротивление создают бронхи сред­него калибра (до 7 генерации). Сопротивление крупных бронхов невелико из-за их большого диа­метра, а мелких бронхов — вследствие значительной суммарной площади поперечного сечения. Самые распространенные причины повышенного сопро­тивления дыхательных путей — бронхоспазм, об­струкция бронхиальным секретом и отек слизистой

ТАБЛИЦА 22-2. Физические свойства некоторых газовых смесей

Газовая смесь	Вязкость	Плотность	Плотность/ Вязкость
Кислород (100%)	1,11	1,11	1,00
N2O/O2 (70 : 30)	0,89	1,41	1,59
Гелий/О2 (80 : 20)	1,08	0,33	0,31

Значения вязкости и плотности газовых смесей выражены по отношению к воздуху. (С разрешения. Из: Nunn J. F. Applied Respiratory Physiology, 4 rd ed. Butterworths, 1993.)

(гл. 23), а также объем-зависимое и поток-зависи­мое закрытие дыхательных путей.

А. Объем-зависимое закрытие дыхательных путей. При малых объемах легких отсутствие ра­диальной эластической тяги увеличивает вклад мелких дыхательных путей в формирование обще­го сопротивления; сопротивление дыхательных путей становится обратно пропорционально объе­му легких (рис. 22-8). Увеличение объема легких за счет положительного давления в конце выдоха (ПДКВ) способно уменьшить сопротивление ды­хательных путей.

Рис. 22-8. Зависимость сопротивления дыхательных путей от объема легких. (С разрешения. Из: Nunn J. F. Applied

Respiratory Physiology, 3rd ed. Butterworths, 1987.)

Б. Поток-зависимое закрытие дыхательных путей. Во время форсированного выдоха трансму-ральное давление в дыхательных путях может стать противоположным по направлению и вы­звать их закрытие (динамическая компрессия ды­хательных путей). Динамическая компрессия обусловлена двумя факторами: (1) положитель­ным внутриплевральным давлением и (2) боль­шим градиентом давления во внутригрудных ды­хательных путях из-за повышения сопротивления дыхательных путей. Последнее, в свою очередь,

связано с высоким (турбулентным) потоком газа и низкими легочными объемами. Поэтому конечный участок кривой "поток-объем" поэтому называет­ся независимым от усилия (рис. 22-9).

Участок дыхательных путей, в котором проис­ходит динамическая компрессия, называется точ­кой равного давления. Точка равного давления находится дистальнее (ниже) бронхиол одиннад­цатого порядка, где отсутствует хрящевая основа дыхательных путей. При уменьшении объема лег­ких точка равного давления смещается по направ-

Рис. 22-9. Поток газа (А) при форсированном выдохе после максимального вдоха с различным усилием и (Б) с макси­мальным усилием после вдохов различной глубины. Отметим, что окончательный поток выдоха не зависит от усилий дыхательных мышц при любом исходном объеме легких. (С разрешения. Из: Nunn J. F. Applied Respiratory Physiology, 3rd ed. Butterworths, 1987.)

лению к мелким дыхательным путям. Динамичес­кой компрессии дыхательных путей способствуют эмфизема и бронхиальная астма. Эмфизема харак­теризуется разрушением эластических тканей, обеспечивающих структурную опору мелких ды­хательных путей. При бронхиальной астме брон-хоконстрикция и отек слизистой оболочки усугуб­ляют закрытие дыхательных путей и приводят к смене знака градиента трансмурального давле­ния на противоположный (давление внутри брон­хов становится меньше, чем вокруг них). При ди­намической компрессии пациенты заканчивают выдох преждевременно или сжимают губы для по­вышения сопротивления выдоху; оба маневра по­зволяют предотвратить смену градиентов транс­мурального давления и уменьшить "захват" воздуха легкими (так называемую "воздушную ло­вушку"). Преждевременное окончание выдоха приводит к тому, что ФОБ начинает превышать нормальные значения ("ауто-ПДКВ").

В. Форсированной жизненной емкостью лег­ких называется жизненная емкость легких при мак­симально сильном и быстром выдохе. Ее измерение необходимо для оценки сопротивления дыхатель­ных путей (рис. 22-10). Важный параметр — объем, который испытуемый выдыхает за первую секунду форсированного выдоха. Отношение объема форси-

рованного выдоха за первую секунду (00B₁) к фор­сированной жизненной емкости (ФЖЕЛ) отражает степень обструкции бронхов. В норме QOB₁/ ФЖЕЛ составляет 80 %. И ОФВ_Ь и ФЖЕЛ зависят от силы выдоха, тогда как максимальная объемная скорость потока в середине выдоха (МОС₂₅_75%) °^т усилия не зависит, а потому является более досто­верным показателем обструкции.

Сопротивление тканей

Вязкоэластическое (фрикционное) сопротивление тканей газовому потоку обычно недооценивают, хотя оно может составлять половину величины об­щего сопротивления дыхательных путей. Сопро­тивление тканей — компонент неэластического со­противления.