1.9. Лёгочная вентиляция и сопротивление дыханию Лёгочная вентиляция
Лёгочная вентиляция – осреднённый за время стабильного дыхания объём вдыхаемого в единицу времени газа при давлении в легких. Лёгочная вентиляция зависит от физической и психической нагрузки, которая характеризуется энерготратами человека (см. табл. 1.5). Зависимость лёгочной вентиляции QR0 от энерготрат при дыхании негипоксической и не содержащей углекислоты газовой смесью представлена рис.1.3.
Углекислота интенсифицирует дыхание. Лёгочная вентиляция при дыхании газовой смесью, содержащей углекислоту
QR = RQR0, (1.10)
где коэффициент R в зависимости от парциального давления углекислоты рСО2 во вдыхаемом газе определяется по формуле [2, с. 20, (1.15)]
, (1.11)
где раСО2 – парциальное давление углекислого газа в альвеолах (4,7 … 5,3) кПа; рН − давление в дыхательной полости на высоте Н; рСО2 − парциальное давление углекислого газа во вдыхаемом газе.
Рис. 1.3. Зависимость легочной вентиляции QR0 от энерготрат летчика.
Эта зависимость для трех высот представлена на рис.1.4.
Чистый атмосферный воздух содержит немного углекислоты (рСО2 = 0,03 кПа) и основная причина возрастания её количества в дыхательной смеси – «мёртвое пространство КДА» и недостаточная вентиляция подшлемного пространства. Допустимо повышение парциального давления СО2 во вдыхаемом газе до 2 кПа в кислородной маске и до 1,5 кПа в гермошлеме.
Рис. 1.4. Зависимость коэффициента увеличения легочной вентиляции от парциального давления углекислоты во вдыхаемом газе на высотах (0, 7, 12) км.
Легочная вентиляция QR представляет собой объемный расход выдыхаемой газовой смеси, насыщенной водяными парами при температуре тела Тт = 310 К и при давлении в легких рН (давление на высоте Н в СА). В международной терминологии эти условия обозначаются аббревиатурой BTPS (body temperature pressure saturated). Условия, в которых газ не содержит водяных паров при давлении р0 = 101,3 кПа и температуре Т = 293 К обозначаются аббревиатурой NTPD (normal temperature pressure dry).
Для приведения
расхода QR
в условиях BTPS к расходу
Qн
в условиях NTPD запишем
уравнения газового состояния сухого
дыхательного газа в условиях NTPD
Qнр0
= GRT
и в условиях BTPS QR(рH
−
)
= GRTт.
В этих уравнениях G
и R − соответственно
массовый расход и газовая постоянная
дыхательного газа. Отсюда видно, что
справедливо равенство
.
Следовательно
. (1.12)
Осредненные экспериментальные данные о легочной вентиляции, истинном потреблении кислорода и теплопродукции человека в зависимости от напряженности его внешней работы даны в табл. 1.5.
Таблица 1.5
Параметры дыхания в зависимости от физической нагрузки
Интенсивность нагрузки |
Легочная вентиляция, л/мин |
Истинное потребление кислорода, л(н)/мин |
Теплопродукция, Вт |
Покой или очень легкая работа |
5…10 |
0,25…0,5 |
87…174 |
Легкая работа |
10…16 |
0,5…0,8 |
174…278,4 |
Средняя работа |
16…25 |
0,8…1,2 |
278,4…417,6 |
Тяжелая работа |
25…40 |
1,2…2,0 |
417,6…696 |
Очень тяжелая работа |
40…50 |
2,0…2,5 |
696…870 |
Частота дыхания зависит от нагрузки примерно следующим образом: при легкой нагрузке 12 1/мин, при средней нагрузке 16 1/мин, при тяжелой нагрузке 20 1/мин.