Каковы функции лимфы и лимфатической системы?
Ситуационные задачи
1. При каком давлении крови в левом и правом желудочке начнется изгнание, если давление в аорте 130/70 мм рт.ст., а в легочном стволе — 30/12 мм рт.ст.?
2. У пациента периодически появляются экстрасистолы без компенсаторных пауз. Что наиболее вероятно: это экстрасистолы предсердного или желудочкового происхождения? Обоснуйте ответ.
3. При артериографии руки установлено, что диаметр плечевой артерии пациента уменьшился с 6 мм до 3 мм. Во сколько раз в этих условиях при неизменных системном давлении и вязкости крови уменьшится кровоснабжение руки?
4. Во сколько раз общее сопротивление сосудов малого круга отличается от сопротивления сосудов большого круга, если в установившихся гемодинамических условиях среднее давление крови в этих системах составляет соответственно 96 мм рт.ст. и 12 мм рт.ст.?
5. Какое количество жидкости профильтруется в микроциркулятор- ном русле органа, весящего 300 г, если коэффициент фильтрации равен 0,002 мл / мм рт.ст./100 г ткани, Ргк в капиллярах 35 мм рт.ст. Р0ПЛ = 25 мм рт.ст., Р гмж = 3 мм рт.ст., Ромж = 4 мм рт.ст.?
6. Почему сердце подчиняется закону "все или ничего", а целостная скелетная мышца "закону силы"?
7 Зарисуйте, как соотносится желудочковый комплекс зубцов ЭКГ с потенциалом действия одиночного волокна правой сосочковой мышцы.
8. Рассчитайте частоту сердечных сокращений по ЭКГ, если при скорости движения ленты 25 мм / с средняя длительность интервала R—R равна 20 мм.
9. Объясните, почему при увеличении частоты сердечных сокращений ухудшаются условия обеспечения миокарда кислородом.
10. Проводится велоэргометрическое тестирование физической работоспособности пациента в возрасте 52 года. У него при нагрузке 50 Вт установилась частота сердечных сокращений J 20, при нагрузке 75 Вт - 155 уд/мин. Можно ли давать этому человеку следующую ступень нагрузки — 100 Вт? Аргументируйте ваше заключение.
Глава 10. ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ
10.1. Общая характеристика
Дыханием называют комплекс физиологических и физико- химических процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода, образование и выведение углекислого газа и получение за счет аэробного окисления органических веществ энергии, используемой для жизнедеятельности.
Одной из особенностей дыхательной системы является мощность и непрерывность ее взаимодействия с окружающей средой. Этим определяется несколько медицинских и социальных проблем.
Через дыхательные пути за 1 мин проходит от 5—6 л (в покое) до 200 л (при физической нагрузке) воздуха. При прекращении поступления воздуха в легкие из окружающей атмосферы человек может жить лишь 3 — 7 мин. В этих условиях медицинский работник должен уметь быстро, нередко в полевых условиях, оказать помощь больному.
Дыхательная система контактирует с атмосферным воздухом — подвижной и легко меняющейся средой. Воздушно-ка- пельным путем передаются разнообразные заболевания, ряд из которых носит эпидемический характер. Человечеству удалось ликвидировать или по крайней мере ограничить распространение многих эпидемических болезней. И в таком ограничении особенно эффективным становится сочетание медицинских и социальных мероприятий. Эффективность последних видна на примере того, что эпидемии холеры удалось локализовать после п°стройки в городах водопроводов. Эпидемии оспы прекратились после введения всеобщих прививок вакциной. Но до сих пор не удается достаточно эффективно ограничить распространения эпидемий гриппа и других заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем. Ограничение таких заболеваний в настоящее время возможно лишь при условии проведения разъяснительной работы медицинских работников с населением по выработке ряда простейших правил поведения. Среди них —необходимость прикрывать рот платком или марлевой повязкой при кашле; избегать толпы, не посещать свой коллектив при появлении явных признаков гриппа. Чтобы такие правила вошли в привычку, их необходимо прививать с раннего детского возраста.
Ряд проблем физиологии дыхания связан со специфическими видами человеческой деятельности: высотными полетами, пребыванием в горах, подводным плаванием, применением барокамер.
Основные этапы процесса дыхания. Комплекс физиологических и физико-химических процессов, обеспечивающих дыхание, подразделяют на пять этапов.
• 1-й этап — внешнее дыхание, или вентиляция легких; это процессы, обеспечивающие ритмическое поступление порций атмосферного воздуха в легкие и удаление альвеолярного воздуха из легких в атмосферу;
• 2-й этап диффузия газов в легких; это процессы, обеспечивающие переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и углекислого газа в обратном направлении;
• 3-й этап — транспорт газов кровью; это процессы, обеспечивающие растворение кислорода и углекислого газа в крови, связывание их гемоглобином и перенос с током крови;
• 4-й этап диффузия газов в тканях; это процессы, обеспечивающие диссоциацию оксигемоглобина в тканевых капиллярах и диффузию кислорода из крови в тканевые структуры межкапиллярных пространств, а также диффузию углекислого газа в обратном направлении, растворение и связывание с гемоглобином и связывание с бикарбонатами;
• 5-й этап — клеточное дыхание; это биохимические и физико-химические процессы, обеспечивающие аэробное окисление органических веществ с получением энергии, используемой для жизнедеятельности клетки. При этом образуется углекислый газ, вода и азотистые основания (при окислении белков).
10.2. Внешнее дыхание
Внешнее дыхание обеспечивается анатомическими структурами грудной клетки, легких, дыхательных путей и нервных центров головного и спинного мозга.
Физиологическая роль дыхательных путей. Дыхательные пути подразделяют на верхние (полости носа, носоглотка, ротовая часть глотки) и нижние (гортань, трахея, вне- и внутри- легочные бронхи). Функции дыхательных путей:
► Проведение воздуха между атмосферой и альвеолами, а также его кондиционирование.
Кондиционирование воздуха осуществляется по следующим показателям.
• Очищение воздуха от пылевых частиц. От 40 до 90% пылевых частиц оседает на слизистую оболочку верхних дыхательных путей, 10% — на слизистую нижних дыхательных путей. Эти пылевые частицы изгоняются благодаря току слизи в дыхательных путях. Движение слизи создается за счет биения ресничек мерцательного эпителия, который покрывает все дыхательные пути за исключением надгортанника и истинных голосовых связок.
Эффективность работы ресничек достигается в том случае, когда их движение происходит синхронно. Это движение, прокатываясь в виде волн по ходу дыхательных путей, создает ток слизи, которая покрывает всю эпителиальную поверхность и движется из бронхов по направлению к гортани. Из носовых полостей слизь движется по направлению к носовым отверстиям, а из носоглотки — к глотке. У здорового человека за сутки секрети- руется около 50 мл слизи. Она образуется из секрета бокаловидных клеток и слизеобразующих желез дыхательных путей, а также жидкости, фильтрующейся из кровеносных капилляров стенок бронхов и легких.
Толщина слоя слизи, покрывающего эпителий, составляет 5—7 мкм. Реснички эпителия дыхательных путей имеют длину 5 мкм и совершают 3—4 гребковых движения в секунду. При синхронном биении ресничек скорость движения слизи составляет до 20 мм/мин. Со слоем слизи могут транспортироваться частички массой до 12 мг. Механизм изгнания слизи из дыхательных путей иногда называют мукоцилиарным эскалатором (от тисо — слизь, ciliare — ресничка).
Объем изгоняемой слизи (клиренс) зависит от скорости ее образования, вязкости и эффективности работы ресничек. Каждый из этих факторов может стать ограничителем клиренса слизи. При врожденном заболевании — муковисцидозе — увеличена вязкость слизи и реснички не мо- ^т ее изгонять с достаточной скоростью. Это приводит к нарушению дыхания, повреждению и инфицированию бронхов. Такие люди не могут жить без постоянной интенсивной медицинской помощи. Под влиянием курения раньше всего нарушается процесс биения ресничек, за которым следует развитие ряда других неблагоприятных изменений в бронхоле- гочной системе.
• Согревание вдыхаемого воздуха. Воздух, поступивший в альвеолы, нагревается до температуры около 37 °С, несмотря на колебания температуры атмосферного воздуха. Выдыхаемый воздух отдает до 30% своего тепла слизистым оболочкам верхних отделов дыхательных путей.
• Увлажнение воздуха. Проходя по дыхательным путям и альвеолам, воздух на 100% насыщается водяными парами. В результате давление водяного пара (Рн2о) в альвеолярном воздухе составляет 47 мм рт.ст.
► Создание "буферного пространства" Оно возникает между атмосферой и газообменной поверхностью легких и способствует кондиционированию воздуха и поддержанию относительного постоянства состава альвеолярного воздуха, значительно отличающегося от атмосферного (на 5—6%).
Наличие рефлексогенных зон. Дыхательные пути имеют рефлексогенные зоны, осуществляющие саморегуляцию дыхания (рефлексы Геринга—Брейера и др.), носящие защитный характер (чихание, кашель, рефлекс ныряльщика), а также влияющие на состояние многих внутренних органов (сердца, половых органов, кишечника). Механизмы этих рефлексов будут рассмотрены ниже.
► Участие в фонации, генерации звуков и придании им определенной окраски.
► Влияние на водный баланс организма. Через дыхательные пути и легкие за сутки испаряется около 500 мл воды, что влияет на водный баланс организма. При испарении 1 г воды расходуется 0,58 ккал тепла. Это один из путей участия дыхательной системы в механизмах теплоотдачи.
Физиологическая роль и свойства легких. Наряду с обеспечением внешнего дыхания легкие выполняют несколько других функций, знание которых необходимо медицинскому работнику.
► Важнейшая функция легких — обеспечение газообмена между альвеолярным воздухом и кровью. Это достигается благодаря большой газообменной поверхности легких (в среднем gO м2) и большой площади кровеносных капилляров в них (70-90 м2).
► Экскреторная функция — через легкие удаляется до 200 ^етучих веществ, образовавшихся в организме или попадающих в него извне. В частности, образующиеся в организме ме- тан и ацетон, а также принятый извне этиловый спирт в значительной степени удаляются через легкие. С поверхности аль- 0еол испаряется также вода.
► Функция кондиционирования воздуха проявляется окончательным насыщением его водяными парами и очищением от пылевых частиц. До легких доходит лишь 1 —3% самых мелких пылевых частиц из содержащихся во вдыхаемом воздухе. Осевшие на стенки альвеол частицы захватываются альвеолярными макрофагами и перевариваются ими. Если макрофаги не могут переварить захваченную частицу, то они мигрируют в лимфатические капилляры и узлы, где развивается воспалительная реакция. В иммунной защите организма от инфекционных агентов, попадающих в легкие с воздухом, имеют значение образующиеся в легких и диффундирующие из крови лизоцим, интерферон, иммуноглобулины А и Ig, специфические лейкоцитарные антитела.
► Фильтрационная и гемостатическая функция — при прохождении крови через малый круг кровообращения из нее удаляются, задерживаются мелкие тромбы и эмболы. Тромбы разрушаются фибринолитической системой легких. Ими вырабатывается и попадает в кровь гепарин, влияющий на свертывание крови и ее реологические свойства.
►Депонирование крови — в легких может депонироваться до 15% объема циркулирующей крови.
►Метаболическая функция включает образование фосфолипидов (сурфактанта), синтез белков (входящих в состав коллагена и эластических волокон), выработку мукополисаха- ридов, являющихся составной частью бронхиальной слизи.
► Участие в поддержании гомеостаза биологически активных веществ. В легких ангиотензин-I превращается в высокоактивный сосудосуживающий фактор — ангиотензин-П, на
инактивируется брадикинин; захватывается и депониру- ется серотонин, а также 30% норадреналина; инактивируется и кумулируется гистамин; образуются некоторые простаглан- ЛИны. Простагландины наряду с серотонином и гистамином могут при стрессорных обстоятельствах выбрасываться g кровь и способствовать развитию шоковых реакций.
Эластическая тяга легких и грудной клетки. Эластическая тяга легких — сила, с которой легкие стремятся сжаться: 2/з эластической тяги легких обусловлено поверхностным натяжением жидкости, выстилающей альвеолы, около 30% эластическими волокнами легких и около 3% — тонусом гладкомышечных волокон внутрилегочных бронхов.
Величина эластической тяги легких (Е) обратно пропорциональна величине их растяжимости (С) и определяется по формуле
£= 1/С.
Растяжимость легких у здоровых людей составляет 200 мл/см вод.ст., она отражает увеличение объема легких (V) в ответ на возрастание транспульмонального давления (Р) на 1 см вод.ст.:
С = V/P.
При эмфиземе легких их растяжимость увеличивается, при фиброзе — уменьшается.
На величину растяжимости и эластической тяги легких сильное влияние оказывает наличие на внутриальвеолярной поверхности сурфактанта — вещества, представляющего собой смесь фосфолипидов и белков, образуемых пневмоцитами 2-го типа.
Роль сурфактанта:
1) снижает поверхностное натяжение в альвеолах и таким образом увеличивает растяжимость легких;
2) стабилизирует альвеолы, препятствует слипанию их стенок (препятствуя ателектазу);
3) снижает сопротивление диффузии газов через стенку альвеолы;
4) препятствует отеку альвеол путем снижения величины поверхностного натяжения в альвеолах;
5) облегчает расправление легких при первом вдохе новорожденного;
6) способствует активации фагоцитоза альвеолярными макрофагами и их двигательной активности.
Эластическая тяга грудной клетки создается за счет эластичности межреберных хрящей, мышц, париетальной плевры- структур соединительной ткани, способных сжиматься и расширяться. В конце выдоха сила эластической тяги грудной клетки направлена наружу (в сторону расширения грудной клетки) и максимальна по величине. При развитии вдоха она постепенно уменьшается. Когда вдох достигает 60—70% от еГо максимально возможной величины, эластическая тяга грудной клетки становится равной нулю, а при дальнейшем развитии вдоха — направлена внутрь и препятствует расширению грудной клетки. В норме растяжимость грудной клетки (Сгк) приближается к 200 мл/см вод.ст.
Общая растяжимость грудной клетки и легких (С0) вычисляется по формуле
1/С0=1/Сл+1/Сгк.
В норме величина С0 близка к 100 мл/см вод.ст.
В конце спокойного выдоха величины эластической тяги легких и грудной клетки равны, но противоположны по направленности. Они уравновешивают друг друга. В это время грудная клетка находится в наиболее устойчивом положении, которое называют уровнем спокойного дыхания и принимают за точку отсчета при различных исследованиях.
Отрицательное давление в плевральной щели и пневмоторакс. Грудная клетка образует герметичную полость, обеспечивающую изоляцию легких от атмосферы. Легкие покрывает висцеральный плевральный листок, а внутреннюю поверхность грудной клетки — париетальная плевра. Между этими листками существует щелевидное пространство, заполненное плевральной жидкостью (зачастую это пространство называют плевральной полостью, хотя полость между листками образуется лишь в особых случаях). Через микроскопический слой жидкости плевральные листки достаточно сильно сцеплены между собой и в то же время могут легко скользить вдоль друг Друга (подобно двум стеклам, приложенным друг к другу смоченными поверхностями; их трудно разъединить, но легко смекать вдоль плоскостей).
При обычном дыхании давление между плевральными листами ниже, чем атмосферное. И это состояние называют отрицательным давлением в плевральной щели.
Причины возникновения отрицательного давления в плев- Ральной щели:
1) наличие эластической тяги легких и грудной клетки;
2) наличие сорбционной способности плевральных листков, захватывающей (сорбирующей) молекулы газов из межплевральной жидкости или воздушных пузырьков, образующихся в плевральной щели при ранениях грудной клетки или при проколах ее с лечебной целью;
3) соотношение объемов грудной клетки и легочной паренхимы такое, что даже при выдохе для заполнения грудной полости легкие должны быть в растянутом состоянии.
У новорожденного относительно больше легочной паренхимы и поэтому в конце спокойного выдоха отрицательное давление в плевральной щели исчезает.
У взрослого человека в конце спокойного выдоха отрицательное давление между листками плевры составляет 3— 6 мм рт.ст. (т.е. на 3—6 мм рт.ст. меньше, чем атмосферное). Если человек находится в вертикальном положении, то в области диафрагмы величина этого давления может приближаться к нулю при сохранении отрицательного давления в области верхушек легких, так как они более растянуты. Лишь при форсированном выдохе давление в плевральной щели может стать больше атмосферного. Если же выдох производится с максимальным усилием в малое по объему замкнутое пространство, то давление в плевральной полости может превысить 100 мм рт.ст. С помощью такого измерения определяют силу дыхательных мышц выдоха.
В конце спокойного вдоха отрицательное давление в плевральной щели составляет 6—9 мм рт.ст., а при максимально интенсивном вдохе может достигать 40 мм рт.ст. и более. Если же максимальное усилие вдоха делается при перекрытии поступления воздуха из атмосферы, то отрицательное давление на короткое время (1 —3 с) достигает 40—80 мм рт.ст. По такому измерению определяют силу мышц вдоха.
При рассмотрении механики внешнего дыхания учитывается также транспульмональное давление — разность между давлением воздуха в альвеолах и давлением в плевральной щели (рис. 10.1).
Пневмотораксом называют вхождение воздуха в плевральную полость, приводящее к спадению легких. Пневмоторакс может быть односторонним и двусторонним, открытым и закрытым. При нарушении целости стенки грудной клетки с одной стороны легкое спадается только на стороне поврежДе*
V
дтмосферное давление (Р) воздуха
| ] Давление Давление \ Вьадож
| транспуль- альвеолярное мональное Легк0е
| При выдохе
| б
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 стремиться перекрыть раневое отверстие. В результате открытый пневмоторакс переводится в закрытый, улучшаются условия для дыхания неповрежденным легким (из-за снижения так называемых маятникообразных перемещений воздуха между спавшимся и расправленным легким). При закрытом пневмотораксе создается возможность постепенного расправления спавшегося легкого за счет сорбционных свойств плевральных листков, желательно также искусственное отсасывание воздушного 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 вдохом 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 нисходящим путям передаются в шейный отдел спинного мозга (сегменты СЗ—С5) кдиафрагмальным мотонейронам и в груд- н°й отдел — к мотонейронам межреберных нервов. После пе реключения на эти нейроны импульсация передается по диа- фрагмальному и межреберным нервам и вызывает сокращение диафрагмальной и наружных межреберных мышц. Это приводит к расширению грудной клетки за счет опускания купола диафрагмы (рис. 10.1) и движения ребер. В результате давление в плевральной щели уменьшается (до 6—20 мм рт.ст. в зависимости от глубины вдоха), транспульмональное давление возрастает, превышает эластическую тягу легких и они расширяются. Расширение легких приводит к снижению давления воздуха в альвеолах (при спокойном вдохе оно становится 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 пропорциональна градиенту давления (Р) между атмосферой и альвеолами и обратно пропорциональна сопротивлению (R) дыхательных путей для тока воздуха:
Q = P/R.
При усиленном вдохе кроме диафрагмальной и наружных межреберных мышц сокращаются лестничные, большие и малые грудные, шейные и разгибающие позвоночник мышцы.
Механизм выдоха отличается тем, что спокойный выдох происходит пассивно за счет сил, накопленных при вдохе. После расслабления мышц вдоха объем грудной клетки начинает уменьшаться под влиянием следующих факторов: 1) эластической тяги легких (после глубокого вдоха — и эластической тяги грудной клетки); 2)силытяжести грудной клетки, приподнятой и выведенной из устойчивого положения при вдохе; 3) давления органов брюшной полости на диафрагму. При усиленном выдохе сокращаются внутренние межреберные мышцы 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 снижению транспульмонального давления. Эластическая тяга легких становится больше этого давления и легкие начинают спадаться. Это вызывает увеличение давления воздуха в альвеолах (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, различают 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 сокращение диафрагмы. У мужчин и женщин, занятых тяжелым физическим трудом, преобладает брюшной тип дыхания, обеспечивающий 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 изменения объема (У) легких и внутриплеврального давления (Р):
W= fPV.
10.3. Методы исследования и показатели внешнего дыхания
Некоторые методы исследования внешнего дыхания. Спирометрия метод 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 "Спирометр MAC-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. Ю-2). По спирограмме можно определить не только жизненную емкость легких и дыхательные объемы, но и частоту ды- ХаНия, а также произвольную максимальную вентиляцию Легких.
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.
ОЕЛ
| 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, находящийся 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, g последнее время в связи с внедрением пневмотахографиче- ской техники все чаще определяют так называемую форсированную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ). При определении ФЖЕЛ пациент должен после максимально глубокого вдоха сделать 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 дыхания в 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 РОвд в 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 РОВЬ1Д составляет 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 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).
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 название альвеолярное 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 показатели внешнего 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 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 дыхании эти затраты могут увеличиваться до 30%, а у людей с заболеванием легких и дыхательных путей — до 60%.
10.4. Газообмен в легких
Газообмен в легких ведется между воздухом легочных альвеол 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 атмосферного, альвеолярного (содержащегося в легочных альвеолах) и выдыхаемого воздуха представлен в табл. 10.1.
Таблица! 0.1. Процентный состав воздуха
Состав воздуха
| Кислород
| Углекислый газ
| Азот
| Вода(пары)
| Атмосферный
| 20,93
| 0,03
| 78,5
| 0,5
| Альвеолярный
| 14-15
| 5-6
| 74,5
| 5,6
| Выдыхаемый
| 16-17
| 4-5
| 74,7
| 5,5
| | На основе определения процентного содержания газов в альвеолярном воздухе рассчитывают их парциальное давление (р). При расчетах давление водяного пара в альвеолярном га*
|
Зе принимают равным 47 мм рт.ст. Например, если содержание кислорода в альвеолярном газе равно 14,4%, а атмосферное давление — 740 мм рт.ст., то парциальное давление кислорода (р02) составит: р02 =[(740 - 47)/100 ] 14,4 = 99,8 мм рт.ст. g условиях покоя парциальное давление кислорода в альвеолярном газе колеблется около 100 мм рт.ст. а парциальное давление углекислого газа около 40 мм рт.ст.
Диффузия газов между альвеолами и кровью. В притекающей к легким плазме крови газы находятся в растворенном состоянии. В этом случае говорят о напряжении газов в крови, которое выражают в тех же единицах (мм рт.ст.), что и парциальное давление. В крови, поступающей в капилляры малого круга, напряжение кислорода составляет 40 мм рт.ст., а напряжение углекислого газа — 46 мм рт.ст. (рис. 10.4). Таким образом, градиент давления между альвеолярным воздухом и кровью по кислороду составляет 60 мм рт.ст. (100 мм рт.ст. в альвеолярном газе, 40 мм рт.ст. — в крови). Градиент по углекислому газу составляет 6 мм рт.ст. В притекающей крови рС02— 46 мм рт.ст., в альвеолах — 40 мм рт.ст. Эти градиенты и являются движущей силой газообмена между альвеолярным воздухом и кровью. На скорость перехода газов между альвеолярным воздухом и кровью влияют также свойства альвеоло- капиллярной мембраны, через которую идет диффузия газов: площадь диффузионной поверхности, средняя толщина мембраны (около 2 мкм), коэффициент проницаемости этой мембраны для газов. Коэффициент проницаемости через биологические мембраны для углекислого газа весьма высокий (в 25 раз выше, чем у кислорода). Поэтому диффузия углекислого газа в тканях организма и в легких идет быстро и углекислый газ, содержащийся в избытке в венозной крови, как правило, успевает выходить в альвеолярный воздух даже при некоторой недостаточности кровотока или вентиляции, в то время как обмен кислорода нарушается.
Об уровне проницаемости альвеоло-капиллярного барьера Для кислорода судят по показателю, называемому диффузионной способностью легких по кислороду (ДЛо2). В норме, когда взрослый человек находится в состоянии покоя, величина ■jT С>2 = 20—25 мл кислорода мин/мм рт.ст. Показатель диффузионной способности легких по кислороду отражает объем
Города, переходящий из альвеолярного воздуха в кровь за
Атмосфера Выдыхаемый воздух
Объем 130-175 мл Поток -1 м/с
| 02 = 20,93% С02 = 0,03% 02=16,3% С02 = 4,0% N2 = 79,04% v N2 = 79,7%
Проводящая зона I генерации бронхов 0 -16 (14-16 — конечные бронхиолы)
Переходная 17-19 = промежуточная
Респираторная 20 - 22 альв.ходы 1 23 альв. мешочки
+ \ Объем 200 мл Конвекция + у 5 ^ \ Поток -1 см/с диффузия
Диффузия """"«ч Диффузия
Альвеолярный воздух
о2 С02 N2
14,2-14,6% 5,5-5,7% 80,5% р02=100мм 40 мм 574 мм
Дата добавления: 2015-05-19 | Просмотры: 1179 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 | 83 | 84 | 85 | 86 | 87 | 88 | 89 | 90 | 91 | 92 |
|