Статические и динамические показатели внешнего дыхания

Внешнее дыхание может быть охарактеризовано статическими показателями и динамическими. Первые дают представление о резервных возможностях дыхания, вторые – о состоянии вентиляции и газообмена в легких.

Объем воздуха в легких и дыхательных путях зависит от конституционально-антропологических и возрастных характеристик человека, свойств легочной ткани, поверхностного натяжения альвеол, а также силы, развиваемой дыхательными мышцами.

К статическим относят легочные объемы и емкости (рис.1.9):

1. Дыхательный объем (ДО) – это объем воздуха, поступающий в легкие и удаляемый из них за один дыхательный цикл

У взрослого человека ДО составляет 300-800 мл (15-20% от величины ЖЕЛ) В среднем около 500 мл. Экспираторный объем несколько меньше инспираторного, поскольку кислорода поглощается больше, чем выделяется углекислого газа (соответственно 250 и 200 мл в минуту). ДО называют также глубиной дыхания. Если глубина дыхания больше нормы, то такое дыхание называют гиперпноэ – избыточное, глубокое дыхание, если ДО меньше нормы – олигопноэ, при нормальной глубине и частоте дыхания его называют эупное – нормальное дыхание.

2. Резервный объем вдоха (РО_вд) – объем воздуха, который человек может вдохнуть дополнительно после спокойного вдоха. Величина РО_вд в норме составляет 1500-2500 мл (50-60% от величины ЖЕЛ).

3. Резервный объем выдоха (РО_выд) – объем воздуха, который человек может максимально выдохнуть после спокойного выдоха. Величина РО_выд в норме составляет 1000 -1500 мл (20-35% от величины ЖЕЛ).

4. Остаточный объем (ОО) – объем воздуха, который остается в дыхательных путях и легких после максимального глубокого выдоха. Его величина составляет 1,0-1,5 л (20-30% от ОЕЛ).

В пожилом возрасте величина ОО нарастает из-за уменьшения эластической тяги легких, проходимости бронхов, снижения силы дыхательных мышц и подвижности грудной клетки. В возрасте 60 лет он уже становиться около 45 % от ОЕЛ.

 

Даже при открытом пневмотораксе после выхождения большей части ОО, называемой «коллапсным объемом», в спавшихся легких остается некоторое количество воздуха - минимальный объем. Этот воздух находится в “воздушных ловушках”, образующихся в результате того, что часть бронхиол спадается раньше альвеол. Это используется в судебной экспертизе для решения вопроса о том, дышал ли ребенок после рождения. Если да, то его легкие не тонут в воде.

Из легочных объемов формируются емкости:

1. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – это наибольший объем воздуха, который может выдохнуть человек при максимально глубоком медленном выдохе, сделанном после максимального вдоха. Величина ЖЕЛ составляет 3-6 литров, она складывается из дыхательного объема и резервных объемов вдоха и выдоха.

ЖЕЛ = ДО + РО_вд + РО_выд

ЖЕЛ является показателем подвижности легких и грудной клетки. Зависит от:

- функционального состояния организма;

- возраста - в процессе онтогенеза уменьшается, особенно после 50 лет;

Старческая инволюция легких. С возрастом закономерно снижается эластичность легочной ткани, наступает старческая эмфизема, перерастяжение альвеолярных ходов альвеол, склероз соединительнотканных прослоек между дольками. Сглаживается ячеистый рисунок легких. После 50 лет ЖЕЛ снижается (ограничивается подвижность реберных стенок и диафрагмы, окостенение реберных хрящей).

- пола - у женщин на 25% меньше, чем у мужчин;

- роста - ЖЕЛ(л) = k ´ рост (м) (k для мужчин - 2,5, для женщин - 2,0);

- положения тела в пространстве - в вертикальном несколько больше, чем в горизонтальном;

- степени тренированности - у спортсменов величина ЖЕЛ резко возрастает и может достигать 6-7 литров.

Так как легочные объемы зависят от возраста, роста, веса, пола, то для суждения о соответствии полученных показателей нормальным величинам их сравнивают с так называемыми должными величинами (индивидуальная нормальная величина ЖЕЛ).Должные величины были получены в результате обработки большого числа измерений, проведенных на здоровых людях и установления корреляционных связей этих величин с возрастом, ростом и другими показателями. Должные величины могут быть представлены в виде таблиц, номограмм и рассчитаны по формулам.

Должная величина ЖЕЛ (ДЖЕЛ) по формуле Людвига:

для женщин ЖЕЛ = 3,8 ´ Р + 0,029 ´ В – 3,190;

для мужчин ЖЕЛ = 5,8 ´ Р + 0,085 ´ В – 6,908,

где Р -рост; В –возраст (годы)

Величина измеренной ЖЕЛ считается пониженной, если это снижение составляет более20% от уровня ДЖЕЛ

2. Резервная емкость вдоха (РЕВ_д) – это максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после обычного выдоха. Эта емкость состоит из дыхательного объема легких и резервного объема вдоха: РЕВ_д = ДО + РОВ_д

3. Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) – это количество воздуха, остающееся в легких после спокойного выдоха. Эта емкость состоит из остаточного объема легких и резервного объема выдоха:

ФОЕ = РОВ_ыд + ОО

ФОЕ имеет важное физиологическое значение, поскольку выравнивает колебания содержания О₂ и СО₂ в альвеолярной смеси газов, которые могли бы быть вызваны сменой фаз дыхательного цикла. Это определяется тем, что при вдохе к альвеолам поступает дыхательный объем за вычетом объема анатомического мертвого пространства. К последнему относят воздухоносные пути, в которых не происходит газообмен, - от полости носа до 22 поколения дихотомического деления бронхов. Его объем равен 100-200 мл, в среднем 2 мл на кг массы тела, т.е. 150 мл при массе 75 кг. Эта порция (500-150=350 мл) смешивается с воздухом, содержащимся в легких, количество которого в среднем у молодых людей составляет 2,4 л, у пожилых 3,4 л. Поэтому при вдохе обновляется лишь 1/7 часть смеси газов в альвеолах. В результате ее состав существенно не изменяется. Следовательно, ФОЕ обеспечивает постоянство состава альвеолярной газовой смеси, что необходимо для эффективного протекания газообмена в легких. ФОЕ можно измерить только непрямыми методами - разведения гелия, вымывания азота, интегральной плетизмографии.

4. Общая емкость легких – это количество воздуха, которое содержится в них на высоте максимального вдоха. Складывается из ЖЕЛ и ОО. У взрослого человека составляет 4,2-6,0 л.

Легочные объемы, за исключением ОО, как и ЖЕЛ и РЕВ_д, могут быть измерены с помощью спирометрии и пневмотахометрии. В последнем случае регистрируют не сами объемы, а объемную скорость струи воздуха.

Мертвое пространство.

Различают:

* анатомическое;

* функциональное (физиологическое).

Анатомическое мертвое пространство - объем воздухоносных путей, в которых не происходит газообмена (носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы, альвеолярные ходы).

Физиологическая роль его заключается в:

* очищение воздуха (слизистая оболочка улавливает мелкие частицы пыли, бактерии).

* Увлажнение воздуха (секрет железистых клеток эпителия).

* Согревание воздуха (t⁰ выдыхаемого воздуха приблизительно равна 37^оС).

Объем анатомического мертвого пространства в среднем равен 150 мл (140 - 170 мл).

Следовательно, из 500 мл дыхательного объема в альвеолы поступит только 350 мл. Объем альвеолярного воздуха равен 2500 мл. Коэффициент легочной вентиляции при этом равняется 350: 2500 = 1/7, т.е. в результате 1 дыхательного цикла обновляется только 1/7 воздуха ФОЕ или полное обновление его происходит в результате не менее 7 дыхательных циклов.

Функциональное мертвое пространство - участки дыхательной системы, в которых не происходит газообмена, т. е. к анатомическому мертвому пространству добавляются такие альвеолы, которые вентилируются, но не перфузируются кровью.

В норме таких альвеол немного и поэтому в норме объем анатомического и функционального мертвого пространства совпадает.

К динамическим показателям внешнего дыхания относятся:

1. Легочная вентиляция (ЛВ) – характеризуется минутным объемом дыхания (МОД), т.е. количеством воздуха, вентилируемым за 1 мин. МОД зависит от ДО и частоты дыхания ЧД), которая у взрослого человека в среднем составляет 14 в 1 мин (от 10 до 18), у новорожденного - 40-60 в 1 мин

МОД = ДО ´ ЧД

При ДО = 500 мл и ЧД = 14 в мин МОД равен 7 л. При физической нагрузке он может увеличиваться до 120 л

С возрастом ЛВ постепенно уменьшается. Относительное временное повышение ее происходит у детей в периоды закрепления вертикальной позы и полового созревания.

В связи с тем, что к альвеолам, как уже отмечалось, поступает не весь ДО, МОД не может характеризовать эффективность дыхания в целом. Для этого необходимо оценить альвеолярную вентиляцию.

2. Альвеолярная вентиляция (АВ) – часть МОД, достигающая альвеол. Отличается от ЛВ на величину вентиляции мертвого пространства (ВМП)

АВ = ЛВ - ВМП

МОД зависит от ДО и частоты дыхания (ЧД)

МОД = ДО ´ ЧД

ЧД у взрослого человека в среднем = 14 (12-18) в мин

У детей чаще: у грудных - 30-40 в мин

      у новорожденных - 40-55 в мин

                              1 год - 35 в мин

                            3 года - 28 в мин

                              6 лет - 26 в мин

                            14 лет - 17 в мин

Минутный объем дыхания (МОД) у человека = 500 мл х 14 = 7 литров.

Величина вентиляции регулируется так, чтобы обеспечить постоянный газовый состав альвеолярного воздуха, так при физической нагрузке МОД достигает 120 л/мин.

Сравним эффективность дыхания 2-х испытуемых, у которых

МОД (одинаков) = 6000 мл

1-й испытуемый 2-й испытуемый

ЧД в 1 мин 15           20