Легеневі обєми. Легенева вентиляція

 

Для дослідження функціонального стану апарата зовнішнього дихання, як у клінічній практиці, так і у фізіологічних лабораторіях широко використовують визначення легеневих об’ємів.

Розрізняють чотири положення грудної клітки, яким відповідають чотири основних об’єми легенів: дихальний, резервний об’єм вдиху, резервний об’єм видиху й залишковий об’єм.

Дихальний об’єм — кількість повітря, що людина вдихає й видихає при спокійному

диханні. Його об’єм становить 3* 10^-4 — 7 * 10^-4 м³ (300 — 700 мол.). Дихальний об’єм

забезпечує підтримку певного рівня парціального тиску кисню й вуглекислого газу в

альвеолярному повітрі, сприяючи тим самим нормальній напрузі газів в артеріальній крові.

Резервний об’єм вдиху — кількість повітря, що може бути уведена в легені, якщо слідом за

спокійним вдихом зробити максимальний вдих. Резервний об’єм вдиху рівняється 1,5 10^-3

—2* 10^-3 м³ (1500—2000 мол.). Резервний об’єм вдиху визначає здатність легенів до

додаткового розширення, необхідність у якому є при збільшенні потреби організму в

газообміні.

Резервний об’єм видиху — той об’єм повітря, що віддаляється з легенів, якщо слідом за

спокійним вдихом і видихом зробити максимальний видих. Він становить 1,5* 10^-3—2* 10^-3

м³ (1500—2000 мол.). Резервний об’єм видиху визначає ступінь постійного розтягання

легенів.

Залишковий об’єм — це об’єм повітря, що залишається в легенів після максимально глибокого

видиху. Залишковий об’єм рівняється 1* 10 ^-3 — 1,5* 10^-3 м³ (1000—1500 мол.)

повітря.

Дихальний об’єм, резервні об’єми вдиху й видиху становлять так звану життєву ємність легенів;

Життєва ємність легенів (показник зовнішнього дихання) - найглибше дихання, на яке здатний

дана людина.

Вона визначається тією кількістю повітря, що може бути вилучене з легенів, якщо після

максимального вдиху зробити максимальний видих.

Життєва ємність легенів у чоловіків молодого віку становить 3.5* 10^-3—4,8* 10^-3 м³ (3,5—4,8 л), у жінок — 3* 10^-3— 3,5 * 10^-3 м³ (3—3,5 л). Показники життєвої ємності легенів мінливі.

Вони залежать від:

а) статі, б) віку, в)росту, г) маси, д) положення тіла, є) стану дихальних м'язів,

ж) рівня збудливості дихального центра й інших факторів.

Загальна ємність легенів складається з життєвої ємності легенів і залишкового об’єму повітря.

Колапсне повітря - це мінімальна кількість повітря, що залишається в легенів після

двостороннього відкритого пневмотораксу.

Наявність колапсного повітря в легенях доводиться простим досвідом. Установлено, що

шматочок тканини легені після пневмотораксу плаває у воді, а легеня мертво-

народженого (не дихаючого) плода тоне.

 

Частота й глибина дихання може вплинути на циркуляцію повітря в легенях під час дихання або на легеневу вентиляцію.

Легенева вентиляція — кількість повітря, обмінювана за 1 хв.

За рахунок легеневої вентиляції обновляється альвеолярне повітря й у ньому підтримується парціальний тиск кисню й вуглекислого газу на такому рівні, що забезпечує нормальний газообмін.

Легеневу вентиляцію визначають шляхом множення дихального об’єму на число вдихів за 1 хв (хвилинний об’єм дихання). У дорослої людини в стані відносного фізіологічного спокою легенева вентиляція становить 6* 10^-3— 8 * 10^-3 м³ (6—8 л) за 1 хв. Визначення хвилинного об’єму дихання має діагностичне значення.

Легеневі об’єми можуть бути визначені за допомогою спеціальних приладів - спірометра й спірографа. Спірографічний метод дозволяє графічно реєструвати величини легеневих об’ємів.

 

ТРАНСПОРТ ГАЗІВ КРОВ'Ю

Ми розглянули тільки одну сторону дихального процесу - зовнішнє дихання. т. е. обмін газів між організмом і навколишнім його середовищем.

Місцем же споживання кисню й утворення вуглекислого газу є всі клітки організму, де здійснюється тихорєцьке або внутрішнє дихання. Внаслідок цього, коли мова йде про дихання у цілому, необхідно враховувати шляхи й умови переносу газів: кисню - від легенів до тканин, вуглекислого газу - від тканин до легенів. Посередником між клітками й зовнішнім середовищем є кров. Вона доставляє тканинам кисень і несе вуглекислий газ.

Рух газів з навколишнього середовища в рідину й з рідини в навколишнє середовище здійснюється завдяки різниці їхнього парціального тиску. Газ завжди дифундує із середовища, де є високий тиск, у середовище з меншим тиском. Це відбувається доти, поки не встановиться динамічна рівновага.

Простежити шлях кисню з навколишнього середовища в альвеолярне повітря, потім у капіляри малого й великого кола кровообігу й до кліток організму.

Парціальний тиск кисню в атмосферному повітрі 21,1 кпа (158 мм рт. ст.), в альвеолярному повітрі - 14,4-14,7 кпа (108-110 мм рт. ст.) і у венозній крові, що притікає до легенів,-5.33 кпа (40 мм рт. ст.). В артеріальній крові капілярів великого кола кровообігу напруга кисню становить 13,6-13,9 кпа (102-104 мм. рт.ст.), у міжтканинній рідини - 5,33 кпа (40 мм рт, ст.), у тканинах - 2,67 кпа (20 мм рт. ст.) і менше залежно від функціональної активності кліток. Таким чином, на всіх етапах руху кисню є різниця його парціального тиску, що сприяє дифузії газу.

Рух вуглекислого газу відбувається в протилежному напрямку. Напруга вуглекислого газу в тканинах, у місцях його утворення - 8,0 кпа й більше (60 і більше мм рт. ст.), в. венозної крові - 6,13 кпа (46_мм рт. ст.), в альвеолярному повітрі - 0,04 кпа (0,3 мм рт. ст.). Отже, різниця напруги вуглекислого газу по шляху його проходження є причиною дифузії газу від тканин у навколишнє середовище. Схема дифузії газів через стінку альвеол представлена на мал. 24. Однак одними фізичними закономірностями пояснити рух газів не можна. У живому організмі рівності парціального тиску кисню й вуглекислого газу на етапах їхнього руху ніколи не наступає. У легенях постійно відбувається обмін газів внаслідок дихальних рухів грудної клітки, у тканинах же різниця напруги газів підтримується безперервним процесом окислювання.

Транспорт кисню кров'ю.

Кисень у крові перебуває у двох станах: фізичному розчиненні й у хімічному зв'язку з гемоглобіном. З 19 про% кисню; витягається з артеріальної крові, тільки 0,3 про% перебуває в розчиненому стані в плазмі, інша ж частина кисню хімічно пов'язана з гемоглобіном еритроцитів.

Гемоглобін утворить із киснем дуже неміцне, легко диссоціююче з'єднання — оксигемоглобін: 1 г гемоглобіну зв'язує 1,34 мол. кисню. Зміст гемоглобіну в крові становить у середньому 140 г/л (14 г%). 100 мол. крові може зв'язати 14X1,34 = 18,76 мол. кисню (або 19 про%), що становить в основному так звану кисневу ємність крові. Отже, киснева ємність крові являє собою максимальну кількість кисню, що може бути зв'язано 100 мол. крові.

Насичення гемоглобіну киснем коливається від 96 до 98% Ступінь насичення гемоглобіну киснем і дисоціація оксигемоглобіну (утворення відновленого гемоглобіну) не перебувають у прямій пропорційній залежності від напруги кисню. Ці два процеси не є Лінійними, а відбуваються по кривій, що одержала назву кривої зв'язування або дисоціації оксигемоглобіну.

При нульовій напрузі кисню оксигемоглобіну в крові немає. При низьких значеннях парціального тиску кисню швидкість утворення оксигемоглобіну невелика. Максимальна кількість гемоглобіну (45- 80%) зв'язується з киснем при його напрузі 3,47-6,13 кпа (26-46 мм рт. ст.). Подальше підвищення напруги кисню приводить до зниження швидкості утворення оксигемоглобіну (мал. 25).

Спорідненість гемоглобіну до кисню значно знижується при зрушенні реакції крові в кислу сторону, що спостерігається в тканинах і клітках організму внаслідок утворення вуглекислого газу. Це властивість гемоглобіну має важливе значення для організму. У капілярах тканин, де концентрація вуглекислого газу в крові збільшена, здатність гемоглобіну втримувати кисень зменшується, що полегшує його віддачу кліткам. В альвеолах, легенів, де частина вуглекислого газу переходить в альвеолярне повітря, здатність гемоглобіну зв'язувати кисень знову зростає.

Перехід гемоглобіну в оксигемоглобін і з нього у відновлений залежить і від температури. При тому самому парціальному тиску кисню в навколишнім середовищі при температурі 37—38° С у відновлену форму переходить найбільша кількість оксигемоглобіну.

Таким чином, транспорт кисню забезпечується, в основному, за рахунок хімічного зв'язку його з гемоглобіном еритроцитів. Насичення гемоглобіну киснем залежить у першу чергу від парціального тиску газу в атмосферному й альвеолярному повітрі. Однієї з основних причин, що сприяють віддачі кисню гемоглобіном, є зрушення активної реакції середовища в тканинах у кислу сторону.

Транспорт вуглекислого газу кров'ю. Розчинність вуглекислого газу в крові вище, ніж розчинність кисню. Однак тільки 2,5—3 про% вуглекислого газу із загальної його кількості (55—58 про%) перебуває в розчиненому стані. Більша частина вуглекислого газу втримується в крові й в еритроцитах у вигляді солей вугільної кислоти (48—51 про%), близько 4—5 про% у з'єднанні з гемоглобіном у вигляді карбгемоглобіну, близько 2/3 всіх з'єднань вуглекислого газу перебуває в плазмі й близько 1/3 в еритроцитах.

Вугільна кислота утвориться в еритроцитах з вуглекислого газу й води. И. М. Сєченов уперше висловив думку про те, що в еритроцитах повинен утримуватися якийсь фактор типу каталізатора, що прискорює процес синтезу вугільної кислоти. Однак лише в 1935 р. припущення, висловлене И. М. Сєченовим, було підтверджено. У цей час установлено, що в еритроцитах утримується вугільна ангідраза (карбоангідраза) - біологічний каталізатор, фермент, що значно (в 300 разів) прискорює розщеплення вугільної кислоти в капілярах легенів. У тканинних же капілярах при участі карбоангідрази відбувається синтез вугільної кислоти в еритроцитах. Активність карбоангідрази в еритроцитах настільки велика, що синтез вугільної кислоти прискорюється в десятки тисяч разів. Вугільна кислота віднімає підстави від відновленого гемоглобіну, у результаті чого утворяться солі вугільної кислоти - бікарбонати натрію в плазмі й бікарбонати калію в еритроцитах. Крім того, гемоглобін утворить хімічна сполука з вуглекислим газом - карбгемоглобін. Уперше це з'єднання виявлене И. М. Сєченовим. Роль карбгемоглобіну в транспорті вуглекислого газу досить велика. Близько 25-30% вуглекислого газу, що поглинається кров'ю в капілярах великого кола кровообігу, транспортується у вигляді карбгемоглобіну. У легенях гемоглобін приєднує кисень і переходить в оксигемоглобін. Гемоглобін вступає в реакцію з бікарбонатами й витісняє з них вугільну кислоту. Вільна вугільна кислота розщеплюється карбоангідразою на вуглекислий газ і воду. Вуглекислий газ дифундує через мембрану легеневих капілярів і переходить в альвеолярне повітря. Зменшення напруги вуглекислого газу в капілярах легенів сприяє розщепленню карбгемоглобіну зі звільненням вуглекислого газу.

У такий спосіб вуглекислий газ переноситься до легенів у формі бікарбонатів і в стані хімічного зв'язку з гемоглобіном карбгемоглобін), Важлива роль у складних механізмах транспорту вуглекислого газу належить карбоангідразі еритроцитів.

Кінцевою метою дихання є постачання всіх кліток киснем і видалення з організму вуглекислого газу. Для здійснення цієї мети дихання необхідний ряд умов: 1) нормальна діяльність апарата зовнішнього дихання й достатня вентиляція легенів; 2) нормальний транспорт газів кров'ю; 3) забезпечення системою кровообігу достатнього току крові; 4) здатність тканин «забирати» із крові, що протікає, кисень, утилізувати його й віддавати в кров вуглекислий газ.

Таким чином, тихорєцьке дихання забезпечується функціональними взаємозв'язками між системами дихання, крові й кровообігу.

 

 

ДИХАННЯ ПРИ ФІЗИЧНОМУ НАВАНТАЖЕННІ

У тренованих людей при напруг м'язовій роботі об’єм легеневої вентиляції зростає до 5* 10^-2 м³ і навіть до 1 * 10^-1 м³ (50-100 л/хв) у порівнянні з 5* 10^-3 - 8 * 10^-3 м³ (5 -8 л) у стані відносного фізіологічного спокою. Підвищення хвилинного об’єму дихання при фізичному навантаженні пов'язане зі збільшенням глибини й частоти дихальних рухів. При цьому в тренованих людей, в основному, змінюється глибина дихання, у нетренованих - частота дихальних рухів.

Зміни функціональної активності системи органів дихання при фізичному навантаженні обумовлюються нервовими й гуморальними механізмами. При фізичному навантаженні збільшується концентрація в крові й тканинах вуглекислого газу й молочної кислоти, які стимулюють нейрони дихального центра як гуморальним шляхом, так і за рахунок нервових імпульсів, що надходять від судинних рефлексогенних зон. Крім того, активність нейронів дихального центра підсилюється під впливом нервових імпульсів, що йдуть від пропріорецепторів дихальних і кістякових м'язів. Нарешті, активність нейронів дихального центра забезпечується потоком нервових імпульсів, що надходять від кліток кори головного мозку, що володіють високою чутливістю до недоліку кисню й до надлишку вуглекислого газу.

Одночасно зі зміною в системі дихання при фізичному навантаженні виникають пристосувальні реакції в серцево-судинній системі. Збільшуються частота й сила серцевих скорочень, підвищується артеріальний тиск, відбувається перерозподіл судинного тонусу - розширюються посудини працюючих м'язів і звужуються посудини інших областей. Крім того, відкриваються додаткові капіляри в працюючих органах і відбувається викид крові з депо.

Значну роль у координації функцій органів і фізіологічних систем при фізичному навантаженні грає кора великого мозку.

Таким чином, система дихання забезпечує зростаючі потреби організму в кисні. Системи ж кровообігу й крові, перебудовуючись на новий функціональний рівень, сприяють транспорту кисню до тканин і вуглекислого газу до легенів.

 

Штучне дихання

 

Під штучним диханням розуміють комплекс заходів, ціль яких повністю замінити відсутню вентиляційну функцію легенів або заповнити недолік вентиляції до необхідного в нормі рівня. Штучне дихання звичайно застосовують у випадках припинення самостійного дихання або при різкому зниженні легеневої вентиляції.

Широке поширення одержали ефективні способи штучного дихання - рот у рот і рот у ніс, засновані на вдмухуванні в легені постраждалого видихуваного повітря особою, що робить першу допомогу. При даному способі штучного дихання можна забезпечити необхідний рівень легеневої вентиляції.

Штучне дихання рот у рот і рот у ніс проводиться в наступному порядку. Потерпілого укладають на горизонтальній поверхні (підлога, стіл, тверде ліжко) без подушки, з максимально закинутою назад головою. Під плечі підкладають валик або подушку висотою 10—15 див. Нижню щелепу висувають уперед. До початку штучного дихання переконуються в прохідності дихальних шляхів і при необхідності звільняють ротову порожнину від сторонніх предметів і блювотних мас. Потім вдмухують видихуване повітря в рот або ніс потерпілого. Зміст кисню у видихуваному повітрі (16—17%) цілком достатньо для забезпечення нормального газообміну, а високий відсоток вуглекислого газу (3—4%) сприяє стимуляції дихального центра потерпілого.
Дихання рот у рот може бути проведене за допомогою ротоносової маски від наркозного апарата або спеціального повітроводу. Крім того, повітря може ритмічно нагнітатися в дихальні шляхи хворого хутрами або насосом приводяться в рух ручну або за допомогою мотора.

Методи штучного дихання, засновані на здавлювання грудної клітки (вдих) і пасивному розправленні (вдих), у цей час практично не використовується, тому що не забезпечують достатнього рівня легеневої вентиляції.

В останні роки тривале штучне дихання здійснюється спеціальними апаратами різних конструкцій з автоматичним регулюванням і глибини й частоти дихальних рухів залежно від змісту кисню в крові.

 

Лекція № 10