Вентиляция легких: легочные объемы и емкости. Методы исследования

Вентиляция легких – это газообмен между альвеолярным воздухом и легкими. Количественной характеристикой легочной вентиляции служит минутный объем дыхания (МОД) - объем воздуха, проходящий через легкие за 1 минуту. Определить МОД можно, если знать частоту дыхательных движений (в покое у взрослого человека составляет 16-20 в 1 минуту) и дыхательный объем (ДО=350 - 800 мл).

МОД=ЧД´ДО = 5000 -16000 мл/мин

Однако в легочном газообмене участвует не весь вентилируемый воздух, а лишь та его часть, которая достигает альвеол. Дело в том, что примерно 1/3 дыхательного объема покоя приходится на вентиляцию так называемого анатомического мертвого пространства (МП), заполненного воздухом, который непосредственно не участвует в газообмене и лишь перемещается в просвете воздухоносных путей при вдохе и выдохе. Но иногда некоторые из альвеол не функционируют или функционируют частично из-за отсутствия или уменьшения кровотока в близлежащих капиллярах. С функциональной точки зрения эти альвеолы также представляют собой мертвое пространство. При включении альвеолярного мертвого пространства в общее мертвое пространство последнее называют не анатомическим, а физиологическим мертвым пространством. У здорового человека анатомическое и физиологическое пространства почти равны, но если часть альвеол не функционирует или функционирует только частично, объем физиологического мертвого пространства может оказаться больше анатомического в несколько раз.

Следовательно, вентиляция альвеолярных пространств — альвеолярная вентиляция (АВ) — представляет собой легочную вентиляцию за вычетом вентиляции мертвого пространства.

АВ= ЧД´(ДО –МП)

Интенсивность альвеолярной вентиляции зависит от глубины дыхания: чем глубже дыхание (больше ДО), тем интенсивнее вентиляция альвеол.

Максимальная вентиляция легких (МВЛ) - объем воздуха, который проходит через легкие за 1 минуту во время максимальных по частоте и глубине дыхательных движений, Максимальная вентиляция возникает во время интенсивной работы, при недостатке содержания О₂ (гипоксия) и избытке СО₂ (гиперкапния) во вдыхаемом воздухе. В этих условиях МОД может достигать 150 - 200 л в 1 минуту.

Перечисленные выше показатели являются динамическими и отражают эффективность функционирования системы дыхания во временном аспекте (обычно за 1 минуту).

Кроме динамических показателей внешнее дыхание оценивают по статическим показателям (рис.7):

§ дыхательный объем (ДО) — это объем воздуха, вдыхаемый и выдыхаемый при спокойном дыхании (у взрослого человека составляет 350 - 800 мл);

§ резервного объема вдоха (РОвд) – дополнительный объем воздуха, который можно вдохнуть сверх спокойного вдоха при форсированном дыхании (РО вд в среднем 1500-2500 мл);

§ резервного объема выдоха (РОвыд) – максимальный дополнительный объем воздуха, который можно выдохнуть после спокойного выдоха (РО выд в среднем 1000-1500 мл);

§ остаточный объем легких (00) -объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха (ОО= 1000 -1500 мл)

 

 

Рис.7. Спирограмма при спокойном и форсированном дыхании

При спадении легких (при пневмотораксе) большая часть остаточного воздуха выходит (коллапсный остаточный объем = 800-1000 мл), а в легких остается минимальный остаточный объем (200-400 мл). Этот воздух задерживается в так называемых воздушных ловушках, так как часть бронхиол спадается раньше альвеол (концевые и дыхательные бронхиолы не содержат хрящей). Эти знания используются в судебной медицине для теста живым ли родился ребенок: легкое мертворожденного тонет в воде, так как не содержит воздуха.

Суммы легочных объемов называют емкостями легких.

Различают следующие емкости легких:

1. общая емкость легких (ОЕЛ) - объем воздуха, находящегося в легких после максимального вдоха – включает все четыре объема

2. жизненная емкость легких (ЖЕЛ) включает в себя дыхательный объем, резервный объем вдоха, резервный объем выдоха. ЖЕЛ - это объем воздуха, выдохнутого из легких после максимального вдоха при максимальном выдохе.

ЖЕЛ = ДО + РOвд + РОвыд

ЖЕЛ составляет у мужчин 3,5 - 5,0 л, у женщин - 3,0-4,0л. Величина ЖЕЛ зависит от роста, возраста, пола, степени функциональной подготовки.

С возрастом этот показатель снижается (особенно после 40 лет). Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки. У женщин ЖЕЛ в среднем на 25 % меньше, чем у мужчин. ЖЕЛ зависит от роста, так как величина грудной клетки пропорциональна другим размерам тела. ЖЕЛ зависит от степени тренированности: особенно велика ЖЕЛ (до 8 л) у пловцов и гребцов, так как у этих спортсменов хорошо развиты вспомогательные мышцы (большие и малые грудные).

3. емкость вдоха (Евд) равна сумме дыхательного объема и резервного объема вдоха, составляет в среднем 2,0 - 2,5 л;

4. функциональная остаточная емкость (ФОЕ) - объем воздуха в легких после спокойного выдоха. В легких при спокойном вдохе и выдохе постоянно содержится примерно 2500 мл воздуха, заполняющего альвеолы и нижние дыхательные пути. Благодаря этому газовый состав альвеолярного воздуха сохраняется на постоянном уровне.

При обычном исследовании ОЕЛ, ОО и ФОЕ недоступны для измерения. Их определяют с помощью газоанализаторов, изучая изменение состава газовых смесей в замкнутом контуре (содержание гелия, азота).

Для оценки вентиляционной функции легких, состояния дыхательных путей, изучения паттерна (рисунка) дыхания применяются различные методы исследования: пневмография, спирометрия, спирография.

Спирография (лат. spiro дышать + греч. graphо писать, изображать) — метод графической регистрации изменений легочных объемов при выполнении естественных дыхательных движений и волевых форсированных дыхательных маневров.

Спирография позволяет получить ряд показателей, которые описывают вентиляцию легких.

В техническом выполнении все спирографы делятся на приборы открытого и закрытого типа (рис. 8).

Рис. 8. Схематическое изображение спирографа

В аппаратах открытого типа больной через клапанную коробку вдыхает атмосферный воздух, а выдыхаемый воздух поступает в мешок Дугласа или в спирометр Тисо (емкостью 100—200 л), иногда — к газовому счетчику, который непрерывно определяет его объем. Собранный таким образом воздух анализируют: в нем определяют величины поглощения кислорода и выделения углекислого газа за единицу времени. В аппаратах закрытого типа используется воздух колокола аппарата, циркулирующий в закрытом контуре без сообщения с атмосферой. Выдыхаемый углекислый газ поглощается специальным поглотителем.

В современных приборах, регистрирующих изменения объема легких при дыхании (как открытого, так и закрытого типов), имеются электронные вычислительные устройства для автоматической обработки результатов измерений.

При анализе спирограммы также определяют скоростные показатели. Вычисление скоростных показателей имеет большое значение в выявлении признаков бронхиальной обструкции.

§ Объём форсированного выдоха за 1 с (ОФВ1) — объём воздуха, изгоняемый с максимальным усилием из лёгких в течение первой секунды выдоха после глубокого вдоха, т.е. часть ФЖЕЛ, выдыхаемая за первую секунду. Прежде всего ОФВ1 отражает состояние крупных дыхательных путей и часто выражается в процентах от ЖЕЛ (нормальное значение ОФВ1 = 75% ЖЕЛ).

§ индекс Тиффно – отношение ОФВ1/ФЖЕЛ, выраженное в %:

ИТ= ОФВ1 ´ 100%

ФЖЕЛ

Он определяется в тесте дыхательного «толчка» (тест Тиффно) и заключается в изучении одиночного форсированного выдоха, позволяет сделать важные диагностические заключения о функциональном состоянии дыхательного аппарата. В конце выдоха интенсивность дыхательного потока ограничивается за счет компрессии мелких дыхательных путей (рис.8).

 

Рис. 9. Схематическое изображение спирограммы и ее показателей

 

Объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1) в норме составляет не менее 70—75 %. Уменьшение индекса Тиффно и ОФВ1 является характерным признаком заболеваний, которые сопровождаются снижением бронхиальной проходимости — бронхиальной астмы, хронического обструктивного заболевания легких, бронхоэктатической болезни и пр.

По спирограмме можно определить объем кислорода, потребляемого организмом. При наличии системы компенсации кислорода в спирографе этот показатель определяют по наклону кривой поступления в него кислорода, при отсутствии такой системы — по наклону спирограммы спокойного дыхания. Разделив этот объем на число минут, в течение которых проводилась запись потребления кислорода, получают величину VО₂ (составляет 200-400 мл в покое).

Все показатели легочной вентиляции изменчивы. Они зависят от пола, возраста, веса, роста, положения тела, состояния нервной системы больного и прочих факторов. Поэтому для правильной оценки функционального состояния легочной вентиляции абсолютное значение того или иного показателя является недостаточным. Необходимо сопоставлять полученные абсолютные показатели с соответствующими величинами у здорового человека того же возраста, роста, веса и пола — так называемыми должными показателями.

для мужчин ДЖЕЛ = 5, 2xР - 0, 029xВ - 3, 2

для женщин ДЖЕЛ = 4, 9xР - 0, 019xВ - 3, 76

для девочек от 4 до 17 лет при росте от 1, 0 до 1, 75 м:

ДЖЕЛ = 3, 75xР - 3, 15

для мальчиков того же возраста при росте до 1, 65 м:

ДЖЕЛ = 4, 53xР - 3, 9, а при росте св. 1, 65 м - ДЖЕЛ = 10xР - 12, 85

где Р- рост (м), В -возраст

Такое сопоставление выражается в процентах по отношению к должному показателю. Патологическими считаются отклонения, превышающие 15—20 % от величины должного показателя.

Контрольные вопросы

1. Что такое легочная вентиляция, какой показатель ее характеризует?

2. Что такое анатомическое и физиологическое мертвое пространство?

3. Как определить альвеолярную вентиляцию?

4. Что такое МВЛ?

5. Какие статические показатели используют для оценки внешнего дыхания?

6. Какие емкости легких бывают?

7. От каких факторов зависит величина ЖЕЛ?

8. С какой целью используют спирографию?

9. Как определяют по спирограмме скоростные показатели (ОФВ1 и индекс Тиффно)?

10. Что такое должные показатели, как их определяют?

1.6. Тестовые задания и ситуационная задача

Выберите один правильный ответ.

1. ПРИ СОКРАЩЕНИИ МЫШЕЧНЫХ ВОЛОКОН ДИАФРАГМЫ РАЗМЕР ГРУДНОЙ КЛЕТКИ ИЗМЕНЯЕТСЯ

1) во фронтальном направлении

2) в сагиттальном направлении

3) в вертикальном направлении

2. В ПЛЕВРАЛЬНОЙ ПОЛОСТИ ВО ВРЕМЯ ВДОХА ДАВЛЕНИЕ НИЖЕ АТМОСФЕРНОГО

1) на 6 мм рт.ст.

2) на 9 мм рт.ст.

3) на 2 мм рт.ст.

3. ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ РАЗНИЦЫ ДАВЛЕНИЙ В ПЛЕВРАЛЬНОЙ ПОЛОСТИ И АЛЬВЕОЛАХ ОБЪЕМ ЛЕГКИХ

1) остаётся неизменным

2) увеличивается

3) уменьшается

4. МАКСИМАЛЬНЫЙ ОБЪЕМ ВОЗДУХА, КОТОРЫЙ МОЖНО ВЫДОХНУТЬ ПОСЛЕ ГЛУБОКОГО ВДОХА НАЗЫВАЮТ

1) резервным объёмом дыхания

2) минутным объёмом дыхания

3) жизненной ёмкостью лёгких

5. ОБЪЕМ ВОЗДУХА, ВДЫХАЕМЫЙ И ВЫДЫХАЕМЫЙ ЧЕЛОВЕКОМ В СОСТОЯНИИ ПОКОЯ НАЗЫВАЮТ

1) дополнительным

2) дыхательным

3) резервным

6. В АКТЕ СПОКОЙНОГО ВДОХА УЧАСТВУЮТ

1) дифрагма, лестничные и ромбовидные мышцы

2) диафрагма, брюшные и трапециевидные мышцы

3) диафрагма, межрёберные наружные и межхрящевые мышцы

7. ДЛЯ РАСЧЕТА МИНУТНОЙ ЛЕГОЧНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ НУЖНО ЗНАТЬ ТАКИЕ ПАРАМЕТРЫ, КАК

1) частоту дыхательных движений и резервный объём вдоха

2) частоту дыхательных движений и остаточный объём

3) частоту дыхательных движений и дыхательный объём

8. ОБЪЕМ ВОЗДУХА, КОТОРЫЙ МОЖЕТ БЫТЬ ИЗМЕРЕН ТОЛЬКО ПРИ ВСКРЫТИИ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ, НАЗЫВАЮТ

1) резервным

2) остаточным

3) коллапсным

9. ПРИ СПОКОЙНОМ ВДОХЕ ЧЕЛОВЕК МОЖЕТ ВДОХНУТЬ

1) 800-1000 мл воздуха

2) 1300-1500 мл воздуха

3) 350-500 мл воздуха

10. ПРИ НАРУШЕНИИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ПЛЕВРАЛЬНОЙ ПОЛОСТИ ЛЕГОЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ

1) уменьшается

2) усиливается

3) не изменяется

4) прекращается

11. ОБЪЕМ МЕРТВОГО ПРОСТРАНСТВА СОСТАВЛЯЕТ

1) 80-100 мл

2) 140-150 мл

3) 200-250 мл

12. ИЗ КАКИХ ПАРАМЕТРОВ СКЛАДЫВАЕТСЯ ОБЩАЯ ЕМКОСТЬ ЛЕГКИХ

1) жизненная ёмкость лёгких + коллапсный объём

2) жизненная ёмкость лёгких + дыхательный объём

3) жизненная ёмкость лёгких + остаточный объём

13. ИЗ КАКИХ ПАРАМЕТРОВ СКЛАДЫВАЕТСЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОСТАТОЧНАЯ ЕМКОСТЬ ЛЕГКИХ

1) остаточный объём + резервный объём выдоха

2) остаточный объём + резервный объём вдоха

3) остаточный объём + коллапсный объём

14. ЧИСЛО ДЫХАТЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ У ВЗРОСЛОГО В ПОКОЕ РАВНО

1) 30-35 в мин

2) 8-10 в мин

3) 16-20 в мин

4) 20-28 в мин

15. АНАТОМИЧЕСКИМ МЕРТВЫМ ПРОСТРАНСТВОМ НАЗЫВАЮТ

1) бронхиолы с альвеолярными ходами

2) дыхательные пути, в которых не происходит газообмена между воздухом и кровью

3) альвеолы, не перфузируемые кровью

16. ПРИ ПНЕВМОТОРАКСЕ У ВЗРОСЛОГО

1) диаметр грудной клетки увеличится, легкие спадутся

2) диаметр грудной клетки уменьшится, легкие спадутся

3) диаметр грудной клетки не изменится, легкие спадутся

4) диаметр грудной клетки не изменится, легкие не спадутся

Ситуационная задача 1

Кто из двух спорящих прав? Один утверждает – «легкие расширяются и поэтому в них входит воздух», второй – «воздух входит в легкие и поэтому они расширяются».

 

Газообмен в легких