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 ?