Легочный объем. Дыхательный цикл, легочные объемы

Для функциональной характеристики дыхания принято использовать различные легочные объемы и емкости. Легочные объемы подразделяются на статические и динамические. Первые измеряют при завершенных дыхательных движениях. Вторые измеряют при проведении дыхательных движений и с ограничением времени на их выполнение. Емкость включает в себя несколько объемов.

Объем воздуха в легких и дыхательных путях зависит от следующих показателей: 1) антропометрических индивидуальных характеристик человека и строения дыхательной системы; 2) свойств легочной ткани; 3) поверхностного натяжения альвеол; 4) силы, развиваемой дыхательными мышцами.

Дыхательный объем (ДО) - объем воздуха, который вдыхает и выдыхает человек во время спокойного дыхания (рис. 5). У взрослого человека ДО составляет примерно 500 мл. Величина ДО зависит от условий измерения (покой, нагрузка, положение тела). ДО рас­считывают как среднюю величину после измерения примерно шести спокойных дыхательных движений.

Резервный объем вдоха (РО вд) - максимальный объем воздуха, который способен вдохнуть испытуемый после спокойного вдоха. Величина РО вд составляет 1,5-1,8 л.

Резервный объем выдоха (РО выд )-максимальный объем воздуха, который человек дополнительно может выдохнуть после спокойного выдоха. Величина РО выдоха ниже в горизонтальном поло­жении, чем в вертикальном, уменьшается при ожирении. Она равна в среднем 1,0-1,4 л.

Остаточный объем (ОО) - объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Величина остаточного объема равна 1,0-1,5 л.

Исследование динамических легочных объемов представляет на­учный и клинический интерес, и их описание выходит за рамки курса нормальной физиологии,

Легочные емкости . Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) включает в себя дыхательный объем, резервный объем вдоха, резервный объем выдоха. У мужчин среднего возраста ЖЕЛ варьирует в пределах 3,5-5,0 л и более. Для женщин типичны более низкие величины (3,0-4,0 л). В зависимости от методики измерения ЖЕЛ различают ЖЕЛ вдоха, когда после полного выдоха производится максимально глубокий вдох и ЖЕЛ выдоха, когда после полного вдоха производится максимальный выдох.

Емкость вдоха (Е вд ) равна сумме дыхательного объема и резервного объема вдоха. У человека Е вд составляет в среднем 2,0-2.3 л.

Рисунок 5. Легочные объемы и емкости

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) - объем воздуха в легких после спокойного выдоха. ФОЕ является суммой резервного объема выдоха и остаточного объема. ФОЕ измеряется методами газовой дилюции, или «разведения газов» и плетизмографически. На величину ФОЕ существенно влияет уровень физической активности человека и положение тела: ФОЕ меньше в горизонтальном положении тела, чем в положении сидя или стоя. ФОЕ уменьшается при ожирении вследствие уменьшения общей растяжимости грудной клетки.

Общая емкость легких (ОЕЛ) - объем воздуха в легких по окончании полного вдоха. ОЕЛ рассчитывают двумя способами:

ОЕЛ = 00 + ЖЕЛ или ОЕЛ = ФОЕ + Евд. ОЕЛ может быть измерена с помощью плетизмографии или методом газовой дилюции.

Измерение легочных объемов и емкостей имеет клиническое значение при исследовании функции системы внешнего дыхания у здоровых людей и при диагностике заболевания легких.

text_fields

text_fields

arrow_upward

Общим для всех живых клеток является процесс расщепления органических молекул последовательным рядом ферментативных реакций, в результате чего высвобождается энергия. Практичес­ки любой процесс, при котором окисление органических ве­ществ ведет к. выделению химической энергии, называют дыха­нием. Если для него требуется кислород, то дыхание называют аэробным , а если же реакции идут в отсутствии кислорода - анаэробным дыханием . Для всех тканей позвоночных животных и человека основным источником энергии являются процессы аэробного окисления, которые протекают в митохондриях кле­ток, приспособленных для превращения энергии окисления в энергию резервных макроэргических соединений типа АТФ. Последовательность реакций, посредством которых клетки орга­низма человека используют энергию связей органических моле­кул, называется внутренним, тканевым или клеточным дыханием.

Под дыханием высших животных и человека понимают сово­купность процессов, обеспечивающих поступление во внутрен­нюю среду организма кислорода, использование его для окис­ления органических веществ и удаление из организма углекислого газа.

Функцию дыхания у человека реализуют:

1) внешнее, или легоч­ное, дыхание, осуществляющее газообмен между наружной и внут­ренней средой организма (между воздухом и кровью);
2) кровооб­ращение, обеспечивающее транспорт газов к тканям и от них;
3) кровь как специфическая газотранспортная среда;
4) внутреннее, или тканевое, дыхание, осуществляющее непосредственный процесс клеточного окисления;
5) средства нейрогуморальной регуляции дыхания.

Результатом деятельности системы внешнего дыхания является обогащение крови кислородом и освобождение от избытка углекис­лоты.

Изменение газового состава крови в легких обеспечивают три процесса :

1) непрерывная вентиляция альвеол для поддержания нормального газового состава альвеолярного воздуха;
2) диффузия газов через альвеолярно- капиллярную мембрану в объеме, достаточ­ном для достижения равновесия давления кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и крови;
3) непрерывный кровоток в капиллярах легких в соответствии с объемом их вентиляции

Емкость легких

text_fields

text_fields

arrow_upward

Общая емкость . Количество воздуха, находящееся в легких после максимального вдоха, составляет общую емкость легких, величина которой у взрос­лого человека составляет 4100-6000 мл (рис.8.1).
Она состоит из жизненной емкости легких, представляющей собой то количество воздуха (3000-4800 мл), которое выходит из легких при максимально глубоком выдохе после максимально глубокого вдоха, и
остаточного воздуха (1100-1200 мл), который еще остается в легких после мак­симального выдоха.

Общая емкость = Жизненная емкость + Остаточный объем

Жизненная емкость составляет три легочных объема:

1) дыхательный объем , представляющий собой объем (400- 500 мл) воздуха, вдыхае­мый и выдыхаемый при каждом дыхательном цикле;
2) резервный объем вдоха (дополнительный воздух), т.е. тот объем (1900-3300 мл) воз­духа, который можно вдохнуть при максимальном вдохе после обыч­ного вдоха;
3) резервный объем выдоха (резервный воздух), т.е. объем (700- 1000 мл), который можно выдохнуть при максимальном выдохе после обычного выдоха.

Жизненная емкость = Резервный объем вдоха + Дыхательный объем + Резервный объем выдоха

функциональная остаточная емкость . При спокойном дыхании после выдоха в легких остается резервный объем выдоха и остаточный объем. Сум­му этих объемов называют функциональной остаточной емкостью, а также нормальной емкостью легких, емкостью покоя, емкостью рав­новесия, буферным воздухом.

функциональная остаточная емкость = Резервный объем выдоха + Остаточный объем

2. Спирометрия. Метод измерения дыхательных объемов и емкостей. Различают следующие дыхательные объемы:

Дыхательный объем – объем воздуха, который человек вдыхает и выдыхает в условиях относительного физиологического покоя. В норме этот показатель у здорового человека может колебаться в диапазоне от 0.4 до 0.5 л.;

Резервный объем вдоха – максимальный объем воздуха, который человек может вдохнуть дополнительно после спокойного вдоха. Величина резервного объема вдоха составляет 1.5 – 1.8 л.

Резервный объем выдоха – максимальный объем воздуха, который дополнительно может выдохнуть человек после спокойного выдоха. В норме это величина может составлять 1.0 – 1.4 л.;

Остаточный объем – объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. У здорового человека эта величина составляет 1.0 – 1.5 литра.

Для характеристики функции внешнего дыхания нередко прибегают к расчету дыхательных емкостей , которые состоят из суммы тех или иных дыхательных объемов:

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – состоит из суммы дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха. В норме колеблется от 3 до 5 литров. У мужчин, как правило, этот показатель выше, чем у женщин.

Емкость вдоха – равна сумме дыхательного объема и резервного объема вдоха. У человека в норме в среднем составляет 2.0 – 2.3 л.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) – сумма резервного объема выдоха и остаточного объема. Этот показатель может быть рассчитан методами газового разведения с использованием спирографов закрытого типа. Для определения ФОЕ используют инертный газ гелий, который включают в состав дыхательной смеси.

Vсп х С he 1 = Vсп х С he 2 + ФОЕ х С he 2 , где

Vсп – объем спирографа; С he 1 – концентрация гелия в дыхательной смеси спирографа до начала испытания; С he 2 – концентрация гелия в дыхательной смеси в ходе испытания. Отсюда

ФОЕ = (Vсп(С he 1 -С he 2)/ С he 2 ;

Общая емкость легких – сумма всех дыхательных объемов.

Спирометрия реализуется с помощью специальных приборов- спирометров. Различают спирометры сухие и влажные. На практическом занятии мы оценим дыхательные объемы с использованием различных вариантов спирометров.

3. Спирография – метод, позволяющий регистрировать дыхательную кривую, спирограмму, а затем путем специальных измерений и расчетов производить оценку дыхательных объемов и емкостей (см. рис. 5).

Рис. 5 Спирограмма и дыхательные объемы и емкости. Обозначения: ДО – дыхательный объем; РОВ – резервный объем вдоха; РОВыд.- резервный объем выдоха; ЖЕЛ – жизненная емкость легких.

5. Пневмотахометрия. Метод оценки скорости воздушных потоков. В качестве датчика используют так называемую трубку Флейша, которая соединяется с регистрирующим устройством. Этот показатель используется для оценки состояния дыхательных мышц.

6. Оксигемометрия и оксигемография. Метод используют для оценки степени насыщения крови кислородом. При насыщении крови кислородом она приобретает ярко алый цвет и хорошо проницаема для светового потока. Венозная кровь, насыщенная углекислым газом имеет темный цвет и плохо проницаема для световых лучей. Оксигемометр содержит светочувствительный элемент и источник света, которые встроены в специальную клипсу и фиксируются на ушную раковину. Световой сигнал преобразуется в электрический ток, амплитуда которого соответствует интенсивности светового потока, прошедшего через ткани ушной раковины. Далее сигнал усиливают и преобразуют в цифру, которая и показывает степень насыщения крови кислородом.

У мужчин преобладает дыхание брюшного типа. Когда грудная клетка увеличивается из-за сокращений диафрагмы. У женского пола все наоборот – грудной тип дыхания, так как у них происходит увеличение поперечного размера груди. Поэтому есть высказывание о том, что женщины дышат грудью, а мужчины – животом.

Во время спокойного вдоха и выдоха взрослые люди дышат от 16 до 20 раз за минуту. Дыхательный темп зависит еще и от массы тела. Большие, грузные женщины дышат медленно, а худенькие, низкие люди – быстрее. Так как они более активны.

Когда человек дышит спокойно, для вдоха и выдоха он использует примерно 500 мл воздушной массы. Это количество воздуха называется объемом дыхания. Если глубоко вздохнуть, то можно увеличить это количество на 1500 мл. Это называется резервным объемом воздуха. И, наоборот, во время спокойного выдоха, человек способен выдохнуть дополнительно до 1500 мл. Это именуется резервным объемом выдоха.

Эти объемы в своем сочетании составляют объемную (жизненную) емкость легких.

Что такое объем легких

Такой объем по-другому называют легочной емкостью. Это количество воздушного потока, который проходит через дыхательные органы. При разных фазах цикла дыхания. Измеряют размер легкого напрямую. Если сказать простым языком, это когда человек вдыхает и выдыхает воздух, его количество и считается объемом легкого, как в каком-нибудь сосуде – сколько воздушной массы может попасть в орган дыхания.

В среднем емкость легкого мужчины составляет максимум от 3 до 6 литров. Обычная норма – от 3-х до 4-х литров. Но для нормального дыхания используется только малая часть этого воздуха.

Нормальный объем дыхания – это часть воздуха, который проходит через органы дыхания в момент вдоха и выдоха.

Факторы, которые влияют на объем легкого

Есть разные факторы, влияющие на размер легких: рост, образ жизни, пол, место проживания. Существует научная таблица таких факторов:

• Большой размер легких имеется у людей, следующих категорий – высокого роста, со здоровым образом жизни (некурящих), астеников, мужского пола, а также у тех, кто живет выше уровня моря.
• Малая емкость дыхательных органов наблюдается у низких, курящих, гиперстеников, у женщин, у пожилых людей, у тех, кто живет на уровне с морем.

У людей, которые большую часть жизни проводят на уровне моря, имеется малая емкость легких и наоборот. Это результат того, что давление меньше в атмосфере на высоком уровне. Как следствие, затруднено проникновение кислорода в организм. Адаптируясь к такой ситуации, повышается проводимость воздуха к тканям.

В период беременности изменяется размер легких. Он уменьшается до 1,3 литра. Это происходит из-за того, что матка давит на грудную перегородку (диафрагму). Это приводит также к тому, что уменьшается общая емкость органа до 5%. И уменьшается резервный объем выдыхаемого воздуха. Средняя емкость легкого женщины 3,5 литра.

Повышенная цифра наблюдается у активных людей – спортсменов, танцоров и т. д. (до 6 литров). Так как у них натренирован организм, и для выдохов и вздохов используется весь объем органа. А у слабых, не занимающихся спортом, в процессе дыхания задействована только одна третья часть объема.

Как измеряются легочные объемы

Для измерения общего объема органа обычно берутся следующие показатели.

• общая емкость;
• остаточная емкость;
• функциональная остаточная емкость;
• жизненная емкость.

Совокупность этих показателей используют при анализе органа. Это позволяет оценить вентиляционную способность легких, диагностировать вентиляционные нарушения, оценить терапевтический эффект при заболеваниях.

Самый простой и применяемый метод измерения – разведение газов. Он проводится врачами, с помощью специального оборудования.

С достоверной точностью рассчитать емкость легкого сложно, так как орган этот является своеобразной мышцей. Способен расширяться при необходимости. Но среднестатистический размер легкого взрослого человека упирается именно в эти цифры.

Величина легочной вентиляции определяется дыхательным объ­емом (глубиной дыхания) и частотой дыхания. Есть ряд объемных показателей, характеризующих состояние легких (рис. 1.1). Нор­мальные значения даны для взрослого массой 70 кг.

1. Дыхательный объем (ДО) - объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха при спокойном дыхании. Нормальное значение - 0,5-0,6 л.

2. Резервный объем вдоха (РОвд.) - объем, который может до­полнительно поступить после спокойного вдоха, т.е. разница между нормальной и максимальной вентиляцией. Нормальные значения: около 2,5 л (около 2/3 ЖЕЛ).

3. Резервный объем выдоха (РОвыд.) - объем, который можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха, т.е. разница между нормальным и максимальным выдохом. Нормальные значе­ния - 1,5 л (около 1/3 ЖЕЛ).

4. Остаточный объем (ОО) - объем, остающийся в легких по­сле максимального выдоха.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - количество воздуха, ко­торое может быть выдохнуто при максимальном выдохе, произве­денном после максимального вдоха. Таким образом, это мера наи­большей возможной дыхательной экскурсии. ЖЕЛ является показа­телем подвижности легких и грудной клетки. Даже при самых высо­ких потребностях организма в кислороде глубина дыхания не достигает максимального значения. Величина ЖЕЛ зависит от возраста, пола, размеров и положения тела, степени тренированности. Нормальное значение ЖЕЛ: 3,5-5,5 л.

Рис 1.1. Статические объемы легких взрослого

5. Резерв вдоха (РВ) - максимальное количество воздуха, кото­рое может поступить в легкие после спокойного выдоха.

6. Общая емкость легких (ОЕЛ) или максимальная емкость лег­ких - количество воздуха, содержащееся в легких на высоте макси­мального вдоха. Состоит из ЖЕЛ и остаточного объема и рассчиты­вается как сумма ЖЕЛ и ОО. Нормальное значение около 6 л. Исследование структуры ОЕЛ является решающим в выяснении путей увеличения или снижения ЖЕЛ, что может иметь существенное практическое значение. Увеличение ЖЕЛ может быть расценено положительно только в том случае, если ОЕЛ не меняется или увеличивается, но меньше, чем ЖЕЛ, что происходит при увеличении ЖЕЛ за счет уменьшения ОО. Если одновременно с увеличением ЖЕЛ происходит еще большее увеличение ОЕЛ, то это нельзя счи­тать положительным фактором. При ЖЕЛ ниже 70% ОЕЛ функция внешнего дыхания глубоко нарушена. Обычно при патологических состояниях ОЕЛ и ЖЕЛ изменяются одинаково, за исключением об­структивной эмфиземы легких, когда ЖЕЛ, как правило, уменьша­ется, ОО увеличивается, а ОЕЛ может оставаться нормальной или быть выше нормы.

7. Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) - количество воздуха, которое остается в легких после спокойного выдоха. Нор­мальные значения у взрослых - от 3 до 3,5 л.

ФОЕ = ОО + РОвыд.

По определению ФОЕ - объем газа, которьй остается в легких при спкойном выдохе и может быть мерой области газообмена. Она образуется в результате баланса между противоположно направленными эластическими силами легких и грудной клетки. Физиологическое значение ФОЕ состоит в частичном обновлении аль­веолярного объема воздуха во время вдоха (вентилируемый объем) и указывает на объем альвеолярного воздуха, постоянно находящегося в легких. Увеличение ФОЕ может быть физиологически целесообразным, так как при этом происходит увеличение дыхательной по­верхности легких, Кроме того, расширение просвета воздухоносных путей уменьшает сопротивление потоку воздуха и увеличивает площадь диффузии газов в дыхательных путях ниже 16-го порядка деления. Необходимо учитывать, что одновременно с увеличением ФОЕ несколько увеличивается путь диффузии газов, уменьшается емкость вдоха (вентилируемого объема), ограничивается способ­ность к увеличению ДО и, соответственно, к увеличению максимальной вентиляции легких. Увеличение или уменьшение ФОЕ оп­ределяется соответствующим изменением соотношения двух проти­воположно направленных сил - эластической тяги легкого, стремя­щейся уменьшить его объем, и эластической силы тканей грудной клетки. Оценка взаимосвязи этих двух сил во многом определяет механику дыхания.

Клиническое значение ФОЕ велико. Она снижается на 20% че­рез несколько минут после начала анестезии. Это снижение, вероят­но, связано с подъемом диафрагмы вследствие повышения внутри­брюшного давления в положении на спине, повышения центрально­го объема крови и потерей тонуса дыхательной мускулатуры. Со снижением ФОЕ связано развитие ателектазов закрытие мелких ды­хательных путей, уменьшение податливости легких, увеличение альвеолярно-артериального различия по О2 в результате перфузии ателектазированных участков легких, снижение вентиляционно-перфузионного соотношения. Обструктивные вентиляционные на­рушения ведут к повышению ФОЕ, рестриктивные нарушения - к снижению ФОЕ.

С физиологической и клинической точки зрения имеет большое значение объем закрытия (ОЗ) и емкость закрытия (ЕЗ). Объем за­крытия (ОЗ) легких - это легочный объем, часть ЖЕЛ, при котором мелкие дыхательные пути (бронхиолы) закрываются во время выдоха, спокойного или форсированного. Емкость закрытия (ЕЗ) - это сумма ОЗ и остаточного объема (ОО):

ЕЗ = ОЗ + ОО.

Закрытие бронхиол наблюдается чаще в дорзобазальных легоч­ных сегментах, в которых внешнее тканевое давление в результате действия на легкие силы гравитации превышает эндобронхиальное давление, создаваемое воздухом ФОЕ. Поскольку у здоровых взрос­лых емкость закрытия (ЕЗ) меньше, чем ФОЕ (ФОЕ = РО выд. + + ОО), то мелкие дыхательные пути при среднем давлении выдоха не закрываются.

Факторы, приводящие к снижению ФОЕ:

Положение лежа на спине;

Ожирение;

Операции на верхних отделах живота;

Торакальные операции.

Факторы, которые приводят к повышению ЕЗ:

Курение;

Предшествующие хронические обструктивные легочные заболе­вания (ХОЛЗ);

Сердечная недостаточность;

Возраст (ЕЗ = ФОЕ в 65 лет в положении стоя и в 54 года в по­ложении лежа на спине).

В работе анестезиолога, среди прочих нарушений легочных функций, довольно часто встречается послеоперационная рестрик­ция легких. Во время и после операции, проводимой под общей ане­стезией, особенно после верхней л a п a p o т o м и и и торакотомии происходит существенное снижение функции легких, которое обычно описывается как острая рестрикция (сокращение) всех легочных объемов. Степень такой рестрикции легочных объемов связана, главным образом со следующими факторами:

Уменьшением резервного объема вдоха на 10% от исходного значения;

Уменьшением ЖЕЛ приблизительно на 50-75%;

Уменьшением ФОЕ на 35%.

Уменьшение статических легочных объемов вызывается в ос­новном:

Болью с последующим поверхностным дыханием;

Подавлением кашля;

Дорзобазальными послеоперационными ателектазами;

Повышением внутрибрюшного давления под действием различ­ных причин;

Остаточным действием наркотиков и мышечных релаксантов;

Пациенты после операции часто дышат поверхностно и не каш­ляют, так как для эффективного кашля ЖЕЛ у них должна быть не менее трех дыхательных объемов (нормальное значение 8 мл/кг мас­сы тела). При этом возникает опасность задержки бронхиальной слизи с последующим развитием ателектазов и вторичной пневмо­нии. Патофизиологическое значение снижения ФОЕ состоит в уменьшении разницы между ФОЕ и емкостью закрытия. При пре­вышении емкостью закрытия уровня ФОЕ происходит закрытие мелких дыхательных путей в конце спокойного выдоха. Периодиче­ское закрытие альвеол быстро ведет к возрастанию внутрилегочного право-левого шунтирования и уменьшению оксигенации. Поэтому необходимо сохранять ФОЕ выше ЕЗ, поддерживая зону газообмена открытой. В этой связи адекватная послеоперационная анестезия и респираторная терапия являются приоритетными. При планирова­нии лечения в послеоперационном периоде необходимо учитывать, что более чем у 30% пациентов после хирургического вмешательст­ва развивается дыхательная недостаточность, если ЖЕЛ меньше 50% нормального значения (1,75-2 л у взрослых). Послеоперацион­ная рестрикция легочных функций возвращается к норме только че­рез 2-3 недели.