Давление, создаваемое эластической паренхимой легких, называется давлением эластической отдачи легких (Pэласт) и представляет собой разницу между давлением внутри альвеол (альвеолярным давлением, Pальв) и давлением внутри плевральной полости (плевральным давлением, Pплевр): Pэласт = Ральв - Рплевр. В основе измерения эластической отдачи легких лежат два принципа: 1) давление, необходимое для растяжения легких до определенного объема, равно давлению эластической отдачи при этом объеме; 2) в статических условиях при отсутствии потока и при открытой голосовой щели Ральв=0, а Pэласт= - Рплевр. Таким образом, для оценки давления эластической отдачи и статической растяжимости легких нужно измерить Рплевр при различных легочных объемах.

Поскольку пищевод проходит через плевральное пространство, разумно предположить, что внутрипищеводное давление позволяет вполне надежно оценить динамику изменения Рплевр. Это предположение действует до тех пор, пока нормально функционируют верхний и нижний пищеводные сфинктеры и отсутствует сдавление пищевода (например, за счет активного сокращения мышц пищевода или пассивного сдавления окружающими структурами средостения). Таким образом, у лиц без заболеваний пищевода, которые находятся в положении сидя или стоя, плевральное давление можно измерить косвенно - измеряя внутрипищеводное давление.

ИЗМЕРЕНИЕ

Пищеводное давление регистрируют с помощью катетера с маленьким баллончиком на конце. Внутрибаллонное давление отражает внутрипищеводное давление, которое, в свою очередь, отражает окружающее Рплевр. Эта методика приводит к некоторым искажениям, регистрируется более положительная величина давления за счет сдавления баллончика стенками пищевода. Для уменьшения искажения используют латексный баллончик 10 см длиной и 2,5 см в диаметре, с тонкими стенками (0,04 см), который содержит небольшой объем воздуха (200 - 400 мл).

Рплевр меняется в соответствии с вертикальным градиентом: наиболее отрицательное давление внизу, у основания грудной клетки. Обычно измеряют давление в нижней трети пищевода для того, чтобы определить давление, необходимое для растяжения большей части легких. Исследование проводят, вводя баллончик в пищеводно-желудочное соединение, которое легко определяется по положительному давлению, создаваемому при втяжении воздуха носом на вдохе, и затем вытягивают назад на 10 см.

РАСТЯЖИМОСТЬ ЛЕГКИХ

Когда баллончик установлен на нужном уровне, можно измерить соотношение между изменениями объема легких и Рплевр.

Статическая легочная растяжимость представляет собой наклон кривой давление - объем, полученной во время спадения легких от уровня ОЕЛ, и определяется стандартным протоколом. Следует сделать 3 максимально глубоких вдоха, что позволяет стандартизировать паттерн дыхания. На третьем вдохе пациент задерживает дыхание на уровне ОЕЛ на 3 - 5 с и затем делает медленный выдох, во время которого воздушный поток прерывается закрытием ротовой заслонки на 2 - 3 с на уровне каждого объема. Повторение этого маневра 4 - 5 раз дает достаточную информацию о взаимоотношении изменений объема легких и изменений Рэласт. Для построения кривой давление - объем необходимо измерять объем при определенном Рэласт. Это легко осуществимо при бодиплетизмографии. Другим, но менее точным способом, является метод разведения газов. В этом случае необходимо сделать предположение, что объемы легких были постоянными и не изменялись во времени.

Измерение растяжимости позволяет получить наибольшую информацию об упругости легких. Важно отметить, что растяжимость, соответствующая крутизне наклона кривой, зависит от исходного легочного объема. Обычно растяжимость определяют по углу наклона, начиная с объема, превышающего ФОЕ на 0,5 л. Однако в этом случае величина, выражающая легочную растяжимость, в большей степени находится под влиянием факторов, определяющих ФОЕ, чем просто под влиянием взаимосвязи между легочными объемами и давлением, растягивающим легкие. На практике часто вычисляют коэффициент ретракции (давление эластической отдачи легких на уровне ОЕЛ, деленное на ОЕЛ). Существуют должные значения как для растяжимости, так и для коэффициента ретракции, хотя высокая вариабельность этих показателей ограничивает их применение у конкретного больного.

Максимальную информацию об эластической отдаче легких можно получить, анализируя кривую давление - объем целиком . Такой график часто помогает понять причину снижения объема легких: слабость дыхательной мускулатуры, патология грудной клетки или поражение паренхимы легких. При мышечной слабости/патологии грудной клетки легочная растяжимость в норме, а при патологии паренхимы легких она снижается. Причину снижения растяжимости определить гораздо труднее: истинное повышение эластических свойств легочной ткани или уменьшение числа альвеол, соединяющихся с дыхательными путями?

Динамической легочной растяжимостью называют изменение объема легких относительно изменения давления при наличии воздушного потока. Давление измеряется во время дыхания, в моменты когда скорость потока равна нулю. При нормальном сопротивлении дыхательных путей растяжимость слабо зависит от частоты дыхания. При увеличении сопротивления - динамическая растяжимость может снизиться, прежде чем обычные исследования выявят отклонения от нормы. Изменения динамической растяжимости, зависящие от частоты дыхания, называются частотно-зависимой растяжимостью. Таким образом, при отсутствии изменений в общем Raw или ОФВ₁ снижение динамической растяжимости легких позволяет заподозрить возможное сужение мелких периферических дыхательных путей .

КЛИНИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОТОК - ОБЪЕМ

ИСТОЧНИКИ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ

Европейское сообщество стали и угля (ECCS) и Американское торакальное общество (ATS) опубликовали списки уравнений должных значений для спирометрии , а также рекомендации по интерпретации измерения функции легких, включая спирометрическое исследование и критерии достоверности бронходилатационной реакции при проведении фармакологических проб . При этом особое внимание уделяется необходимости тщательного лабораторного контроля за техническими и биологическими источниками вариабельности.

Биологическая вариабельность может быть обусловлена суточными колебаниями показателей, курением или воздействием других химических/физических агентов. Кроме того, состояние респираторной системы может измениться под воздействием самой процедуры измерения; например, глубокий вдох может вызвать бронходилатацию и изменение эластических свойств легкого. Вариабельность функциональных показателей у одного и того же пациента может быть обусловлена изменением активности патологического процесса (инфекция, контакт с профессиональными вредностями и аллергеном), влиянием поллютантов на лиц с гиперреактивностью дыхательных путей. Легочная функция может изменяться под воздействием препаратов, оказывающих влияние на просвет бронхов. Ошибки оператора могут быть техническими, например вследствие различий в методике проведения исследования, в расчетах и трактовке данных.

Биологическая вариабельность сводится к минимуму, если уделяется пристальное внимание времени и условиям проведения теста. Техническую вариабельность можно минимизировать путем регулярной калибровки, частой проверки работы оборудования, поддержанием его рабочего состояния, тщательной инструкцией пациента, допуском к работе только высококвалифицированного персонала, способного проводить исследование профессионально и в соответствии со стандартными протоколами.

НОРМАЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

При популяционных исследованиях было выявлено, что распределения ОФВ₁ и ФЖЕЛ соответствуют нормальному распределению только в среднем возрастном диапазоне. Кроме того, распределения скоростных показателей и отношения ОФВ₁/ФЖЕЛ не являются симметричными . Поэтому работы по разработке уравнений должных величин должны включать строгие определения верхних и нижних границ нормального диапазона или обеспечить информацию, позволяющую вычислить нижнюю границу . С помощью регрессионной модели можно вычислить нижнюю границу нормальных значений: для спирометрических показателей это значения ниже пятой процентили, а не - 1,64xSEE (где SEE - стандартная ошибка оценки, являющаяся критерием вариабельности данных относительно регрессионной линии) . Практика использования 80% от должных значений в качестве фиксированного значения для нижней границы нормальных значений ФЖЕЛ и ОФВ₁ может быть приемлема у детей, но может приводить к существенным ошибкам при интерпретации функции легких у взрослых . Использование 70% в качестве нижней границы нормы для отношения ОФВ₁/ФЖЕЛ приводит к значительному числу ложноположительных результатов у мужчин в возрасте старше 40 лет и у женщин старше 50 лет , так же к гипердиагностике ХОБЛ у пожилых лиц, никогда не куривших и не имеющих характерных клинических симптомов . Для скоростных показателей нижняя граница нормальных значений составляет 50 - 60% от должных значений. Совершенствуются оборудование и методы исследования, поэтому современные математические модели позволяют более точно оценить функцию легких. Для этого следует регулярно обновлять уравнения должных величин, например каждые 10 лет, также необходимо учитывать возможность применения более новых уравнений должных величин и оценивать правильность интерпретации при длительном наблюдении за пациентами .

МЕХАНИКА ДЫХАНИЯ

В нормальных условиях вентиляции дыхательные мышцы раз­вивают усилия, которые направлены на преодоление эластических, или упругих, и вязких сопротивлений. Упругие и вязкие сопротив­ления в дыхательной системе постоянно формируют различные со­отношения между давлением воздуха в воздухоносных путях и объемом легких, а также между давлением воздуха в воздухоносных путях и скоростью воздушного потока во время вдоха и выдоха.

Растяжимость легких

Растяжимость легких (compliance, С) служит показателем эластических свойств системы внешнего дыхания. Величину растя­жимости легких измеряют в виде зависимости давление - объем и рассчитывают по формуле: С = V/Δ P, где С - растяжимость легких.

Нормальная величина растяжимости легких взрослого человека составляет около 200 мл*см вод.ст.-1. У детей показатель растя­жимости легких значительно меньше, чем у взрослого человека.

Снижение растяжимости легких вызывают следующие факторы: повышение давления в сосудах легких или переполнение сосудов легких кровью; длительное отсутствие вентиляции легких или их отделов; нетренированность дыхательной функции; снижение упру­гих свойств ткани легких с возрастом.

Поверхностным натяжением жидкости называется сила, дейст­вующая в поперечном направлении на границу жидкости. Величина поверхностного натяжения определяется отношением этой силы к длине границы жидкости, единицей измерения в системе СИ явля­ется н/м. Поверхность альвеол покрыта тонким слоем воды. Моле­кулы поверхностного слоя воды с большой силой притягиваются друг к другу. Сила поверхностного натяжения тонкого слоя воды на поверхности альвеол всегда направлена на сжатие и спадение альвеол. Следовательно, поверхностное натяжение жидкости в аль­веолах является еще одним очень важным фактором, влияющим на растяжимость легких. Причем сила поверхностного натяжения аль­веол очень значительная и может вызвать их полное спадение, что исключило бы всякую возможность вентиляции легких. Спадению альвеол препятствует антиателектатический фактор, или сурфактант. В легких альвеолярные секреторные клетки, входящие в состав аэрогематического барьера, содержат осмиофильные пластин­чатые тельца, которые выбрасываются в альвеолы и превращаются в поверхностно-активное вещество - сурфактант. Синтез и замена сурфактанта происходит довольно быстро, поэтому нарушение кро­вотока в легких может снизить его запасы и увеличить поверхностное натяжение жидкости в альвеолах, что ведет к их ателектазу, или спадению. Недостаточная функция сурфактанта приводит к рас­стройствам дыхания, нередко вызывающим смерть.

В легких сурфактант выполняет следующие функции: снижает поверхностное натяжение альвеол; увеличивает растяжимость лег­ких; обеспечивает стабильность легочных альвеол, препятствуя их спадению и появлению ателектаза; препятствует транссудации (вы­ходу) жидкости на поверхность альвеол из плазмы капилляров легкого.

Крутизна кривой давление — объем, т. е. изменение объема на единицу изменения давления, называется растяжимостью. В физиологических условиях (если растягивающее давление составляет от—2 до—10 см вод. ст.) легкие обладают удивительной растяжимостью. У человека она достигает примерно 200 мл/см вод. ст., однако при более высоких давлениях уменьшается. Этому соответствует более пологий участок кривой давление— бъем.

Растяжимость легких несколько снижается при повышении давления в легочных венах и переполнении легких кровью. При альвеолярном отеке она уменьшается в результате неспособности некоторых альвеол раздуваться. Кроме того, растяжимость легких, по-видимому, снижается при длительном отсутствии вентиляции (особенно, если их объем при этом был мал).

Такая особенность может быть частично обусловлена ателектазом некоторых участков легких, кроме того, возрастает поверхностное натяжение в альвеолах. Заболевания, сопровождающиеся фиброзом легких, также приводят к уменьшению их растяжимости, и, напротив, с возрастом и при эмфиземе она возрастает. Очевидно, в обоих случаях это связано с изменениями эластических тканей.

Растяжимость зависит от размеров легких. Совершенно ясно, что изменение их объема на единицу изменения давления у человека будет больше, чем, скажем, у мыши. В связи с этим для оценки упругих свойств легочной ткани часто используют растяжимость, отнесенную к единице объема легких, или удельную растяжимость.

Давление в среде, непосредственно окружающей легкие, ниже атмосферного. Это связано с упругими силами, под действием которых они стремятся спасться.

Откуда же берутся такие силы?

Одним из элементов, участвующих в их формировании, служит эластическая ткань, хорошо заметная на гистологических препаратах. В стенках альвеол, а также вокруг сосудов и бронхов проходят волокна эластина и коллагена. Возможно, упругость легких обусловлена не столько удлинением этих волокон, сколько изменением их геометрического расположения.

По аналогии можно представить себе нейлоновые чулки: хотя нити сами по себе изменяют длины, ткань легко растягивается благодаря их особому переплетению. Возможно, именно перестройка эластической ткани обусловливает изменения упругих свойств легких с возрастом и при эмфиземе.

«Физиология дыхания», Дж. Уэст

Предположим, что обследуемый делает максимально глубокий вдох, а затем как можно более глубокий выдох. При этом можно построить кривую расход—объем. Видно, что расход воздуха сначала очень быстро повышается, после чего в течение большей части выдоха постепенно снижается. Эта кривая обладает удивительным свойством: выйти за пределы ограничиваемой области практически невозможно. Так, мы можем выдыхать сначала медленно,…

Поскольку внутреннее давление по ходу дыхательных путей падает, оно на нашем рисунке равно —1 см вод. ст., а давление, поддерживающее эти пути открытыми, составляет 6 см вод. ст. К концу вдоха поток воздуха прекращается и на дыхательные пути действует трансмуральное давление 8 см вод. ст. В начале форсированного выдоха и внутриплевральное, и альвеолярное давления возрастают…

Вполне вероятно, что даже у здоровых людей (и наверняка при легочных заболеваниях) на каждом вертикальном уровне легких существует некоторая неравномерность в вентиляции отдельных их участков, обусловленная иными механизмами. Если рассматривать элементарную легочную ячейку как упругую камеру, сообщающуюся через трубку с атмосферой, то величина ее вентиляции будет зависеть от растяжимости камеры и сопротивления трубки. Растяжимость и…

способность отвечать на нагрузку повышением напряжения, которая включает в себя:

упругость – способность восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил, вызывающих деформацию

жесткость – способность сопротивляться дальнейшей деформации при превышении предала упругости

Причины эластических свойств легких:

напряжение эластических волокон паренхимы легких

поверхностное натяжение жидкости, выстилающей альвеолы – создается сурфактантом

кровенаполнение легких (чем выше кровенаполнение, тем меньше эластичность

Растяжимость – свойство обратное упругости, связано с наличием эластических и коллагеновых волокон, которые образуют спиральную сеть вокруг альвеол

Пластичность – свойство противоположное жесткости

Функции легких

Газообменная – обогащение крови кислородом, используемым тканями организма, и удаление из нее углекислого газа: достигается благодаря легочному кровообращению. Кровь от органов тела возвращается к правой стороне сердца и по легочным артериям направляется в легкие

Негазообменные:

З ащитная – образование антител, фагоцитоз альвеолярными фагоцитами, выработка лизоцима, интерферона, лактоферрина, иммуноглобулинов; в капиллярах задерживаются и разрушаются микробы, агрегаты жировых клеток, тромбоэмболы

Участие в процессах терморегуляции

Участие в процессах выделения – удаление СО 2 , воды (около 0,5 л/сут.) и некоторых летучих веществ: этанола, эфира, закиси азота ацетона, этилмеркаптана

Инактивация БАВ – более 80 % брадикинина, введенного в легочный кровоток, разрушается при однократном прохождении крови через легкое, происходит превращение ангиотензина I в ангиотензин II под влиянием ангиотензиназы; инактивируется 90-95 % простагландинов групп Е и Р

Участие в выработке БАВ – гепарина, тромбоксана В 2 , простагландинов, тромбопластина, факторов свертывания крови VII и VIII, гистамина, серотонина

Внешнее дыхание

Процесс вентиляции легких, обеспечивающий газообмен между организмом и окружающей средой. Осуществляется благодаря наличию дыхательного центра, его афферентных и эфферентных систем, дыхательных мышц. Оценивается по соотношению альвеолярной вентиляции к минутному объему. Для характеристики внешнего дыхания используют статические и динамические показатели внешнего дыхания

Дыхательный цикл – ритмически повторяющаяся смена состояния дыхательного центра и исполнительных органов дыхания

Воздух попадает в легкие и выходит из них благодаря работе дыхательных мышц. В результате их сокращения и расслабления объем грудной полости изменяется

Дыхательные мышцы

произвольная поперечнополосатая мускулатура, осуществляющая периодические изменения объема грудной клетки

Рис. 12.11. Дыхательные мышцы

Диафрагма – плоская мышца, отделяющая грудную полость от брюшной. Она образует два купола, левый и правый, направленные выпуклостями вверх, между которыми находится небольшая впадина для сердца. В ней есть несколько отверстий, сквозь которые из грудной области в брюшную проходят очень важные структуры организма. Сокращаясь, она увеличивает объем грудной полости и обеспечивает приток воздуха в легкие

Рис. 12.12. Положение диафрагмы во время вдоха и выдоха

По определению растяжимость легких равна изменению их объема на единицу изменения давления. Для ее оценки необходимо измерить внутриплевральное давление.

На практике при этом регистрируют давление в пищеводе: обследуемый заглатывает катетер с маленьким баллончиком на конце. Пищеводное давление не равно в точности внутриплевральному, однако хорошо отражает динамику его изменений. Если обследуемый лежит на спине, то этот метод не даст точных данных, так как на результаты будет влиять тяжесть органов средостения.

Растяжимость легких можно измерить очень просто: обследуемого просят сделать максимально глубокий вдох, а затем выдыхать воздух в спирометр порциями, скажем по 500 мл. При этом определяют давление в пищеводе. После выдоха каждой порции обследуемый должен раскрыть голосовую щель и выждать несколько секунд, пока дыхательная система придет в стационарное состояние. Так строят график давление—объем. Этот метод позволяет получить наибольшую информацию об упругости легких. Важно отметить, что растяжимость, соответствующая крутизне наклона кривой, зависит от исходного легочного объема. Обычно этот наклон определяют во время выдоха, начиная с объема, превышающего ФОЕ на 1 л. Однако даже в этих условиях воспроизводимость результатов оставляет желать лучшего.

Растяжимость легких можно также измерить при спокойном дыхании. Этот способ основан на том, что в отсутствие потока воздуха (в конце вдоха и выдоха) внутриплевральное давление отражает только эластическую тягу легких и не зависит от сил, возникающих при движении воздушной струи. Таким образом, растяжимость будет равна отношению разности легочных объемов в конце вдоха и выдоха к разности внутриплевральных давлений в эти же моменты.

Такой метод нельзя применять в случае больных с поражениями воздухоносных путей, так как у них различны постоянные времени заполнения разных участков легких и. поток воздуха в них сохраняется даже при отсутствии его в центральных дыхательных путях.

Воздухоносные пути участка 2 легких частично закупорены, поэтому постоянная времени его заполнения больше. Во время вдоха (А) воздух медленнее поступает в этот участок, и поэтому он продолжает заполняться даже после достижения равновесия (Б) остальными отделами легких (1). Более того, заполнение аномального участка может идти даже после начала общего выдоха (В). При увеличении частоты дыхания объем вентиляции этого участка становится все меньше.

Из рисунка видно, что при частичном перекрытии воздухоносных путей заполнение соответствующего им участка легких всегда будет происходить медленнее, чем заполнение остальных участков. Более того, он может продолжать заполняться даже тогда, когда из остальных отделов легких воздух уже выходит. В результате воздух перемещается в пораженный участок из соседних (так называемый эффект «воздушного маятника»). С увеличением частоты дыхания объем воздуха, поступающего в такой участок, становится все меньше и меньше. Иными словами, дыхательный объем при этом распределяется по все меньшей массе легочной ткани и создается впечатление, что растяжимость легких понижается.

«Физиология дыхания», Дж. Уэст

Существуют четыре причины понижения РO2 в артериальной крови (гипоксемии): гиповентиляция; нарушение диффузии; наличие шунтов; неравномерность вентиляционно-перфузионных отношений. Для того чтобы различать эти четыре причины, необходимо помнить, что гиповентиляция всегда приводит к повышению РCO2 в артериальной крови и что РO2 в этой крови при дыхании чистым кислородом не возрастает до должной величины лишь в том случае,…

Сопротивление воздухоносных путей равно отношению разности давлений между альвеолами и ротовой полостью к расходу воздуха. Его можно измерить методом общей плетизмографии. Перед тем как обследуемый делает вдох (Л), давление в плетизмографической камере равно атмосферному. Во время вдоха давление в альвеолах снижается, а объем альвеолярного воздуха увеличивается на величину ∆V. При этом воздух в камере сжимается,…

Выше мы убедились в том, что оценка растяжимости легких по внутриплевральному давлению в конце вдоха или выдоха при спокойном дыхании не дает надежных результатов у больных с поражениями дыхательных путей из-за различий в постоянной времени заполнения разных участков легких. Такая кажущаяся или «динамическая» растяжимость легких уменьшается при увеличении частоты дыхания: когда время, затрачиваемое на вдох,…

Похожие статьи