Вся бібліотека >>>

Зміст книги >>>

 


Серія: Навчальна література для студентів медичних внз

Фізіологія людини


під редакцією В.М.Покровского, Г.Ф.Коротько

 

Глава 8. ДИХАННЯ

 

ЛЕГЕНЕВА ВЕНТИЛЯЦІЯ

Альвеолярна вентиляція

 

Обміну О2 і СО2 між атмосферним повітрям і внутрішньої середовищем організму сприяє безперервне оновлення складу повітря, заповнює численні альвеоли легенів. Альвеолярна вентиляція є частиною загальної вентиляції легенів, яка досягає альвеол. Альвеолярна вентиляція безпосередньо впливає на вміст О2 і СО2 в альвеолярному повітрі і таким чином визначає характер газообміну між кров'ю і повітрям, що заповнює альвеоли. У кожній альвеоле склад повітря визначається співвідношенням багатьох факторів. По-перше, на його склад впливає величина анатомічного мертвого простору легенів. По-друге, розподіл повітря по численним повітряних ходів і альвеол залежить від чисто фізичних причин. По-третє, для обміну газів в легенях вирішальне значення має відповідність вентиляції альвеол і перфузії легеневих капілярів.

 

Анатомічне і альвеолярний мертвий простір. Анатомічним мертвим простором (Vd) називають кондуктивну, або воздухопроводящую, зону легкого, яка не бере участі в газообміні (верхні дихальні шляхи, трахея, бронхи і термінальні бронхіоли). Анатомічне мертве простір виконує ряд важливих функцій: нагріває вдихуване атмосферне повітря, затримує приблизно 30% видихуваних тепла і води. Останнім попереджає висушування альвеолярно-капілярної мембрани легень. Як відомо, повітроносні шляху кожного легкого людини мають 23 генерації, або розподілу, бронхіального дерева за типом дихотомії від трахеї до альвеол. Після проходження через бронхи 8-12 порядку температура вдихуваного повітря досягає 37°С, а вологість - 100%. Анатомічне мертве простір практично відповідає кондуктивної зоні легень, об'єм якої варіює від 100 до 200 мл, а в середньому становить 2 мл на 1 кг маси тіла, тобто 150 мл при масі тіла 75 кг

 

Для розрахунку Vd можна використовувати формулу:

 

Vd=(FACO2-FECO2)/(FACO2-FICO2)•VE

 

де FA, FE, FICO2 відповідно концентрація (фракція) СО2 в альвеолярному, і видихуваному повітрі, a Ve - вентиляція легких.

 

В процесі зовнішнього дихання ряд чинників може змінювати об'єм анатомічного мертвого простору. Наприклад, збільшення дихального обсягу супроводжується розтягуванням дихальних шляхів. На об'єм анатомічного мертвого простору впливають частота дихання, яка змінює час, необхідне для дифузії газів, а також ритмічні скорочення серця і пульсація великих судин. Нарешті, Vd варіює при зміні тонусу гладких м'язів бронхів (наприклад, ацетилхолін підвищує, а атропін, навпаки, знижує тонус гладких м'язів дихальних шляхів).

 

В анатомічному мертвому просторі повітряний потік має найбільшу лінійну швидкість. У напрямку до альвеолярним ходах і альвеолярним мішечків лінійна швидкість руху повітря зменшується до величин вельми незначних для конвентивного воздухопроведения. Це пояснюється тим, що внаслідок багаторазових розгалужень бронхіального дерева загальна поперечний переріз повітроносних шляхів настільки зростає, що поступальний переміщення газів стає незначним.

 

Існує точка зору, що в межах перехідної зони легень (від кондуктивної до респіраторної), а також респіраторної або альвеолярної зони легкого О2 і СО2 переносяться до альвеолярної мембрани в здебільшого з допомогою дифузії. Це сприяє швидкому вирівнюванню концентрації дихальних газів на величезній дифузійної поверхні легенів.

 

Альвеолярний мертвий простір. В здоровому легкому деякий кількість апікальних альвеол вентилюється нормально, але частково або повністю не перфузируется кров'ю. Подібне фізіологічне стан позначають як «альвеолярний мертвий простір». У фізіологічних умовах альвеолярний мертвий простір може з'являтися у випадку зниження хвилинного об'єму крові, зменшення тиску в артеріальних судинах легких, а в патологічних станах - при анемії, легеневої емболії або емфіземі. У таких зонах легень не відбувається газообміну.

 

Сума обсягів анатомічного і альвеолярного мертвого простору називається фізіологічним, або функціональним, мертвим простором.

 

Анатомічне мертве простір знижує ефективність альвеолярної вентиляції. Під час спокійного вдиху об'ємом 500 мл у альвеоли надходить тільки 350 мл вдихуваного, або атмосферного повітря. Решта 150 мл вдихуваного повітря являють собою альвеолярний повітря, який після газообміну затримується в анатомічному мертвому просторі в кінці кожного видиху. Анатомічне мертве простір, що становить в середньому 1/3 дихального об'єму, знижує цю величину ефективність альвеолярної вентиляції при спокійному диханні. Склад альвеолярного повітря істотно відрізняється від складу вдихуваного і видихуваного з легенів людини повітря (табл. 8.1).

 

Якщо дихальний об'єм збільшується в кілька разів, наприклад, при м'язовій роботі він досягає близько 2500 мл, то об'єм анатомічного мертвого простору практично не впливає на ефективність альвеолярної вентиляції.

 

Гази, що входять до складу атмосферного, альвеолярного і видихуваного повітря, мають певну парціальний (partialis - частковий) тиск, т. тобто тиск, що припадає на частку даного газу в суміші газів. Загальний тиск газу обумовлено кінетичним рухом молекул, що впливають на поверхня розділу середовищ. В легких такою поверхнею є повітроносні шляхи і альвеоли. Згідно із законом Дальтона, парціальний тиск газу в якоїсь суміші прямо пропорційно його об'ємному вмісту. Альвеолярний повітря представлений сумішшю в основному О2, СО2 і N2. Крім того, в альвеолярному повітрі містяться водяні пари, які також надають певне парціальний тиск, тому при загальному тиску суміші газів 760,0 мм рт.ст. парціальний тиск 02(Ро2) в альвеолярному повітрі становить близько 104,0 мм рт.ст., СО2(Рсо2) - 40,0 мм рт.ст. N2(PN2) - 569,0 мм рт.ст. Парціальний тиск водяних парів при температурі 37 °С становить 47 мм рт.ст.

 

Необхідно враховувати, що наведені в табл. 8.1 значення парціального тиску газів відповідають їх тиску на рівні моря (Р - 760 мм рт.ст.) і ці значення будуть зменшуватися з підйомом на висоту.

 

Різний вміст О2 і СО2 в альвеолярному і видихуваному з легенів повітря свідчить про те, що в повітроносних шляхах легенів від трахеї до альвеол існують численні градієнти концентрації дихальних газів, фронт яких може динамічно зміщуватися в ту чи іншу сторону в залежності від вентиляції легенів.

 

На склад газів у альвеолах легенів впливає не тільки вентиляція легенів і величина анатомічного мертвого простору, але і перфузія кров'ю легеневих капілярів. Якщо вентиляція щодо перфузії надлишкова, то склад альвеолярного повітря наближається до складу вдихуваного повітря. Навпаки, в разі недостатньої вентиляції склад альвеолярного повітря наближається до газового складу венозної крові. Відмінність в співвідношенні альвеолярної вентиляції і перфузії легеневих капілярів можуть виникати як в цілому легкому, так і в його регіональних ділянках. На особливості локального кровотоку в легеневих капілярах впливає насамперед склад альвеолярного повітря. Наприклад, низький вміст О2 (гіпоксія), а також зниження вмісту СО2 (гипокапния) в альвеолярному повітрі викликають підвищення тонусу гладких м'язів легеневих судин і їх звуження.

 

Кровотік в капілярах легень і легенева вентиляція перерозподіляються при зміні положення тіла в просторі. Зміна напрямку дії гравітаційної сили впливає на кровообіг в легенях через відносно низького артеріального тиску в судинах малого кола кровообігу, рівного в середньому 15-20 мм рт.ст. (2,0-2,6 кПа). При будь-якому положенні тіла в просторі нижні відділи легенів в порівнянні з верхніми будуть мати не тільки більшу вентиляцію, але і більший кровотік. Наприклад, в положенні тіла головою вниз нижніми будуть апікальні, або верхівкові, відділи легенів.

 

Альвеолярну вентиляцію за один дихальний цикл можна розрахувати за формулою:

 

VA=f(VT-Vd),

 

де f - частота дихання; Vt - дихальний об'єм.

 

Об'єм альвеолярної вентиляції за одну хвилину визначається за формулою:

 

VA=VE-(f•Vd).

 

У кінцевому підсумку величина альвеолярної вентиляції тим нижче, чим вище частота дихання і менше дихальний об'єм.

 

Резерви апарату зовнішнього дихання досить великі. У спокої частота дихальних рухів людини близька до 16 за хвилину, а об'єм вдихуваного повітря - близько 500 мл.

 

Хвилинний об'єм дихання (МОД) - це загальна кількість повітря, яке проходить через легені за 1 хв. у людини в спокої МОД складає в середньому 8 л*хв-1. МОД можна розрахувати, помноживши частоту дихання на хвилину на величину дихального об'єму.

 

Максимальна вентиляція легень - обсяг повітря, який проходить через легені за 1 хв під час максимальних по частоті і глибині дихальних рухів. Максимальна вентиляція викликається довільно, виникає під час роботи, при нестачі вмісту О2 (гіпоксія), а також при надлишку вмісту СО2 (гіперкапнія) у вдихуваному повітрі.

 

При максимальної довільної вентиляції легень частота дихання може зростати до 50-60 за 1 хв, а ДО - ДО 2-4 л. В цих умовах МОД може доходити до 100-200 л*хв-1.

 

Максимальну довільну вентиляцію вимірюють під час форсованого дихання, як правило, протягом 15 с. В нормі у людини при фізичному навантаженні рівень максимальної вентиляції завжди нижче, ніж максимальна довільна вентиляція.

 

Наступна глава >>>