Объем легких
Во время дыхательных движений o различная амплитуда дыхания может вызвать изменения в объеме воздуха, удерживаемого в легких.
Базальный объем легких Приливной объем (VT). Во время спокойного дыхания o Объем воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого при каждом вдохе. Запасной инспираторный объем (IRV). Максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного вдоха. Экспираторный объем (ERV). Максимальный объем воздуха, который можно продолжать выдыхать после спокойного выдоха. Остаточный объем (ОО) Количество остаточного воздуха, который не может быть выдохнут из легких после компенсаторного выдоха.
Четыре объема легких:Глубокий инспираторный объем (IC). Максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного выдоха. Состоит из приливного объема и компенсаторного инспираторного объема. Объем легких (VC). Максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. Состоит из глубокого инспираторного объема и компенсаторного экспираторного объема. Функциональный остаточный объем (FRC). Объем воздуха, содержащегося в легких после спокойного выдоха. Состоит из компенсаторного экспираторного объема и остаточного объема. Общий объем легких (ООЛ). Общий объем воздуха, содержащегося в легких после глубокого вдоха. Состоит из объема легких и остаточного объема воздуха. Приливной объем p глубокий инспираторный объем p компенсаторный экспираторный объем и объем легких можно измерить непосредственно с помощью спирометра. o Функциональный остаточный объем и остаточный объем нельзя измерить непосредственно с помощью спирометра. o Можно использовать только косвенные методы. Общий объем легких может быть определен путем добавления спирометрии к остаточному объему воздуха.
Снижение спирометрии наблюдается в грудной клетке, ограничение расширения легких, повреждение легочной ткани, обструкция дыхательных путей, а изменения функционального остаточного объема воздуха часто сосуществуют с изменениями остаточного объема воздуха. Увеличение остаточного объема воздуха наблюдается при обструктивных заболеваниях легких, таких как бронхиальная астма и эмфизема. Рестриктивные состояния легких, такие как диффузный интерстициальный фиброз легких, профессиональные заболевания легких и сдавление легочной ткани после пневмонэктомии, уменьшают остаточный объем воздуха. Остаточный объем воздуха/общий объем легких используется в качестве клинического показателя.
Легочная вентиляция
Легочная вентиляция измеряется как объем воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого легкими за единицу времени.
Вентиляция в покое в минуту — это произведение приливного объема и частоты дыхания. o Количество вдохов в минуту у нормального взрослого человека в покое составляет примерно 15. o Приливной объем 500 мло имеет вентиляцию 7,5 л/мин. 140 мл газа в приливном объеме удерживается в дыхательных путях без газообмена. o Это называется анатомическим мертвым пространством.
Если дыхание поверхностное и быстрое, вентиляция анатомического мертвого пространства относительно высока o влияет на альвеолярную вентиляцию. Количество газа, поступающего в альвеолы, может быть обусловлено недостаточным местным кровотоком, в результате чего газ не обменивается с кровью. Этот объем газа называется объемом альвеолярного мертвого пространства. Альвеолярный мертвый объем плюс анатомический мертвый объем вместе называются физиологическим мертвым объемом. Альвеолярная вентиляция = (приливной объем — физиологический мертвый объем) х частота дыхания. Недостаточная альвеолярная вентиляция обычно наблюдается при эмфиземе r Повышенная альвеолярная вентиляция наблюдается при синдроме гипервентиляции.
Максимальный объем вентиляции (MVV) Объем вентиляции, получаемый при максимально быстром и глубоком дыхании в единицу времени. Обычно пациента просят глубоко и быстро дышать в течение 12 секунд. o Полученную вентиляцию умножают на 5, чтобы получить максимальную вентиляцию в минуту. Это простой стресс-тест для измерения проходимости дыхательных путей, эластичности легких и грудной клетки, а также силы дыхательных мышц. Он часто используется как показатель способности выполнять торакальные операции.
Форсированная спирометрия (FVC) Экспираторная спирометрия, выполняемая с максимально возможной скоростью. На основании этого можно рассчитать отношение объема, выдыхаемого за первую секунду, и объема, выдыхаемого за первую секунду, к форсированной жизненной емкости легких. Экспираторная спирометрия — лучшее из существующих измерений. Она отражает сопротивление экспираторной фазы больших дыхательных путей. Он может использоваться в качестве диагностического средства при хроническом бронхите, бронхиальной астме и эмфиземе. o Он также позволяет оценить эффективность бронхолитиков.
Пиковая скорость экспираторного потока (PEFR) В положении полного объема легких o Дуйте сильно и быстро до самого высокого показателя экспираторного потока o Наблюдайте самую высокую скорость экспираторного потока. Метод измерения является простым и легко выполнимым. Он широко используется в эпидемиологических исследованиях респираторных заболеваний и особенно полезен при определении состояния и исхода бронхиальной астмы. Самые низкие значения пикового экспираторного потока часто обнаруживаются в 0-5 часов утра у пациентов с астмой во время 24-часового динамического наблюдения.
Соотношение легочной вентиляции и кровотока Вдыхаемый воздух обменивается кислородом и углекислым газом с кровью в альвеолярных капиллярах после того, как он достигает альвеол. На легочную ткань и кровоток влияет гравитация, поэтому вентиляция и кровоток не являются идеально равномерными во всех частях верхних и нижних легких. Если вентиляция легких и кровоток в минуту могут поддерживаться в среднем в определенном соотношении (4s5), то газообмен может происходить нормально.
Показателями легочной функции, отражающими неравномерное распределение газов, являются скорость вымывания азота и скорость наклона фазы III. У нормальных людей концентрация альвеолярного азота составляет менее 2,5% после 7-минутного промывания чистым кислородом. Уклон III фазы — это средняя концентрация азота, увеличенная газом в положении остаточного газа после вдыхания чистого кислорода до общего объема легких o Выдох при 750 мл и 1250 мл не превышает 1,5%. Нарушение функции мелких дыхательных путей p Длительное курение или пациенты с эмфиземой могут стать причиной неравномерного распределения газов.
Если легочная вентиляция в норме p Снижение или затруднение легочного капиллярного кровотока o Увеличение объема альвеолярного мертвого пространства o Увеличение отношения вентиляция/поток r При обструкции легочных бронхов o Недостаточное насыщение кислородом местного кровотока o Образование физиологических шунтов o Снижение отношения вентиляция/поток. Легочные функциональные тесты, отражающие соотношение вентиляции и потока, включают измерение физиологического мертвого пространства p Измерение дифференциального давления кислорода в альвеолярной артериальной крови p Измерение физиологического шунта. Увеличение физиологического мертвого пространства наблюдается при таких состояниях, как красная эмфизема или легочная эмболия. Увеличение физиологического фракционного потока наблюдается при таких заболеваниях, как цианотическая вздутая эмфизема или респираторный дистресс-синдром взрослых.
Вентиляционная функция мелких дыхательных путей Мелкие бронхи с внутренним диаметром Q2 мм в состоянии инспирации называются мелкими дыхательными путями. o Сопротивление мелких дыхательных путей составляет только 20% от общего сопротивления дыхательных путей. Его трудно обнаружить с помощью обычной спирометрии, которая отражает большое сопротивление дыхательных путей. Сопротивление мелких дыхательных путей можно измерить уже при низком объеме легких. r Патология мелких дыхательных путей обратима на ранних стадиях. Существует 2 широко используемых метода исследования функции мелких дыхательных путей. Кривая максимального экспираторного потока-объема (MEFR) рассматривает экспираторный поток в каждый момент времени в период от экспирации при общем объеме легких до остаточного объема воздуха. При нарушении функции мелких дыхательных путей o более 50% выдыхаемого объема легких o особенно при наличии 75% выдыхаемого объема легких.
Закрытый объем (ЗО) измеряет объем воздуха, который можно продолжать выдыхать, когда маленькие дыхательные пути в основании легкого начинают закрываться при выдыхании общего объема легких с постоянной скоростью. Увеличение объема закрытия/спирометрия указывает на раннее закрытие мелких дыхательных путей у основания легких. Она может быть вызвана патологией мелких дыхательных путей или снижением эластического втягивания легкого.
Нарушение функции мелких дыхательных путей характерно для пациентов, подвергающихся атмосферному загрязнению p длительное курение o длительное воздействие летучих химических веществ o ранний пневмокониоз o вирусная инфекция мелких бронхов o астма в стадии ремиссии o ранняя эмфизема o интерстициальный фиброз.
Механика дыхания
Анализ дыхательных движений с механической точки зрения.
Соответствие: изменение единицы объема, вызванное изменением единицы давления. o Это общее свойство всех упругих объектов. Дыхательный комплайнс можно разделить на общий комплайнс, комплайнс грудной стенки и комплайнс легких, в зависимости от его составляющих. Общее соответствие — это изменение объема легких, вызванное разницей в давлении между альвеолами и атмосферой r Соответствие грудной стенки — это изменение объема легких, вызванное разницей в давлении между грудной полостью и атмосферой r Соответствие легких — это изменение объема легких, вызванное разницей в давлении между альвеолами и грудной полостью. Легочный комплайнс можно разделить на статический комплайнс и динамический комплайнс. Комплайнс легких, измеренный во время дыхательного цикла o, когда поток воздуха временно блокируется, является статическим комплайнсом легких. o Комплайнс легких, измеренный во время дыхательного цикла o, когда поток воздуха не блокируется, является динамическим комплайнсом легких. Первый показатель отражает эластичность легочной ткани, а на второй также влияет сопротивление дыхательных путей. Снижение легочного комплайнса наблюдается в основном при фиброзе легких p отеке легких p ателектазе и пневмонии, которые ограничивают расширение легких. При эмфиземе o комплайнс легких увеличивается из-за потери эластичных волокон в альвеолярной стенке, поэтому давление, необходимое для расширения объема легких до определенного уровня, ниже, чем в нормальных легких.
Еще одним клиническим применением измерения легочного комплайнса является измерение динамического легочного комплайнса в присутствии повышенной частоты дыхания (обычно 30 и 60 вдохов/мин или быстрее). o Это измерение может использоваться как индикатор дисфункции мелких дыхательных путей. Комплайнс легких снижается, когда частота дыхания увеличивается из-за обструкции пораженных мелких дыхательных путей. Это изменение соответствия зависит от частоты дыхания и называется частотно-зависимым соответствием.
Сопротивление дыхательных путей Разница в давлении, необходимая на единицу скорости потока. Обычно это выражается как разность давлений (в сантиметровых столбах) при скорости вентиляции 1 литр в секунду. Повышенное сопротивление дыхательных путей наблюдается при хроническом бронхите p остром обострении бронхиальной астмы p опухшем раке p рубцовой ткани или других причинах обструктивных нарушений вентиляции. При эмфиземе повышенное сопротивление дыхательных путей вызвано ослаблением эластичности легкого против окружной тяги бронха, что облегчает захват бронха во время экспирации.
Работа дыхания Энергия, затрачиваемая на преодоление сопротивления легких, грудной стенки и органов брюшной полости при движении воздуха в дыхательные пути и из них. Сопротивление легких и грудной стенки включает в себя как эластичное, так и неэластичное сопротивление. Работа, выполняемая сокращением дыхательных мышц при спокойном дыхании, в основном используется во время вдоха, а эластичное втягивание легких во время выдоха достаточно для преодоления неупругого сопротивления воздуха тканям во время выдоха. Общее потребление кислорода нормальным человеческим организмом при спокойном дыхании составляет 200-300 мл/мин, при этом на потребление кислорода органами дыхания приходится менее 5% от общего потребления кислорода. Процент общего потребления кислорода органами дыхания увеличивается с увеличением объема вентиляции в минуту.
Диффузионная функция Основной функцией легких является газообмен, т.е. обмен кислорода и углекислого газа. Место газообмена в легких находится в альвеолах и происходит по принципу диффузии o т.е. молекулы газа диффундируют от высокого парциального давления через альвеолярно-капиллярную мембрану (барьер кровь-газ) к низкому парциальному давлению o до тех пор, пока давление газа не уравновесится по обе стороны мембраны. Парциальное давление — это процентное соотношение общего давления газа в газовой смеси o конкретного газа. Парциальное давление кислорода в альвеолярном газе выше, чем парциальное давление кислорода в капиллярах альвеолярной мембраны, поэтому кислород диффундирует из альвеол через альвеолярную мембрану в капилляры и связывается с гемоглобином в эритроцитах. Парциальное давление углекислого газа в крови выше, чем давление газа в альвеолах. o Поэтому углекислый газ диффундирует из крови в альвеолы. Поскольку диффузионная способность углекислого газа в 20 раз больше, чем у кислорода, при нарушении диффузии в основном нарушается диффузия кислорода. Снижение диффузии в основном наблюдается при интерстициальных заболеваниях легких, таких как диффузный интерстициальный фиброз, и при других состояниях, таких как эмфизема, когда площадь диффузии уменьшается из-за повреждения альвеолярной стенки, или при анемии, когда снижается уровень гемоглобина, что может уменьшить диффузию в легких.
Транспортировка газов крови
Включает транспортировку кислорода и углекислого газа.
Транспорт кислорода. Кислород переносится в крови в двух формах o Физическое растворение и связывание с гемоглобином Кислород связывается с гемоглобином, образуя оксигемоглобин Это основная форма присутствия и переноса кислорода в крови. Процентное соотношение насыщенного кислородом гемоглобина к гемоглобину называется уровнем насыщения кислородом. Физически растворенный кислород составляет всего 1,5% от содержания кислорода в артериальной крови, но насыщение кислородом в значительной степени зависит от изменения парциального давления физически растворенного кислорода в крови, которое не является линейной зависимостью, а скорее S-образной кривой o Эта кривая известна как кривая диссоциации оксигемоглобина. Эта кривая показывает, что при парциальном давлении 90-100 мм рт. ст. насыщение артериальной крови кислородом может достигать 95%. При снижении парциального давления до 60 м рт. ст. насыщение кислородом все еще может достигать 90%. Обеспечение тканей организма кислородом в значительной степени зависит от насыщения крови кислородом.
Перенос углекислого газа. Существует три основных формы транспорта углекислого газа в крови s физически растворенный углекислый газ составляет всего около 5% от общего количества углекислого газа во всей крови o но играет важную роль в регуляции дыхания и кислотно-основного баланса в организме. На долю бикарбоната приходится около 88-90% от общего количества углекислого газа в артериальной крови o Около 25% этого количества присутствует в эритроцитах o 75% присутствует в плазме и является наиболее важной формой транспорта углекислого газа в крови. Небольшая часть углекислого газа, поступающего в эритроциты, может соединяться с альфа-аминогруппой гемоглобина, образуя карбамат гемоглобина. o Он составляет 5-7% от общего количества углекислого газа в крови и действует медленнее, чем бикарбонат.
Контроль и регуляция дыхательных движений происходит по трем путям.
Центральный контроль и регуляция дыхания Дыхание человека является как произвольным, так и непроизвольным (т.е. автономным). Волевые дыхательные движения в основном контролируются корой головного мозга. o Вегетативное ритмичное дыхание происходит от некоторых нейронных структур в продолговатом мозге.
Нейрорефлекторная регуляция дыхания Центральная нервная система получает импульсы от различных рецепторов для регуляции дыхания. Легкие расширяются или сжимаются, вызывая рефлекторное изменение дыхания, называемое тензорным рефлексом, также известным как рефлекс Херринга-Бройля, который тормозит вдох и не дает ему быть слишком глубоким и продолжительным.
Хеморецепция дыхания Хеморецепторы, связанные с дыханием, можно разделить на две категории: центральные и периферические, в зависимости от их расположения. Центральные хеморецепторы расположены в вентральной гильотине на поверхности продолговатого мозга. Они чувствительны к углекислому газу. Когда концентрация углекислого газа в крови увеличивается, хеморецепторы стимулируются к углублению и ускорению дыхания. Периферические хеморецепторы расположены в каротидных и аортальных телах и в основном чувствительны к гипоксии.
Отклонения в дыхательном ритме могут быть вызваны нарушением контроля и регуляции дыхания.
Тест на физическую нагрузку
Изменения в сердечно-легочной функции наблюдаются через определенную величину тренировочной нагрузки. Органы дыхания и кровообращения имеют большой функциональный резерв, поэтому нарушение кардиореспираторной функции может наблюдаться еще до появления симптомов. Тесты с физической нагрузкой могут быть более чувствительными для выявления ранних изменений в функции легких. Одышка является распространенным симптомом, и тест с физической нагрузкой позволяет определить, вызвана ли одышка нарушением работы сердца или легких или психологическими факторами. В первом случае тест с физической нагрузкой может вызвать изменения в сердечно-легочной функции, в то время как во втором случае значительных изменений не происходит. Выявление работников для профессиональных заболеваний, таких как силикоз, также является важным объективным показателем, в дополнение к истории болезни, признакам и рентгенографии грудной клетки, функциональным тестам легких или тестам с физической нагрузкой на ранних стадиях заболевания. Тестирование с физической нагрузкой может вызвать нарушение сердечно-легочной функции или развитие симптомов у некоторых пациентов, называемое провокационным тестированием. У некоторых пациентов с астмой провокационные тесты с физической нагрузкой могут вызвать снижение легочной вентиляции и даже приступы астмы. На ранних стадиях ишемической болезни сердца провокационный тест с физической нагрузкой может вызвать такие симптомы, как электрокардиографические изменения или приступы стенокардии.
Клиническое применение
Это может помочь в клинической диагностике. o Определить наличие, характер и степень легочной дисфункции. Он является инструментом ранней диагностики некоторых заболеваний легких, таких как интерстициальные заболевания легких, где ранним проявлением может быть снижение диффузионной функции. Аномальная функция мелких дыхательных путей может быть ранним проявлением легочной дисфункции при хронических обструктивных заболеваниях легких, таких как хронический бронхит. Его можно использовать для руководства клиническим лечением, например, бронхолитики у пациентов с бронхиальной астмой можно использовать как важный показатель эффективности. Он также может использоваться в клинических исследованиях, таких как измерение аллергической активности дыхательных путей при аллергических заболеваниях и исследования физиологии дыхания во сне. Предоперационное измерение функции легких в торакальной хирургии может быть полезным для определения полноты операции. Роль в области гигиены труда и профессиональных заболеваний может быть следующей