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.

Одной из основных характеристик внешнего дыхания является минутный объем дыхания (МОД). Вентиляция легких определяется объемом воздуха вдыхаемого или выдыхаемого в единицу времени. МОД – это произведение дыхательного объема на частоту дыхательных циклов . В норме, в покое ДО равен 500 мл, частота дыхательных циклов – 12 – 16 в минуту, отсюда МОД равен 6 - 7 л/мин. Максимальная вентиляция легких – это объем воздуха, который проходит через легкие за 1 минуту во время максимальных по частоте и глубине дыхательных движений.

Альвеолярная вентиляция

Итак, внешнее дыхание, или вентиляция легких обеспечивает поступление в легкие примерно 500 мл воздуха во время каждого вдоха (ДО). Насыщение крови кислородом и удаление углекислого газа происходит при контакте крови легочных капилляров с воздухом, содержащимся в альвеолах. Альвеолярный воздух – это внутренняя газовая среда организма млекопитающих и человека. Ее параметры – содержание кислорода и углекислого газа – постоянны. Количество альвеолярного воздуха примерно соответствует функциональной остаточной емкости легких – количеству воздуха, которое остается в легких после спокойного выдоха, и в норме равно 2500 мл. Именно этот альвеолярный воздух обновляется поступающим по дыхательным путям атмосферным воздухом. Следует иметь в виду, что в легочном газообмене участвует не весь вдыхаемый воздух, а лишь та его часть, которая достигает альвеол. Поэтому для оценки эффективности легочного газообмена важна не столько легочная, сколько альвеолярная вентиляция.

Как известно, часть дыхательного объема не участвует в газообмене, заполняя анатомически мертвое пространство дыхательных путей – примерно 140 – 150 мл.

Кроме того, есть альвеолы, которые в данный момент вентилируются, но не снабжаются кровью. Эта часть альвеол является альвеолярным мертвым пространством. Сумма анатомического и альвеолярного мертвых пространств называется функциональным, или физиологическим мертвым пространством. Примерно 1/3 дыхательного объема приходится на вентиляцию мертвого пространства, заполненного воздухом, который непосредственно не участвует в газообмене и лишь перемещается в просвете воздухоносных путей при вдохе и выдохе. Следовательно, вентиляция альвеолярных пространств – альвеолярная вентиляция – представляет собой легочную вентиляцию за вычетом вентиляции мертвого пространства. В норме альвеолярная вентиляция составляет 70 - 75 % величины МОД.

Расчет альвеолярной вентиляции проводится по формуле: МАВ = (ДО - МП)  ЧД, где МАВ - минутная альвеолярная вентиляция, ДО - дыхательный объем, МП - объем мертвого пространства, ЧД - частота дыхания.

Рисунок 6. Соотношение МОД и альвеолярной вентиляции

Используем эти данные для расчета еще одной величины, характеризующей альвеолярную вентиляцию - коэффициент вентиляции альвеол. Этот коэффициент показывает, какая часть альвеолярного воздуха обновляется при каждом вдохе. В альвеолах к концу спокойного выдоха находится около 2500 мл воздуха (ФОЕ), во время вдоха в альвеолы поступает 350 мл воздуха, следовательно, обновляется лишь 1/7 часть альвеолярного воздуха (2500/350 = 7/1).

Для оценки качества работы легких исследует дыхательные объемы (с помощью специальных приборов – спирометров).

Дыхательный объем (ДО) – количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании за один цикл. В норме = 400-500 мл.

Минутный объем дыхания (МОД) – объем воздуха, проходящий через легкие за 1 минуту (МОД=ДО х ЧДД). В норме = 8-9 литров в минуту; около 500 л в час; 12000-13000 л в сутки. При увеличении физической нагрузки МОД увеличивается.

Не весь вдыхаемый воздух участвует в вентиляции альвеол (газообмене), т.к. часть его не доходит до ацинусов и остается в дыхательных путях, где отсутствует возможность для диффузии. Объем таких воздухоносных путей называется «дыхательное мертвое пространство». В норме у взрослого = 140-150 мл, т.е. 1/3 ДО.

Резервный объем вдоха (РОВд) – количество воздуха, которое человек может вдохнуть при самом сильном максимальном вдохе после спокойного вдоха, т.е. сверх ДО. В норме = 1500-3000 мл.

Резервный объем выдоха (РОВыд) – количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха. В норме = 700-1000 мл.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – количество воздуха, которое человек может максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха (ЖЕЛ=ДО+РОВд+РОВыд = 3500-4500 мл).

Остаточный объем легких (ООЛ) – количество воздуха, остающееся в легких после максимального выдоха. В норме = 100-1500 мл.

Общая емкость легких (ОЕЛ) – максимальное количество воздуха, которое может находится в легких. ОЕЛ=ЖЕЛ+ООЛ = 4500-6000 мл.

ДИФФУЗИЯ ГАЗОВ

Состав вдыхаемого воздуха: кислород- 21 %, углекислый газ – 0,03 %.

Состав выдыхаемого воздуха: кислород-17 %, углекислый газ – 4 %.

Состав воздуха, содержащегося в альвеолах: кислород-14 %, углекислый газ –5,6 %о.

По мере выдоха альвеолярный воздух смешивается в воздухом, находящимся в дыхательных путях (в «мертвом пространстве»), что обусловливает указанную разницу состава воздуха.

Переход газов через аэрогематический барьер обусловлен разностью концентраций по обе стороны мембраны.

Парциальное давление – та часть давления, которая приходится на данный газ. При атмосферном давлении 760 мм рт.ст., парц.давление кислорода составляет 160 мм рт.ст. (т.е. 21 % от 760), в альвеолярном воздухе парц.давление кислорода – 100 мм рт.ст., а углекислого газа - 40 мм рт.ст.

Напряжение газа – парциальное давление в жидкости. Напряжение кислорода в венозной крови - 40 мм рт.ст. За счет градиента давления между альвеолярным воздухом и кровью – 60 мм рт.ст. (100 мм рт.ст. и 40 мм рт.ст.) происходит диффузия кислорода в кровь, где он связывается с гемоглобином, превращая его в оксигемоглобин. Кровь, содержащая большое количество оксигемоглобина называется артериальной. В 100 мл артериальной крови содержится 20 мл кислорода, в 100 мл венозной крови – 13-15 мл кислорода. Также по градиенту давления углекислый газ попадает в кровь (т.к. в тканях он содержится в больших количествах) и образуется карбгемоглобин. Кроме этого, углекислый газ вступает в реакцию с водой, образуя угольную кислоту (катализатор реакции – фермент карбоангидраза, находящийся в эритроцитах), которая распадается на протон водорода и бикарбонат-ион. Напряжение СО 2 в венозной крови – 46 мм рт.ст.; в альвеолярном воздухе – 40 мм рт.ст. (градиент давления = 6 мм рт.ст.). Диффузия СО 2 происходит из крови во внешнюю среду.

Один из основных методов оценки вентиляционной функции легких, применяемых в практике врачебно-трудовой экспертизы, - спирография , позволяющая определить статистические легочные объемы - жизненная емкость легких (ЖЕЛ), функциональная остаточная емкость (ФОЕ) , остаточный объем легких, общая емкость легких, динамические легочные объемы - дыхательный объем, минутный объем, максимальная вентиляция легких.

Способность полностью поддерживать газовый состав артериальной крови еще не является гарантией отсутствия легочной недостаточности у пациентов с бронхолегочной патологией. Артериализация крови может поддерживаться на близком к норме уровне за счет компенсаторного перенапряжения механизмов, обеспечивающих ее, что также является признаком легочной недостаточности. К таким механизмам относится прежде всего функция вентиляции легких .

Адекватность объемных параметров вентиляции определяется «динамическими легочными объемами », к которым относят дыхательный объем и минутный объем дыхания (МОД).

Дыхательный объем в покое у здорового человека составляет около 0,5 л. Должный МОД получают, умножая должную величину основного обмена на коэффициент 4,73. Полученные таким образом величины лежат в пределах 6-9 л. Однако сравнение фактической величины МОД (определяется в условиях основного обмена или близких к нему) с должной имеет смысл лишь для суммарной оценки изменений величины, которая может включать как изменения собственно вентиляции, так и нарушения потребления кислорода.

Для оценки собственно вентиляционных отклонений от нормы необходимо учитывать коэффициент использования кислорода (КИО 2) - отношение поглощенного О 2 (в мл/мин) к МОД (в л/мин).

На основании коэффициента использования кислорода можно судить об эффективности вентиляции. У здоровых людей КИ в среднем 40.

При КИО 2 ниже 35мл/л вентиляция оказывается избыточной по отношению к потребленному кислороду (гипервентиляция ), при увеличении КИО 2 выше 45 мл/л речь идет о гиповентиляции .

Другой способ выражения газообменной эффективности легочной вентиляции - определение дыхательного эквивалента , т.е. того объема вентилируемого воздуха, который приходится на 100 мл потребленного кислорода: определяют отношение МОД к количеству потребленного кислорода (или углекислоты - ДЭ углекислоты).

У здорового человека 100 мл потребляемого кислорода или выделенной углекислоты обеспечиваются объемом вентилируемого воздуха, близким к 3 л/мин.

У больных с патологией легких при функциональных нарушениях газообменная эффективность оказывается сниженной, и потребление 100 мл кислорода требует большего, чем у здоровых объема вентиляции.

При оценке эффективности вентиляции увеличение частоты дыхания (ЧД) рассматривается как типичный признак дыхательной недостаточности, это целесообразно учитывать при трудовой экспертизе: при I степени дыхательной недостаточности ЧД не превышает 24, при II степени достигает 28 , при III степени ЧД очень большая.

Вентиляция легких - непрерывный регулируемый процесс обновления газового состава воздуха, содержащегося в легких. Вентиляция легких обеспечивается введением в них атмосферного воздуха, богатого кислородом, и выведении при выдохе газа, содержащего избыток углекислого газа.

Легочная вентиляция характеризуется минутным объемом дыхания. В состоянии покоя взрослый человек вдыхает и выдыхает 500 мл воздуха при частоте 16-20 раз в минуту (минутный 8-10 л), новорожденный дышит чаще - 60 раз, ребенок 5 лет - 25 раз в минуту. Объем дыхательных путей (где газообмен не происходит) - 140 мл, так называемый воздух вредного пространства; таким образом, в альвеолы поступает 360 мл. Редкое и глубокое дыхание уменьшает объем вредного пространства, и оно значительно эффективнее.

К статическим объемам относятся величины, которые измеряют после завершения дыхательного маневра без ограничения скорости (время) его выполнения.

К статическим показателям относятся четыре первичных легочных объема: - дыхательный объем (ДО - VT);

Резервный объем вдоха (Ровд - IRV);

Резервный объем выдоха (РОвыд - ERV);

Остаточный объем (ОО - RV).

А также и емкости:

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ - VC);

Емкость вдоха (Евд - IC);

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ - FRC);

Общая емкость легких (ОЕЛ - TLC).

Динамические величины характеризуют объемную скорость воздушного потока. Их определяют с учетом времени, затраченного на выполнение дыхательного маневра. К динамическим показателям относятся:

Объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ 1 - FEV 1);

Форсированная жизненная емкость (ФЖЕЛ - FVC);

Пиковая объемная (PEV) скорость выдоха (ПОСвыд - PE) и др.

Объемы и емкости легких здорового человека определяет ряд факторов:

1) рост, масса тела, возраст, расовая принадлежность, конституциональные особенности человека;

2) эластические свойства легочной ткани и дыхательных путей;

3) сократительные характеристики инспираторных и экспираторных мышц.

Для определения легочных объемов и емкостей используются методы спирометрии, спирографии, пневмотахометрии и бодиплетизмографии.

Для сопоставимости результатов измерений легочных объемов и емкостей полученные данные должны соотноситься со стандартными условиями: температура тела 37 о С, атмосферного давления 101 кПА (760 мм рт ст), относительной влажности 100 %.

Дыхательный объем

Дыхательный объем (ДО) - это объем воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого при нормальном дыхании, равный в среднем 500 мл (с колебаниями от 300 до 900 мл).

Из него около 150 мл составляет объем воздуха функционального мертвого пространства (ВФМП) в гортани, трахее, бронхах, который не принимает участия в газообмене. Функциональная роль ВФМП заключается в том, что он смешивается с вдыхаемым воздухом, увлажняя и согревая его.

Резервный объем выдоха

Резервный объем выдоха - это объем воздуха, равныйу1500 -2000 мл, который человек может выдохнуть, если после нормального выдоха сделает максимальный выдох.

Резервный объем вдоха

Резервный объем вдоха - это объем воздуха, который человек может вдохнуть, если после нормального вдоха сделает максимальный вдох. Равен 1500 - 2000 мл.

Жизненная емкость легких

Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) -- максимальное количество воздуха, выдыхаемое после самого глубокого вдоха. ЖЕЛ является одним из основных показателей состояния аппарата внешнего дыхания, широко используемым в медицине. Вместе с остаточным объемом, т.е. объемом воздуха, остающегося в легких после самого глубокого выдоха, ЖЕЛ образует общую емкость легких (ОЕЛ).

В норме ЖЕЛ составляет около 3/4 общей емкости легких и характеризует максимальный объем, в пределах которого человек может изменять глубину своего дыхания. При спокойном дыхании здоровый взрослый человек использует небольшую часть ЖЕЛ: вдыхает и выдыхает 300--500 мл воздуха (так называемый дыхательный объем). При этом резервный объем вдоха, т.е. количество воздуха, которое человек способен дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха, и резервный объем выдоха, равный объему дополнительно выдыхаемого воздуха после спокойного выдоха, составляет в среднем примерно по 1500 мл каждый. Во время физической нагрузки дыхательный объем возрастает за счет использования резервов вдоха и выдоха.

Жизненная емкость легких является показателем подвижности легких и грудной клетки. Несмотря на название, она не отражает параметров дыхания в реальных («жизненных») условиях, так как даже при самых высоких потребностях, предъявляемые организмом к дыхательной системе, глубина дыхания никогда не достигает максимального из возможных значений.

С практической точки зрения нецелесообразно устанавливать «единую» норму для жизненной емкости легких, так как эта величина зависит от ряда факторов, в частности от возраста, пола, размеров и положения тела и степени тренированности.

С возрастом жизненная емкость легких уменьшается (особенно после 40 лет). Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки. У женщин в среднем на 25% меньше, чем у мужчин.

Зависимость от роста можно вычислить по следующему уравнению:

ЖЕЛ=2.5*рост (м)

ЖЕЛ зависит от положения тела: в вертикальном положение она несколько больше, чем в горизонтальном положении.

Объясняется это тем, что в вертикальном положении в легких содержится меньше крови. У тренированных людей (особенно у пловцов, гребцов) она может составлять до 8 л, так как у спортсменов сильно развиты вспомогательные дыхательные мышцы (большие и малые грудные).

Остаточный объем

Остаточный объем (ОО) - это объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Равен 1000 - 1500 мл.

Общая емкость легких

Общая (максимальная) емкость легких (ОЕЛ) является суммой дыхательного, резервных (вдох и выдох) и остаточного объемов и составляет 5000 - 6000 мл.

Исследование дыхательных объемов нужно для оценки компенсации дыхательной недостаточности путем увеличения глубины дыхания (вдоха и выдоха).

Жизненная емкость легких. Систематические занятия физкультурой и спортом способствуют развитию дыхательной мускулатуры и расширению грудной клетки. Уже через 6-7 месяцев после начала занятий плаванием или бегом жизненная емкость легких у юных спортсменов может возрасти на 500 куб.см. и более. Снижение ее - признак переутомления.

Измеряется Жизненная емкость легких специальным прибором - спирометром. Для этого закройте вначале пробкой отверстие внутреннего цилиндра спирометра и продезинфицируйте его мундштук спиртом. После глубокого вдоха сделайте через взятый в рот мундштук глубокий выдох. При этом воздух не должен проходить мимо мундштука или через нос.

Измерение повторяют дважды, а в дневнике записывают наивысший результат.

Жизненная емкость легких у человека колеблется от 2,5 до 5л, а у некоторых спортсменов достигает 5,5л и более. Жизненная емкость легких зависит от возраста, пола, физического развития и других факторов. Уменьшение ее более чем на 300 куб.см может указывать на переутомление.

Очень важно научиться полному глубокому дыханию, избегать его задержки. Если в покое частота дыхания обычно равна 16-18 в мин., то при физической нагрузке, когда организм нуждается в большем количестве кислорода, эта частота может достигать 40 и белее. При появлении же частого поверхностного дыхания, одышки нужно прекратить занятие, отметить это в дневнике самоконтроля и обратиться к врачу.