Показатели внешнего дыхания. Фазы дыхания
Для фридайвера легкие явлются основным "рабочим инстументом" (конечно, после головного мозга), поэтому нам важно понимать устройство легких и весь процесс дыхания. Обычно, когда мы говорим о дыхании, мы имеем в виду внешнее дыхание или вентиляцию легких - единственный заметный для нас процесс в цепи дыхания. И рассматривать дыхание надо начинать именно с него.
Строение легких и грудной клетки
Легкие представляют собой пористый орган, похожий на губку, напоминающий в своем строении скопление отдельных пузырьков или виноградную гроздь с большим количеством ягод. Каждая «ягода» - это легочная альвеола (легочный пузырек) - место, где происходит выполнение основной функции легких - газообмен. Между воздухом альвеол и кровью лежит воздушно-кровяной барьер, образованный очень тонкими стенками альвеолы и кровеносного капилляра. Именно через этот барьер происходит диффузия газов: из альвеолы в кровь поступает кислород, а из крови в альвеолу углекислый газ.
Воздух к альвеолам поступает по воздухоносным путям - трохея, бронхи и более мелкие бронхиолы, которые завершаются альвеолярными мешками. Ветвление бронхов и бронхиол формирует доли (правое легкое имеет 3 доли, левое - 2 доли). В среднем в обоих легких имеется около 500-700 млн альвеол, дыхательная поверхность которых составляет от 40 м 2 при выдохе до 120 м 2 при вдохе. При этом большее количество альвеол находится в нижних отделах легких.
Бронхи и трахея имеют в своих стенках хрящевое основание и поэтому достаточно жестки. Бронхиолы и альвеолы имеют мягкие стенки и поэтому могут спадаться, то есть слипаться, как спустивший воздушный шарик, если в них не поддерживать некое давление воздуха. Чтобы этого не произошло, легкие, как единый орган, со всех сторон покрытый плеврой - прочной герметичной оболочкой.
Плевра имеет два слоя - два листка. Один листок плотно прилежит к внутренней поверхности жесткой грудной клетки, другой - окружает легкие. Между ними находится плевральная полость, в которой поддерживается отрицательное давление. Благодаря этому легкие находятся в расправленном состоянии. Отрицательное давление в плевральной щели обусловлено эластической тягой легких, то есть постоянным стремлением легких уменьшить свой объем.
Эластическая тяга легких обусловлена тремя факторами:
1) упругостью ткани стенок альвеол вследствие наличия в них эластичных волокон
2) тонусом бронхиальных мышц
3) поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол.
Жесткий каркас грудной клетки составляют ребра, которые гибко, благодаря хрящам и суставам, присоединяются к позвоночнику и суставам. Благодаря этому грудная клетка увеличивает и уменьшает свой объем, сохраняя при этом жесткость, необходимую для защиты находящихся в грудной полости органов.
Для того, чтобы вдохнуть воздух, нам необходимо создать в легких давление более низкое, чем атмосферное, а чтобы выдохнуть более высокое. Таким образом, для вдоха необходимо увеличение объема грудной клетки, для выдоха - уменьшением объема. На самом деле большая часть усилий дыхания расходуется на вдох, в обычных условиях выдох осуществляется за счет упругих свойств легких.
Основной дыхательной мышцей является диафрагма - куполообразная мышечная перегородка между полостью грудной клетки и брюшной полостью. Условно её границу можно провести по нижнему краю ребер.
При вдохе диафрагма сокращается, растягиваясь активным действием в сторону нижних внутренних органов. При этом несжимаемые органы брюшной полости оттесняются вниз и в стороны, растягивая стенки брюшной полости. При спокойном вдохе купол диафрагмы спускается приблизительно на 1.5 см, соответственно увеличивается вертикальный размер грудной полости. При этом нижние ребра несколько расходятся, увеличивая и обхват грудной клетки, что особенно заметно в нижних отделах. При выдохе диафрагма пассивно расслабляется и подтягивается, удерживающими её сухожилиями, в своё спокойное состояние.
Кроме диафрагмы, в увеличении объема грудной клетки принимают участие также наружные косые межреберные и межхрящевые мышцы. В результате подъема ребер увеличивается смещение грудины вперед и отхождение боковых частей ребер в стороны.
При очень глубоком интенсивном дыхании или при повышении сопротивления вдоху в процесс увеличения объема грудной клетки включается ряд вспомогательных дыхательных мышц, которые могут поднимать ребра: лестничные, большая и малая грудные, передняя зубчатая. К вспомогательным мышцам вдоха относятся также мышцы, разгибающие грудной отдел позвоночника и фиксирующие плечевой пояс при опоре на откинутые назад руки(трапециевидная, ромбовидные, поднимающая лопатку).
Как говорилось выше, спокойный вдох протекает пассивно, практически на фоне расслабления мышц вдоха. При активном интенсивном выдохе «подключаются» мышцы брюшной стенки, в результате чего объем брюшной полости уменьшается и повышается давление в ней. Давление передается на диафрагму и поднимает ее. Вследствие сокращения внутренних косых межреберных мышц происходит опускание ребер и сближение их краев.
Дыхательные движения
В обычной жизни, понаблюдав за собой и своими знакомыми, можно увидеть как дыхание, обеспечиваемое в основном диафрагмой, так и дыхание, обеспечиваемое в основном работой межреберных мышц. И это в пределах нормы. Мышцы плечевого пояса чаще подключаются при серьезных заболеваниях или интенсивной работе, но почти никогда - у относительно здоровых людей в нормальном состоянии.
Считается, что дыхание, обеспечиваемое в основном движениями диафрагмы, характерно больше для мужчин. В норме вдох сопровождается незначительным выпячиванием брюшной стенки, выдох - незначительным ее втяжением. Это брюшной тип дыхания.
У женщин чаще всего встречается грудной тип дыхания, обеспечиваемый в основном работой межреберных мышц. Это может быть связано с биологической готовностью женщины к материнству и, как следствие, с затрудненностью брюшного дыхания при беременности. При этом типе дыхания наиболее заметные движения совершает грудина и ребра.
Дыхание, при котором активно движутся плечи и ключицы, обеспечивается работой мышц плечевого пояса. Вентиляция легких при этом малоэффективна и касается только верхушек легких. Поэтому такой тип дыхания называется верхушечным. В обычных условиях такой тип дыхания практически не встречается и используется либо в ходе тех или иных гимнастик или развивается при серьезных заболеваниях.
Во фридайвинге мы считаем, что брюшной тип дыхания или дыхание животом является наиболее естественным и продуктивным. Об этом же говорится при занятиях йогой и пранаямой.
Во-первых, потому, что в нижних долях легких находится больше альвеол. Во-вторых, дыхательные движения связаны с нашей вегетативной нервной системой. Дыхание животом активирует парасимпатическую нервную систему - педаль тормоза для организма. Грудное дыхание активирует симпатическую нервную систему - педаль газа. При активном и долгом верхушечном дыхании происходит перестимуляция симпатической нервной системы. Это работает в обе стороны. Так паникующие люди всегда дышат верхушечным дыханием. И наоборот, если какое-то время спокойно дышать животом, происходит успокоение неврной системы и замедление всех процессов.
Легочные объемы
При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 мл (от 300 до 800 мл) воздуха, этот объем воздуха называется дыхательным объемом . Кроме обычного дыхательного объема при максимально глубоком вдохе человек может вдохнуть еще приблизительно 3000 мл воздуха - это резервный объем вдоха . После обычного спокойного выдоха обычный здоровый человек напряжением мышц выдоха способен «выдавить» из легких еще около 1300 мл воздуха - это резервный объем выдоха .
Сумма указанных объемов составляет жизненную емкость легких (ЖЭЛ) : 500 мл + 3000 мл + 1300 мл = 4800 мл.
Как видим, природа подготовила для нас почти десятикратный запас по возможности «прокачивать» воздух через легкие.
Дыхательный объем - количественное выражение глубины дыхания. Жизненная емкость легких определяет собой максимальный объем воздуха, который может быть введен или выведен из легких в течение одного вдоха или выдоха. Средняя жизненная емкость легких у мужчин составляет 4000 - 5500 мл, у женщин - 3000 - 4500 мл. Физические тренировки и различные растяжки грудной клетки позволяют увеличить ЖЭЛ.
После максимального глубокого выдоха в легких остается около 1200 мл воздуха. Это - остаточный объем . Большая его часть может быть удалена из легких только при открытом пневмотораксе.
Остаточный объем определяется в первую очередь эластичностью диафрагмы и межреберных мышц. Увеличение подвижности грудной клетки и уменьшение остаточного объема - важная задача при подготовке к нырянию на большие глубины. Погружения ниже остаточного объема для обычного нетренированного человека - это погружения глубже 30-35 метров. Один из популярных способов увеличения эластичности диафрагмы и уменьшения остаточного объема легких - регулярное выполнение уддияна бандхи.
Максимальное количество воздуха, которое может находиться в легких, называется общей емкостью легких , она равна сумме остаточного объема и жизненной емкости легких (в использованном примере: 1200 мл + 4800 мл = 6000 мл).
Объем воздуха, находящийся в легких в конце спокойного выдоха (при расслабленной дыхательной мускулатуре) называется функциональной остаточной емкостью легких . Она равна сумме остаточного объема и резервного объема выдоха (в использованном примере: 1200 мл + 1300 мл = 2500 мл). Функциональная остаточная емкость легких близка к объему альвеолярного воздуха перед началом вдоха.
Вентиляция легких определяется объемом воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого в единицу времени. Обычно измеряют минутный объем дыхания . Вентиляция легких зависит от глубины и частоты дыхания, которая в состоянии покоя составляет от 12 до 18 вдохов в минуту. Минутный объем дыхания равен произведению дыхательного объема на частоту дыхания, т.е. примерно 6-9 л.
Для оценки легочных объемов используется спирометрия - метод исследования функции внешнего дыхания, включающий в себя измерение объёмных и скоростных показателей дыхания. Мы рекомендуем пройти это исследование всем, кто планирует серьезно заниматься фридайвингом.
Воздух находится не только в альвеолах, но и в воздухоносных путях. К ним относятся полость носа (или рта при ротовом дыхании), носоглотка, гортань, трахея, бронхи. Воздух, находящийся в воздухоносных путях (за исключением дыхательных бронхиол), не участвует в газообмене. Поэтому просвет воздухоносных путей называют
анатомическим мертвым пространством. При вдохе последние порции атмосферного воздуха входят в мертвое пространство и, не изменив своего состава, покидают его при выдохе.
Объем анатомического мертвого пространства около 150 мл или примерно 1/3 дыхательного объема при спокойном дыхании. Т.е. из 500 мл вдыхаемого воздуха в альвеолы поступает лишь около 350 мл. В альвеолах в конце спокойного выдоха находится около 2500 мл воздуха, поэтому при каждом спокойном вдохе обновляется лишь 1/7 часть альвеолярного воздуха.
- ‹ Назад
К основным методам исследования дыхания у человека относятся:
· Спирометрия - метод определения жизненной емкости легких (ЖЕЛ) и составляющих ее объёмов воздуха.
· Спирография - метод графической регистрации показателей функции внешнего звена системы дыхания.
· Пневмотахометрия - метод измерения максимальной скорости вдоха и выдоха при форсированном дыхании.
· Пневмография - метод регистрации дыхательных движений грудной клетки.
· Пикфлуорометрия - простой способ самооценки и постоянного контроля проходимости бронхов. Прибор - пикфлоуметр позволяет измерять объем проходящего воздуха при выдохе в единицу времени (пиковая скорость выдоха).
· Функциональные пробы (Штанге и Генче).
Спирометрия
Функциональное состояние легких зависит от возраста, пола, физического развития и ряда других факторов. Наиболее распространенной характеристикой состояния легких является измерение легочных объёмов, которые свидетельствуют о развитии органов дыхания и функциональных резервах дыхательной системы. Объём вдыхаемого и выдыхаемого воздуха можно измерить с помощью спирометра..
Спирометрия - это важнейший способ оценки функции внешнего дыхания. Данным методом определяется жизненная емкость легких, легочные объемы, а также объемная скорость воздушного потока. При проведении спирометрии человек вдыхает и выдыхает с максимальной силой. Наиболее важные данные дает анализ экспираторного маневра - выдоха. Легочные объемы и емкости называются статическими (основными) дыхательными показателями. Различают 4 первичных легочных объема и 4 емкости.
Жизненная ёмкость лёгких
Жизненная ёмкость лёгких - это то, максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. При исследовании определяется фактическая ЖЕЛ, которая сравнивается с должной ЖЕЛ (ДЖЕЛ) и рассчитывается по формуле (1). У взрослого человека среднего роста ДЖЕЛ составляет 3-5 литров. У мужчин её величина примерно на 15% больше, чем у женщин. Школьники в возрасте 11-12 лет имеют ДЖЕЛ около 2 литров; дети до 4 лет - 1 литр; новорожденные - 150 мл.
ЖЕЛ=ДО+РОвд+РОвыд, (1)
Где ЖЕЛ - жизненная ёмкость лёгких; ДО- дыхательный оббьем; РОвд- резервный объём вдоха; РОвыд- резервный объём выдоха.
ДЖЕЛ (л) = 2,5Чрост (м). (2)
Дыхательный объём
Дыхательный объём (ДО), или глубина дыхания, - объем вдыхаемого и
выдыхаемого в покое воздуха. У взрослых людей ДО=400-500 мл, у детей 11-12 лет - около 200 мл, у новорожденных - 20-30 мл.
Резервный объём выдоха
Резервный оббьем выдоха (РОВЫД) - максимальный объем, который можно с усилием выдохнуть после спокойного выдоха. РОвыд = 800-1500 мл.
Резервный объём вдоха
Резервный объём вдоха (РОВД) - максимальный объем воздуха, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. Резервный объём вдоха можно определить двумя способами: вычислить или измерить спирометром. Для вычисления необходимо из величины ЖЕЛ вычесть сумму дыхательного и резервного объёмов выдоха. Для определения резервного объёма вдоха с помощью спирометра необходимо набрать в спирометр от 4 до 6 литров воздуха и после спокойного вдоха из атмосферы сделать максимальный вдох из спирометра. Разность между первоначальным объёмом воздуха в спирометре и объёмом, оставшимся в спирометре после глубокого вдоха, соответствует резервному объёму вдоха. РОвд =1500-2000 мл.
Остаточный объём
Остаточный объём (ОО)- объем воздуха, остающийся в легких даже после максимального выдоха. Измеряется только непрямыми методами. Принцип одного из них заключается в том, что в легкие вводят инородный газ типа гелия (метод разведения) и по изменению его концентрации рассчитывают объём легких. Остаточный объём составляет 25-30% от величины ЖЕЛ. Принимают ОО=500-1000 мл.
Общая ёмкость лёгких
Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) - количество воздуха, находящееся в легких после максимального вдоха. ОЕЛ = 4500-7000 мл. Рассчитывается по формуле (3)
ОЕЛ=ЖЕЛ+ОО. (3)
Функциональная остаточная ёмкость лёгких
Функциональная остаточная ёмкость лёгких (ФОЕЛ) - количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха.
Рассчитывается по формуле (4)
ФОЕЛ=РОвд. (4)
Ёмкость входа
Ёмкость входа (ЕВД) - максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного выдоха. Рассчитывается по формуле (5)
ЕВД=ДО+РОвд. (5)
Кроме статических показателей, характеризующих степень физического развития дыхательного аппарата, существуют и дополнительные - динамические показатели, дающие информацию об эффективности вентиляции легких и функциональном состоянии дыхательных путей.
Форсированная жизненная ёмкость легких
Форсированная жизненная ёмкость легких (ФЖЕЛ) - количество воздуха, которое можно выдохнуть при форсированном выдохе после максимального вдоха. В норме разница между ЖЕЛ и ФЖЕЛ, равна 100-300 мл. Увеличение этой разницы до 1500 мл и более указывает на сопротивление току воздуха вследствие сужения просвета мелких бронхов. ФЖЕЛ = 3000-7000 мл.
Анатомическое мёртвое пространство
Анатомическое мёртвое пространство (ДМП)- объем, в котором не происходит газообмена (носоглотка, трахея, крупные бронхи) - прямому определению не подлежит. ДМП = 150 мл.
Частота дыхания
Частота дыхания (ЧД) - количество дыхательных циклов за одну минуту. ЧД = 16-18 д.ц./мин.
Минутный объём дыхания
Минутный объём дыхания (МОД) - количество вентилируемого в легких воздуха за 1 минуту.
МОД = ДО + ЧД. МОД = 8-12 л.
Альвеолярная вентиляция
Альвеолярная вентиляция (АВ) - объем, выдыхаемого воздуха, поступающего в альвеолы. АВ = 66 - 80% от МОД. АВ = 0,8л/мин.
Резерв дыхания
Резерв дыхания (РД) - показатель, характеризующий возможности увеличения вентиляции. В норме РД составляет 85% максимальной вентиляции легких (МВЛ). МВЛ = 70-100 л/мин.
Фазы дыхания.
Процесс внешнего дыхания обусловлен изменением объема воздуха в легких в течение фаз вдоха и выдоха дыхательного цикла. При спокойном дыхании соотношение длительности вдоха к выдоху в дыхательном цикле равняется в среднем 1:1,3. Внешнее дыхание человека характеризуется частотой и глубиной дыхательных движений. Частота дыхания человека измеряется количеством дыхательных циклов в течение 1 мин и ее величина в покое у взрослого человека варьирует от 12 до 20 в 1 мин. Этот показатель внешнего дыхания возрастает при физической работе, повышении температуры окружающей среды, а также изменяется с возрастом. Например, у новорожденных частота дыхания равна 60-70 в 1 мин, а у людей в возрасте 25-30 лет - в среднем 16 в 1 мин. Глубина дыхания определяется по объему вдыхаемого и выдыхаемого воздуха в течение одного дыхательного цикла. Произведение частоты дыхательных движений на их глубину характеризует основную величину внешнего дыхания - вентиляцию легких . Количественной мерой вентиляции легких является минутный объем дыхания - это объем воздуха, который человек вдыхает и выдыхает за 1 мин. Величина минутного объема дыхания человека в покое варьирует в пределах 6-8 л. При физической работе у человека минутный объем дыхания может возрастать в 7-10 раз.
Рис. 10.5. Объемы и емкости воздуха в легких человека и кривая (спирограмма) изменения объема воздуха в легких при спокойном дыхании, глубоком вдохе и выдохе . ФОЕ - функциональная остаточная емкость.
Легочные объемы воздуха . В физиологии дыхания принята единая номенклатура легочных объемов у человека, которые заполняют легкие при спокойном и глубоком дыхании в фазу вдоха и выдоха дыхательного цикла (рис. 10.5). Легочный объем, который вдыхается или выдыхается человеком при спокойном дыхании, называется дыхательным объемом . Его величина при спокойном дыхании составляет в среднем 500 мл. Максимальное количество воздуха, которое может вдохнуть человек сверх дыхательного объема, называется резервным объемом вдоха (в среднем 3000 мл). Максимальное количество воздуха, которое может выдохнуть человек после спокойного выдоха, называется резервным объемом выдоха (в среднем 1100 мл). Наконец, количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха, называется остаточным объемом, его величина равна примерно 1200 мл.
Сумма величин двух легочных объемов и более называется легочной емкостью . Объем воздуха в легких человека характеризуется инспираторной емкостью легких, жизненной емкостью легких и функциональной остаточной емкостью легких. Инспираторная емкость легких (3500 мл) представляет собой сумму дыхательного объема и резервного объема вдоха. Жизненная емкость легких (4600 мл) включает в себя дыхательный объем и резервные объемы вдоха и выдоха. Функциональная остаточная емкость легких (1600 мл) представляет собой сумму резервного объема выдоха и остаточного объема легких. Сумма жизненной емкости легких и остаточного объема называется общей емкостью легких, величина которой у человека в среднем равна 5700 мл.
При вдохе легкие человека за счет сокращения диафрагмы и наружных межреберных мышц начинают увеличивать свой объем с уровня , и его величина при спокойном дыхании составляет дыхательный объем , а при глубоком дыхании - достигает различных величин резервного объема вдоха. При выдохе объем легких вновь возвращается к исходному уровню функциональной остаточной емкости пассивно, за счет эластической тяги легких. Если в объем выдыхаемого воздуха начинает входит воздух функциональной остаточной емкости , что имеет место при глубоком дыхании, а также при кашле или чиханье, то выдох осуществляться за счет сокращения мышц брюшной стенки. В этом случае величина внутриплеврального давления, как правило, становится выше атмосферного давления, что обусловливает наибольшую скорость потока воздуха в дыхательных путях.
2. Техника проведения спирографии .
Исследование проводят утром натощак. Перед исследованием пациенту рекомендуется находиться в спокойном состоянии на протяжении 30 мин, а также прекратить прием бронхолитиков не позже чем за 12 часов до начала исследования.
Спирографическая кривая и показатели легочной вентиляции приведены на рис. 2.
Статические показатели (определяют во время спокойного дыхания ).
Главными переменными, использующимися для отображения наблюдаемых показателей внешнего дыхания и для построения показателей-конструктов являются: объём потока дыхательных газов, V (л ) и время t ©. Отношения между этими переменными могут быть представлены в виде графиков или диаграмм. Все они по являются спирограммами.
График зависимости объёма потока смеси дыхательных газов от времени называют спирограмма: объём потока – время .
График взаимозависимости объёмной скорости потока смеси дыхательных газов и объёма потока называют спирограмма: объёмная скорость потока – объём потока.
Измеряют дыхательный объем (ДО) - средний объем воздуха, который больной вдыхает и выдыхает во время обычного дыхания в состоянии покоя. В норме он составляет 500-800 мл. Часть ДО, которая принимает участие в газообмене, называется альвеолярным объемом (АО) и в среднем равняется 2/3 величины ДО. Остаток (1/3 величины ДО) составляет объем функционального мертвого пространства (ФМП).
После спокойного выдоха пациент максимально глубоко выдыхает - измеряется резервный объем выдоха (РОвыд), который в норме составляет 1000-1500 мл.
После спокойного вдоха делается максимально глубокий вдох - измеряется резервный объем вдоха (Ровд). При анализе статических показателей рассчитывается емкость вдоха (Евд) - сумма ДО и Ровд, которая характеризует способность легочной ткани к растяжению, а также жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - максимальный объем, который можно вдохнуть после максимально глубокого выдоха (сумма ДО, РО ВД и Ровыд в норме составляет от 3000 до 5000 мл).
После обычного спокойного дыхания проводится дыхательный маневр: делается максимально глубокий вдох, а затем - максимально глубокий, самый резкий и длительный (не менее 6 с) выдох. Так определяется форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ) - объем воздуха, который можно выдохнуть при форсированном выдохе после максимального вдоха (в норме составляет 70-80 % ЖЕЛ).
Как заключительный этап исследования проводится запись максимальной вентиляции легких (МВЛ) - максимального объема воздуха, который может быть провентилирован легкими за I мин. МВЛ характеризует функциональную способность аппарата внешнего дыхания и в норме составляет 50-180 л. Снижение МВЛ наблюдается при уменьшении легочных объемов вследствие рестриктивных (ограничительных) и обструктивных нарушений легочной вентиляции.
При анализе спирографической кривой, полученной в маневре с форсированным выдохом , измеряют определенные скоростные показатели (рис. 3):
1) объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ 1) - объем воздуха, который выдыхается за первую секунду при максимально быстром выдохе; он измеряется в мл и высчитывается в процентах к ФЖЕЛ; здоровые люди за первую секунду выдыхают не менее 70 % ФЖЕЛ;
2) проба или индекс Тиффно - соотношение ОФВ 1 (мл)/ЖЕЛ (мл), умноженное на 100 %; в норме составляет не менее 70-75 %;
3) максимальная объемная скорость воздуха на уровне выдоха 75 % ФЖЕЛ (МОС 75), оставшейся в легких;
4) максимальная объемная скорость воздуха на уровне выдоха 50 % ФЖЕЛ (МОС 50), оставшейся в легких;
5) максимальная объемная скорость воздуха на уровне выдоха 25 % ФЖЕЛ (МОС 25), оставшейся в легких;
6) средняя объемная скорость форсированного выдоха, вычисленная в интервале измерения от 25 до 75 % ФЖЕЛ (СОС 25-75).
Обозначения на схеме
.
Показатели максимального форсированного выдоха:
25 ÷ 75% FEV
- объёмная скорость потока в среднем интервале форсированного выдоха (между 25% и 75%
жизненной ёмкости лёгких),
FEV1
- объём потока за первую секунду форсированного выдоха.
Рис. 3
. Спирографическая кривая, полученная в маневре форсированного выдоха. Расчет показателей ОФВ 1 и СОС 25-75
Вычисление скоростных показателей имеет большое значение в выявлении признаков бронхиальной обструкции. Уменьшение индекса Тиффно и ОФВ 1 является характерным признаком заболеваний, которые сопровождаются снижением бронхиальной проходимости - бронхиальной астмы, хронического обструктивного заболевания легких, бронхоэктатической болезни и пр. Показатели МОС имеют наибольшую ценность в диагностике начальных проявлений бронхиальной обструкции. СОС 25-75 отображает состояние проходимости мелких бронхов и бронхиол. Последний показатель является более информативным, чем ОФВ 1 , для выявления ранних обструктивных нарушений.
В связи с тем, что в Украине, Европе и США существует некоторое различие в обозначении легочных объемов, емкостей и скоростных показателей, характеризующих легочную вентиляцию, приводим обозначения указанных показателей на русском и английском языках (табл. 1).
Таблица 1. Наименование показателей легочной вентиляции на русском и английском языках
| Наименование показателя на русском языке | Принятое сокращение | Наименование показателя на английском языке | Принятое сокращение |
| Жизненная емкость легких | ЖЕЛ | Vital capacity | VC |
| Дыхательный объем | ДО | Tidal volume | TV |
| Резервный объем вдоха | Ровд | Inspiratory reserve volume | IRV |
| Резервный объем выдоха | Ровыд | Expiratory reserve volume | ERV |
| Максимальная вентиляция легких | МВЛ | Maximal voluntary ventilation | MW |
| Форсированная жизненная емкость легких | ФЖЕЛ | Forced vital capacity | FVC |
| Объем форсированного выдоха за первую секунду | ОФВ1 | Forced expiratory volume 1 sec | FEV1 |
| Индекс Тиффно | ИТ, или ОФВ 1 /ЖЕЛ % | FEV1 % = FEV1/VC % | |
| Максимальная объемная скорость в момент выдоха 25 % ФЖЕЛ, оставшейся в легких | МОС 25 | Maximal expiratory flow 25 % FVC | MEF25 |
| Forced expiratory flow 75 % FVC | FEF75 | ||
| Максимальная объемная скорость в момент выдоха 50 % ФЖЕЛ, оставшейся в легких | МОС 50 | Maximal expiratory flow 50 % FVC | MEF50 |
| Forced expiratory flow 50 % FVC | FEF50 | ||
| Максимальная объемная скорость в момент выдоха 75 % ФЖЕЛ, оставшейся в легких | МОС 75 | Maximal expiratory flow 75 % FVC | MEF75 |
| Forced expiratory flow 25 % FVC | FEF25 | ||
| Средняя объемная скорость выдоха в интервале от 25 % до 75 % ФЖЕЛ | СОС 25-75 | Maximal expiratory flow 25-75 % FVC | MEF25-75 |
| Forced expiratory flow 25-75 % FVC | FEF25-75 |
Таблица 2. Наименование и соответствие показателей легочной вентиляции в различных странах
| Украина | Европа | США |
| мос 25 | MEF25 | FEF75 |
| мос 50 | MEF50 | FEF50 |
| мос 75 | MEF75 | FEF25 |
| СОС 25-75 | MEF25-75 | FEF25-75 |
Все показатели легочной вентиляции изменчивы. Они зависят от пола, возраста, веса, роста, положения тела, состояния нервной системы больного и прочих факторов. Поэтому для правильной оценки функционального состояния легочной вентиляции абсолютное значение того или иного показателя является недостаточным. Необходимо сопоставлять полученные абсолютные показатели с соответствующими величинами у здорового человека того же возраста, роста, веса и пола - так называемыми должными показателями. Такое сопоставление выражается в процентах по отношению к должному показателю. Патологическими считаются отклонения, превышающие 15-20 % от величины должного показателя.
5. СПИРОГРАФИЯ С РЕГИСТРАЦИЕЙ ПЕТЛИ «ПОТОК-ОБЪЁМ»
Спирография с регистрацией петли «поток-объем» - современный метод исследования легочной вентиляции, который заключается в определении объемной скорости движения потока воздуха вдыхательных путях и его графическом отображением в виде петли «поток-объем» при спокойном дыхании пациента и при выполнении им определенных дыхательных маневров. За рубежом этот метод называют спирометрией .
Целью
исследования является диагностика вида и степени нарушений легочной вентиляции на основании анализа количественных и качественных изменений спирографических показателей.
Показания и противопоказания к применению метода аналогичны таковым для классической спирографии.
Методика проведения
. Исследование проводят в первой половине дня, независимо от приема еды. Пациенту предлагают закрыть оба носовых хода специальным зажимом, взять индивидуальную простерилизованную насадку-мундштук в рот и плотно обхватить ее губами. Пациент в положении сидя дышит через трубку по открытому контуру, практически не испытывая сопротивления дыханию
Процедура выполнения дыхательных маневров с регистрацией кривой «поток-объем» форсированного дыхания идентична той, которая выполняется при записи ФЖЕЛ во время проведения классической спирографии. Больному надлежит объяснить, что в пробе с форсированным дыханием выдохнуть в прибор следует так, будто нужно погасить свечи на праздничном торте. После некоторого периода спокойного дыхания пациент делает максимально глубокий вдох, в результате чего регистрируется кривая эллиптической формы (кривая АЕВ). Затем больной делает максимально быстрый и интенсивный форсированный выдох. При этом регистрируется кривая характерной формы, которая у здоровых людей напоминает треугольник (рис. 4).
Рис. 4. Нормальная петля (кривая) соотношения объемной скорости потока и объема воздуха при проведении дыхательных маневров. Вдох начинается в точке А, выдох - в точке В. ПОСвыд регистрируется в точке С. Максимальный экспираторный поток в середине ФЖЕЛ соответствует точке D, максимальный инспираторный поток - точке Е
Спирограмма: объёмная скорость потока – объём потока форсированного вдоха/выдоха .
Максимальная экспираторная объемная скорость потока воздуха отображается начальной частью кривой (точка С, где регистрируется пиковая объемная скорость выдоха
- ПОС ВЫД)- После этого объемная скорость потока уменьшается (точка D, где регистрируется МОС 50), и кривая возвращается к изначальной позиции (точка А). При этом кривая «поток-объем» описывает соотношение между объемной скоростью воздушного потока и легочным объемом (емкостью легких) во время дыхательных движений.
Данные скоростей и объемов потока воздуха обрабатываются персональным компьютером благодаря адаптированному программному обеспечению. Кривая «поток-объем» при этом отображается на экране монитора и может быть распечатана на бумаге, сохранена на магнитном носителе или в памяти персонального компьютера.
Современные аппараты работают со спирографическими датчиками в открытой системе с последующей интеграцией сигнала потока воздуха для получения синхронных значений объемов легких. Рассчитанные компьютером результаты исследования печатаются вместе с кривой «поток-объем» на бумаге в абсолютных значениях и в процентах к должным величинам. При этом на оси абсцисс откладывается ФЖЕЛ (объем воздуха), а на оси ординат - поток воздуха, измеряемый в литрах в секунду (л/с) (рис. 5).
Рис. 5. Кривая «поток-объем» форсированного дыхания и показатели легочной вентиляции у здорового человека
Рис. 6
Схема спирограммы ФЖЕЛ и соответствующей кривой форсированного выдоха в координатах «поток-объем»: V - ось объема; V" - ось потока
Петля «поток-объем» представляет собой первую производную классической спирограммы. Хотя кривая «поток-объем» содержит в основном ту же информацию, что и классическая спирограмма, наглядность соотношения между потоком и объемом позволяет более глубоко проникнуть в функциональные характеристики как верхних, так и нижних дыхательных путей (рис. 6). Расчет по классической спирограмме высокоинформативных показателей МОС 25 , МОС 50 , МОС 75 имеет ряд технических трудностей при выполнении графических изображений. Поэтому его результаты не обладают высокой точностью В связи с этим лучше определять указанные показатели по кривой «поток-объем».
Оценка изменений скоростных спирографических показателей осуществляется по степени их отклонения от должной величины. Как правило, за нижнюю границу нормы принимается значение показателя потока, что составляет 60 % от должного уровня.
 |  |
|
 |  |
| Спирограф MasterScreen Pneumo | Спирограф FlowScreen II |
 |
| Спирометр-спирограф СпироС-100 АЛЬТОНИКА, ООО (РОССИЯ) |
 |
|
|
Частота дыхания - количество вдохов и выдохов за единицу времени. Взрослый человек делает в среднем 15-17 дыхательных движений в минуту. Большое значение имеет тренировка. У тренированных людей дыхательные движения совершаются более медленно и составляют 6-8 дыханий в минуту. Так, у новорожденных ЧД зависит от ряда факторов. При стоянии ЧД больше, чем при сидении или лежании. Во время сна дыхание более редкое (приблизительно на 1 / 5).
При мышечной работе дыхание учащается в 2-3 раза, доходя при некоторых видах спортивных упражнений до 40-45 циклов в минуту и более. На частоту дыхания влияет температура окружающей среды, эмоции, умственная работа.
Глубина дыхания или дыхательный объем - количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании. Во время каждого дыхательного движения обменивается 300-800 мл воздуха, находящегося в легких. Дыхательный объем (ДО) падает с увеличением частоты дыхания.
Минутный объем дыхания - количество воздуха, которое проходит через легкие в минуту. Он определяется произведением величины вдыхаемого воздуха на число дыхательных движений за 1 мин: МОД = ДО х ЧД.
У взрослого человека МОД составляет 5-6 л. Возрастные изменения показателей внешнего дыхания представлены в табл. 27.
Табл. 27.Показатели внешнего дыхания (по: Хрипкова , 1990)
Дыхание новорожденного ребенка частое и поверхностное и подвержено значительным колебаниям. С возрастом происходит урежение частоты дыхания, увеличение дыхательного объема и легочной вентиляции. За счет большей частоты дыхания у детей значительно выше, чем у взрослых, минутный объем дыхания (в пересчете на 1 кг массы).
Вентиляция легких может меняться в зависимости от поведения ребенка. В первые месяцы жизни беспокойство, плач, крик увеличивают вентиляцию в 2-3 раза главным образом за счет увеличения глубины дыхания.
Мышечная работа повышает минутный объем дыхания пропорционально величине нагрузки. Чем старше дети, тем более интенсивную мышечную работу они могут выполнять и тем больше у них увеличивается вентиляция легких. Однако под влиянием тренировки одну и ту же работу можно выполнять при меньшем увеличении вентиляции легких. В то же время тренированные дети способны увеличить свой минутный объем дыхания при работе до более высокого уровня, чем их сверстники, не занимающиеся физическими упражнениями (цит. по: Маркосян , 1969). С возрастом эффект тренировки сказывается больше, и у подростков 14-15 лет тренировка вызывает столь же значительные сдвиги легочной вентиляции, как и у взрослых людей.
Жизненная емкость легких - наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) является важной функциональной характеристикой дыхания и слагается из дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха.
В покое дыхательный объем мал по сравнению с общим объемом воздуха в легких. Поэтому человек может как вдохнуть, так и выдохнуть большой дополнительный объем. Резервный объем вдоха (РО вд) - количество воздуха, которое человек может дополнительно вдохнуть после нормального вдоха и составляет 1500-2000 мл. Резервный объем выдоха (РО выд) - количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха; его величина 1000-1500 мл.
Даже после самого глубокого выдоха в альвеолах и воздухоносных путях легких остается некоторое количество воздуха - это остаточный объем (ОО). Однако при спокойном дыхании в легких остается значительно больше воздуха, чем остаточный объем. Количество воздуха, остающееся в легких после спокойного выдоха, называется функциональной остаточной емкостью (ФОЕ). Она состоит из остаточного объема легких и резервного объема выдоха.
Наибольшее количество воздуха, которое полностью заполняет легкие, называется общей емкостью легких (ОЕЛ). Она включает остаточный объем воздуха и жизненную емкость легких. Соотношение между объемами и емкостями легких представлено на рис. 8 (Атл., с. 169). Жизненная емкость меняется с возрастом (табл. 28). Так как измерение жизненной емкости легких требует активного и сознательного участия самого ребенка, то ее измеряют у детей с 4-5 лет.
К 16-17 годам жизненная емкость легких достигает величин, характерных для взрослого человека. Жизненная емкость легких является важным показателем физического развития.
Табл. 28. Средняя величина жизненной емкости легких, мл (по: Хрипкова , 1990)
С детского возраста и до 18-19 лет жизненная емкость легких увеличивается, с 18 до 35 лет она сохраняется на постоянном уровне, а после 40 уменьшается. Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки.
Жизненная емкость легких зависит от ряда факторов, в частности от длины тела, веса и пола. Для оценки ЖЕЛ рассчитывают должную величину с использованием специальных формул:
для мужчин:
ЖЕЛ должн = [(рост, см ∙ 0,052)] - [(возраст, лет ∙ 0,022)] - 3,60;
для женщин:
ЖЕЛ должн = [(рост, см ∙ 0,041)] - [(возраст, лет ∙ 0,018)] - 2,68;
для мальчиков 8-10 лет:
ЖЕЛ должн = [(рост, см ∙ 0,052)] - [(возраст, лет ∙ 0,022)] - 4,6;
для мальчиков 13-16 лет:
ЖЕЛ должн = [(рост, см ∙ 0,052)] - [(возраст, лет ∙ 0,022)] - 4,2
для девочек 8-16 лет:
ЖЕЛ должн = [(рост, см ∙ 0,041)] - [(возраст, лет ∙ 0,018)] - 3,7
У женщин ЖЕЛ на 25% меньше, чем у мужчин; у людей тренированных она больше, чем у нетренированных. Особенно она велика при занятиях такими видами спорта, как плавание, бег, лыжи, гребля и т. д. Так, например, у гребцов она составляет 5 500 мл, у пловцов - 4 900 мл, гимнастов - 4 300 мл, футболистов - 4 200 мл, штангистов - около 4 000 мл. Для определения жизненной емкости легких используется прибор спирометр (метод спирометрии). Он состоит из сосуда с водой и помещенного в него вверх дном другого сосуда емкостью не менее 6 л, в котором находится воздух. Ко дну этого второго сосуда подведена система трубок. Через эти трубки испытуемый дышит, так что воздух в его легких и в сосуде составляет единую систему.
Газообмен
Содержание газов в альвеолах . Во время акта вдоха и выдоха человек постоянно вентилирует легкие, поддерживая в альвеолах газовый состав. Вдыхает человек атмосферный воздух с большим содержанием кислорода (20,9%) и низким содержанием углекислого газа (0,03%). В выдыхаемом воздухе содержится 16,3% кислорода, а углекислого - 4%. При вдохе из 450 мл вдыхаемого атмосферного воздуха в легкие попадает лишь около 300 мл, а приблизительно 150 мл остается в воздухоносных путях и в газообмене не участвует. При выдохе, который следует за вдохом, этот воздух выводится наружу неизменным, то есть не отличается по своему составу от атмосферного. Поэтому его называют воздухом мертвого, или вредного, пространства. Воздух, достигший легких, смешивается здесь с 3000 мл воздуха, уже находящегося в альвеолах. Газовая смесь в альвеолах, участвующая в газообмене, называется альвеолярным воздухом . Поступившая порция воздуха невелика по сравнению с объемом, к которому она добавляется, поэтому полное обновление всего находящегося в легких воздуха - процесс медленный и прерывистый. Обмен между атмосферным и альвеолярным воздухом незначительно сказывается на альвеолярном воздухе, и его состав практически остается постоянным, что видно из табл. 29.
Табл. 29. Состав вдыхаемого, альвеолярного и выдыхаемого воздуха, в %
При сравнении состава альвеолярного воздуха с составом вдыхаемого и выдыхаемого видно, что одну пятую часть поступающего кислорода организм удерживает для своих нужд, в то время как количество СО 2 в выдыхаемом воздухе в 100 раз больше того количества, которое поступает в организм при вдохе. По сравнению с вдыхаемым воздухом он содержит меньше кислорода, но больше СО 2 . Альвеолярный воздух вступает в тесный контакт с кровью, и от его состава зависит газовый состав артериальной крови.
У детей иной состав как выдыхаемого, так и альвеолярного воздуха: чем моложе дети, тем меньше у них процент углекислого газа и тем больше процент кислорода в выдыхаемом и альвеолярном воздухе, соответственно меньше процент использования кислорода (табл. 30). Следовательно, у детей низкая эффективность легочной вентиляции. Поэтому ребенку на один и тот же объем потребленного кислорода и выделяемого углекислого газа нужно больше вентилировать легкие, чем взрослым.
Табл. 30. Состав выдыхаемого и альвеолярного воздуха
(средние данные по: Шалков
, 1957; сост. по: Маркосян
, 1969)
Поскольку у маленьких детей дыхание частое и поверхностное, то большую долю дыхательного объема составляет объем «мертвого» пространства. В результате этого выдыхаемый воздух состоит в большей степени из атмосферного воздуха, и в нем меньше процент углекислого газа и процент использования кислорода из данного объема дыхания. Вследствие этого низка эффективность вентиляции у детей. Несмотря на повышенный, по сравнению со взрослыми процент кислорода в альвеолярном воздухе у детей не имеет существенного значения, так как для полного насыщения гемоглобина крови достаточно 14-15% кислорода в альвеолах. Больше кислорода, чем его связывается гемоглобином, в артериальную кровь перейти не может. Низкий уровень содержания углекислого газа в альвеолярном воздухе у детей свидетельствует о его более низком содержании в артериальной крови по сравнению со взрослыми.
Обмен газов в легких . Газообмен в легких осуществляется в результате диффузии кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и углекислого газа из крови в альвеолярный воздух. Диффузия происходит вследствие разности парциального давления этих газов в альвеолярном воздухе и их насыщения в крови.
Парциальное давление - это часть общего давления, которое приходится на долю данного газа в газовой смеси. Парциальное давление кислорода в альвеолах (100 мм рт. ст.) значительно выше, чем напряжение О 2 в венозной крови, поступающей в капилляры легких (40 мм рт. ст.). Параметры парциального давления для СО 2 имеют обратное значение - 46 мм рт. ст. в начале легочных капилляров и 40 мм рт. ст. в альвеолах. Парциальное давление и напряжение кислорода и углекислого газа в легких приведены в табл. 31.
Табл. 31. Парциальное давление и напряжение кислорода и углекислого газа в легких, в мм рт. ст.
Эти градиенты (разность) давлений являются движущей силой диффузии О 2 и СО 2 , то есть газообмена в легких.
Диффузионная способность легких для кислорода очень велика. Это обусловлено большим количеством альвеол (сотни миллионов), большой их газообменной поверхностью (около 100 м 2), а также малой толщиной (около 1 мкм) альвеолярной мембраны. Диффузионная способность легких для кислорода у человека равна около 25 мл/мин в расчете на 1 мм рт. ст. Для углекислого газа вследствие его высокой растворимости в легочной мембране диффузионная способность в 24 раза выше.
Диффузия кислорода обеспечивается разностью парциальных давлений, равной около 60 мм рт. ст., а углекислого газа - всего лишь около 6 мм рт. ст. Времени на протекание крови через капилляры малого круга (около 0,8 с) достаточно для полного выравнивания парциального давления и напряжения газов: кислород растворяется в крови, а углекислый газ переходит в альвеолярный воздух. Переход углекислого газа в альвеолярный воздух при относительно небольшой разнице давлений объясняется высокой диффузионной способностью для этого газа (Атл., рис. 7, с. 168).
Таким образом, в легочных капиллярах совершается постоянный обмен: кислорода и углекислого газа. В результате этого обмена кровь насыщается кислородом и освобождается от углекислого газа.
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.
