Объем воздуха в легких. Дыхательный цикл, легочные объемы Легочный объем легких

Изредка в больницах применяют довольно старый метод, служащий для выяснения функциональных способностей легких. Использование этого метода не может определять точную степень нарушений системы дыхания, но дать ориентир врачу в отношении того или иного отклонения от нормы или подтвердить его предположение об определенном диагнозе - это, безусловно, в пределах ее компетенции. Речь идет о спирографии легких (от греч, spiro - дышать, grapho - писать). Не станем вникать в технические характеристики этого исследования. Скажем лишь, что обследуемый делает вдохи или выдохи через трубку, соединенную со специальным прибором, регистрирующим с помощью современной электроники объемы соответственно воздуха, который мы вдыхаем или выдыхаем и записывающим создающиеся при этом колебания на бумажную ленту (спирограмма).

Измененные показатели спирографии можно получить при таких заболеваниях, как бронхит, бронхиальная астма, эмфизема, при нарушении проходимости бронхов или трахеи. Но всё же для начала поставим следующую задачу: рассмотреть и по возможности запомнить нормальные показатели дыхательных функций по спирографическому исследованию. Для этого возьмем спирограмму здорового мужчины лет тридцати, некурящего, по профессии, например, врача или юриста (она представлена на картинке).

С каждым вдохом человек, находясь в покое, получает около 500 мл воздуха, ну и, стало быть, столько же выдыхает. Эта величина была названа дыхательным объемом (ДО) . Если попросить его после простого вдоха сделать глубокий вдох, он без труда выполнит вашу просьбу. По старым авторам, объем дополнительного максимального вдоха составляет 1500, ну, от силы, 2000 мл. По современным данным резервный объем вдоха (РОВД) может достигать величины в 3000 мл. После обычного выдоха человек способен с усилием выжать из легких еще 1500-2000 мл воздуха - это будет резервный объем выдоха (РОВЫД) . Если сложить все величины резервных объемов вдоха и выдоха и дыхательного объема, получим характеристику жизненной емкости легких (ЖЕЛ) , которая в среднем составляет 4000-4500 мл.

Как бы человек ни старался, но весь воздух из легких он все равно не выдохнет. Даже после максимального выдоха в дыхательной системе будет находиться определенный остаточный объем (ОО) воздуха, равный 1200-1500 мл. При сложении жизненной емкости легких с остаточным объемом получается величина, названная общей емкостью легких (ОЕЛ) , она равняется приблизительно 6 литрам.

Увы, но не весь воздух дыхательного объема (ДО) может быть использован по назначению, то есть не весь воздух принимает участие в газообмене и транспорте газов . Частично он остается в трахее, а также в системе бронхиальных разветвлений. Поэтому говорят, что часть воздуха (приблизительно 150 мл) из дыхательного объема (ДО) применяется для заполнения анатомического мертвого пространства. Стоит отметить, что не каждая альвеола контактирует с капиллярами, из этого исходит, что некоторые из них функционально неэффективны для газообмена, хотя они и вентилируются также, как альвеолы контактирующие с сетью сосудов. Так образуется физиологическое мертвое пространство, оно представлено совокупностью неэффективных альвеол и анатомическим мертвым пространством.

И ещё одна характеристика, имеющая важное значение среди характеристик легочных объемов - это минутный объем дыхания (МОД) . Его вычисляют умножая дыхательный объем (ДО) на частоту вдохов. То есть если дыхательный объем (ДО) составляет 550 мл, а вдохов сделано 19 за одну минуту, величина МОД будет равна 10450 мл.

У мужчин преобладает дыхание брюшного типа. Когда грудная клетка увеличивается из-за сокращений диафрагмы. У женского пола все наоборот – грудной тип дыхания, так как у них происходит увеличение поперечного размера груди. Поэтому есть высказывание о том, что женщины дышат грудью, а мужчины – животом.

Во время спокойного вдоха и выдоха взрослые люди дышат от 16 до 20 раз за минуту. Дыхательный темп зависит еще и от массы тела. Большие, грузные женщины дышат медленно, а худенькие, низкие люди – быстрее. Так как они более активны.

Когда человек дышит спокойно, для вдоха и выдоха он использует примерно 500 мл воздушной массы. Это количество воздуха называется объемом дыхания. Если глубоко вздохнуть, то можно увеличить это количество на 1500 мл. Это называется резервным объемом воздуха. И, наоборот, во время спокойного выдоха, человек способен выдохнуть дополнительно до 1500 мл. Это именуется резервным объемом выдоха.

Эти объемы в своем сочетании составляют объемную (жизненную) емкость легких.

Что такое объем легких

Такой объем по-другому называют легочной емкостью. Это количество воздушного потока, который проходит через дыхательные органы. При разных фазах цикла дыхания. Измеряют размер легкого напрямую. Если сказать простым языком, это когда человек вдыхает и выдыхает воздух, его количество и считается объемом легкого, как в каком-нибудь сосуде – сколько воздушной массы может попасть в орган дыхания.

В среднем емкость легкого мужчины составляет максимум от 3 до 6 литров. Обычная норма – от 3-х до 4-х литров. Но для нормального дыхания используется только малая часть этого воздуха.

Нормальный объем дыхания – это часть воздуха, который проходит через органы дыхания в момент вдоха и выдоха.

Факторы, которые влияют на объем легкого

Есть разные факторы, влияющие на размер легких: рост, образ жизни, пол, место проживания. Существует научная таблица таких факторов:

• Большой размер легких имеется у людей, следующих категорий – высокого роста, со здоровым образом жизни (некурящих), астеников, мужского пола, а также у тех, кто живет выше уровня моря.
• Малая емкость дыхательных органов наблюдается у низких, курящих, гиперстеников, у женщин, у пожилых людей, у тех, кто живет на уровне с морем.

У людей, которые большую часть жизни проводят на уровне моря, имеется малая емкость легких и наоборот. Это результат того, что давление меньше в атмосфере на высоком уровне. Как следствие, затруднено проникновение кислорода в организм. Адаптируясь к такой ситуации, повышается проводимость воздуха к тканям.

В период беременности изменяется размер легких. Он уменьшается до 1,3 литра. Это происходит из-за того, что матка давит на грудную перегородку (диафрагму). Это приводит также к тому, что уменьшается общая емкость органа до 5%. И уменьшается резервный объем выдыхаемого воздуха. Средняя емкость легкого женщины 3,5 литра.

Повышенная цифра наблюдается у активных людей – спортсменов, танцоров и т. д. (до 6 литров). Так как у них натренирован организм, и для выдохов и вздохов используется весь объем органа. А у слабых, не занимающихся спортом, в процессе дыхания задействована только одна третья часть объема.

Как измеряются легочные объемы

Для измерения общего объема органа обычно берутся следующие показатели.

• общая емкость;
• остаточная емкость;
• функциональная остаточная емкость;
• жизненная емкость.

Совокупность этих показателей используют при анализе органа. Это позволяет оценить вентиляционную способность легких, диагностировать вентиляционные нарушения, оценить терапевтический эффект при заболеваниях.

Самый простой и применяемый метод измерения – разведение газов. Он проводится врачами, с помощью специального оборудования.

С достоверной точностью рассчитать емкость легкого сложно, так как орган этот является своеобразной мышцей. Способен расширяться при необходимости. Но среднестатистический размер легкого взрослого человека упирается именно в эти цифры.

Жизненная емкость легких - это важный параметр, который отражает состояние дыхательной системы человека.

Чем больше объем легких взрослого человека, тем быстрее и лучше насыщаются кислородом ткани организма.

Увеличить объем легких помогут специальные упражнения, направленные на правильное дыхание и здоровый образ жизни.

Сколько кислорода вмещают легкие

Знание показателей стандартного объема легких очень важно, поскольку постоянная нехватка кислорода может привести к различным осложнениям дыхательной системы и возникновению тяжелых последствий.

Так, при прохождении клинического и диспансерного обследования в случае подозрения на заболевания сердечно-сосудистой системы, врач назначит измерение жизненной емкости легких.

Объем легких важный показатель, указывающий, насколько организм человека насыщается кислородом. Дыхательным объемом легких называют количество воздуха, которое при вдохе поступает в организм, а при выдохе из него выходит.

Количество вдыхаемого и выдыхаемого воздуха для взрослого человека в среднем составляет около 1 литра за десять секунд – это примерно 16-20 вдохов в минуту .

Специалисты-пульмонологи выделяют несколько факторов, которые положительно влияют на объем легких в сторону увеличения:

• Высокий рост.
• Отсутствие привычки табакокурения.
• Проживание в регионах, которые расположенны высоко над уровнем моря (преобладание высокого давления, «разряженного» воздуха).

Невысокий рост и курение несколько уменьшают объем легких.

Существует ЖЕЛ (жизненная емкость легких), указывающая на объем воздуха, который человек максимально выдыхает после самого большого вдоха.

Сколько мл составляет жел у здорового человека?

Этот показатель измеряется в литрах и зависит от некоторых факторов, включая возраст, рост и вес.

Средняя норма такова: у здоровых нормальных мужчин размер – от 3000 до 4000 мл, а у женщин – от 2500 до 3000 мл.

Размеры ЖЕЛ могут быть значительно увеличены у спортсменов, в частности у пловцов (у профессиональных пловцов ЖЕЛ составляет 6200 мл), у людей, регулярно выполняющих большие физические нагрузки, а также тех, кто занимается пением и играет на духовых инструментах.

Как измерить ЖЕЛ

Объем жизненной емкости легких – очень важный медицинский показатель, который устанавливается прибором для измерения объема легких. Называется данный аппарат – спирометр. Как правило, его применяют для того, чтобы узнать ЖЕЛ в медицинских учреждениях: больницах, поликлиниках, диспансерах, а также спортивных центрах.

Проверка ЖЕЛ методом спирометрии достаточно проста и эффективна, именно поэтому аппарат широко используется для диагностики заболеваний легких и сердца на начальной стадии. Измерить ЖЕЛ в домашних условиях можно надувным круглым шариком.

Величина жизненной емкости у женщин, мужчин и детей рассчитывается по специальным эмпирическим формулам, которые зависят от возраста человека, его пола и роста. Существуют специальные таблицы, с уже просчитанными значениями по формуле физика Людвига.

Так, средний показатель ЖЕЛ у взрослого человека должен быть 3500 мл. Если отклонение от данных таблицы превышает более чем на 15%, это означает, что дыхательная система находится хорошем состоянии.

Когда ЖЕЛ существенно меньше, необходимо обратиться за консультацией и последующим обследованием к специалисту.

ЖЕЛ у детей

Прежде чем проверить какая жизненная емкость у легких ребенка, стоит учитывать, что их размер более лабилен, чем у взрослых. У маленьких детей она зависит от ряда факторов, которые включают: пол ребенка, окружность и подвижность грудной клетки, рост, состояние легких на момент проверки (наличие заболеваний).

Объем легких увеличивается в объеме у ребенка в результате тренировки мышц (зарядка, подвижные игры на воздухе), которые проводят родители.

Причины отклонения ЖЕЛ от стандартных показателей

В случае, когда ЖЕЛ снижается настолько, что начинает негативно влиять на работу легких, могут наблюдаться различные патологии.

• Диффузный бронхит.
• Фиброзы любого вида.
• Эмфизема легких.
• Бронхоспазм или бронхиальную астму.
• Ателектазы.
• Различные деформации грудной клетки.

Основные причины нарушения ЖЕЛ

К основным нарушениям стабильных показателей ЖЕЛ клиницисты относят три основных отклонения:

1. Убыль функционирующей паренхимы легких.
2. Значительное уменьшение емкости плевральной полости.
3. Ригидность легочной ткани.

Отказ от своевременного лечения может повлиять на формирование рестриктивного или ограниченного типа дыхательной недостаточности.

Наиболее распространенные заболевания, которые влияют на работу легких:

• Пневмоторакс.
• Асцит.
• Плеврит.
• Гидроторакс.
• Ярко выраженный кифосколиоз.
• Ожирение.

При этом, круг легочных болезней, которые влияют на нормальное функционирование альвеол в процессе переработке воздуха и формировании дыхательной достаточно велик.

Сюда относят такие тяжелые формы патологий как:

• Пневмосклероз.
• Саркоидоз.
• Диффузные заболевания соединительной ткани.
• Синдром Хаммена-Рича.
• Бериллиоз.

Вне зависимости от заболевания, которое спровоцировало нарушение работы организма, которую обеспечивает ЖЕЛ человека, больным необходимо в профилактических целях через определенные промежутки времени обязательно проводить диагностику.

Как увеличить ЖЕЛ

Увеличить жизненную емкость легких можно при выполнении дыхательных упражнений, занятий спортом с выполнением специально разработанных спортивными инструкторами несложных упражнений.

Для этой цели идеально подойдут аэробные виды спорта: плавание, гребля, спортивная ходьба, катание на коньках, горных лыжах, велосипеде и альпинизм.

Увеличить объем вдыхаемого воздуха можно и без изнуряющих и длительных физических упражнений. Для этого нужно в повседневной жизни следить за правильным дыханием.

1. Делать полные и ровные выдохи.
2. Дышать диафрагмой . Грудное дыхание существенно ограничивает количество кислорода, который поступает в легкие.
3. Устраивать «минутки отдыха» . В этот короткий период нужно занять комфортное положение и расслабиться. Вдыхать / выдыхать медленно и глубоко с короткими задержками на счет, в удобном ритме.
4. При умывании лица на несколько секунд задерживать дыхание , поскольку именно при умывании возникает рефлекс «ныряния».
5. Воздерживаться от посещения сильно задымленных мест . Пассивное курение также негативно сказывается на всей дыхательной системе, как и активное.
6. Дыхательные упражнения позволяют значительно улучшить кровообращение, что также способствует лучшему газообмену в легких.
7. Регулярно проветривать помещение , проводить влажную уборку помещений, поскольку наличие пыли плохо влияет на функционирование легких.
8. Занятия йогой - достаточно эффективный способ, способствующий быстрому увеличению объема дыхания, который предусматривает целый раздел, посвященный упражнениям и дыханию, направленным на развитие, - пранаяма.

Предостережение: если во время физических нагрузок и дыхательных упражнений возникло головокружение нужно незамедлительно их прекратить и вернуться в состояние покоя для восстановления нормального ритма дыхания.

Профилактика заболеваний легких

Одним из значимых факторов, который способствует хорошей работоспособности и поддержанию здоровья человека является достаточная жизненная емкость легких.

Правильно развитая грудная клетка обеспечивает человеку нормальное дыхание, поэтому утренняя гимнастика и другие подвижные виды спорта с умеренной нагрузкой так важны для ее развития и значительно повышают емкость легких.

На организм человека положительное воздействие оказывает свежий воздух, и ЖЕЛ напрямую зависит от его чистоты. Воздух в закрытых душных помещениях, насыщенный углекислым газом и водяными парами, что оказывает негативное влияние на дыхательную систему.

Это можно сказать о вдыхании пыли, загрязненных частицах и о курении.

К оздоровительным мероприятиям, которые направлены на очищение воздуха относятся: озеленение жилых районов, поливка и асфальтирование улиц, вентиляционные поглощающие приспособления в квартирах и домах, устройство дымоуловителей на трубах предприятий.

В условиях покоя человек дышит так, что используется только часть всего объема легких, поэтому всегда есть резерв для дополнительного вдоха и выдоха. Но даже при самом глубоком дыхании в легких остается определенное количество воздуха, составляющее остаточный объем .

Общая емкость легких =резервный объем вдоха (2,5 л)+дыхательный объем (500-700 мл)+ резервный объем выдоха (1,5 л) + остаточный объем (1,5 л) =3,5…6 л.

Дыхательный объем – объем воздуха, который входит в легкие при каждом спокойном вдохе и выходит при спокойном выдохе.

Резервные объемы вдоха и выдоха – объемы воздуха, которые человек может произвольно вдохнуть и выдохнуть сверх дыхательного объема.

Жизненная емкость легких – количество воздуха, которое может выдохнуть человек после глубокого вдоха. Она равна сумме дыхательного объема, резервных объемов вдоха и выдоха.

Легочная вентиляция всегда находится в точном соответствии с текущими метаболическими потребностями организма. Увеличение вентиляции происходит как за счет роста дыхательного объема, так и увеличением частоты дыхания.

Не весь воздух, поступающий в легкие, участвует в газообмене, анатомическое мертвое пространство соответствует (в мл) цифре удвоенной массы тела. Функциональное мертвое пространство дополнительно снижает степень газообмена.

Газ в альвеолах имеет постоянный состав, обусловленный буферными функциями мертвого пространства, где воздух увлажняется и нагревается.

В условиях покоя оптимальным является дыхание через нос, хотя при этом сопротивление дыханию возрастает по сравнению с дыханием через рот.

При осуществлении дыхательных движений дыхательные мышцы совершают работу, затрачиваемую на преодоление внутренних и внешних сил. Работа дыхания складывается из энергозатрат на преодоление общего легочного сопротивления (эластичного сопротивления самой легочной ткани и грудной клетки) и преодоления сопротивления потоку воздуха в воздухоносных путях.

Минутному объему дыхания должен соответствовать минутный объем крови, протекающий по сосудам малого круга кровообращения. Вентиляционно-перфузионный коэффициент составляет 0,8-0,9, т. е.

при альвеолярной вентиляции, равной 6 л/мин, минутный объем кровообращения может быть равным 7 л/мин.

В атмосфере Земли кислород составляет примерно 21%, или 1/5. Атмосферное давление на уровне моря 760 мм рт.ст. Значит, парциальное давление кислорода примерно соответствует 1/5 этой величины, 160 мм рт.ст., это предельная цифра содержания О 2 в естественных газовых смесях.

В воздухоносных путях воздух постепенно теряет скорость перемещения (конвекции). В респираторных бронхиолях и альвеолах большое значение приобретает диффузия газов. Газы перемещаются по градиенту парциального давления. В альвеолах, где и происходит, контакт альвеолярного газа с капиллярной кровью, напряжение кислорода Р О 2 составляет 103 мм рт.ст., а парциальное давление диоксида углерода Р СО 2 около 40 мм рт.ст. В выдыхаемом воздухе Р О 2 составляет 126 мм рт.ст., а Р СО 2 соответственно 16 мм рт.ст. В артериальной крови Р О 2 соответствует 95 мм рт.ст., в венозной Р О 2 равно 40 мм рт.ст. Р СО 2 артериальной крови соответствует 40 мм рт.ст., а венозной – Р СО 2 приближается к 46 мм рт.ст.

Вектор диффузии дыхательных газов

Поэтому вектор диффузии кислорода постоянно направлен в сторону альвеол и капилляров, а углекислоты – в обратном направлении, из капилляров в атмосферу.

Перенос кислорода из альвеолярного газа в кровь и диоксида углерода из крови в альвеолярный газ происходит исключительно путем диффузии. Движущей силой диффузии диффузии служит градиент парциального давления каждого из газов по обе стороны аэрогематического барьера. Диффузия осуществляется в водной среде. В слое сурфактанта растворимость кислорода повышается.

Аэрогематический барьер состоит из слоя сурфактанта, альвеолярного эпителия, двух основных мембран, эндотелия капилляра и мембраны эритроцита.

Диффузионная способность легких для кислорода достаточно высока. Установлено, что на каждый миллиметр ртутного столба градиента парциального давления кислорода между альвеолярным газом и эритроцитом в кровь поступает путем диффузии 25 мл кислорода в минуту. Этого достаточно для того, чтобы за 0,8 с, что равно времени прохождения отдельным эритроцитом одного легочного капилляра, парциальное давление кислорода в нем успело выравняться с альвеолярным. Даже с большим запасом по времени, поскольку для выравнивания напряжения кислорода в эритроцитах с альвеолярным воздухом достаточно 0,25 с.

Поэтому, если кровоток в капиллярах легких повышается (возрастает линейная скорость движения эритроцитов) при физической нагрузке на организм, и время прохождения капилляров клетками уменьшается до 0,3 с, этого оказывается вполне достаточно для полного газообмена. Для диффузии из крови углекислого газа необходимо всего 0,1 с. Растворимость диоксида углерода в воде превышает этот показатель для кислорода в 25 раз.

Легочные объемы и емкости

В процессе легочной вентиляции непрерывно обновляется газовый состав альвеолярного воздуха. Величина легочной вентиляции оп­ределяется глубиной дыхания, или дыхательным объемом, и частотой дыхательных движений. Во время дыхательных движений легкие человека заполняются вдыхаемым воздухом, объем которого явля­ется частью общего объема легких. Для количественного описания легочной вентиляции общую емкость легких разделили на несколько компонентов или объемов. При этом легочной емкостью называется сумма двух и более объемов.

Легочные объемы подразделяют на статические и динамические. Статические легочные объемы измеряют при завершенных дыха­тельных движениях без лимитирования их скорости. Динамические легочные объемы измеряют при проведении дыхательных движений с ограничением времени на их выполнение.

Легочные объемы. Объем воздуха в легких и дыхательных путях зависит от следующих показателей: 1) антропометрических инди­видуальных характеристик человека и дыхательной системы; 2) свойств легочной ткани; 3) поверхностного натяжения альвеол; 4) силы, развиваемой дыхательными мышцами.

Дыхательный объем (ДО) - объем воздуха, который вды­хает и выдыхает человек во время спокойного дыхания. У взрослого человека ДО составляет примерно 500 мл. Величина ДО зависит от условий измерения (покой, нагрузка, положение тела). ДО рас­считывают как среднюю величину после измерения примерно шести спокойных дыхательных движений.

Резервный объем вдоха (РОвд) - максимальный объем воздуха, который способен вдохнуть испытуемый после спокойного вдоха. Величина РОвд составляет 1,5-1,8 л.

Резервный объем выдоха (РОвыд) - максимальный объем воздуха, который человек дополнительно может выдохнуть с уровня спокойного выдоха. Величина РОвыд ниже в горизонтальном поло­жении, чем в вертикальном, уменьшается при ожирении. Она равна в среднем 1,0-1,4 л.

Остаточный объем (ОО) - объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Величина остаточного объема равна 1,0-1,5 л.

Легочные емкости. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) включает в себя дыхательный объем, резервный объем вдоха, ре­зервный объем выдоха. У мужчин среднего возраста ЖЕЛ варьирует в пределах 3,5-5,0 л и более. Для женщин типичны более низкие величины (3,0-4,0 л). В Зависимости от методики измерения ЖЕЛ различают ЖЕЛ вдоха, когда после полного выдоха производится максимально глубокий вдох и ЖЕЛ выдоха, когда после полного вдоха производится максимальный выдох.

Емкость вдоха (Евд) равна сумме дыхательного объема и резервного объема вдоха. У человека Евд составляет в среднем 2,0-2,3 л.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) - объ­ем воздуха в легких после спокойного выдоха. ФОЕ является суммой резервного объема выдоха и остаточного объема. На величину ФОЕ существенно влияет уровень физической активности человека и положение тела: ФОЕ меньше в горизон­тальном положении тела, чем в положении сидя или стоя. ФОЕ уменьшается при ожирении вследствие уменьшения общей растя­жимости грудной клетки.

Общая емкость легких (ОЕЛ) - объем воздуха в легких по окончании полного вдоха. ОЕЛ рассчитывают двумя способами: ОЕЛ - ОО + ЖЕЛ или ОЕЛ - ФОЕ + Евд.

Статические легочные объемы могут снижаться при патологических состояниях, приводящих к ограничению расправления легких. К ним относятся нейромышечные заболевания, болезни грудной клетки, живота, поражения плевры, повышающие жесткость легочной ткани, и заболевания, вызывающие уменьшение числа функционирующих альвеол (ателектаз, резекция, рубцовые изменения легких).