Дыхательный объем составляет. Фазы дыхания

СПИРОГРАФИЯ.

Усройство и принципы измерения.

Цель: изучить алгоритрмы измерения основных параметров

внешнего дыхания с помощью спирографов

1. Метод спирографии.

2. Фазы дыхания.

3. Техника проведения спирографии. Статические показатели.

4. Спирограмма: объём потока – время.

5. Спирограмма: объёмная скорость потока – объём потока.

6. Бодиплетизмография.

7. Принципы моделирования работы спирографа в МС-9.

Литература:

Медицинские приборы. Разработка и применение.Джон Г. Вебстер, Джон В. Кларк мл., Майкл Р. Ньюман, Валтер Х. Олсон и др.652 стр., 2004 г., глава 9.

2. Трифонов Е.В.Пневмапсихосоматология человекаРусско-англо-русская энциклопедия15-е изд., 2012г.

Спирография

Спирография - метод графической регистрации изменений легочных объемов при выполнении естественных дыхательных движений и волевых форсированных дыхательных маневров.

Спирография позволяет получить ряд показателей, которые описывают вентиляцию легких. В первую очередь, это статические объемы и емкости, которые характеризуют упругие свойства легких и грудной стенки, а также динамические показатели, которые определяют количество воздуха, вентилируемого через дыхательные пути во время вдоха и выдоха за единицу времени. Показатели определяют в режиме спокойного дыхания, а некоторые - при проведении форсированных дыхательных маневров.

В техническом выполнении все спирографы делятся на приборы открытого и закрытого типа (рис.1). В аппаратах открытого типа больной через клапанную коробку вдыхает атмосферный воздух, а выдыхаемый воздух поступает в мешок Дугласа или в спирометр Тисо (емкостью 100-200 л), иногда - к газовому счетчику, который непрерывно определяет его объем. Собранный таким образом воздух анализируют: в нем определяют величины поглощения кислорода и выделения углекислого газа за единицу времени. В аппаратах закрытого типа используется воздух колокола аппарата, циркулирующий в закрытом контуре без сообщения с атмосферой. Выдыхаемый углекислый газ поглощается специальным поглотителем.

а

б

Рис. 1. Схематическое изображение простейшего спирографа открытого типа (а) и (б).

Показания к проведению спирографии:

1 .Определение типа и степени легочной недостаточности.

2. Мониторинг показателей легочной вентиляции в цельях определения степени и быстроты прогрессирования заболевания.

3. Оценка эффективности курсового лечения заболеваний с бронхиальной обструкцией бронходилататорами короткого и пролонгированного действия, холинолитиками), ингаляционными и мембраностабилизирующими препаратами.

4. Проведение дифференциальной диагностики между легочной и сердечной недостаточностью в комплексе с другими методами исследования.

5. Выявление начальных признаков вентиляционной недостаточности у лиц, подверженных риску легочных заболеваний, или у лиц, работающих в условиях влияния вредных производственных факторов.

6. Экспертиза работоспособности и военная экспертиза на основе оценки функции легочной вентиляции в комплексе с клиническими показателями.

7. Проведение бронходилатационных тестов в целях выявления обратимости бронхиальной обструкции, а также провокационных ингаляционных тестов для выявления гиперреактивности бронхов.

Противопоказания к проведению спирографии:

1. тяжелое общее состояние больного, не дающее возможности провести исследование;

2. прогрессирующая стенокардия, инфаркт миокарда, острое нарушение мозгового кровообращения;

3. злокачественная артериальная гипертензия, гипертонический криз;

4. токсикозы беременности, вторая половина беременности;

5. недостаточность кровообращения III стадии;

6. тяжелая легочная недостаточность, не позволяющая провести дыхательные маневры.

Фазы дыхания.

Объем легких. Частота дыхания. Глубина дыхания. Легочные объемы воздуха. Дыхательный объем. Резервный, остаточный объем. Емкость легких.

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 потокадыхательных газов, V (л ) и время t ©. Отношения между этими переменными могут быть представлены в виде графиков или диаграмм. Все они по являются спирограммами.

График зависимостиобъёмапотока 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

Таблица 2. Наименование и соответствие показателей легочной вентиляции в различных странах

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.

Весь сложный процесс можно подразделить на три основных этапа: внешнее дыхание; и внутреннее (тканевое) дыхание.

Внешнее дыхание — газообмен между организмом и окружающим его атмосферным воздухом. Внешнее дыхание включает обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом, а также легочных капилляров и альвеолярным воздухом.

Это дыхание осуществляется в результате периодических изменений объема грудной полости. Увеличение ее объема обеспечивает вдох (инспирацию), уменьшение — выдох (экспирацию). Фазы вдоха и следующего за ним выдоха составляют . Во время вдоха атмосферный воздух через воздухоносные пути поступает в легкие, при выдохе часть воздуха покидает их.

Условия, необходимые для внешнего дыхания:

• герметичность грудной клетки;
• свободное сообщение легких с окружающей внешней средой;
• эластичность легочной ткани.

Взрослый человек делает 15-20 дыханий в минуту. Дыхание физически тренированных людей более редкое (до 8-12 дыханий в минуту) и глубокое.

Наиболее распространенные методы исследования внешнего дыхания

Методы оценки дыхательной функции легких:

• Пневмография
• Спирометрия
• Спирография
• Пневмотахометрия
• Рентгенография
• Рентгеновская компьютерная томография
• Ультразвуковое исследование
• Магнитно-резонансная томография
• Бронхография
• Бронхоскопия
• Радионуклидные методы
• Метод разведения газов

Спирометрия — метод измерения объемов выдыхаемого воздуха с помощью прибора спирометра. Используются спирометры разного типа с турбиметрическим датчиком, а также водные, в которых выдыхаемый воздух собирается под колокол спирометра, помещенный в воду. По подъему колокола определяется объем выдыхаемого воздуха. В последнее время широко применяются датчики, чувствительные к изменению объемной скорости воздушного потока, подсоединенные к компьютерной системе. В частности, на этом принципе работает компьютерная система типа «Спирометр МАС-1» белорусского производства и др. Такие системы позволяют проводить не только спирометрию, но и спирографию, а также пневмотахографию).

Спирография - метод непрерывной регистрации объемов вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Получаемую при этом графическую кривую называют спирофаммой. По спирограмме можно определить жизненную емкость легких и дыхательные объемы, частоту дыхания и произвольную максимальную вентиляцию легких.

Пневмотахография - метод непрерывной регистрации объемной скорости потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Имеется много других методов исследования респираторной системы. Среди них плетизмография грудной клетки, прослушивание звуков, возникающих при прохождении воздуха через дыхательные пути и легкие, рентгеноскопия и рентгенография, определение содержания кислорода и углекислого газа в потоке выдыхаемого воздуха и др. Некоторые из этих методов рассматриваются ниже.

Объемные показатели внешнего дыхания

Соотношение величин легочных объемов и емкостей представлено на рис. 1.

При исследовании внешнего дыхания используются следующие показатели и их аббревиатура.

Общая емкость легких (ОЕЛ) — объем воздуха, находящийся в легких после максимально глубокого вдоха (4-9 л).

Рис. 1. Средние величины объемов и емкостей легких

Жизненная емкость легких

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — объем воздуха, который может выдохнуть человек при максимально глубоком медленном выдохе, сделанном после максимального вдоха.

Величина жизненной емкости легких человека составляет 3-6 л. В последнее время в связи с внедрением пневмотахографической техники все чаще определяют так называемую форсированную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ). При определении ФЖЕЛ испытуемый должен после максимально глубокого вдоха сделать максимально глубокий форсированный выдох. При этом выдох должен производиться с усилием, направленным на достижение максимальной объемной скорости выдыхаемого воздушного потока на протяжении всего выдоха. Компьютерный анализ такого форсированного выдоха позволяет рассчитать десятки показателей внешнего дыхания.

Индивидуальную нормальную величину ЖЕЛ называют должной жизненной емкостью легких (ДЖЕЛ). Ее рассчитывают в литрах по формулам и таблицам на основе учета роста, массы тела, возраста и пола. Для женщин 18-25-летнего возраста расчет можно вести по формуле

ДЖЕЛ = 3,8*Р + 0,029*В — 3,190; для мужчин того же возраста

Остаточный объем

ДЖЕЛ = 5,8*Р + 0,085*В — 6,908, где Р — рост; В — возраст (годы).

Величина измеренной ЖЕЛ считается пониженной, если это снижение составляет более 20% от уровня ДЖЕЛ.

Если для показателя внешнего дыхания применяют название «емкость», то это значит, что в состав такой емкости входят более мелкие подразделения, называемые объемами. Например, ОЕЛ состоит из четырех объемов, ЖЕЛ — из трех объемов.

Дыхательный объем (ДО) — это объем воздуха, поступающий в легкие и удаляемый из них за один дыхательный цикл. Этот показатель называют также глубиной дыхания. В состоянии покоя у взрослого человека ДО составляет 300-800 мл (15-20% от величины ЖЕЛ); месячного ребенка — 30 мл; годовалого — 70 мл; десятилетнего — 230 мл. Если глубина дыхания больше нормы, то такое дыхание называют гиперпноэ — избыточное, глубокое дыхание, если же ДО меньше нормы, то дыхание назвают олигопноэ — недостаточное, поверхностное дыхание. При нормальной глубине и частоте дыхания его называют эупноэ — нормальное, достаточное дыхание. Нормальная частота дыхания в покое у взрослых составляет 8-20 дыхательных циклов в минуту; месячного ребенка — около 50; годовалого — 35; десятилетнего — 20 циклов в минуту.

Резервный объем вдоха (РО вд) — объем воздуха, который человек может вдохнуть при максимально глубоком вдохе, сделанном после спокойного вдоха. Величина РО вд в норме составляет 50-60% от величины ЖЕЛ (2-3 л).

Резервный объем выдоха (РО выд) — объем воздуха, который человек может выдохнуть при максимально глубоком выдохе, сделанном после спокойного выдоха. В норме величина РО выд составляет 20-35% от ЖЕЛ (1-1,5 л).

Остаточный объем легких (ООЛ) — воздух, остающийся в дыхательных путях и легких после максимального глубокого выдоха. Его величина составляет 1-1,5 л (20-30% от ОЕЛ). В пожилом возрасте величина ООЛ нарастает из-за уменьшения эластической тяги легких, проходимости бронхов, снижения силы дыхательных мышц и подвижности грудной клетки. В возрасте 60 лет он уже составляет около 45% от ОЕЛ.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) — воздух, остающийся в легких после спокойного выдоха. Эта емкость состоит из остаточного объема легких (ООЛ) и резервного объема выдоха (РО выд).

Не весь атмосферный воздух, поступающий в дыхательную систему при вдохе, принимает участие в газообмене, а лишь тот, который доходит до альвеол, имеющих достаточный уровень кровотока в окружающих их капиллярах. В связи с этим выделяют гак называемое мертвое пространство.

Анатомическое мертвое пространство (АМП) — это объем воздуха, находящийся в дыхательных путях до уровня респираторных бронхиол (на этих бронхиолах уже имеются альвеолы и возможен газообмен). Величина АМП составляет 140-260 мл и зависит от особенностей конституции человека (при решении задач, в которых необходимо учитывать АМП, а величина его не указана, объем АМП принимают равным 150 мл).

Физиологическое мертвое пространство (ФМП) — объем воздуха, поступающий в дыхательные пути и легкие и не принимающий участия в газообмене. ФМП больше анатомического мертвого пространства, так как включает его как составную часть. Кроме воздуха, находящегося в дыхательных путях, в состав ФМП входит воздух, поступающий в легочные альвеолы, но не обменивающийся газами с кровью из-за отсутствия или снижения кровотока в этих альвеолах (для этого воздуха иногда применяется название альвеолярное мертвое пространство). В норме величина функционального мертвого пространства составляет 20-35% от величины дыхательного объема. Возрастание этой величины свыше 35% может свидетельствовать о наличии некоторых заболеваний.

Таблица 1. Показатели легочной вентиляции

В медицинской практике важно учитывать фактор мертвого пространства при конструировании приборов для дыхания (высотные полеты, подводное плавание, противогазы), проведении ряда диагностических и реанимационных мероприятий. При дыхании через трубки, маски, шланги к дыхательной системе человека подсоединяется дополнительное мертвое пространство и, несмотря на возрастание глубины дыхания, вентиляция альвеол атмосферным воздухом может стать недостаточной.

Минутный объем дыхания

Минутный объем дыхания (МОД) — объем воздуха вентилируемый через легкие и дыхательные пути за 1 мин. Для определения МОД достаточно знать глубину, или дыхательный объем (ДО), и частоту дыхания (ЧД):

МОД = ДО * ЧД.

В покос МОД составляет 4-6 л/мин. Этот показатель часто называют также вентиляцией легких (отличать от альвеолярной вентиляции).

Альвеолярная вентиляция

Альвеолярная вентиляция легких (АВЛ) — объем атмосферного воздуха, проходящий через легочные альвеолы за 1 мин. Для расчета альвеолярной вентиляции надо знать величину АМП. Если она не определена экспериментально, то для расчета объем АМП берут равным 150 мл. Для расчета альвеолярной вентиляции можно пользоваться формулой

АВЛ = (ДО — АМП) . ЧД.

Например, если глубина дыхания у человека 650 мл, а частота дыхания 12, то АВЛ равно 6000 мл (650-150) . 12.

АВ = (ДО — ОМП) * ЧД = ДО альв * ЧД

• АВ — альвеолярная вентиляция;
• ДО альв — дыхательный объем альвеолярной вентиляции;
• ЧД — частота дыхания

Максимальная вентиляция легких (МВЛ) — максимальный объем воздуха, который может быть провентилирован через легкие человека за 1 мин. МВЛ может быть определена при произвольной гипервентиляции в покое (дышать максимально глубоко и часто в покос допустимо не более 15 с). С помощью специальной техники МВЛ может быть определена во время выполнения человеком интенсивной физической работы. В зависимости от конституции и возраста человека норма МВЛ находится в границах 40-170 л/мин. У спортсменов МВЛ может достигать 200 л/мин.

Потоковые показатели внешнего дыхания

Кроме легочных объемов и емкостей для оценки состояния дыхательной системы используют так называемые потоковые показатели внешнего дыхания. Простейшим методом определения одного из них — пиковой объемной скорости выдоха — является пикфлоуметрия. Пикфлоуметры — простые и вполне доступные приборы для пользования в домашних условиях.

Пиковая объемная скорость выдоха (ПОС) — максимальная объемная скорость потока выдыхаемого воздуха, достигнутая в процессе форсированного выдоха.

С помощью прибора пневмотахометра можно определить не только пиковую объемную скорость выдоха, но и вдоха.

В условиях медицинского стационара все большее распространение получают приборы пневмотахографы с компьютерной обработкой получаемой информации. Приборы подобного типа позволяют на основе непрерывной регистрации объемной скорости воздушного потока, создаваемого в ходе выдоха форсированной жизненной емкости легких, рассчитать десятки показателей внешнего дыхания. Чаще всего определяются ПОС и максимальные (мгновенные) объемные скорости воздушного потока в момент выдоха 25, 50, 75% ФЖЕЛ. Их называют соответственно показателями МОС 25 , МОС 50 , МОС 75 . Популярно также определение ФЖЕЛ 1 — объема форсированного выдоха за время, равное 1 e. На основе этого показателя рассчитывается индекс (показатель) Тиффно — выраженное в процентах отношение ФЖЕЛ 1 к ФЖЕЛ. Регистрируется также кривая, отражающая изменение объемной скорости воздушного потока в процессе форсированного выдоха (рис. 2.4). При этом на вертикальной оси отображается объемная скорость (л/с), на горизонтальной — процент выдохнутой ФЖЕЛ.

На приведенном графике (рис. 2, верхняя кривая) вершина указывает величину ПОС, проекция момента выдоха 25% ФЖЕЛ на кривую характеризует МОС 25 , проекция 50% и 75% ФЖЕЛ соответствует величинам МОС 50 и МОС 75 . Диагностическую значимость имеют не только скорости потока в отдельных точках, но и весь ход кривой. Ее часть, соответствующая 0-25% выдыхаемой ФЖЕЛ, отражает проходимость для воздуха крупных бронхов, трахеи и , участок от 50 до 85% ФЖЕЛ — проходимость мелких бронхов и бронхиол. Прогиб на нисходящем участке нижней кривой в области выдоха 75-85% ФЖЕЛ указывает на снижение проходимости мелких бронхов и бронхиол.

Рис. 2. Потоковые показатели дыхания. Кривые ноток — объем здорового человека (верхняя), больного с обструктивнымн нарушениями проходимости мелких бронхов (нижняя)

Определение перечисленных объемных и потоковых показателей применяются в диагностике состояния системы внешнего дыхания. Для характеристики функции внешнего дыхания в клинике используются четыре варианта заключений: норма, обструктивные нарушения, рестриктивные нарушения, смешанные нарушения (сочетание обструктивных и рестриктивных нарушений).

Для большинства потоковых и объемных показателей внешнего дыхания выходящими за пределы нормы считаются отклонения их величины от должного (расчетного) значения более чем на 20%.

Обструктивные нарушения — это нарушения проходимости дыхательных путей, ведущие к увеличению их аэродинамического сопротивления. Такие нарушения могут развиваться в результате повышения тонуса гладких мышц нижних дыхательных путей, при гипертрофии или отеке слизистых оболочек (например, при острых респираторных вирусных инфекциях), скоплении слизи, гнойного отделяемого, при наличии опухоли или инородного тела, нарушении регуляции проходимости верхних дыхательных путей и других случаях.

О наличии обструктивных изменений дыхательных путей судят по снижению ПОС, ФЖЕЛ 1 , МОС 25 , МОС 50 , МОС 75 , МОС 25-75 , МОС 75-85 , величины индекса теста Тиффно и МВЛ. Показатель теста Тиффно в норме составляет 70-85%, снижение его до 60% расценивается как признак умеренного нарушения, а до 40% — резко выраженного нарушения проходимости бронхов. Кроме того, при обструктивных нарушениях увеличиваются такие показатели, как остаточный объем, функциональная остаточная емкость и общая емкость легких.

Рестриктивные нарушения — это уменьшение расправления легких при вдохе, снижение дыхательных экскурсий легких. Эти нарушения могут развиться из-за снижения растяжимости легких, при повреждениях грудной клетки, наличии спаек, скопления в плевральной полости жидкости, гнойного содержимого, крови, слабости дыхательных мышц, нарушении передачи возбуждения в нервно-мышечных синапсах и других причин.

Наличие рестриктивных изменений легких определяют по снижению ЖЕЛ (не менее 20% от должной величины) и уменьшению МВЛ (неспецифический показатель), а также снижению растяжимости легких и в ряде случаев по возрастанию показателя теста Тиффно (более 85%). При рестриктивных нарушениях уменьшаются общая емкость легких, функциональная остаточная емкость и остаточный объем.

Заключение о смешанных (обструктивных и рестриктивных) нарушениях системы внешнего дыхания делается при одновременном наличии изменений вышеперечисленных потоковых и объемных показателей.

Легочные объемы и емкости

Дыхательный объем - это объем воздуха, который вдыхает и выдыхает человек в спокойном состоянии; у взрослого человека он равен 500 мл.

Резервный объем вдоха — это максимальный объем воздуха, который может вдохнуть человек после спокойного вдоха; величина его равна 1,5-1,8 л.

Резервный объем выдоха - это максимальный объем воздуха, который может выдохнуть человек после спокойного выдоха; этот объем составляет 1-1,5 л.

Остаточный объем - это объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха; величина остаточного объема 1 -1,5 л.

Рис. 3. Изменение дыхательного объема, плеврального и альвеолярного давления при вентиляции легкого

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — это максимальный объем воздуха, который может выдохнуть человек после самого глубокого вдоха. ЖЕЛ включает в себя резервный объем вдоха, дыхательный объем и резервный объем выдоха. Жизненная емкость легких определяется спирометром, а метод ее определения называют спирометрией. ЖЕЛ у мужчин 4-5,5 л, а у женщин — 3-4,5 л. Она больше в положении стоя, чем в положении сидя или лежа. Физическая тренировка приводит к увеличению ЖЕЛ (рис. 4).

Рис. 4. Спирограмма легочных объемов и емкостей

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) — объем воздуха в легких после спокойного выдоха. ФОЕ является суммой резервного объема выдоха и остаточного объема и равна 2,5 л.

Общая емкость легких (ОЕЛ) — объем воздуха в легких по окончании полного вдоха. ОЕЛ включает в себя остаточный объем и жизненную емкость легких.

Мертвое пространство образует воздух, который находится в воздухоносных путях и не участвует в газообмене. При вдохе последние порции атмосферного воздуха входят в мертвое пространство и, не изменив своего состава, покидают его при выдохе. Объем мертвого пространства около 150 мл, или примерно 1/3, дыхательного объема при спокойном дыхании. Значит, из 500 мл вдыхаемого воздуха в альвеолы поступает лишь 350 мл. В альвеолах к концу спокойного выдоха находится около 2500 мл воздуха (ФОЕ), поэтому при каждом спокойном вдохе обновляется лишь 1/7 часть альвеолярного воздуха.

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.

21558 0

В настоящее время эти данные имеют больше академический интерес, но существующие компьютерные спирографы в считанные секунды способны выдать о них информацию, которая в значительной степени объективизирует состояние больного.

Дыхательный объем (ДО) — объем вдыхаемого или выдыхаемого воздуха при каждом дыхательном цикле.

Норма: 300 - 900 мл.

Уменьшение ДО возможно при пневмосклерозе, пневмофиброзе, спастическом бронхите, выраженном застое в легких, тяжелой сердечной недостаточности, обструктивной эмфиземе.

Резервный объем вдоха - максимальный объем газа, который можно вдохнуть после спокойного вдоха.

Норма: 1000 - 2000 мл.

Значительное уменьшение объема наблюдается при снижении эластичности легочной ткани.

Резервный объем выдоха - объем газа, который испытуемый может выдохнуть после спокойного выдоха.

Норма: 1000 - 1500 мл.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) в норме составляет 3000 - 5000 мл. Учитывая большую вариабельность у здоровых лиц от должной величины на ± 15-20 %, этот показатель редко используется для оценки внешнего дыхания у больных реанимационного профиля.

Остаточный объем (Оо) - объем газа, остающегося в легких после максимального выдоха. Для вычисления должной величины (в миллилитрах) предложено умножать первые четыре цифры третьей степени роста (в сантиметрах) на эмпирический коэффициент 0,38.

В целом ряде ситуаций возникает феномен, называемый «экспираторное закрытие дыхательных путей» (ЭЗДП). Суть его заключается в том, что в ходе выдоха, когда объем легких уже приближается к остаточному, в разных зонах легких задерживается определенное количество газа (газовые ловушки). Изучению этого феномена А. П. Зильбер посвятил более 30 лет. Сегодня доказано, что этот феномен у тяжелых больных возникает достаточно часто при заболеваниях легких любого генеза, а также целом ряде критических состояний. Оценка степени ЭЗДП позволяет многограннее представить клиническую патофизиологию системных нарушений и дать прогноз и оценку эффективности предпринятых мероприятий.

К сожалению, оценка феномена ЭЗДП до настоящего времени носит больше академический характер, хотя сегодняшний день диктует необходимость широкого внедрения методов оценки ЭЗДП. Мы приведем лишь краткую характеристику используемых методов, а заинтересовавшихся с удовольствием отправим к монографии А П. Зильбера (Респираторная медицина. Этюды критической медицины. Т. 2. - Петрозаводск: Издательство ПГУ, 1996 - 488 с.).

Наиболее доступными являются методы, основанные на анализе экспираторной кривой тест-газа или пневмотахографической кривой при прерывании потока. Остальные методы - плетизмография всего тела и метод разведения тест-газа в закрытой системе - используются значительно реже.

Суть методов, основанных на анализе экспираторной кривой тест-газа, заключается в том, что испытуемый вдыхает порцию газа-теста в начале вдоха, а затем фиксируется кривая выдоха газа, регистрируемая синхронно со спирограммой или пневмотахограммой. В качестве тест-газов используется ксенон-133, азот, гексафторид серы (SF6).

Для характеристики ОЗДП используется один из показателей, характеризующий феномен ОЗДП - это объем закрытия легких . Физиологический смысл этого показателя можно понять из характеристики самой величины. ОЗЛ - это часть жизненной емкости легких, остающаяся в легких от момента закрытия дыхательных путей до остаточного объема легких. ОЗЛ выражается в процентах от жизненной емкости легких (ЖЕЛ).

Так, величина ОЗЛ, измеренная ксеноном-133, составляет 13,2 ± 2,7%, азотом - 13,7 ± 1,9 %.

Метод прерывания дыхательного потока, ранее используемый для измерения альвеолярного давления, с высокой степенью корреляции (r = 0,81; р<0,001) совпадает с методами, основанными на тест-газах (И. Г. Хейфец, 1978). Определение ОЗЛ данным методом возможно с помощью пневмотахографа любой конструкции.

ОЗЛ можно определить по формуле, предложенной И. Г. Хейфецом (1978).

Для положения сидя уравнение регрессии имеет вид:

ОЗЛ / ЖЕЛ (%) = 0,4 +0,38 . возраст (лет) ± 3,7;

для положения лежа уравнение имеет вид:

ОЗЛ / ЖЕЛ (%) = -2,75 + 0,55 возраст (лет).

Хотя величина ОЗЛ является достаточно информативной, однако для полной характеристики феномена ЭЗДП желательно измерять еще ряд показателей: емкость закрытия легких (ЕЗЛ), резерв функциональной остаточной емкости (РФОЕ), задержанный газ легких (ЗГЛ).

Резерв ФОЕ (РФОЕ) - это разность между функциональной остаточной емкостью (ФОЕ) и емкостью закрытия легких (ЕЗЛ), она является наиболее важным показателем, характеризующим ЭЗДП.

В положении сидя РФОЕ (л) можно определить по уравнению регрессии:

РФОЕ (л) = 1,95 - 0,003 возраст (лет) ± 0,5.

В положении лежа :

РФОЕ (л) = 1,33 - 0,33 возраст (лет)

в положении сидя -

РФОЕ / ЖЕЛ (%) = 49,1 - 0,8 возраст (лет) + 7,5;

в положении лежа -

РФОЕ / ЖЕЛ (%) = 32,8 - 0,77 возраст (лет).

Определение интенсивности метаболизма тяжелых больных осуществляется на основании потребления О2 и выделения СО2. Учитывая, что интенсивность метаболизма в течение суток изменяется, необходимо неоднократно определять указанные параметры для расчета респираторного коэффициента. Выброс СО2 измеряют как общее содержание СО2 в выдыхаемом воздухе, умноженное на выдыхаемую минутную вентиляцию.

Необходимо обращать внимание на тщательное перемешивание выдыхаемого воздуха. СО2 в выдыхаемом воздухе определяют с помощью капнографа. Для упрощения способа определения потребляемой энергии (ПЭ) принимается, что дыхательный (респираторный) коэффициент равен 0,8, при этом принимается, что 70% калорийности обеспечивается за счет углеводов и 30% - за счет жиров. Тогда потребляемую энергию можно определить по следующей формуле:

ПЭ (ккал / 24 ч) = ВСО2 24 60 4,8 / 0,8,

где ВСО2 - суммарный выброс СО2 (он определяется произведением концентрации СО2 в конце выдоха на минутную вентиляцию легких);

0,8 - респираторный коэффициент, при котором окисление 1 л О2 сопровождается образованием 4,83 ккал.

В реальной обстановке респираторный коэффициент может меняться у тяжелых больных ежечасно в зависимости от способов парентерального питания, адекватности обезболивания, степени антистрессовой защиты и т. д. Это обстоятельство требует мониторного (неоднократного) определения потребления О2 и выделения СО2. Для быстрой оценки потребляемой энергии используют формулы:

ПЭ (ккал/мин) = 3,94 (VО2) + (VCО2),

где VО2 - поглощение О2 в миллилитрах в минуту, a VCО2 - выделение СО2 в миллилитрах в минуту.

Для определения потребления энергии за 24 часа можно воспользоваться формулой:

ПЭ (ккал/сут) = ПЭ (ккал/мин) 1440.

После преобразования формула приобретает вид:

ПЭ (ккал/сут) = 1440.

В условиях отсутствия возможности определения энергозатрат с помощью калориметрии можно воспользоваться расчетными способами, которые, естественно, будут в определенной степени приблизительными. Подобные расчеты чаще всего необходимы для ведения тяжелых больных, находящихся на длительном парентеральном питании.

Объемы дыхания определяются спирометрически и должны причисляться к наиболее показательным вентиляционным величинам.

Минутный объем дыхания

Под этим понимают количество воздуха, вентилируемое при спокойном дыхании за минуту.

Методика определения. Испытуемому, соединенному со спирографом, дают сначала возможность несколько минут привыкать к не совсем обычному для него дыханию. После того как имеющаяся вначале в большинстве случаев гипервентиляция уступит место спокойному дыханию, определяют минутный объем дыхания, умножая объем дыхания при вдохе на число дыханий в минуту. При неспокойном дыхании измеряют объемы, вентилируемые за каждое дыхание на протяжении минуты и результаты складывают.

Нормальные величины. Должный минутный объем дыхания получают, умножая должный основный обмен (должное число калорий за 24 часа в сопоставлении с общей поверхностью тела) на 4,73.

Полученные величины будут в пределах 6-9 л. На них влияют высота метаболизма (интенсивность) (например, тиреотоксикоз) и величина вентиляции мертвого пространства. Это позволяет иногда относить уклонения от нормы за счет патологии одного из этих факторов.

При замене дыхания воздухом на дыхание кислородом у здоровых лиц не происходит изменений в минутном объеме дыхания. Наоборот, при очень выраженной дыхательной недостаточности минутный объем при дыхании кислородом уменьшается и одновременно повышается потребление в минуту кислорода. Наступает «успокоение дыхания». Объясняется такой эффект лучшей артериализацией крови при дыхании чистым кислородом по сравнению с дыханием атмосферным воздухом. Это еще больше обращает на себя внимание при нагрузке.

Сравните с этим сказанное в разделе о кардио-пульмональном (сердечно-легочном) кислородном дефиците.

Проба на максимальный объем выдоха (проба Тиффно)

Под максимальным объемом выдоха понимают экспираторную работу легких за секунду, т. е. количество воздуха, выдыхаемой с силой за секунду после максимального вдоха.

Длительность выдоха у больных эмфиземой больше, чем у здоровых лиц. Этот факт, впервые зарегистрированный на спирометре Hutchinson, был затем подтвержден Tiffeneau и Pinelli, которые указали и на совершенно определенные соотношения его с жизненной емкостью.

В немецкой литературе количество воздуха, выдыхаемое в пробе за секунду, называется «полезной долей жизненной емкости», англичане говорят о «timed capacity» (емкость за определенный промежуток времени), во французской литературе применяется термин «capacite pulmonaire utilisable a l’effort» (легочная емкость, утилизируемая при усилии).

Эта проба приобретает особое значение потому, что она позволяет делать общие выводы о широте дыхательных путей и соответственно о величине сопротивления дыханию в бронхиальной системе, а также об эластичности легких, подвижности грудной клетки и силе дыхательной мускулатуры.

Нормальные величины. Максимальный объем выдоха выражается в процентах к жизненной емкости. У здоровых он равняется 70-80% жизненной емкости. При этом в первую половину секунды должно быть экспирировано не менее 55% имеющейся жизненной емкости.

У здоровых для полного выдоха после глубокого вдоха нужно 4 секунды. Через 2 секунды выдыхают 94%, через 3 секунды - 97% жизненной емкости.

Объем выдоха снижается с возрастом с 83% жизненной емкости в юности до 69% в старости. Этот факт подтвержден Gitter в его обширных исследованиях более чем на 1000 промышленных рабочих. Tiffeneau считает нормальным такой максимальный объем выдоха а первую секунду, который составляет 83,3% истинной или фактической емкости, Biicherl - 77,3% для мужчин и 82,3% для женщин.

Методика выполнения. Применяют спирограф, кимограф которого быстро передвигает ленту (не менее 10 мм/сек). После записи жизненной емкости обычным способом испытуемому предлагают еще раз сделать максимальный вдох, чуть задержать дыхание, потом быстро и насколько возможно глубоко выдохнуть. Некоторого упрощения можно достигнуть, если запись так называемой экспирограммы провести с одновременным определением жизненной емкости и максимального объема выдоха за один выдох после максимального вдоха.

Оценка. Проба Tiffeneau считается надежным критерием для распознавания обструкционного бронхита и обусловленной им эмфиземы. В этих случаях при нормальной жизненной емкости находят значительное снижение максимального объема выдоха, тогда как при рестриктивной вентиляционной недостаточности жизненная емкость хотя и снижена, но процентная доля максимального объема выдоха остается нормальной.

Так как причиной обструкционных нарушений наряду с органически обусловленными препятствиями в дыхательных путях может быть также функциональный спазм, для дифференциально-диагностического выявления подлинной причины рекомендуется проба с астмолизином.

Проба с астмолизином . После предварительного определения жизненной емкости и максимального объема выдоха вводят подкожно 1 мл астмолизина или гистамина и через 30 минут повторно определяют те же величины. Если полученные вентиляционные величины указывают на тенденцию к нормализации, то речь идет о функциональном компоненте обструкционного бронхита.