Чтение онлайн

Разница между альвеолярным и плевральным давлением называется транспульмональным давлением (P_tp = P_alv - P_pl), величина которого в соотношении с внешним атмосферным давлением и является основным фактором, вызывающим движение воздуха в воздухоносных путях легких.

В области контакта легкого с диафрагмой давление называется трансдиафрагмальным (P_td). Оно рассчитывается как разница между внутрибрюшинным (P_ab) и плевральным давлением: P_td = P_ab - P_pl.

Измерение трансдиафрагмального давления представляет собой наиболее точный способ оценки сократительной способности диафрагмы. При ее активном сокращении содержимое брюшной полости сжимается и растет внутрибрюшное давление; трансдиафрагмальное давление становится положительным. Когда диафрагма парализована или утомлена, то во время вдоха сокращение других инспираторных мышц создает отрицательное внутригрудное давление и может возникнуть парадоксальное движение диафрагмы и брюшной стенки (передняя брюшная стенка двигается вовнутрь, в то время как диафрагма затягивается кверху, внутрь грудной полости). При этом трансдиафрагмальное давление снижается и при двустороннем параличе диафрагмы может быть равным нулю. В покое у здорового человека на долю диафрагмы и других дыхательных мышц приходится не более 2 - 3% общего потребления кислорода. При высоких вентиляторных требованиях (например, при физической нагрузке) потребность дыхательных мышц в кислороде составляет значительную часть его общего потребления. Это может привести к утомлению дыхательных мышц, что проявляется увеличенной частотой дыхания, парадоксальным движением диафрагмы и брюшной стенки.

ЭЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛЕГКИХ

Если изолированное легкое поместить в камеру и снизить давление в камере ниже атмосферного, то легкие расширятся и их объем можно измерить с помощью спирометра. Таким образом можно измерить объем легких при разных уровнях давления и построить статическую кривую давление - объем (рис. 2--11). Из кривой давление - объем в отсутствие потока видно, что кривые для вдоха и для выдоха различны. Это различие между кривыми представляет собой гистерезис - свойство всех эластических структур, т.е. чтобы поддержать данный объем легкого во время его наполнения, требуется большее транспульмональное давление, чем при спадении легкого. Кроме того, из рис. 2--11 видно, что кривые не исходят из начала координат. Это указывает на то, что даже в отсутствие растягивающего давления в них содержится небольшое количество воздуха (подтверждением этому служит наличие воздуха в легких человека, извлеченных из грудной клетки при аутопсии).

РАСТЯЖИМОСТЬ ЛЕГКИХ

Отношение между давлением и изменением объема легких может быть выражено как P = E*V, где P - растягивающее давление, E - эластичность, V - изменение объема легких. Эластичность - это мера упругости легочной ткани. Величина, обратная эластичности (C_stat = 1:E), называется статической растяжимостью. Таким образом, растяжимость - это изменение объема на единицу давления; она отражается наклоном кривой давление - объем. Из рис. 2--11 видно, что легкое более растяжимо при низких и средних объемах (более выраженный наклон кривой).

path: pictures/2-11.png

Рис. 2-11. Кривая зависимости объема от давления для изолированного легкого. Нижняя кривая образована во время ступенчатого наполнения, верхняя - во время ступенчатого спадения.

Статическая растяжимость зависит от размеров легких. Легкое крупных размеров подвержено большим изменениям своего объема на единицу изменения давления, чем маленькое легкое. В связи с этим применяют удельную растяжимость (статическая растяжимость, отнесенная к единице объема легких). В клинической практике статическую растяжимость измеряют от уровня спокойного выдоха (функциональная остаточная емкость) при увеличении объема на 500 мл. У здоровых взрослых людей она составляет величину около 0,2 л/см вод.ст. У детей аналогичный показатель значительно ниже. При патологии статическая растяжимость может как повышаться, так и понижаться. При эмфиземе растяжимость повышается вследствие утраты и соединительнотканных компонентов, и альвеол. При фиброзе легких, застойной сердечной недостаточности, геморрагии легких происходит ее снижение.

В статических условиях при открытых верхних воздухоносных путях транпульмональное давление равно давлению статической легочной отдачи (P_el), поскольку P_alv=0. Эластическую отдачу легких определяют содержание эластических структур в тканях (волокна эластина и коллагена) и поверхностное натяжение жидкости, выстилающей альвеолы.

Поверхностное натяжение жидкости - сила, возникающая на поверхности, которая разделяет жидкость и газ, и стремящаяся сократить поверхность до минимума. Поверхность альвеол покрыта тонким слоем жидкости. Силы поверх-ностного натяжения стремятся минимизировать площадь поверхности, создавая положительное давление и обеспечивая спадение альвеол. Поверхностное натяжение уменьшается благодаря сурфактанту - поверхностно-активному веществу, которое секретируется альвеолярными эпителиальными клетками II типа и выстилает альвеолярную поверхность. Сурфактант, состоящий из фосфолипидов и протеинов, обладает двумя уникальными свойствами: вызывает большее снижение поверхностного натяжения при меньших площадях поверхности, и это снижение более выражено во время выдоха, чем во время вдоха.

В легких сурфактант выполняет важные физиологические функции:

1) понижая поверхностное натяжение, увеличивает растяжимость легких и тем самым уменьшает совершаемую при вдохе работу;

2) обеспечивает стабильность альвеол, препятствуя их спадению и появлению ателектазов, и предотвращает перемещение воздуха из меньших альвеол внутрь больших в результате более выраженного снижения поверхностного натяжения при малых объемах;

3) препятствует транссудации жидкости на поверхность альвеол из плазмы капилляров легких.

При дефиците сурфактанта легкие становятся ригидными, неподатливыми и склонными к коллапсу (например, респираторный дистресс-синдром новорожденных, известный также как болезнь гиалиновых мембран).

ЭЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУДНОЙ КЛЕТКИ

ГРУДНАЯ СТЕНКА

Упругостью обладают не только легкие, но и грудная стенка, которая состоит из костей грудной клетки, межреберных мышц, подлежащих мягких тканей и париетальной плевры. При остаточном объеме эластическая отдача изолированной грудной стенки направлена наружу. По мере того как грудной объем расширяется, отдача стенки, направленная наружу, снижается и падает до нуля при объеме грудной полости около 60% жизненной емкости легких (рис. 2--12). При дальнейшем расширении грудной клетки до уровня общей емкости легких отдача ее стенки направляется внутрь. Нормальная растяжимость грудной стенки равна 0,2 л/см вод.ст. Выраженное ожирение, обширный плевральный фиброз, кифосколиоз могут приводить к изменению растяжимости грудной клетки.

path: pictures/2-12.png

Рис. 2-12. Кривые давление - объем для легких, грудной клетки и дыхательной системы дыхания в целом.

TLC - общая емкость легких; FRC - функциональная остаточная емкость легких; RV - остаточный объем легких. Кривая для системы дыхания равна графической сумме кривых для легких и грудной клетки (по Rahn, 1946, с изменениями).

ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Легкие и грудная стенка функционально связаны посредством плевральной полости. Из рис. 2--12 видно, что на уровне общей емкости легких показатели эластической отдачи легких и грудной стенки суммируются, создавая большое давление отдачи всей дыхательной системы. На уровне остаточного объема направленная наружу эластическая отдача грудной стенки значительно превосходит отдачу легких, направленную внутрь. В результате в дыхательной системе возникает суммарное давление отдачи, направленное наружу. На уровне функциональной остаточной емкости эластическая тяга легких, направленная внутрь, уравновешена эластической тягой грудной клетки, направленной наружу. Таким образом, при FRC дыхательная система находится в равновесии.

Статическая растяжимость всей дыхательной системы в норме составляет 0,1 л/см вод.ст. Все вышеизложенные рассуждения были верны для статических условий, т.е. при отсутствии воздушного потока в воздухоносных путях. При дыхании эти условия нарушаются, поэтому при изучении механики дыхания необходимо учитывать свойства дыхательной системы, от которых зависит сопротивление воздушному потоку.

СОПРОТИВЛЕНИЕ

Перед тем как перейти к сопротивлению воздушному потоку, рассмотрим, каким может быть движение воздуха в трубке (рис. 2--13). При прохождении воздуха через трубку характеристики потока могут быть различными: ламинарный режим (при низких скоростях линии течения параллельны стенкам трубки), переходный (по мере возрастания скорости поток становится менее однородным с образованием завихрений в месте бифуркации трубки) и турбулентный режим (при очень высоких скоростях линии течения полностью теряют упорядоченность).

В воздухоносных путях могут встречаться все эти три режима, но наиболее характерным паттерном потока в условиях дихотомического разветвления трахео-бронхиального дерева является переходный, тогда как ламинарный может быть лишь в мелких воздухоносных путях.

Сопротивление воздухоносных путей можно рассчитать, разделив разность давлений в ротовой полости и альвеолах на объемную скорость воздушного потока. Главным компонентом сопротивления воздухоносных путей является трение, оказываемое стенками трахеобронхиального дерева.