Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

 

Различные виды давлений, определяющие поток воздуха в легких, схематичес­ки изображены на рис. 2-5.

Рао — давление на входе в ВП (т. е. в ротовой полости). В нормальных услови­ях, когда поток отсутствует (в конце вдоха и выдоха) и ВП открыты в атмосферу, Рао равно нулю. Pbs — давление атмосферы на поверхность тела. Некоторые меха­нические системы для принудительной вентиляции легких создают отрицательное давление на поверхность тела, генерируя вакуум вокруг туловища пациента. В этих условиях Pbs прерывисто опускается ниже нуля. Ppl — плевральное давление — дав­ление внутри плевральной полости. Его величина зависит от величин и направле­ний сил, создаваемых эластической паренхимой легких и грудной стенкой. Ppl мо­жет быть измерено с помощью баллонного катетера, помещенного внутрь пищевода, поскольку изменения внутрипищеводного давления во время дыхания отражают изменения внутриплеврального давления. Давление, создаваемое эластической па­ренхимой легкого, на рис. 2-5 не представлено; оно направлено внутрь и называется давлением эластической отдачи, Pel. Альвеолярное давление, Palv — давление внутри альвеол. Оно может быть отрицательным (во время вдоха), положительным (во вре­мя выдоха) или нулевым (в конце вдоха и в конце выдоха, когда поток отсутствует и голосовая щель открыта). Альвеолярное давление представляет собой сумму давле­ния эластической отдачи и плеврального давления:

Palv = Pel + Ppl [2-3]

Pi - сквозное чрезлегочное или транспулъмоналъное давление необходимо для возникновения воздушного потока и поддержания данного уровня расправления легких. Р1 составляет разницу между альвеолярным и плевральным давлениями (Pi = Palv - Ppl). Pw -сквозное чрезстенное или трансмуралъное давление является разницей между плевральным давлением и давлением на поверхности тела (Pw = Ppl - Pbs). Prs - гпрансторакалъное давление представляет разницу между альвео­лярным давлением и давлением на поверхности тела (Prs = Palv - Pbs).

 

Далее будут рассмотрены эластические свойства легких, грудной стенки и ды­хательной системы в целом.

Рис. 2-5. Схема­тическое изобра­жение давлений и градиентов давлений, созда­ющих поток воз­духа

Эластические свойства дыхательной системы

 

Сокращение инспираторных мышц создает градиент давления между атмосфе­рой и альвеолами, в результате чего возникает поток воздуха. Этот градиент преодо­левает: (1) эластическую отдачу дыхательной системы, (2) фрикционное сопротив­ление ВП воздушному потоку и (3) инерционное сопротивление трахео-бронхиального воздушного столба, легких и грудной стенки. Взаимоотношения этих трех эле­ментов выражены у равнением движения легких:

Ptot = (Ex AV) + (RxV) + (IxV), [2-4]

где: Ptot — движущее давление,

Е — эластичность,

А V — изменение объема легких,

R — сопротивление,

V — объемная скорость потока воздуха,

I — инерционность,

V — скорость изменения объемной скорости воздушного потока (ускорение).

 

Отдельные элементы уравнения рассматриваются в последующих разделах.

Первый элемент (Е х AV) представляет давление, необходимое для преодоле­ния эластической отдачи дыхательной системы. Для упрощения анализа сначала рассмотрим эластические свойства легких и грудной стенки в отдельности с тем, чтобы в дальнейшем интегрировать эти две структуры в единое функциональное целое.

Легкое

 

В качестве аналогии с наполнением легкого воздухом рассмотрим эластичный баллон. Чтобы раздуть баллон, необходимо создать градиент давления сквозь его стенку (эквивалент транспульмонального давления). Этот градиент может быть соз­дан с помощью отрицательного давления вокруг баллона, помещенного в камеру, из которой воздух удален вакуумным насосом. Или положительное давление может быть создано внутри баллона при помощи сжатого воздуха. В любом случае, устра­нение отрицательного или положительного давления позволяет наполненному бал­лону быстро опустошиться из-за свойственной ему эластической отдачи.

Более физиологической моделью является изолированное легкое (рис. 2-6). На рис. 2-6А изображено помещенное в камеру легкое, ВП которого присоединены к спирометру - прибору, измеряющему изменения легочного объема. Отрицательное давление в камере измеряется манометром. По мере того как воздух удаляется из камеры, легкое расправляется благодаря увеличению транспульмонального давле­ния. По ходу ступенчатого возрастания давления наполнения (в действительности происходит прогрессивное уменьшение давления вокруг легкого) регистрируются соответствующие легочные объемы. После достижения максимального наполнения легкого вакуум в камере тоже ступенчато понижается и соответствующие объемы легкого снова регистрируются. Таким способом получают статическую кривую дав­ление-объем, поскольку давление и объем измеряются в отсутствие потока воздуха (рис. 2-6Б).

Анализ этих кривых дает много важных сведений. Характерной чертой являет­ся наличие двух раздельных кривых: для вдоха и для выдоха. Чтобы поддержать данный объем легкого во время его наполнения, требуется большее транспульмональное давление, чем при спадении легкого. Это различие между кривыми (инспираторное давление-объем и экспираторное давление-объем) представляет собой гистерезис – свойство всех эластических структур. Дополнением к этому важному наблюдению является то, что кривые не исходят из начала координат: их начальное значение на Y-оси не равно нулю. Это указывает на то, что легкое содержит неболь­шой, но измеримый объем газа даже тогда, когда на него не действует растягивающее давление. Действительно, когда легкое человека извлекается из грудной клетки при аутопсии или во время хирургической операции, оно содержит небольшое количе­ство газа.

Рис. 2-6. Образование кривых давление-объем (P-V) на изолированных легких. (А) Наполнение достигается уда­лением воздуха из камеры, в которую помещены легкие. Давление измеряется мано­метром, а объемы легких, или, точнее, изменения объема лег­ких измеряются спирометром. (Б) Кривые P-V на выдохе и на вдохе. Точки, использован­ные для построения кривых, определялись в отсутствии потока воздуха. Таким обра­зом, эти кривые отражают ста­тические отношения P-V. Нижняя кривая образована во время ступенчатого наполне­ния, а верхняя - ступенчатого спадения легких

 

Растяжимость легких

 

Из рис. 2-6Б следует, что отношение между давлением и изменением объема легких не остается постоянным во всем диапазоне легочных объемов. При их малой величине это отношение может быть выражено как:

P = ExAV, [2-5]

где: Р — растягивающее давление,

Е — эластичность,

Д V — изменение объема легких.

 

Эластичность (константа) — есть мера упругости легочной ткани. Чем больше эластичность ткани, тем большее давление требуется приложить для достижения ладанного изменения объема легких.

При большом объеме легких необходимо большее растягивающее давление, чтобы получить заданное изменение объема. По достижении максимального объема легкого дальнейший прирост давления увеличить его не может: кривая давление-объем переходит в свою плоскую часть. Изменение объема на единицу давления отражается наклоном рассматриваемой кривой давление-объем и называется ста­тической растяжимостью (Cstat). Она представляет собой меру податливости лег­кого и находится в реципрокном отношении к его эластичности (Е =* 1/Cstat). Лег­кое более растяжимо при низких и средних объемах, чем при больших.

На статическую растяжимость легкого влияет множество факторов, включая сто размеры. Легкое крупных размеров подвержено большим изменениям своего объема на единицу изменения давления, чем маленькое легкое. С целью сравнения можно "нормализовать" влияние размеров легкого на его растяжимость. Нормали­зованная растяжимость известна как удельная растяжимость. Она рассчитывается делением статической растяжимости на объем легких, при котором она измеряется. В клинике статическую растяжимость измеряют, получая кривую давление -объем при изменениях последнего от величины, соответствующей уровню спокойного вы­доха (функциональная остаточная емкость, ФОБ, FRC ), до объема на 500 мл больше FRC. Статическая растяжимость легкого у здоровых взрослых людей составляет величину около 200 мл/см вод. ст. или 0.2 л/см вод, ст.

В условиях патологии статическая растяжимость легких может как повышать­ся, так и понижаться. Эмфизема, для которой характерна значительная утрата как соединительнотканных компонентов легкого, так и альвеол, приводит к увеличению статической растяжимости (гл. 6). Фиброз легких (гл. 7), застойная сердечная недо­статочность (отек легких), геморрагия легких и пневмония вызывают понижение статической легочной растяжимости. Кривые давление-объем, характерные для .здоровых людей, а также больных эмфиземой и легочным фиброзом, изображены на рис. 2-7.

Рис. 2-7. Кривые давление--объем у лдоровых и больных людей. Но оси абсциес давление статической отдачи легких (равное трапспуль момалыюму и плевральному в ус­ловиях отсутствия потока). Но оси ординат объем легких в процентах от должной величины TLC. Для пе­рерастянутых ;>м(|)и коматозных лег­ких TLC больше 100 % должной; для фиброиированпых легких TLC меньше 100 % должной. Кроме того, наклон кривой при эмфиземе уве­личен, в то время как при фиброзе легких – уменьшен.

 

Давление в описанных ранее отношениях давление- объем, является транспульмональным. В статических условиях, при открытой голосовой щели Pal v равняется нулю, a Pi = Ppl. Плевральное давление, в свою очередь, равно давлению статичес­кой эластической отдачи (Pel). Какие же факторы определяют эластическую отда­чу? Одним из них является содержание эластических структур в тканях. Эластин и коллаген находятся в альвеолярных стенках вокруг бронхов и кровеносных сосудов. Геометрическое расположение этих волокон придает легким эластические свойства, подобно тому, как нейлоновые нити делают чулок эластичным. Дополнительным фактором, важным в установлении отношений давление-объем легких, является поверхностное натяжение.

 

Рис. 2-8. Понерхностное натяжение и давление в пузырьке. (А) Поверх­ностное натяжение (Т) в мыльном ну.чыре. Силы, действующие на по­верхность пузырька, стремятся уменьшить ее площадь и способству­ют спадению пузырька, создавая внут­ри нею положительное давление (Р). (Б) .Чакон Лапласа. При данном по­верхностном натяжении газ из мень­шего пузырька будет перемешаться в больший, поскольку меньший ра­диус кривизны (г, < г₂) создает более высокое давление (Р, > Р₂) в мень­шем пузырьке. (Для расчета Р в структуре с одной поверхностью раз­дела жидкость-газ закон Лапласа имеет вид Р == 2Т/r.)

 

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение — это сила, возникающая на поверхности, разделя­ющей жидкость и газ (рис. 2-8А), когда силы сцепления между молекулами жидкой фазы превосходят силы адгезии между молекулами жидкой и газовой фаз. В ре­зультате этого площадь поверхности жидкости становится минимальной.

В качестве аналогии рассмотрим мыльный пузырь. Поверхностные силы в мыль­ном пузыре стремятся минимизировать площадь его поверхности, создавая внутри него положительное давление (рис. 2-8А). Для расчета этого давления может быть использован закон Лапласа. Согласно этому закону, чем меньше радиус пузыря, тем выше давление (рис. 2-8Б). В какой связи со всем этим находятся эластические свойства легкого?

 

 

 

Рис. 2-9. Соотношение между поверх­ностным натяжением и площадью по­верхности (выраженной в процентах к максимальной площади) для воды при добавлении к воде детергента и для про­мывной жидкости легких, содержащей сурфактапт. Ilouepxпостное натяжение измерено методом поверхностного уравновешивания. Добавленный к воде детергент заметно снижает поверхност­ное натяжение. Для воды поверхност­ное натяжение остается постоянным и не зависит от площади поверхности. Для содержащей сурфактапт жидкости по­верхностное натяжение является фун­кцией площади поверхности. Оно пада­ет почти до пуля, когда площадь повер­хности мала. Кроме того, поверхност­ное натяжение варьирует в зависимос­ти от условий измерения: па увеличи­вающейся площади поверхности (вдох) или уменьшающейся (выдох), то есть обнаруживает гистерезис. (По: Clements J. Л.. Ticrney I). К Alveolar instability associated with altered surface tension. In: Handbook of Physiology, Respiration. Section 3, Vol. II. Fenn W.O., Rahn II., eds Bethesda, M. D.: American Physio'locicaf Society 1988-1.568.)

 

Силы поверхностного натяжения в легких взаимодействуют с естественной эластической отдачей, обеспечивая спадение альвеол. Эффект поверхностного на­тяжения изменяется благодаря веществу, обнаруженному в легких - сурфактанту, которое секретируется альвеолярными эпителиальными клетками II типа. Сурфак­тант, состоящий из фосфолипидов и протеинов, выстилает альвеолярную поверх­ность и снижает внутриальвеолярное поверхностное натяжение. Сурфактант обла­дает двумя уникальными свойствами: (1) он вызывает большее снижение поверхно­стного натяжения при меньших площадях поверхности (т. е. при меньших легочных объемах); и (2) это снижение поверхностного натяжения более выражено во время выдоха, чем во время вдоха (рис. 2-9).

Сурфактант выполняет несколько важных физиологических функций. Во-пер­вых, понижая поверхностное натяжение, он увеличивает растяжимость легкого. Во-вторых, сурфактант стабилизирует альвеолы благодаря двум эффектам: (1) боль­шим снижением поверхностного натяжения при малых объемах легкого, что умень­шает вероятность коллапса альвеол (появления ателектазов); (2) предотвращает пе­ремещение воздуха из меньших альвеол внутрь больших в результате более выра­женного снижения поверхностного натяжения в легочных единицах меньшего раз­мера. Последнее обстоятельство сглаживает эффект меньшего радиуса кривизны и увеличенного давления. Респираторный дистресс-синдром новорожденных, извес­тный также как болезнь гиалиновых мембран, характеризуется дефицитом нормального сурфактанта. У больных детей легкие ригидные, неподатливые, склонные к кол­лапсу.

До сих пор обсуждение касалось изолированного легкого, но в анализе механи­ки дыхательной системы очень важны структурные и функциональные характеристики грудной стенки.

 

Закладка

 

Рис. 2-10. Отношение дав­ление-объем для изолиро­ванной грудной клетки. (А) Положение "покоя" грудной клетки. При за­полнении воздухом до Ш) % жизненной емкости легких (VC) разница дав­лений по обе стороны груд­ной клетки равна нулю, т. е. атмосферному давле­нию. (Б) При объемах лег­ких, находящихся в диапа­зоне между остаточным (RV) и 60 % VC, развива­ется отрицательное давле­ние за счет отдачи грудной клетки, направленной на­ружу. (В) При объемах легких между 60 % VC вдохи и общей емкостью легких (TLC) развивается положительное давление за счет отдачи грудной клетки, направленной внутрь. (Г) Кривая давле­ние-объем для грудной клетки при объемах легких между RV и TLC

Грудная стенка

Подобно легким грудная стенка, которая состоит из костей грудной клетки, межреберных мышц, подлежащих мягких тканей и париетальной плевры, способна сжиматься и расправляться. При FRC эластическая отдача легкого, направленная внутрь, уравновешивается эластической отдачей грудной стенки, направленной на­ружу. По мере того, как объем грудной полости от уровня FRC расширяется до уровня ее максимального объема (общая емкостълегких, О ЕЛ, TLC), направленная

сти легких, измеряемой на вдохе (максимальное количество воздуха, которое мож­но вдохнуть, начиная с уровня остаточного объема легких), отдача грудной клетки падает до нуля. При дальнейшем расширении грудной клетки отдача ее стенки на­правляется внутрь. Отношение давление-объем для изолированной грудной стенки показано на рис. 2-10. Абсцисса обозначает разницу давлений по обе стороны груд­ной стенки (Ppl - Pbs). Нормальная растяжимость грудной стенки равна примерно 0.2 л/см вод. ст. Большое количество клинических нарушений, включая выражен­ное ожирение, обширный плевральный фиброз и кифосколиоз, характеризуются изменениями растяжимости грудной клетки.

Дыхательная система

Легкие и грудная стенка функционально связаны посредством плевральной по­лости. Как было отмечено, давление, свойственное дыхательной системе в целом (Prs), представляет собой алгебраическую сумму транспульмонального и трансму-рального давлений:

Prs = PI + Pw [2-6]

Prs = (Palv - Ppl) + (Ppl - Pbs) [2-7]

Prs = Palv-Pbs [2-8]

Отношение давление-объем для легких, грудной стенки и дыхательной систе­мы в целом показано на рис, 2-11. Интегрирующая кривая отражает давление, кото­рое должно быть создано дыхательными мышцами (или аппаратом искусственной вентиляции) в системе для преодоления статической эластической отдачи легких и грудной стенки при различных объемах легкого. Статическая растяжимость дыха­тельной системы (Crs) в норме составляет около 0.1 л/см вод. ст. и рассчитывается как:

Crs = AV/Prs = AV/( PI + Pw), [ 2 - 9 ]

где: AV— изменение грудного объема.

На уровне TLC направленные внутрь эластические отдачи легких и грудной стенки суммируются, создавая большое давление отдачи всей дыхательной систе­мы. На уровне остаточного объема (ОО, RV), т. е. объема легких после форсирован­ного выдоха от уровня TLC, направленная наружу эластическая отдача грудной стенки значительно превосходит отдачу легких, направленную наружу. В результате этого в

Рис. 2-11. Кривые давле­ние-объем для легких, груд­ной клетки и иитактной сис­темы дыхания. Кривая для интактной системы дыхания отражает алгебраическую сумму кривых для легких и грудной клетки

i лава с .. тслагтиа «цылапуш

дыхательной системе в целом возникает давление отдачи, направленное наружу. Особого внимания заслуживает отношение между величинами эластической отда­чи легких и грудной стенки на уровне FRC. В этих условиях эластическая отдача легких становится равной величине отдачи грудной стенки; направление же их про­тивоположно друг другу. Таким образом, при объеме FRC дыхательная система "на­ходится в покое", пока сокращение мышц вдоха или выдоха либо наполнит, либо опорожнит систему.

До сих пор рассматривалось поведение легких в статических условиях. Отно­шения между давлением и объемом определялись в отсутствие потока воздуха, ко­торый неизбежно появится с вдохом или выдохом. Таким образом, любой анализ механики дыхания должен учитывать свойства дыхательной системы, от которых зависит сопротивление воздушному потоку.