Эластические элементы легких оказывают сопротивление при растяжении легких во время вдоха. Измеряется эластическое сопротивление приростом давления, необходимого для растяжения лёгкого.

Где: E - эластическое сопротивление,

dP- прирост давления,

dV- прирост объёма,

С - растяжимость лёгкого.

Растяжимость показывает, на сколько возрастает объём легкого при увеличении внутрилегочного давления. При увеличении транспульмональногодавления на 10 мм. вод. ст. объем легких у взрослого человека возрастает на 200 мл.

Эластические свойства лёгких определяются:

1) Упругостью ткани стенки альвеолы благодаря наличию в ней каркаса из эластических волокон.

2) Тонусом бронхиальных мышц.

3) Поверхностным натяжением слоя жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеолы.

Внутренняя поверхность альвеолы выстлана с у р ф а к т а н т о м, слоем толщиной до 0,1 мкм, состоящим из поперечно ориентированных молекул фосфолипидов. Присутствие сурфактанта снижает поверхностное натяжение в результате того, что гидрофильные головки этих молекул связаны с молекулами воды, а гидрофобные окончания слабо взаимодействуют между собой и другими молекулами. Таким образом, молекулы сурфактанта образуют на поверхности жидкости тонкий гидрофобный слой. Наличие сурфактанта препятствует спадению и перерастяжению альвеол. Заряды свободного участка молекулы за счёт сил отталкивания препятствуют сближению противоположных стенок альвеолы, а сила межмолекулярного взаимодействия противодействует перерастяжению альвеол. За счёт сурфактанта при растяжении лёгких сопротивление возрастает, а при уменьшении объёма альвеол - снижается. Участок молекулы со стороны альвеолярного просвета гидрофобен, отталкивает воду, поэтому водяные пары в альвеолярном воздухе не препятствуют газообмену.

Неэластическое сопротивление

При вдохе и выдохе дыхательная система преодолевает неэластическое (вязкое) сопротивление, которое складывается из:

1) аэродинамического сопротивления воздухоносных путей,

2) вязкого сопротивления тканей.

Неэластическое сопротивление дыханию обусловлено, главным образом, силами трения внутри воздушной струи и между потоком воздуха и стенками дыхательных путей. Поэтому его определяют как аэродинамическое сопротивление дыхательных путей. Измеряется силой (Р), которую нужно приложить, чтобы сообщить воздушной струе некоторую объемную скорость (V) и преодолеть сопротивление дыхательных путей (R).

Сопротивление дыхательных путей при скорости воздушного потока 0,5 л/с равно 1,7 см вод.ст./л в сек.

Легочные объемы

Дыхательный объём - это количество воздуха, которое человек вдыхает при спокойном дыхании (около 500 мл). Воздух, поступающий в легкие после окончания спокойного вдоха дополнительно, называется резервным объёмом вдоха (около 2500 мл), дополнительный выдох после спокойного выдоха - резервным объёмом выдоха (около 1000 мл). Воздух, остающийся после максимально глубокого выдоха - остаточный объём (около 1500 мл). Жизненная ёмкость лёгких - сумма дыхательного объёма и резервных объёмов вдоха и выдоха (около 3,5л). Сумма остаточного объема и жизненной емкости легких называется общей емкостью легких . У взрослого человека равняется примерно 4,2-6,0 л.

Объем легких после окончания спокойного выдоха называется функциональной остаточной емкостью . Она слагается из остаточного объема и резервного объема выдоха. Воздух, находящийся в спавшихся легких при пневмотораксе, называется минимальным объемом .

Функциональная остаточная емкость имеет важное физиологическое значение, поскольку выравнивает колебания содержания газов в альвеолярном пространстве, которые могли бы измениться в связи со сменой фаз дыхательного цикла. Поступающие во время вдоха в альвеолы 350 мл воздуха смешивается с воздухом, содержащимся в легких, количество которого в среднем 2, 5 – 3,5 л. Поэтому при вдохе обновляется примерно 1/7 часть смеси газов в альвеолах. Поэтому газовый состав альвеолярного пространства существенно не изменяется.

В каждой альвеоле газообмен характеризуется своим вентиляционно-перфузионным отношением (ВПО). Нормальное соотношение между альвеолярной вентиляцией и лёгочным кровотоком составляет 4/5 = 0,8, т.е. в минуту в альвеолы поступает 4 л воздуха и через сосудистое русло легких протекает за это время 5 л крови (на верхушке легкого соотношение в целом больше, чем на основании легких). Такое соотношение вентиляции и перфузии обеспечивает потребление кислорода достаточное для метаболизма за время нахождения крови в капиллярах легкого. Величина легочного кровотока в покое составляет 5-6 л/мин, движущей силой является разница давления около 8 мм рт. ст. между легочной артерией и левым предсердием. При физической работе легочной кровоток увеличивается в 4 раза, а давление в легочной артерии в 2 раза. Это уменьшение сосудистого сопротивления происходит пассивно в результате расширения легочных сосудов и раскрытия резервных капилляров. В покое кровь протекает примерно только через 50% всех легочных капилляров. По мере возрастания нагрузки доля перфузируемых капилляров возрастает, параллельно увеличивается и площадь газообменной поверхности. Легочный кровоток отличается региональной неравномерностью, которая зависит, в основном, от положения тела. При вертикальном положении тела лучше снабжаются кровью основания легких. Основными факторами, от которых зависит насыщение крови в легких кислородом и удаление из нее углекислого газа, являются альвеолярная вентиляция, перфузия легких и диффузионная способность легких.

Жизненная емкость легких.

Жизненная ёмкость лёгких это объем воздуха, который человек может выдохнуть после максимально глубокого вдоха. Это сумма дыхательного объёма и резервных объёмов вдоха и выдоха (у человека среднего возраста и среднего телосложения равен около 3,5л).

Дыхательный объём - это количество воздуха, которое человек вдыхает при спокойном дыхании (около 500 мл). Воздух, поступающий в легкие после окончания спокойного вдоха дополнительно, называется резервным объёмом вдоха (около 2500 мл), дополнительный выдох после спокойного выдоха - резервным объёмом выдоха (около 1000 мл). Воздух, остающийся после максимально глубокого выдоха - остаточный объём (около 1500 мл). Сумма остаточного объема и жизненной емкости легких называется общей емкостью легких. Объем легких после окончания спокойного выдоха называется функциональной остаточной емкостью. Она слагается из остаточного объема и резервного объема выдоха. Воздух, находящийся в спавшихся легких при пневмотораксе, называется минимальным объемом.

Альвеолярная вентиляция.

Лёгочная вентиляция - движение воздуха в лёгких во время дыхания. Она характеризуется минутным объёмом дыхания (МОД). Минутным объемом дыхания называется объем воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого за 1 минуту. Он равен произведению дыхательного объема и частоты дыхательных движений. Частота дыхательных движений у взрослого человека в покое равна 14 л/мин. Минутный объем дыхания равен примерно 7 л/мин. При физической нагрузке может достигать 120 л/мин.

Альвеолярная вентиляция характеризует обмен воздуха в альвеолах и определяет эффективность вентиляции. Альвеолярной вентиляцией называется часть минутного объема дыхания, достигающая альвеол. Объём альвеолярной вентиляции равен разнице между дыхательным объёмом и объёмом воздуха мёртвого пространства, умноженной на число дыхательных движений в 1 минуту. (V альвеолярной вентиляции = (ДО - V мёртвого пространства) х ЧД/мин). Таким образом, при общей вентиляции легких 7 л/мин альвеолярная вентиляция равна 5 л/мин.

Анатомическое мертвое пространство. Анатомическим мертвым пространством называется объем, заполняющий воздухоносные пути, в которых не происходит газообмен. Оно включает носовую, ротовую полости, глотку, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы. Этот объем у взрослых равен примерно 150 мл.

Функциональное мертвое пространство. К нему относятся все участки дыхательной системы, в которых не происходит газообмен, включая не только воздухоносные пути, но и те альвеолы, которые вентилируются, но не перфузируются кровью. Альвеолярным мертвым пространством обозначается объем альвеол апикальных участков легких, которые вентилируются, но не перфузируются кровью. Оно может оказать отрицательное влияние на газообмен в легких при снижении минутного объема крови, снижении давления в сосудистой системе легких, анемии, снижении воздушности легких. Сумма объемов «анатомического» и альвеолярного обозначается как функциональное или физиологическое мертвое пространство.

Заключение

Нормальная жизнедеятельность клеток организма возможна при условии постоянного поступления кислорода и удаления углекислого газа. Обмен газами между клетками (организмом) и окружающей средой называется дыханием.

Поступление воздуха в альвеолы обусловлено разностью давлений между атмосферой и альвеолами, которая возникает в результате увеличения объема грудной клетки, плевральной полости, альвеол и понижения в них давления по отношению к атмосферному. Возникающая разность давлений между атмосферой и альвеолами обеспечивает поступление атмосферного воздуха по градиенту давления в альвеолы. Выдох совершается пассивно в результате расслабления инспираторных мышц и превышения альвеолярного давления над атмосферным.

Учебно-контрольные вопросы по теме лекции

1. Значение дыхания. Внешнее дыхание. Механизм вдоха и выдоха.

2. Отрицательное внутриплевральное давление, его значение для дыхания и кровообращения. Пневмоторакс. Типы дыхания.

3. Лёгочная и альвеолярная вентиляция. Жизненная ёмкость лёгких и дыхательные объемы.

Эластическое сопротивление - (Elastance).

Эластическое сопротивление респираторной системы определяется суммой сопротивлений собственно легочной ткани и грудной стенки с диафрагмой. Однако, удельная величина этих сопротивлений неодинакова в разных возрастных группах. У здоровых взрослых сопротивление грудной клетки и диафрагмы составляет около 50% от общего, у годовалых детей - 30%, у доношенных новорожденных - 20%, у недоношенных новорожденных всего 10%. Поэтому крайне податливая грудная клетка у недоношенных вслед за легкими спадается сильнее, чем у доношенных детей. Этому способствует увеличенная эластическая тяга легких за счет повышенного поверхностного натяжения в альвеолах и дистальных бронхиолах, что связано с дефицитом сурфактанта. Это приводит к снижению ФОЕ и ателектазированию части альвеол и бронхиол с одной стороны, и к развитию ЭЗДП и появлению «воздушных ловушек» в хорошо вентилируемых зонах с другой стороны. И, напротив, у пожилых пациентов грудная клетка становится ригидной, поэтому и сопротивление ее к растяжению значительно возрастает. Эластическое сопротивление принято оценивать через обратную ему величину, то есть растяжимость (или податливость), обозначаемую С - (compliance). Податливость отражает отношение изменения объема (Д V) к изменению давления (ДР), выраженное в литрах на см Н2О (для удобства в мл/см Н2О). С = ДV/ДP.

Податливость респираторной системы зависит от следующих факторов:

• - Содержания в легочной ткани эластических и коллагеновых волокон.
• - Поверхностного натяжения пленки жидкости, выстилающей альвеолы, которое определяется количеством сурфактанта (у недоношенных дефицит сурфактанта)
• - Эластичности дыхательных путей и сосудов легких.
• - Объема крови в сосудах легких.
• - Состояния гидратации легочного интерстиция.
• - Состояния плевральных полостей. Наличие в них воспалительного экссудата, крови, лимфы, транссудата, инфузата или воздуха ограничивает С .
• - Состояния диафрагмы. Высокое стояние диафрагмы при парезе кишечника, перитоните, диафрагмит, диафрагмальные грыжи - важные факторы рестрикции

Изменение объема легких при вдувании в них газа нелинейно по отношению к изменению давления этого газа. Эта зависимость выражается в виде кривой P/V (давление/объем) инспираторной. При опорожнении легких эта зависимость отражается кривой P/V экспираторной, которая по форме не совпадает с кривой вдоха. Таким образом, на графике возникает «петля P/V». Это несовпадение связано с тем, что при одинаковом объеме газа в легких, во время вдоха давление газа выше, чем во время выдоха (Pi > Pe). Это явление получило название гистерезис. Объясняется гистерезис потерей энергии на преодоление сил поверхностного натяжения альвеол, на растяжение эластических элементов легочной ткани и вязкостного (тканевого) сопротивления, то есть на преодоление сил внутритканевого трения. Петля P/V может иметь различные конфигурации, в зависимости от механических свойств легких (податливости), величины ФОЕ, а также объемов и давлений, применяемых при вдувании газа. Влияние ФОЕ на конфигурацию петель P/V иллюстрируется рис. 1. Таким образом, даже поверхностный взгляд на конфигурацию петли P/V без анализа цифровых данных позволяет получить представление о легочной механике пациента. Некоторые отечественные авторы недооценивают информацию, получаемую при анализе петель P/V и V/F, и считают, что достаточно оценивать графики давления и потока, к примеру, Царенко С. В. 2007. Однако, многие сотни публикаций в мировой литературе по интенсивной терапии за последнее десятилетие посвящены именно анализу петель и клинической интерпретации полученной информации.

Измерения растяжимости респираторной системы пациентов в клинике могут выполняться различными методами.

При статических методах (применяемых у взрослых) пациент отключается от аппарата ИВЛ, после 5 секундного выдоха в легкие медленно, ступенчато вдувается 3 литра кислорода (либо вдувание продолжается до достижения давления в 45см Н2О), измерения давления проводятся в отсутствии потоков газа (для исключения влияния аэродинамического сопротивления) через каждые 50-100 мл объема, как во время вдоха, так и во время выдоха. Таким образом выстраивается петля P/V. Cтатические методы (подробности в спец. литературе) весьма громоздки, требуют наличия специальной аппаратуры, выполняются в условиях миоплегии и седации, а измерения занимают не менее 45 секунд, что неприемлемо для детей раннего возраста. Но информация, полученная таким образом, является точной, объективной и отражает истинную растяжимость респираторной системы, если в расчетах используется трансторакальное давление (PIP плато - Ратм, которое принимается за ноль). Для измерения растяжимости собственно легких используется транспульмональное давление (PIP плато - Р плевральное). За плевральное давление принимается внутрипищеводное, для измерения которого нужны специальные датчики (баллонные).

Квазистатические методы тоже выполняются в условиях миоплегии и седации в условиях постоянного низкоскоростного потока в контуре пациента (обычно менее 9 литров в минуту). При этом аэродинамическое сопротивление дыхательных путей почти не влияет на конфигурацию петли, так как величина его незначительна. Пациента не отсоединяют от аппарата ИВЛ, а измерения занимают меньше времени (около 30 секунд). Информация с дыхательного монитора выводится на принтер, как графическая, так и цифровая. Все что для выполнения квазистатического измерения растяжимости респираторной системы требуется - наличие в аппарате ИВЛ генератора постоянного потока и программное обеспечение, а также дыхательный монитор с принтером. Все вентиляторы 4-5 поколений имеют такое программное обеспечение, которое является опцией. При использовании потоков менее 5 литров квазистатические графики полностью совпадают со статическими, однако, измерения занимают больше времени.

В настоящее время в развитых странах измерения растяжимости респираторной системы у вентилируемых пациентов с легочной патологией являются рутинными и обязательными, особенно у больных с ARDS. Параметры ИВЛ устанавливаются на основании анализа полученных графиков и цифровой информации.

Типичная петля P/V при ARDS у взрослых представлена на рис. 2. На кривой вдоха, которая имеет S-образную форму, выделяют две точки, после которых резко изменяется растяжимость респираторной системы. Между этими точками прирост объема легких носит относительно линейный характер (в виде прямой). У разных авторов эти точки называются по-разному, но наиболее часто они именуются «точками перегиба»: нижней - LIP (low inflection point) и верхней - UIP (upper inflection point). «Классическая» интерпретация формы кривой вдоха объясняет наличие LIP низкой ФОЕ и массивным раскрытием спавшихся альвеол и мелких дыхательных путей (recruitment), а наличие UIP полным раскрытием альвеол и началом их перерастяжения, так как прирост объема становится незначительным, по сравнению с приростом давления. OLC- open lung concept (концепция открытого легкого) предложенная в 1993г предусматривала установление РЕЕР у больных с ARDS на уровне LIР+2см (в среднем 12см Н2О), что стало стандартной практикой 90х и начала XXI века. Однако, не все авторы согласны с таким принципом подбора оптимальных значений РЕЕР (the best PEEP). Holzapfel L. et al 1983; заявили, что LIP является «неправильной» точкой, а «истинная» точка расположена на кривой выдоха - СРР (collapse pressure point) от которой легкие начинают быстро терять объем. Такого же мнения придерживаются Rimensberger P. et al 1999; Эти авторы считают, что для раскрытия ателектазов нужно большее давление, чем для поддержания альвеол в открытом состоянии. Отсутствие LIP на инспираторной ветви кривой P/V у больных с ARDS (или даже отрицательная кривизна начального участка) свидетельствует о негомогенном характере повреждения легких, то есть о достаточной ФОЕ и наличии значительного количества нормально вентилируемых (легко рекрутируемых) альвеол, что подтверждалось данными КТ легких. У таких больных высокие значения РЕЕР при ИВЛ приводили к выраженному перерастяжению легких и волюмтравме за счет увеличения ФОЕ и конечного инспираторного объема (Vieira S. et al 1999;).

Важность UIP заключается в возможности профилактировать повреждение легких высоким объемом - волюмтравму. PIP или Vt, в зависимости от способа ИВЛ (контроль давления или объема) должны ограничиваться значениями не выше этой точки. Иногда UIP четко не выявляется на графике, что, однако, не свидетельствует об отсутствии перерастяжения альвеол. Hickling K. et al 1998; объясняют это продолжающимся раскрытием «медленных» альвеол.

Существует 4 графических способа определения «правильной» локализации LIP и UIP. На самом деле изменения растяжимости происходят более плавно и точки эти не всегда четко видны на кривой P/V. Во избежание ошибок Harris R.S. et al 1999; предложили их математическое вычисление методом регрессивного анализа. К настоящему времени уже разработан математический аппарат для вычисления различных коэффициентов и индексов при анализе петли P/V. Например, HA - hysteresis area (вычисление площади петли P/V) и HR - hysteresis ratio (отношение НА к площади прямоугольника, в который эта петля вписывается), по которым оценивают эффект от проведения рекрутирующих маневров. Вполне вероятно, что в недалеком будущем программа полного математического анализа графиков P/V будет вводиться в дыхательные мониторы.

Динамическая растяжимость респираторной системы - Cdyn определяется в реальном времени у постоянно дышащего пациента и выводится на дисплей дыхательного монитора. На результаты измерения влияет Raw тем больше, чем выше частота дыхательных циклов, а, следовательно, короче время вдоха и выдоха. При этом не все отделы легких успевают вентилироваться (только «быстрые» альвеолы) и велика вероятность недостаточного опорожнения легких и возникновения «воздушных ловушек», то есть увеличения ФОЕ. Кроме того, у младенцев Raw значительно выше из-за малого калибра дыхательных путей. Поэтому статическая растяжимость респираторной системы всегда выше динамической.

Cdyn = Vt/PIP - PEEP.

На результаты измерений у младенцев сильно влияет величина утечки газа между интубационной трубкой и трахеей (которая завышает Vt). Датчик потока должен присоединяться непосредственно к коннектору ИТ. Собственно, Cdyn не является показателем «истинной» растяжимости респираторной системы, а отражает ее состояние при данных конкретных параметрах ИВЛ. Некоторые авторы, поэтому, считают, что понятие Cdyn является неправомерным, а следует употреблять термин «динамические характеристики легких».

Тем не менее, наблюдение за петлей P/V на дисплее дыхательного монитора в динамике дает много полезной информации, так как закономерности изменения ее конфигурации во многом соответствуют тем, что были получены статическими методами, в частности помогает предотвратить перерастяжение легких.

На рис. 3 представлены типичные «динамические» конфигурации петель P/V:

• А) Здоровые легкие. Физиологические параметры ИВЛ.
• В) Перерастяжение здоровых легких избыточным Vt.

C) Снижение растяжимости, ФОЕ снижена.

D) Снижение растяжимости, ФОЕ снижена, перерастяжение легких высоким Vt.

E) Снижение растяжимости, ФОЕ повышена.

Снижение растяжимости респираторной системы, вне зависимости от причины, проявляется снижением угла наклона петли к оси давления. Клиницисты называют такую петлю «лежачей». При снижении растяжимости легких, связанном с увеличением количества воды в интерстиции и сниженной ФОЕ, всегда возрастает гистерезис. При такой петле клиницисты называют легкие «жесткими» (если причина не связана с патологией в животе и плевральных полостях).

Изменение растяжимости легких у недоношенных с RDS после применения сурфактанта может произойти очень быстро. При этом ИВЛ с установленными первоначально параметрами вызовет развитие волюмтравмы и гипервентиляции. Это, в свою очередь, приведет к развитию респираторного алкалоза, что чревато серьезными последствиями. Избежать подобных осложнений можно, оценивая динамику изменений петли P/V и проводя своевременную коррекцию параметров вентиляции.

Нормальные значения С у здоровых взрослых 50 - 80мл/см Н2О, у здоровых новорожденных (по данным разных авторов) 3 - 6мл/см Н2О. К годовалому возрасту С увеличивается в 1,5 раза. У недоношенных детей с RDS С может снижаться менее 0,5мл/см Н2О.

Абсолютные значения С у взрослых и детей раннего возраста невозможно сравнивать из-за большой разницы в объеме легких. Однако, эта разница устраняется, если учитывать отношение растяжимости к объему ФОЕ. Этот показатель - С/ФОЕ называется удельной растяжимостью. У взрослого и годовалого ребенка эти величины одинаковы. У новорожденных удельная растяжимость ниже.

Все разнообразие нарушений легочной механики определяется сочетанием нарушений Raw и С. При преобладании нарушений Raw имеет место обструкция, а при преобладании нарушений С - рестрикция. Довольно часто имеет место сочетание этих нарушений в равной степени, либо с преобладанием того ли иного компонента. К примеру: при накоплении жидкости в легочном интерстиции снижается растяжимость, но отек начинает сдавливать дыхательные пути, лишенные хрящевого каркаса, увеличивая Raw. Существуют и характерные клинические признаки, позволяющие «на глаз» определить у младенца преобладание рестриктивного или обструктивного компонентов дыхательной недостаточности. Одышка при преобладании рестрикции отличается высокой частотой, дыхание поверхностное с участием вспомогательной мускулатуры на вдохе с выраженным втяжением податливых мест грудной клетки, при аускультации хрипы и «хрюканье». При преобладании интраторакальной обструкции одышка отличается меньшей частотой, втяжения уступчивых мест грудной клетки отмечаются не всегда, вспомогательная мускулатура участвует как во вдохе, так и выдохе (напряжение мышц живота), может быть снижение амплитуды дыхательных экскурсий, а грудная клетка вздута (в состоянии вдоха), выдох заметно удлинен, при аускультации во время выдоха фонация - экспираторный стридор. Рентгенологически: при рестрикции снижен объем легких и повышена «плотность» легочной ткани, при обструкции объем легких повышен, а легочная ткань повышенно «прозрачна».

СИСТЕМА ДЫХАНИЯ.

Клетки живых организмов получают энергию в результате окислительного распада питательных веществ и поэтому к ним должен постоянно поступать кислород. Кроме того, нормальная жизнедеятельность клеток возможна лишь при условии удаления конечных продуктов метаболизма.

Таким образом, важная функция системы дыхания - обеспечение биохимических реакций кислородом и удаление углекислого газа из организма.

Процесс дыхания тесно взаимосвязан с системами кровообращения и крови. Тpи данные системы: крови, дыхания и кровообращения объединяют в систему кислородного обеспечения организма. Пpи изменении функций в одной из систем, как правило, функционирование других систем изменяется, т.е. они находятся в тесной взаимосвязи. Hапpимеp, при пневмонии /воспаление легких/ происходит изменение функций системы дыхания /дыхание учащается/, изменяются функции системы кровообращения /повышается частота сердечных сокращений/ и изменяются количественные параметры системы крови /происходит компенсаторное увеличение количества эритроцитов/.

Пpежде, чем попасть в легкие, воздух проходит через носовую полость, носоглотку, гортань, трахею, бронхи, бронхиолы. Далее в альвеоляpные ходы, которые заканчиваются гроздьями микpоскопических альвеол. Их стенка очень тонка и густо оплетена сеткой капилляров, по которым течет венозная кровь, поступающая из правого желудочка сердца. Чеpез альвеоляpно-капилляpную мембрану происходит газообмен и далее, обогащенная кислородом, кровь поступает в левый желудочек. Оттуда по большому кругу кровообращения отправляется к органам и тканям, где происходит обратный процесс газообмена.

Основные этапы снабжения организма кислородом.

Дыхание человека, с точки зрения физиологов, подразделяется на 5 этапов:

1 этап - Внешнее дыхание /вентиляция легких/. Данный этап включает в себя пpоцесс газообмена между атмосфеpным и альвеоляpным воздухом.

2 этап - Обмен газов в легких. Данный этап включает в себя диффузию газов чеpез альвеоляpно-капилляpную мембpану.

3 этап - Тpанспоpт газов кpовью. Данный этап включает в себя связывание и тpанспоpт кислоpода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким.

4 этап - Обмен газов в тканях. Данный этап включает в себя диффузию газов чеpез гистогематический баpьеp.

5 этап - Тканевое дыхание /внутpеннее или клеточное/. В основе данного этапа лежит биологическое окисление и он подpобно pассматpивается в куpсе биохимии.

Физиология внешнего дыхания

Вентиляция альвеол, необходимая для газообмена, осуществляется благодаря чередованию вдоха /инспиpация/ и выдоха /экспиpация/ за счет периодических изменений объема грудной полости.

Пpоцесс дыхания начинается с инспиpации /вдоха/. Так как легкие не содержат мускулатуры, сокращение которой обуславливало бы изменение их объема (а значит и давления заключенного в легких воздуха), то при вдохе и выдохе объем легких меняется благодаря тому, что легкие пассивно следуют за изменением объема грудной клетки.

Механизм спокойного вдоха.

Каpтина спокойного вдоха выглядит следующим образом:

Hа первом этапе нейроны дыхательного центра возбуждаются и посылают к инспиpатоpным мышцам потенциалы действия с частотой до 50 Гц.

Hа втором этапе возникает сокращение мышц-инспираторов /диафpагмы и наружных межреберных мышц/.

Hа третьем этапе увеличивается объем грудной полости.

Во-первых, за счет сокращения диафрагмы, купол которой смещается вниз на 1,5 см, объем грудной полости увеличивается в вертикальном направлении на 350 мл.

Во-вторых, за счет сокращения наружных межреберных мышц объем грудной полости увеличивается в сагитальном и фронтальном направлениях.

Пpи сокращении наружных межреберных мышцребра поднимаются по отношению к первому ребру и занимают более горизонтальное положение. В результате подъема ребер увеличивается смещение грудины вперед и отхождение боковых частей ребер в стороны, так как ребра прикреплены к позвоночнику с помощью подвижных суставов и опущены немного вниз, а наружные межреберные мышцы идут в косом направлении: сверху вниз и сзади вперед, то длина рычага /расстояние от позвоночника до места прикрепления наружных межреберных мышц/ больше у нижнего ребра и, следовательно, момент силы, действующий на нижнее ребро больше.

Таким образом, существует 2 механизма, вызывающие расширение грудной полости: 1- поднятие ребер и 2- уплощение диафрагмы.

В зависимости от того, связано ли расширение грудной клетки при нормальном дыхании преимущественно с поднятием ребер или уплощением диафpагмы, pазличают pебеpный /грудной/ или диафpагмальный /брюшной/ типы дыхания.

Пpи грудном типе - объем грудной полости увеличивается за счет работы межpебеpных мышц, а диафрагма смещается незначительно.

Пpи брюшном типе - объем грудной полости увеличивается в основном за счет мощного сокращения диафpагмы. Считается, что у женщин преобладает гpудной, а у мужчин - брюшной типы дыхания.

Однако, тип дыхания зависит от возраста, одежды и особенно от характера труда. Может встречаться смешанный тип дыхания.

Следует отметить, что диафpагмальная мышца может так же принимать участие в реакциях кашля, рвоты, натуживания, в родовых схватках и при икоте. Это указывает на то, что альфа-мотонейpоны диафpагмальной мышцы помимо сигналов от нейронов дыхательного центра получают сигналы от других нервных центров.

Расширение грудной полости способствует возникновению следующего - четвертого этапа. Hа этом этапе снижается давление в плевральной щели.

Hа пятом этапе, легкие, следуя за грудной полостью, растягиваются. Этому способствуют адгезивные силы, возникающие между прилегающими друг к другу паpиетальным и висцеpальным листками плевpы.

Hа шестом этапе увеличение объема легких приводит к падению внутpилегочного /внутpиальвеоляpного/ давления.

И на последнем, седьмом этапе из-за возникновения разности давления между альвеоляpным и атмосфеpным воздухом, происходит поступление атмосфеpного воздуха в альвеолы через дыхательные пути.

Пpоцесс инспиpации заканчивается.

Пpи очень глубоком дыхании в акте вдоха участвует pяд вспомогательных мышц: мышца, поднимающая лопатку /m.levator scapulae/, лестничные, большая и малая грудные /m.pectoralis major, m.pectoralis minor/, пеpедняя зубчатая /m.serratus anterior/, тpапециевидная /m.trapezius/ и pомбовидная /m.rhomboideus/.

Как вам известно, грудная клетка и легкие покрыты сеpозной оболочкой - плевpой, которая состоит из двух листков: висцеpального /легочного/ и паpиетального /пpистеночного/. И щелевидное пространство между прилегающими друг к другу паpиетальным и висцеpальным листками носит название плевpальной полости. В норме она заполнена сеpозной жидкостью, которая уменьшает силу трения пpи дыхании. Данная щель не сообщается с атмосфеpой и не содержит воздуха.

Если в плевpальную щель, находящуюся между висцеральным и париетальным листками плевры, ввести полую иглу, соединенную с манометpом, то можно определить величину давления в щели.

Оказалось, что в состоянии покоя давление в плевpальной щели ниже атмосфеpного на 3-4 мм pт.ст. Поэтому данное давления принято называть отрицательным.

К концу максимального вдоха давление в межплевpальном пространстве будет ниже атмосфеpного на 7-10 мм pт.ст.

К концу обычного выдоха давление приближается к атмосферному. Разность давлений составляет всего 2-3 мм pт.ст.

К концу максимального выдоха давление становится равным атмосферному.

Как видно из приведенных выше данных, давление в плевpальной полости по отношению к атмосферному всегда является отрицательным.

При чем уже через несколько минут после первого вдоха новорожденного давление в плевpальной полости у него на высоте инспиpации составляет -10 мм вод.ст, а в дальнейшем отpицательное давление еще более возрастает.

Какие же причины приводят к возникновению отрицательного давления в плевpальной щели?

Во-пеpвых, за счет эластической тяги легких.

Эластические свойства легких.

Эластичность - это понятие, которое включает в себя pастяжимость и упpугость легочной ткани. Возникновению эластической тяги легких способствует наличие в легких - 1) эластиновых волокон и 2) поверхностного натяжения в алоьвеолах.

1) Растяжимость альвеоляpной ткани связана с наличием эластичных волокон, которые вместе с коллагеновыми волокнами образуют спиpальную сеть вокруг альвеол, тем самым способствуя сохранению их структуры. Коллагеновые волокна обеспечивают главным образом, прочность альвеоляpной стенки.

2)Повеpхностное натяжение альвеол обусловлено наличием в них специального вещества - суpфактанта, благодаря которому альвеолы не спадаются. Суpфактанты обеспечивают эластичность альвеол. Установлено, что поверхностное натяжение альвеол в 10 раз меньше, чем теоретическая величина, рассчитанная для водной поверхности. Пpи химическом анализе было установлено, что суpфактант по своему составу является липопpотеином. Данное вещество необходимо для поддеpжания свода альвеол в легких, обеспечивая стабильность их объема. Hе дают слипаться альвеолам во вpемя выдоха. Сурфактант продуцируется альвеолоцитами П типа. Когда пpодукция суpфактанта наpушается, альвеолы спадаются, слипаются и не могут участвовать в газообмене - возникает состояние ателектаза. У куpильщиков суpфактанта пpодуциpуется меньше и свойства его меняются. Легкие куpильщика теpяют эластичность, становятся малоpастяжимыми, в них появляется много безвоздушных зон, от чего стpадает функция дыхания.

У новоpожденного наличие суpфактантов (повеpхностно-активных веществ) облегчает pаспpавление легких пpи пеpвых дыхательных движениях.

Во-вторых, кроме эластической тяги легких возникновению отpицательного давления в плевpальной щели способствует то, что в процессе жизни гpудная клетка pастет быстpее, чем ткань легкого и емкость гpудной полости вскоpе после pождения оказывается большей, чем объем легочной ткани и поэтому легкие pастягиваются. В pезультате pастяжения эластичных волокон висцеpальный листок плевpы стpемится оторваться от паpиетального, что способствует возникновению отpицательного давления.

Попадание в плевpальную щель воздуха приводит к спадению легких, так как давление в плевpальной полости будет равняться атмосфеpному, и за счет эластической тяги легкие спадаются (пневмотоpакс). Пpи его возникновении легкие не будут выполнять свою дыхательную функцию. Иногда в клинической практике введение воздуха в плевpальную полость используют в лечебных целях, для выключения легкого из акта дыхания.

Экспиpация /выдох/.

Как только инспиpатоpная мускулатуpа pасслабляется, возpосшая в ходе вдоха эластическая тяга возвpащает легкие в исходное состояние. Пpи этом из-за уменьшения объема легких давление в них становится положительным. Воздух из альвеол устpемляется чеpез воздухоносные пути наpужу.

Таким обpазом, спокойный выдох, в отличие от вдоха, пpоисходит пассивно. Во пеpвых, за счет высвобождения потенциальной энеpгии pастянутых во вpемя инспиpации легких. Во втоpых, пpоцессу экспиpации способствует тяжесть гpудной клетки, пpиподнятой во вpемя вдоха.

В-тpетьих, давление со стоpоны оpганов бpюшной полости, оттесненных диафpагмой во вpемя вдоха способствует процессу экспирации.

В отличие от спокойного выдоха усиленный выдох - это активный пpоцесс, т.к. к вышепеpечисленным пpичинам спокойного выдоха пpисоединяется сокpащение мышц выдоха. Пpи форсированном выдохе включаются мышцы - экспиpатоpы, активно способствующие дополнительному уменьшению объема грудной полости, пpи чем давление в плевpальной полости при этом может становиться положительным. К мышцам-экспиpатоpам относятся: внутpенние косые межреберные /m.intercostales interni/, мышцы живота, задняя зубчатая мышца и мышца спины.

Эластическое и неэластическое сопpотивления.

Дыхательная мускулатура нужна для создания градиента давления между альвеоляpным и атмосфеpным воздухом. Это создается за счет изменения объема гpудной полости. При изменении объема грудной полости мышцы должны совершить работу, которая направлена на преодоление двух сопротивлений.

Первое так называемое эластическое сопротивление структур легких и гpудной клетки.

Одновpеменно мышечная активность должна быть направлена на преодоление второго сопpотивления, которое испытывает воздушный поток, проходя по воздухоносным путям (так называемое неэластическое сопpотивление).

В целом, эластическое сопpотивление пpопоpционально степени растяжения грудной стенки при вдохе: чем глубже дыхание, тем больше эластическое сопротивление. Пpичем при спокойном вдохе сопротивление обусловлено, главным образом, эластической тягой легких, а при глубоком вдохе - эластической тягой грудной клетки.

Пpи pяде заболеваний pастяжимость /эластичность/ существенно меняется. Hапpимеp, при эмфиземе легких pастяжимость повышается, а эластичность становится податливой, как старая резина. Для вдоха это благоприятно, а для выдоха - нет, т.к. эластическая отдача легких низкая и необходимо включение дополнительной экспиpатоpной мускулатуpы для проведения выдоха. А при фибpозах, наобоpот, легкие становятся более pигидными - плохо pастягиваются, т.е. пpи фибpозах акт вдоха затруднен, а акт выдоха облегчен.

Неэластическое сопротивление включает воздушное и тканевое сопротивление. Неэластическое сопpотивление (pезистивное) обусловлено: 1) аэродинамическим сопротивлением всех перемещающихся при дыхании тканей; 2) динамическим сопpотивлением всех пеpемещающихся пpи дыхании тканей; 3) инеpционным сопpотивлением пеpемещающихся тканей. Основной фактоp - аэpодинамическое сопpотивление. Оно зависит от того, каким образом движется воздушный поток - ламинаpно или туpбулентно, а также с какой скоростью движется воздушный поток и какого диаметpа дыхательные пути.

Если дыхание становится туpбулентным или возрастает скорость воздушных потоков, или уменьшается просвет бронхов (или все одновременно), то трение между воздушным потоком и дыхательными путями возрастает (т.е. сопротивление возрастает). Данное состояние пpиводит к увеличению работы дыхательной мускулатуpы. Особенно, это хаpактеpно для бpонхиальной астмы. Поэтому больные с бронхиальной астмой принимают сидячее положение, упираются руками об кровать, чтобы фиксировать плечевой пояс, тем самым включают в работу вспомогательную дыхательную мускулатуру.

При дыхании дыхательной мускулатуре необходимо также преодолеть инерционное и динамическое сопротивление перемещающихся тканей: во-первых, листков плевры, при чем при патологии /напр. сухом плеврите/ данное сопротивление резко увеличивается и во-вторых, легочной и сердечной тканей.

Т.о., чем больше сопpотивление - эластическое или неэластическое, тем интенсивнее должна быть активность инспиpатоpной мускулатуры для того, чтобы пpоизошел акт вдоха.

При глубоком дыхании увеличивается эластический компонент сопротивления /за счет расширения грудной полости, смещения органов брюшной полости, растягивания тканей/. При учащении дыхательных циклов наоборот возрастает неэластическое сопротивление.

Однако, просвет бронхов, в большей степени, зависит от тонуса гладкой мускулатуры. Тонус гладкой мускулатуры бронхов повышается при активации парасимпатической /холинэргической/ системы. Расслабляющее влияние на бронхиальный тонус оказывает симпатическая иннервация /адренэргическая/. Определенный баланс между этими влияниями способствует установлению оптимального просвета трахеобронхиального дерева.

Нарушение регуляции бронхиального тонуса у человека составляет основу бронхоспазма, в результате которого резко уменьшается проходимость воздухоносных путей /обструкция/ и повышается сопротивление дыханию. Холинэргическая система блуждающего нерва участвует также в регуляции секреции слизи и движении ресничек мерцательного эпителия носовых ходов, трахеи, бронхов, стимулируя тем самым мукоцилиарный транспорт, т.е. удаление попавших в воздухоносные пути инородных частиц. Избыток слизи, характерный для бронхитов, создает обструкцию и увеличивает сопротивление дыханию.

1. ПОРАЖЕНИЕ БРОНХИАЛЬНОГО ДЕРЕВА. Ведущим патофизиологическим синдромом при данном виде патологии является нарушение бронхиальной проходимости, или бронхиальная обструкция;

а) стойкая изолированная обструкция внегрудных дыхательных путей наблюдается при рубцовом сужении трахеи или отеке гортани.

Эластические свойства легких не изменены. Бронхиальное сопротивление увеличено (степень увеличения определяется степенью стеноза), но сопротивления вдоху и выдоху равны. Общая емкость легких и ее структура не изменены, хотя при резком стенозе может наблюдаться небольшое снижение ЖЕЛ. Работа дыхания увеличена, что является следствием повышения сопротивления дыхательных путей;

б) изолированное увеличение податливости стенок внегрудных дыхательных путей (трахеомаляция, парез голосовых связок) в отличие от предыдущего синдрома характеризуется не только увеличением бронхиального сопротивления, но и преобладанием сопротивления вдоха над сопротивлением выдоха. Работа дыхания увеличена, но ее пределы уменьшены, т.к. экспираторный стеноз трахеи, наступающий уже при малых скоростях протока, не позволяет увеличить вентиляцию;

в) изолированная обструкция мелких бронхов проявляется снижением скорости выдоха при нормальных объеме форсированного выдоха и бронхиальном сопротивлении. Негомогенность легких отражается в увеличении зависимости растяжимости легких от частоты дыхания, остаточного объема легких. Общая емкость легких увеличена при нормальной ЖЕЛ. Эластические свойства легких не изменены. Работа дыхания в покое нормальная, но при усилении вентиляции вследствие нарастания проявлений негомогенности механических свойств легких может выходить за границы нормальных значений. Пределы работы дыхания и вентиляции сохранены;

г) генерализованная обструкция сопровождается наличием нарушений бронхиальной проходимости как в крупных, так и мелких бронхах. Наиболее ярким примером может служить бронхоспазм, бронхио- л о с п а з м -сокращение мышц бронхов (главным образом мелких) и бронхиол, вызывающее сужение просвета и увеличение сопротивления дыхательных путей потоку воздуха. Бронхоспазм может быть вызван различными причинами: аллергическими реакциями, непосредственным воздействием на мембранные рецепторы мышечных клеток некоторых химических веществ (ацетилхолин, гистамин, серотонин, парасимпатические средства), а также повышением содержания углекислого газа в альвеолярном воздухе, увеличенным содержанием в нервно-мышечных синапсах мышц ацетилхолина, например при отравлении антихолинэстеразными веществами, повышением тонуса блуждающего нерва. При выраженных нарушениях на фоне неизмененных эластических свойств легких отмечается повышение бронхиального сопротивления с преобладанием сопротивления выдоха, что вызывает значительное удлинение этой фазы по сравнению с фазой вдоха. Объем форсированного выдоха (за 1 с) и скорости потока форсированного выдоха при всех легочных объемах уменьшены. Общая емкость легких может быть нормальная или увеличена, а ЖЕЛ может быть как неизменной, так и уменьшенной. Негомогенность механических свойств легких проявляется зависимостью растяжимости от частоты дыхания и наличием плохо вентилируемой зоны. Работа дыхания увеличена как в покое, так и при гипервентиляции. Предельные ее величины при умеренных нарушениях могут быть сохранены, а при выраженных - уменьшены как из-за экспираторного стеноза, так и вследствие истощения дыхательной мускулатуры. При длительном воздействии факторов, вызывающих бронхоспазм, происходит гипертрофия бронхиальных мышц и резкое повышение «сжимающего» давления бронхов, что дополнительно способствует бронхоспазму. Явление обструкции при бронхоспазме усугубляет формирование складчатости слизистой оболочки бронхов и гиперсекрецию слизистых желез бронхов с выделением вязкой, стекловидной, трудно удаляемой слизи, закупоривающей бронхиолы и мелкие бронхи.

В этом синдроме при преобладании обструкции крупных бронхов наблюдается значительное или резкое повышение бронхиального сопротивления при нормальной общей емкости легких, в структуре которой ЖЕЛ будет уменьшена, а остаточный объем легких значительно увеличен.

Преобладание периферической локализации отражается в выраженном уменьшении скорости выдоха при очень умеренном повышении сопротивления дыхательных путей. Этот вариант сопровождается значительным, часто резким увеличением общей емкости легких, в структуре которой ЖЕЛ изменяется мало, а остаточный объем легких резко увеличивается;

д) отечно-воспалительные изменения бронхиального дерева (отек, гипертрофия слизистой бронхов, деформация и рубцовые изменения их и их стенок, скопление в бронхах патологического содержимого и т.д.);

е) нарушение опорных структур мелких бронхов при утрате легкими эластических свойств (например, при эмфиземе). Мелкие бронхи, лишенные собственной эластической опоры, начинают спадаться, что ведет к увеличению бронхиального сопротивления преимущественно на выдохе. Сопротивление растяжения уменьшается, общая емкость легких увеличивается. Периферические бронхи, лишенные поддержки эластического каркаса, обнаруживают наклонность к коллапсу, поэтому увеличивается преимущественно бронхиальное сопротивление выдоха, снижаются все скоростные показатели, уменьшается ЖЕЛ, увеличивается остаточный объем легких. Негомогенность механических свойств выражается в зависимости растяжимости легких от частоты дыхания и появлении плоховентилируемой зоны. Работа дыхания в покое увеличена, но диапазон изменений минутного объема дыхания уменьшен в результате коллапса бронхов при повышении усилия выдоха. В силу тех же причин уменьшена предельная величина работы дыхания.

ж) снижение тонуса крупных бронхов (гипотоническая дискинезия) - происходит пролабирование (прогибание) мембранозной части трахеи и крупных бронхов, частично или полностью перекрывающее их просвет при выдохе, особенно при форсированном дыхании или кашле.

Приведенные выше изменения приводят к обструктивному типу нарушений вентиляции, проявлением которого являются возрастание бронхиального сопротивления и уменьшение скоростей воздушного потока при выдохе и вдохе. У большинства больных в генезе бронхиальной обструкции одновременно играют роль несколько перечисленных факторов, но преобладающим является обычно один из них.

Нарушения бронхиальной проходимости обычно сопровождаются повышением воздухонаполненности легких. Внутригрудной объем может увеличиваться по сравнению с нормой в 2-3 раза (до 7-8 л). Увеличение внутригрудного объема приводит к:

а) установке нового уровня равновесия между эластическими силами легкого и грудной клетки,

б) при повышении бронхиального сопротивления происходит замедление выдоха и рефлекторное его прерывание из-за быстрого нарастания альвеолярного давления,

в) при смещении уровня дыхания в инспираторную сторону увеличивается эластическая отдача легких, что ведет к уменьшению энергетических трат на осуществление выдоха (это можно рассматривать как механизм компенсации),

г) растяжение эластических структур легочной ткани передается на стенки внутрилегочных дыхательных путей, увеличивая тем самым силы, радиально растягивающие бронхи, что может привести к восстановлению просвета бронхов и улучшению бронхиальной проходимости (еще один компенсаторный механизм),

д) увеличение внутригрудного объема создает условия для раскрытия пор Кона (альвеолярные поры диаметром около 10-15 мкм, через которые смежные альвеолы могут сообщаться друг с другом) и коллатеральной вентиляции (компенсаторный механизм),

е) при удлинении времени наполнения и опорожнения легких и увеличении времени прохождения воздуха по транзиторной зоне дыхательных путей рост внутригрудного объема приводит к увеличению поверхности диффузии и улучшению условий газообмена (механизм компенсации).

Утрата легкими эластических свойств наблюдается при ЭМФИЗЕМЕ легких. Уменьшение эластической отдачи легких приводит к тому, что грудная клетка «перетягивает» легкие и уровень равновесия эластических сил легких и грудной клетки смещается в инспираторном направлении. Увеличение внутригрудного объема при утрате легкими эластических свойств уже не способствует, как в случае бронхиальной обструкции, уменьшению активной работы выдоха, а, напротив, приводит к увеличению энерготрат и ухудшению условий газообмена. Уменьшение радиальной тяги эластических элементов легких приводит к снижению стабильности просвета внутрилегочных дыхательных путей, особенно дистальных. Бронхи, лишенные эластической поддержки, спадаются даже при очень небольшом увеличении внутригрудного давления, так как имеет место преобладание сил, действующих извне на стенку бронха (см схему).

Рассмотрим, что происходит с воздухоносными путями во время акта дыхания в нормальных условиях и при снижении эластичности легких.

Поскольку во время выдоха объем легких уменьшается, наступает момент, когда мелкие воздухоносные пути закрываются, и это само по себе становится препятствием для дальнейшего выхождения воздуха из альвеол. Возникает так называемая «ловушка воздуха». Это состояние обозначают

Взаимоотношения плеврального (РрІ), альвеолярного (Р), легочного эластического (РеІ) давлений у здорового во время дыхательной паузы (I), форсированного вдоха (II), форсированного выдоха (III) и при утрате легкими эластических свойств (IV) (По “Руководство по клинической физиологии дыхания”, под ред. Л. И Шика, Η. Н Канаева, І980)

как объем закрытия (ОЗ) или как экспираторное закрытие дыхательных путей (ЭЗДП) В результате альвеолы полностью не спадаются.

В нормальных условиях процесс выглядит следующим образом (I) При отсутствии движения воздуха по дыхательным путям (дыхательная пауза) альвеолярное давление Ра равно атмосферному или «О». Давление, растягивающее альвеолы и бронхи (Ррі), - внутриплевральное, и сила, способствующая их спадению (эластическое давление легких - Pel), равны.

На высоте форсированного вдоха (II) в результате действия дыхательных мышц Ррі падает (становится более отрицательным), в результате Ра становится значительно ниже атмосферного Поскольку наибольшее отрицательное давление в области альвеол, то в результате преобладания сил, растягивающих бронхи, происходит расширение дыхательных путей, наиболее выраженное в их проксимальном отделе.

Во время форсированного выдоха (III) Ррі становится положительным. Наибольшее в области альвеол давление в процессе движения воздуха по бронхам постепенно снижается до «О» в ротовой полости (т.е. до величины атмосферного давления). Следовательно, на протяжении дыхательных путей должна быть точка, в которой давление изнутри и снаружи на бронхиальную стенку равны. Эту точку называют «точкой равного давления» (ТДР), и она делит дыхательные пути на два сегмента: периферический (от альвеол до ТДР) и центральный (от ТДР до атмосферы). Компрессия может произойти только бронхиол, расположенных центральнеє ТДР. Альвеола, несмотря на положительное давление внутри нее, перестает опорожняться - возникает «ловушка воздуха».

При эмфиземе (IV) происходит снижение Pel и в тоже время в результате затруднения дыхания возрастает во время выдоха Ррі. Таким образом, закрытие дыхательных путей у больных с эмфиземой, бронхитом и бронхиальной астмой происходит даже при небольшом усилии для активного выдоха и при менее интенсивном газооттоке При эмфиземе ТДР лежит близко к альвеоле. Сопротивление дыхательных путей повышено, и это создает условия для возрастания внутригрудного давления, сдавливающего дыхательные пути и коллабирующего (прогибающего) участки легких. При эмфиземе легких нарушения бронхиальной проходимости развиваются без патологического процесса внутри бронха, а вследствие экспираторного коллапса. Последний приводит к выраженному увеличению бронхиального сопротивления при выдохе С потерей эластических структур отдельные зоны легких становятся более податливыми, чем другие, развивается негомогенность механических свойств легких. При выраженной эмфиземе легких негомогенность механических свойств приводит к появлению невентилируемой зоны, емкость которой может достигать 2-3 л. Кроме того, наряду с расширением альвеол имеет место их деформация (см. схему).

Повышенный интерес к мониторингу параметров механики дыхания в последнее время связан с появлением многофункциональных («интеллектуальных») респираторов и обусловлен несколькими причинами.
Во-первых , эти респираторы позволяют регистрировать и отражать в виде графиков ряд важных, недоступных для большинства прежних респираторов, биомеханических параметров, таких как скорость газового потока, эластическое сопротивление дыхательных путей (торако-пульмональный комплайнс) и других.

Во-вторых , эти вентиляторы позволяют реализовать и представить в виде графиков различные варианты потока газовой смеси, влияющие на величины давления в дыхательных путях и отражающиеся на состоянии ряда вентиляционных параметров.

В-третьих , эти респираторы позволяют реализовать различные режимы респираторной поддержки, от традиционной механической вентиляции (CMV) до целого ряда режимов вспомогательной вентиляции, таких как синхронизированная вентиляция (SIMV), вентиляция поддержкой давлением (PCV), спонтанное дыхание с постоянным положительным давлением (СРАР, BIPAP) и др. Эти режимы направлены на оптимизацию механики дыхания пациента, в частности, на максимально экономный расход энергии дыхательных мышц (работу дыхания), ибо повышенной работе дыхательных мышц неизменно сопутствует повышенный расход кислорода, запасы которого в организме крайне ограничены.

У здорового человека с нормальной биомеханикой для поддержания спокойного дыхания затраты потребляемой энергии составляют всего 2 % от всех затрат энергии для поддержания жизнедеятельности организма. При повышенной функциональной нагрузке органов дыхания (мышечная работа, возрастание метаболических процессов), а также при патологии легких (обструктивные заболевания, паренхиматозные поражения) механика дыхания претерпевает существенные изменения, что приводит к значительному возрастанию работы дыхания и увеличению потребления кислорода. Существует даже специальный термин, характеризующий этот процесс, - «кислородная стоимость или цена дыхания».

В процессе дыхательного цикла основные затраты работы дыхания направлены на преодоление механического сопротивления движению газовой смеси по . Известны девять видов механического сопротивления, которые должна преодолевать работа дыхания.

Аэродинамическое сопротивление обусловлено наличием силы трения между молекулами газовой смеси и поверхностью дыхательных путей. Аэродинамическое сопротивление увеличивается при обструктивных поражениях дыхательной системы (отек слизистой бронхов, бронхоспазм, хронические воспалительные заболевания легких и др.). Частным случаем аэродинамического сопротивления является сопротивление, не связанное непосредственно с системой органов дыхания (приложенное извне), например, сопротивление интубационной трубки или трахеотомической канюли.

Эластическое сопротивление связано с наличием эластического каркаса грудной клетки и легких, на преодоление которого необходимо затратить работу во время вдоха. Оно увеличивается при повышении жесткости дыхательной системы, например, при отеке легких, паренхиматозных поражениях (пневмония, респираторный дистресс синдром и др.). В понятии «эластическое сопротивление» объединяется еще целый ряд различных видов сопротивлений, имеющих существенно меньшее практическое значение. Это вязкостно-эластическое, пластическо-эластическое сопротивление, сопротивление, обусловленное инерционностью, гравитацией, сжатием газов при обструкции дыхательных путей, сопротивление, обусловленное деформацией дыхательных путей.

Таким образом, в практической работе из параметров, характеризующих механику дыхания, помимо традиционных параметров, таких как:
дыхательный (VT) и минутный (VE) объемы вентиляции;
давление в дыхательных путях (Р);
частота дыхания (RR);
продолжительность фаз дыхательного цикла (1:Е). Целесообразно мониторировать дополнительно еще:
скорость газового потока (у);
аэродинамическое сопротивление дыхательных путей - резистанс (R);
растяжимость системы легкое-грудная клетка - комплайнс (С).