Легочные объемы и емкости.

При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха. Этот объем воздуха называется дыхательным объемом (ДО) (рис.3).

Рис. 3. Легочные объемы и емкости

После спокойного вдоха человек может еще максимально вдохнуть некоторое количество воздуха – это резервный объем вдоха (РОвд), он равен 2500-3000 мл. После спокойного выдоха можно еще максимально выдохнуть некоторое количество воздуха – это резервный объем выдоха (РОвыд), он равен 1300-1500 мл.

Значение ДО в поддержании газообмена в состоянии покоя.

Тогда как, целесообразность существования резервных объемов в основном заключается в обеспечении интенсификации газообмена при нагрузках. Кроме того, у РОвыд, который в отличие от РОвд, присутствует в легком даже при спокойном дыхании, есть еще одна важная функция – поддержание газообмена на выдохе.

Количество воздуха, которое человек может максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха, называется жизненной емкостью легких (ЖЕЛ). Она складывается из дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха (ЖЕЛ=ДО+РОвд+РОвыд) и равна в среднем 3500-4000 мл.

ЖЕЛ является показателем подвижности легких и грудной клетки. Величина ЖЕЛ зависит от возраста, пола, размеров, положения тела, и степени тренированности, наличия сердечно-легочной патологии. ЖЕЛ с возрастом уменьшается. Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки. У женщин ЖЕЛ на 25% меньше, чем у мужчин. ЖЕЛ зависит от роста, так как величина грудной клетки пропорциональна остальным размерам тела У молодых людей ЖЕЛ можно вычислить, исходя из следующего уравнения: ЖЕЛ=2,5 х рост (м). В вертикальном положении ЖЕЛ несколько больше, чем в горизонтальном. Это связано с тем, что в вертикальном положении в легких содержится меньше крови. ЖЕЛ значительно выше у тренированных людей. Особенно она велика у пловцов и гребцов, так как у этих спортсменов сильно развиты вспомогательные мышцы. ЖЕЛ и дыхательный объем, ее составляющие, можно определить с помощью методики спирометрии или спирографии.

После максимально глубокого выдоха в легких остается некоторое количество воздуха – это остаточный объем (ООЛ), он равен 1300 мл. ООЛ всегда присутствует в легком и не может быть удален естественным путем. Функция ООЛ – постоянное поддержание легкого в расправленном состоянии, легкое не должно спадаться, а альвеолы не должны схлопываться. ОО у здорового молодого человека составляет 20-30% от ОЕЛ. В пожилом и старческом возрасте ЖЕЛ уменьшается, а ОО увеличивается. вследствие уменьшения эластичности легких и грудной клетки.

Объем воздуха, который находится в легких к концу спокойного выдоха, называется функциональной остаточной емкостью (ФОЕ), или альвеолярным воздухом. Он состоит из резервного объема выдоха и остаточного объема. Соответственно, целесообразность существования ФОЕ складывается из значений (функций) РОвыд и ООЛ. Значит, физиологическое значение ФОЕ состоит в том, что благодаря наличию этой емкости в альвеолярном воздухе выравниваются колебания содержания О₂ и СО₂, связанные с разной концентрацией этих газов во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.

Величина ФОЕ зависит от ряда факторов. В среднем у молодых людей она составляет 2,4 л, а в более пожилом возрасте – 3,4 л. У женщин ФОЕ примерно на 25% меньше, чем у мужчин.

Максимальное количество воздуха, которое может находиться в легких после глубокого вдоха, называется общей емкостью легких (ОЕЛ), она равна сумме остаточного объема и ЖЕЛ.

Исследование легочных объемов и емкостей как важнейших показателей функционального состояния легких имеет большое значение не только для диагностики заболеваний, но и в связи с экологическим мониторингом местности и оценкой состояния дыхания популяции в экологически неблагополучных зонах.

Воздух находится не только в альвеолах, но и в воздухоносных путях – полости носа, носоглотки, трахеи, бронхов и бронхиол. Воздух, находящийся в воздухоносных путях не участвует в газообмене, поэтому просвет воздухоносных путей называется мертвым пространством. Во время спокойного вдоха объемом 500 мл в альвеолы поступает только 350 мл вдыхаемого атмосферного воздуха. Остальные 150 мл задерживаются в анатомическом мертвом пространстве.

Хотя в воздухоносных путях не происходит газообмен, они необходимы для нормального дыхания, так как в них происходит увлажнение, согревание, очищение от пыли и микроорганизмов вдыхаемого воздуха. При раздражении пылевыми частицами и накопившейся слизью рецепторов носоглотки, гортани и трахеи возникает кашель, а при раздражении рецепторов полости носа – чихание. Кашель и чихание являются защитными дыхательными рефлексами. Кроме того, мертвое пространство, которое раньше ошибочно называли вредным, выполняет еще одну важную функцию. На выдохе в него поступает воздух из альвеол с высоким содержанием СО₂ и низким О₂. При следующем вдохе воздух, содержащийся в мертвом пространстве будет снижать парциальное давление О₂ (рО₂), входящего с атмосферным воздухом, рО₂ при этом падает, достигая величин, необходимых для дальнейшего этапа дыхания – газообмена в легком.

Объемы вентиляции легких.

Вентиляция легких определяется объемом воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого в единицу времени. Количественной характеристикой легочной вентиляции является минутный объем дыхания (МОД) – объем воздуха, проходящего через легкие за одну минуту. Для определения МОД достаточно знать ДО и частоту дыхания (ЧД):

МОД = ДО х ЧД.

В состоянии покоя МОД равен 6-9 л. При физической нагрузке его величина резко возрастает и составляет 25-30 л.

Так как газообмен между воздухом и кровью осуществляется в альвеолах, то важна не общая вентиляция легких, а вентиляция альвеол. Альвеолярная вентиляция меньше вентиляции легких на величину мертвого пространства. Если из величины дыхательного объема вычесть объем мертвого пространства, то получится объем воздуха, содержащегося в альвеолах, а если эту величину умножить на частоту дыхания, получим минутный объем альвеолярной вентиляции или, как его чаще называют, минутный объем вентиляции легких (МОВЛ). На основе сказанного, выразим МОВЛ формулой:

МОВЛ=ДОхЧД – ОМПхЧД, тогда

МОВЛ=ЧД (ДО – ОМП), где

ОМП – объем мертвого пространства.

Если в полученную формулу подставить конкретные величины, то становится понятно, что эффективность альвеолярной вентиляции выше при редком, но глубоком дыхании, чем при частом поверхностном.

Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха.

Атмосферный воздух, которым дышит человек, имеет относительно постоянный состав. В выдыхаемом воздухе меньше кислорода и больше углекислого газа, в альвеолярном воздухе еще меньше кислорода и больше углекислого газа (таб.1).

Таблица 1.

Содержание кислорода и углекислого газа (в процентах).

Вдыхаемый воздух содержит 20,93% кислорода и 0,03% углекислого газа, выдыхаемый воздух – кислорода 16%, углекислого газа – 4,5%, а в альвеолярном воздухе содержится 14% кислорода и 5,5% углекислого газа. В выдыхаемом воздухе углекислого газа содержится меньше, чем в альвеолярном. Это связано с тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух мертвого пространства, в котором чуть меньшее содержание углекислого газа, и его концентрация уменьшается.