Жизненная емкость легких
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - это максимальное количество воздуха, которое может поступить и вывестись из легких во время максимального вдоха и выдоха. Жизненная емкость легких определяется спирометрическим и другими методами. У взрослого здорового человека ЖЕЛ меняется в пределах от 3500 до 7000 мл и зависит от ряда факторов, а именно: от пола (как правило, ЖЕЛ у женщин ниже, чем у мужчин); от показателей физического развития, преимущественно от объема грудной клетки; от того, занимается или нет человек двигательными видами спорта (бег, лыжи, плавание и т. д.). Естественно, что если человек занимается этими видами спорта, то у него ЖЕЛ значительно больше, чем у тех, которые не увлекаются спортом. Кроме того, ЖЕЛ зависит от возраста.
ЖЕЛ состоит из нескольких объемов (рис. 5.4.):
1. Дыхательный объем (ДО) - это количество воздуха, которое поступает и выводится из легких при спокойном дыхании. У взрослого здорового человека он колеблется в пределах 500-600 мл.
2. Резервный объем вдоха (РОВд)- это максимальное количество воздуха, которое может поступить в легкие после спокойного вдоха. Этот объем составляет 1500-2500 мл.
3. Резервный объем выдоха (РОВыд) - это максимальное количество воздуха, которое может вывестись из легких после спокойного выдоха. Резервный объем выдоха составляет 1000-1500 мл.
Для правильной оценки ЖЕЛ необходимо знать должную жизненную емкость легких (ДЖЕЛ), которая рассчитывается по формуле Болдуина. Отклонения ЖЕЛ от ДЖЕЛ не должны превышать ±10%. Даже при максимальном выдохе в легких, в силу их структурных особенностей, остается большое количество воздуха, которое составляет 1000-1200 мл и называется остаточным объемом (ОО). Если вскрыть грудную клетку, то и в этом случае легкие полностью не спадаются - в них остается воздух. Легкие плода или новорожденного, не сделавшего первый вдох, не содержат воздуха. Поэтому, этот факт используется в судебно-медицинской практике для доказательства мертворожденности или наличия насильственной смерти. Для констатации этого факта кусочек легкого трупа помещается в воду. Если легкое не содержит воздуха, то кусочек тонет. Если же воздух поступил в альвеолы хотя бы несколько раз, то кусочек плавает на поверхности воды.
В оценке функции внешнего дыхания следует учитывать объем мертвого пространства, который образуется объемом воздухоносных путей - трахеи, бронхов и бронхиол вплоть до их перехода в альвеолы. Дело в том, что воздух этого пространства не участвует в газообмене, и чем оно больше, тем труднее дышать. Объем воздуха мертвого пространства составляет около 150 мл. Зная объемные соотношения ЖЕЛ, можно вычислить, какая часть воздуха, содержащегося в легких, принимает участие в газообмене. Для этого следует из дыхательного объема (500 мл) вычесть объем воздуха мертвого пространства (150 мл). Следовательно, полученные 350 мл - это количество воздуха, который обменивается. Его нужно отнести к сумме резервных объемов выдоха, то есть, 350/(1000+1500), из чего следует, что только седьмая часть воздуха, содержащегося в легких, участвует в газообмене.
Воздухоносные пути выполняют ряд важнейших функций: обеспечивают вентиляцию легких, очищают, увлажняют и согревают вдыхаемый воздух. Известное значение в оценке функции внешнего дыхания отводится скорости потока воздуха и сопротивлению дыхательных путей. У взрослого человека в состоянии относительного физиологического покоя скорость потока воздуха должна составлять 0,5 л/с, а сопротивление дыхательных путей - 1,7 см вод. ст. О нарушениях функции внешнего дыхания могут свидетельствовать отклонения этих показателей.
На функционирование аппарата внешнего дыхания существенным образом сказывается состояние дыхательных путей. Стенки дыхательных путей имеют сократительные элементы, обусловливающие различные виды сокращений. Например, постоянные сокращения изменяют просвет дыхательных путей в процессе дыхания: при ритмических сокращениях просвет бронхов несколько увеличивается во время вдоха и уменьшается во время выдоха. Кроме того, стенка бронхов находится в состоянии постоянного тонуса, что сказывается на функции внешнего дыхания. К непостоянным сокращениям стенки дыхательных путей относятся сокращения, возникающие при действии на организм различных раздражителей. В этом случае может иметь место как сужение, так и расширение бронхов.
Сократительная система стенок дыхательных путей иннервируется вегетативным отделом нервной системы: под вилянием парасимпатических центров бронхи суживаются, а симпатических - расширяются. Поэтому при спазме бронхов, например, при бронхиальной астме, применяются симпатолитики, снимающие спазм дыхательных путей, такие как адреналин и др.
У человека кроме легочного дыхания имеет место и кожное. Около 5% кислорода может поступать в организм через кожные покровы. При патологическом состоянии дыхательной системы диффузия кислорода через кожу может увеличиваться до 10%.
Для объяснения механизмов газообмена необходимо знать газовый состав воздуха и крови (углекислый газ и кислород). Как известно, в атмосферном воздухе содержится 21% кислорода и 0,03% углекислого газа. В альвеолярном воздухе содержится 14,5% кислорода и 5,5% углекислого газа, в выдыхаемом - 16% кислорода и 4% углекислого газа. Прирост кислорода в выдыхаемом воздухе и уменьшение углекислого газа, по сравнению с альвеолярным, объясняется тем, что альвеолярный воздух при выдохе смешивается с воздухом мертвого пространства, содержание газов в котором соответствует атмосферному. Для определения газов в воздухе используется метод Холдена, который для этой цели предложил применить газоанализатор. Газоанализатор основан на использовании поглотителей для газов: пирогаллол для кислорода и раствор щелочи для углекислого газа.
Вторым этапом дыхательного процесса является транспорт газов, осуществляемый кровью. Газы в жидкости, в частности в крови, могут находится в двух состояниях: во-первых, в состоянии растворения, во-вторых, в химически связанном состоянии. Количество газа, растворенного в жидкости, зависит от: количества и состава жидкости, объема и парциального давления газа над жидкостью, температуры жидкости и коэффициента растворимости газа. Чем больше парциальное давление газа, ниже температура раствора, больше объем жидкости и коэффициент растворимости, тем больше газа растворяется в жидкости. И наоборот, чем ниже парциальное давление, коэффициент растворимости газа, меньше объем жидкости и выше ее температура, тем меньшее количество газа растворяется в жидкости. При давлении 760 мм. рт. ст. и температуре 38 0С коэффициент растворимости в крови для кислорода составляет 0,022, для углекислого газа - 0,51.
Количество газа, растворенного в жидкости можно определить по формуле:
Q = V*P*D/760,
где Р - парциальное давление газа, V - объем жидкости; D - коэффициент растворимости газа.
Так как температура в организме человека постоянная, то поправочный температурный коэффициент в формуле опускается. Используя данную формулу, было определено, что в растворенном состоянии в плазме крови находится около 0,35% кислорода и 3% углекислого газа.
Основным показателем транспортной функции крови являются содержащиеся в ней кислород и углекислый газ. В артериальной крови содержится 19-20 об/% кислорода и 51 об/% углекислого газа. В венозной крови содержится 13 об/% кислорода и 56 об/% углекислого газа.
Для определения количества газов в крови используется несколько методов. В 1859 году И. М. Сеченов предложил для определения газового состава крови использовать ртутный насос, создающий разряженное пространство над кровью, в результате чего газы выходят из крови. Такое разряженное пространство создается несколько раз, пока все газы не будут извлечены из крови. Затем определяется концентрация газов. Химический принцип извлечения газов из крови был предложен ученым Баркрафтом с помощью аппарата, в котором кислород извлекается железосинеродистым калием, а углекислый газ - винокаменной кислотой (метод Баркрафта). В настоящее время концентрацию газов в крови определяют методом Ван-Слайка, в котором объединены и физический (метод Сеченова) и химический (метод Баркрафта) принципы извлечения газов из крови.
Кроме того, для оценки транспортной функции крови, в частности, транспорта газов, применяются такие показатели, как степень насыщения крови кислородом и коэффициент утилизации кислорода тканями.
Зная кислородную емкость крови и содержание кислорода в крови, взятой из сосуда, можно определить степень насыщения крови кислородом как отношение содержания кислорода в исследуемой крови к ее кислородной емкости. Степень насыщения артериальной крови кислородом колеблется от 96 до 98%, а венозной - от 90 до 92%.