Объемы дыхания определяются спирометрически и должны причисляться к наиболее показательным вентиляционным величинам.
Минутный объем дыхания
Под этим понимают количество воздуха, вентилируемое при спокойном дыхании за минуту.
Методика определения. Испытуемому, соединенному со спирографом, дают сначала возможность несколько минут привыкать к не совсем обычному для него дыханию. После того как имеющаяся вначале в большинстве случаев гипервентиляция уступит место спокойному дыханию, определяют минутный объем дыхания, умножая объем дыхания при вдохе на число дыханий в минуту. При неспокойном дыхании измеряют объемы, вентилируемые за каждое дыхание на протяжении минуты и результаты складывают.
Нормальные величины. Должный минутный объем дыхания получают, умножая должный основный обмен (должное число калорий за 24 часа в сопоставлении с общей поверхностью тела) на 4,73.
Полученные величины будут в пределах 6-9 л. На них влияют высота метаболизма (интенсивность) (например, тиреотоксикоз) и величина вентиляции мертвого пространства. Это позволяет иногда относить уклонения от нормы за счет патологии одного из этих факторов.
При замене дыхания воздухом на дыхание кислородом у здоровых лиц не происходит изменений в минутном объеме дыхания. Наоборот, при очень выраженной дыхательной недостаточности минутный объем при дыхании кислородом уменьшается и одновременно повышается потребление в минуту кислорода. Наступает «успокоение дыхания». Объясняется такой эффект лучшей артериализацией крови при дыхании чистым кислородом по сравнению с дыханием атмосферным воздухом. Это еще больше обращает на себя внимание при нагрузке.
Сравните с этим сказанное в разделе о кардио-пульмональном (сердечно-легочном) кислородном дефиците.
Проба на максимальный объем выдоха (проба Тиффно)
Под максимальным объемом выдоха понимают экспираторную работу легких за секунду, т. е. количество воздуха, выдыхаемой с силой за секунду после максимального вдоха.
Длительность выдоха у больных эмфиземой больше, чем у здоровых лиц. Этот факт, впервые зарегистрированный на спирометре Hutchinson, был затем подтвержден Tiffeneau и Pinelli, которые указали и на совершенно определенные соотношения его с жизненной емкостью.
В немецкой литературе количество воздуха, выдыхаемое в пробе за секунду, называется «полезной долей жизненной емкости», англичане говорят о «timed capacity» (емкость за определенный промежуток времени), во французской литературе применяется термин «capacite pulmonaire utilisable a l’effort» (легочная емкость, утилизируемая при усилии).
Эта проба приобретает особое значение потому, что она позволяет делать общие выводы о широте дыхательных путей и соответственно о величине сопротивления дыханию в бронхиальной системе, а также об эластичности легких, подвижности грудной клетки и силе дыхательной мускулатуры.
Нормальные величины. Максимальный объем выдоха выражается в процентах к жизненной емкости. У здоровых он равняется 70-80% жизненной емкости. При этом в первую половину секунды должно быть экспирировано не менее 55% имеющейся жизненной емкости.
У здоровых для полного выдоха после глубокого вдоха нужно 4 секунды. Через 2 секунды выдыхают 94%, через 3 секунды - 97% жизненной емкости.
Объем выдоха снижается с возрастом с 83% жизненной емкости в юности до 69% в старости. Этот факт подтвержден Gitter в его обширных исследованиях более чем на 1000 промышленных рабочих. Tiffeneau считает нормальным такой максимальный объем выдоха а первую секунду, который составляет 83,3% истинной или фактической емкости, Biicherl - 77,3% для мужчин и 82,3% для женщин.
Методика выполнения. Применяют спирограф, кимограф которого быстро передвигает ленту (не менее 10 мм/сек). После записи жизненной емкости обычным способом испытуемому предлагают еще раз сделать максимальный вдох, чуть задержать дыхание, потом быстро и насколько возможно глубоко выдохнуть. Некоторого упрощения можно достигнуть, если запись так называемой экспирограммы провести с одновременным определением жизненной емкости и максимального объема выдоха за один выдох после максимального вдоха.
Оценка. Проба Tiffeneau считается надежным критерием для распознавания обструкционного бронхита и обусловленной им эмфиземы. В этих случаях при нормальной жизненной емкости находят значительное снижение максимального объема выдоха, тогда как при рестриктивной вентиляционной недостаточности жизненная емкость хотя и снижена, но процентная доля максимального объема выдоха остается нормальной.
Так как причиной обструкционных нарушений наряду с органически обусловленными препятствиями в дыхательных путях может быть также функциональный спазм, для дифференциально-диагностического выявления подлинной причины рекомендуется проба с астмолизином.
Проба с астмолизином . После предварительного определения жизненной емкости и максимального объема выдоха вводят подкожно 1 мл астмолизина или гистамина и через 30 минут повторно определяют те же величины. Если полученные вентиляционные величины указывают на тенденцию к нормализации, то речь идет о функциональном компоненте обструкционного бронхита.
Статью подготовил и отредактировал: врач-хирургОдин из основных методов оценки вентиляционной функции легких, применяемых в практике врачебно-трудовой экспертизы, - спирография , позволяющая определить статистические легочные объемы - жизненная емкость легких (ЖЕЛ), функциональная остаточная емкость (ФОЕ) , остаточный объем легких, общая емкость легких, динамические легочные объемы - дыхательный объем, минутный объем, максимальная вентиляция легких.
Способность полностью поддерживать газовый состав артериальной крови еще не является гарантией отсутствия легочной недостаточности у пациентов с бронхолегочной патологией. Артериализация крови может поддерживаться на близком к норме уровне за счет компенсаторного перенапряжения механизмов, обеспечивающих ее, что также является признаком легочной недостаточности. К таким механизмам относится прежде всего функция вентиляции легких .
Адекватность объемных параметров вентиляции определяется «динамическими легочными объемами », к которым относят дыхательный объем и минутный объем дыхания (МОД).
Дыхательный объем в покое у здорового человека составляет около 0,5 л. Должный МОД получают, умножая должную величину основного обмена на коэффициент 4,73. Полученные таким образом величины лежат в пределах 6-9 л. Однако сравнение фактической величины МОД (определяется в условиях основного обмена или близких к нему) с должной имеет смысл лишь для суммарной оценки изменений величины, которая может включать как изменения собственно вентиляции, так и нарушения потребления кислорода.
Для оценки собственно вентиляционных отклонений от нормы необходимо учитывать коэффициент использования кислорода (КИО 2) - отношение поглощенного О 2 (в мл/мин) к МОД (в л/мин).
На основании коэффициента использования кислорода можно судить об эффективности вентиляции. У здоровых людей КИ в среднем 40.
При КИО 2 ниже 35мл/л вентиляция оказывается избыточной по отношению к потребленному кислороду (гипервентиляция ), при увеличении КИО 2 выше 45 мл/л речь идет о гиповентиляции .
Другой способ выражения газообменной эффективности легочной вентиляции - определение дыхательного эквивалента , т.е. того объема вентилируемого воздуха, который приходится на 100 мл потребленного кислорода: определяют отношение МОД к количеству потребленного кислорода (или углекислоты - ДЭ углекислоты).
У здорового человека 100 мл потребляемого кислорода или выделенной углекислоты обеспечиваются объемом вентилируемого воздуха, близким к 3 л/мин.
У больных с патологией легких при функциональных нарушениях газообменная эффективность оказывается сниженной, и потребление 100 мл кислорода требует большего, чем у здоровых объема вентиляции.
При оценке эффективности вентиляции увеличение частоты дыхания (ЧД) рассматривается как типичный признак дыхательной недостаточности, это целесообразно учитывать при трудовой экспертизе: при I степени дыхательной недостаточности ЧД не превышает 24, при II степени достигает 28 , при III степени ЧД очень большая.
Одной из основных характеристик внешнего дыхания является минутный объем дыхания (МОД). Вентиляция легких определяется объемом воздуха вдыхаемого или выдыхаемого в единицу времени. МОД – это произведение дыхательного объема на частоту дыхательных циклов . В норме, в покое ДО равен 500 мл, частота дыхательных циклов – 12 – 16 в минуту, отсюда МОД равен 6 - 7 л/мин. Максимальная вентиляция легких – это объем воздуха, который проходит через легкие за 1 минуту во время максимальных по частоте и глубине дыхательных движений.
Альвеолярная вентиляция
Итак, внешнее дыхание, или вентиляция легких обеспечивает поступление в легкие примерно 500 мл воздуха во время каждого вдоха (ДО). Насыщение крови кислородом и удаление углекислого газа происходит при контакте крови легочных капилляров с воздухом, содержащимся в альвеолах. Альвеолярный воздух – это внутренняя газовая среда организма млекопитающих и человека. Ее параметры – содержание кислорода и углекислого газа – постоянны. Количество альвеолярного воздуха примерно соответствует функциональной остаточной емкости легких – количеству воздуха, которое остается в легких после спокойного выдоха, и в норме равно 2500 мл. Именно этот альвеолярный воздух обновляется поступающим по дыхательным путям атмосферным воздухом. Следует иметь в виду, что в легочном газообмене участвует не весь вдыхаемый воздух, а лишь та его часть, которая достигает альвеол. Поэтому для оценки эффективности легочного газообмена важна не столько легочная, сколько альвеолярная вентиляция.
Как известно, часть дыхательного объема не участвует в газообмене, заполняя анатомически мертвое пространство дыхательных путей – примерно 140 – 150 мл.
Кроме того, есть альвеолы, которые в данный момент вентилируются, но не снабжаются кровью. Эта часть альвеол является альвеолярным мертвым пространством. Сумма анатомического и альвеолярного мертвых пространств называется функциональным, или физиологическим мертвым пространством. Примерно 1/3 дыхательного объема приходится на вентиляцию мертвого пространства, заполненного воздухом, который непосредственно не участвует в газообмене и лишь перемещается в просвете воздухоносных путей при вдохе и выдохе. Следовательно, вентиляция альвеолярных пространств – альвеолярная вентиляция – представляет собой легочную вентиляцию за вычетом вентиляции мертвого пространства. В норме альвеолярная вентиляция составляет 70 - 75 % величины МОД.
Расчет альвеолярной вентиляции проводится по формуле: МАВ = (ДО - МП) ЧД, где МАВ - минутная альвеолярная вентиляция, ДО - дыхательный объем, МП - объем мертвого пространства, ЧД - частота дыхания.
Рисунок 6. Соотношение МОД и альвеолярной вентиляции
Используем эти данные для расчета еще одной величины, характеризующей альвеолярную вентиляцию - коэффициент вентиляции альвеол. Этот коэффициент показывает, какая часть альвеолярного воздуха обновляется при каждом вдохе. В альвеолах к концу спокойного выдоха находится около 2500 мл воздуха (ФОЕ), во время вдоха в альвеолы поступает 350 мл воздуха, следовательно, обновляется лишь 1/7 часть альвеолярного воздуха (2500/350 = 7/1).
Общая ёмкость лёгких взрослого мужчины составляет в среднем 5-6 литров, однако при нормальном дыхании используется только малая часть этого объёма. При спокойном дыхании человек совершает порядка 12-16 дыхательных циклов, вдыхая и выдыхая в каждом цикле около 500 мл воздуха. Этот объём воздуха принято называть дыхательным объёмом. При глубоком вдохе можно дополнительно вдохнуть 1,5-2 литра воздуха - это резервный объём вдоха. Объем воздуха, который остается в лёгких после максимального выдоха составляет 1,2-1,5 литра - это остаточный объём лёгких.
Измерение лёгочных объёмов
Под термином измерение лёгочных объёмов обычно понимается измерение общей ёмкости лёгких (ОЕЛ), остаточного объёма лёгких (ООЛ), функциональной остаточной ёмкости (ФОЕ) лёгких и жизненной ёмкости лёгких (ЖЕЛ). Эти показатели играют существенную роль при анализе вентиляционной способности лёгких, они незаменимы при диагностике рестриктивных вентиляционных нарушений и помогают оценить эффективность проведённого терапевтического вмешательства. Измерение лёгочных объёмов может быть разделено на два основных этапа: измерение ФОЕ и проведение спирометрического исследования.
Для определения ФОЕ применяют один из трёх наиболее распространённых методов:
- метод разведения газов (метод газовой дилюции);
- бодиплетизмографический;
- рентгенологический.
Лёгочные объёмы и ёмкости
Обычно выделяют четыре лёгочных объёма - резервный объём вдоха (РОвд), дыхательный объём (ДО), резервный объём выдоха (РОвыд) и остаточный объём лёгких (ООЛ) и следующие ёмкости: жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ), ёмкость вдоха (Евд), функциональная остаточная ёмкость (ФОЕ) и общая ёмкость лёгких (ОЕЛ).
Общая ёмкость лёгких может быть представлена как сумма нескольких лёгочных объёмов и ёмкостей. Ёмкость лёгких - сумма двух и более лёгочных объёмов.
Дыхательный объём (ДО) - объём газа, который вдыхается и выдыхается во время дыхательного цикла при спокойном дыхании. ДО следует рассчитывать как среднее значение после регистрации по меньшей мере шести дыхательных циклов. Окончание фазы вдоха называют конечно-инспираторным уровнем, окончание фазы выдоха - конечно-экспираторным уровнем.
Резервный объём вдоха (РОвд) - максимальный объём воздуха, который можно вдохнуть после обычного среднего спокойного вдоха (конечно-инспираторного уровня).
Резервный объём выдоха (РОвыд) - максимальный объём воздуха, который можно выдохнуть после спокойного выдоха (конечно-экспираторного уровня).
Остаточный объём лёгких (ООЛ) - объём воздуха, который остаётся в лёгких по окончании полного выдоха. ООЛ не может быть измерен непосредственно, его рассчитывают путём вычитания РОвыд из ФОЕ: ООЛ = ФОЕ – РОвыд или ООЛ = ОЕЛ – ЖЕЛ . Предпочтение отдаётся последнему способу.
Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) - объём воздуха, который можно выдохнуть при полном выдохе после максимального вдоха. При форсированном выдохе этот объём называют форсированной жизненной ёмкостью лёгких (ФЖЕЛ), при спокойном максимальном (вдохе) выдохе - жизненной ёмкостью лёгких вдоха (выдоха) - ЖЕЛвд (ЖЕЛвыд). ЖЕЛ включает ДО, РОвд и РОвыд. ЖЕЛ в норме составляет приблизительно 70% ОЕЛ.
Ёмкость вдоха (Евд) - максимальный объём, который можно вдохнуть после спокойного выдоха (от конечно-экспираторного уровня). Евд равняется сумме ДО и РОвд и в норме обычно составляет 60–70% ЖЕЛ.
Функциональная остаточная ёмкость (ФОЕ) - объём воздуха в лёгких и дыхательных путях после спокойного выдоха. ФОЕ также называют конечным экспираторным объёмом. ФОЕ включает РОвыд и ООЛ. Измерение ФОЕ - определяющий этап при оценке лёгочных объёмов.
Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) - объём воздуха в лёгких по окончании полного вдоха. ОЕЛ рассчитывают двумя способами: ОЕЛ = ООЛ + ЖЕЛ или ОЕЛ = ФОЕ + Евд . Последний способ предпочтительнее.
Измерение общей ёмкости лёгких и её составляющих широко применяется при различных заболеваниях и оказывает существенную помощь в диагностическом процессе. Например, при эмфиземе лёгких обычно отмечается снижение ФЖЕЛ и ОФВ1, отношение ОФВ1/ФЖЕЛ также снижено. Снижение ФЖЕЛ и ОФВ1 также отмечается у больных с рестриктивными нарушениями, но отношение ОФВ1/ФЖЕЛ не снижено.
Несмотря на это, отношение ОФВ1/ФЖЕЛ не является ключевым параметром при дифференциальной диагностике обструктивных и рестриктивных нарушений. Для дифференциальной диагностики этих вентиляционных нарушений необходимо обязательное измерение ОЕЛ и её составляющих. При рестриктивных нарушениях отмечается снижение ОЕЛ и всех её составляющих. При обструктивных и сочетанных обструктивно-рестриктивных нарушениях некоторые составляющие ОЕЛ снижены, некоторые повышены.
Измерение ФОЕ - один из двух основных этапов при измерении ОЕЛ. ФОЕ может быть измерена методами разведения газов, бодиплетизмографически или рентгенологически. У здоровых лиц все три методики позволяют получать близкие результаты. Коэффициент вариации повторных измерений у одного и того же обследуемого обычно ниже 10%.
Метод разведения газов широко применяется из-за простоты методики и относительной дешевизны оборудования. Однако у пациентов с тяжёлым нарушением бронхиальной проводимости или эмфиземой истинное значение ОЕЛ при измерении этим методом занижается, поскольку вдыхаемый газ не проникает в гиповентилируемые и невентилируемые пространства.
Бодиплетизмографический метод позволяет определить внутригрудной объём (ВГО) газа. Таким образом, ФОЕ, измеренная бодиплетизмографически, включает как вентилируемые, так и невентилируемые отделы лёгких. В связи с этим у пациентов с лёгочными кистами и воздушными ловушками данный метод даёт более высокие показатели по сравнению с методикой разведения газов. Бодиплетизмография - более дорогой метод, технически сложнее и требует от пациента приложения больших усилий и кооперации по сравнению с методом разведения газов. Тем не менее метод бодиплетизмографии предпочтительнее, поскольку позволяет более точно оценить ФОЕ.
Разница между показателями, полученными с помощью двух этих методов, даёт важную информацию о наличии невентилируемого воздушного пространства в грудной клетке. При выраженной бронхиальной обструкции метод общей плетизмографии может завышать показатели ФОЕ.
По материалам А.Г. Чучалина
К основным методам исследования дыхания у человека относятся:
· Спирометрия - метод определения жизненной емкости легких (ЖЕЛ) и составляющих ее объёмов воздуха.
· Спирография - метод графической регистрации показателей функции внешнего звена системы дыхания.
· Пневмотахометрия - метод измерения максимальной скорости вдоха и выдоха при форсированном дыхании.
· Пневмография - метод регистрации дыхательных движений грудной клетки.
· Пикфлуорометрия - простой способ самооценки и постоянного контроля проходимости бронхов. Прибор - пикфлоуметр позволяет измерять объем проходящего воздуха при выдохе в единицу времени (пиковая скорость выдоха).
· Функциональные пробы (Штанге и Генче).
Спирометрия
Функциональное состояние легких зависит от возраста, пола, физического развития и ряда других факторов. Наиболее распространенной характеристикой состояния легких является измерение легочных объёмов, которые свидетельствуют о развитии органов дыхания и функциональных резервах дыхательной системы. Объём вдыхаемого и выдыхаемого воздуха можно измерить с помощью спирометра..
Спирометрия - это важнейший способ оценки функции внешнего дыхания. Данным методом определяется жизненная емкость легких, легочные объемы, а также объемная скорость воздушного потока. При проведении спирометрии человек вдыхает и выдыхает с максимальной силой. Наиболее важные данные дает анализ экспираторного маневра - выдоха. Легочные объемы и емкости называются статическими (основными) дыхательными показателями. Различают 4 первичных легочных объема и 4 емкости.
Жизненная ёмкость лёгких
Жизненная ёмкость лёгких - это то, максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. При исследовании определяется фактическая ЖЕЛ, которая сравнивается с должной ЖЕЛ (ДЖЕЛ) и рассчитывается по формуле (1). У взрослого человека среднего роста ДЖЕЛ составляет 3-5 литров. У мужчин её величина примерно на 15% больше, чем у женщин. Школьники в возрасте 11-12 лет имеют ДЖЕЛ около 2 литров; дети до 4 лет - 1 литр; новорожденные - 150 мл.
ЖЕЛ=ДО+РОвд+РОвыд, (1)
Где ЖЕЛ - жизненная ёмкость лёгких; ДО- дыхательный оббьем; РОвд- резервный объём вдоха; РОвыд- резервный объём выдоха.
ДЖЕЛ (л) = 2,5Чрост (м). (2)
Дыхательный объём
Дыхательный объём (ДО), или глубина дыхания, - объем вдыхаемого и
выдыхаемого в покое воздуха. У взрослых людей ДО=400-500 мл, у детей 11-12 лет - около 200 мл, у новорожденных - 20-30 мл.
Резервный объём выдоха
Резервный оббьем выдоха (РОВЫД) - максимальный объем, который можно с усилием выдохнуть после спокойного выдоха. РОвыд = 800-1500 мл.
Резервный объём вдоха
Резервный объём вдоха (РОВД) - максимальный объем воздуха, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. Резервный объём вдоха можно определить двумя способами: вычислить или измерить спирометром. Для вычисления необходимо из величины ЖЕЛ вычесть сумму дыхательного и резервного объёмов выдоха. Для определения резервного объёма вдоха с помощью спирометра необходимо набрать в спирометр от 4 до 6 литров воздуха и после спокойного вдоха из атмосферы сделать максимальный вдох из спирометра. Разность между первоначальным объёмом воздуха в спирометре и объёмом, оставшимся в спирометре после глубокого вдоха, соответствует резервному объёму вдоха. РОвд =1500-2000 мл.
Остаточный объём
Остаточный объём (ОО)- объем воздуха, остающийся в легких даже после максимального выдоха. Измеряется только непрямыми методами. Принцип одного из них заключается в том, что в легкие вводят инородный газ типа гелия (метод разведения) и по изменению его концентрации рассчитывают объём легких. Остаточный объём составляет 25-30% от величины ЖЕЛ. Принимают ОО=500-1000 мл.
Общая ёмкость лёгких
Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) - количество воздуха, находящееся в легких после максимального вдоха. ОЕЛ = 4500-7000 мл. Рассчитывается по формуле (3)
ОЕЛ=ЖЕЛ+ОО. (3)
Функциональная остаточная ёмкость лёгких
Функциональная остаточная ёмкость лёгких (ФОЕЛ) - количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха.
Рассчитывается по формуле (4)
ФОЕЛ=РОвд. (4)
Ёмкость входа
Ёмкость входа (ЕВД) - максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного выдоха. Рассчитывается по формуле (5)
ЕВД=ДО+РОвд. (5)
Кроме статических показателей, характеризующих степень физического развития дыхательного аппарата, существуют и дополнительные - динамические показатели, дающие информацию об эффективности вентиляции легких и функциональном состоянии дыхательных путей.
Форсированная жизненная ёмкость легких
Форсированная жизненная ёмкость легких (ФЖЕЛ) - количество воздуха, которое можно выдохнуть при форсированном выдохе после максимального вдоха. В норме разница между ЖЕЛ и ФЖЕЛ, равна 100-300 мл. Увеличение этой разницы до 1500 мл и более указывает на сопротивление току воздуха вследствие сужения просвета мелких бронхов. ФЖЕЛ = 3000-7000 мл.
Анатомическое мёртвое пространство
Анатомическое мёртвое пространство (ДМП)- объем, в котором не происходит газообмена (носоглотка, трахея, крупные бронхи) - прямому определению не подлежит. ДМП = 150 мл.
Частота дыхания
Частота дыхания (ЧД) - количество дыхательных циклов за одну минуту. ЧД = 16-18 д.ц./мин.
Минутный объём дыхания
Минутный объём дыхания (МОД) - количество вентилируемого в легких воздуха за 1 минуту.
МОД = ДО + ЧД. МОД = 8-12 л.
Альвеолярная вентиляция
Альвеолярная вентиляция (АВ) - объем, выдыхаемого воздуха, поступающего в альвеолы. АВ = 66 - 80% от МОД. АВ = 0,8л/мин.
Резерв дыхания
Резерв дыхания (РД) - показатель, характеризующий возможности увеличения вентиляции. В норме РД составляет 85% максимальной вентиляции легких (МВЛ). МВЛ = 70-100 л/мин.