Вентиляция лёгких и лёгочные объёмы

Вентиляция лёгких — это механический процесс смешивания атмосферного воздуха с альвеолярным. Величина лёгочной вентиляции зависит от частоты дыхательных движений и глубины дыхания.

Задача вентиляции лёгких — поддержание постоянного парциального давления газов (кислорода и углекислоты) в артериальной крови. Большую часть времени этот процесс регулируется без участия сознания.

Лёгочные объёмы и ёмкости

Объём лёгочной вентиляции измеряется минутным объёмом дыхания — количеством воздуха, который проходит через дыхательные пути и альвеолы за период, равный 1 минуте.

В состоянии покоя человек совершает около 16 дыхательных движений в минуту, при этом разовое количество выдыхаемого воздуха составляет приблизительно 0,5 л. Произведение частоты дыхания и величины дыхательного объёма составляет минутный объём дыхания (МОД). В среднем МОД здорового человека составляет около 8 л в минуту.

Общее количество воздуха, вдыхаемое в лёгкие в течение 1 минуты, называется максимальной вентиляцией лёгких. Этот процесс происходит во время интенсивной физической нагрузки (когда нехватка кислорода и избыток кислоты становятся наиболее острыми), и для него характерны максимально частые и глубокие дыхательные движения. Объём максимальной вентиляции лёгких здорового человека зависит от конституциональных особенностей человека, его возраста, а также свойств лёгочной ткани и способна достигать 200 л в минуту.

Для определения параметров вентиляции лёгких используются спирография, спирометрия, пневмография и другие методы исследования.

Спирография позволяет измерить величину лёгочного объёма воздуха, прошедшего через дыхательные пути человека. При обычном вдохе и выдохе в лёгкие входит незначительный объём воздуха. У взрослого человека он в среднем составляет около 0,5 л. Характерно, что вдох длится немного быстрее, чем выдох. В норме человек производит от 12 до 16 дыхательных циклов в минуту. Данный тип дыхания называют «хорошим дыханием» — «эйпноэ».

Во время глубокого вдоха человек может вдохнуть дополнительное количество воздуха (форсированный вдох), называемое резервным объёмом вдоха. В среднем у взрослого его величина составляет около 2 л.

После свободного выдоха в лёгких также остаётся некоторый объём воздуха, который человек способен выдохнуть при определённом усилии (форсированный выдох). Его количество у взрослого составляет около 1,3 л.

Количество воздуха, остающееся в лёгких после того, как человек произвёл максимальный форсированный выдох, называется остаточным объёмом лёгких и составляет около 1,4 л.

Кроме объёмов, выделяют несколько ёмкостей лёгких.

Жизненная ёмкость лёгких представляет собой объём воздуха, выдохнутый человеком из лёгких после максимального вдоха при самом глубоком выдохе. Состоит из дыхательного объёма, резервного объёма вдоха и резервного объёма выдоха. У мужчин около 4–5 л, у женщин — около 3–4 л.

Общая ёмкость лёгких — общее количество воздуха, вмещающееся в лёгкие после максимально глубокого вдоха.

Ёмкость вдоха — объём воздуха, который человек способен вдохнуть после максимально глубокого выдоха (обычно составляет около 2–2,5 л).

Функциональная остаточная ёмкость — количество воздуха, сохраняющееся в альвеолах и нижних дыхательных путях лёгких при нормальном, спокойном дыхании. после спокойного выдоха. Составляет около 2,5 л.

Показатели лёгочных объёмов и ёмкостей играют важную роль в диагностике многих заболеваний органов дыхания.

Газообмен и транспорт газов

Газообмен кислорода и углекислоты происходит путём двухэтапной диффузии через альвеолярно-капиллярную мембрану.

Сначала происходит диффузия газов через аэрогематический барьер, затем молекулы газов (кислорода) связываются в крови лёгочных капилляров с гемоглобином. Общий объём крови, участвующей в процессе газообмена, составляет около 80–150 мл.

Лёгкие человека устроены таким образом, чтобы газообмен протекал максимально благоприятно: в дыхательной зоне каждого лёгкого содержится не менее 300000000 альвеол и столько же капилляров общей площадью до 140 м².

Перемещение газов из альвеолы в кровь и обратно происходит благодаря разнице парциальных давлений. Каждый газ имеет своё парциальное давление — ту часть общего давления, которое он обеспечивает в среде. Если в какой-то из сред (в крови или альвеолярном воздухе) оно становится ниже, молекулы газа начинают активно перемещаться в этом направлении.

Градиент парциального давления СО₂ и О₂ представляет собой силу, с которой молекулы стремятся преодолеть альвеолярную мембрану, чтобы проникнуть в газовую среду (кровь или воздух).

При 14%-й концентрации кислорода в альвеолярном воздухе его парциальное давление равно 100 мм рт. ст. При 5,5%-й концентрации в альвеолярном воздухе двуокиси углерода парциальное давление будет равно 40 мм рт. ст.

Кислород и углекислый газ содержатся в крови в двух состояниях: химически связанном и физически растворённом. При этом объём газа, который растворён в крови, прямо пропорционален давлению газа над жидкостью (закон Генри).

У каждого газа есть свой коэффициент растворимости. Так, при нормальной температуре тела растворимость углекислоты в 25 раз выше, чем растворимость кислорода. Поэтому перенос углекислого газа протекает в 20 раз быстрее, чем перенос кислорода.

Перенос кислорода гемоглобином

Перенос кислорода начинается в лёгочных капиллярах. Здесь его основное количество немедленно вступает в химическую связь с гемоглобином, который способен связывать О₂, образуя НвО₂ — оксигемоглобин.

Один грамм Нв связывает 1,34–1,36 мл кислорода. В крови взрослого человека содержится около 750 г гемоглобина, который может связать до 1 л О₂.

При вдыхании чистого кислорода насыщение им крови может достигать 100%, а при вдыхании воздуха с пониженным содержанием кислорода его концентрация в крови падает. При снижении этого уровня до 60% может наступить потеря сознания.