что такое физиологическое мертвое пространство
Что такое физиологическое мертвое пространство
Вентиляцией легких обозначают процесс обмена воздуха между легкими и атмосферой. Количественным показателем вентиляции легких служит минутный объем дыхания, определяемый как количество воздуха, которое проходит (или вентилируется) через легкие в 1 мин. В покое у человека минутный объем дыхания составляет 6—8 л/мин. Только часть воздуха, которым вентилируются легкие, достигает альвеолярного пространства и непосредственно участвует в газообмене с кровью. Эта часть вентиляции легких называется альвеолярной вентиляцией. В покое альвеолярная вентиляция равна в среднем 3,5—4,5 л/мин. Основная функция альвеолярной вентиляции заключается в поддержании необходимой для газообмена концентрации 02 и С02 в воздухе альвеол.
Рис. 10.11. Схема дыхательных путей легких человека. Дыхательные пути от уровня трахеи (1-я генерация) до долевых бронхов (2—4-я генерации деления) поддерживают свой просвет благодаря хрящевым кольцам в их стенке. Дыхательные пути от сегментарных бронхов (5—11-я генерации) до терминальных бронхиол (12— 16-я генерации) стабилизируют свой просвет с помощью тонуса гладких мышц их стенок. 1—16-я генерации дыхательных путей образуют возду-хопроводящую зону легких, в которой не происходит газообмена. Респираторная зона легких имеет длину порядка 5 мм и включает первичные дольки или ацинусы: дыхательные бронхиолы (17—19-я генерации) и альвеолярные протоки (20—22-я генерации). Альвеолярные мешочки состоят из многочисленных альвеол (23-я генерация), альвеолярная мембрана которых является идеальным местом для диффузии 02 и С02.
Легкие состоят из воздухопроводящей (дыхательные пути) и респираторной зон (альвеолы). Дыхательные пути, начиная от трахеи и до альвеол, делятся по типу дихотомии и образуют 23 генерации элементов дыхательного тракта (рис. 10.11). В воздухопроводящей или кондуктивной зонах легких (16 генераций) отсутствует газообмен между воздухом и кровью, поскольку в этих отделах дыхательные пути не имеют достаточной для этого процесса сосудистой сети, а стенки дыхательных путей, из-за их значительной толщины, препятствуют обмену газов через них. Этот отдел воздухоносных путей называется анатомическим мертвым пространством, объем которого составляет в среднем 175 мл. На рис. 10.12 показано, каким образом воздух, заполняющий анатомическое мертвое пространство в конце выдоха, смешивается с «полезным», т. е. атмосферным воздухом и вновь поступает в альвеолярное пространство легких.
Рис. 10.12. Эффект воздуха мертвого (вредного) пространства на вдыхаемый воздух в легкие. В конце выдоха анатомическое мертвое пространство заполняется выдыхаемым воздухом, в котором пониженное количество кислорода и высокое процентное содержание углекислого газа. При вдохе «вредный» воздух анатомического мертвого пространства смешивается с «полезным» атмосферным воздухом. Эта газовая смесь, в которой меньше, чем в атмосферном воздухе, кислорода и больше углекислого газа, поступает в респираторную зону легких. Поэтому газообмен в легких происходит между кровью и альвеолярным пространством, заполненным не атмосферным воздухом, а смесью «полезного» и «вредного» воздуха.
Дыхательные бронхиолы 17—19-й генераций относят к переходной (транзиторной) зоне, в которой начинается газообмен в малочисленных альвеолах (2 % от общего числа альвеол). Альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки, непосредственно переходящие в альвеолы, образуют альвеолярное пространство, в области которого происходит в легких газообмен 02 и С02 с кровью. Однако у здоровых людей и, особенно, у пациентов с заболеваниями легких часть альвеолярного пространства может вентилироваться, но при этом не участвовать в газообмене, поскольку эти отделы легких не перфузируются кровью. Сумму объемов таких областей легких и анатомического мертвого пространства обозначают как физиологическое мертвое пространство. Увеличение физиологического мертвого пространства в легких приводит к недостаточному снабжению тканей организма кислородом и к увеличению содержания в крови углекислого газа, что нарушает в ней газовый гомеостазис.
Что такое физиологическое мертвое пространство
Изучение мертвого пространства в дыхательном тракте человека связано со многими неясностями и противоречиями. Некоторые его аспекты не решены еще до настоящего времени.
Определение Vd возможно при помощи нескольких методов, но оно редко осуществимо в условиях подводного погружения. Наиболее широко используют метод как можно более точного вычисления Vd. В водолазной практике рассматривают два вида мертвого пространства: собственно индивидуальное мертвое пространство водолаза и мертвое пространство его дыхательного аппарата.
В настоящее время существует единое мнение в отношении вопроса об объемах дыхательного мертвого пространства у здоровых людей, находящихся в состоянии покоя. Величина их объемов зависит от размера тела водолаза. Radford в 1955 г. заметил, что у взрослых людей объем мертвого пространства (в миллилитрах), как правило, приблизительно равен массе тела человека, выраженной в фунтах. Множество разногласий среди ученых вызывает изменение мертвого пространства во время физической нагрузки, и они до сих пор еще полностью не решены.
Эти разногласия частично обусловлены тем, что некоторые авторы используют значение Ретсо2 (Рсо2 в конце дыхательного объема) вместо величины Расо2 в уравнении, предложенном Bohr. В действительности во время физической нагрузки РАСО2 может отличаться от Ретсо2. Возможно, что наиболее приемлемой является информация, полученная при обследовании здоровых молодых мужчин, проведенном в 1956 г. Asmussen, Nielsen. Эти авторы установили, что средние величины общего или физиологического мертвого пространства составляли от 170 мл (в состоянии покоя) до 350 мл во время тяжелой физической нагрузки.
Самая высокая из зарегистрированных величин составляла 450 мл. Увеличение объема мертвого пространства носило характер линейной зависимости от дыхательного объема, изменяющегося в пределах приблизительно 0,5—3,3 л на один акт дыхания.
Аналогичных измерений в водолазной практике еще не проводилось, поэтому приходится считать указанные величины приемлемыми для практики. Логично допустить, что величина индивидуального мертвого пространства у работающего водолаза составляет 0,3 л при BTPS.
Неожиданно большое значение VD недавно получено при расчете по уравнению, предложенному Bohr, у водолазов, находящихся в сухой камере под абсолютным давлением 46,7 кгс/см2. Позже такое же значение получили Salzano и соавт. (1981) в исследованиях, проводимых по программе «Atlantis» у водолазов, находящихся в сухой камере под более высоким давлением. Авторы полагают, что полученные результаты могли быть обусловлены крайне высокой плотностью дыхательных газовых смесей.
Применение дыхательного аппарата обусловливает значительное дополнение объема мертвого пространства водолаза. Любую часть аппарата, имеющую двусторонне направленную вентиляцию, следует считать «мертвой» до тех пор, пока не будет доказано противоположное. Вопрос ставится однозначно: будет ли во время выдоха эта часть аппарата содержать выдыхаемую двуокись углерода, которая затем возвращается в дыхательные пути водолаза при вдохе? Мертвое пространство почти неизбежно присутствует в конструкциях обычных соединенных с загубником легочных автоматов.
В таких случаях объем мертвого пространства, как правило, достигает 0,1 л и попытки его уменьшения значительно повышают риск чрезмерного сужения воздухоносных путей аппарата.
Величина явного объема мертвого пространства аппарата может быть определена либо с помощью заполнения его водой, либо расчетным путем. Иногда при осмотре нельзя с уверенностью определить является ли конкретный объем «функционально мертвым» или нет, или только отчасти таковым. В этих ситуациях следует использовать метод, при помощи которого определяют дыхательное мертвое пространство у человека. Водолазная маска, закрывающая все лицо, осложняет определение мертвого пространства. В случаях, когда объем мертвого пространства в отдельных образцах дыхательных аппаратов достигает 0,5 л, оно чаще представляет собой сплошной внутренний объем газа между маской и лицом, чем при использовании дыхательных аппаратов с надежным разделением между ротоносовой и глазной областями лица.
В этих случаях вдыхаемый и выдыхаемый газы могут не смешиваться в целом по всему объему, и мертвое пространство будет относительно небольшим.
Мертвый космос это объем вдыхаемого воздуха, который не участвует в газообмене, потому что он либо остается в проводящих дыхательных путях, либо достигает альвеол, которые не перфузируется или плохо перфузируется. Другими словами, не весь воздух в каждом дыхание доступен для обмена кислород и углекислый газ. Млекопитающие вдыхают и выдыхают легкие, расходуя впустую ту часть вдоха, которая остается в проводящих дыхательных путях, где не может происходить газообмен.
Выгоды действительно связаны с кажущейся расточительной конструкцией вентиляции, которая включает мертвое пространство. [1]
У людей около трети каждого вдоха в состоянии покоя не изменяет O2 и CO2 уровни. У взрослых она обычно находится в пределах 150 мл. [3]
Мертвое пространство можно увеличить (и лучше представить), дыша через длинную трубку, такую как трубка. Несмотря на то, что один конец трубки открыт для воздуха, когда пользователь вдыхает, он вдыхает значительное количество воздуха, оставшегося в трубке после предыдущего выдоха. Таким образом, трубка увеличивает мертвое пространство человека, добавляя еще больше «дыхательных путей», которые не участвуют в газообмене.
Содержание
Составные части
В общий мертвое пространство (также известное как физиологическое мертвое пространство) представляет собой сумму анатомического мертвого пространства плюс альвеолярное мертвое пространство.
Анатомическое мертвое пространство
Нормальное значение объема мертвого пространства (в мл) приблизительно равно безжировой массе тела (в фунтах) и составляет в среднем около трети от массы покоя. дыхательный объем (450-500 мл). В оригинальном исследовании Фаулера анатомическое мертвое пространство составляло 156 ± 28 мл (n = 45 мужчин) или 26% их дыхательного объема. [4] Несмотря на гибкость трахеи и меньшего размера проводящих дыхательных путей, их общий объем (то есть анатомическое мертвое пространство) мало изменяется при бронхоспазме или при тяжелом дыхании во время упражнений. [4] [6]
Альвеолярное мертвое пространство
Расчет мертвого пространства
Так же как мертвое пространство отходы доля вдыхаемого воздуха, мертвое пространство разбавляет альвеолярный воздух при выдохе. Количественно оценивая это разведение, можно измерить анатомическое и альвеолярное мертвое пространство, используя концепцию баланс массы, как выражено Уравнение Бора. [8] [9]
Физиологическое мертвое пространство
Концентрация углекислого газа (CO2) в здоровых альвеолах. Он равен его концентрации в артериальной крови, поскольку CO2 быстро уравновешивается через альвеолярно-капиллярную мембрану. Количество CO2 выдыхаемый из здоровых альвеол будет разбавлен воздухом в проводящих дыхательных путях и воздухом из альвеол, которые плохо перфузируются. Этот коэффициент разбавления можно рассчитать после того, как CO2 в выдыхаемом воздухе определяется (либо путем электронного контроля выдыхаемого воздуха, либо путем сбора выдыхаемого воздуха в газонепроницаемом мешке (мешок Дугласа) и затем измерения смешанного газа в мешке для сбора). Алгебраически этот коэффициент разбавления даст нам физиологическое мертвое пространство как рассчитано по уравнению Бора:
Альвеолярное мертвое пространство
Когда альвеолы с плохой перфузией опорожняются с той же скоростью, что и нормальные альвеолы, можно измерить альвеолярное мертвое пространство. В этом случае проба газа в конце выдоха (измеренная капнография) содержит CO2 при концентрации ниже, чем в нормальных альвеолах (т. е. в крови): [10]
Анатомическое мертвое пространство
При измерении анатомического мертвого пространства используется другой маневр: испытуемый полностью выдыхает, глубоко вдыхает газовую смесь с 0% азота (обычно 100% кислорода), а затем выдыхает в оборудование, которое измеряет объем азота и газа. Этот последний выдох происходит в три фазы. В первой фазе нет азота, и воздух попадает в легкие только до проводящих дыхательных путей. Затем концентрация азота быстро увеличивается во время короткой второй фазы и, наконец, достигает плато, третьей фазы. В анатомическое мертвое пространство равен объему выдоха во время первой фазы плюс половина объема выдоха во время второй фазы. (Уравнение Бора используется для обоснования включения половины второй фазы в этот расчет.) [4]
Мертвое пространство и вентилируемый пациент
Глубина и частота нашего дыхания определяется хеморецепторами и стволом мозга в зависимости от ряда субъективных ощущений. Когда механически вентилируемый при использовании принудительного режима пациент дышит с частотой и дыхательным объемом, которые задаются аппаратом. Из-за мертвого пространства более медленные глубокие вдохи (например, десять вдохов по 500 мл в минуту) более эффективны, чем быстрые поверхностные вдохи (например, двадцать вдохов по 250 мл в минуту). Хотя количество газа в минуту одинаково (5 л / мин), большая часть поверхностных вдохов представляет собой мертвое пространство и не позволяет кислороду попадать в кровь.
Механическое мертвое пространство
Механическое мертвое пространство мертвое пространство в аппарате, в котором дыхательный газ должны течь в обоих направлениях, когда пользователь вдыхает и выдыхает, увеличивая необходимое дыхательное усилие, чтобы получить такое же количество пригодного для использования воздуха или дыхательного газа, и рискуя накоплением углекислый газ от поверхностных вдохов. По сути, это внешнее расширение физиологического мертвого пространства.
Его можно уменьшить за счет: