Б. Расчет динамических показателей внешнего дыхания. Оценка функций дыхания при занятиях спортом Определение минутного объема дыхания физиология
Для оценки качества работы легких исследует дыхательные объемы (с помощью специальных приборов – спирометров).
Дыхательный объем (ДО) – количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании за один цикл. В норме = 400-500 мл.
Минутный объем дыхания (МОД) – объем воздуха, проходящий через легкие за 1 минуту (МОД=ДО х ЧДД). В норме = 8-9 литров в минуту; около 500 л в час; 12000-13000 л в сутки. При увеличении физической нагрузки МОД увеличивается.
Не весь вдыхаемый воздух участвует в вентиляции альвеол (газообмене), т.к. часть его не доходит до ацинусов и остается в дыхательных путях, где отсутствует возможность для диффузии. Объем таких воздухоносных путей называется «дыхательное мертвое пространство». В норме у взрослого = 140-150 мл, т.е. 1/3 ДО.
Резервный объем вдоха (РОВд) – количество воздуха, которое человек может вдохнуть при самом сильном максимальном вдохе после спокойного вдоха, т.е. сверх ДО. В норме = 1500-3000 мл.
Резервный объем выдоха (РОВыд) – количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха. В норме = 700-1000 мл.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – количество воздуха, которое человек может максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха (ЖЕЛ=ДО+РОВд+РОВыд = 3500-4500 мл).
Остаточный объем легких (ООЛ) – количество воздуха, остающееся в легких после максимального выдоха. В норме = 100-1500 мл.
Общая емкость легких (ОЕЛ) – максимальное количество воздуха, которое может находится в легких. ОЕЛ=ЖЕЛ+ООЛ = 4500-6000 мл.
ДИФФУЗИЯ ГАЗОВ
Состав вдыхаемого воздуха: кислород- 21 %, углекислый газ – 0,03 %.
Состав выдыхаемого воздуха: кислород-17 %, углекислый газ – 4 %.
Состав воздуха, содержащегося в альвеолах: кислород-14 %, углекислый газ –5,6 %о.
По мере выдоха альвеолярный воздух смешивается в воздухом, находящимся в дыхательных путях (в «мертвом пространстве»), что обусловливает указанную разницу состава воздуха.
Переход газов через аэрогематический барьер обусловлен разностью концентраций по обе стороны мембраны.
Парциальное давление – та часть давления, которая приходится на данный газ. При атмосферном давлении 760 мм рт.ст., парц.давление кислорода составляет 160 мм рт.ст. (т.е. 21 % от 760), в альвеолярном воздухе парц.давление кислорода – 100 мм рт.ст., а углекислого газа - 40 мм рт.ст.
Напряжение газа – парциальное давление в жидкости. Напряжение кислорода в венозной крови - 40 мм рт.ст. За счет градиента давления между альвеолярным воздухом и кровью – 60 мм рт.ст. (100 мм рт.ст. и 40 мм рт.ст.) происходит диффузия кислорода в кровь, где он связывается с гемоглобином, превращая его в оксигемоглобин. Кровь, содержащая большое количество оксигемоглобина называется артериальной. В 100 мл артериальной крови содержится 20 мл кислорода, в 100 мл венозной крови – 13-15 мл кислорода. Также по градиенту давления углекислый газ попадает в кровь (т.к. в тканях он содержится в больших количествах) и образуется карбгемоглобин. Кроме этого, углекислый газ вступает в реакцию с водой, образуя угольную кислоту (катализатор реакции – фермент карбоангидраза, находящийся в эритроцитах), которая распадается на протон водорода и бикарбонат-ион. Напряжение СО 2 в венозной крови – 46 мм рт.ст.; в альвеолярном воздухе – 40 мм рт.ст. (градиент давления = 6 мм рт.ст.). Диффузия СО 2 происходит из крови во внешнюю среду.
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.
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 емкость легких (ФЖЕЛ) - количество воздуха, которое может быть выдохнуто при форсированном выдохе после максимального вдоха.
Определение фактической ФЖЕЛ. После максимального, медленного вдоха из атмосферы сделайте возможно быстрый максимальный выдох в спирометр. Сравните вашу фактическую ЖЕЛ (см. предыдущую работы) с ФЖЕЛ.
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. Продолжительность максимально быстрого выдоха колеблется от 1,5 до 2,5 с.
Расчет должной ФЖЕЛ. Должную величину ЖЕЛ можно рассчитать по соответствующей формуле:
0,0592 Í Р – 0,025 Í В – 4,24 (мужчины); 0,0460 Í Р – 0,024 Í В – 2,852 (женщины);
где, Р – рост в сантиметрах; В – возраст;
Частота дыхания (ЧД) - количество дыхательных циклов (вдох-выдох) в 1 мин. Подсчитайте у себя число дыхательных циклов за одну минуту.
Минутный объем дыхания (МОД) - количество вентилируемого в легких воздуха за 1 мин. Фактический МОД определяют исходя из измеренных дыхательных объемов следующим образом:
МОД = ДО Í ЧД.
Должный минутный объем (дМОД) можно рассчитать по следующей формуле:
дМОД = ДОО / (7,07 Í 40);
ДОО – это должный основной обмен, который также рассчитывают по формуле:
66,47 + 13,7 Í Р + 5 Í Н – 6,75Í А (мужчины);
65,59 + 19,59 Í Р + 1,85 Í Н – 4,67 Í А (женщины);
где, Р – масса тела, кг, Н – рост, см, А – возраст, годы.
Альвеолярная вентиляция - объем вдыхаемого воздуха, поступающего в альвеолы.
АВ = 66-80 % от МОД.
Максимальная вентиляция легких (МВЛ) – максимальное количество воздуха вентилируемого в легких за 1 минуту. Фактическая МВЛ может быть определена следующим образом:
МВЛ = ЖЕЛ Í ЧД
Однако её прямое определение затруднено, так как очень глубокое и частое дыхание в течение минуты приведет к нарушению газового состава крови и ухудшению самочувствия. Поэтому максимальную ЧД целесообразно определить при спокойной глубине дыхания. В норме она должна составлять 70 – 100 л/мин.
Должная МВЛ (дМВЛ) может быть рассчитана по следующей формуле:
дМВЛ = дЖЕЛ Í 25 (мужчины); дМВЛ = дЖЕЛ Í 26 (женщины);
Резерв дыхания (РД) - показатель, характеризующий возможности увеличения вентиляции.
МВЛ - МОД.
РД = ------------------ Í 100
В норме эта разность составляет 85 – 90 % МВЛ.
Оформление протокола.
1. Измерьте указанные статические и динамические показатели внешнего дыхания. Результаты измерения занесите в тетрадь.
2. Рассчитайте должные величины показателей внешнего дыхания, где это возможно и сравните их с измеренными.
3. Если невозможно рассчитать должную величину, сравните измеренные фактические величины со средними значениями показателей внешнего дыхания (Таблица 1): Вычислите % отклонения фактических величин от должных, Заполните таблицу.:
Таблица 1. Средние значения основных показателей внешнего дыхания.
Показатели легочной вентиляции в значительной мере зависят от конституции, физической тренировки, роста, массы тела, пола и возраста человека, поэтому полученные данные необходимо сравнивать с так называемыми должными величинами. Должные величины высчитывают по специальным номограммам и формулам, в основе которых лежит определение должного основного обмена. Многие функциональные методы исследования в течением времени сократились до определенного стандартного объема.
Измерение легочных объемов
Дыхательный объем
Дыхательный объем (ДО) - это объем воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого при нормальном дыхании, равный в среднем 500 мл (с колебаниями от 300 до 900 мл). Из него около 150 мл составляет объем воздуха функционального мертвого пространства (ВФМП) в гортани, трахее, бронхах, который не принимает участия в газообмене. Функциональная роль ВФМП заключается в том, что он смешивается с вдыхаемым воздухом, увлажняя и согревая его.
Резервный объем выдоха
Резервный объем выдоха - это объем воздуха, равныйу1500 -2000 мл, который человек может выдохнуть, если после нормального выдоха сделает максимальный выдох.
Резервный объем вдоха
Резервный объем вдоха - это объем воздуха, который человек может вдохнуть, если после нормального вдоха сделает максимальный вдох. Равен 1500 - 2000 мл.
Жизненная емкость легких
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - равна сумме резервных объемов вдоха и выдоха и дыхательного объема (в среднем 3700 мл) и составляет тот объем воздуха, который человек в состоянии выдохнуть при самом глубоком выдохе после максимального вдоха.
Остаточный объем
Остаточный объем (ОО) - это объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Равен 1000 - 1500 мл.
Общая емкость легких
Общая (максимальная) емкость легких (ОЕЛ) является суммой дыхательного, резервных (вдох и выдох) и остаточного объемов и составляет 5000 - 6000 мл.
Исследование дыхательных объемов нужно для оценки компенсации дыхательной недостаточности путем увеличения глубины дыхания (вдоха и выдоха).
Спирография легких
Спирография легких позволяет получить наиболее достоверные данные. Кроме измерения легочных объемов, с помощью спирографа можно получить ряд дополнительных показателей (дыхательный и минутный объемы вентиляции и др.). Данные записываются в виде спирограммы, по которой можно судить о норме и патологии.
Исследование интенсивности легочной вентиляции
Минутный объем дыхания
Минутный объем дыхания определяется умножением дыхательного объема на частоту дыхания, в среднем равен 5000 мл. Более точно определяется с помощью спирографии.
Максимальная вентиляция легких
Максимальная вентиляция легких ("предел дыхания") - это количество воздуха, которое может провентилироваться легкими при максимальном напряжении дыхательной системы. Определяют спирометрией при максимально глубоком дыхании с частотой около 50 в мин., в норме равно 80 - 200 мл.
Резерв дыхания
Резерв дыхания отражает функциональные возможности дыхательной системы человека. У здорового человека равен 85% от максимальной вентиляции легких, а при дыхательной недостаточности уменьшается до 60 - 55% и ниже.
Все эти пробы позволяют изучать состояние легочной вентиляции, ее резервы, необходимость в которых может возникнуть при выполнении тяжелой физической работы или при заболевании органов дыхания.
Исследование механики дыхательного акта
Этот метод позволяет определить соотношения вдоха и выдоха, дыхательного усилия в разные фазы дыхания.
ЭФЖЕЛ
Экспираторную форсированную жизненную емкость легких (ЭФЖЕЛ), исследуют по Вотчалу - Тиффно. Она измеряется так же, как при определении ЖЕЛ, но при максимально быстром, форсированном выдохе. У здоровых лиц она оказывается на 8- 11% меньше, чем ЖЕЛ, в основном за счет увеличения сопротивления току воздуха в мелких бронхах. При ряде заболеваний, сопровождающихся увеличением сопротивления в мелких бронхах, например при бронхо-обструктивных синдромах, эмфиземе легких, ЭФЖЕЛ изменяется.
ИФЖЕЛ
Инспираторная форсированная жизненная емкость легких (ИФЖЕЛ) определяется при максимально быстром форсированном вдохе. Она не изменяется при эмфиземе, но уменьшается при нарушении проходимости дыхательных путей.
Пневмотахометрия
Пневмотахометрия
Пневмотахометрия оценивает изменение "пиковых" скоростей воздушного потока при форсированном вдохе и выдохе. Она позволяет оценить состояние бронхиальной проходимости. ###Пневмотахография
Пневмотахография проводится с помощью пневмотахографа, который регистрирует движение струи воздуха.
Пробы на выявление явной или скрытой дыхательной недостаточности
Основаны на определении потребления кислорода и кислородного дефицита с помощью спирографии и эргоспирографии. Этим методом можно определить потребление кислорода и кислородный дефицит у больного при выполнении им определенной физической нагрузки и в покое.
Дыхательный объем и жизненная емкость легких - это статические характеристики, измеряемые за один дыхательный цикл. Но потребление кислорода и образование углекислого газа происходят в организме непрерывно.
Поэтому постоянство газового состава артериальной крови зависит не от характеристик одного дыхательного цикла, а от скорости поступления кислорода и удаления углекислого газа за продолжительный период времени. Мерой этой скорости в какой-то степени можно считать минутный объем дыхания (МОД), или легочную вентиляцию, т.е. объем воздуха, проходящего через легкие за 1 минуту. Минутный объем дыхания при равномерном автоматическом (без участия сознания) дыхании равен произведению дыхательного объема на количество дыхательных циклов за 1 минуту. В покое у мужчины он равен в среднем 8000 мл или 8 л в 1 минут)" (500мл х 16 дыханий в 1 минуту). Считается, что минутный объем дыхания дает информацию о вентиляции легких, но ни в коей мере не определяет эффективность дыхания. При дыхательном объеме 500 мл в альвеолы во время вдоха сначала поступает 150 мл воздуха, находящегося в дыхательных путях, т.е. в анатомическом мертвом пространстве, и поступившего в них в конце предшествующего выдоха. Это уже использованный воздух, поступивший в анатомическое мертвое пространство из альвеол. Таким образом, при вдохе из атмосферы 500 мл «свежего» воздуха в альвеолы из них поступает 350 мл. Последние 150 мл вдыхаемого «свежего» воздуха заполняют анатомическое мертвое пространство и в газообмене с кровью не участвуют. В результате за 1 минут)" при дыхательном объеме 500 мл и при 16 дыханиях в I минуту через альвеолы пройдет атмосферного воздуха не 8 л, а 5,6 л (350 х 16 = 5600), так называемая, альвеолярная вентиляция. При уменьшении дыхательного объема до 400 мл для сохранения прежней величины минутного объема дыхания, частота дыханий должна увеличиться до 20 дыханий в 1 минуту (8000: 400). При этом альвеолярная вентиляция составит 5000 мл (250 х 20) вместо 5600 мл, которые необходимы для сохранения постоянства газового состава артериальной крови. Чтобы сохранить газовый гомеостазис артериальной крови, необходимо увеличить частоту дыханий до 22-23 дыханий в 1 минуту (5600: 250-22,4). Это предполагает увеличение минутного объема дыхания до 8960 мл (400 х 22,4). При величине дыхательного объема 300 мл для сохранения альвеолярной вентиляции и, соответственно, газового гомеостазиса крови частота дыханий должна увеличиться до 37 дыханий в 1 минуту (5600: 150 = 37,3). При этом минутный объем дыхания составит 11100 мл (300 х 37 = 11100), т.е. возрастет почти в 1,5 раза. Таким образом, сама по себе величина минутного объема дыхания еще не определяет эффективность дыхания.
Человек может взять управление дыханием на себя и по своему желанию дышать животом или грудью, менять частот)" и глубину дыхания, продолжительность вдоха и выдоха и т.п. Однако, как бы он не менял свое дыхание, в состоянии физического покоя количество атмосферного воздуха, попадающего в альвеолы за 1 минут)", должно оставаться примерно одним и тем же, а именно, 5600 мл, чтобы обеспечить нормальный газовый состав крови,
потребности клеток и тканей в кислороде и в удалении избытка углекислого газа. При отклонении от этой величины в любую сторону газовый состав артериальной крови меняется. Сразу же срабатывают гомеостатические механизмы его поддержания. Они вступают в противоречие с сознательно формируемой завышенной или заниженной величиной альвеолярной вентиляции. При этом исчезает ощущение комфортности дыхания, возникает либо ощущение недостатка воздуха, либо чувство мышечного напряжения. Таким образом, сохранить нормальный газовый состав крови при углублении дыхания, т.е. при увеличении дыхательного объема, можно только уменьшая частоту" дыхательных циклов, и, наоборот, при увеличении частоты дыхания сохранение газового гомеостазиса возможно только при одновременном уменьшении дыхательного объема.
Кроме минутного объема дыхания, существует еще понятие максимальная вентиляция легких (МВЛ) - объем воздуха, который может пройти через легкие за 1 минуту при максимальной вентиляции. У нетренированного взрослого мужчины максимальная вентиляция легких при физической нагрузке может превышать минутный объем дыхания в состоянии покоя в 5 раз. У тренированных людей максимальная вентиляция легких может достигать 120 л, т.е. минутный объем дыхания может увеличиться в 15 раз. При максимальной вентиляции легких также существенное значение имеет соотношение дыхательного объема и частоты дыханий. При одной и той же величине максимальной вентиляции легких альвеолярная вентиляция будет выше при меньшей частоте дыхания и, соответственно, при большем дыхательном объеме В результате, в артериальную кровь может поступить за то же время больше кислорода и из нее выйти больше углекислого газа.
Еще по теме МИНУТНЫЙ ОБЪЕМ ДЫХАНИЯ.:
- ЛЕГКИЕ НЕ ИМЕЮТ СОБСТВЕННЫХ СОКРАТИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. ИЗМЕНЕНИЕ ИХ ОБЪЕМА - РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕНЕНИЙ ОБЪЕМА ГРУДНОЙ ПОЛОСТИ.
- ХАРАКТЕР ДЫХАНИЯ - ВАЖНЫЙ ФАКТОР ФОРМИРОВАНИЯ МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЫІЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ ГЛУБОКОЕ ДЫХАНИЕ СОХРАНЯЕТ УПРУГО - ЭЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АОРТЫ И АРТЕРИЙ, ПРОТИВОДЕЙСТВУЯ РАЗВИТИЮ АТЕРОСКЛЕРОЗА И АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕНЗИИ.
