Остаточный объем воздуха составляет. Легочные объемы и емкости легких

4. Изменение объема легких во время вдоха и выдоха. Функция внутриплеврального давления. Плевральное пространство. Пневмоторакс.
5. Фазы дыхания. Объем легкого (легких). Частота дыхания. Глубина дыхания. Легочные объемы воздуха. Дыхательный объем. Резервный, остаточный объем. Емкость легких.
6. Факторы, влияющие на легочный объем в фазу вдоха. Растяжимость легких (легочной ткани). Гистерезис.
7. Альвеолы. Сурфактант. Поверхностное натяжение слоя жидкости в альвеолах. Закон Лапласа.
8. Сопротивление дыхательных путей. Сопротивление легких. Воздушный поток. Ламинарный поток. Турбулентный поток.
9. Зависимость «поток-объем» в легких. Давление в дыхательных путях при выдохе.
10. Работа дыхательных мышц в течение дыхательного цикла. Работа дыхательных мышц при глубоком дыхании. Фазы дыхания. Объем легкого (легких). Частота дыхания. Глубина дыхания. Легочные объемы воздуха. Дыхательный объем. Резервный, остаточный объем. Емкость легких.

Процесс внешнего дыхания обусловлен изменением объема воздуха в легких в течение фаз вдоха и выдоха дыхательного цикла. При спокойном дыхании соотношение длительности вдоха к выдоху в дыхательном цикле равняется в среднем 1:1,3. Внешнее дыхание человека характеризуется частотой и глубиной дыхательных движений. Частота дыхания человека измеряется количеством дыхательных циклов в течение 1 мин и ее величина в покое у взрослого человека варьирует от 12 до 20 в 1 мин. Этот показатель внешнего дыхания возрастает при физической работе, повышении температуры окружающей среды, а также изменяется с возрастом. Например, у новорожденных частота дыхания равна 60-70 в 1 мин, а у людей в возрасте 25-30 лет - в среднем 16 в 1 мин. Глубина дыхания определяется по объему вдыхаемого и выдыхаемого воздуха в течение одного дыхательного цикла. Произведение частоты дыхательных движений на их глубину характеризует основную величину внешнего дыхания - вентиляцию легких . Количественной мерой вентиляции легких является минутный объем дыхания - это объем воздуха, который человек вдыхает и выдыхает за 1 мин. Величина минутного объема дыхания человека в покое варьирует в пределах 6-8 л. При физической работе у человека минутный объем дыхания может возрастать в 7-10 раз.

Рис. 10.5. Объемы и емкости воздуха в легких человека и кривая (спирограмма) изменения объема воздуха в легких при спокойном дыхании, глубоком вдохе и выдохе . ФОЕ - функциональная остаточная емкость.

Легочные объемы воздуха . В физиологии дыхания принята единая номенклатура легочных объемов у человека, которые заполняют легкие при спокойном и глубоком дыхании в фазу вдоха и выдоха дыхательного цикла (рис. 10.5). Легочный объем, который вдыхается или выдыхается человеком при спокойном дыхании, называется дыхательным объемом . Его величина при спокойном дыхании составляет в среднем 500 мл. Максимальное количество воздуха, которое может вдохнуть человек сверх дыхательного объема, называется резервным объемом вдоха (в среднем 3000 мл). Максимальное количество воздуха, которое может выдохнуть человек после спокойного выдоха, называется резервным объемом выдоха (в среднем 1100 мл). Наконец, количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха, называется остаточным объемом, его величина равна примерно 1200 мл.

Сумма величин двух легочных объемов и более называется легочной емкостью . Объем воздуха в легких человека характеризуется инспираторной емкостью легких, жизненной емкостью легких и функциональной остаточной емкостью легких. Инспираторная емкость легких (3500 мл) представляет собой сумму дыхательного объема и резервного объема вдоха. Жизненная емкость легких (4600 мл) включает в себя дыхательный объем и резервные объемы вдоха и выдоха. Функциональная остаточная емкость легких (1600 мл) представляет собой сумму резервного объема выдоха и остаточного объема легких. Сумма жизненной емкости легких и остаточного объема называется общей емкостью легких, величина которой у человека в среднем равна 5700 мл.

При вдохе легкие человека за счет сокращения диафрагмы и наружных межреберных мышц начинают увеличивать свой объем с уровня , и его величина при спокойном дыхании составляет дыхательный объем , а при глубоком дыхании - достигает различных величин резервного объема вдоха. При выдохе объем легких вновь возвращается к исходному уровню функциональной остаточной емкости пассивно, за счет эластической тяги легких. Если в объем выдыхаемого воздуха начинает входит воздух функциональной остаточной емкости , что имеет место при глубоком дыхании, а также при кашле или чиханье, то выдох осуществляться за счет сокращения мышц брюшной стенки. В этом случае величина внутриплеврального давления, как правило, становится выше атмосферного давления, что обусловливает наибольшую скорость потока воздуха в дыхательных путях.

УДК 612.215+612.1 ББК Е 92 + Е 911

А.Б. Загайнова, Н.В. Турбасова. Физиология дыхания и кровообращения. Учебно-методическое пособие по курсу «Физиология человека и животных»: для студентов 3 курса ОДО и 5 курса ОЗО биологического факультета. Тюмень.: Издательство Тюменского государственного университета, 2007. - 76 с.

Учебно-методическое пособие включает лабораторные работы, составленные в соответствии с программой курса «Физиология человека и животных», многие из которых иллюстрируют фундаментальные научные положения классической физиологии. Часть работ имеет прикладной характер и представляет собой методы самоконтроля здоровья и физического состояния, способы оценки физической работоспособности.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: В.С.Соловьев, д.мед.н., профессор

Пояснительная записка

Предметом исследования в разделах «дыхание» и «кровообращение» являются живые организмы и их функционирующие структуры, обеспечивающие эти жизненно-важные функции, чем и определяется выбор методов физиологического исследования.

Цель курса: сформировать представления о механизмах функционирования органов дыхания и кровообращения, о регуляции деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, об их роли в обеспечении взаимодействия организма с внешней средой.

Задачи лабораторного практикума: ознакомить студентов с методами исследования физиологических функций человека и животных; проиллюстрировать фундаментальные научные положения; представить методики самоконтроля физического состояния, оценки физической работоспособности при физических нагрузках различной интенсивности.

На проведение лабораторных занятий по курсу «Физиология человека и животных» отводится 52 часа на ОДО и 20 часов на ОЗО. Итоговая форма отчетности по курсу «Физиология человека и животных» - экзамен.

Требования к экзамену: необходимо понимание основ жизнедеятельности организма, в том числе механизмов функционирования систем органов, клеток и отдельных клеточных структур, регуляции работы физиологических систем, а также закономерности взаимодействия организма с внешней средой.

Учебно-методическое пособие разработано в рамках программы общего курса «Физиология человека и животных» для студентов биологического факультета.

ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ

Сущность процесса дыхания заключается в доставке к тканям организма кислорода, обеспечивающего протекание окислительных реакций, что приводит к освобождению энергии и выделению из организма диоксида углерода, образующегося в результате обмена веществ.

Процесс, протекающий в легких и заключающийся в обмене газов между кровью и окружающей средой (воздухом, поступающим в альвеолы, называют внешним, легочным дыханием, или вентиляцией легких .

В результате газообмена в легких кровь насыщается кислородом, теряет углекислоту, т.е. вновь становится способной переносить кислород к тканям.

Обновление газового состава внутренней среды организма происходит вследствие циркуляции крови. Транспортная функция осуществляется кровью благодаря физическому растворению в ней СО 2 и О 2 и связыванию их с компонентами крови. Так, гемоглобин способен вступать в обратимую реакцию с кислородом, а связывание СО 2 происходит в результате образования в плазме крови обратимых бикарбонатных соединений.

Потребление кислорода клетками и осуществление окислительных реакций с образованием углекислого газа составляет сущность процессов внутреннего , или тканевого дыхания .

Таким образом, лишь последовательное изучение всех трех звеньев дыхания может дать представление об одном из самых сложных физиологических процессов.

Для изучения внешнего дыхания (вентиляция легких), газообмена в легких и тканях, а также транспорта газов кровью используют различные методы, позволяющие оценивать дыхательную функцию в состоянии покоя, при физической нагрузке и различных воздействиях на организм.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ПНЕВМОГРАФИЯ

Пневмография - это регистрация дыхательных движений. Она позволяет определить частоту и глубину дыхания, а также соотношение продолжительности вдоха и выдоха. У взрослого человека число дыхательных движений составляет 12-18 в минуту, у детей дыхание более частое. При физической работе оно увеличивается вдвое и более. При мышечной работе изменяется и частота, и глубина дыхания. Изменение ритма дыхания и его глубины наблюдаются во время глотания, разговора, после задержки дыхания и т. п.

Между двумя фазами дыхания нет пауз: вдох непосредственно переходит в выдох и выдох во вдох.

Как правило, вдох несколько короче выдоха. Время вдоха относится ко времени выдоха, как 11:12 или даже как 10:14.

Кроме ритмических дыхательных движений, обеспечивающих вентиляцию легких, по времени могут наблюдаться особые дыхательные движения. Некоторые из них возникают рефлекторно (защитные дыхательные движения: кашель, чихание), другие произвольно, в связи с фонацией (речью, пением, декламацией и др.).

Регистрация дыхательных движений грудной клетки осуществляется при помощи специального прибора - пневмографа. Получаемая запись – пневмограмма – позволяет судить: о продолжительности фаз дыхания - вдоха и выдоха, частоте дыхания, относительной глубине, зависимости частоты и глубины дыхания от физиологического состояния организма - покоя, работы и т.д.

Пневмография основана на принципе воздушной передачи дыхательных движений грудной клетки пишущему рычажку.

Наиболее употребительный в настоящее время пневмограф представляет собой продолговатую резиновую камеру, помещенную в матерчатый чехол, герметически соединенный резиновой трубочкой с капсулой Марэ. При каждом вдохе грудная клетка расширяется и сдавливает воздух в пневмографе. Это давление передается в полость капсулы Марэ, ее упругая резиновая крышечка поднимается, и опирающийся на нее рычажок пишет пневмограмму.

В зависимости от применяемых датчиков пневмографию можно осуществлять различными способами. Наиболее простым и доступным для регистрации дыхательных движений является пневмодатчик с капсулой Марэ. Для пневмографии можно применять реостатные, тензометрические и емкостные датчики, но в этом случае необходимы электронные усилительные и регистрирующие устройства.

Для работы необходимы: кимограф, манжетка от сфигмоманометра, капсула Марэ, штатив, тройник, резиновые трубки, отметчик времени, раствор аммиака. Объект исследования - человек.

Проведение работы. Собирают установку для регистрации дыхательных движений, как показано на рис. 1, А. Манжетку от сфигмоманометра укрепляют на самой подвижной части грудной клетки испытуемого (при брюшном типе дыхания это будет нижняя треть, при грудном - средняя треть грудной клетки) и соединяют ее с помощью тройника и резиновых трубок с капсулой Марэ. Через тройник, открыв зажим, в регистрирующую систему вводят небольшое количество воздуха, следя за тем, чтобы слишком высокое давление неразорвало резиновую перепонку капсулы. Убедившись, что пневмограф укреплен правильно и движения грудной клетки передаются рычажку капсулы Марэ, подсчитывают число дыхательных движений в минуту, а затем устанавливают писчик по касательной к кимографу. Включают кимограф и отметчик времени и приступают к записи пневмограммы (испытуемый при этом не должен смотреть на пневмограмму).

Рис. 1. Пневмография.

А - графическая регистрация дыхания с помощью капсулы Марэ; Б - пневмограммы, записанные при действии различных факторов, вызывающих изменение дыхания: 1 - широкая манжетка; 2 - резиновая трубка; 3 – тройник; 4 - капсула Марэ; 5 – кимограф; 6 -отметчик времени; 7 - универсальный штатив; а - спокойное дыхание; б - при вдыхании паров аммиака; в - во время разговора; г - после гипервентиляции; д - после произвольной задержки дыхания; е - при физической нагрузке; б"-е" - отметки применяемого воздействия.

Регистрируют на кимографе следующие типы дыхания:

1) спокойное дыхание;

2) глубокое дыхание (испытуемый произвольно делает несколько глубоких вдохов и выдохов – жизненная емкость легких);

3) дыхание после физической нагрузки. Для этого испытуемого просят, не снимая пневмографа, сделать 10-12 приседаний. При этом, чтобы в результате резких толчков воздуха не разорвалась покрышка капсулы Марея, зажимом Пеана пережимают резиновую трубочку соединяющую пневмограф с капсулой. Тотчас после окончания приседаний зажим снимают и записывают дыхательные движения);

4) дыхание во время декламации, разговорной речи, смеха (обращают внимание, как изменяется продолжительность вдоха и выдоха);

5) дыхание при кашле. Для этого испытуемый делает несколько произвольных выдыхательных кашлевых движений;

6) одышку - диспноэ, вызванную задержкой дыхания. Опыт производят в следующем порядке. Записав нормальное дыхание (эйпноэ) в положении испытуемого сидя, просят его задержать дыхание на выдохе. Обычно через 20-30 секунд происходит непроизвольное восстановление дыхания, причём частота и глубина дыхательных движений становятся значительно больше, наблюдается одышка;

7) изменение дыхания при уменьшении углекислого газа в альвеолярном воздухе и крови, что достигается гипервентиляцией лёгких. Испытуемый делает глубокие и частые дыхательные движения до лёгкого головокружения, после чего наступает естественная задержка дыхания (апноэ);

8) при глотании;

9) при вдыхании паров аммиака (к носу испытуемого подносят вату, смоченную раствором аммиака).

Некоторые пневмограммы представлены на рис. 1,Б.

Полученные пневмограммы наклейте в тетрадь. Рассчитайте количество дыхательных движений в 1 минуту при разных условиях регистрации пневмограммы. Определите, в какую фазу дыхания осуществляется глотание и речь. Сравните характер изменения дыхания под влиянием различных факторов воздействия.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

СПИРОМЕТРИЯ

Спирометрия - метод определения жизненной емкости легких и составляющих ее объемов воздуха. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - это наибольшее количество воздуха, которое человек может выдохнуть после максимального вдоха. На рис. 2 показаны легочные объемы и емкости, характеризующие функциональное состояние легких, а также пневмограмма, поясняющая связь объемов и емкостей легких с дыхательными движениями. Функциональное состояние легких зависит от возраста, роста, пола, физического развития и ряда, других факторов. Для оценки функции дыхания у данного лица, измеренные у него легочные объемы следует сравнивать с должными величинами. Должные величины рассчитывают по формулам или определяют по номограммам (рис. 3), отклонения на ± 15% расцениваются как несущественные. Для измерения ЖЕЛ и составляющих ее объемов используют сухой спирометр (рис. 4).

Рис. 2. Спирограмма. Легочные объёмы и ёмкости:

РОвд - резервный объем вдоха; ДО - дыхательный объем; РОвыд - резервный объем выдоха; ОО - остаточный объем; Евд - емкость вдоха; ФОЕ - функциональная остаточная емкость; ЖЕЛ - жизненная емкость легких; ОЕЛ - общая емкость легких.

Легочные объемы:

Резервный объем вдоха (РОвд) – максимальный объем воздуха, который человек может вдохнуть после спокойного вдоха.

Резервный объем выдоха (РОвыд) – максимальный объем воздуха, который человек может выдохнуть после спокойного выдоха.

Остаточный объем (ОО) – объем газа в легких после максимального выдоха.

Емкость вдоха (Евд) – максимальный объем воздуха, который человек может вдохнуть после спокойного выдоха.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) – объем газа в легких, остающийся после спокойного вдоха.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха.

Общая емкость легких (ОЕл) – объем газов в легких после максимального вдоха.

Для работы необходимы: сухой спирометр, носовой зажим, загубник, спирт, вата. Объект исследования - человек.

Преимущество сухого спирометра заключается в том, что он портативен и удобен в работе. Сухой спирометр представляет собой воздушную турбинку, вращаемую струей выдыхаемого воздуха. Вращение турбинки через кинематическую цепь передается стрелке прибора. Для остановки стрелки по окончании выдоха спирометр снабжен тормозным устройством. Величину измеряемого объема воздуха определяют по шкале прибора. Шкалу можно поворачивать, что позволяет устанавливать стрелку на нуль перед каждым измерением. Выдох воздуха из легких производят через мундштук.

Проведение работы. Мундштук спирометра протирают ватой, смоченной спиртом. Испытуемый после максимального вдоха делает максимально глубокий выдох в спирометр. По шкале спирометра определяют ЖЕЛ. Точность результатов повышается, если измерение ЖЕЛ производят несколько раз и вычисляют среднюю величину. При многократных измерениях необходимо каждый раз устанавливать исходное положение шкалы спирометра. Для этого у сухого спирометра поворачивают измерительную шкалу и нулевое деление шкалы совмещают со стрелкой.

ЖЕЛ определяют в положении испытуемого стоя, сидя и лежа, а также после физической нагрузки (20 приседаний за 30 секунд). Отмечают разницу в результатах измерений.

Затем испытуемый осуществляет несколько спокойных выдохов в спирометр. При этом подсчитывают количество дыхательных движений. Разделив показания спирометра на число выдохов, сделанных в спирометр, определяют дыхательный объем воздуха.

Рис. 3. Номограмма для определения должной величины ЖЕЛ.

Рис. 4. Суховоздушный спирометр.

Для определения резервного объема выдоха испытуемый делает после очередного спокойного выдоха максимальный выдох в спирометр. По шкале спирометра определяют резервный объем выдоха. Повторяют измерения несколько раз и вычисляют среднюю величину.

Резервный объем вдоха можно определить двумя способами: вычислить и измерить спирометром. Для его вычисления необходимо из величины ЖЕЛ вычесть сумму дыхательного и резервного (выдоха) объемов воздуха. При измерении резервного объема вдоха спирометром в него набирают определённый объем воздуха и испытуемый после спокойного вдоха делает максимальный вдох из спирометра. Разность между первоначальным объемом воздуха в спирометре и объемом, оставшимся там после глубокого вдоха, соответствует резервному объему вдоха.

Для определения остаточного объема воздуха не существует прямых методов, поэтому используют косвенные. Они могут быть основаны на разных принципах. Для этих целей применяют, например, плетизмографию, оксигемометрию и измерение концентрации индикаторных газов (гелий, азот). Считают, что в норме остаточный объем составляет 25-30% от величины ЖЕЛ.

Спирометр дает возможность установить и ряд других характеристик дыхательной деятельности. Одной из них являет величина легочной вентиляции. Для ее определения число циклов дыхательных движений в минуту умножают на дыхательный объем. Так, за одну минуту между организмом и средой в норме обменивается около 6000 мл воздуха.

Альвеолярная вентиляция = частота дыхания х (дыхательный объем - объем «мертвого» пространства).

Установив параметры дыхания, можно оценить интенсивность обмена веществ в организме, определив потребление кислорода.

В ходе работы важно выяснить, находятся ли величины, полученные для конкретного человека, в пределах нормы. С этой целью были разработаны специальные номограммы и формулы, где учитывается корреляция отдельных характеристик функции внешнего дыхания и таких факторов как: пол, рост, возраст и др.

Должная величина жизненной емкости легких рассчитывается по формулам (Гуминский А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В., 1990):

для мужчин -

ЖЕЛ = {(рост (см) х 0,052) – (возраст (лет) х 0,022)} - 3,60;

для женщин –

ЖЕЛ = {(рост (см) х 0,041)- (возраст (лет) х 0,018)} - 2,68.

для мальчиков 8 -12 лет -

ЖЕЛ = {(рост (см) х 0,052) - (возраст (лет) х 0,022)} - 4,6;

для мальчиков 13 -16 лет-

ЖЕЛ = {(рост (см) х 0,052) - (возраст (лет) х 0,022)} - 4,2;

для девочек 8 - 16 лет -

ЖЕЛ = {(рост (см) х 0,041) - (возраст (лет) х 0,018)} - 3,7.

К 16-17 годам жизненная емкость легких достигает величин, характерных для взрослого человека.

Результаты работы и их оформление. 1. Занесите в таблицу 1 результаты измерений, вычислите среднее значение ЖЕЛ.

Таблица 1

Номер измерения	ЖЕЛ (покой)
Номер измерения	стоя	сидя
1 2 3 Среднее

2. Сравните результаты измерений ЖЕЛ (покой) стоя и сидя. 3. Сравните результаты измерений ЖЕЛ стоя (покой) с результатами, полученными после физической нагрузки. 4. Рассчитайте % от должной величины, зная показатель ЖЕЛ, полученный при измерении стоя (покой) и должной ЖЕЛ (рассчитанной по формуле):

ЖЕЛфакт. х 100 (%).

5. Сравните величину ЖЕЛ, измеренную спирометром, с должной ЖЕЛ, найденной по номограмме. Рассчитайте остаточный объем, а также емкости легких: общую емкость легких, емкость вдоха и функциональную остаточную емкость. 6. Сделайте выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНУТНОГО ОБЪЕМА ДЫХАНИЯ (МОД) И ЛЕГОЧНЫХ ОБЪЕМОВ

(ДЫХАТЕЛЬНОГО, РЕЗЕРВНОГО ОБЪЕМА ВДОХА

И РЕЗЕРВНОГО ОБЪЕМА ВЫДОХА)

Вентиляция легких определяется объемом воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого в единицу времени. Обычно измеряют минутный объем дыхания (МОД). Его величина при спокойном дыхании 6-9 л. Вентиляция легких зависит от глубины и частоты дыхания, которая в состоянии покоя составляет 16 в 1 мин (от 12 до 18). Минутный объем дыхания равен:

МОД = ДО х ЧД,

где ДО - дыхательный объем; ЧД - частота дыхания.

Для работы необходимы: сухой спирометр, носовой зажим, спирт, вата. Объект исследования - человек.

Проведение работы. Для определения объема дыхательного воздуха испытуемый должен сделать спокойный выдох в спирометр после спокойного вдоха и определить дыхательный объем (ДО). Для определения резервного объема выдоха (РОвыд) после спокойного обычного выдоха в окружающее пространство сделать глубокий выдох в спирометр. Для определения резервного объема вдоха (РОвд) установить внутренний цилиндр спирометра на каком-либо уровне (3000-5000), а затем, сделав спокойный вдох из атмосферы, зажав нос, сделать максимальный вдох из спирометра. Все измерения повторить три раза. Резервный объем вдоха можно определить по разнице:

РОвд = ЖЕЛ – (ДО – РОвыд)

Расчетным методом определить сумму ДО, РОвд и РОвыд, составляющую жизненную емкость легких (ЖЕЛ).

Результаты работы и их оформление. 1. Полученные данные оформите в виде таблицы 2.

2. Рассчитайте минутный объем дыхания.

Таблица 2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Во время вдоха лёгкие наполняются определённым количеством воздухом. Эта величина непостоянная и может меняться при разных обстоятельствах. Объём зависит от внешних и внутренних факторов.

Что влияет на вместимость лёгких

На уровень наполнения лёгких воздухом влияют определённые обстоятельства. У мужчин средний показатель объёма органа больше, чем у женщин. У высоких людей с крупной конституцией тела лёгкие на вдохе вмещают большее воздуха, чем у низких и худых. С возрастом количество вдыхаемого воздуха уменьшается, что является физиологической нормой.

Систематическое курение снижает объём лёгких . Малая наполняемость характерна для гиперстеников (невысокие люди с округлым туловищем, укороченными ширококостными конечностями). Астеники (узкоплечие, худые) способны вдыхать больше кислорода.

У всех людей, живущих высоко относительно уровня моря (горные районы), ёмкость в лёгких уменьшена. Это связано с тем, что они дышат разреженным воздухом с низкой плотностью.

Временные изменения органов дыхания происходят у беременных женщин. Объём каждого лёгкого сокращается на 5-10%. Быстро растущая матка увеличивается в размерах, давит на диафрагму. На общее состояние женщины это не влияет, так как включаются компенсаторные механизмы. За счёт ускоренной вентиляции они препятствуют развитию гипоксии.

Средние показатели объёма лёгкого

Объём лёгких измеряется в литрах. Средние значения рассчитываются во время нормального дыхания в состоянии покоя, без глубоких вдохов и полных выдохов.

В среднем показатель равен 3-4 литрам. У физически развитых мужчин объём при умеренном дыхании может доходить до 6 л. Количество дыхательных актов в норме 16-20. При активных физических нагрузках, нервном перенапряжении эти цифры увеличиваются.

ЖЁЛ, или жизненная ёмкость лёгких

ЖЁЛ – это наибольшая вместимость лёгкого при максимальном вдохе и выдохе. У молодых, здоровых мужчин показатель составляет 3500-4800 см 3 , у женщин – 3000-3500 см 3 . У спортсменов эти цифры на 30% увеличиваются и составляют 4000-5000 см 3 . Наибольшие лёгкие у пловцов – до 6200 см 3 .

Учитывая фазы вентиляции лёгких, разделяют такие виды объёма:

дыхательный – воздух, свободно циркулирующий по бронхолёгочной системе в состоянии покоя;
резервный на вдохе – воздух, наполняемый орган при максимальном вдохе после спокойного выдоха;
резервный на выдохе – количество воздуха, удаляемое из лёгких при резком выдохе после спокойного вдоха;
остаточный – воздух, остающийся в грудной клетке после максимального выдоха.

Под вентиляцией дыхательных путей понимают газообмен в течение 1 минуты.

Формула её определения:

дыхательный объём × число дыханий/минуту = минутный объём дыхания.

В норме у взрослого человека вентиляция равна 6-8 л/мин.

Таблица показателей нормы среднего объёма лёгких:

В газообмене не участвует воздух, который находится в таких отделах дыхательных путей – носовые ходы, носоглотка, гортань, трахея, центральные бронхи. В них постоянно находится газовая смесь, называющаяся «мёртвым пространством», и составляющая 150-200 см 3 .

Метод измерения ЖЁЛ

Внешнюю дыхательную функцию исследуют с помощью специального теста – спирометрии (спирографии). Метод фиксирует не только ёмкость, но и скорость циркуляции воздушного потока.
Для диагностики используют цифровые спирометры, которые пришли на смену механическим. Аппарат состоит из двух устройств. Датчик для фиксации воздушного потока и электронный прибор, преобразующий показатели измерения в цифровую формулу.

Спирометрию назначают пациентам с нарушениями дыхательной функции, бронхо-лёгочными заболеваниями хронической формы. Оценивают спокойное и форсированное дыхание, проводят функциональные пробы с бронхолитиками.

Цифровые данные ЖЁЛ при спирографии различают по возрасту, полу, антропометрическим данным, отсутствию или наличию хронических заболеваний.

Формулы расчёта индивидуальной ЖЁЛ, где Р – рост, В – вес:

для мужчин – 5,2×Р – 0,029×В – 3,2;
для женщин – 4,9×Р – 0,019×В – 3,76;
для мальчиков от 4 до 17 лет при росте до 165 см – 4,53×Р – 3,9; при росте свыше 165 см – 10×Р – 12,85;
для девочек от 4 до 17 лет рои ростёт от 100 до 175 см – 3,75×Р – 3,15.

Измерение ЖЁЛ не проводят детям до 4 лет, пациентам с психическими расстройствами, при челюстно-лицевых травмах. Абсолютное противопоказание – острая контагиозная инфекция.

Диагностику не назначают, если физически невозможно провести пробу:

нервно-мышечная болезнь с быстрой утомляемостью поперечнополосатых мышц лица (миастения);
послеоперационный период в челюстно-лицевой хирургии;
парезы, параличи дыхательной мускулатуры;
тяжёлая лёгочная и сердечная недостаточность.

Причины повышения или снижения показателей ЖЁЛ

Повышенная ёмкость лёгких не является патологией. Индивидуальные значения зависят от физического развития человека. У спортсменов ЖЁЛ может превышать нормативные показатели на 30%.

Функция дыхания считается нарушенной, если объём лёгких человека меньше 80%. Это первый сигнал недостаточности бронхолёгочной системы.

Внешние признаки патологии:

нарушение дыхания при активных движениях;

изменение амплитуды грудной клетки.

Изначально сложно определить нарушения, так как компенсаторные механизмы перераспределяют воздух в структуре общего объёма лёгких. Поэтому спирометрия не всегда представляет диагностическую ценность, например, при эмфиземе лёгких, бронхиальной астме. В процессе болезни формируется вздутие лёгких. Поэтому в диагностических целях проводят перкуссию (низкое расположение диафрагмы, специфический «коробочный» звук), рентген грудной клетки (более прозрачные поля лёгких, расширение границ).

Факторы снижения ЖЁЛ:

уменьшение объёма плевральной полости за счёт развития лёгочного сердца;
ригидность паренхимы органа (затвердение, ограниченная подвижность);
высокое стояние диафрагмы при асците (скоплении жидкости в брюшной полости), ожирении;
плевральный гидроторакс (выпот в плевральной полости), пневмоторакс (воздух в плевральных листках);
заболевания плевры – сращения тканей, мезотелиома (опухоль внутренней оболочки);
кифосколиоз – искривления позвоночника;
тяжёлая патология органов дыхания – саркоидоз, фиброзы, пневмосклероз, альвеолиты;
после резекции (удаление части органа).

Систематический мониторинг ЖЁЛ помогает отслеживать динамику патологических изменений, своевременно принимать меры по предупреждению развития болезней дыхательной системы .

СПИРОГРАФИЯ.

Усройство и принципы измерения.

Цель: изучить алгоритрмы измерения основных параметров

внешнего дыхания с помощью спирографов

1. Метод спирографии.

2. Фазы дыхания.

3. Техника проведения спирографии. Статические показатели.

4. Спирограмма: объём потока – время.

5. Спирограмма: объёмная скорость потока – объём потока.

6. Бодиплетизмография.

7. Принципы моделирования работы спирографа в МС-9.

Литература:

Медицинские приборы. Разработка и применение.Джон Г. Вебстер, Джон В. Кларк мл., Майкл Р. Ньюман, Валтер Х. Олсон и др.652 стр., 2004 г., глава 9.

2. Трифонов Е.В.Пневмапсихосоматология человекаРусско-англо-русская энциклопедия15-е изд., 2012г.

Спирография

Спирография - метод графической регистрации изменений легочных объемов при выполнении естественных дыхательных движений и волевых форсированных дыхательных маневров.

Спирография позволяет получить ряд показателей, которые описывают вентиляцию легких. В первую очередь, это статические объемы и емкости, которые характеризуют упругие свойства легких и грудной стенки, а также динамические показатели, которые определяют количество воздуха, вентилируемого через дыхательные пути во время вдоха и выдоха за единицу времени. Показатели определяют в режиме спокойного дыхания, а некоторые - при проведении форсированных дыхательных маневров.

В техническом выполнении все спирографы делятся на приборы открытого и закрытого типа (рис.1). В аппаратах открытого типа больной через клапанную коробку вдыхает атмосферный воздух, а выдыхаемый воздух поступает в мешок Дугласа или в спирометр Тисо (емкостью 100-200 л), иногда - к газовому счетчику, который непрерывно определяет его объем. Собранный таким образом воздух анализируют: в нем определяют величины поглощения кислорода и выделения углекислого газа за единицу времени. В аппаратах закрытого типа используется воздух колокола аппарата, циркулирующий в закрытом контуре без сообщения с атмосферой. Выдыхаемый углекислый газ поглощается специальным поглотителем.

Рис. 1. Схематическое изображение простейшего спирографа открытого типа (а) и (б).

Показания к проведению спирографии:

1 .Определение типа и степени легочной недостаточности.

2. Мониторинг показателей легочной вентиляции в цельях определения степени и быстроты прогрессирования заболевания.

3. Оценка эффективности курсового лечения заболеваний с бронхиальной обструкцией бронходилататорами короткого и пролонгированного действия, холинолитиками), ингаляционными и мембраностабилизирующими препаратами.

4. Проведение дифференциальной диагностики между легочной и сердечной недостаточностью в комплексе с другими методами исследования.

5. Выявление начальных признаков вентиляционной недостаточности у лиц, подверженных риску легочных заболеваний, или у лиц, работающих в условиях влияния вредных производственных факторов.

6. Экспертиза работоспособности и военная экспертиза на основе оценки функции легочной вентиляции в комплексе с клиническими показателями.

7. Проведение бронходилатационных тестов в целях выявления обратимости бронхиальной обструкции, а также провокационных ингаляционных тестов для выявления гиперреактивности бронхов.

Противопоказания к проведению спирографии:

1. тяжелое общее состояние больного, не дающее возможности провести исследование;

2. прогрессирующая стенокардия, инфаркт миокарда, острое нарушение мозгового кровообращения;

3. злокачественная артериальная гипертензия, гипертонический криз;

4. токсикозы беременности, вторая половина беременности;

5. недостаточность кровообращения III стадии;

6. тяжелая легочная недостаточность, не позволяющая провести дыхательные маневры.

Фазы дыхания.

Объем легких. Частота дыхания. Глубина дыхания. Легочные объемы воздуха. Дыхательный объем. Резервный, остаточный объем. Емкость легких.

Процесс внешнего дыхания обусловлен изменением объема воздуха в легких в течение фаз вдоха и выдоха дыхательного цикла. При спокойном дыхании соотношение длительности вдоха к выдоху в дыхательном цикле равняется в среднем 1:1,3. Внешнее дыхание человека характеризуется частотой и глубиной дыхательных движений. Частота дыхания человека измеряется количеством дыхательных циклов в течение 1 мин и ее величина в покое у взрослого человека варьирует от 12 до 20 в 1 мин. Этот показатель внешнего дыхания возрастает при физической работе, повышении температуры окружающей среды, а также изменяется с возрастом. Например, у новорожденных частота дыхания равна 60-70 в 1 мин, а у людей в возрасте 25-30 лет - в среднем 16 в 1 мин.Глубина дыхания определяется по объему вдыхаемого и выдыхаемого воздуха в течение одного дыхательного цикла. Произведение частоты дыхательных движений на их глубину характеризует основную величину внешнего дыхания -вентиляцию легких . Количественной мерой вентиляции легких является минутный объем дыхания - это объем воздуха, который человек вдыхает и выдыхает за 1 мин. Величина минутного объема дыхания человека в покое варьирует в пределах 6-8 л. При физической работе у человека минутный объем дыхания может возрастать в 7-10 раз.

2. Техника проведения спирографии .

Исследование проводят утром натощак. Перед исследованием пациенту рекомендуется находиться в спокойном состоянии на протяжении 30 мин, а также прекратить прием бронхолитиков не позже чем за 12 часов до начала исследования.

Спирографическая кривая и показатели легочной вентиляции приведены на рис. 2.

Статические показатели (определяют во время спокойного дыхания ).

Главными переменными, использующимися для отображения наблюдаемых показателей внешнего дыхания и для построения показателей-конструктов являются: объём потокадыхательных газов, V (л ) и время t ©. Отношения между этими переменными могут быть представлены в виде графиков или диаграмм. Все они по являются спирограммами.

График зависимостиобъёмапотока смеси дыхательных газов от времени называют спирограмма: объём потока – время .

График взаимозависимости объёмной скорости потока смеси дыхательных газов и объёма потока называют спирограмма: объёмная скорость потока – объём потока.

Измеряют дыхательный объем (ДО) - средний объем воздуха, который больной вдыхает и выдыхает во время обычного дыхания в состоянии покоя. В норме он составляет 500-800 мл. Часть ДО, которая принимает участие в газообмене, называется альвеолярным объемом (АО) и в среднем равняется 2/3 величины ДО. Остаток (1/3 величины ДО) составляет объем функционального мертвого пространства (ФМП).

После спокойного выдоха пациент максимально глубоко выдыхает - измеряется резервный объем выдоха (РОвыд), который в норме составляет 1000-1500 мл.

После спокойного вдоха делается максимально глубокий вдох - измеряется резервный объем вдоха (Ровд). При анализе статических показателей рассчитывается емкость вдоха (Евд) - сумма ДО и Ровд, которая характеризует способность легочной ткани к растяжению, а также жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - максимальный объем, который можно вдохнуть после максимально глубокого выдоха (сумма ДО, РО ВД и Ровыд в норме составляет от 3000 до 5000 мл).

После обычного спокойного дыхания проводится дыхательный маневр: делается максимально глубокий вдох, а затем - максимально глубокий, самый резкий и длительный (не менее 6 с) выдох. Так определяется форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ) - объем воздуха, который можно выдохнуть при форсированном выдохе после максимального вдоха (в норме составляет 70-80 % ЖЕЛ).

Как заключительный этап исследования проводится запись максимальной вентиляции легких (МВЛ) - максимального объема воздуха, который может быть провентилирован легкими за I мин. МВЛ характеризует функциональную способность аппарата внешнего дыхания и в норме составляет 50-180 л. Снижение МВЛ наблюдается при уменьшении легочных объемов вследствие рестриктивных (ограничительных) и обструктивных нарушений легочной вентиляции.

При анализе спирографической кривой, полученной в маневре с форсированным выдохом , измеряют определенные скоростные показатели (рис. 3):

1) объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ 1) - объем воздуха, который выдыхается за первую секунду при максимально быстром выдохе; он измеряется в мл и высчитывается в процентах к ФЖЕЛ; здоровые люди за первую секунду выдыхают не менее 70 % ФЖЕЛ;

2) проба или индекс Тиффно - соотношение ОФВ 1 (мл)/ЖЕЛ (мл), умноженное на 100 %; в норме составляет не менее 70-75 %;

3) максимальная объемная скорость воздуха на уровне выдоха 75 % ФЖЕЛ (МОС 75), оставшейся в легких;

4) максимальная объемная скорость воздуха на уровне выдоха 50 % ФЖЕЛ (МОС 50), оставшейся в легких;

5) максимальная объемная скорость воздуха на уровне выдоха 25 % ФЖЕЛ (МОС 25), оставшейся в легких;

6) средняя объемная скорость форсированного выдоха, вычисленная в интервале измерения от 25 до 75 % ФЖЕЛ (СОС 25-75).

ЖЕЛ

Е вд

ФОЕ

РО выд

ООЛ

РО вд

ОЕЛ

ДО

Обозначения на схеме .
Показатели максимального форсированного выдоха:
25 ÷ 75% FEV - объёмная скорость потока в среднем интервале форсированного выдоха (между 25% и 75%
жизненной ёмкости лёгких),
FEV1 - объём потока за первую секунду форсированного выдоха.

Рис. 3 . Спирографическая кривая, полученная в маневре форсированного выдоха. Расчет показателей ОФВ 1 и СОС 25-75

Вычисление скоростных показателей имеет большое значение в выявлении признаков бронхиальной обструкции. Уменьшение индекса Тиффно и ОФВ 1 является характерным признаком заболеваний, которые сопровождаются снижением бронхиальной проходимости - бронхиальной астмы, хронического обструктивного заболевания легких, бронхоэктатической болезни и пр. Показатели МОС имеют наибольшую ценность в диагностике начальных проявлений бронхиальной обструкции. СОС 25-75 отображает состояние проходимости мелких бронхов и бронхиол. Последний показатель является более информативным, чем ОФВ 1 , для выявления ранних обструктивных нарушений.
В связи с тем, что в Украине, Европе и США существует некоторое различие в обозначении легочных объемов, емкостей и скоростных показателей, характеризующих легочную вентиляцию, приводим обозначения указанных показателей на русском и английском языках (табл. 1).

Таблица 1. Наименование показателей легочной вентиляции на русском и английском языках

Наименование показателя на русском языке	Принятое сокращение	Наименование показателя на английском языке	Принятое сокращение
Жизненная емкость легких	ЖЕЛ	Vital capacity	VC
Дыхательный объем	ДО	Tidal volume	TV
Резервный объем вдоха	Ровд	Inspiratory reserve volume	IRV
Резервный объем выдоха	Ровыд	Expiratory reserve volume	ERV
Максимальная вентиляция легких	МВЛ	Maximal voluntary ventilation	MW
Форсированная жизненная емкость легких	ФЖЕЛ	Forced vital capacity	FVC
Объем форсированного выдоха за первую секунду	ОФВ1	Forced expiratory volume 1 sec	FEV1
Индекс Тиффно	ИТ, или ОФВ 1 /ЖЕЛ %		FEV1 % = FEV1/VC %
Максимальная объемная скорость в момент выдоха 25 % ФЖЕЛ, оставшейся в легких	МОС 25	Maximal expiratory flow 25 % FVC	MEF25
Forced expiratory flow 75 % FVC	FEF75
Максимальная объемная скорость в момент выдоха 50 % ФЖЕЛ, оставшейся в легких	МОС 50	Maximal expiratory flow 50 % FVC	MEF50
Forced expiratory flow 50 % FVC	FEF50
Максимальная объемная скорость в момент выдоха 75 % ФЖЕЛ, оставшейся в легких	МОС 75	Maximal expiratory flow 75 % FVC	MEF75
Forced expiratory flow 25 % FVC	FEF25
Средняя объемная скорость выдоха в интервале от 25 % до 75 % ФЖЕЛ	СОС 25-75	Maximal expiratory flow 25-75 % FVC	MEF25-75
Forced expiratory flow 25-75 % FVC	FEF25-75

Таблица 2. Наименование и соответствие показателей легочной вентиляции в различных странах

Украина	Европа	США
мос 25	MEF25	FEF75
мос 50	MEF50	FEF50
мос 75	MEF75	FEF25
СОС 25-75	MEF25-75	FEF25-75

Все показатели легочной вентиляции изменчивы. Они зависят от пола, возраста, веса, роста, положения тела, состояния нервной системы больного и прочих факторов. Поэтому для правильной оценки функционального состояния легочной вентиляции абсолютное значение того или иного показателя является недостаточным. Необходимо сопоставлять полученные абсолютные показатели с соответствующими величинами у здорового человека того же возраста, роста, веса и пола - так называемыми должными показателями. Такое сопоставление выражается в процентах по отношению к должному показателю. Патологическими считаются отклонения, превышающие 15-20 % от величины должного показателя.

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 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.