Физиология и патофизиология дыхательной системы

Физиология и
патофизиология
дыхательной системы
у новорожденных
1
• Знать основные моменты развития
дыхательной системы
• Знать основные физиологические
характеристики механизма дыхания
• Знать изменения механизма дыхания
– В условиях ранней постнатальной адаптации
– В условиях патологических процессов в легких
2
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Задачи обучения
• Внешнее дыхание – это совокупность
процессов, происходящих в легких и
обеспечивающих нормальное содержание
кислорода и углекислого газа в крови.
• Составляющие внешнего дыхания:
– Вентиляция альвеол
– Диффузия
– Перфузия
3
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Внешнее дыхание
• Эмбриональная (до 5 недели)
– Начало дифференцировки дыхательных путей
• Псевдогландулярная (5-16 недели)
– До 16 недели сформированы все отделы дыхательных путей
– Формируется диафрагма
• Каналикулярная (13-25 недели)
– Возможность частичного прохождения воздуха (бронхи и
терминальные бронхиолы)
– Возможность частичного газообмена
• Терминальная (24-40 недели)
– Дифференцировка легких
– С 34-36 недели возможность поддерживать адекватный газообмен
• Альвеолярная (постнатальное развитие легких до 8-10 лет)
– Возможность восстановления после тяжелых легочных заболеваний
4
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Стадии развития легких
РОвд
Емкость
вдоха
(Евд)
ЖЕЛ
Резервный
объем
вдоха
(РОвд)
Жизненная
емкость
легких
(ЖЕЛ)
ДО
Резервный
объем
выдоха
(РОвыд)
РОвыд
ФОЕ
Остаточный объем
(ООЛ)
ООЛ
5
Остаточный объем
(ООЛ)
Дыхательный объем
(ДО)
Функциональная
остаточная
емкость
(ФОЕ)
Общая
емкость
легких
(ОЕЛ)
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Основные объемы легких (1)
•
•
•
•
•
•
•
Дыхательный объем
Резервный объем вдоха
Резервный объем выдоха
Остаточный объем
Жизненная емкость легких
Общая емкость легких
Функциональная остаточная емкость
6
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Основные объемы легких (2)
Основные объемы легких (3)
Минутный объем дыхания
–
–
•
Объем газа, вдыхаемого или выдыхаемого за 1 минуту
МОД = Дыхательный объем x Частота дыхания
Альвеолярная вентиляция
–
–
–
•
Объем газа, входящего в альвеолы
Объем газа, участвующего в газообмене
АВ = (дыхательный объем – объем мертвого пространства) x
ЧД
Мертвое пространство
–
Анатомическое мертвое пространство
•
Часть дыхательной системы в которой не происходит газообмен
–
–
–
–
–
Носоглотка
Трахея
Бронхи
Бронхиолы до перехода в альвеолы
Функциональное мертвое пространство
•
•
Включает также альвеолы, которые вентилируются, но не
перфузируются
Т.функ. = Т.анат. + Т.альвеол.
7
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
•
• Процесс переноса газа в дыхательной
системе происходит под действием перепада
давления
• Поток газа должен преодолеть сопротивление
структуры “легкие - грудная клетка”
• Работа по преодолению данного
сопротивления осуществляется дыхательной
мускулатурой либо аппаратом
• Общее дыхательное сопротивление (R)
– Сопротивление дыхательных путей
– Тканевое сопротивление
– Инерционное сопротивление
8
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Дыхательное сопротивление
• Сопротивление дыхательных путей тем
больше, чем меньше их диаметр
• С уменьшением калибра бронхов их
сопротивление уменьшается, так как их
суммарный диаметр увеличивается
• Сопротивление носовых ходов составляет до
30-50% всего сопротивления дыхательных
путей
9
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Сопротивление дыхательных путей
• При прохождении газа через узкую часть
дыхательных путей,
– Скорость потока больше
– Образование турбулентности
• При протекании газа через мелкие бронхи
– Скорость уменьшается
– Поток ламинарный
• Турбулентность
– Увеличивает сопротивление трения
– Для поддержания скорости потоку необходимо большее
давление
10
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Сопротивление и турбулентность
Податливость
– Изменение объема под действием силы
– Возвращение в исходное состояние
• Мера свойства эластичности – податливость
– Способность вмещать определенный объем под действием
давления
• Комплайнс, податливость, растяжимость – С
• Податливость дыхательной системы
С = ΔV : ΔP
(мл/см Н2О) (л/см Н2О)
– Статическая Cst = ДО : Ps, Cst = ДО : (Pplat – PEEP)
– Динамическая Сdyn = ДО : (Ppeak – PEEP)
– Эффективная Ceff = ДО : (Pplat – PEEP) – Ccirc
Ccirc – податливость контура вентиллятора
– Удельная Суд= С: ФОЕ
11
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
• Легкие и грудная клетка имеют свойства эластичности
Объем
ΔV
PEEP
PIP
Обычная вентиляция
Объем легких на выдохе
12
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Кривая давление - объем
• Surfactant = surface active
agent
• Состав:
• Фосфолипиды
• Сурфактантассоциированные протеины
• Функции:
• Снижение поверхностного
натяжения на внутренней
поверхности альвеол
• Повышение легочного
комплаенса
• Обеспечение стабильности
альвеол
• Снижение давления
“раскрытия”
14
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Система сурфактанта (1)
Альвеоциты (пневмоциты)
ІІ типа
– Синтез сурфактанта
– Сохранение сурфактанта
Ламелярные тельца
– В составе альвеоцитов ІІ типа
– Содержат двойной слой
фосфолипидов
– Пассивное хранение
сурфактанта
15
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Система сурфактанта (2)
LA PLACE: V = r x P
T
Сила спадения
Сила растяжения
Сурфактант:  податливость,  ФОЕ
16
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Эффект сурфактанта
• Постоянная времени дыхательной системы
новорожденного – время, в течении которого
выравнивается давление в дыхательных путях и
альвеолах.
• Т = СR сек
• 1Т - 63% газа покидает легкие при пассивном выдохе
• 3Т - 95% газа покидает легкие
• Учитывание постоянной времени позволяет избежать
“воздушных ловушек”
17
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Постоянная времени
• C дыхательной системы = 5 мл/см Н2О
• R дыхательных путей = ~ 30 см H2O/л сек
• Т = 0,005 л/см Н2О х 30 см Н2О/л сек = 0,15 сек
• 3Т = 0,45 сек.
0,45 сек необходимо, чтобы 95% объема последнего
вдоха покинуло легкие при спонтанном дыхании
18
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Здоровый доношенный ребенок
альвеолы
хорошо
набирают
воздух
альвеолы
хорошо
набирают
воздух
альвеолы плохо
набирают воздух
альвеолы
перерастянуты
альвеолы
перерастянуты
ателектаз
альвеол
19
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Причины развития неоднородной
вентиляции
• Работа дыхания – это затраты энергии, необходимые
для преодоления эластичного и неэластичного
сопротивления при осуществлении дыхательных
движений
• Расчет работы дыхания
W = ∫P x ΔV
• Метаболическая “цена” дыхания – процент
кислорода, потребленный дыхательной мускулатурой
• Частота и глубина дыхания регулируются таким
образом, чтобы общая работа дыхания была
минимальной
20
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Работа дыхания
• ИВЛ в сравнении с СДППД и спонтанным дыханием
• Использование более широкой и короткой ЭТ
• Более чувствительный триггер при
синхронизированной вентиляции
• Борьба с ауто-PEEP
• Седация/аналгезия
• Режим А/С в сравнении с SIMV/IMV
• Принудительная вентиляция в сравнении с
вспомогательной
• Дренирование воздуха и жидкости с плевральной и
брюшной полости
• Введение сурфактанта
21
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Пути снижения работы дыхания
• Переход с фетального типа кровообращения
на взрослый
• Данный переход характеризуется:
– “выпадением” из кровообращения плаценты с
низким сопротивлением ее сосудов
– снижением сопротивления легочных сосудов
– прекращением сброса крови справа налево через
овальное окно и артериальный проток.
22
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Легочной кровоток
• Повышение легочного кровотока:
–
–
–
–
–
Наполнение альвеол газом
Повышение РО2 в легочных артериях
Повышение РО2 в альвеолах
Повышение рН крови, проходящей через легкие
Образование и выброс в кровоток вазоактивных веществ
(расширение легочных сосудов)
• Снижение легочного кровотока:
–
–
–
–
Выраженная гипоксемия плода
Хроническая гипоксия
Метаболический или респираторный ацидоз
Преобладание давления в легочной артерии над давлением
в аорте
23
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Факторы, влияющие на легочной
кровоток
•
Длительное пре- и постнатальное действие в
комбинации перечисленных факторов
приводит к персистирующей легочной
гипертензии новорожденных (ПЛГН), которая
может осложнять ряд заболеваний
новорожденных, таких, как:
–
–
–
–
Асфиксия
РДС
Пневмония
Аспирационный синдром (особенно, синдром
аспирации мекония)
– Врожденная диафрагмальная грыжа.
24
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Персистирующая легочная
гипертензия новорожденных
Диффузия
– Перемещение кислорода из альвеол в кровь
– Перемещение углекислого газа из крови в альвеолы
• Диффузионную проводимость отражает коэффициэнт
диффузии Крога (К)
– Коэффициэнт К для углекислого газа в 20-25 раз больше, чем
для кислорода
• Условия эффективной диффузии
– Большая поверхность обмена
– Небольшое расстояние диффузии
• Диффузионная способность легких (Dл) – поглощение
кислорода на единицу среднего градиента РаО2 между
альвеолярным пространством и кровью легочных
капилляров
25
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
• Диффузия:
• Кислород в крови
– связанный с гемоглобином
• 1г Нв связывает 1,34 О2
– растворенный в плазме
• 0,3мл О2/100мл плазми/100 мм Hg РаО2
– РaО2, является основным показателем оксигенации
крови
– зависимость между насыщением гемоглобина
кислородом и парциальным давлением кислорода
в крови отражается S-образной кривой
– при РaО2 100 тор гемоглобин почти на 100%
насыщен кислородом
26
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Транспорт кислорода (1)
Насыщение гемоглобина кислородом, %
Дыхательная
недостаточность
Умеренная
гипоксемия
27
Норма
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Транспорт кислорода (2)
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Стабилизация дыхания после
рождения
28
• Альвеолярная вентиляция
– Увеличение мертвого пространства (физиологического,
анатомического)
– Уменьшение объема грудной клетки
– Увеличение сопротивления дыхательных путей
– Уменьшение легочной податливости
• Вентиляционно-перфузионное соотношение
– Снижение вентиляции
– Снижение перфузии
– Внутрилегочное шунтирование
• Диффузия
– Толщина альвеолярно-капиллярной мембраны
– Сердечный выброс
29
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Патофизиология дыхательных
нарушений (1)
• Уменьшение функциональной остаточной емкости
• Увеличение объема закрытия
• Результат:
– Неоднородная вентиляция
– Изменение вентиляционно-перфузионного соотношения
– Внутрилегочное шунтирование
• Дыхательные расстройства обуславливают
увеличение работы дыхания
30
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Патофизиология дыхательных
нарушений (2)
• Возникает в результате снижения податливости легких
• Причины рестриктивного синдрома
– Ухудшение механических свойств
– Снижение количества вентилированной ткани
– Внелегочная рестрикция
• Патофизиология
–
–
–
–
Уменьшение ФОЕ
Склонность к ателектазам
Увеличивается шунтирование
Увеличивается гипоксемия
31
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Рестриктивный синдром
Объем (мл / г)
Норма
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Рестриктивный синдром
Давление воздуха (см Н2О)
32
• Клинически – инспираторная одышка
–
–
–
–
–
Высокая частота дыхания
Снижение продолжительности вдоха и выдоха
Участие вспомогательной мускулатуры на вдохе
Ретракция податливых мест грудной клетки
Рентгенологически – снижение объема легких
33
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Проявления рестриктивного синдрома
• Возникает в результате увеличения сопротивления
дыхательных путей
• Причины обструктивного синдрома
– Сужение просвета (слизь, аспирационные массы, отек и т.д)
– Искусственное сопротивление (эндотрахеальна трубка и т.д)
– Уменьшение количества функционирующих дыхательных
путей (синдром “маленьких легких”)
• Патофизиология
– Затрудненный выдох
– Увеличение остаточного объема выдоха
– Увеличение работы дыхания
34
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Обструктивний синдром
• Клинически:
– Частота дыхания повышена
– Увеличена продолжительность выдоха
– Участие вспомогательной мускулатуры во вдохе и
выдохе
– Ретракция податливых мест грудной клетки
– Увеличение объема грудной мускулатуры
– Экспираторные хрипы
– Рентгенологически – повышенный объем легких
35
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Проявления обструктивного синдрома
• Гиповентиляция приводит к респираторному
ацидозу (задержка CO2)
• Гипоксия приводит к метаболическому
ацидозу (накопление молочной кислоты)
• Гипервентиляция приводит к респираторному
алкалозу (элиминация CO2)
36
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Транспорт газов и
кислотно-щелочное равновесие
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
Основные виды нарушений
кислотно-щелочного равновесия
• Метаболические
– Ацидоз
– Алкалоз
• Респираторные
– Ацидоз
– Алкалоз
• Смешанные
37
Метаболические нарушения КЩС
– Характеристика
• Низкое рН
• Низкий уровень бикарбоната
– Причины
•
•
•
•
•
Чрезмерная продукция кислот
Нарушение экскреторной функции почек
Потеря бикарбоната
Потеря бикарбоната через почки у недоношенных
Чрезмерное поступление хлоридов
• Метаболический алкалоз
– Характеристика
• Высокое рН
• Высокий уровень бикарбонатов
– Причины
• Потеря ионов водорода через желудочно-кишечный тракт
• Потеря ионов водорода через почки
• накопление бикарбоната
38
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
• Метаболический ацидоз
Респираторные нарушения КЩС
– Характеристика
• Низкое рН
• Высокое рСО2
– Причины
•
•
•
•
Угнетение дыхательного центра
Нарушение механики дыхания
Нарушение газообмена
Повышенная продукция СО2 в организме
• Респираторный алкалоз
– Характеристика
• Высокое рН
• Низкое рСО2
– Основные причины
•
•
•
•
Неадекватная ИВЛ
Гипоксемия
Поражение ЦНС
Повышенный метаболизм
39
Программа “Здоровье матери и ребенка” Швейцария - Украина
• Респираторный ацидоз