Острая дыхательная недостаточность
advertisement
Острая дыхательная недостаточность Анатомия и физиология внешнего дыхания Доцент В.А. Мазурок Система дыхания Главная функция • Доставить кислород и удалить углекислый газ • 4 отдельных процесса: – Легочная вентиляция – движение воздуха в легкие и обратно – Наружное дыхание – газообмен между легкими и кровью – Транспорт – перенос кислорода и углекислого газа между легкими и тканями – Внутреннее дыхание – газообмен между кровью и тканями Система дыхания • Включает кондуктивную и дыхательную зоны • Кондуктивная зона – Нос, носоглотка, глотка, трахея – Воздухопроводящие пути • Дыхательная зона – Газообменная зона – Бронхиолы, альвеолярные каналы, альвеолы • Дыхательная мускулатура – диафрагма, межреберные, косые и прямые живота, лестничные, грудинно-ключичнососцевидные Нос – Увлажнение и согревание – Фильтрация и очистка входящего воздуха – Резонирующая камера – Содержит обонятельные рецепторы – Чувствительная слизистая запускает чихание Полость носа Глотка • Воронкообразная трубка скелетной мускулатуры соединенная с: – Полостью носа сверху – Трахеей снизу • Располагается от основания черепа до 6 шейного позвонка Гортань • Несет три функции: – Обеспечивает открытое положение дыхательных путей – «Переключает» направления движения воздуха и пиши – Продуцирует голос Структура гортани • Хрящевая – Щитовидный с передним выбуханием (Адамово яблоко) – Перстневидный – Три пары маленьких хрящей (черпаловидные, клинообразные, рожковидные) • Надгортанник – эластичный хрящ Гортань – сфинктер • Закрытие во время кашля, чихания и маневра Вальсальвы • Маневр Вальсальвы (натуживание) – Задержка воздуха в нижних дыхательных путях за счет закрытия надгортанника – Вызывает повышение внутрибрюшного давления при сокращении брюшных мышц – Помогает опустошить кишечник – Работает аналогично «шинированию», стабилизируя тело при поднятии тяжестей Трахея • Эластичная – подвижная трубка, распространяющаяся от гортани до средостения • Состоит из 3 слоев: – Слизистая – бокаловидные клетки и реснитчатый эпителий – Подслизистый слой – соединительная ткань – Адвентиция – наружный слой, собранный из Собразных хрящей Трахея Легкие • Сердечная выемка • Левое легкое – разделено на верхнюю и нижнюю долю косой щелью • Правое легкое – разделено на три доли косой и горизонтальной щелями • 10 бронхопульмональных сегментов в каждом легком • Две системы циркуляции: легочная и бронхиальная Кровоснабжение легких • Легочные артерии – доставляют системную венозную кровь для газообмена • Бронхиальные артерии – берут начало в аорте, сплетения идут вдоль бронхов, питают легочную ткань за исключением альвеол • Бронхиальные вены – анастомозируют с легочными венами • Легочные вены – несут оксигенированную кровь от дыхательной зоны с сердцу Плевра • Тонкая, двухслойная серозная оболочка • Париетальная плевра – Покрывает грудную стенку и переднюю поверхность диафрагмы • Висцеральная плевра – Продолжается вокруг сердца и легких Кондуктивная зона: бронхи • Карина – последний трахеальный хрящ, окончание трахеи и начало правого и левого главных бронхов • Воздух, достигающий бронхов: – Согрет и очищен от примесей – Насыщен водяными парами • Главные бронхи подразделяются на вторичные, снабжающие легочные доли • Мельчайшие бронхи – бронхи 23 порядка Кондуктивная зона: Уменьшение диаметра – структурные изменения: бронхиальное дерево • Структура стенки бронхов напоминает структуру трахеи • – Строение хрящей • Бронхиолы – хрящевой остов отсутствует – Тип эпителия • Бронхиолы – кубический, нет желез – Увеличивается количество гладкой мускулатуры • Бронхиолы – циркулярный охват Дыхательная зона • Альвеолы и терминальные бронхиолы • Дыхательные (терминальные) бронхиолы ведут в альвеолярные каналы, затем в терминальные грозди альвеол • Приблизительно 300 миллионов альвеол: – Формируют объем легких – Образуют огромную газообменную поверхность Дыхательная мембрана • Барьер кровь-воздух состоит из: – Стенки альвеолы и капилляра – Склеенной единой базальной мембраны • Альвеолярная стенка: – Один слой альвеоцитов I типа – Газообмен за счет простой диффузии – Секретирует ангиотензин-превращающий фермент • Альвеоциты II типа секретируют сурфактант Альвеолы • Окружены тонкими эластичными фибрами • Содержат открытые поры которые: – Соединяют соседние альвеолы – Выравнивают давление воздуха во всем легком • Содержат макрофаги, которые поддерживают стерильность поверхности Дыхательная мембрана Управление вентиляцией • Нервная система – Физические факторы • Эмоциональные факторы – Химические факторы » Изменения концентрации – СО2 – O2 » Повышение » Снижение » Гипервентиляция Центральные хеморецепторы Продолговатый мозг, вентролатерально, близко к поверхности Стимулы: [H+] – pH СМЖ и интерстициальной жидкости; легко изменяемый при сдвигах paCO2 Ответ: увеличение вентиляции, гипервентиляция Периферические хеморецепторы Каротидные тела 3 типа нейронных компонентов тип I (клубочковые) тип II (оболочка, покрытие) окончания чувствительных нервов Каротидные нервы (черепные) – IX, глоссо-фарингеальный Стимулы: paCO2 и pH paO2 (особенно < 60 mmHg) Ответ: увеличение вентиляции Обусловливают 15% вентиляционного драйва в покое У новорожденных: гипоксия подавляет вентиляцию за счет прямого угнетения центров продолговатого мозга Кривые ответа CO2 Хроническая гипоксемия (годы) Каротидные тела теряют ответ на гипоксемию Пример: цианоз при застойной сердечной недостаточности (после восстановления нормоксии ответ восстанавливается) Хроническая дыхательная недостаточность с гиперкапнией Гипоксемические стимулы каротидных хеморецепторов становятся главными стимулами дыхательных центров. Назначение кислорода может привести к гиповентиляции со значительным подъемом paCO2 Дыхательные объемы и емкости • Объем вдоха – Tidal Volume (TV) – 500 ml - (здоровый мужчина) • Резервный объем вдоха – Inspiratory Reserve Volume (IRV) – 3100 ml • Резервный объем выдоха – Expiratory Reserve Volume (ERV) – 1200 ml • Жизненная емкость – Vital Capacity (VC) – 4800 ml – VC=TV+IRV+ERV • Остаточный объем – Residual Volume (RV) – 1200 ml • Общая емкость легких – Total Lung Capacity – TLC=VC+RV – 6000 ml Дыхательные объемы и емкости Объемы легких: норма и патология 125 IRV % Normal TLC 100 VC ERV IRV 75 TV VC TV 50 ERV 25 IRV FRC VC RV TV ERV FRC FRC RV RV 0 Normal Obstructive Restrictive Давление Внутригрудное давление • Всегда описывается относительно атмосферного – Внутрилегочное давление – давление внутри альвеол – Внутриплевральное давление – давление в плевральной полости Взаимозависимость давлений • Внутрилегочное и интраплевральное давления изменяются в зависимости от фазы дыхания • Внутрилегочное давление в конечном счете всегда выравнивается с атмосферным • Интраплевральное всегда меньше внутрилегочного и атмосферного Взаимозависимость давлений • Разнонаправленные силы легких – Эластичность легких вызывает движение в сторону минимально возможного размера – Поверхностное натяжение альвеолярной жидкости противодействует спадению альвеол • Эластичность грудной стенки тянет легкие в сторону расширения Коллапс легких • Наступает при выравнивании внутрилегочного и интраплеврального давлений • Транспульмональное давление поддерживает легкие в открытом состоянии – Транспульмональное давление – разница между внутрилегочным и интраплевральным давлениями Вдох Выдох Биомеханика Физические факторы, определяющие вентиляцию: резистивность • Трение неэластичных компонентов, вызываемое потоком газа • Соотношение между потоком (F), давлением (P), и резистансом (R): P F= R Сопротивление дыхательных путей • Повышение резистивности – затрудненное дыхание • Значительная констрикция или обструкция бронхов (бронхиол) приводит к: – Затруднению искусственной вентиляции – Остановке дыхания во время тяжелой атаки бронхиальной астмы • Выброс адреналина расширяет бронхиолы и снижает сопротивление Легочный комплайенс • Легкость с которой легкие могут быть растянуты • В частности – изменение легочного объема в ответ на изменение транспульмонального давления • Определяется двумя основными факторами – Растяжимостью легочной ткани и грудной клетки – Поверхностным натяжением в альвеолах Альвеолярное поверхностное натяжение • Поверхностное натяжение – выстраивание молекул рядом друг с другом на границе жидкость-газ • Жидкость, покрывающая альвеолярную поверхность, обусловливает тенденцию к уменьшению их размера • Сурфактант (естественный фофсолипидный комплекс) – снижает поверхностное натяжение и предотвращает альвеолы от спадения Факторы, снижающие Блокада бронхиол-альвеол секретом или жидкостью легочный комплайенс • Рубцовая ткань или фиброз легких • • Уменьшение продукции сурфактанта • Уменьшение податливости или растяжимости грудной клетки – Деформации грудной клетки – Оссификация хрящевой ткани – Паралич межреберной мускулатуры Газообмен Легочный газообмен • Толщина стенки альвеолы ~ 0.1 µm • Площадь дыхательной поверхности ~ 70 m2 • В покое эритроциты находятся в легочных капиллярах 0.75 с (капиллярное время диффузии) – При максимальной нагрузке 0.4-0.5 с • Достаточно для обмена CO2 • Погранично для обмена O2 Газообмен в легочных капиллярах (O2 и CO2) PO2 = 40 PCO2 = 46 Газообмен и транспорт Транспорт кислорода • ~98% O2 транспортируется в связанном с Нb состоянии Транспорт углекислого газа • Растворенный в плазме (~7%) • Связанный с Hb (~20%) • В виде бикарбонат иона (~75%) CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- CO2 транспорт Гемоглобин • Состоит из 4 железосодержащих молекул гема • Обратимо связывается с O2 – оксигемоглобин • Эффект Бора – O2 связывающая способность изменяется при колебаниях: – Температуры – pH – P O2 – PCO2 – 2,3-DPG (дифосфоглицерат) Транспорт кислорода = 27, норма взрослого (19, плод/новорожденный) Дыхательный центр Двухкомпонентная модель Полное давление: P = PEEXP + PДИН + РСТАТ Динамический компонент: PДИН = RF; Статический компонент: РСТАТ = V/C; P = PEEXP + RF + V/C Дыхательная мускулатура Мышцы спокойного дыхания Механизм дыхания Полость носа Бронхиальное дерево Респираторная зона Респираторная зона Респираторная зона Доля, сегмент, ацинус Доля, сегмент, ацинус Доля, сегмент, ацинус Спирометрия Двухкомпонентная модель P = PEEXP + RF + V/C F = dV/dt P = PEEXP + RdV/dt + V/C V = F(t)dt P = PEEXP + RF + (F(t)dt)/C Расчет растяжимости С PPLAT = PPEAK – PДИН = PСТАТ + PEEXP PСТАТ = V/C = PPLAT – PEEXP C = V/(PPLAT – PEEXP) Нормальные значения С Здоровые взрослые: 80–100 млсм вод. ст.–1 Взрослые на ИВЛ: 50–100 млсм вод. ст.–1 (0,5–1 лкПа–1) Длительная ИВЛ: 50–60 млсм вод. ст.–1 Грубая патология: <30 млсм вод. ст.–1 С контура СС: 2–5 млсм вод. ст.–1 Расчет сопротивления R PДИН = RF = PPEAK – PPLAT R = (PPEAK – PPLAT)/F; но при dF/dt = 0, F = VT/TI R = (PPEAK – PPLAT)TI/VT Нормальные значения R Женщины: 0,0330,012 см вод. ст.минл–1 (0,20,07 кПасл–1) Мужчины: 0,0280,012 см вод. ст.минл–1 (0,170,07 кПасл–1) На фоне ИВЛ: 0,2 см вод. ст.минл–1 (1,2 кПасл–1) Явная обструкция: >0,33 см вод. ст.минл–1 (>2 кПасл–1 ) Ограничение линейной зависимости PPLAT(VT) Ограничение линейной зависимости РДИН(F) PДИН = K1F/r4 + K2F2/r5 Трехкомпонентная модель Инерционный компонент: Pин = IdF/dt P = PEEXP + PДИН + РСТАТ + PИН P = PEEXP + RF + V/C + IdF/dt P = PEEXP + RdV/dt + V/C + Id2V/dt2 P = PEEXP + RF + (F(t)dt)/C + IdF/dt Система внешнего дыхания как колебательный контур Система внешнего дыхания как колебательный контур Петля «давление – объем» Работа дыхания W W P V V2 W P(V )dV V1 Работа дыхания W WA = OAInBC WB = ODInEFC Работа дыхания W WВЫД = ABEx WВЫД = DFEx WЭЛ = ODFC WРЕЗ = DInEF Работа дыхания W W = 0,7 –1 Дж/л WЭЛ 70% WРЕЗ 30% Работа самостоятельного дыхания
