ФИЗИОЛОГИЯ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ДЕТЕЙ

Внешнее дыхание, являясь этапом процесса дыхания, осуществля-ет газообмен между внешней средой и организмом. Задача функции внешнего дыхания — артериализация крови в легких путем обогащения ее кислородом и выведения избытка углекислоты.

Характеристика функции внешнего дыхания считается полной, если проведена оценка легочных объемов, легочной вентиляции, биомеханики дыхания, равномерности распределения вдыхаемого воздуха и вентиляционно-перфузионных отношений, диффузи-онной способности легких, газов крови и КОС (кислотно-основного состояния).

Особенности исследования внешнего дыхания у детей. Тесты, рассчитанные на активное участие обследуемого (пробы с форсированным выдохом и пробы с физической нагрузкой), удается полноценно выполнить у большинства детей 6 лет и старше и лишь у 50% детей 5 лет.

Дети грудного возраста не противодействуют активно обсле-дованию, поэтому их можно обследовать более полно, чем детей 1—3 лет. Детям 4—5 лет можно провести ряд исследований, но при большой затрате времени на установление контакта с ребен-ком.

Оценка результатов исследования внешнего дыхания у детей должна не только опираться на возрастные нормы, но и учитывать физическое развитие детей и половые различия и пубертатном периоде. Это заставляет отдавать предпочтение должным величинам показателей функции внешнего дыхания, обычно отражающим их зависимость от роста и пола детей. Масса тела меньше влияет на параметры внешнего дыхания.

Рис. 3. Легочные объемы и емкости (схема). Объяснение в тексте. РОЕД ЕВ ЖЕЛ ОЕЛ ДО ФОЕ ООЛ /

Рис.

гелия.

I— норма; II — у больного с обструкцией; ^ и ^ — время 90% смешивания воздуха, находящегося в легких, с гелиево-воздуш- ной смесью в спирографе. При обструкции это время значительно больше, чем у здорового.

Легочные объемы и емкости представлены на рис. 3, где ОЕЛ — общая емкость легких: объем газа, содержащийся в легких после максимального вдоха; ЖЕЛ — жизненная емкость легких: максимальный объем газа, выдыхаемый после максимального вдо- ха; ООЛ — остаточный объем легких: объем газа, остающийся в легких после максимального выдоха; ФОЕ — функциональная остаточная емкость: объем газа, находящийся в легких после спокойного выдоха; РОВд — резервный объем вдоха: максимальный объем газа, который можно вдохнуть от уровня спокойного вдоха; РОвыд — резервный объем выдоха: максимальный объем газа, который можно выдохнуть после спокойного выдоха; ЕВ — емкость вдоха: максимальный объем газа, который можно вдохнуть от уровня спокойного выдоха; ДО — дыхательный объем: объем газа, вдыхаемый или выдыхаемый за 1 дыхательный цикл.

ЖЕЛ, ЕВ, РОвд, РОвыд и ДО измеряют при помощи спирографа. Для измерения ОЕЛ, ФОЕ, ООЛ применяется метод разведения гелия в закрытой системе (прибор ПООЛ-1). Принцип метода заключается в том, что при дыхании воздухом с 3 — 4% гелия в закрытой системе происходит выравнивание концентраций га-

1 д

зов в спирографе и легких (рис. 4). Измерив исходную и конечную концентрации гелия и зная объем спирографа, можно рассчитать ФОЕ:

Д АНеИСх. ЛНекон. — концентрация гелия в процентах в начале; и в конце исследования,VCn- — объем спирографа, включая «мертвое пространство» прибора.

После измерения ФОЕ записывается спирогЛамма и проводится расчет ООЛ = ФОЕ — РОвыД; ОЕЛ = ЖЕЛ + ООЛ.

ФОЕ можно также измерять методом вымывания азота т ЛеГКИХ. Ребенок ДЫШИТ 100% КИСЛОРОДОМ В Течение 7 МИН, ВЫДЫ' хаемый газ собирают в большой спирометр (тина Тиссо) и в ней измеряется концентрация азота на газоанализаторе (азотограф.

Расчет проводится по формуле: ФОЕ{л)= у ™ ¦ У (л),

где FN2 кон.— конечная концентрация азота в спирометре после* вымывания его из легких, %; FAN2— альвеолярная концентраций азота до вдыхания кислорода, %; V — объем газа в спирометре ь конце исследования.

При измерении ФОЕ обследуемого нужно подключить к системе в конце спокойного выдоха.

Оба описанных метода позволяют измерить объем газа лишь в вентилируемых областях легких, сообщающихся с атмосферой,, БГО (внутригрудного газа объем), включающий невентилируе- мые участки, измеряется методом общей плетизмографии. В ГО превышает ФОЕ'у здоровых детой в среднем па 5%. Разность БГ<> и ФОЕ, выраженную в процентах ВГО, называют объемом задержанного газа (ОЗГ).

Метод общей плетизмографии основан на законе Бойля — Ма~ риотта, согласно которому произведение объема газа на его давление является постоянной величиной. На рис. 5, А показана- схема измерения ВГО методом общей плетизмографии.

На оси абсцисс регистрируется изменение давления в герметически закрытой кабине, соответствующее изменению объема грудной клетки при дыхании (AV). Одновременно на ось ординат подается сигнал, соответствующий изменениям давления во* рту пациента (ДР,П), которые отражают колебания внутриаль- веолярного давления при перекрытии потока воздуха. Формула

вычисления ВГО: ВГО = — (В —47)'Ki-K2-K3, где tga отражает

tga

пропорциональность AV и ДРт; (В —47) —барометрическое давление за вычетом давления паров воды при температуре тела;. Ki— коэффициент пересчета единиц давления в систему СИ; К2— соотношение объема тела и объема камеры; Кз— масштаб ре-

ХР,

Табппца 1. Регрессионные уравнения для вычисления должных величин показателей функции вн 4—16 лет по росту {в формулах Р-рост в метрах, Р*-рост в сантиметрах) Должные вел Показатель, единила измерения Регрессионное уравнение 110 см Объем форсированного выдоха за 1 с, л-с~' [Ширяева И. С., 1978] 4,34-Р— 3,76 (м) 3,53-Р— 2,79 (д) 1,01 1,09 Максимальная вентиляция легких, л-мин-1 [Ширясна И.

[Ширяева И. е., 1978]

мм рт. ст. (л-с-1) 0,92e1'861* <м, Д) 7,1 Максимальная объемная скорость, л-с на разном уровне форсированной жизненной емкости легких, % 25% ФЖЕЛ O/i?le'^ P (м, д) 2,68 [Савельев Б. П., 1983]

50% ФЖЕЛ 75% ФЖЕЛ 25—75% ФЖЕЛ U,179e1.s«'p(м, д) 0,081е2'0!в'р (м, д)

0)1462,019 Р (М> д) 1,52

0,79 1,35 Общая емкость легких, л [Weng Т. К., Le vison H., 1969] 0,160e0'021'р* (м, д) 1,612 Жизненная емкость легких, л [Weng T. R., Levison H., 1969] 0.146е°>019ЭГ* (м, д) 1,303

Функциональная остаточная емкость; л [Weng Т. R., Levison Н., 1909] 0,067е°'М11-р* (м, д) 0,682 Остаточный объем легких, л [Wong Т. R., Levison П., 1909] 0,033е°'021'р* (м, д) 0,332 Впутригрудной объем газа, мд [Заплетал А., 1978] lg ВГО=2,6434-lg Р*—2,482 (м, д) 807 см вод. ст.

Бронхиальное сопротивление,

л-с

[Заплетал А., 1978] lg B1W=6,2344—2,6558 lg Р* (м, д) 6,5 мл

Статическая растяжимость,

см вод, ст.

[Заплетал А., 1978] anti IgCst=2,0812-lg Р*—2,3699 (м, д) 76 мл

Динамическая растяжимость,

СМ вод. lOT.

[Заплетал А., 1978] anti lgCd Уп=2,9073 ¦ lg Р*—4,3074 ( м, д) 42 Давление эластической тяги легкого на разном уровне общей емкости легких (в процентах),

100% ОЕЛ

см вод. ст, [Заплетал А., 1978] 90% ОЕЛ

60% ОЕЛ —28,1 4-56.5 -Р—9,52-Р2 (м, д) — 7,724-20,04-Р—1,86-Р2 (м, д) 8,33 -Р—4,95 (м, д) 22,5 12,1 4,2

Рис. 5, Измерение ВГО (Л) и бронхиального сопротивления (Б) методом общей плетизмографии. Объяснение в тексте.

гистрации АУ и ДРга на приборе. При измерении бронхиального сопротивления (рис. 5, Б) па ось абсцисс подается сигнал, соот-ветствующий изменениям альвеолярного давления при дыхании (ДРА) , па ось ординат — давление в пневмотахографической трубке, отражающее объемную скорость потока воздуха (АУ) на вдохе и выдохе обследуемого.

Результаты исследования легочных объемов оценивают путем сравнения с должными величинами, рассчитанными по регрессионным уравнениям, отражающим связь объемов с ростом детей (табл.

ЖЕЛ имеет значение для оценки вентиляционной способности легких в целом. ЖЕЛ спижается в результате влияния многих факторов, как внелегочных (мышечная слабость, высокое стояние диафрагмы, деформация грудной клетки, недостаточная подвижность ребер), так и легочных: обструкция воздухоносных путей (ограничение РОвыд), ограничение растяжимости легких, утрата части функционирующей легочной паренхимы (рестрикция), например, пневмония, плеврит, резекция леших. Рестрикция ведет обыЧНО К уменьшению РОвд.

ООЛ 1в норме у детей младшего возраста составляет не более , 25% ОЕЛ, у старших — не более 30% ОЕЛ, Увеличение абсолют- РОСТ, си ОЕЛ, л ЖЕЛ, л ФОЕ, л ОО, л РОСТ, см — 190 - - В,0 6,0 — 3,5 1,0 ¦

190 — — 180 —- 7,0 — 5 0 — 3,0 — 1,4 180 — 170 — 6,0 — — 2,5 — 1,2 170 -I 160 — 5,0 — 4,0 — 2,0 — 1,0 160 — 1 — 1,8 0,9 — 4,0 — 3,0 — 1,6 — 0,8 150 — НО 1-3,0 — — 1,4 —1.2 — 0,7 0,6 140 — — 130 — 2,5 — 2,0 — 1,8 — 1,0 — 0,9 =-0,5 — 0,45 тзо — 120 — 2,0 — 1.6 — 0,4 120 — О

I I [ I I I I I I — 1,8 — 1,6 — 1,4 — 0,8 — 0,7 — 0,35 по — - — 1,5

1.4 1,2 0,3 "Е — 100 — 1,3 — 1,0 — 0,6 100 ~ Ряс. 6. Номограмма для определения должных величин легочных объе* шов у детей по росту.

ного значения ООЛ, указывающее на гиперинфляцию легких, характерно для обструкции бронхов, особенно мелких.

ФОЕ — более постоянная величина, чем ООЛ, и изменяется при патологии меньше. В норме ФОЕ у детей составляет 42 — 45% ОЕЛ, ВГО — 49% ОЕЛ. Увеличение ФОЕ и ВГО указывает на

обструкцию воздухоносных путей. Вместе с тем гиперинфляция может быть компенсаторной, так как она увеличивает эластическую тягу, расширяющую просвет воздухоносных путей. Длительная стойкая гиперинфляция, сопровождающаяся нарушением распределения вдыхаемого воздуха, может указывать на разрушение эластических структур легких.

Механика дыхания. Различные части дыхательного аппарата имеют определенные механические свойства. При дыхании осуществляется работа по перемещению различных частей аппарата дыхания и вентиляции.

Эластические свойства легких оценивают по 'величине отрицательного внутригрудного давления, которое действует на легкие при разном их наполнении воздухом в квазистатических условиях. Иначе говоря, измеряется эластическая тяга, удерживающая легкие в растянутом состоянии. Эта тяга подобна эластической пружине, которая стремится сократиться до исходного положения. Внутригрудное (транспульмональное) давление равно- разпости между впутриплекральньш давлением и давлением 1В полости рта. В современных методиках вместо плеврального давления измеряется давление в пищеводе, так как колебания пищеводного и плеврального давления при дыхании равны.

Давление в пищеводе измеряют катетером с тонкостенным баллоном, содержащим 0,2—0,4 мл воздуха. Баллон вводится в нижнюю треть пищевода через нижний носовой ход и затем соединяется с манометром ппевмотахографа. Одновременно с пищеводным регистрируется давление в полости рта, а также легочный объем. Для этой цели синхронно записывают пневмота- хограмму. Подобные измерения наиболее удобно проводить на установке для общей плетизмографии или на пневмотахографе с интегратором. По кривым давление — объем, записанным во время медленного выдоха ЖЕЛ (рис. 7), измеряют внутригрудное давление в положении глубокого вдоха (100 и 90% ОЕЛ), а также при меньших легочных объемах (например, 60 и 50% ОЕЛ). Как видно на рис. 7, при диффузном пневмофиброзе отмечается непропорционально маленький прирост объема легких (AV) на единицу внутригрудного давления (ДР), снижена растяжимость легких. У больной бронхиальной астмой (рис. 7, III) растяжимость легких (С = ДУ/ДР) увеличена почти вдвое против нормы. На этих же кривых по их наклону в средней части выдоха определяется статическая растяжимость легких:

Статическая растяжимость, таким образом, показывает, насколь- •

Рис. 7. Кривые давление — объем у здорового ребенка И лет (а), у больного диффузным пневмосклерозом 12 лет (б) и у больной 13 лет с тяжелой формой бронхиальной астмы (в).

ко изменяется объем легких (AV) при изменении транспульмо- нального давления (ЛР).

Можно записывать кривые давление — объем как при медленном вдохе, так и при медленном выдохе; запись на выдохе лучше отражает эластические свойства легких, так как при изменении объема от OEJI до ООЛ меньше сказывается влияние сил поверхностного натяжения [Кузнецова В. К., 1980]. Во івремя медленного выдоха иногда производят многократное прерывание потока воздуха автоматической заслонкой для получения статических условий измерения транспульмонального давления на разных уровнях объема легких.

При процессах, сопровождающихся бронхиальной обструкцией и вздутием легких, растяжимость легких увеличивается. При этом большей частью отношениеCst:ФОЕ остается нормальным. Однако у некоторых детей, длительно болеющих бронхиальной астмой, обнаруживают измененияPsiиCst,указывающие на вторичную эмфизему легких [Заплетал А., 1978]. При хронической пневмонии, когда в легких есть как сегменты с ограниченным пневмосклерозом, так и участки с компенсаторным вздутием, наблюдается негомогенность эластических свойств легких.Pstна разных уровнях ОЕЛ изменяется по-разному: при 100 или 90% ОЕЛPstможет оказаться увеличенным, а при 60, 50% ОЕЛ — сниженным. При диффузном фиброзе легких у детей отмечается увеличениеPstи снижениеCst,характерные для «жесткого» или «ригидного» легкого.

Рис. 8. Петли бронхиального сопротивления и ВГО у здорового ребенка 10 лет (а) и у больного- с обструкцией этого же возраста (б); петли бронхиального сопротивления (в) и ВГО (г) у ребенка 1 мес.

Кривые давление — объем во время дыхания отражают динамическую растяжимость легких. Она больше зависит от состояния бронхиальной проходимости.

Показатели проходимости воздухоносных путей можно разделить на две группы: измеряемые при спокойном дыхании и при форсированном. При спокойном дыхании измеряется показатель, называемый «бронхиальным сопротивлением» (Raw)- Этот показатель представляет собой изменение альвеолярного давления (ДРд), которое необходимо для продвижения по воздухоносным путям воздуха со скоростью 1 л/с. Пневмотахограмма спокойного дыхания дает возможность измерить скорость потока воздуха у рта. Для измерения ДРд применяется метод Вьюлемье, основанный на допущении, что при кратковременном прерывании потока'

Рис. 9. Спирограмма ФЖЕЛ в норме (А) и при обструкции (Б).

А

воздуха давление в полости рта и в альвеолах мгновенно выравнивается. Давление, измеряемое в момент прерывания, принимают за РА. Этот метод, однако, при патологии занижает величину Raw, из-за того, что не успевает произойти выравнивание давления во всех областях легких.

Более точно Raw измеряют методом общей плетизмографии, когда колебания альвеолярного давления во время дыхания ре-гистрируют по пропорциональным им колебаниям давления внутри герметичной кабины, в которой находится обследуемый (см. рис. 5). Одновременно измеряется скорость потока воздуха у рта посредством пневмотахографической трубки, соединенной с манометром. Петли Raw записываются на двухкоордипатном самописце (рис. 8). Для получения коэффициента пропорциональности изменений давления в кабине и но рту, необходимого для расчета Raw и ВГО, в конце выдоха поток перекрывают; обследуемый при этом должен сделать попытку вдоха. Наклон петли Raw (А-Р) (см. рис. 5) отражает проводимость воздухоносных путей, а изменение ее формы (изогнутость, расширение) может указать на негомогенность механических свойств легких и генерализованную обструкцию.

Чувствительным показателем бронхиальной обструкции является удельная бронхиальная проводимость (УБП), представляющая собой отношение проводимости (Gaw) — обратной величи- пы RaWк ВГО. "УБП у здоровых детей 6—15 лет не зависит от возраста и мало зависит от роста, поэтому за норму принимается

Рис. 10. Кривые поток — объем у здорового (А) и у больного с обструкцией (Б).

ее средняя величина, равная 0,193±0,044 л/с/(см. вод. ст.) -л.

Большое количество показателей, отражающих бронхиальную проходимость, регистрируется при форсированном выдохе объема, соответствующего ЖЕЛ. По спи- рограмме определяют простейшие показатели — объем форсированного выдоха за 1 с (ОФВ^ и отношепие ОФВі ко всему объему форсированного выдоха ЖЕЛ, выраженное в процентах (тест Тиффно) — рис. 9.

Если можно регистрировать ФЖЕЛ с большой скоростью (1200 мм/с), из спирограммы ФЖЕЛ извлекается большая информация: измеряется скорость выдоха на участке от 25 до 75% ФЖЕЛ. Проведя касательные к кривой ФЖЕЛ, можно измерить скорости потока на разных участках (Vso, У7 5 и др.). В настоящее время получила распространение регистрация кривых поток — объем, которые дают наиболее полное представление о продвижении воздуха по дыхательным путям и об уровне, на котором имеется сопротивление потоку (рис. 10).

Легочная вентиляция представляет собой конвективный перенос вдыхаемого газа по воздухоносным путям к зоне внутриаль- веолярноы диффузии. По модели Э. Р. Веибеля (1970) коядук- тивную (воздухопроводящую) зону составляют перзые 16 поколений дихотомического деления воздухоносных путей; 17—19-е поколения (терминальные и респираторные бронхиолы) являются переходной зоной, в которой перенос газа осуществляется путем конвекции и диффузии одновременно. Далее в альвеолярных ходах и мешочках происходит диффузионный перенос молекул кислорода к альвеолярно-капиллярной мембране и молекул углекислого газа в обратном направлении. При вдохе фронт диффузии, отделяющий вдыхаемый воздух от альвеолярного, проходит в участке ацинуса, где величина транспорта газа путем диффузии и конвекции одинакова. Эта граница условно отделяет мертвое пространство воздухопосных путей от респираторной зоны альвеол.

Воздухоносные пути, которые не участвуют в газообмене, составляют анатомическое мертвое пространство (Voan). В реаль-г ных условиях объем, в котором не происходит газообмен, не постоянный: чем больше МОД, тем больше скорость вдоха и тем

дистальнее расположена условная граница между вдыхаемым и альвеолярным газом. Расчеты показывают, что при спокойном дыхании эта граница проходит в области 16-й генерации, а при усиленном — в области 19-й генерации [Шик Л. Л., 1980]. Альвеолы, в которых не происходит адекватный газообмен вследствие недостаточной перфузии, в сумме сVDanсоставляют функ-циональное, или физиологическое, мертвое пространство (Voph).

Альвеолярная вентиляция (Уд) составляет тем большую долю МОД, чем глубже дыхание, и наоборот, при поверхностном и частом дыхании отношение Уд/МОД уменьшается.

Техника определения МОД, ДО и частоты дыхания, например, с помощью спирографа проста. Измерение Уд более сложно из-за трудностей определения состава альвеолярного воздуха. Минутная альвеолярная вентиляция рассчитывается по формуле Бора:

где FiC02, FEC02И FACOS— концентрации углекислого газа в процентах во вдыхаемом, смешанном выдыхаемом и альвеолярном воздухе, У — минутный объем дыхания.

Для определенияFEC02выдыхаемый воздух собирается в мешок Дугласа либо в смесительную коробку; регистрируется кап- нограмма и заFAC02принимают концентрацию углекислого газа в конце выдоха (end tidal, е —t). Если на капнограмме имеется плато, что свидетельствует о приблизительной синхропноети поступления альвеолярного газа из разных областей легких, то можно считатьFe-tC02 отражающей более точно средний состав альвеолярного газа (рис. 11). Отсутствие плато указывает на неравномерность альвеолярной вентиляции и различия временных констант опорожнения разных альвеол при выдохе. В таком случае предлагается принять РдС02 равным парциальному напряжению углекислоты в артериальной крови РаС02 и рассчитывать Уд и Уорь по следующим формулам:

где f — число дыханий в минуту.

Недостатком этого способа является игнорирование альвеоло- артериальной разности РС02, а также вносится ошибка, связан-

где УС02 — минутный объем выделения углекислого газа; 0,863 — коэффициент пересчета, связанный с переходом от концентраций к парциальным давлениям и из условий BTPS (газ при температуре тела, окружающем давлении, насыщенный водяными нарами) в условия STPD (сухой газ при 0°С и 760 мм рт. ст.):

РД СО

Б

1 неравномерностью альвеолярной вентиляции (Б). Скорость прироста РдСОг У больного увеличена, на капнограммо- отсутствует плато.

Рис. 11. Капнограмма здорового ребенка (А) и больного о

А

t — время поступления возду-

Рд> Ра>Р

но-перфузионные отношения в разных зонах легких в положении стоя (схема).

ха из альвеол в секундах.

ная с беспокойством ребенка при взятии крови; при обследовании детей следует предпочесть способ, при котором за FACOJ принимают Fe-tCCb.

Мерой эффективности легочной вентиляции служит отношение мертвого пространства к дыхательному объему (УЭ/УТ), для определения которого достаточно зарегистрировать FEC02 и FAC0 2:

'з

Ур

Ут /дСОа

Это отношение у здоровых детей 6 — 15 лет в положении сидя равно 0,35. Значения УА колеблются у здоровых детей в широких пределах. Мерой адекватности альвеолярной вентиляции являются нормальные значения газов артериальной крови.

Распределение вдыхаемого газа. Под равномерным распределением вентиляции понимают одинаковое отношение объема вдыхаемого воздуха к объему альвеолярных пространств в разных регионах легких; даже в норме распределение вдыхаемого воздуха происходит не вполне равномерно.

Воздух, поступающий в альвеолы, в разных легочных регионах имеет неодинаковый состав вследствие асимметрии интра- ацинарного ветвления. Каждая из многих миллионов альвеол имеет свою конечную вентиляцию (V), перфузию ж диффу

зию (DL).

Одним из физиологических механизмов неравномерности V и Q является фактор гравитации. В вертикальном положении в верхних долях легких отношение V/Q высокое, в нижних — низкое {рис. 12). В этом положении (стоя) внутриплевралъное давление (РрО от основания к верхушкам легких снижается по отношению к атмосферному. Чем ниже Ppi, тем более растянуты

альвеолы. Давление в альвеолах на уровне спокойного выдоха не отличается от атмосферного во всех зонах легких. Величина кровотока от верхушек легких к основанию увеличивается. На рис. 12 показано соотношение давлений в альвеолах (РА), В легочных артериях (Ра) и легочных венах (Pv), которое влияет на распределение кровотока. При физиологических режимах дыхания такая неравномерность не приводит к гипоксемии и считается нормальной.

При болезнях легких неравномерность вентиляции может значительно возрастать, при этом уменьшается площадь функционирующих альвеолярно-капиллярных мембран и нарушается нормальный газообмен.

Из многочисленных методов исследования равномерности распределения вентиляции наибольшее применение у детей имеет определение индекса эффективности смешивания гелия (ИЭС). Ис-ходные данные для расчета ИЭС получают при определении ФОЕ по разведению гелия в закрытой системе. Расчет ведется по спи- рограмме и кривой разведения гелия. ИЭС представляет собой процентное отношение числа дыханий обследуемого, которое потребовалось для смешивания гелия, равного 90%, в системе легкие — спирограф, к логарифму числа дыханий, теоретически необходимого при идеально равномерном распределении в легких вдыхаемого воздуха. У здоровых молодых людей ИЭС в среднем равен 76%. У детей, по нашим данным, ИЭС выше; значения менее 70% указывают на неравномерность распределения вдыхаемого воздуха.

Второй метод, также удобный для обследования детей, так как не требует сотрудничества обследуемого, основан на вымывании азота из легких при дыхании чистым кислородом (так называемый метод множественных дыханий в открытой системе).

Постепенное снижение концентрации азота (до 2%) в выдыхаемом воздухе регистрируется самописцем малоинерционного газоанализатора (масс-спектрометр, например, МХ-6202, СССР)Т его концентрацию при каждом выдохе наносят на полулогарифмическую шкалу и строят график ее зависимости от числа дыханий (рис. 13). Подсчитывают число дыханий, необходимых для 90% очищения легких от азота, а также число дыханий, затраченных на снижение концентрации азота в выдыхаемом воздухе- до 2%. Индексы очищения легких от азота — ИОЛ (lung clearance- index) вычисляются как отношение фактического (гф) и теоретически рассчитанного (гт) числа дыханий для идеально равномерной вентиляции.

Теоретическое число дыханий рассчитывается по формулам:

log 0,02 log (О ' 1 logo»

Р к

ю го зо

Число дыханий б

Рис. 13. Кривые очищения легких от азота при дыхании кислородом у здорового (а) и у больпого с неравномерным распределенам вдыхаемого газа (б). Объяснение в тексте.

ю 20 ап

Число ДЫХйНИЙ

а

где о) — фактор разведения, определяемый по формуле:

ФОЕ

ш

Ф0Е+ (Кт—

Чем ниже ИОЛЮ!Й и ИОЛг%, тем больше выражена неравномерность вентиляции. Распределение вдыхаемого газа определяют также по кривой очищения легких. При идеальной равно-мерности зависимость логарифма концентрации азота от числа вдохов кислорода представляет собой прямую линию, что характерно для однокомпонентной модели легких. При неравномерном распределении вдыхаемого кислорода медленное вымывание азота дает более наклонную кривую, характерную для 2—3 (и более) компонентных моделей легких. Чем более нелинейна зависимость ^N2 от числа дыханий, тем более неравномерна вентиляция (см. рис. 13).

Критерием неравномерности распределения вдыхаемого газа в легких может служить суммарное количество кислорода, которое необходимо для того, чтобы концентрация азота в последней порции выдоха снизилась до 2%. Если его объем превышает ФОЕ •больше чем в 10 раз, то есть выраженная неравномерность вентиляции легких.

Вентиляционно-перфузионные отношения в легких и газы кро - «н. Для нормального газообмепа в легких необходимо соответствие не только вентиляции объему легких (равномерная вентиляция), но и вентиляции объему легочного кровотока для легких в целом и для отдельных его участков.

В норме средняя величина V/Q колеблется от 0,8 до 1,0, в среднем составляет 0,86.

Под действием гравитации в вертикальном положении человека через нижние зоны легких протекает основная масса крови",

Рие. 14. Кривая диссоциации кислорода. Прерывистая линия — положение кривой при рН 7,45; сплошная линия — при рН 7,4, прерывистая линия с точками —• при рН 7,35.

а через верхние — очень небольшая. Кроме гравитации, на распределение кровотока влияют различия растяжимости разных участков легких.

По расчетам, проведенным Л. Л. Шиком, если 20% общего» легочного кровотока приходится на невентилируемые участки легких, то возникает начальная гипоксемия РаСЬ (75 мм рт. ст.)- Если в легких имеются участки с V/Q ниже 0,2 и через эти зоны проходит более 50% кровотока, то РаОг опускается ниже 50 мм рт. ст. При этом избыточная вентиляция части альвеол способствует выведению углекислого газа, но при дыхании атмосферным воздухом существенно не увеличивает оксигенацию крови. Как видно из кривой диссоциации кислорода (рис. 14), при РО? выше 70 мм рт. ст. кровь практически полностью насыщена кислородом. Оттекающая из гипервентилируемых участков кровь имеет не повышенное, а нормальное количество кислорода, а недостаточно оксигенировапная кровь, оттекающая от невентили- руемых альвеол, создает артериальную гипоксемию; при дыхании кислородом повышение РдОг устраняет артериальную гипо- ксемию и снижает альвеолярно-артериальный градиент по кислороду. Если же имеется шунтирование венозной крови внеле- гочного происхождения (например, врожденные пороки сердца) либо венозная кровь протекает через совершенно невентилируе- мые участки легких, то DA-a02 при дыхании кислородом резко увеличивается, артериальная гипоксемия лишь немного уменьшается и насыщение артериальной крови кислородом остается сниженным.

Методы оценки неравномерности. Существует много способов: выявить неравномерность распределения V/Q в легких, однако да- эке показатели, имеющие цифровые выражения, не отражают количественно неравномерность У/Р, а лишь указывают на ее наличие. В большинстве случаев для характеристики У/Р приходится шолагаться на исследование газов крови и альвеолярного воздуха (табл. 2). Чем больше у больного выражена гипоксемия, тем

Таблица 2. РО2 и С02 в артериализованной капиллярной крови у здоровых детей Возраст РО3, мм рт. ст. кровь ИЗ МОЧКИ уха (М±т) Р С О а , мм рт. СТ., кровь ИЗ МЯКОТИ пальца (М±ш) От 3 мес до 1 года 6 мес 86,7 ±1,48 30,8 ±0,80 о = ±10,0 О- ±5,42 •От 5 до 10 лет 95,6 ±1,58 35,3 ±0,94 о = ±6,90 о = ±3,76 От 11 до 17 лет 92,1 ±1,14 39,8 + 1,26 ст= ±7,04 а = ±4,74

•больше оснований предполагать неравномерность РаС02 за

висит от состояния альвеолярной ьентиляции и не используется

для оценки равномерности В то же время РаСОэ важно для

•суждения о величине для легких в целом: снижение РаС02

характерно для высокого отношения и наоборот, артериаль

ная гиперкапния характерна для низкой Уд и низкого отношения

Для определения Ра02 принято использовать капиллярную кровь из мочки уха, смазанной гидеремирующей мазью финаль- гон. Кровь из мякоти пальца даже при предварительном прогревании руки (ИЛИ ноги грудного ребенка) имеет Р02 на 10—15 мм рт. ст. ниже, чем кровь из мочки уха, и ее исследование дает только приблизительное представление об артериальной гипоксе- мии. Самые точные результаты получаются при исследовании крови из артерии, взятой в шприц без контакта с воздухом; это особенно важно при исследовании DA-302 при дыхании кислородом. Перед взятием крови из лучевой артерии необходимо удостовериться, что имеется пульсация локтевой артерии, так как при врожденном отсутствии локтевой артерии тромбоз лучевой •артерии может серьезно нарушить кровоснабжение руки.

РС02 капиллярной крови из мякоти пальца дает достаточную информацию для клинической оценки состояния больного.

При исследовании DA-a02, РА02 МОЖНО определить непосредственно на масс-спектрометре или оксиграфе (например, «Районе Годарт») как среднюю величину Р02 в конце спокойных выдохов, например, за 30 с.

Можно рассчитать DA-a02 и по «идеальному» Р02, которое оп-ределяется по уравнению:

где РАС02 принимается равным РаС02.

Величина DA-302 при этом зависит от того, насколько велика венозная примесь из альвеол с низким ^р, т. е. в первую очередь определяется степенью снижения Ра02, но не отражает влияние областей с высоким ^р. Как доказано рядом исследователей, в реальных условиях Da-AC02 существует и отражает величину «альвеолярного» мертвого пространства. Чем больше имеется об-ластей с высоким ^р, тем больше Da-AC02.

Величина DA-a02, представляющая собой разность Pe-t02 и Р02 крови, взятой из мочки уха (ем. табл. 5), у детей несколько выше, чем у взрослых, у которых она равна 5 —10 мм рт. ст. Da-AG02 у детей широко варьирует из-за трудно устранимых погрешностей, прежде всего из-за беспокойства ребенка во время исследования, влияющего как на РаССЬ, так и особенно на РСО2 в конце выдоха (задержка дыхания либо гипервентиляция). Вентиляцию легочных единиц с высоким ^р может отражать величина ^рИ и ее отношение К VT.

Большое распространение также имеют капнографичеокие показатели. Один из них представляет собой разность РС02 в конце спокойного выдоха и глубокого выдоха, произведенного после спокойного вдоха.

'2.

Д РС02 = pd_eco2—Pe.tCO:

где Pd-e — парциальное напряжение углекислого газа в конце глубокого выдоха (deep expiration, d — е, глубокий выдох). Эта разность в большей степени отражает структурные единицы легкого с низким РСОг, т. е. гиповентилируемые по отношению к кровотоку. Величина РСОг в конце глубокого выдоха у больных с обструкцией нередко превышает среднее РаС02. В норме у здоровых детей 6 —16 лет ДРС02 равна 3,6 ±0,28 мм рт. ст. (верхняя граница нормы 6,5 мм рт. ст.). Другой капнографический тест

неравномерности V/Q — это скорость прироста РС02 в альвеолярной фазе. Эта скорость (PC02/t) тем больше, чем остроконечнее капнограмма одиночного выдоха, т. е. чем больше асинхронность поступления углекислого газа из альвеол при выдохе и чем больше различия в составе альвеолярного газа в разных регионах легких. У детей 6—16 лет (PC02/t) в норме не превышает 8,4 мм рт. ст./с.

Диффузионная способность легких. Атмосферный воздух на вдохе поступает в альвеолярные ходы путем объемного переноса. В дистальных отделах (начиная с 17—19-го поколения дихотомически делящихся бронхов) конвекционное перемещение газа сочетается с диффузионным. Далее вдыхаемый газ путем акси-

альной и радиальной диффузии достигает альвеолярно-капилляр- ной мембраны. Альвеолярно-капиллярный газообмен происходит в области межальвеолярной перегородки, содержащей капилляры. Средняя толщина барьера составляет 1,3 мкм. Площадь альвеолярной поверхности зависит от объема легких, но не вся площадь доступна для газообмена, а лишь та, которая контактирует с капиллярами. Эта площадь — уже не морфометрический, а физиологический параметр.

По первому закону Фика, скорость диффузии прямо пропор-циональна площади поверхности раздела, градиенту концентраций диффундирующего вещества и обратно пропорциональна толщине барьера. Физиологический показатель — диффузионная способность легких (ДСЛ), представляет собой скорость перенос са газа из альвеол в кровь легочных капилляров на единицу градиента парциальных напряжений этого газа. ДСЛ измеряется в миллилитрах газа, поглощенного в легких за 1 мин на 1 мм рт. ст. градиента давления газа между альвеолами и кровью легочных капилляров. Определение количества поглощенного газа не представляет технической трудности и проводится прямым способом. В то же время точное и непосредственное экспериментальное измерение альвеолярно-капиллярного градиента практически нереально. Определение ДСЛ для кислорода представляет наиболь-ший теоретический и практический интерес, но не нашло применения в клинической физиологии, так как невыполнимо беэ катетеризации правого сердца и артериальной пункции. В настоящее время широко применяется исследование ДСЛ по окисв углерода, которая имеет высокое сродство к гемоглобину в мгно- . венно поглощается эритроцитами, т. е. ее напряжение в плазм© крови легочных капилляров практически равно нулю; для определения альвеолярно-капиллярного градиента достаточно определить РАСО.

При полном исследовании Д С Л (БЬ) наряду с определением общей величины показателя измеряют также мембранный (БМ) и кровяной ^е-9) компоненты. Зависимость между компонентами диффузионной проводимости выражается уравнением:

где Vе — объем крови в легочных капиллярах, в — сродство окиси углерода л гемоглобину.

При измерении ДСЛ по окиси углерода наиболее широко используют метод устойчивого состояния и метод одиночного вдоха»

По методу устойчивого состояния обследуемый в течение 5— 6 мин вдыхает из мешка смесь воздуха и окиси углерода (концентрация окиси углерода 0,03—0,05%). Выдыхаемый газ собирается в другой мешок. Конечные порции выдыхаемого газэ (принимаемые за средний альвеолярный газ) направляются череэ установленный у рта газоотборник в газоанализатор, откуда возвращаются в мешок для сбора выдыхаемого газа. Устойчивое со*

стояние констатируется тогда, когда концентрация окиси углерода в альвеолярном воздухе становится постоянной.

где FiCO, FECO И FACO — концентрация окиси углерода соответственно во вдыхаемом, выдыхаемом и альвеолярном газе; V — минутный объем дыхания; (В —47) —барометрическое атмосферное давление за вычетом давления водяных паров: коэффициент пересчета ЕЛСС В РАСО.

Эта методика не требует сотрудничества обследуемого и может выполняться как в покое, так и при физической нагрузке. Основным источником ошибок при отборе конечных порций выды-хаемого газа может быть малый дыхательный объем.

Метод одиночного вдоха требует двух чувствительных газоанализаторов для определения концентрации окиси углерода и гелия.

С возрастом ДСЛ увеличивается значительно интенсивнее у мальчиков, чем у девочек. К 15—16 годам ДСЛ достигает значений молодых взрослых. Отмечается положительная связь ДСЛ с возрастом, ростом и площадью поверхности тела. Разница ДСЛ между мальчиками и девочками пубертатного возраста объясня-ется главным образом различиями в росте и величине легочных объемов. Разработаны регрессионные уравнения для практического вычисления должной ДСЛ у детей 6—16 лет в зависимости от роста (см. табл. 1). ДСЛ/ЖЕЛ в среднем в покое равняется 4,9 мл/(мин/мм рт. ст.) и не отличается от таковой у молодых взрослых.

Исследование ДСЛ при стандартной физической нагрузке устраняет ряд факторов, которые могут внести ошибку при измерении в покое (произвольная гипервентиляция, малый дыхательный объем, неравномерное дыхание). Важно, что измерение при нагрузке позволяет оценить величину ДСЛ, менее зависящую от

неравномерности ^р, чем при измерении в покое. Стандартная нагрузка на велоэргометре 1 Вт/кг (средняя частота сердцебиений при этой нагрузке около 120 уд/мин) увеличивает ДСЛ в среднем в 2 раза.

Величина ДСЛ при нагрузке еще больше зависит от объема легких, чем в покое (г = 0,86). На рис. 15 представлены графики регрессионных уравнений ДСЛ по ЖЕЛ в покое и при нагрузке.

дел, мл

I I | I < | I I 2,0 2,5 3,0 3.5 4,0 4,5 5,0 5,5 МЕЛ, я

Рис. 15. Зависимость диффузионной снособ- ности легких (ДСЛ) от ЖЕЛ в покое (1), пра физической нагрузка

(1 Вт/кг) на велоэрго- вгетре (2). Прерывистой линией обозначена rpot- ница доверительного интервала.

По современным представлениям, ДСЛ определяется не анатомической площадью альвеолярно-капиллярной мембраны, а количеством функционирующих легочных единиц, т. е. эффективной площадью газообмена. В связи с этим сниженная ДСЛ при болезнях легких не указывает непременно на дефект альвеоляр- но-капиллярной диффузии, это чаще связано с неэффективностью контакта газа и крови. Этим объясняется уменьшение ана- чоний ДСЛ при значительной неравномерности ^р, наблюдае- мой при многих бронхолегочных заболеваниях у детей [Марков Б. А., 1977].

Возрастные отличия и должные величины. В настоящее время клиническая физиология дыхания опирается на многочисленные экспериментальные данные о возрастных особенностях функции внешнего дыхания у людей.

Оценка результатов функциональных исследований по возрастным нормам имеет серьезное обоснование: она лучше отражает изменения функции в процессе развития и лучше выявляет половые различия возрастной динамики. Однако для выявления патологических отклонений функции легких подобная оценка малопригодна ввиду различий физического развития детей одного возраста. Большая часть функциональных параметров дыхания теснее связана с антропометрическими данными детей, чем с их возрастом. Таким образом, возрастная динамика функции внешнего дыхания у детей в основном обусловлена увеличением размеров тела. Большая часть показателей (легочные объемы, мертвое пространство и проводимость воздухоноспых путей) наиболее тесно коррелирует с длиной тела (ростом). ДСЛ в одинаковой степени коррелирует с ростом и площадью поверхности тела. МОД и альвеолярная вентиляция в наибольшей мере зависят от должного основного обмена.

Связь некоторых показателей с ростом экспоненциальная, особенно у мальчиков, так как в подростковом периоде увеличение легочных объемов обгоняет рост тела. Меньшие, чем у взрослых, показатели некоторых дыхательных функций нельзя безоговорочно считать признаком незрелости или несовершенства органов дыхания у детей. Так, известно, что у детей проходи- мость дыхательных путей для одной и той же вентиляции мень-ше, чем у взрослых. Однако, поскольку фактические значения вентиляции и объемные скорости вдоха и выдоха у детей также меньше, чем у взрослых, то проводимость адекватна вентиляционной функции легких; так называемое высокое бронхиальное сопротивление в детском возрасте не имеет физиологического значения. Удельная бронхиальная проводимость не зависит от возраста и роста детей и практически не отличается от таковой у взрослых, Несмотря на меньшую мышечную силу и малую пиковую скорость выдоха, маленькие дети способны выдохнуть в первую секунду большую часть ЖЕЛ, чем старшие дети и взрослые. В детском возрасте нормативы теста Тиффно отличаются от таковых у взрослых.

Дыхательный аппарат у детей 4—16 лет функционально полноценный. Легкие детей осуществляют вентиляцию и газообмен для обеспечения высоких метаболических потребностей растущего организма. Меньшие, чем у взрослых, сила дыхательных мышц и величины легочных объемов адекватны антропометрическим данным детей и не свидетельствуют о функциональной слабости дыхательного аппарата.

Отклонение функциональных показателей от должных величин позволяет диагностировать дыхательную недостаточность, а также установить форму и степень расстройств функции внешнего дыхания.