Физиология дыхания для анестезиологареаниматолога Лекция доцента кафедры анестезиологии

Физиология дыхания для анестезиологареаниматолога Лекция доцента кафедры анестезиологии Говоровой Н. В. 1

l Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих окислительновосстановительный метаболизм в организме, т. е. поступление кислорода извне, его утилизацию клетками, образование углекислоты и удаление ее из организма. Дыхание Внешнее Внутреннее 2

3

Недыхательные функции легких: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Защитная Фильтрационная Фибринолитическая и антикоагулянтная Синтез и деструкция белков и липидов (сурфактант) Синтез, хранение и избирательная деструкция БАВ (кинины, простогландины) Участие в водном балансе, теплопродукции и теплоотдаче Гемодинамическая функция 4

Дыхательная функция легких Осуществляется благодаря 3 процессам: l Вентиляция альвеол воздухом l Диффузия газов через альвеолокапиллярную мембрану l Перфузия легочных капилляров l 5

Показатели вентиляции Частота дыхания – f l Дыхательный объем – Vt l Минутный объем дыхания – f * Vt l Ритм дыхания l Альвеолярная вентиляция l 6

Легочные объемы ДО Vt Объем газа, вдыхаемого или выдыхаемого при каждом дыхательном цикле 500 РО вдоха IRV Максимальный объем газа, который можно вдохнуть после обычного вдоха 3000 РО выд ERV Максимальный объем газа, который можно выдохнуть после обычного выдоха 1100 ОО RV Объем газа, остающийся в легких в конце максимального выдоха 1200 ОЕЛ TLC ДО+РОвдоха+РОвыд+ОО 5800 ФОЕ FRC ОО+РО выдоха 2300 7

Показатели спирограммы 8

Функциональная остаточная емкость легких l l Объем легких в конце свободного выдоха Определяется равновесием эластических сил грудной клетки и легких Это тот объем, от которого начинается вдох при спокойном дыхании Измеряется с помощью специальных методик – вымывание азота, поглощение гелия, с помощью общей плетизмографии 9

Факторы, влияющие на величину ФОЕ l l l Антропометрические характеристики – ФОЕ прямо пропорциональная росту Пол – у женщин ФОЕ на 10% меньше, чем у мужчин Ожирение снижает ФОЕ за счет снижения растяжимости грудной стенки Патология легких – рестриктивные нарушения характеризуются снижением растяжимости легких и/или грудной стенки, что всегда сопровождается снижением ФОЕ Тонус диафрагмы - хороший тонус диафрагмы способствует увеличению ФОЕ Положение тела 10

Влияние положения тела и вида анестезии на ФОЕ ЖЕЛ ФОЕ 11

Изменение показателей спирограммы при патологии легких Показатель Виды нарушений в легких Рестриктивны Обструктивные е Умеренные Выраженные Форсир ЖЕЛ ↓↓ N ↓ Индекс Тиффно ↓↓ ↓ ↓↓ ФОЕ ↓ N ↑ ОО ↓ N ↑ ОЕЛ ↓ N ↑ 12

Механика дыхания Вдох – активный процесс l l Инспираторный мышцы Главные: l l Диафрагма - двигательные центры C 3 -C 4 -C 5 Наружные межреберные мышцы - иннервация межреберными нервами из грудных сегментов Поражение спинного мозга выше С 5 вызывает полную утрату самостоятельного дыхание. l Вспомогательные : лестничные мышцы и кивательные мышцы. 13

Выдох – при спокойном дыхании происходит пассивно l Экспираторные мышцы: l Внутренние межреберные мышцы l Мышцы передней брюшной стенки 14

Изменение давлений во время дыхания 15

Во время ИВЛ Внутриплевральное давление – во время вдоха повышается от – 5 см вод ст до +3 см вод ст (конец вдоха) инверсия внутриплеврального давления l Внутриальвеолярное давление увеличивается в конце вдоха становится выше атмосферного инверсия внутриальвеолярного давления l 16

Влияние анестезии на дыхание l l Переход из положение стоя в положение лежа → роль межреберных мышц уменьшается, преобладает брюшной дыхание. Диафрагма смещается на 4 см краниальнее, что делает ее сокращения более эффективными. В положении больного на боку в условиях СД лучше вентилируется ниже расположенное легкое, оно же лучше перфузируется кровью (в силу гравитации легочной кровоток в ниже расположенном легком больше) 17

Влияние анестезии на дыхание l l В условиях наркоза и ИВЛ - ниже расположенное легкое вентилируется ХУЖЕ, но лучше перфузируется кровью → насыщение артериальной крови О 2 снижается за счет недонасыщения крови в ниже расположенном легком - эффект шунтирования При вскрытой грудной клетке на стороне выше расположенного легкого изменения еще более усиливаются - эффект гипервентиляции верхнего легкого (в 2, 5 раза больше, чем нижнего) 18

Влияние анестезии на дыхание Вне зависимости от вида анестетика поверхностная анестезия → нарушения ритма или задержка дыхания. l При использовании эфира → дыхание учащенное и поверхностное l При использовании N 2 О и наркотических анальгетиков → медленное и глубокое дыхание l 19

Минутная альвеолярная вентиляция Va = (Vt - Vd) * f Va = 3, 5 -4, 5 л/мин 20

«Мертвое» пространство - Vd Vd = 2. 22 * МТ ~ 150 мл анатомическое мертвое пространство 21

Факторы, влияющие на величину анатомического мертвого пространства Интубация трахеи, трахеостомия – уменьшают Vd на 50% l Ваголитики, адрено - и симпатомиметики – увеличивают Vd до 30 % l Повышение давления в дыхательных путях на 10 мм рт ст увеличивает Vd на 50% l 22

Физиологическое мертвое пространство l Vd/Vt в норме 0, 25 -0, 4 Pa CO 2 -Pet. CO 2 Pa CO 2 l Vd/Vt = l Vd/Vt – увеличивается при нарушении перфузии в альвеолах (эмболия сосудов) Vd/Vt – уменьшается при нарушениях вентиляции в альвеолах (ателектазы) l 23

Расчет параметров ИВЛ По А. И Левшанкову: МВЛ (Ve в мл/мин) = 60 -65 мл/кг – аппарат «Фаза» МВЛ (Ve в мл/мин) = 70 мл/кг – аппарат РО По Т. М. Дарбиняну: Ve (л/мин) = МТ в кг/10 + 1 24

Расчет параметров ИВЛ Vt – 300 -600 мл – по номограмме Рэдфорда. Поправки к дыхательному объему: l При хронической ДН ↑ на 10% l При гипертермии ↑ на 10% на каждый градус свыше 37 l При метаболическом ацидозе ↑ на 20% l Для получение режима умеренной гипервентиляции ↑ на 30% 25

Сопротивление дыхательных путей l Эластическое (6070%): l l Растяжимость грудной клетки Силы поверхностного натяжения l Неэластическое (3040%): l l Аэродинамическое сопротивление воздухоносных путей Сопротивление тканей 26

Растяжимость l Растяжимость (комплайнс) используется в качестве меры эластической тяги Изменение объема легких Сл = Изменение транспульмон. давления Сл = 150 -200 мл/см вод ст Изменение объема грудной клетки С гк = Изменение трансторакального давления С гк = 200 мл/см вод ст 27

Силы поверхностного натяжения l Закон Лапласа : поверхностное натяжение l Давление = 2 х l Риск коллапса альвеол возрастает, когда увеличивается поверхностное натяжение или уменьшается размер альвеол. Сурфактант снижает поверхностное натяжение. l радиус 28

Сурфактант Продуцируется альвеолярными эпителиальными клетками II типа l Способность сурфактанта снижать поверхностное натяжение прямо пропорциональна его концентрации внутри альвеолы. Альвеолы перерастянуты → сурфактант становится менее концентрированным → поверхностное натяжение возрастает. l Конечный эффект стабилизация альвеол маленькие защищены от дальнейшего спадения большие от перераздувания 29

Аэродинамическое сопротивление зависит от типа воздушного потока Ламинарный Турбулентный 30

Для ламинарного потока: ΔP Δ P градиент давления l. V= R aw Raw – аэродинамическое l сопротивление l Raw = 8 хl хη π х r 4 31

Для турбулентного потока: Плотность газа l ΔP = V 2 х r 5 l l l Аэродинамическое сопротивление - величина непостоянная, оно возрастает пропорционально величине газового потока Аэродинамическое сопротивление в значительной степени зависит от радиуса дыхательных путей. В номе составляет 0, 5 -2 см вод ст /л /с. Наибольшее сопротивление создают бронхи среднего калибра. 32

Причины повышения аэродинамического сопротивления l Бронхоспазм, l Обструкция бронхиальным секретом l Отек слизистой 33

Кривые давление-объем 34

Диффузия l Обусловлена проницаемостью альвеолокапиллярной мембраны. Закон Фика: 35

Площадь альвеоло - капиллярного барьера в легких - 50 -100 м 2 l Толщина менее 0, 5 мкм l Разность парциальных давлений l l РО 2 вен – 40 мм рт ст l РО 2 альвеол - 100 мм рт ст l РСО 2 вен – 46 мм рт ст l Р СО 2 альвеол - 38 -40 мм рт ст l Растворимость СО 2 значительно выше, чем у О 2, поэтому СО 2 диффундирует через ткани в 20 раз быстрее, чем О 2. 36

Поглощение О 2 в легочном капилляре Недостаточности диффузии СО 2 практически не бывает. А гиперкапния чаще всего связана с неадекватной 37 вентиляцией.

Состав сухого воздуха в процентах Кислород Углекислый Азот и газ инертные газы Вдыхаемый 20, 9% 0, 03% 79, 04% воздух Выдыхаем ый воздух 16, 0% 4, 5% 79, 5% Альвеоляр 14, 0% ный газ 5, 5% 80, 5% 38

Парциальное давление кислорода и углекислого газа в различных средах Среда Альвеолы Артериальная кровь Венозная кровь Ткани Кислород, мм рт ст 100 -85 Углекислый газ, мм рт ст 100 -85 38 -40 40 -50 46 -48 10 -20 50 -60 38 -40 39

РО 2 в альвеоле (Comroe F. ) Pa. O 2 = P bar x Fi. O 2 – Pa CO 2/RQ RQ – respiratory quotient = 0, 8 -1, 0 При дыхании воздухом: Pa. O 2 = 760 x 0, 21 – 40/0, 8 =159 -50=109 мм рт ст PO 2 в альвеолярном воздухе снижается за счет присутствия углекислого газа и паров воды 40

При гиповентиляции и дыхании воздухом Pa. O 2 =760 x 0, 21 – 60/0, 8 =159 -75 =84 мм рт ст ↓ Гиперкапия усиливает снижение Pa. O 2 в альвеолярном газе. На фоне оксигенотерапии: Pa. O 2 =760 x 0, 4 – 60/0, 8 =304 -75 = 229 мм рт ст На фоне ОДН - оксигенотерапия способна подавить гипоксическую стимуляцию дыхания и вызвать апноэ. Необходимо протезирование дыхания - ИВЛ 41

ПЕРФУЗИЯ СЛС 150 -200 Дин*с/см-5 ОПСС 900 -1400 Дин*с/см-5 42

Особенности легочного кровотока 1. 2. 3. МКК- система низкого давления Высокий емкостный резервуар, СЛС существенно отличается от ОПСС Неравномерность перфузии легких 43

Вентиляционно - перфузионные отношения Вентиляция 4 л/мин Кровоток 5 л/мин Вентиляционно - перфузионный коэффициент 4/5 = 0, 8 44

Рефлекс Эйлера- Лильестранда l Выражается в развитии вазоконстрикции и уменьшении объема кровотока в той зоне легких, где развивается альвеолярная гипоксия, а также увеличении кровообращения в зонах хорошо оксигенированных альвеол. → в нормальных условиях организм располагает механизмом, позволяющим приспособить альвеолярную перфузию к существующей в данный момент вентиляции → это важнейший механизм, уменьшающий внутрилегочное шунтирование и предотвращающий гипоксемию 45

Рефлекс Эйлера- Лильестранда Гипоксия – важнейший стимул легочной вазоконстрикции. Вазоконстрикция происходит как при гипоксии в легочной артерии, так и при альвеолярной гипоксии, однако СТИМУЛИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ ПОСЛЕДНЕЙ гораздо более выражен. Этот рефлекс реализуется благодаря: 1. Прямому действию гипоксии на легочные сосуды 2. Преобладание выработки сосудосуживающих лейкотриенов над продукцией сосудорасширяющих простогландинов 3. При гипоксии подавляется образование оксида азота. ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АНАЛГЕЗИИ этот рефлекс ВЫКЛЮЧАЕТСЯ. 46

Регионарные различия вентиляционноперфузионных соотношений РА – альвеолярное давление Ра - артериальное давление Рv - венозное давление Рi – интерстициальное давление 47

Шунты В физиологии дыхания под шунтированием понимают возврат десатурированной смешанной венозной крови из правых отделов сердца в левые без насыщения кислородом в легких. l Шунт «справа – налево» l 48

49

Внутрилегочный шунт - QS/QT Норма 5 -8% от СВ Расчет QS/QT при Pa. O 2 более 150 мм рт ст: 0, 0031 x (PAO 2 -Pa. O 2) QS/QT= 0, 0031 x (PAO 2 -Pa. O 2) +(Ca. O 2 -Cv. O 2) Расчет QS/QT при Pa. O 2 менее 150 мм рт ст: Cс. O 2 -Cа. O 2 QS/QT = Ca. O 2 -Cv. O 2, где Сс. О 2 – содержание О 2 в крови легочных капилляров 50

Легочный шунт l l Легочный: Физиологический (наличие коллатералей) Патологический: l l l Внелегочный: патологический – пороки сердца со сбросом крови справа налево РДСВ Пневмония Ателектазы 51

Изменения РО 2 в процессе переноса кислорода от атмосферного воздуха к тканям 52

Кривые, демонстрирующие влияние различного по величине шунта на ра. О 2 53 Fi. O 2

Артериальная гипоксемия l Влияние возраста на величину Ра. О 2 = 102 – возраст/3 Диапазон значений от 60 до 100 мм рт ст – при дыхании воздухом Гипоксемия - Ра. О 2 < 60 мм рт ст 54

Артериальная гипоксемия l Низкое альвеолярное напряжение О 2 (РАО 2): l l Низкое Fi. O 2 во вдыхаемой смеси Альвеолярная гиповентиляция Эффект третьего газа (диффузионная гипоксия) Высокий альвеолярно-артериальный градиент по кислороду: l l l Шунтирование «справа - налево» Значительная доля участков легких с низким вентиляционно - перфузионным соотношением Низкое напряжение О 2 в смешанной венозной крови: Низкий СВ l Высокое потребление О 2 l Низкая концентрация Hb l 55

Кислородный резерв остатки кислорода в легких (соответствует величине ФОЕ) l кислород, находящийся в связи с гемоглобином и миоглобином l кислород, растворенный в жидкостях организма l 56

Основной резерв О 2 – ФОЕ = 2300 мл l Если больной перед апноэ дышит атмосферным воздухом Fi. O 2 0, 21: 2300 x 0, 21 = 480 мл – кислородный резерв l Если больной дышит чистым О 2: 2300 х 1 = 2300 мл –кислородный резерв l Важность проведения преоксигенации перед индукцией анестезии 57

58