Клиническая физиология дыхания Дыхательная система Дыхательный

Клиническая физиология дыхания

Дыхательная система • Дыхательный центр • Проводящие пути, диафрагмальные и межреберные нервы • Дыхательные мышца (прежде всего, диафрагма) • Легкие

Работа дыхания (W) = ∆ Р х ∆V • Обеспечивается мышцами вдоха • Энергия тратится на преодоление: - сопротивления дыхательных путей воздушному потоку - эластического сопротивления легочной ткани (растяжимости) ↑ сопротивления компенсируется ↑ работы дыхания В норме на работу дыхания идет 2 -3% потребляемого О 2 При патологии на работу дыхания может идти до 40% потребляемого О 2

Ра. СО 2 ( р. Н) О 2 Дыхательный центр Инициация вдоха Сокращение диафрагмы

Влияние содержания углекислого газа на минутную вентиляцию легких Ра. СО 2 40 45 мм рт. ст. Ра. СО 2 4, 5 л Частота и глубина дыхания VЕ 9 л

Выделение углекислого газа в легких СО 2 обладает хорошей растворимостью в воде и липидах СО 2 легко проникает через альвеолярно-капиллярную мембрану РАСО 2 ≈ Ра. СО 2 Перенос зависит от градиента концентрации

Содержание углекислого газа в артериальной крови Продукция углекислого газа (VCO 2) Ра. СО 2 Альвеолярная вентиляция (VA)

Парциальное давление углекислого газа Ра. СО 2 = k x VCO 2/VA VA = VE -VD Pa. CO 2 = k x VCO 2/(VE –VD)

Причины повышения содержания углекислого газа в крови (гиперкапнии) Ра. СО 2 Pa. CO 2 2 =kkx x. VCO 2/(VEЕ--VVD Pa. CO = x VCO 2 /VE E -VD ) V 2 V VD /V D • Повышение продукции углекислого газа • Снижение альвеолярной вентиляции – Снижение минутной вентиляции легких – Увеличение вентиляции мертвого пространства, в том числе, относительное

Относительное увеличение объема мертвого пространства Частота дыхания VE = VA + VD VE Время вдоха Податливость легких и грудной клетки Слабость дыхательных мышц Дыхательный объем Объем мертвого пространства не меняется ! Альвеолярная вентиляция Минутная вентиляция легких возрастает Возрастает вентиляция мертвого пространства

Относительное увеличение мертвого пространства Частота дыхания Дыхательный объем Минутная вентиляция Объем мертвого пространства Вентиляция мертвого пространства альвеолярная вентиляция VА = VЕ - VD 10 600 6 000 150 1 500 4 500 20 500 10 000 150 3 000 7 000 30 400 12 000 150 4 500 7 500 40 300 12 000 150 6 000 50 200 10 000 150 7 500 2500

Вентиляционная дыхательная недостаточность • снижение альвеолярной вентиляции

Вентиляционная дыхательная недостаточность Ра. СО 2 = k x VCO 2/ VA Ра. СО 2 • Снижение альвеолярной вентиляции Возрастание Ра. СО 2 – гиперкапния

Вентиляционная дыхательная недостаточность Центральная ОДН угнетение дыхательного центра Нейро-мышечная ОДН – нарушение проведение импульса к дыхательным мышцам и патология мышц

Центральная ОДН – Медикаментозное воздействие (опиаты, барбитураты, бензодиазепины, препараты для наркоза) – Повреждение ствола мозга (инсульты, травмы, опухоли) • Снижение ЧД, ДО • Патологический ритм дыхания • Кома

Нейро-мышечная ОДН • • Синдром Гиена-Баре Тяжелая полинейропатия Полиомиелит, ботулизм Отравление нейро-мышечными ядами (ФОС) Миопатия, миастения Гипофосфатемия Разрыв диафрагмы, переломы ребер Утомление дыхательных мышц (тяжелые нарушения обмена веществ, интоксикация, шок) • Снижение ДО • Возрастание ЧД • Жалобы на одышку • Возбуждение больного

Проникновение кислорода в кровь зависит от: – Количества кислорода в альвеолах – РАО 2 – Состояния альвеолярно-капиллярной мембраны – Соотношения вентиляции и перфузии

Расчет парциального давления О 2 в альвеолах (РАО 2) Вдыхаемый воздух Pb = 760 мм рт. ст. Fi. O 2 = 0, 21 или 21% Насыщение парами воды (47 мм рт. ст. ) P = Pb - PH 2 O = 760 – 47 = 713 мм рт. ст. Fi. O 2 = 0, 21 или 21% Рi. О 2 = Fi. O 2 х Р = 0, 21 х 713 = 150 мм рт. ст. Вытеснение части О 2 углекислым газом РАО 2=Pi. O 2 - PАCO 2/RQ РАО 2 = 150 – 40/0, 8 = 100 мм рт. ст. РАО 2 = Fi. O 2 x (Pb – PH 2 O) – PACO 2/RQ

Влияние содержания углекислого газа в крови на оксигенацию крови в легких СО 2 вытесняет кислород в альвеолах РАСО 2 ≈ Ра. СО 2 РАО 2 = Рi. О 2 - РАСО 2/RQ РАСО 2

Вентиляционная ДН Гиперкапния ↓ Р АО 2 Гипоксемия

Снижение РАО 2 при снижении атмосферного давления РАО 2 = Fi. O 2 x (Pb – PH 2 O) – PACO 2/RQ 1000 м РАО 2 = 0, 21 x (734 – 40) – 40/0, 8 = 96 мм рт. ст. 2000 м РАО 2 = 0, 21 x (569 – 36) – 40/0, 8 = 62 мм рт. ст. • 1000 м 734 мм рт. ст. • 2000 м 569 мм рт. ст. • 3000 м 526 мм рт. ст. 3000 м РАО 2 = 0, 21 x (526 – 32) – 40/0, 8 = 54 мм рт. ст.

Перенос кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану по градиенту давлений О 2 О 2 О 2 Давление О 2 около 100 мм рт. ст. О 2 О 2 Давление О 2 ~ 40 мм Hg О 2 О 2 О Давление О 2 ~ 2 О 2 90 мм Hg О О 2 2

Повреждение альвеолярно капиллярной мембраны 100 мм рт. ст. О 2 О 2 40 мм рт. ст. 60 мм рт. ст.

Показатели диффузии кислорода через альвеолярнокапиллярную мембрану – Альвеолярно-артериальная разница (градиент): А-а(РО 2)= РАО 2 -Ра. О 2 – артериально-Альвеолярное соотношение: а/А (РО 2)= Ра. О 2/РАО 2

Влияние возраста на альвеолярноартериальную разница по кислороду Влияние концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе на А-а(РО 2) и а/А (РО 2) возраст Ра. О 2 А-а(РО 2) 20 84 -95 4 -17 30 81 -92 7 -21 40 78 -90 10 -24 60 50 75 -87 14 -27 50 60 72 -84 17 -31 40 70 70 -81 21 -34 80 67 -79 25 -38 а/А (РО 2) А-а(РО 2) мм рт. ст. 1, 0 0, 8 0, 6 30 0, 4 20 0, 2 10 На соотношение а/А (РО 2) Fi. O 2 почти не влияет Fi. O 2 % 20 40 60 80 100

Индекс оксигенации – артериально-Альвеолярное соотношение: а/А (РО 2)= Ра. О 2/РАО 2 = Fi. O 2 x (Pb – PH 2 O) – PACO 2/RQ РАО 2 ≈ Fi. O 2 Индекс оксигенации = Ра. О 2/Fi. O 2

Индекс оксигенации - Ра. О 2/Fi. O 2 – Норма > 400 – В случае нормальной альвеолярной вентиляции: – Ра. О 2/Fi. O 2 < 300 - острое повреждение легких – Ра. О 2/Fi. O 2 < 200 - тяжелое повреждение легких (острый респираторный дистресс-синдром)

Вентиляционно-перфузионное соотношение (V/Q) в норме Почти каждая функционирующая (вентилируемая) альвеола окружена функционирующим (перфузируемым) капилляром V/Q=0. 85 -0. 95

Снижение вентиляционноперфузионного соотношения Преобладание перфузии: плохо вентилируемые альвеолы окружены нормально перфузируемым капилляром. Возникает шунтирование крови справа налево (V/Q < 0. 8)

Возрастание А-а(РО 2) и снижение А/а (РО 2): – Нарушение диффузии кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану – свидетельствует о шунтировании крови О 2 О 2

Повышение вентиляционноперфузионного соотношения Преобладание вентиляции: нормально вентилируемые альвеолы окружены плохо перфузируемым капилляром. Возникает физиологическое мертвое пространство (V/Q > 0. 8)

Обогащение венозной крови кислородом • Увеличивается содержание растворенного кислорода в плазме крови (Ра. O 2) • Связывание гемоглобина эритроцитов с кислородом (насыщение) (Sa. O 2) Са. О 2 = растворенный О 2 + связанный с гемоглобином О 2

Количество растворенного кислорода • Растворимость кислорода составляет 0, 03 мл/ мм рт. ст. Количество растворенного O 2 = 0, 03 х Ра. О 2 Растворенный O 2 = 0, 03 х 90 = 2, 7 мл/л крови

Кривая диссоциации гемоглобина (капилляры легких) Sа. O 2 (%) 98 73 Оксигенация в легких 40 (вена) 90 Ра. O 2 (мм рт. ст. )

Кривая диссоциации гемоглобина (периферические ткани) Sа. O 2 (%) 98 75 40 (вена) Отдача О 2 тканям 90 Ра. O 2 (мм рт. ст. )

Sа. O 2 (%) Критическое значение Sa. O 2 и Ра. О 2 98 90 60 90 Ра. O 2 (мм рт. ст. )

Сдвиг кривой диссоциации гемоглобина вправо Sа. O (%) 2 90 60 75 Ра. O 2 (мм рт. ст. )

Причины, приводящие к сдвигу кривой вправо • Повышение температуры тела • Ацидоз • Повышение содержания СО 2 (Ра. СО 2) • Повышение содержания 2, 3 дифосфоглицерата (промежуточный продукт гликолиза)

Сдвиг кривой диссоциации гемоглобина влево Sа. O (%) 2 90 50 60 Ра. O 2 (мм рт. ст. )

Причины, приводящие к сдвигу кривой влево • Снижение температуры тела • Алкалоз • Снижение содержания СО 2 (Ра. СО 2) • Снижение содержания 2, 3 дифосфоглицерата • Карбоксигемоглобин • Фетальный гемоглобин

Количество кислорода, связанного с гемоглобином • 1 г гемоглобина может максимально связать 1, 34 мл О 2 Количество связанного O 2 с Hb = 1, 34 х Sа. О 2 x Hb О 2 гемоглобина = 1, 34 х 0, 98 х 150 = 197 мл/л

Общее содержание кислорода в крови Са. О 2 растворенный О 2 0, 03 х Ра. O 2 связанный с гемоглобином О 2 1, 34 х Sa. O 2 х Hb Са. О 2 = 0, 03 х Ра. O 2 + 1, 34 х Sa. O 2 х Hb Са. О 2 в норме = 0, 003 х 90 + 1, 34 х 98 х 150 = 200 Сv. О 2 = 0, 03 х Рv. O 2 + 1, 34 х Sv. O 2 х Hb Сv. О 2 в норме = 0, 03 х 40 + 1, 34 х 75 х 150 = 151

Паренхиматозная дыхательная недостаточность • Нарушение работы альвеолярнокапиллярной мембраны • Шунтирование крови • Физиологическое мертвое пространство

Паренхиматозная дыхательная недостаточность • Тахипноэ, одышка, возбуждение • Гипоксемия • Изменение индексов альвелярно-капиллярного переноса: – Снижение а/А (РО 2), Ра. О 2/Fi. O 2 – возрастание А-а(РО 2) • Как правило, гипо- или нормокапния • Снижение растяжимости легочной ткани, повышение сопротивления воздухоносных путей + тахипноэ – повышение работы дыхания

Виды паренхиматозной дыхательной недостаточности • Торако-диафрагмальная ОДН • Обструктивная ОДН • Рестриктивная ОДН • Перфузионная ОДН

Торако-диафрагмальная ОДН • коллабирование альвеол и ограничение их расправления в результате сдавления легких извне: – Пневмоторакс – Гидроторакс – Повышение внутрибрюшного давления • Напряженный асцит • Парез кишечника

Обструктивная ОДН • возникает в результате острого нарушения проходимости дыхательных путей на любом уровне: – Западение языка, – аспирация, – инородное тело в гортани, трахее, бронхах – Опухоли с обтурацией трахеи и крупных бронхов – Воспалительный отек голосовых связок, подсвязочного пространства – Скопление мокроты в бронхах (при нарушении дренажной функции) – Острый бронхоспазм

Патогенез обструктивной ОДН Обструкция дыхательных путей Увеличение сопротивления дыхательных путей Регионарная неравномерность вентиляции легких Шунтирование крови Увеличение работы и кислородной цены дыхания

Рестриктивная ОДН • Острое нарушение растяжимости (податливости) легочной ткани • Ателектазирование участков легких • Заполнение альвеол экссудатом/транссудатом • Утолщение альвеолярно-капиллярной мембраны Нарушение транспорта газов через альвеолярнокапиллярную мембрану Шунтирование крови Гипоксемия

Причины рестриктивной дыхательной недостаточности • Распространенные пневмонии • • Острый респираторный дистресс-синдром Аутоиммунное поражение легочной ткани (фиброзирующий альвеолит, синдром Гудпасчера, болезнь Вегенера) • Кардиогенный отек легких

Перфузионная ОДН • снижение поступления крови по ветвям легочной артерии и увеличение физиологического мертвого пространства V/Q > 1 Уменьшается реальная площадь газообмена Гипоксемия и гиперкапния

Смешанная дыхательная недостаточность Паренхиматозная ДН ↓ растяжимости легочной ткани + тахипноэ ↑ работа дыхания Утомление дыхательных мышц Снижение альвеолярной вентиляции Присоединение вентиляционной ДН