Эластические свойства дыхательной системы

 

Сокращение инспираторных мышц создает градиент давления между атмосфе­рой и альвеолами, в результате чего возникает поток воздуха. Этот градиент преодо­левает: (1) эластическую отдачу дыхательной системы, (2) фрикционное сопротив­ление ВП воздушному потоку и (3) инерционное сопротивление трахео-бронхиального воздушного столба, легких и грудной стенки. Взаимоотношения этих трех эле­ментов выражены у равнением движения легких:

Ptot = (Ex AV) + (RxV) + (IxV), [2-4]

где: Ptot — движущее давление,

Е — эластичность,

А V — изменение объема легких,

R — сопротивление,

V — объемная скорость потока воздуха,

I — инерционность,

V — скорость изменения объемной скорости воздушного потока (ускорение).

 

Отдельные элементы уравнения рассматриваются в последующих разделах.

Первый элемент (Е х AV) представляет давление, необходимое для преодоле­ния эластической отдачи дыхательной системы. Для упрощения анализа сначала рассмотрим эластические свойства легких и грудной стенки в отдельности с тем, чтобы в дальнейшем интегрировать эти две структуры в единое функциональное целое.

Легкое

 

В качестве аналогии с наполнением легкого воздухом рассмотрим эластичный баллон. Чтобы раздуть баллон, необходимо создать градиент давления сквозь его стенку (эквивалент транспульмонального давления). Этот градиент может быть соз­дан с помощью отрицательного давления вокруг баллона, помещенного в камеру, из которой воздух удален вакуумным насосом. Или положительное давление может быть создано внутри баллона при помощи сжатого воздуха. В любом случае, устра­нение отрицательного или положительного давления позволяет наполненному бал­лону быстро опустошиться из-за свойственной ему эластической отдачи.

Более физиологической моделью является изолированное легкое (рис. 2-6). На рис. 2-6А изображено помещенное в камеру легкое, ВП которого присоединены к спирометру - прибору, измеряющему изменения легочного объема. Отрицательное давление в камере измеряется манометром. По мере того как воздух удаляется из камеры, легкое расправляется благодаря увеличению транспульмонального давле­ния. По ходу ступенчатого возрастания давления наполнения (в действительности происходит прогрессивное уменьшение давления вокруг легкого) регистрируются соответствующие легочные объемы. После достижения максимального наполнения легкого вакуум в камере тоже ступенчато понижается и соответствующие объемы легкого снова регистрируются. Таким способом получают статическую кривую дав­ление-объем, поскольку давление и объем измеряются в отсутствие потока воздуха (рис. 2-6Б).

Анализ этих кривых дает много важных сведений. Характерной чертой являет­ся наличие двух раздельных кривых: для вдоха и для выдоха. Чтобы поддержать данный объем легкого во время его наполнения, требуется большее транспульмональное давление, чем при спадении легкого. Это различие между кривыми (инспираторное давление-объем и экспираторное давление-объем) представляет собой гистерезис – свойство всех эластических структур. Дополнением к этому важному наблюдению является то, что кривые не исходят из начала координат: их начальное значение на Y-оси не равно нулю. Это указывает на то, что легкое содержит неболь­шой, но измеримый объем газа даже тогда, когда на него не действует растягивающее давление. Действительно, когда легкое человека извлекается из грудной клетки при аутопсии или во время хирургической операции, оно содержит небольшое количе­ство газа.

Рис. 2-6. Образование кривых давление-объем (P-V) на изолированных легких. (А) Наполнение достигается уда­лением воздуха из камеры, в которую помещены легкие. Давление измеряется мано­метром, а объемы легких, или, точнее, изменения объема лег­ких измеряются спирометром. (Б) Кривые P-V на выдохе и на вдохе. Точки, использован­ные для построения кривых, определялись в отсутствии потока воздуха. Таким обра­зом, эти кривые отражают ста­тические отношения P-V. Нижняя кривая образована во время ступенчатого наполне­ния, а верхняя - ступенчатого спадения легких