Часть IV. Физиология систем внутренних органов

Легочные емкости (см. рис. 23.13) — сумма двух или более легочных объемов.

Емкость вдоха (Евд) равна сумме дыхательного объема (ДО) и резервного объема вдоха (РОвд) — количества воздуха, которое можно максимально вдохнуть после нормального выдоха:

Евд = ДО + РОвд. (23.9)

Евд составляет 1,8–3,3 л.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) — объем воздуха, остающийся в легких в конце нормального выдоха (около 2,5 л):

ФОЕ = ООЛ + РОвыд, (23.10)

где ООЛ — остаточный объем легкого; РОвд — резервный объем вдоха.

ФОЕ в норме составляет 2,6–3,4 л.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) равна сумме дыхательного объема (ДО), резервного объема вдоха (РОвд) и резервного объема выдоха (РОвыд):

ЖЕЛ = ДО + РО + РО. (23.11)

Это максимальный объем воздуха (3,0–4,8 л), изгоняемый из легких вслед за максимальным вдохом.

Общая емкость легких (ОЕЛ) — максимальный объем воздуха (4,0–6,0 л), находящийся в легких после максимального вдоха:

ОЕЛ = ЖЕЛ + ООЛ, (23.12)

где ЖЕЛ — жизненная емкость легких; ОО — остаточный объем легкого.

Жизненная емкость легких

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) является показателем подвижности легких и грудной клетки. Несмотря на название, она не отражает параметров дыхания в реальных («жизненных») условиях, так как даже при самых высоких потребностях, предъявляемых организмом к дыхательной системе, глубина дыхания никогда не достигает максимального возможного значения.

ЖЕЛ с возрастом (особенно после 40 лет) уменьшается (см. рис. 23.13). Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки. У женщин ЖЕЛ в среднем на 25% меньше, чем у мужчин. ЖЕЛ зависит от роста, так как величина грудной клетки пропорциональна остальным размерам тела. У молодых людей ЖЕЛ можно вычислить с помощью следующего эмпирического уравнения (23.9):

ЖЕЛ = 2,5 · рост, (23.13)

где ЖЕЛ измеряется в литрах, а рост — в метрах.

Таким образом, у мужчин ростом 180 см жизненная емкость легких будет составлять 4,5 л. ЖЕЛ зависит от положения тела: в вертикальном положении она несколько больше, чем в горизонтальном (это связано с тем, что в вертикальном положении в легких содержится меньше крови). Наконец, ЖЕЛ зависит от степени тренированности. У людей, занимающихся такими видами спорта, где необходима выносливость, она значительно выше, чем у нетренированных людей. Особенно велика у пловцов и гребцов (до 8 л), так как у этих спортсменов сильно развиты вспомогательные дыхательные мышцы (большие и малые грудные). Определение показателя емкости легких имеет значение главным образом для диагностики.

Функциональная остаточная емкость

Физиологическая роль функциональной остаточной емкости (ФОЕ) состоит в том, что благодаря наличию этой емкости в альвеолярном пространстве сглаживаются колебания концентраций O2 и СO2, обусловленные различиями в их содержании во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе. Если бы атмосферный воздух поступал непосредственно в альвеолы, не смешиваясь с воздухом, уже содержащимся в легких, то содержание O2 и СO2 в альвеолах претерпевало бы колебания в соответствии с фазами дыхательного цикла. Однако этого не происходит: вдыхаемый воздух смешивается с воздухом, содержащимся в легких, и поскольку ФОЕ в покое в несколько раз больше дыхательного объема, изменения состава альвеолярного воздуха относительно невелики.

Величина ФОЕ, равная сумме остаточного объема и резервного объема выдоха [см. формулу (23.10)], зависит от ряда факторов. В среднем у молодых мужчин в горизонтальном положении она составляет 2,4 л, а у пожилых — 3,4 л. У женщин ФОЕ примерно на 25% меньше.

Объемы вдыхаемого и выдыхаемого воздуха можно непосредственно измерить при помощи спирометра или пневмотахографа. Что касается остаточного объема и ФОЕ, то их можно определить лишь косвенно.

Спирометрия. Спирометрами называют приборы, предназначенные для определения объемов воздуха при постоянном давлении (рис. 23.14, а). Самым простым является водный спирометр. Этот прибор представляет собой цилиндр, помещенный кверху дном в резервуар с водой. Во время выдоха объем воздуха в цилиндре увеличивается, и он всплывает; при вдохе цилиндр погружается. Эти изменения объема могут быть измерены при помощи откалиброванной шкалы.

Графический метод регистрации дыхательных объемов называется спирографией.

Пневмотахография. Если нужно исследовать дыхание в течение длительного времени, то значительно удобнее пользоваться так называемыми спирометрами открытого типа. С их помощью регистрируют не сами дыхательные объемы, а объемную скорость воздушной струи (рис. 23.14, б). Для этого используют пневмотахографы — приборы, основной частью которых служит широкая трубка с малым аэродинамическим сопротивлением. При прохождении воздуха через трубку между ее началом и концом создается небольшая разность давлений, которую можно зарегистрировать при помощи манометрических датчиков. Эта разность давлений прямо пропорциональна объемной скорости воздушной струи, то есть количеству воздуха, проходящего через поперечное сечение трубки в единицу времени. Кривая изменений этой объемной скорости называется пневмотахограммой. На основе пневмотахограммы, представляющей собой запись dV/dt, путем интегрирования можно получить искомый объем воздуха V:

(23.14)

В большинстве пневмотахографов имеется электронный интегрирующий блок, поэтому одновременно с пневмотахограммой непосредственно записывается кривая дыхательных объемов (спирограмма).

Измерение ФОЕ. Поскольку ФОЕ — это количество воздуха, остающееся в легких в конце выдоха, эту емкость можно измерить только непрямыми методами. Принцип таких методов заключается в том, что либо в легкие вводят инородный газ типа гелия (метод разведения), либо вымывают содержащийся в альвеолярном воздухе азот, заставляя испытуемого дышать чистым кислородом (метод вымывания). И в том и в другом случае искомый объем вычисляют, исходя из конечной концентрации газа.

Рис. 23.14. Использование приборов для регистрации дыхательных объемов: а — спирометра; б — пневмотахографа

Рис. 23.15. Измерение относительного объема форсированного выдоха. Измеряют объем выдоха за первую секунду, выражая его в процентах от жизненной емкости легких: ФЖЕЛ — форсированная жизненная емкость легких

Объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1, тест Тиффно) — объем воздуха, изгоняемого с максимальным усилием из легких в течение первой секунды выдоха после глубокого вдоха (рис. 23.15). У лиц в возрасте до 50 лет со здоровыми легкими относительный ОФВ1 равен 70–80%, с возрастом он снижается до 65–70%. При обструктивных нарушениях выдох вследствие повышенного аэродинамического сопротивления удлиняется, и относительный ОФВ1 снижается.