Физиология дыхания
Дыхание — совокупность процессов, обеспечивающих поглощение организмом кислорода и выведение углекислого газа. Процесс дыхания условно можно разделить на три этапа.
Первый этап — внешнее, или легочное, дыхание — это процесс газообмена между атмосферным воздухом и кровью легочных капилляров, в результате которого происходит артериализация крови: повышается напряжение кислорода и снижается напряжение углекислого газа в крови. Интенсивность такого газообмена определяется тремя патофизиологическими механизмами (легочной вентиляцией, диффузией газов через альвеолярно-капиллярную мембрану и перфузией), которые обеспечиваются системой внешнего дыхания. Легочная вентиляция — это обмен газов между атмосферой и альвеолярным пространством. Диффузия газов через альвеолярно-капиллярную мембрану (или легочный газообмен) происходит по градиенту парциального давления газов по обе стороны мембраны (в альвеолярном воздухе и в легочных капиллярах). Кислород из альвеол, где его парциальное давление составляет около 100 мм рт.ст., поступает в кровь легочных капилляров, где его парциальное давление около 40 мм рт.ст. Напротив, углекислый газ выходит из крови легочных капилляров (здесь его парциальное давление составляет около 46 мм рт.ст.) в альвеолярное пространство (где его парциальное давление около 40 мм рт.ст.). Перфузия крови через легкие обеспечивается малым кругом кровобращения и зависит от градиента давления между правым желудочком и левым предсердием (в норме около 8 мм рт.ст.). В легочные капилляры по артериям поступает бедная кислородом и насыщенная углекислым газом венозная кровь. В результате диффузии газов происходит насыщение крови кислородом и очищение ее от углекислого газа, в результате чего от легких в левое предсердие по венам оттекает артериальная кровь.
Второй этап дыхания — это транспорт газов кровью (кислорода от легких ко всем органам и тканям, углекислого газа — в обратном направлении).
Третий этап — тканевое дыхание, то есть совокупность процессов поглощения клеткой из крови кислорода и выделения в кровь углекислого газа.
Функциональная система дыхания состоит из следующих компонентов: альвеолярный аппарат, включающий ацинус как структурно-функциональную единицу легкого; дыхательные пути; костно-мышечный аппарат и плевру; малый круг кровообращения; нейрогуморальный аппарат регуляции.
Ацинус представляет собой разветвление терминальной бронхиолы, которая делится на респираторные бронхиолы 2-го и 3-го порядков и альвеолярные ходы, заканчивающиеся альвеолярными мешочками, с опутывающими альвеолы капиллярами малого круга кровообращения. Совокупность альвеол с капиллярами составляет респираторную зону легких, в которой происходит газообмен. По сосудам малого круга кровообращения осуществляется приток к альвеолам венозной крови, ее насыщение кислородом и отток артериальной крови. К респираторной зоне воздух поступает по дыхательным путям, в которых происходит его подготовка к газообмену (согревание, увлажнение, частичная очистка от примесей и бактерий). Костно-мышечный аппарат грудной клетки обеспечивает акт дыхания. Основная дыхательная мышца — диафрагма, дополнительные — межреберные мышцы, вспомогательные (включающиеся при глубоком дыхании) — мышцы шеи и плечевого пояса. Дыхание регулируется ЦНС, причем система регуляции дыхания является многоуровневой. Нижний уровень — дыхательный центр в продолговатом мозге, высший уровень регуляции — кора больших полушарий. Дыхание — одна из немногих физиологических функций организма, подчиняющихся волевой регуляции.
Акт дыхания. Вдох является активным актом и происходит за счет сокращения дыхательной мускулатуры. При спокойном дыхании выдох происходит пассивно за счет расслабления дыхательных мышц и сокращения растянутых на вдохе эластических структур дыхательного аппарата. При глубоком дыхании выдох становится активным за счет вовлечения экспираторной мускулатуры. Работа дыхательных мышц приводит к уменьшению плеврального давления на вдохе и растяжению легких, при этом альвеолярное давление становится меньше атмосферного, и воздух из атмосферы поступает в альвеолы. При выдохе плевральное и альвеолярное давление увеличиваются, и воздух выходит из альвеол в атмосферу.
Функция внешнего дыхания обеспечивается взаимосвязанной работой всех компонентов системы внешнего дыхания: дыхательных путей; альвеол; малого круга кровообращения; костно-мышечного каркаса грудной клетки и плевры; нейрогуморального аппарата регуляции дыхания. Нарушение любого из этих звеньев может приводить к развитию дыхательной недостаточности.
Дыхательная недостаточность (ДН) — это патологические состояние, при котором не обеспечивается нормальный газовый состав артериальной крови, либо он достигается за счет включения компенсаторных механизмов, приводящего к снижению функциональных возможностей организма.
Выделяют две группы причин ДН: первая группа — с преимущественным поражением внелегочных механизмов (патология костно-мышечного каркаса грудной клетки и плевры, нарушение регуляции дыхания, нарушение кровообращения в малом круге); вторая группа — с преимущественным поражением легочных механизмов (вентиляции, перфузии и альвеолярно-капиллярной диффузии газов).
Эффективное внешнее дыхание обеспечивается тремя взаимосвязанными процессами: легочной вентиляцией, диффузией газов через альвеолярно-капиллярную мембрану и капиллярной перфузией на уровне альвеол (при этом важно соотношение объемов вентиляции и перфузии — вентиляционно-перфузионное соотношение).
В зависимости от преимущественного механизма развития различают две формы ДН.
- Вентиляционная (или насосная) форма — связана с разнообразными нарушениями вентиляции. При этом всегда развивается альвеолярная гиповентиляция, которая сопровождается как гипоксемией, так и гиперкапнией.
- Паренхиматозная (или легочная) форма — характеризуется первичным поражением респираторной зоны легких и развитием нарушения диффузии газов, перфузии капиллярной крови или вентиляционно-перфузионных соотношений. Эта форма ДН ведет к развитию артериальной гипоксемии, в то время как гиперкапнии обычно не наблюдается за счет активизации дыхательного центра и гипервентиляции легких.