Острая дыхательная недостаточность

Анатомия и физиология внешнего дыхания Доцент В.А. Мазурок Анатомия и физиология внешнего дыхания Доцент В.А. Мазурок

Система дыхания

Главная функция Доставить кислород и удалить углекислый газДоставить кислород и удалить углекислый газ 4 отдельных процесса:4 отдельных процесса: –Легочная вентиляция – движение воздуха в легкие и обратно –Наружное дыхание – газообмен между легкими и кровью –Транспорт – перенос кислорода и углекислого газа между легкими и тканями –Внутреннее дыхание – газообмен между кровью и тканями

Система дыхания Включает кондуктивную и дыхательную зоныВключает кондуктивную и дыхательную зоны Кондуктивная зонаКондуктивная зона –Нос, носоглотка, глотка, трахея –Воздухопроводящие пути Дыхательная зонаДыхательная зона –Газообменная зона –Бронхиолы, альвеолярные каналы, альвеолы Дыхательная мускулатура – диафрагма, межреберные, косые и прямые живота, лестничные, грудинно-ключично- сосцевидныеДыхательная мускулатура – диафрагма, межреберные, косые и прямые живота, лестничные, грудинно-ключично- сосцевидные

Нос –Увлажнение и согревание –Фильтрация и очистка входящего воздуха –Резонирующая камера –Содержит обонятельные рецепторы –Чувствительная слизистая запускает чихание

Полость носа

Глотка Воронкообразная трубка скелетной мускулатуры соединенная с:Воронкообразная трубка скелетной мускулатуры соединенная с: –Полостью носа сверху –Трахеей снизу Располагается от основания черепа до 6 шейного позвонкаРасполагается от основания черепа до 6 шейного позвонка

Гортань Несет три функции:Несет три функции: –Обеспечивает открытое положение дыхательных путей –«Переключает» направления движения воздуха и пиши –Продуцирует голос

Структура гортани ХрящеваяХрящевая –Щитовидный с передним выбуханием (Адамово яблоко) –Перстневидный –Три пары маленьких хрящей (черпаловидные, клинообразные, рожковидные) Надгортанник – эластичный хрящНадгортанник – эластичный хрящ

Гортань – сфинктер Закрытие во время кашля, чихания и маневра ВальсальвыЗакрытие во время кашля, чихания и маневра Вальсальвы Маневр Вальсальвы (натуживание)Маневр Вальсальвы (натуживание) –Задержка воздуха в нижних дыхательных путях за счет закрытия надгортанника –Вызывает повышение внутрибрюшного давления при сокращении брюшных мышц –Помогает опустошить кишечник –Работает аналогично «шинированию», стабилизируя тело при поднятии тяжестей

Трахея Эластичная – подвижная трубка, распространяющаяся от гортани до средостенияЭластичная – подвижная трубка, распространяющаяся от гортани до средостения Состоит из 3 слоев:Состоит из 3 слоев: –Слизистая – бокаловидные клетки и реснитчатый эпителий –Подслизистый слой – соединительная ткань –Адвентиция – наружный слой, собранный из С- образных хрящей

Трахея

Легкие Сердечная выемкаСердечная выемка Левое легкое – разделено на верхнюю и нижнюю долю косой щельюЛевое легкое – разделено на верхнюю и нижнюю долю косой щелью Правое легкое – разделено на три доли косой и горизонтальной щелямиПравое легкое – разделено на три доли косой и горизонтальной щелями 10 бронхопульмональных сегментов в каждом легком10 бронхопульмональных сегментов в каждом легком

Кровоснабжение легких Две системы циркуляции: легочная и бронхиальнаяДве системы циркуляции: легочная и бронхиальная Легочные артерии – доставляют системную венозную кровь для газообменаЛегочные артерии – доставляют системную венозную кровь для газообмена Бронхиальные артерии – берут начало в аорте, сплетения идут вдоль бронхов, питают легочную ткань за исключением альвеолБронхиальные артерии – берут начало в аорте, сплетения идут вдоль бронхов, питают легочную ткань за исключением альвеол Бронхиальные вены – анастомозируют с легочными венамиБронхиальные вены – анастомозируют с легочными венами Легочные вены – несут оксигенированную кровь от дыхательной зоны с сердцуЛегочные вены – несут оксигенированную кровь от дыхательной зоны с сердцу

Плевра Тонкая, двухслойная серозная оболочкаТонкая, двухслойная серозная оболочка Париетальная плевраПариетальная плевра –Покрывает грудную стенку и переднюю поверхность диафрагмы Висцеральная плевраВисцеральная плевра –Продолжается вокруг сердца и легких

Кондуктивная зона: бронхи Карина – последний трахеальный хрящ, окончание трахеи и начало правого и левого главных бронховКарина – последний трахеальный хрящ, окончание трахеи и начало правого и левого главных бронхов Воздух, достигающий бронхов:Воздух, достигающий бронхов: –Согрет и очищен от примесей –Насыщен водяными парами Главные бронхи подразделяются на вторичные, снабжающие легочные долиГлавные бронхи подразделяются на вторичные, снабжающие легочные доли Мельчайшие бронхи – бронхи 23 порядкаМельчайшие бронхи – бронхи 23 порядка

Кондуктивная зона: бронхиальное дерево Структура стенки бронхов напоминает структуру трахеиСтруктура стенки бронхов напоминает структуру трахеи Уменьшение диаметра – структурные изменения:Уменьшение диаметра – структурные изменения: –Строение хрящей Бронхиолы – хрящевой остов отсутствуетБронхиолы – хрящевой остов отсутствует –Тип эпителия Бронхиолы – кубический, нет железБронхиолы – кубический, нет желез –Увеличивается количество гладкой мускулатуры Бронхиолы – циркулярный охватБронхиолы – циркулярный охват

Дыхательная зона Альвеолы и терминальные бронхиолыАльвеолы и терминальные бронхиолы Дыхательные (терминальные) бронхиолы ведут в альвеолярные каналы, затем в терминальные грозди альвеолДыхательные (терминальные) бронхиолы ведут в альвеолярные каналы, затем в терминальные грозди альвеол Приблизительно 300 миллионов альвеол:Приблизительно 300 миллионов альвеол: –Формируют объем легких –Образуют огромную газообменную поверхность

Дыхательная мембрана Барьер кровь-воздух состоит из:Барьер кровь-воздух состоит из: –Стенки альвеолы и капилляра –Склеенной единой базальной мембраны Альвеолярная стенка:Альвеолярная стенка: –Один слой альвеоцитов I типа –Газообмен за счет простой диффузии –Секретирует ангиотензин-превращающий фермент Альвеоциты II типа секретируют сурфактантАльвеоциты II типа секретируют сурфактант

Альвеолы Окружены тонкими эластичными фибрамиОкружены тонкими эластичными фибрами Содержат открытые поры которые:Содержат открытые поры которые: –Соединяют соседние альвеолы –Выравнивают давление воздуха во всем легком Содержат макрофаги, которые поддерживают стерильность поверхностиСодержат макрофаги, которые поддерживают стерильность поверхности

Дыхательная мембрана

Управление вентиляцией Нервная системаНервная система –Физические факторы Эмоциональные факторыЭмоциональные факторы –Химические факторы »Изменения концентрации –СО 2 »Повышение »Снижение »Гипервентиляция –O 2

Центральные хеморецепторы Продолговатый мозг, вентролатерально, близко к поверхности Стимулы: [H + ] – pH СМЖ и интерстициальной жидкости; легко изменяемый при сдвигах p a CO 2 Ответ: увеличение вентиляции, гипервентиляция

Периферические хеморецепторы Каротидные тела 3 типа нейронных компонентов тип I (клубочковые) тип II (оболочка, покрытие) окончания чувствительных нервов Каротидные нервы (черепные) – IX, глоссо-фарингеальный Стимулы: p a CO 2 и pH p a O 2 (особенно < 60 mmHg) Ответ: увеличение вентиляции Обусловливают 15% вентиляционного драйва в покое У новорожденных: гипоксия подавляет вентиляцию за счет прямого угнетения центров продолговатого мозга

Кривые ответа CO 2

Хроническая гипоксемия (годы) Каротидные тела теряют ответ на гипоксемию Пример: цианоз при застойной сердечной недостаточности (после восстановления нормоксии ответ восстанавливается)

Хроническая дыхательная недостаточность с гиперкапнией Гипоксемические стимулы каротидных хеморецепторов становятся главными стимулами дыхательных центров. Назначение кислорода может привести к гиповентиляции со значительным подъемом p a CO 2

Дыхательные объемы и емкости Объем вдоха – Tidal Volume (TV)Объем вдоха – Tidal Volume (TV) –500 ml - (здоровый мужчина) Резервный объем вдоха – Inspiratory Reserve Volume (IRV)Резервный объем вдоха – Inspiratory Reserve Volume (IRV) –3100 ml Резервный объем выдоха – Expiratory Reserve Volume (ERV)Резервный объем выдоха – Expiratory Reserve Volume (ERV) –1200 ml Жизненная емкость – Vital Capacity (VC)Жизненная емкость – Vital Capacity (VC) –4800 ml –VC=TV+IRV+ERV Остаточный объем – Residual Volume (RV)Остаточный объем – Residual Volume (RV) –1200 ml Общая емкость легких – Total Lung CapacityОбщая емкость легких – Total Lung Capacity –TLC=VC+RV –6000 ml

Дыхательные объемы и емкости

Объемы легких: норма и патология Normal RV ERV TV IRV FRC VC Restrictive RV ERV TV IRV FRC VC Obstructive RV ERV TV IRV FRC VC % Normal TLC

Давление

Внутригрудное давление Всегда описывается относительно атмосферногоВсегда описывается относительно атмосферного –Внутрилегочное давление – давление внутри альвеол –Внутриплевральное давление – давление в плевральной полости

Взаимозависимость давлений Внутрилегочное и интраплевральное давления изменяются в зависимости от фазы дыханияВнутрилегочное и интраплевральное давления изменяются в зависимости от фазы дыхания Внутрилегочное давление в конечном счете всегда выравнивается с атмосфернымВнутрилегочное давление в конечном счете всегда выравнивается с атмосферным Интраплевральное всегда меньше внутрилегочного и атмосферногоИнтраплевральное всегда меньше внутрилегочного и атмосферного

Взаимозависимость давлений Разнонаправленные силы легкихРазнонаправленные силы легких –Эластичность легких вызывает движение в сторону минимально возможного размера –Поверхностное натяжение альвеолярной жидкости противодействует спадению альвеол Эластичность грудной стенки тянет легкие в сторону расширенияЭластичность грудной стенки тянет легкие в сторону расширения

Коллапс легких Наступает при выравнивании внутрилегочного и интраплеврального давленийНаступает при выравнивании внутрилегочного и интраплеврального давлений Транспульмональное давление поддерживает легкие в открытом состоянииТранспульмональное давление поддерживает легкие в открытом состоянии –Транспульмональное давление – разница между внутрилегочным и интраплевральным давлениями

Вдох Выдох

Биомеханика

Трение неэластичных компонентов, вызываемое потоком газаТрение неэластичных компонентов, вызываемое потоком газа Соотношение между потоком (F), давлением (P), и резистансом (R):Соотношение между потоком (F), давлением (P), и резистансом (R): Физические факторы, определяющие вентиляцию: резистивность P R F =

Сопротивление дыхательных путей Повышение резистивности – затрудненное дыханиеПовышение резистивности – затрудненное дыхание Значительная констрикция или обструкция бронхов (бронхиол) приводит к:Значительная констрикция или обструкция бронхов (бронхиол) приводит к: –Затруднению искусственной вентиляции –Остановке дыхания во время тяжелой атаки бронхиальной астмы Выброс адреналина расширяет бронхиолы и снижает сопротивлениеВыброс адреналина расширяет бронхиолы и снижает сопротивление

Легочный комплайенс Легкость с которой легкие могут быть растянутыЛегкость с которой легкие могут быть растянуты В частности – изменение легочного объема в ответ на изменение транспульмонального давленияВ частности – изменение легочного объема в ответ на изменение транспульмонального давления Определяется двумя основными факторамиОпределяется двумя основными факторами –Растяжимостью легочной ткани и грудной клетки –Поверхностным натяжением в альвеолах

Альвеолярное поверхностное натяжение Поверхностное натяжение – выстраивание молекул рядом друг с другом на границе жидкость-газПоверхностное натяжение – выстраивание молекул рядом друг с другом на границе жидкость-газ Жидкость, покрывающая альвеолярную поверхность, обусловливает тенденцию к уменьшению их размераЖидкость, покрывающая альвеолярную поверхность, обусловливает тенденцию к уменьшению их размера Сурфактант (естественный фофсолипидный комплекс) – снижает поверхностное натяжение и предотвращает альвеолы от спаденияСурфактант (естественный фофсолипидный комплекс) – снижает поверхностное натяжение и предотвращает альвеолы от спадения

Факторы, снижающие легочный комплайенс Рубцовая ткань или фиброз легкихРубцовая ткань или фиброз легких Блокада бронхиол-альвеол секретом или жидкостьюБлокада бронхиол-альвеол секретом или жидкостью Уменьшение продукции сурфактантаУменьшение продукции сурфактанта Уменьшение податливости или растяжимости грудной клеткиУменьшение податливости или растяжимости грудной клетки –Деформации грудной клетки –Оссификация хрящевой ткани –Паралич межреберной мускулатуры

Газообмен

Легочный газообмен Толщина стенки альвеолы ~ 0.1 µ mТолщина стенки альвеолы ~ 0.1 µ m Площадь дыхательной поверхности ~ 70 m 2Площадь дыхательной поверхности ~ 70 m 2 В покое эритроциты находятся в легочных капиллярах 0.75 с (капиллярное время диффузии)В покое эритроциты находятся в легочных капиллярах 0.75 с (капиллярное время диффузии) –При максимальной нагрузке с Достаточно для обмена CO 2Достаточно для обмена CO 2 Погранично для обмена O 2Погранично для обмена O 2

Газообмен в легочных капиллярах (O 2 и CO 2) PO 2 = 40 PCO 2 = 46

Газообмен и транспорт Транспорт кислорода ~98% O 2 транспортируется в связанном с Нb состоянии~98% O 2 транспортируется в связанном с Нb состоянии Транспорт углекислого газа Растворенный в плазме (~7%)Растворенный в плазме (~7%) Связанный с Hb (~20%)Связанный с Hb (~20%) В виде бикарбонат иона (~75%)В виде бикарбонат иона (~75%) CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 -

CO 2 транспорт

Гемоглобин Состоит из 4 железосодержащих молекул гемаСостоит из 4 железосодержащих молекул гема Обратимо связывается с O 2 – оксигемоглобинОбратимо связывается с O 2 – оксигемоглобин Эффект Бора – O 2 связывающая способность изменяется при колебаниях:Эффект Бора – O 2 связывающая способность изменяется при колебаниях: –Температуры –pH –P O 2 –P CO 2 –2,3-DPG (дифосфоглицерат)

Транспорт кислорода = 27, норма взрослого (19, плод/новорожденный)

Дыхательный центр

Двухкомпонентная модель Полное давление: P = P EEXP + P ДИН + Р СТАТ Динамический компонент: P ДИН = R F; Статический компонент: Р СТАТ = V/C; P = P EEXP + R F + V/C

Дыхательная мускулатура

Мышцы спокойного дыхания

Механизм дыхания

Полость носа

Бронхиальное дерево

Респираторная зона

Доля, сегмент, ацинус

Спирометрия

Двухкомпонентная модель P = P EEXP + R F + V/C F = dV/dt P = P EEXP + RdV/dt + V/C V = F(t)dt P = P EEXP + R F + ( F(t)dt)/C

Расчет растяжимости С P PLAT = P PEAK – P ДИН = P СТАТ + P EEXP P СТАТ = V/C = P PLAT – P EEXP C = V/(P PLAT – P EEXP )

Нормальные значения С Здоровые взрослые: 80–100 мл см вод. ст. –1 Взрослые на ИВЛ: 50–100 мл см вод. ст. –1 (0,5–1 л кПа –1 ) (0,5–1 л кПа –1 ) Длительная ИВЛ: 50–60 мл см вод. ст. –1 Грубая патология:

Расчет сопротивления R P ДИН = R F = P PEAK – P PLAT R = (P PEAK – P PLAT )/F; но при dF/dt = 0, F = V T /T I R = (P PEAK – P PLAT ) T I /V T

Нормальные значения R Женщины: 0,033 0,012 см вод. ст. мин л –1 (0,2 0,07 кПа с л –1 ) (0,2 0,07 кПа с л –1 ) Мужчины: 0,028 0,012 см вод. ст. мин л –1 (0,17 0,07 кПа с л –1 ) (0,17 0,07 кПа с л –1 ) На фоне ИВЛ: 0,2 см вод. ст. мин л –1 ( 1,2 кПа с л –1 ) ( 1,2 кПа с л –1 ) Явная обструкция: >0,33 см вод. ст. мин л –1 (>2 кПа с л –1 ) (>2 кПа с л –1 )

Ограничение линейной зависимости P PLAT (V T )

Ограничение линейной зависимости Р ДИН (F) P ДИН = K 1 F/r 4 + K 2 F 2 /r 5

Трехкомпонентная модель Инерционный компонент: P ин = I dF/dt P = P EEXP + P ДИН + Р СТАТ + P ИН P = P EEXP + R F + V/C + I dF/dt P = P EEXP + RdV/dt + V/C + I d 2 V/dt 2 P = P EEXP + R F + ( F(t)dt)/C + I dF/dt

Система внешнего дыхания как колебательный контур

Петля «давление – объем»

Работа дыхания W

W A = OAInBC W B = ODInEFC

Работа дыхания W W ВЫД = ABEx W ВЫД = DFEx W ЭЛ = ODFC W РЕЗ = DInEF

Работа дыхания W W = 0,7 –1 Дж/л W ЭЛ 70% W РЕЗ 30%

Работа самостоятельного дыхания