Динамика дыхательной системы. Радиус дыхательных путей, работа дыхания

Дыхательная система — это динамичный орган. На движение воздуха в дыхательные пути и легкие и обратно влияет воздушный поток.

Воздушный поток может быть ламинарным и турбулентным.

• Ламинарный поток возникает в периферических дыхательных путях, где поток (V) пропорционален движущему давлению (ΔР): —>ΔР ~ V (уравнение 3).

• Турбулентный поток возникает в крупных дыхательных путях: ->ΔР ~ V2 (уравнение 4).

В том месте, где ламинарный и турбулентный воздушный поток возникает в зависимости от структурно-функциональной взаимосвязи, он определяется числом Рейнольдса (Re): ->R = (2rup) + η (уравнение 5), где r — радиус, р — плотность газа, u — скорость потока газа, η — вязкость газа.

Величина <2000 означает ламинарный воздушный поток:

• При поступлении воздуха в трахею (r = 15 мм) Re >2000, следовательно, имеет место турбулентный воздушный поток. Скорость потока газа высокая.

• В периферических дыхательных путях (r = 0,5 мм) Re <1000, что указывает на ламинарный воздушный поток. Скорость потока газа низкая.

• При изменении радиуса дыхательных путей или состава газа изменяется Re. При вдыхании 20% О2 80% гелия Re снижается до <1000 в трахее, указывая на ламинарный воздушный поток и увеличивая максимальную скорость выдоха.

Динамика дыхательной системы. Радиус дыхательных путей, работа дыхания
Изменения различных давлений во время обычного вдоха и выдоха

Радиус дыхательных путей

Радиус дыхательных путей имеет большое значение. Закон Пуазейля гласит: —>V = ΔPπr4+ 8ηl (уравнение 6), где l — длина трубы.

Сопротивление дыхательных путей (Raw) = ΔР + V (уравнение 7).

Объединим уравнения 6 и 7: —>Raw ~ 1/r4 (уравнение 8)

Следовательно, при увеличении r на 50% Raw увеличивается в 16 раз:

• Наибольшее сопротивление дыхательному потоку наблюдается в дыхательных путях 5-7-го порядка (крупные дыхательные пути).

• Поскольку воздух перемещается из периферических отделов легких в центральные дыхательные пути, скорость потока увеличивается.

• Мелкие дыхательные пути на периферии поддерживаются открытыми за счет эластической тяги легочной ткани.

• Гладкая мускулатура средних дыхательных путей находится под контролем автономной системы. Тонус гладких мышц бронхов — это главная детерминанта площади поперечного сечения, и следовательно, Raw средних дыхательных путей.

Взаимосвязь поток-объем

Система генерирует потоки >10 лхс-1. При ОЕЛ высокие потоки возникают, потому что:

• эластическая тяга легочной ткани является максимальной;

• плотность сурфактанта наименьшая при ОЕЛ, поэтому поверхностные силы наибольшие;

• дыхательные мышцы выдоха имеют свою наибольшую длину, а грудная клетка предельно превышает собственный объем релаксации;

• давление в плевральной полости является максимально положительным;

• радиус дыхательных путей наибольший, поэтому Raw низкое.

Когда объем легких снижается от ОЕЛ до 00, воздушный поток снижается, потому что:

• движущее давление снижается при уменьшении объема легких;

• эластическая тяга легких и грудной клетки снижается;

• дыхательные мышцы выдоха сокращаются, ослабляя натяжение;

• радиус дыхательных путей снижается, поэтому Raw уменьшается;

• давление в дыхательных путях в норме положительное.

При форсированном выдохе это давление становится отрицательным, и мелкие дыхательные пути спадаются:

• когда давление в дыхательных путях приближается к Рpl, давление в дыхательных путях =0 и достигается точка равного давления (ТРД), следовательно, может происходить компрессия дыхательных путей;

• когда достигается ТРД, возникает ограничение потока;

• ТРД определяется в основном эластической тягой легких. При низкой эластической тяге (эмфизема) ТРД смещается к периферическим отделам легких;

• после ТРД больший экспираторный отрезок кривой поток-давление не зависит от работы, и достигается ограничение потока;

• скорость потока после выдоха 75% ЖЕЛ (МСВ25%ФЖЕЛ) используется как ориентир для оценки функции мелких дыхательных путей;

• кривые инспираторные F-V зависят от работы.

Работа дыхания (W)

Чтобы привести в движение легкие и грудную клетку требуется энергия.

• Общая W — это сумма работы дыхания по преодолению эластического сопротивления легких и резистивного сопротивления дыхательных путей.

• Работа по преодолению резистивного сопротивления снижается при увеличении объема легких и расширении дыхательных путей (↑r, ↓R).

• Работа по преодолению эластического сопротивления увеличивается при низких и высоких объемах легких.

• Обычно W тесно взаимосвязана с ФОЕ.

• Изменения в W происходят при изменении баланса работы по преодолению эластического и резистивного сопротивлений, как, например, при эмфиземе (↑ФОЕ приводит к ↓R и ↓W) или при фиброзе (ФOE приводит к эластического сопротивления, что приводит к ↓W, но ↓ФОЕ приводит к ↑R).

• В покое для W требуется 1-2% потребляемого О2 (VО2), что увеличивается при физической нагрузке.

• Частота дыхания (fb) в покое составляет 10-15 в минуту и является эффективной. При увеличении эластического сопротивления частота дыхания возрастает, тогда как при увеличении сопротивления дыхательному потоку частота дыхания снижается.

- Читать "Физиология газообмена в легких. Механизмы"

Оглавление темы "Физиология легких":
  1. Анатомия легких. Структуры
  2. Прямая рентгенограмма органов грудной клетки. Картина в норме
  3. Принципы чтения рентгенограммы. Варианты нормы грудной клетки
  4. Компьютерная томография органов грудной клетки. Показания
  5. КТ органов грудной клетки в норме. Интерпретация
  6. Сцинтиграфия, УЗИ, МРТ легких. Возможности
  7. Физиология дыхания. Статистические легочные объемы
  8. Нормальное дыхание легких. Сурфактант
  9. Динамика дыхательной системы. Радиус дыхательных путей, работа дыхания
  10. Физиология газообмена в легких. Механизмы
Все размещенные статьи преследуют образовательную цель и предназначены для лиц имеющих базовые знания в области медицины.
Без консультации лечащего врача нельзя применять на практике любой изложенный в статье факт.
Жалобы и возникшие вопросы просим присылать на адрес statii@dommedika.com
На этот же адрес ждем запросы на координаты авторов статей - быстро их предоставим.