Резистивные свойства дыхательной системы. Обструктивные заболевания легких

Резистивные свойства дыхательной системы. Обструктивные заболевания легких

Резистивные свойства дыхательной системы обусловлены молекулярной перестройкой, инициируемой движением. Самые важные реакции происходят в результате столкновения молекул воздуха и стенок дыхательных путей, приводящего к развитию феномена трения. Согласно закону Пуазейля, разница между давлением на концах трубы прямо пропорциональна вязкости газа, длине трубы, скорости потока и обратно пропорционально радиусу трубы в четвертой степени.

С учетом этого закона становится понятным, почему заболевания дыхательных путей (например, бактериальный или вирусный бронхиолит) затрудняют дыхание у новорожденных и детей младшего возраста: незначительное уменьшение радиуса бронхиолы приводит к существенной потере давления на выходе.

Вместе с тем трение — это не единственная причина резистивных свойств дыхательной системы. Значительное рассеивание энергии происходит в результате молекулярных взаимодействий, которые особенно заметны при турбулентном потоке воздуха в патологически измененных дыхательных путях. Основным фактором, препятствующим турбулентному движению воздуха, является плотность, а не вязкость газовой смеси. Поэтому детям с крупом назначают дыхание газовой смесью, состоящей из кислорода и гелия. Несмотря на несколько большую вязкость подобной смеси, ее плотность существенно ниже по сравнению с воздухом или чистым кислородом. Кроме того, важную роль в обеспечении резистивных свойств легких и дыхательной системы в целом играют также необратимые молекулярные взаимодействия на границе воздух-жидкость.

График «объем-давление» для легких, грудной стенки и дыхательной системы в целом образует характерную петлю. Обратите внимание, что во время вдоха и выдоха зависимость объем-давление имеет противоположную направленность (так называемый феномен гистерезиса). Наличие гистерезиса всегда свидетельствует о том, что система работает с потерей энергии, и чем больше показатель гистерезиса, тем более выражены потери энергии. Количественный показатель гистерезиса определяется на графике площадью петли «объем-давление». Отношение гистерезиса к скорости тока воздуха отражает резистентность каждого компонента дыхательной системы — показатель количества рассеиваемой резистивной энергии.

График «объем-давление» показывает, что несмотря на возможность рези-стивной работы как при вдохе, так и на выдохе, рассеивание резистивной энергии происходит исключительно на вдохе. В обычных условиях выдох не требует сокращения дыхательной мускулатуры, а вся резистивная работа на выдохе выполняется эластической тягой, накопленной в легких и грудной стенке при вдохе. При болезни, характеризуемой повышением сопротивления на выдохе (астма, бронхиолит), а также при физической нагрузке или обструкции внутригрудных дыхательных путей Для адекватного выдоха необходимо задействовать брюшные мышцы. Участие вспомогательной мускулатуры при выдохе у ребенка в состоянии покоя свидетельствует о нарушении дыхания по обструктивному типу.

Точная диагностика обструктивных заболевании легких невозможна без понимания зависимости диаметра воздухоносных путей и объема легких. Диаметр воздухоносных путей зависит от эластичности их стенки и трансмурального давления. Эластичность стенки обусловлена степенью зрелости воздухоносных путей (незрелые пути склонны к спадению при минимальном повышении внутригрудного давления), а также тонусом их мускулатуры. Повышение тонуса гладкой мускулатуры под действием импульсов ЦНС происходит при физической нагрузке, в условиях гипоксии или гиперкапнии.

Трансмуральное давление — это разность между давлением, воздействующим на внешнюю и внутреннюю стенки воздухоносных путей. Характер изменения трансмурального давления во время дыхательного цикла зависит от локализации дыхательных путей. При расположении последних за пределами грудной стенки (полость носа, глотка, гортань и часть трахеи) в качестве внешнего давления выступает атмосферное. Поскольку внутреннее давление при вдохе всегда ниже атмосферного, а при выдохе выше его, трансмуральное давление на вдохе всегда отрицательно, а на выдохе — положительно.

При расположении дыхательных путей в пределах грудной клетки в качестве внешнего давления выступает плевральное (трахея, главные бронхи) либо внутрилегочное, обусловленное растяжением паренхимы легких (мелкие бронхи, бронхиолы и альвеолярные ходы). В случае значительного растяжения паренхимы легких внутрилегочное давление достигает показателя давления плевральной полости. Вместе с тем на протяжении вдоха давление в просвете воздухоносных путей значительно выше по сравнению с давлением в альвеолах. Альвеолярное давление, в свою очередь, чаще всего превышает плевральное (иначе легкие имели бы отрицательную эластическую тягу). Таким образом, трансмуральное давление внутригрудных дыхательных путей во время вдоха непрерывно повышается. При выдохе внутреннее давление внутригрудных путей существенно ниже альвеолярного. Положительное или отрицательное значение трансмурального давления в конкретной точке внутригрудных путей зависит от потери (градиента) внутреннего давления между указанной точкой и внешней средой.

Значительный градиент обусловливает отрицательное трансмуральное давление, ведущее к спадению стенок путей. Данный процесс усиливается в случае функциональной неполноценности и чрезмерной мягкости стенок (например, у недоношенных или страдающих трахеобронхомаляцией детей). Чем сильнее ребенок пытается преодолеть резистивность дыхательной системы на выдохе путем привлечения дополнительной мускулатуры, тем существеннее повышается плевральное давление, приводящее к сдавлению воздухоносных путей извне. В зависимости от объема легких максимальная скорость выдоха может меняться (ограничиваться). Для определения степени обструкции внутригрудных воздухоносных путей в динамике и оценки эффективности лечения исследуют скорость форсированного выдоха.

Обструкция воздухоносных путей способствует чрезмерному изменению их диаметра при дыхании. Секрет либо инородное тело в просвете верхнего дыхательного пути способствует созданию на протяжении вдоха отрицательного внутреннего давления в сегменте дистальнее места обструкции. Сложившуюся ситуацию не может изменить избыточное усилие диафрагмы и других дыхательных мышц. Спадение верхних дыхательных путей ниже точки обструкции сопровождается характерными хрипами или стридором. Обструкция внутригрудных дыхательных путей (астма, инородное тело) сопровождается повышением положительного плеврального давления при выдохе.

Внутренне давление в дистальном сегменте от точки обструкции существенно снижается, что повышает вероятность спадения этого сегмента дыхательных путей. К клиническим проявлениям спадения дистального сегмента внутригрудных дыхательных путей относят хорошо слышные на выдохе хрипы, а также снижение показателя скорости воздушного потока на выдохе.

- Рекомендуем далее ознакомиться со статьей "ФВД. Реактивность дыхательной системы при заболеваниях"

Оглавление темы "Патофизиология дыхательной системы":