Respiratornaya_fiziologia

SvO2 составляют 6 кРа ( 45 мм рт ст) и 75% соответственно. Заметим, что увеличение РаО2 выше нормымал влияет на содержание кислорода в артериальной крови вследствие слабой растворимости в крови кислорода и таким образом венозная точка мало меняется даже при дыхании 100 % кислородом. PvO2 определяется балансом между поступлением кислорода и потребностью в нем. Так повышение потребности ( например при ознобе) или понижение снабжения ( при кардиогенном шоке ) снижают PvO2, в то время как снижение утилизации ( отравление цианидами ) или избыточное снабжение ( при сепсисе ) повышают его.

Положение кривой лучше всего описывается при помощи Р50, значение РО2 при 50 %-ном насыщении Нb ( 3,6 кРа, 27 мм рт ст ). На эту кривую могут влиять несколько факторов. Повышение температуры, РСО2, концентрации водородных ионов ( снижение рН )и концентрация 2,3 дифосфоглиерата - все эти изменения сдвигают кривую вправо, в то время как понижение всех этих факторов - влево. Смещение кривой вправо (алкалоз) слегка понижает сродство к кислороду в легких но повышает его отдачу в ткани. Напртив, смещение влево (алкалоз) слегка повышает потребление в легких, но делает ткани несколько гипоксичными с целью добиться такой же экстрации кислорода.

Небольшое смещение кривой под влиянием рН и РСО2, происходящее при нормальных физиологических условиях в легких и тканях для улучшения транспорта известно как эффект Бора.

Последний отрезок пути диффузии кислорода - от гемоглобина к митохондрии, где РО2 всего 0,5 - 3кРа ( 4 - 23 мм рт ст ).

Запас кислорода в организме ограничен приблизительно 1500 мл, из которых 750 мл связаны с гемоглобином, 500 мл в легких и 250 мл связаны с миоглобином. Анализ кривой диссоциации оксигемоглобина показывает, что только только около половины кислорода, связанного с гемоглобином доступна, почти недоступен кислород, связанный с миоглобином. Таким образом запас, возможный к использованию в случае апное составляет менее 1000 мл или 4 минуты при нормальном Vо2, равном 250 мл.мин-1. В случае остановки сердца легочный запас недоступен, а поскольку мозг не имеет запаса кислорода совсем, потеря сознания наступает через 10 секунд. Преоксигенация 100%-ным кислородом повышает запас до 4500 мл, что повышает возможную длительность апное по меньшей мере в четыре раза.

Двуокись углерода

Каскад двуокиси углерода проходит в обратном направлении - от митохондрий к атмосфере. Она значительно более растворима в воде чем кислород и диффундирует значительно

легче. Двуокись углерода в основном переносится кровью в виде иона бикарбоната (НСО3-):

СО2 + Н2О Н2СО3 Н+ + НСО3Первая часть реакции протекает медленно и ускоряется

только в присутствии карбоангидразы внутри эритроцита. Повляющийся при этом водородный ион связывется белком - главным образом редуцированным гемоглобином, обладающим буферными свойствами ( эффект Холдейна ), а НСО3диффундирует в эритроцит в обмен на хлорид ( сдвиг Хамбургера ). В легких происходит обратный процесс, заканчивающийся элиминацией СО2.

Влияние анестезии на дыхание

Угнетающее влияние препаратов для анестезии известно с давних пор, когда глубина, тип и частота дыхания были приняты как основные признаки глубины анестезии.

Респираторный контроль Все ингаляционные и внутривенные анестетики, а так же

опиоидные анальгетики угнетают дыхание и снижают чувствительность к СО2. Результат их воздействия не универсален, так для опиатов характерно снижение частоты дыхания, тогда

как некоторые ингаляционные анестетики, например трихлорэтилен могут ее увеличивать. Уже небольшие концентрации ингаляционных анестетиков нарушают функцию центра, управляющего вентиляцией в условиях гипоксии.

Угнетаются во время анестезии и другие респираторные реакции, такие как пробуждение в ответ на обструкцию дыхательных путей и кашель. Дыхание во время анестезии имеет тенденцию к регулярности, без вставочных вздохов, наблюдаемых при полном бодрствовании.

Механика дыхания.

ФОЕЛ снижается во время индукции анестезии приблизительно на 0,5 л, по видимому вследствие смещения диафрагмы в краниальном направлении. Этот эффект наиболее выражен в условиях нейромышечного блока. Торакальный компонент вдоха ослабевает, усиливается активность абдоминальных мышц, участвующих в выдохе, что придает характерный вид дыханию, часто наблюдаемому при анестезии с сохранением спонтанной вентиляции.

Вентиляционно-перфузионные отношения.

Индукция в анестезию не влияет на распределение перфузии, за исключением ситуаций, когда повышенное вследствие ИВЛ внутригрудное давление может снизить сердечный выброс и создать либо умножить зоны в легких, где альвеолярное давле-

ние превышает легочное артериальное давление, увеличивая таким образом мертвое пространство.

Распределение вентиляции нарушается при спонтанном дыхании и ухудшается при ИВЛ, когда имеет место снижение вентиляциив__ зависимых_. участках легких. В этих участках образуются ателектазы. Ингаляционные анестетики уже в низких концентрациях выключают гипоксемическую легочную вазоконстрикцию и преобладающим эффектом у анестезированных пациентов становится увеличение как мертвого пространства, так и шунтирования. Во время общей анестезии РаСО2 обычно повышается, а РаО2 - снижается, что делает наиболее употребимым применение газовой смеси с FiO2 около 0,3.

Транспорт газов и газообмен Как подчеркивалось выше, газообмен во время анестезии

нарушается, а транспорт кислорода может быть нарушен снижением сердечного выброса. Однако снижение интенсивности метаболизма имеет тенденцию компенсировать снижение доставки кислорода. Снижением РаСО2 гипервентиляция снижает доставку кислорода, сдвигая кривую диссоциации оксигемоглобина влево (см. выше). Сопутствующая вазоконстрикция приводит к дальнейшему ухудшению оксигенации тканей.

Повышенное потребление кислорода.

Озноб нередко сопровождает послеоперационный период, вызывая заметное увеличение потребления кислорода. Сердечный выброс не может повышаться бесконечно и напряжение кислорода смешанной венозной крови снижается. Это повышает значимость внутрилегочного шунта вследствие ателектазирования, нарушает вентиляционно перфузионное соотношение, ухудшает артериальную оксигенацию и может вести к формированию "порочного круга".

Эффект второго газа

Внормальных условиях легкие усваивают только кислород

-усвоения азота не происходит. При введении во вдыхательную смесь второго газа, например закиси азота, усвоение этого газа приводит к "концентрированию" газа, остающегося в альвеоле. Влияние кислорода в этой ситуации клинического значе-

ния не имеет, но повышение концентрации ингаляционного анестезирующего препарата ускоряет индукцию анестезии.

При прекращении подачи закиси азота происходит обратное. Элиминация газа "разводит" альвеолярный газ, что может вести с значительной гипокскемии, если FiO2 не увеличено во время. Эффект продолжается приблизительно 5 минут после прекращения подачи закиси азота.

Нереспираторные функции

Кислотно-основной баланс Поддержание нормального рН весьма важно для нормального

функционирования клеток и респираторная система обеспечивает средство для быстрой регуляции путем контроля за элимимнацией очень важно кислоты - угольной.

Преобразование выше приводившегося уравнения связывания СО2 дает знакомое уравнение Гендерсона-Гессельбаха. Можно видеть, что изменение РаСО2 влияет на рН.

[НСО3-]

рН = рК + ---------

s x РаСО2

Снижение плазменного рН стимулирует респираторный центр через центральные хеморецепторы, повышая альвеолярную вентиляцию и снижая РаСО2. Хорошим примером такого влияния является кетоацидоз, при котором больные обычно имеют гипервентиляцию, являющуюся попыткой респираторной компенсации метаболического ацидоза.

При метаболическом алкалозе, когда снижается РаСО2 происходит обратное. При хронических изменениях респираторного компонента кислотно-основного баланса также может иметь место метаболическая компенсация. При хронически сниженном РаСО2, например в условиях высокогорья, когда сниженное РаО2 стимулирует дыхание, нарастают потери бикарбонатного иона с почками, что имеет целью вернуть рН к норме. Напротив, когда РаСО2 хронически повышено при дыхательной недостаточности, для поддержания баланса почки задерживают бикарбонат.

Метаболизм.

В легких существуют немало энзимных систем, аналогичных печеночным, но поскольку метаболическая масса существенно меньше их вклад в общий метаболизм лекарств невелик. Тем не менее они имеют существенные метаболические и синтетические функции.

Синтез

Сурфактант синтезируется альвеолярными клетками II типа и необходим для поддержания стабильности альвеол ( см. вы-

ше). Продуцируются также факторы свертывающей системы, включая гепарин и различные компоненты защитных легочных компонентов, о которых будет сказано ниже.

Метаболизм Наиболее известной метаболической функцией легких явля-

ется превращение неактивного ангиотензина I в активный анги-

отензин II. Некоторые другие гормоны инактивируются, проходя через легкие. К ним относятся норадреналин, серотонин, брадикинин, простагландины и лейкотриены.

В легких активируется основная окисдантная система Р-450, некоторые, в основном щелочные лекарства метаболизируются до определенных стадий. Однако вклад легких в метаболизм лекарств невелик по сравнению с печенью.

Фильтрация

Любые плотные вещества, включая тромбы, попадающие в венозную систему, проходят через легкие. Если рассматривать легкие в качестве фильтра, теоретический размер пор составитоколо 70 мкм, хотя на практике через легкие проходят значительно большие частицы, возможно через артерио-венозные соединения.

Легкие обладают активной протеолитической системой для растворения фибриновых сгустков, а в эндотелии содержится активатор плазмина, конвертирующий плазминоген в плазмин. Легкие так же богаты гепарином и тромбопластином и возможно играют роль в регуляции свертывания.

Легочные защитные механизмы Вдыхаемый воздух содержит частицы пыли и переносимые

ими бактерии и вирусы. Респираторная система располагает несколькими вариантами защиты нижних дыхательных путей и альвеол. Первичной защитой является нос, внутренние поверхности которого выстланы слизь-продуцирующим реснитчатым эпителием. Носовые раковины обеспечивают турбулентность, позволяющую избежать прямое проникновение воздуха без контакта с поверхностью. Слизистая оболочка в ответ на вдыхание раздражающих веществ набухает и секретирует избыточное количество слизи, что хорошо известно тем, кто простывал хоть однажды. Трахеобронхиальное дерево так же выстлано реснитчатым эпителием и имеет железы, вырабатывающие слизь. Реснички выталкивают слизистое "покрывало" с захваченными им частичками по направлению к глотке, где они проглатываются со слюной. Кашель ( см. выше) так же вносит свой вклад в удаление слизи.

Клеточные механизмы Легочные макрофаги расположены по всему протяжению ды-

хательных путей и альвеол. Они фагоцитируют вдыхаемые частички и микроорганизмы, синтезируя несколько видов протеаз для уничтожения бактерий. Для защиты собственных тканей от повреждающего действия этих протеаз легкие содержат аль- фа1-антитрипсин, инактивирующий протеазы. Макрофаги вырабатывают так же высокореактивные кислородсодержащие соедине-

ния, включая супероксидные радикалы. Для защиты от повреждающего действия этих радикалов в легких продуцируется супероксид дисмутаза. Слизистая оболочка легких секретирует так же IgA, вносящего свой вклад в уничтожение микроорганизмов.

_______________________________________________________

артериальное РСО2 ( мм рт ст )

легочный минутный объем в % к норме

артериальное РСО2 ( кРа )

Подпись к рисунку 1.1 : полный респираторный ответ на двуокись углерода. Только прямая часть восходящей ветви кривой была определена у человека, участок кривой S используется для количественной характеристики ответа.

артериальное РО2 ( мм рт ст )

________________________________________

легочная вентиляция Вертикальная асимптота

( литр. мин -1 )	(РО2 к минутной ветиляции)
	________________________
	Горизонтальная асимптота
	(вентиляция при высоком РО2)

__________________________________________

артериальное РО2 ( кРа )

|________________________|

артериальное SaO2

Рисунок 1.2 Вентиляционный ответ на гипоксию, выраженный через артериальное РСО2 ( мм рт ст )

_______________________________________________________

резервный объем емкость вдоха вдоха

_________________________________________

Дыхательный объем	жизненная емкость
_________________________________________
функциональная	резервный объем	общая емкость
статочная емкость	выдоха

____________________________________________________________

остаточный объем

____________________________________________________________

Рисунок 1.3 Статические легочные объемы у нормального взрослого мужчины весом 70 кг.

Рисунок 1.4 Кривые растяжимости легких, грудной клетки и респираторной системы в целом. Последняя есть результат

суммации индивидуальных кривых. ФОЕЛ есть баланс между легкими и грудной клеткой.

1.Грудная стенка в покое.

2.Грудная стенка.

3.Легкие и грудная стенка.

4.Респираторный уровень покоя.

5.Легкие.

6.ФОЕЛ

7.Остаточный объем.

8.Минимальный объем.

9.Давление дыхательных путей.

10.Общая емкость легких (%)

Рисунок 1.5 Различия перфузионного давления в разных частях легких в положениии стоя. ( Перепечатано из West et al, 1964.)

Рисунок 1.6 Альвеолярная стенка в разрезе.

1. Альвеола. 6. Интерстициальное пространство.

2.Эпителиальная клетка. 7. Ядро.

3.Поддерживающая стенка. 8. Эндотелиальная клетка.

4.Служебная клетка. 9. Капилляр.

5. Базальная мембрана 10. Эритроцит.

Рисунок 1.7 Региональные различия кривой объем/давление

влегких

1.Внутриплевральное давление.

2.Объем.

Рисунок 1.8 Кислородный каскад.

1.Сухой атмосферный воздух. 6. Капиллярная кровь.

2.Воздух, увлажн/нный при 37*С 7. Цитоплазма.

3. Газ в конце выдоха.

8. Митохондрия.

4."Идеальный" альвеолярный газ 9. Смешанная венозная кровь.

5.Артериальная кровь.

где РН2О есть давление насыщения водяного пара при 37*С ( в норме 6,3 кРа или 47 мм рт ст )

Рисунок 1.9 Влияние измерения альвеолярной вентиляции на РАСО2 ( жирная линия ) и на РАО2 ( тонкая линия ). Показано так же влияние повышения FiO2 от 0,21 до 0,3 на РАО2

1.РО2 вдыхаемого газа ( 30 % кислород )

2.РО2 вдыхаемого газа ( 21 % кислород )

3.Нормальная альвеолярная вентиляция

4.Альвеолярное РО2 (кРа) и РСО2 (кРа)

5.Альвеолярное РО2 и РСО2 (мм рт ст) артериальное РСО2 ( мм рт ст )

легочный минутный объем в % к норме

Рисунок 1.10 Изменение кривой диссоциации оксигемоглобина у взрослого с нормальным содержанием гемоглобина при нормальном рН, ацидозе и алкалозе.

1.Напряжение кислорода ( мм рт ст )

2.Артериальные точки

3.Венозные точки

4.Напряжение кислорода ( кРа )

5.Процент насыщения гемоглобина

6.Содержание кислорода ( 100 мл.-1 крови)

Таблица 1.1 Факторы, влияющие на функциональную

остаточную емкость легких (ФОЕЛ)

______________________________________________________

Возраст Положение лежа на спине

Анестезия-операция Послеоперационный период после абдоминальной или торакальной операции Фиброз легких Отек легких Ожирение

Интраабдоминальный объем - беременность, опухоль, асцит Сниженный мышечный тонус Аномалии грудной клетки

______________________________________________________

Дополнительная литература

Nunn JF 1993 Nunn's applied respiratiry physiology, 4th edn. Butterworths, london

West JB, Dollery CT, Naimark A 1964 Distribution of blood flow in isolated lung: relation to vascular and alveolar pressure. J Appl Physiol 19:713-724

West JB 1985 Respiratory physiology - the essentials, 3rd edn. Williams & Wilkins, Baltimore

West JB 1985 Ventilation, blood flow and gas exchange, 4th edn. Blackwell Scientific Publications, Oxford