Общая оценка методов, используемых для исследования функции легких

В этой главе мы рассмотрели некоторые из методов, при­меняемых в настоящее время для исследования функции лег­ких. В заключение хочется подчеркнуть, что даже в специали­зированных пульмонологических лабораториях функциональ­ной диагностики при больницах обычно используются не все они. Еще меньше тестов такого рода вошло в повседневную практику терапевтов и эпидемиологов.

Наиболее распространенный и простой метод, применимый в клинической диагностике,—изучение форсированного вы­доха. При этом можно использовать самые различные пара­метры, однако чаще всего измеряют OOB_1,0 и ФЖЕЛ. Очень ценным показателем, особенно у больных с дыхательной не­достаточностью, служит газовый состав артериальной крови, Остальные методы используются специалистами в различной степени, однако в хорошо оборудованной пульмонологической лаборатории функциональной диагностики должна быть аппа­ратура для измерения легочных объемов, неравномерности. вентиляции, альвеолярно-артериальной разницы по РО₂ функционального мертвого пространства и шунтового кровотока, диффузионной способности для СО, сопротивления ды­хательных путей, растяжимости легких, вентиляторной реак­ции на CO₂ и гипоксию, а также для дозированной физиче­ской нагрузки. В крупных лабораториях можно осуществлять и более специальные измерения, например топографического. распределения вентиляции и кровотока в легких.

Приложение

Обозначения

Основные показатели

С — концентрация газов в крови

F — фракционная концентрация газов в сухой газовой смеси

Р —давление, парциальное давление

Q — объем крови

Q — объемная скорость (расход) кровотока

R — дыхательный коэффициент

S — насыщение гемоглобина кислородом

V — объем газа

V — объемная скорость (расход) газа

Индексы для газов

А — альвеолярный

В — барометрический

D — мертвое пространство

Е — экспираторный

I — инспираторный

L — легочный

Т — дыхательный

Индексы для крови

а — артериальная

с — капиллярная

с'— дистально-капиллярная (в конце капилляров)

i — идеальная

v — венозная

v—смешанная венозная

S — шунтированная

Примеры

Сао₂ —концентрация O₂ в артериальной крови

F_EN2 —фракционная концентрация N2 в выдыхаемом воздухе

P_VO2 —парциальное давление О₂ в смешанной венозной крови

Единицы

В этой книге мы использовали традиционные метрические единицы. Давления измерялись в миллиметрах ртутного или водного столба (мм рт. ст.; мм вод. ст.).

В Европе все шире используются единицы системы СИ. Большинство из них хорошо известны и привычны; некоторые трудности могут возникнуть лишь с единицей давления — килопаскалем (кПа). 1 кПа = 7,5 мм рт. ст.

Уравнения

Газовые законы

Уравнение состояния идеального газа выглядит следую­щим образом ¹⁾:

PV==RT,

где Т—температура, R—газовая постоянная. Это уравнение используют для расчета объемов газов при изменениях пар­циального давления водяных паров и температуры. Так, вен­тиляционные объемы обычно определяют для таких же, как в организме, температуры (37 °С) и давления и насыщенного водяными парами воздуха. Эти условия обозначаются BTPS ²⁾, Объемы газов крови рассчитываются для стандартных темпе­ратуры (0°С или 273 К) и давления (760 мм рт. ст.) и сухого воздуха (STPD ¹⁾). Чтобы перейти от условии BTPS к усло­виям STPD, необходимо умножить объем газа на величину:

где 47 мм рт. ст.—давление водяных паров при 37 °С.

¹⁾ Для 1 моль газа. — Прим. ред.

^г) (B)ody (T)emperature, ambient (P)iessure, (S)aturated with water vapor.—Прим. ред.

Частными случаями уравнения состояния газа являются закон Бойля—Мариотта:

для постоянной температуры и закон Шарля:

для постоянного давления.

Согласно закону Авогадро, при одинаковых температуре и давлении одинаковые объемы любых газов содержат равное количество молекул, причем одна грамм-молекула какого-либо газа (например, 32 г Оа) при STPD занимает объем 22,4 л.

Из закона Дальтона следует, что парциальное давление газа (х) в газовой смеси равно давлению, которое он созда­вал бы, если бы один занимал весь объем смеси, т. е.

P_x=P х F_x,

где Р — общее давление сухой газовой смеси. Если в смеси присутствуют водяные пары с давлением 47 мм рт. ст., то парциальное давление газа рассчитывается по другому урав­нению

Р_х=(Р_в х 47).Р_х.

Для альвеолярной газовой смеси справедливо равенство

Парциальное давление газа в жидкости равно его парци­альному давлению в газовой смеси, уравновешенной с данной жидкостью.

Согласно закону Генри, концентрация физически раство­ренного газа в жидкости пропорциональна его парциальному давлению:

С_x=К x Р_x.

¹⁾ (S)tandart (T)emperature and (P)ressure, (D)rу.—Прим. ред.

Вентиляция

V_T=V_D+V_A,

где va—объем альвеолярного газа в дыхательном объеме.

в обоих случаях измерен при BTPS). Уравнение альвеолярной вентиляции:

Если va измерен при BTPS, а Усо2—при STPD, то К =0,863. У здоровых лиц Рлсоз ^” Расо2

Уравнение Бора:

или, если подставить Рсо2 в артериальной крови:

С помощью этого выражения рассчитывают объем функ­ционального мертвого пространства.

Диффузия

Согласно закону Грэхема, в газовой среде скорость диф­фузии газа обратно пропорциональна его молекулярной массе.

По закону Фика объем газа, диффундирующий за единицу времени через слой ткани или жидкости, равен

где S и l—площадь и толщина слоя соответственно, P₁ и P₂— парциальные давления но обе стороны слоя, D—константа диффузии, которую иногда называют диффузионной проницаемостью ткани для данного газа.

Константа диффузии связана с растворимостью (а) и мо­лекулярной массой (М) газа уравнением ¹⁾

При измерении диффузионной способности легких (Di) для СО Рсо в капиллярах считается равным нулю. Тогда

dl складывается из двух компонентов. Первый из них—­диффузионная способность альвеолярной мембраны (Ом), а вюрой зависит от объема капиллярной крови (Vc) и скорости реакции СО с гемоглобином (О):

Кровоток.

Принцип Фика:

Уравнение для расчета сопротивления легочных сосудов:

где Рарт и Рвен—давление в легочных артериях и венах со­ответственно.

Закон Старлинга для транскапиллярного переноса жид­кости:

Суммарный поток жидкости ==

где индекс i относится к интерстициальной жидкости, окру­жающей капилляры, л—онкотическое давление, К—коэф­фициент капиллярной фильтрации, о — осмотический коэффи­циент отражения.

¹⁾ В отечественной и зарубежной литературе закон Фика чаще записывают в виде:

где D* — коэффициент диффузии в среде. Для диффузии в газе

это соотношение в общем случае не выполняется. Константа диффузии пропорциональна коэффициенту диффузии и растворимости газа:

D ==D*a. — Прим. ред,

Вентиляционно-перфузионные отношения

Уравнение альвеолярного газа:

Это уравнение справедливо лишь в том случае, если СО₂ во вдыхаемом воздухе нет. Если человек дышит атмосферным воздухом, то выражение, стоящее в квадратных скобках, со­ответствует очень небольшому поправочному члену (при P _ACO2=, FiO₂=0,21, R=0.8 он равен 2 мм рт. ст.). В связи с этим можно использовать следующее приближенное урав­нение:

Дыхательный коэффициент Если СО₂ во вдыхаемом воздухе нет, то

Уравнение венозно-артериального шунта:

где с—дистально-капиллярная кровь.

Вентиляционно-перфузионное отношение:

где концентрации газов выражены в миллилитрах на 100 мл крови (об. %)

Уравнение физиологического шунта:

Уравнение альвеолярного мертвого пространства:

Уравнение функционального мертвого пространства при­ведено на стр. 175.

Газы крови и рН

Концентрация физически растворенного О₂ в крови:

Со₂, == аРо₂,

Где а- коэффициент растворимости, равный 0,003 мл О₂/100 мл крови.мм рт. ст.

Уравнение Гендерсона— Гассельбальха:

В нерме p7<A=6,l. Если [НСО;] и [COz] выражены в миллимолях на литр, то [СОг] можно заменить на Ргп, (мм рт. ст.) X 0,030.

Механика дыхания

Растяжимость == AV/AP. Удельная растяжимость = AV/(V-AP).

Уравнение Лапласа для давления сил поверхностного на­тяжения в случае сферы:

где г — радиус, о — коэффициент поверхностного натяжения. Для мыльного пузырька Р = 4а/г, поскольку у него силы по­верхностного натяжения действуют на двух поверхностях. Закон Пуазейля для ламинарного потока:

где ч] — вязкость, Р — разница давлений, действующая на от­резке 1.

Число Рвйнольдса

где v — средняя линейная скорость газа, р — его плотность, 1] — его вязкость.

Перепад давления (Р) для ламинарного потока пропор­ционален V, а для турбулентного (ориентировочно)—V².

Сопротивление воздухоносных путей:

где Р_альв и Ррот – давление в альвеолах и ротовой полости соответственно.