Измерение легочного кровотока

Для вычисления объема крови, проходящего через легкие за минуту (Q), можно использовать принцип Фика. Согласно этому принципу, минутное потребление О₂(Vо₂) равно его ко­личеству, поглощаемому за это время кровью в легких. Следовательно,

Vo₂=Q(Cao₂ -С_Vo2)

где С—концентрация О₂ в крови, поступающей в легкие, а Са—концентрация О₂ в оттекающей из легких крови. Отсюда

Q=V_o2/(Cao₂ -С_Vo2)

Vo₂ можно измерить, собирая выдыхаемый газ в спирометр с большой емкостью и определяя в нем концентрацию O₂. Забор смешанной венозной крови осуществляется через кате­тер, введенный в легочную артерию, а артериальной крови— путем пункции плечевой или лучевой артерии. Легочный кровоток можно также измерить методом разведения индикато­ров. При этом в вены большого круга вводится, например, краситель и определяется его содержание в артериях. Оба метода имеют очень большое значение, однако подробнее здесь разбираться не будут, так как относятся уже к физиоло­гии кровообращения.

Методы Фика и разведения индикатора позволяют рас­считать средний легочный кровоток за несколько сердечных сокращений. Можно измерить и величину мгновенного легоч­ного кровотока. Для этого используется общая плетизмогра­фия (рис. 4.7). Обследуемый вдыхает из резинового мешка, помещенного внутрь плетизмографической камеры, газовую смесь, содержащую 79 % N₂O и 21 % О₂. Закись азота очень хорошо растворима, поэтому когда она захватывается кровью, давление в камере падает небольшими скачками, синхронно с сердечными сокращениями. Поскольку поглощение закиси азота ограничено кровотоком (см. рис. 3.2), можно рассчитать мгновенный расход крови в легочных сосудах. У здоровых людей кровоток в капиллярах легких носит выражение пуль­сирующий характер н нарушается при заболеваниях.

Рис. 4.7. Измерение мгновенной величины капиллярного кровотока в лег­ких методом общей плетизмографии с вдыханием закиси азота. Полу­ченные кривые приведены вместе с электрокардиограммой в правой части рисунка

Распределение легочного кровотока

До сих пор мы как бы предполагали, что кровообращение во всех отделах легких одинаково. Однако у человека это далеко не так. Существующую неравномерность можно про­демонстрировать с помощью модификации метода меченого ксенона, рассмотренного выше в разделе о распределении ле­гочной вентиляции (рис. 2.7). Для измерения кровотока ра­диоактивный ксенон растворяют в солевом растворе и вводят в периферическую вену (рис. 4.8). Ксенон плохо растворим, поэтому, поступая в легочные капилляры, он выходит в аль­веолярное пространство. Обследуемого просят задержать ды­хание и измеряют радиоактивное излучениес помощью датчи­ков, помещенных на грудную клетку.

У человека в вертикальном положении легочный кровоток почти линейно убывает в направлении снизу вверх, достигая очень низких значений в области верхушек легких (рис. 4.8). На такое его распределение влияют изменение позы и физи­ческая нагрузка. В положении лежа на спине кровоток в верхушках легких увеличивается, а в основаниях практически не изменяется, в результате чего его вертикальная неравно­мерность почти исчезает. В то же время в этом положении кровоток в задних (дорсальных) отделах легких становится выше, чем в передних (вентральных). При положении чело­века вниз головой кровоток в верхушках легких может быть больше, чем в основаниях. При умеренной физической на­грузке кровоток в верхних и нижних отделах увеличивается и регионарные различия его распределения сглаживаются.

Неравномерное распределение легочного кровотока можно объяснить различиями гидростатического давления в крове­носных сосудах. Если рассматривать легочную артериальную систему как единый столб крови высотой около 30 см, то раз­ница в давлении между его вершиной и основанием составит примерно 30 см вод. ст., или 23 мм рт. ст. Поскольку в малом круге давление крови мало (рис. 4.1), такая разница довольно существенна. Влияние ее на регионарный кровоток проиллю­стрировано на рис. 4.9.

Рис. 4.8. Измерение распределения кровотока в легком человека в вер­тикальном положении с помощью радиоактивного ксенона. Ксенон, рас­творенный в крови, поступает в альвеолярный воздух из легочных ка­пилляров. Единицы расхода крови подобраны таким образом, чтобы равномерному кровотоку соответствовала величина 100. Видно, что сла­бее всего кровоснабжение в верхушках легких (J. М. В. Hughes et al.: Respir. Physiol., 4 : 58, 1968)

Рис. 4.9. Модель, связывающая неравномерность распределения легочного кровотока с величиной давления, действующего на капилляры (J. В. West et al.: Appl. Physiol., 19:713, 1961)

Рис. 4.10. Два сопротивления Старлинга (А и Б), представ­ляющие собой тонкие резино­вые трубки, помещенные в ка­меры. Когда давление в каме­ре больше, чем в конечном от­резке трубки (А), расход жид­кости не зависит от давления оттока. В противоположном случае (Б) расход жидкости определяется разностью дав­лений притока и оттока

В верхушках легких (зона 1) могут существовать области с давлением в легочных артериях ниже альвеолярного (по­следнее, как мы уже знаем, в норме близко к атмосферному). При этом капилляры полностью спадаются, и кровоток через них становится невозможным. Такая ситуация в норме не наблюдается, поскольку давление в легочных артериях до­статочно, чтобы “поднять” кровь до верхушек, однако она может возникнуть при снижении артериального (например, при значительной кровопотере) или увеличении альвеолярного давления (при искусственной вен­тиляции легких под положитель­ным давлением). При этом вен­тилируемые, но не снабжаемые кровью, т. е. не участвующие в газообмене, участки легких назы­ваются альвеолярным мертвым пространством.

В средней части легких (в зо­не 2) давление в артериях под действием гидростатических сил увеличивается и становится вы­ше альвеолярного, которое в свою очередь все еще превышает венозное, что приводит к очень интересной зависимости между давлением и кровотоком. Величи­на кровотока в данном случае оп­ределяется разницей между ар­териальным и альвеолярным, а не, как обычно, артериальным и венозным павлением. Венозное дявление не влияет на кровоток пока оно не превышает альвеолярного. Подобные усло­вия можно воспроизвести на модели резиновой трубки,поме­щенной в стеклянную камеру (рис. 4.10). Когда давление в камере становится больше, чем в дистальном отрезке трубки, он спадается (коллапсирует), т. е. это “давление спадения”в трубке ограничивает кровоток. Легочные капилляры, разуме­ется, во многом отличаются от резиновых трубок, однако в целом ведут себя так же (такое явление называют эффектом сопротивления Старлинга, шлюза или водопада). Поскольку в рассматриваемой зоне артериальное давление увеличивает­ся в направлении сверху вниз, а альвеолярное во всех отделах легких одинаково, их разница, обеспечивающая кровоток, воз­растает. Кроме того, в верхне-нижнем направлении происхо­дит вовлечение новых капилляров.

В нижней зоне (зона 3) давление в легочных венах выше альвеолярного и величина кровотока, как и в обычных сосу­дах, определяется разницей между артериальным и венозным давлением. Возрастание кровотока в верхне-нижнем направ­лении в этой зоне, по-видимому, обусловлено главным образом расширением легочных капилляров. Давление в них, как уже говорилось, соответствует среднему между артериальным и венозным и возрастает коснованиям легких, тогда как внеш­нее (альвеолярное) давление остается постоянным. Это при­водит к повышению трансмурального давления. Действитель­но, было показано, что средний просвет капилляров в верхне­нижнем направлении увеличивается. Кроме того, постепенное возрастание кровотока в верхне-нижнем направлении в зоне 3 может быть частично обусловлено вовлечением новых ка­пилляров.

На рис. 4.9 приведена обобщенная схема, демонстрирую­щая роль капилляров в распределении легочного кровотока. При малом объеме легких большое значение имеет сопротив­ление внеальвеолярных сосудов. В этих условиях снижается регионарный кровоток, причем преимущественно в области оснований легких, где легочная паренхима расправлена сла­бее всего (см. рис. 7.8). Причиной такого снижения является здесь сужение внеальвеолярных сосудов при недостаточном расправлении легких. Эти участки иногда называют зоной 4 (рис. 4.6).