Функциональные пробы системы внешнего дыхания. Исследование функционального состояния системы внешнего дыхания Функциональное состояние системы внешнего дыхания

2. Диагностика функциональных нарушений системы внешнего дыхания

Внешнее, или лёгочное, дыхание является одним из структурных компонентов системы дыхания, обеспечивающей поступление в организм из внешней среды кислорода, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление избытка образовавшегося углекислого газа из организма во внешнюю среду. Система внешнего дыхания осуществляет газообмен между воздухом и кровью благодаря интеграции функциональных компонентов, включающих: 1. воздухоносные пути и альвеолярные газообменивающие структуры; 2. костно-мышечный каркас грудной клетки, дыхательную мускулатуру и плевру; 3. малый круг кровообращения; 4. нейро-гуморальный аппарат регуляции. Эти структуры обеспечивают нормальную артериализацию крови и адаптацию организма к физической нагрузке и различным патологическим состояниям с помощью трёх процессов: 1. постоянной вентиляции альвеолярных пространств для поддержания нормального газового состава альвеолярного воздуха; 2.диффузии газов через альвеоло-капиллярную мембрану; 3. непрерывного лёгочного кровотока, соответствующего уровню вентиляции. Вентиляция, диффузия и лёгочный кровоток являются последовательными звеньями в цепи переноса газов в системе внешнего дыхания, одновременно представляя собой три неразрывно связанных механизма системы, обеспечивающих её работу и достижение конечного результата.

Нарушения функционального состояния системы внешнего дыхания являются частыми патофизиологическими изменениями не только у пациентов, страдающих заболеваниями лёгких и дыхательных путей, но и при патологии малого круга кровообращения, костно-мышечных структур грудной клетки, центральной нервной системы. Результатом нарушения деятельности внешнего дыхания является развитие дыхательной недостаточности. Существуют различные подходы к определению понятия “дыхательная недостаточность”. Она может трактоваться как состояние, при котором система внешнего дыхания не в состоянии обеспечить нормальный газовый состав артериальной крови, либо как состояние, при котором поддержание адекватного газового состава артериальной крови достигается за счёт напряжения компенсаторных механизмов, приводящего к снижению функциональных возможностей организма.

Причины развития дыхательной недостаточности.

1.Поражение бронхов, вследствие бронхоспазма, отёка слизистой оболочки,

гиперкрини и дискринии, снижения тонуса крупных бронхов,

2. Поражение альвеолярно-респираторных структур лёгких: инфильтрация,

деструкция, фиброзирование лёгочной ткани, ателектаз, пороки развития легких, последствия хирургических вмешательств на них и др.

3. Поражение костно-мышечного каркаса грудной клетки, дыхательной мус-кулатуры и плевры: выраженные деформации грудной клетки и кифосколиоз,

нарушение подвижности рёбер, ограничение подвижности диафрагмы, плевральные сращения, дегенеративно-дистрофические изменения дыхательной мускулатуры и др.

4. Патологические изменения в малом круге кровообращения: застой крови в сосудах, спазм артериол, редукция сосудистого русла.

5. Нарушения регуляции внешнего дыхания вследствие угнетения центральной нервной системы различной этиологии или нарушения местных регуляторных механизмов.

Вышеуказанные патологические процессы часто приводят к развитию сходных клинических симптомов, например, одышки, однако причины этих симптомов могут быть совершенно разными. Проводимые в клинической практике функциональные исследования помогают выяснить эти причины и провести дифференциацию имеющихся нарушений.

Цели и задачи функциональных исследований:

Диагностика и дифференциальная диагностика заболеваний лёгких и бронхов;

Выбор препаратов для проведения патогенетического и симптоматического лечения;

Контроль за эффективностью проводимого лечения;

Мониторирование показателей для оценки течения болезни;

Определение степени и формы дыхательной недостаточности;

Определение функциональных резервов для оценки трудоспособности;

Оценка риска при планировании операции;

Выявление заболеваний органов дыхания среди населения.

Различные методы функционального исследования дают представлениие о состоянии вентиляции, диффузии газов в лёгких, вентиляционно-перфузионных соотношениях и ряде других параметров. При соответствующем оснащении лаборатории функциональной диагностики эти исследования не представляют существенной методической сложности. В клинической практике чаще всего приходится ограничиваться изучением вентиляции, что обусловлено доступностью аппаратуры для проведения этого исследования в большинстве лечебных учреждений.

Наиболее распространёнными методами обследования для изучения вентиляционных параметров являются спирометрия, спирография, пневмотахография, пикфлоуметрия и общая плетизмография. С помощью этих исследований измеряется ряд статических и динамических показателей.

ДО - дыхательный объём – объём воздуха, поступающий в лёгкие при спокойном дыхании за 1 вдох

Ровд - резервный объём вдоха – максимальный объём воздуха, который можно вдохнуть после спокойного вдоха

Ровыд - резервный объём выдоха – максимальный объём воздуха, который можно выдохнуть после спокойного выдоха

ООЛ - остаточный объём лёгких – объём воздуха, который остаётся в лёгких после максимального выдоха

ОЕЛ - общая ёмкость лёгких – максимальное количество воздуха, которое способны вместить лёгкие

ЖЕЛ - жизненная ёмкость лёгких – максимальный объём, который можно выдохнуть после предельно глубокого вдоха

Ёвд - ёмкость вдоха – максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного выдоха

ФОЕ - функциональная остаточная ёмкость – объём воздуха, остающийся в лёгких после спокойного выдоха

ЧД - частота дыхания – число дыхательных движений в минуту при спокойном дыхании

МОД - минутный объём дыхания – объём воздуха, поступающий в лёгкие за 1 минуту при спокойном дыхании

МВЛ - максимальная вентиляция лёгких – максимальный объём воздуха, который пациент может провентилировать за 1 минуту

ФЖЕЛ - форсированная жизненная ёмкость лёгких – наибольший объём воздуха, который может быть изгнан после максимального вдоха при форсированном выдохе

ОФВ1 - объём форсированного выдоха за первую секунду – объём форсированного выдоха за первую секунду маневра ФЖЕЛ

ИТ - индекс Тиффно - ОФВ1/ЖЕЛ%

СОС25-75 -средняя объёмная скорость выдоха на уровне 25– 75% ЖЕЛ

МОС25 - максимальные скорости выдоха на уровне выдоха

МОС50 25, 50, 75% ФЖЕЛ

ПОС - пиковая объёмная скорость форсированного выдоха

Числовые значения показателей вентиляции количественно оцениваются при сопоставлении с величинами, которые для лиц данного возраста, роста, веса и пола считаются нормальными. При этом можно воспользоваться должными величинами, либо нормативами. Должная величина показателя – теоретически наиболее вероятное его значение, определённое по установленной у здоровых людей зависимости между данным параметром, полом, возрастом и антропометрическими данными субъекта. Должные величины рассчитываются по формулам, выведенным в результате обследования достаточно представительных групп здоровых лиц.

Лёгочные объёмы и ёмкости относятся к статическим показателям, характеризующим эластические свойства лёгких и грудной стенки.

Рис.1. Лёгочные объёмы и ёмкости.
Большинство из объёмных показателей, за исключением ООЛ и ёмкостей его включающих, получают при спирографическом исследовании. Простота, доступность и информативность метода обеспечили ему широкое распространение. Необременительность для больного и безопасность дают возможность многократных исследований. Спирограмма представляет собой графическую регистрацию объёма лёгких при выполнении различных дыхательных маневров.

Рис. 2. Схематическое изображение спирограммы здорового человека.

Наряду с объёмными показателями при спирографическом тесте исследуются ФЖЕЛ, ОФВ1, ИТ, МОД, МВЛ, являющиеся динамическими характеристиками вентиляции. Исследование проводится в положении сидя, в условиях относительного покоя. Дыхание осуществляется через рот, на нос накладывается зажим. Режимы выполнения маневра ЖЕЛ, ФЖЕЛ и МВЛ различны, но все они предусматривают достижение максимальной амплитуды параметров. Для измерения ЖЕЛ пациент делает максимально глубокий спокойный вдох и выдох; исследование ФЖЕЛ требует от пациента кратковременной задержки дыхания (1-2 сек) на максимальном вдохе с последующим форсированным выдохом; при определении МВЛ обследуемый дышит глубоко и часто (40-50 дыхания в 1 мин) в течение 10 -15 сек. При использовании спирометрического метода исследуется только величина ЖЕЛ. В зависимости от режима проведения спирографии можно получить характеристику процесса вентиляции или состояния аппарата, обеспечивающего процесс вентиляции. К сожалению, по спирограмме технически трудно рассчитать такие высоко информативные скоростные показатели, как ПОС, МОС25,50,75. Для получения этих параметров в настоящее время в клинической практике достаточно широко используется пневмотахографический метод или исследование отношений поток-объём.

По сравнению со спирографией определение кривой поток-объём даёт дополнительные возможности, хотя во многом объём информации, получаемый при помощи обоих методов, одинаков. Процедура выполнения дыхательного маневра при записи кривой поток-объём идентична регистрации ФЖЕЛ во время спирографического исследования. Пневмотахографическое исследование делает возможным точное измерение инспираторного и экспираторного потоков и позволяет проводить измерение объёмной скорости потока как функции объёма лёгких. Наглядность отношения между потоком и объёмом позволяет более глубоко анализировать функциональные характеристики как верхних, так и нижних воздухопроводящих путей.

Рис. 3.Схематическое изображение кривой “поток-объём”.
Скоростные показатели, которые рассчитываются при проведении обследования поток-объём (ПОС, МОС25,50,75, СОС25-75), позволяют более детально судить о локализации обструкции преимущественно в области центральных или в области периферических дыхательных путей. Для регистрации ПОС используется также пикфлоуметрическое исследование.

Спирография и пневмотахография могут быть использованы для определения двух основных патофизиологических типов отклонения от нормы: рестриктивного и обструктивного. Рестриктивный вариант возникает в результате процессов, ограничивающих наполнение грудной клетки воздухом – изменения грудной клетки с деформацией и тугоподвижностью, наличие газа или жидкости в плевральной полости, массивные плевральные сращения, пневмосклеротические и фиброзные изменения лёгочной ткани, ателектаз, опухоли и т.д. Эти процессы препятствуют экскурсиям грудной клетки и расправлению лёгких, но чаще всего не влияют, или почти не влияют, на проходимость дыхательных путей. При обструктивных расстройствах ведущей патофизиологической аномалией является увеличение сопротивления, оказываемого дыхательными путями движению воздуха вследствие спазма гладкой мускулатуры бронхов, отека и воспалительной инфильтрации слизистой бронхов, увеличения количества вязкого секрета, деформации бронхов, экспраторного коллапса бронхов.

При обструктивном типе нарушений вентиляции спирограмма и кривая “поток-объём” выявляют ту или иную степень снижения ОФВ1, МОС25,50,75, СОС25-75, ИТ, ФЖЕЛ. Для обструкции преимущественно центральных дыхательных путей характерно более выраженное уменьшение ПОС и МОС25, при периферической обструкции больше снижаются МОС50 и МОС75. При начальных проявлениях обструкции ОФВ1, ИТ и ФЖЕЛ могут оставаться в пределах нормы, снижаются только МОС25,50,75.

Рис. 4. ЖЕЛ, ФЖЕЛ, структура ОЕЛ и кривые поток-объём при обструкции, сопровождающейся увеличением ОЕЛ

– нарушения умеренные; 2 – значительные; 3 – резкие.

Рис. 5. ЖЕЛ, ФЖЕЛ, структура ОЕЛ и кривые поток-объём при обструктивных нарушениях без увеличения ОЕЛ.

1 – нарушения умеренные; 2 – значительные; 3 – резкие.

Рестриктивный тип нарушений характеризуется снижением ОЕЛ, но, так как при данных исследованиях не представляется возможным определить ООЛ и ОЕЛ, обычно о рестрикции судят по уменьшению ЖЕЛ и её составляющих (РОвд, РО выд, Ёвд). ОФВ1 при рестрикции, если нет выраженного снижения ЖЕЛ, остаётся нормальным, ИТ остаётся в норме или выше нормы , скоростные показатели не изменены.

Рис. 6. ЖЕЛ, ФЖЕЛ, и структура ОЕЛ при рестриктивных нарушениях.

И при рестриктивном, и при обструктивном варианте нарушений вентиляции может наблюдаться изменение МОД и МВЛ. Увеличение МОД свидетельствует о гипервентиляции в состоянии покоя, чаще всего компенсаторного харктера, снижение МОД говорит о гиповентиляции при различных патологических состояниях. Снижение МВЛ может быть одним из ранних признаков уменьшения резервов дыхательного аппарата.

Достаточно часто у пациентов встречается смешанный тип нарушений вентиляционной функции, проявляющийся снижением и статических и динамических параметров вентиляции. Диагностику этого типа вентиляционных нарушений лучше проводить на основании анализа структуры ОЕЛ (уменьшение ОЕЛ и ООЛ в сочетании с признаками обструкции), т.к. ЖЕЛ иногда снижается при обструкции дыхательных путей без участия каких-либо ограничительных факторов.

Исследование структуры ОЕЛ, т.е. соотношения образующих её объёмных компонентов, помогает дифференцировать патофизиологические синдромы нарушений вентиляционной способности лёгких. Для определения ООЛ и ФОЕ применяются конвекционные методы, основанные на сохранении количества инертного индикаторного газа (азота или гелия) при его перемещении из ёмкости в ёмкость, а также барометрический метод – общая плетизмография. Хотя метод разведения гелия прост, его точнось зависит от полноты смешивания газа в лёгких и у пациентов с неравномерной вентиляцией результаты измерений могут быть неточными, кроме того процедура может занимать достаточно продолжительное время. Общая плетизмография является более быстрым и надёжным методом измерения объёма лёгких, однако требует более сложного технического оснащения. Принцип плетизмографии базируется на законе Бойля-Мариотта, согласно которому объём газа меняется обратно пропорционально приложенному давлению. Пациент при обследовании сидит в герметически закрытой кабине плетизмографа и дышит воздухом камеры через мундштук, который можно перекрывать электромагнитной заслонкой, изолируя дыхательные пути и лёгкие от объёма камеры. Обследуемый в конце спокойного выдоха делает короткий вдох и выдох при закрытой заслонке. Регистрация изменений давления в ротовой полости (как эквивалент альвеолярного давления) и внутригрудного объёма газа (как отражение колебаний давления в кабине) позволяют рассчитать ООЛ, ФОЕ, ОЕЛ, а также аэродинамическое (бронхиальное) сопротивление дыхательных путей Raw, характеризующее состояние просвета первых 8-10 генераций бронхов. Снижение ОЕЛ при неизменённой её структуре характерно для чистого (без сочетания с обструкцией) рестриктивного варианта нарушений вентиляционной способности лёгких. Абсолютная величина ООЛ и отношение ООЛ/ОЕЛ считаются важнейшими критериями при оценке эластичности лёгких и состояния бронхиальной проходимости. При значительном и стойком увеличении ООЛ/ОЕЛ% (50-60% и больше) можно говорить об эмфиземе лёгких.

Вышеперечисленные методы исследования позволяют установить не только тип нарушений ветиляции, но и степень отклонения тех или иных параметров от нормы. Границы нормы и отклонения от нормы при сравнении с должными показателями приведены в таблице:

Показатель	Норма	Условная	Отклонения показателя
			умеренные	значительные	резкие
ЖЕЛ, % должной % должной ОФВ1/ЖЕЛ,% % должной % должной % должной % должной % должной % должной	> 90 > 85 > 70 90-110 90-125 > 85 > 80 > 80 > 75	90-85 85-75 70-65 90-85 89-85 85-75 79-60 79-60 74-60	84-70 74-55 64-55 90-85 84-70 74-55 59-40 59-40 59-45	69-50 54-35 54-40 74-60 69-50 54-35 39-20 39-20 44-30	> 225 > +25

Нарушения вентиляционной функции внешнего дыхания могут приводить к развитию гипоксемии и гиперкапнии.

В заключении о состоянии вентиляционной функции указывается тип и степень выявленных нарушений, например: значительные нарушения вентиляции по обструктивному типу.

Исследования вентиляции можно дополнять бронходилатационными и бронхо-провокационными тестами. Бронходилатационные пробы применяются при обструктивном синдроме для выявления обратимого компонента обструкции – бронхоспазма. При наличии у пациента бронхоспазма ингаляция бронхолитического препарата через определённое время вызывает прирост функциональных показателей вентиляции, в частности ОФВ1, ПОС, МОС25,50,75. Рекомендации по оценке обратимости обструкции варьируют, но увеличение ОФВ1 на 15% и более по сравнению с исходной величиной можно рассматривать как положительную пробу. Бронхопровокационная проба представляет собой тест, помогающий определить восприимчивость дыхательных путей к различным бронхоконстрикторным агентам (гистамин, метахолин, аллергены, холодный воздух, физическая нагрузка и т.д.). Чаще всего проводится проба с фармакологическими раздражителями для диагностики бронхиальной астмы у пациентов с сомнительным диагнозом .

В условиях патологии возможны изменения не только вентиляции, но и диффузии, несмотря на то, что анатомо-физиологическая структура лёгких создаёт исключительно благоприятные условия для газообмена. Огромная площадь альвеолярной поверхности (70-80 м2) и обширная сеть лёгочных капилляров создают оптимальные условия для поглощения кислорода и выделения углекислого газа. Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью совершается через альвеоло-капиллярную мембрану, которая состоит из эпителия альвеол, интерстициального слоя и эндотелия капилляров. На большей части поверхности газообмена общая толщина мембраны не превышает 1 мкм, достигая лишь на отдельных участках 5 мкм. Движение газа через альвеоло-капиллярную мембрану происходит путём диффузии, согласно закону Фика. В соответствии с этим законом, скорость переноса газа через мембрану прямо пропорциональна разнице парциального давления газа по обе стороны мембраны и константе мембраны, известной как диффузионная способность. Процесс диффузии кислорода в лёгких может считаться завершённым только после того, как молекулы кислорода вступят в химическую реакцию с гемоглобином, преодолев слой плазмы, стенку и слой протоплазмы эритроцита.

Диффузионные нарушения возникают при утолщении и изменении физико-химических свойств альвеоло-капиллярной мембраны (фиброзирующий альвеолит, канцероматоз, отёк лёгкого, саркоидоз и др.), уменьшении поверхности газообмена при уменьшении числа функционирующих альвеол и капилляров (сдавление и ателектаз лёгкого, недоразвитие лёгких, удаление части лёгкого), уменьшении количества крови в лёгочных капиллярах и уменьшении в ней гемоглобина . Всё это приводит к тому, что кровь покидает лёгочные капилляры раньше, чем успевает полностью завершиться её оксигенация. Диффузионные нарушения отражаются только на обмене кислорода, обладающего худшими, чем углекислый газ, диффузионными свойствами, и могут приводить к гипоксемии.

В клинической практике используются три метода измерения диффузионной способности лёгких (ДЛ), основанные на определении коцентрации окиси углерода (СО по молекулярной массе и растворимости близок к кислороду, но обладает в 210 раз большим сродством к гемоглобину) : метод одиночного вдоха, метод устойчивого состояния и метод возвратного дыхания. Наиболее широко применяется метод одиночного вдоха . При этом методе пациент из положения максимального выдоха вдыхает газовую смесь с низким содержанием СО (0,3%) и незначительным количеством гелия (10%) и задерживает дыхание на 10с, после чего делает полный выдох. Во время задержки дыхания некоторое количество СО диффундирует из альвеол в кровь. Это количество рассчитывается, исходя из содержания СО в альвеолярном газе в начале и в конце 10-секундной задержки дыхания. Альвеолярный объём, в котором происходил газообмен , измеряют по разведению гелия. На основании изменения концентрации СО во время задержки дыхания рассчитывается ДЛ. Используется также выражение ДЛ на 1 л объёма легких.

Для оценки состояния диффузионной способности лёгких, как и вентиляционной, производится сравнение полученных данных с должными показателями. В норме ДЛ составляет более 85% от должной, условная норма лежит в пределах 85-75% от должной. При умеренных нарушениях она снижается до 74-55%, при значительных – до 54-35% и при резких – менее 35% от должной величины.

Результаты большинства функциональных исследований внешнего дыхания зависят от усилий пациента и его желания сотрудничать с персоналом, проводящим обследование. В связи с этим , проведение тестов требует соблюдения методики исследования и предварительного инструктажа обследуемого. Должны быть записаны возраст, рост и вес, необходимые для расчёта должных величин. Пациент перед тестом должен избегать курения, энергичных физических упражнений, употребления алкоголя, обильной еды за 2 часа до исследования. Нельзя обследоваться в одежде, сдавливающей грудную клетку и затрудняющей движения брющной стенки, следует избегать использования бронходилататоров короткого действия (не менее чем за 4 часа до теста). Эти требования необходимо сообщить пациенту во время назначения исследования. Если пациент использовал перед обследованием бронхолитические препараты (ингаляционные или принимаемые внутрь), он должен сообщить об этом лаборанту и эти сведения должны быть записаны в протоколе теста.

Вышеперечисленные методы в ряде случаев необходимо дополнять исследованием газового состава крови, включающим определение степени насыщения крови кислородом (SaO2), парциального давления кислорода в артериальной крови (PaO2) и парциального давления углекислоты в артериальной крови (PaCO2) для выявления признаков дыхательной недостаточности. Cнижение SaO2 (норма –93-96%) и PaO2 (норма – 70-80 мм рт. ст.) указывает на артериальную гипоксемию; увеличение PaСO2 (норма 35–45 мм рт. ст) свидетельствует о гиперкапнии .

Литература

1. 
   Руководство по клинической физиологии дыхания / Под ред. Шика Л.Л., Канаева Н.Н. – Л.: Медицина, 1980.
2. 
   Болезни органов дыхания. Руков. для врачей в 4 томах / Под ред. Палеева Н.Р. – М., 1989.
3. 
   М. А. Гриппи. Патофизиология лёгких / М., Бином, 1997.
4. 
   Организация работы по исследованию функционального состояния лёгких методами спирографии и пневмотахографии и применеие этих методов в клинической практике: (Методические указания.) / Сост.: Турина О.И.,Лаптева И.М.,Калечиц О.М.,Маничев И.А.,Щербицкий В.Г. – Мн., 2002.

Дыхательной недостаточностью считается такое состояние, при котором нормальный газовый состав артериальной крови или не обеспечивается, или обеспечивается за счет ненормальной работы аппарата внешнего дыхания, приводящей к снижению функциональных возможностей организма.

При прогрессировании дыхательной недостаточности (ДН), при снижении компенсаторных возможностей наступают артериальная гипоксемия и гиперкапния. На этом основано деление ДН на стадии и формы: 1 стадия- вентиляционные нарушения, когда выявляются изменения вентиляции без изменений газового состава артериальной крови; 2 стадия- нарушения газового состава артериальной крови, когда наряду с вентиляционными нарушениями наблюдаются гипоксемия и гиперкапния, нарушения кислотно-щелочного равновесия.

По тяжести ДН принято делить на степени. В нашей стране широко принята классификация А.Г.Дембо, по которой степень ДН определяется по выраженности одышки - это субъективное ощущение неудовлетворенности дыханием, дискомфорта в дыхании.

1степень-одышка возникает при повышенной физической нагрузке, которую ранее больной переносил хорошо;

2степень-одышка при обычных для данного больного физических нагрузках;

3степень- одышка возникает при малых физических нагрузках или в покое.

Понятие дыхательной недостаточности отражает нарушение аппарата внешнего дыхания. В основном функция аппарата внешнего дыхания определяется состоянием легочной вентиляции, легочного газообмена и газовым составом крови. Имеются 3 группы методов исследования:

Методы исследования легочной вентиляции

Методы исследования легочного газообмена

Методы исследования газового состава крови

I Методы исследования легочной вентиляции

Общие данные о легочных объемах

Грудная клетка, определяющая границы возможного расширения легких, может находиться в четырех основных положениях, которые и определяют основные объемы воздуха в легких.

В период спокойного дыхания глубина дыхания определяется объемом вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Количество вдыхаемого и выдыхаемого воздуха при нормальном вдохе и выдохе называется дыхательным объемом (ДО) (в норме 400-600 мл; т.е. 18% ЖЕЛ).

При максимальном вдохе в легкие вводится дополнительный объем воздуха - резервный аобъем вдоха (РОВд), а при максимально возможном выдохе определяется резервный объем выдоха (РОВыд).

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ)- тот воздух, который человек в состоянии выдохнуть после максимального вдоха.

ЖЕЛ= РОВд + ДО + РОВыд

После максимального выдоха в дегких остается определенное количество воздуха - остаточный объем легких (ООЛ).

Общая емкость легких (ОЕЛ) включает ЖЕЛ и ООЛ т.е. является максимальной емкостью легких.

ООЛ + РОВыд = функциональная остаточная емкость (ФОЕ), т.е. это объем, который занимают легкие в конце спокойного выдоха. Именно эта емкость включает в значительной части альвеолярный воздух, слстав которого определяет газообмен с кровью легочных капилляров.

Спирография- это метод оценки легочной вентиляции с графической регистрацией дыхательных движений, выражающий изменения объема легких в координатах времени. Метод сравнительно прост, доступен, малообременителен и высокоинформативен.

Основные расчетные показатели, определяемые по спирограммам

1. Частота и ритм дыхания.

Количество дыханий в норме в покое колеблется в пределах от 10 до 18-20 в минуту. По спирограмме спокойного дыхания при быстром движении бумаги можно определить длительность фазы вдоха и выдоха и их соотношение друг к другу. В норме соотношение вдоха и выдоха равно 1: 1, 1: 1.2; на спирографах и других аппаратах за счет большого сопротивления в период выдоха это отношение может достигать 1: 1.3-1.4. Увеличение продолжительности выдоха нарастает при нарушениях бронхиальной проходимости и может быть использовано при комплексной оценке функции внешнего дыхания. При оценке спирограммы в отдельных случаях имеют значение ритм дыхания и его нарушения. Стойкие аритмии дыхания обычно свидетельствуют о нарушениях функции дыхательного центра.

2. Минутный объем дыхания (МОД).

МОД называется количество вентилируемого воздуха в легких в 1 мин. Эта величина является мерой легочной вентиляции. Оценка ее должна проводиться с обязательным учетом глубины и частоты дыхания, а также в сравнении с минутным объемом О2. Хотя МОД не является абсолютным показателем эффективности альвеолярной вентиляции (т.е. показателем эффективности циркуляции между наружным и альвеолярным воздухом), диагностическое значение этой величины подчеркивается рядом исследователей (А.Г.Дембо, Комро и др.).

МОД = ДО х ЧД, где ЧД - частота дыхательных движений в 1 мин

ДО - дыхательный объем

МОД под воздействием различных влияний может увеличиваться или уменьшаться. Увеличение МОД обычно появляется при ДН. Его величина зависит также от ухудшения использования вентилируемого воздуха, от затруднений нормальной вентиляции, от нарушения процессов диффузии газов (их прохождение через мемраны в легочной ткани) и др. Увеличение МОД наблюдается при повышении обменных процессов (тиреотоксикоз), при некоторых поражениях ЦНС. Уменьшение МОД отмечается у тяжелых больных при резко выраженной легочной или сердечной недостаточности, при угнетении дыхательного центра.

3. Минутное поглощение кислорода (МПО2).

Строго говоря, это показательгазообмена, но его измерение и оценка тесно связаны с исследованием МОД.

4. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ)

ЖЕЛ- объем газа, который можно выдохнуть при максимальном усилии после максимально глубокого вдоха. На величину ЖЕЛ оказывает влияние положение тела, поэтому в настоящее время общепринятым является определение этого показателя в положении больного сидя.

Исследование должно проводиться в условиях покоя, т.е. через 1.5 -2 часа после необильного приема пищи и через 10-20 мин отдыха. Для определения ЖЕЛ используются различные варианты водяных и сухих спирометров, газовые счетчики и спирографы.

Оценка полученных данных:

1. Данные, отклоняющиеся от должной величины более чем на 12% у мужчин и - 15% у женщин, следует считать сниженными: в норме такие величины имеют место лишь у 10% практически здоровых лиц. Не имея право считать такие показатели заведомо патологическими, надо оценивать функциональное состояние дыхательного аппарата как сниженное.

2. Данные отклоняющиеся от должных величин на 25% у мужчин и на 30% у женщин следует рассматривать как очень низкие и считать явным признаком выраженного снижения функции, ибо в норме такие отклонения имеют место лишь у 2% населения.

К снижению ЖЕЛ приводят патологические состояния, препятствующие максимальному расправления легких (плеврит, пневмоторакс и т.д.), изменения самой ткани легкого (пневмония, абсцесс легкого, туберкулезный процесс) и причины, не связанные с легочной патологией (ограничение подвижности диафрагмы, асцит и др.). Вышеуказанные процессы являются изменениями функции внешнего дыхания по рестриктивному типу. Степень данных нарушений можно выразить формулой:

5. Фосированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ)

Для определения ФЖЕЛ используются спирографы с большими скоростями протяжки (от 10 до 50-60 мм/с). Предварительно проводят исследование и запись ЖЕЛ. После кратковременного отдыха испытуемый делает максимально глубокий вдох, на несколько секунд задерживает дыхание и с предельной быстротой производит максимальный выдох (форсированный выдох).

6. Максимальная вентиляция легких (МВЛ).

В практической работе чаще используется определение МВЛ по спирограмме. Наибольшее распространение получил метод определения МВЛ путем произвольного форсированного (глубокого) дыхания с максимально доступной частотой. При спирографическом исследовании запись начинают со спокойного дыхания (до установления уровня). Затем испытуемому предлагают в течение 10-15 сек дышать в аппарат с максимальной возможной быстротой и глубиной.

Величина МВЛ у здоровых зависит от роста, возраста и пола. На нее оказывают влияние род занятий, тренированность и общее состояние испытуемого. МВЛ в значительной степени зависит от волевого усилия испытуемого. Поэтому в целях стандартизации некоторые исследователи рекомендуют выполнять МВЛ с глубиной дыхания от 1/3 до 1/2 ЖЕЛ с частотой дыхания не менее 30 в мин.

Средние цифры МВЛ у здоровых составляют 80-120 литров в минуту (т.е. это то наибольшее количество воздуха, которое может быть провентилировано через легкие при максимально глубоком и предельно частом дыхании в одну минуту). МВЛ изменяется как при обсируктивных процессах так и при рестрикции, степень нарушения можно рассчитать по формуле:

7. Остаточный объем (ООЛ) и функциональная остаточная емкость легких (ФОЕ).

Раздельная спирография

Раздельная спирография или бронхоспирография позволяет определить функцию каждого легкого, а следовательно, резервные и компенсаторные возможности каждого из них.

С помощью двухпросветной трубки, вводимой в трахею и бронхи, и снабженной раздувными манжетами для обтурации просвета между трубкой и слизистой бронха, имеется возможность получить воздух из каждого легкого и записать с помощью спирографа кривые дыхания правого и левого легкого раздельно.

Проведение раздельной спирографии показано для определения функциональных показателей у больных, подлежащих хирургическим вмешательствам на легких.

Несомненно, что более четкое представление о нарушении бронхиальной проходимости дает запись кривых скорости воздушного потока при форсированном выдохе (пик-флуориметрия).

Пневмотахометрия- является методом определения скорости движения и мощности струи воздуха при форсированном вдохе и выдохе с помощью пневмотахометра. Испытуемый после отдыха, сидя, делает максимально быстро глубокий выдох в трубку (при этом нос отключен при помощи носового зажима). Данный метод, главным образом, используется для подбора и оценки эффективности действия бронходилататоров.

Средние величины для мужчин - 4.0-7.0 л/л

для женщин - 3.0-5.0 л/с

Оксигемометрия - это бнскровное определение степени насыщения кислородом артериальной крови. Эти показания оксигемометра можно зарегистрировать на движущейся бумаге в виде кривой - оксигемограммы. В основе действия оксигемометра лежит принцип фотометрического определения спектральных особенностей гемоглобина. Большинство оксигемометров и оксигемографов не определяют абсолютной величины насыщения артериальной крови кислородом, а дают возможность только следить за изменениями насыщения крови кислородом. В практических целях оксигемометрия применяется для функциональной диагностики и оценки эффективности лечения. В целях диагностики оксигемометрия применяется для оценки состояния функции внешнего дыхания и кровообращения. Так, степень гипоксемии определяется с помощью различных функциональных проб. К ним относятся - переключение дыхания больного с воздуха на дыхание чистым кислородом и, наоборот, проба с задержкой дыхания на вдохе и на выдохе, проба с физической дозированной нагрузкой и др.

С каждым годом возрастает массовость спорта. Совместно с врачами спортивной медицины врачи общей лечебно-профилактической сети наблюдают за спортсменами, оценивают состояние здоровья, функциональное состояние систем и органов, лечат спортсменов. У спортсменов имеются особенности состояния систем и органов, в том числе и системы внешнего дыхания.

В настоящее время культивируется более 100 видов спорта.

Функциональное состояние системы внешнего дыхания спортсменов оценивают, применяя общепринятые величины, разработанные для популяции вообще, а не специализированные, «спортивные». Чисто «спортивные» величины не являются рациональными. Главной задачей наблюдения является выявление и оценивание сдвигов в функциональном состоянии системы внешнего дыхания у одних спортсменов по сравнению с другими и с людьми, которые не занимаются спортом.

Исследуя функциональное состояние системы внешнего дыхания у спортсменов является разумным различать «функциональные возможности» и «функциональные ». жизненной емкости легких (ЖЕЛ) указывает только на потенциальные возможности роста дыхательного обьема (ДО) при физической нагрузке и при других условиях, когда это необходимо. Величина минутной вентиляции легких (МВЛ) показывает, в какой мере эти возможности используются в действительности. В связи с этим можно рекомендовать упражнения, которые либо развивают функциональные возможности, либо развивают умение использовать эти возможности, т. е. функциональные способности.

При традиционном врачебном осмотре систему дыхания изучают после сердечно-сосудистой системы, главной системы жизнеобеспечения организма. По мере , как увеличивается выполняемой физической нагрузки, прекращается рост потребления кислорода: как только минутный сердечный обьем достигает своего предела. Минутный сердечный обьем является фактором, который ограничивает способности кислородтранспортной системы в целом.

Из-за большой энергоемкости носового дыхания спортсмены вынуждены переходить на ротовое, при котором рабочее гиперпноэ достигает 60л\ . Ежедневные многочасовые тренировки в течение ряда лет поддерживают большие обьемы дыхания. Если тренировки проходят в зонах с загрязненным воздухом, то эти обьемы могут стать реальным патогенным фактором. При переключении на ротовое дыхание примерно в

6 600 раз увеличивается, по сравнению с состоянием покоя, проникновение в легкие примесей вредных газов.

Изменения, которые развиваются по мере адаптации к требованиям спорта в организме вообще и в дыхательной системе в частности, определяют различия в возникновении и течении заболеваний органов дыхания у спортсменов по сравнению с людьми, незанимающимися спортом.

ОБЩИЕ ДАННЫЕ

Функциональная полноценность дыхания определя­ется тем, насколько достаточно и своевременно удовлетворяется потребность клеток и тканей организма в кислороде и выводится из них образующийся при процессах окисления углекислый газ.

Функция дыхания, в широком смысле, осуществляется согласо­ванной работой трех систем организма (дыхания, кровообраще­ния и крови), тесно связанных между собой и обладающих возмож­ностью взаимной компенсации. Согласованная работа этих трех систем регулируется нервной системой.

Различают внешнее и внутреннее дыхание.

Внешнее дыхание представляет собой газообмен между внешней средой и кровью капилляров легких, т. е. малого круга кровообращения. Внутреннее, или тканевое, дыхание - газообмен между кровью капилляров тканей и клеткой, т. е. окислительно-восстановительный процесс.

В спортивной медицине, как и в клинике, в основном исследу­ется функция внешнего дыхания (прежде всего вследствие доступ­ности этого исследования). Непосредственное исследование внут­реннего дыхания, имеющее огромное значение, проводится пока главным образом с научно-исследовательской целью (из-за методи­ческой сложности). При исследовании ряда параметров функции внешнего дыхания удается получить достаточно ясное представле­ние о состоянии функции внутреннего дыхания.

Внешнее дыхание осуществляется системой внешнего дыхания, в которую входят: легкие, верхние дыхательные пути и бронхи, грудная клетка и дыхательные мышцы. К дыхательным мышцам относятся прежде всего межреберные мышцы и диафрагма. Однако при затруднении дыхания грудные мышцы, мышцы плечевого поя­са также функционируют как дыхательные мышцы, помогающие вдоху и выдоху.

Функцию внешнего дыхания можно условно разделить на два этапа. Первый этап - это газообмен между внешней средой и на­ходящимся в альвеолах легких воздухом, называемым альвеоляр­ным. Второй этап - это проникновение кислорода из альвеоляр­ного воздуха в кровь капилляров легких и углекислого газа в об­ратном направлении.

Первый этап функции внешнего дыхания опреде­ляется вентиляцией (от лат. вентиляцио - проветривание), задачей которой является введение в легкие при вдохе наружного воздуха, богатого кислородом, и выведение при выдохе из легких воздуха, содержащего значительный процент углекислого газа.

Второй этап осуществляется путем диффузии молекул газов (кислорода и углекислоты) через альвеолярно-капиллярную мембрану, отделяющую альвеолярный воздух от крови капилляров легких.

В конечном счете эти два этапа внешнего дыхания приводят к насыщению в капиллярах легких притекающей к ним венозной кро­ви кислородом и освобождению ее от углекислого газа, благодаря чему она превращается в артериальную.

Проникновение кислорода из альвеолярного воздуха в кровь легочных капилляров и углекислого газа в обратном направлении происходит через альвеолярную мембрану путем диффузии вслед­ствие разницы парциальных давлений по обе стороны альвеоляр­ной мембраны. Однако альвеолярную мембрану нельзя рассматри­вать как простую механическую перепонку, состоящую из тончай­ших клеток, составляющих стенку самой мембраны и стенку ка­пилляра легких. Свойства этой мембраны могут в зависимости от физиологических и патологических условий, возникающих в орга­низме (причем не исключается и воздействие на нее влияний, пе­редаваемых нервными путями), существенно изменяться, что вы­зывает изменение скорости диффузии газов через нее.

Уровень насыщения артериальной крови кислородом в норме составляет 96-98%. Это значит, что такое количество всех моле­кул гемоглобина находится в соединении с кислородом (оксигемоглобин), а 2-4% кислорода его не содержат (восстановленный ге­моглобин) .

Неполное насыщение (96-98%) оттекающей от легких артери­альной крови кислородом называют физиологической артериальной гипоксемией. Основной ее причиной, по-видимому, являются суще­ствующая в норме неравномерность вентиляции в легких и нали­чие физиологических ателектазов (спавшихся участков легких, не принимающих участия в газообмене). Проходящая через ателектатические участки легких кровь не артериализируется и, смешиваясь в левом предсердии с полностью окисленной кровью, прошедшей через хорошо вентилируемые участки легких, вызывает снижение общего процента насыщения.

Определенное значение в происхождении физиологической ар­териальной гипоксемии имеют также особенности кровоснабжения легких. Как известно, система легочной артерии, доставляющая кровь в капилляры малого круга кровообращения, дополняется бронхиальной артерией, т. е. питающей легочную ткань кровенос­ной системой, относящейся к большому кругу кровообращения. Эти две системы в легких широко анастомозируют друг с другом, и капилляры системы бронхиальной артерии сообщаются с систе­мой легочной вены, примешивая к текущей в ней артериальной крови, полностью насыщенной кислородом, определенное количест­во венозной крови.

Из изложенного ясно, что роль вентиляции заключается в под­держании в альвеолах соответствующего уровня парциального дав­ления кислорода и углекислого газа, необходимого для нормального протекания газообмена между альвеолярным воздухом и кровью капилляров легких.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование функции системы внешнего дыхания должно быть построено таким образом, чтобы учитывались ее взаимосвязи с системами кровообращения, крови и центральной нервной системой.

При изучении функции внешнего дыхания помимо клиническо­го исследования проводится определение различных параметров, характеризующих все этапы внешнего дыхания.

Клиническое исследование начинается, как обычно, с собира­ния анамнеза.

Выясняют, не было ли в семье обследуемого больных туберку­лезом легких. Расспрашивая о перенесенных им заболеваниях, об­ращают внимание на воспаление легких (если болел, то как часто и насколько продолжительно), грипп (сколько раз в год, какова длительность заболевания). Выясняют, не бывает ли субфебриль-ной температуры (37,1-37,2 по вечерам), не состоял ли на учете в туберкулезном диспансере, обращают внимание на наличие кашля (характер: сухой, приступами и т. д.), мокроты (количество, цвет, консистенция), одышки и приступов удушья (типа бронхиальной астмы), болей в груди при дыхании (локализация и интенсив­ность) - такие боли наблюдаются чаще всего при сухом плеврите, при межреберной невралгии и миозите межреберных мышц.

Объективное исследование включает осмотр, пальпацию, пер­куссию к аускультацию.

Осмотр. Выясняют, нет ли западений надключичных впадин, отставания какого-либо отдела грудной клетки при дыхании, кото­рое может свидетельствовать о патологических изменениях со сто­роны легких, плевры или грудной клетки. Определяют частоту и тип дыхания.

Частота дыхания у здоровых людей равна обычно 14- 18 дыханиям (вдох и выдох) в 1 мин. У спортсменов она, как пра­вило, меньше (от 8 до 16 в 1 мин.), но глубина дыхания больше. Учащение дыхания (независимо от того, сочетается оно с углубле­нием или нет) называется одышкой. Она наблюдается в физиологи­ческих условиях при физической нагрузке (зависит от увеличения потребности в кислороде), а также при эмоциональном напряже­нии. Одышка, не адекватная физическому напряжению, свидетель­ствует о каких-либо патологических изменениях.

Тип дыхания может быть грудным, брюшным и смешанным. При грудном типе увеличение объема легких при вдохе происхо­дит за счет расширения грудной клетки благодаря движению ре­бер (главным образом экскурсии верхних и нижних ребер) и подъ­ему ключиц. При брюшном, или диафрагмальном, типе объем лег­ких увеличивается за счет опускания диафрагмы при почти пол­ном отсутствии движения ребер и расширения грудной клетки. При этом типе дыхания во время вдоха отмечается выпячивание стенки живота за счет некоторого смещения внутренностей при опускании диафрагмы. В смешанном дыхании участвуют оба механизма, свя­занные с увеличением объема легких при вдохе.

Пальпация. Ощупыванием проверяют, нет ли болезненных точек в том или ином участке грудной клетки.

Перкуссия. Выстукивание легких, заполненных обычно воз­духом, позволяет по изменению звука определить наличие в них каких-либо уплотнений или разрежений (полостей). Такого рода изменения являются патологическими. Например, при воспалении легких пораженный участок легочной ткани уплотняется, а при туберкулезе легких может образоваться полость - каверна.

Перкуссией легких определяют также подвижность нижних их границ при вдохе и выдохе, характеризующую амплитуду движений диафрагмы. В норме нижняя граница легких опускается при глубо­ком вдохе на 3-5 см, при некоторых же заболеваниях легких, или брюшной полости, или диафрагмы, а также при ожирении подвиж­ность легочных краев ограничена.

Аускультация. Путем выслушивания воспринимаются зву­ки, возникающие при движении воздуха по воздухоносным путям и альвеолам во время вдоха и выдоха. Характер возникающего при этом звука зависит от их состояния. Таким образом, по аускультативным изменениям можно судить о состоянии бронхов и легких и особенностях патологических изменений в них. В нормальных усло­виях обычно выслушивается дыхательный шум (так называемое везикулярное дыхание), при патологическом процессе, связанном с изменениями в бронхах и альвеолах легких, характер возникаю­щих при дыхании звуков существенно меняется и прослушиваются различного рода хрипы.

Огромное значение в оценке состояния системы внешнего дыха­ния имеет рентгеновское исследование. При рентгено­скопии изучается ее структура и функция непосредственно во вре­мя исследования. Различная степень затененности отдельных участ­ков легких, изменяющаяся при акте дыхания, дает возможность оце­нить состояние вентиляции и кровотока; отчетливая видимость дви­жений ребер и диафрагмы позволяет определить координацию их движений. Эти движения можно зафиксировать на рентгенокимограмме. На ней лучше, чем при рентгеноскопии, видны структурные изменения легочной ткани (этот метод исследования используется тогда, когда при рентгеноскопии выявляются изменения в легочной ткани, требующие более детального анализа).

В последнее время широко применяется метод флюорогра­фии (см. главу 8).

Из лабораторных методов исследований используется исследование мокроты (микроскопически).

Инструментальными методами исследования функционального состояния системы внешнего дыхания выявляется ряд показателей, которые можно разделить на три группы, связанные с различными этапами функции дыхания.

В первую группу входят показатели, характеризующие функцию внешнего дыхания на этапе «наружный воздух - альвео­лярный воздух», т. е. вентиляцию. К ним относятся, кроме часто­ты, глубины и ритма дыхания, сила вдоха и выдоха, все легочные объемы (общая емкость легких и ее составляющие), вентиляцион­ные объемы (минутный объем дыхания, максимальная вентиляция легких и др.). Эта группа показателей имеет существенное практи­ческое значение, так как позволяет получить объективные количе­ственные оценки таких важных параметров, как вентиляция, брон­хиальная проходимость и др.

Все эти показатели исследуются как в покое, так и при функ­циональных пробах. Исследование данной группы показателей ме­тодически просто, не требует сложной аппаратуры и может быть проведено в любых условиях.

Ко второй группе принадлежат показатели, которые ха­рактеризуют внешнее дыхание на этапе «альвеолярный воздух - кровь легочных капилляров», т. е. диффузию. Их изучение слож­нее, так как требует обязательного исследования газового состава выдыхаемого воздуха, альвеолярного воздуха, определения погло­щения кислорода, выделения углекислого газа и др. Для этого не­обходима специальная, иногда сложная, аппаратура. Поэтому часть этих показателей изучается пока только в специально оборудован­ных лабораториях. Но благодаря тому, что в последнее время уси­ленно разрабатывается доступная практике аппаратура, эти иссле­дования начинают все шире внедряться в практическую работу врачей. Так, имеются, например, отечественные приборы - спирографы (стационарные и переносные), автоматические экспресс-ана­лизаторы кислорода и углекислого газа в любой газовой смеси и др.

К третьей группе относятся показатели, характеризующие газовый состав крови. Исследование насыщения артериальной кро­ви кислородом и его изменений, этого конечного этапа внешнего дыхания, стало сейчас широко возможным в связи с новым методом исследования - оксигемометрией, которая позволяет бес­кровно, длительно и непрерывно исследовать изменения насы­щения артериальной крови кислородом.

Правда, с помощью этого метода нельзя определять содержание объемного процента кислорода и углекислого газа в крови (для этого нужно пунктировать артерию), но, поскольку наибольшее значение имеет определение изменений насыщения крови кислоро­дом, метод оксигемометрии получает все большее распространение. Благодаря ему такое исследование стало доступным не только для врачей, но и для тренеров и преподавателей (см. дальше).

Исследование вентиляции

Важное значение исследования всех основных пара­метров, характеризующих вентиляцию, обусловлено тем, что от ее состояния зависят уровни парциального давления кислорода и уг­лекислоты в альвеолярном воздухе, определяющие диффузию этих газов через альвеолярно-капиллярную мембрану.

К основным параметрам, характеризующим вентиляцию, отно­сятся легочные объемы, мощность вдоха и выдоха, сила дыхатель­ной мускулатуры, частота и глубина дыхания.

Легочные объемы. В понятие «легочные объемы» входят общая емкость легких и ее составляющие (жизненная емкость легких - ЖЕЛ и остаточный объем), минутный объем дыхания, максималь­ная вентиляция легких.

Под общей емкостью легких (ОЕЛ) понимают то мак­симальное количество воздуха, которое могут вместить воздухонос­ные пути и легкие. ОЕЛ состоит из жизненной емкости легких (ЖЕЛ) и остаточного объема (ОО).

ЖЕЛ представляет собой объем воздуха, который исследуемый может выдохнуть при максимально глубоком выдохе после макси­мально глубокого вдоха. Этот выдох производится в спирометр или в специальные прорезиненные мешки (мешок Дугласа, метеобал­лон), после чего объем этих мешков определяется через сухие газо­вые часы. Выдох может быть сделан и непосредственно в сухие газовые часы. ОО - это тот объем воздуха, который остается в лег­ких после максимального выдоха. Величина ЖЕЛ легко определяет­ся прямым измерением выдохнутого воздуха, а ОО - только кос­венным путем. Для этого существуют специальные методы (азотография и др.), которые еще не вошли в широкую врачебную прак­тику и используются только с научно-исследовательскими целями. У здоровых лиц молодого возраста 75-80% ОЕЛ занимает ЖЕЛ, 20-25% составляет ОО.

Занятия спортом и физической культурой способствуют увеличе­нию доли ЖЕЛ в структуре общей емкости легких, что благоприят­но отражается на эффективности вентиляции. Наоборот, увеличе­ние доли ОО за счет уменьшения доли ЖЕЛ в структуре общей ем­кости легких снижает эффективность вентиляции.

Чем значительнее величина ОО, тем больше нужно вдыхаемого воздуха для создания необходимого парциального давления в аль­веолярном воздухе. Поэтому у лиц с большим ОО и соответствен­но низкой ЖЕЛ обычно наблюдается одышка.

Таким образом, очевидно, что от величины ОО зависит поддер­жание постоянного состава альвеолярного воздуха. Поэтому иссле­дование ОО имеет существенное значение и в спортивной медицине, в связи с чем важной задачей является разработка простой, точной и доступной методики ее определения.

При исследовании легочных объемов необходимо учитывать следующее. Как известно, объемы газа существенно изменяются в зависимости от температуры и атмосферного давления. Следова­тельно, если сравнивать полученную величину легочных объемов у одних и тех же лиц в различных условиях (исследованных, напри­мер, на уровне моря и в горах), можно совершить существенную ошибку: фиксировать уменьшение или увеличение этого показателя, не учитывая, что эти изменения могут зависеть только от влияния внешних условий. Поэтому при такого рода исследованиях необхо­димо вносить соответствующую поправку, сводящую на нет влияние внешних условий и приводящую легочные объемы к стандартным условиям. С этой целью обычно пользуются двумя стандартами: 1) стандартом нулевых условий и 2) стандартом внутрилегочным.

Стандарт нулевых условий (STPD - по американским авторам и СТДС - по русским, что означает Стандартные Темпера­тура, Давление, Сухой) характеризуется приведением величины объема газа к 760 мм рт. ст., температуре 0° и полной сухости, т. е. отсутствию паров воды в измеряемом объеме газа. Приведение к этому стандарту требуется при необходимости установить, какой объем занял бы измеренный газ или смесь газов (в частности, вы­дыхаемый воздух), если бы он был освобожден от паров воды ох­лаждением до 0° и измерен при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. Это особенно важно в случаях, когда основное значение имеет не геометрический объем, а число молекул в измеренном объеме газа. В связи с этим при необходимости определения количества погло­щенного кислорода и выделенной углекислоты объем газа всегда приводится к этому стандарту.

Стандарт внутрилегочный (BTPS - по американским авторам или ТТДН-по русским, что значит Температура Тела, Давление окружающей среды, Насыщение водяными парами) ха­рактеризуется приведением объема газа к атмосферному давлению во время проведения исследований, температуре тела 37° и полно­му насыщению парами воды при этой температуре. Приведение к этому стандарту производится тогда, когда важно выяснить не химический состав или калорическую ценность газа, а геометрический объем, который он занимает в легких.

Приведение к стандартным условиям де­лается путем умножения фактического ле­гочного объема на тот или иной коэффици­ент, который находят по специальным таб­лицам или рассчитывают по определенной формуле.

Необходимо всегда указывать, особенно при определении газообмена, оценке энер­гетических затрат и др., к каким стандарт­ным условиям приведен легочный объем.

При изучении легочных объемов как та­ковых, например при измерении вентиляции легких, когда эти объемы являются только мерой их емкости, внесение указанных по­правок не обязательно. Ведь газ в легких и газ в приборе, посредством которого изме­ряются легочные объемы, находятся под одним и тем же атмосферным давлением, и, поскольку изменение этого давления сказы­вается одинаково на объемах воздуха в легких и в приборе, это не оказывает никакого влияния на результаты измерений. То же отно­сится и к поправке на температуру, так как замер объемов выдох­нутого воздуха обычно производится сразу же после выхода и тем­пература его не успевает изменяться. Только в тех случаях, когда такие измерения проводятся в специальных условиях (холод, жара и т. п.), поправка на температуру должна быть внесена, и об этом обязательно нужно указать в протоколе исследования.

Для расчета должных величин в отношении легочных объемов, поглощения кислорода и вентиляции, поскольку они связаны с энергетическими процессами, проще и удобнее исходить из таблиц Гарриса - Бенедикта. Они давно и широко используются во всем мире при исследовании ос­новного обмена. С их помощью определяется число килокалорий в сутки в покое
с учетом пола, роста, веса и возраста. Эти таблицы имеются во всех практикумах по физиологии, в пособии по практическим занятиям по
врачебному контролю. По специальным таблицам (Ю. Я. Агапов, А. И. Зятюшков), легко можно найти должную величину для любого легочного объема.

Классификация легочных объемов, которая используется и сего­дня, разработана Гутчинсоном (1846 г.) - автором метода спиро­метрии и конструктором спирометра (рис. 42).

Количество воздуха в легких зависит от многих факторов. Ос­новные из них - объем грудной клетки, степень подвижности ребер и диафрагмы, состояние дыхательных мышц, воздухопроводящих путей и самой легочной ткани, ее эластичность, степень кровенапол­нения.

Грудная клетка, обусловливающая границы возможного расши­рения легких, может находиться в четырех основных положениях: максимального вдоха, максимального выдоха, спокойного вдоха и спокойного выдоха. При каждом из них соответственно изменяют­ся легочные объемы (рис. 43).

Как видно на рис. 43, при спокойном дыхании в легких после вы­доха остается резервный объем выдоха и остаточный объем, при спокойном вдохе к этому добавляется объем вдоха. Объемы вдоха и выдоха в целом носят название дыхательного объема. При мак­симальном выдохе в легких остается только остаточный объем, при максимальном вдохе к остаточному объему, резервному объему выдоха и дыхательному объему добавляется резервный объем вдо­ха, что вместе называется общей емкостью легких.

Все легочные объемы имеют определенное физиологическое значение. Так, сумма остаточного объема и резервного объема вы­доха - это альвеолярный воздух. Благодаря движению воздуха, со­ставляющего дыхательный объем, поддерживается необходимое для нормальной диффузии парциальное давление газов в альвео­лярном воздухе, обеспечивается поглощение организмом кислоро­да и выведение углекислого газа. Резервный объем вдоха определяет способность легких к добавочному их расширению; резервный объем выдоха поддерживает легочные альвеолы в определенном состоянии расширения и вместе с остаточным объемом обеспечи­вает постоянство состава альвеолярного воздуха.

Резервный объем вдоха, дыхательный объем и резервный объем выдоха составляют ЖЕЛ. Процентное соотношение этих величин различно у разных лиц и при разных состояниях организма. Оно колеблется в следующих пределах: резервный обмен вдоха - 55- 60%, дыхательный объем - 10-15% и резервный объем выдоха - 25-30% ЖЕЛ.

Все легочные объемы в норме не являются стандартными, не ме­няющимися. На их величину влияют положение тела, степень утом­ления дыхательных мышц, состояние возбудимости дыхательного центра и нервной системы, не говоря уже о профессии, занятиях фи­зической культурой, спортом и других факторах.

В функциональном исследовании системы внешнего дыхания спортсменов и физкультурников известное значение имеет исследо­вание так называемого вредного, или мертвого, пространства. Этим термином называется та часть дыхательных путей, в которых нахо­дится воздух, не достигающий альвеол и поэтому не участвующий в газообмене. Объем мертвого пространства равен в среднем 140 мл. В зависимости от колебания тонуса гладкой мускулатуры бронхов он может увеличиваться или уменьшаться.

Однако, поскольку определение фактического мертвого прост­ранства методически сложно, а учитывать его необходимо (напри­мер, при оценке глубины дыхания и эффективности вентиляции), следует все же пользоваться величиной равной 140 мл, не забывая о том, что это условная цифра.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) определяется путем максимального выдоха в спирометр или сухие газовые часы (мето­дика определения ЖЕЛ изложена выше) после максимального вдо­ха. Величину ЖЕЛ выражают обычно в единицах объема, т. е. в лит­рах или миллилитрах. Она позволяет косвенно оценить величину площади дыхательной поверхности легких, на которой происходит газообмен между альвеолярным воздухом и кровью капилляров лег­ких. Иначе говоря, чем больше ЖЕЛ, тем больше дыхательная по­верхность легких. Кроме того, чем больше ЖЕЛ, тем больше мо­жет быть глубина дыхания и легче достигается увеличение объема вентиляции.

Таким образом, ЖЕЛ определяет возможность приспособления организма к физической нагрузке, к недостатку кислорода во вды­хаемом воздухе (например, при подъеме на высоту).

Существенную роль в оценке величины ЖЕЛ играет соотноше­ние составляющих ее объемов. Увеличение дыхательного объема при увеличении вентиляции, вызванном физической нагрузкой, про­исходит главным образом за счет резервного объема вдоха. Чем большая часть ЖЕЛ приходится на резервный объем вдоха, тем выше потенциальная возможность дыхательного объема, т. е. тем больше может быть увеличен объем вентиляции. Поэтому ЖЕЛ, в структуре которой резервный объем вдоха занимает большое мес­то, функционально более полноценна, чем ЖЕЛ той же величины, но с меньшим резервным объемом вдоха.

Все это позволяет оценить ЖЕЛ как показатель, определяю­щий функциональные возможности системы внешнего дыхания.

На величину ЖЕЛ оказывает влияние положение тела. Она больше при положении стоя, чем при положениях сидя и лежа. Поэтому исследование ее нужно проводить только в положении обследуемого стоя.

Снижение показателей ЖЕЛ всегда свидетельствует о какой-либо патологии. Увеличение ЖЕЛ было принято считать показа­телем повышенного функционального состояния аппарата внешне­го дыхания. Однако оказалось, что у спортсменов при значитель­ном повышении общего функционального состояния и росте спор­тивных результатов ЖЕЛ может совсем не увеличиваться или возрастает незначительно. Величина ЖЕЛ неодинакова у предста­вителей различных видов спорта. Следовательно, она зависит от спортивной специализации.

Таким образом, ЖЕЛ не может и не должна считаться единст­венным показателем повышения функции системы внешнего дыха­ния. Она определяет только функциональные возможности этой системы в отношении обеспечения организма необходимым количе­ством кислорода. Поэтому потенциальные возможности системы внешнего дыхания у человека с высокими показателями ЖЕЛ вы­ше (больше дыхательная поверхность и возможность углубления дыхания), чем у имеющего низкие показатели ЖЕЛ.

Умение полноценно использовать свою ЖЕЛ зависит от состоя­ния нервной регуляции дыхания. Занятия физической культурой, спортом развивают это умение. На величину ЖЕЛ оказывают влия­ние пол (у мужчин она больше, чем у женщин того же возраста), возраст (при старении ЖЕЛ уменьшается), а также рост и вес.

На зависимости ЖЕЛ от веса основано определение так назы­ваемого жизненного индекса, т. е. отношения показателя ЖЕЛ (мл) к весу (кг). Фактическая величина ЖЕЛ (учитывая огром­ный диапазон нормы - от 3500 до 8000 мл) может быть правильно оценена только при сравнении с должной величиной. Выражать ее следует не в объемных единицах, а в процентах к должной величи­не. При таком расчете одна и та же величина фактической ЖЕЛ, равная, например, 4000 мл, будет для высокого и полного человека составлять 80% должной, если его должная величина равна 5000 мл, а для худого и невысокого человека, у которого должная величина ЖЕЛ равна 3000 мл,-133%.

Только такая оценка фактических величин ЖЕЛ позволит тре­неру и преподавателю сделать конкретные практические выводы (например при снижении ЖЕЛ ниже 90% должной - о необходи­мости специальных упражнений).

Из большого числа различных расчетов должной ЖЕЛ наибо­лее простой, удобной является расчет по формуле Антони: должная ЖЕЛ (ДЖЕЛ) равна основному обмену (ккал), определенному по таблицам Гарриса - Бенедикта, умноженному на коэффициент 2,6 для мужчин и 2,3 для женщин.

Для здоровых лиц, не занимающихся спортом, фактическая ве­личина ЖЕЛ составляет 100% должной с отклонениями ±10%. Естественно, у занимающихся физической культурой и спортом фактическая величина ЖЕЛ будет больше 100% должной.

Как хорошо видно из табл. 2, одна и та же фактическая величи­на ЖЕЛ, выраженная в процентах к должной, приобретает совер­шенно различное значение.

Для выражения фактической величины ЖЕЛ в процентах к должной пользуются следующей формулой:

фактическая ЖЕЛ x 100

должная ЖЕЛ

Оценка изменений ЖЕЛ под влиянием различных факторов по­ложена в основу ряда функциональных проб. К их числу относят­ся проба Розенталя и проба, называемая динамической спиро­метрией.

Проба Розенталя, или спирометрическая кри­вая, представляет собой пятикратное измерение ЖЕЛ, проводимое через 15-секундные промежутки времени. Такое многократное определение составляет нагрузку, под влиянием которой может изме­няться ЖЕЛ. Увеличение ее при последовательных измерениях со­ответствует хорошей оценке этой пробы, уменьшение - неудовлет­ворительной, отсутствие изменений - удовлетворительной.

При динамической спирометрии величину ЖЕЛ, изме­ренную тотчас после дозированной физической нагрузки, сравни­вают с исходной величиной ЖЕЛ, полученной в покое. Принцип оценки такой же, как и при спирометрической кривой.

С помощью измерения ЖЕЛ можно определить бронхиаль­ную проходимость. Ее оценка имеет большое значение в ха­рактеристике вентиляции. Понятие «бронхиальная проходимость» противоположно понятию «сопротивление воздухоносных путей по­току воздуха»: чем меньше сопротивление, тем больше бронхиаль­ная проходимость, и наоборот. Величина ее непосредственно зави­сит от суммарного поперечного сечения всех воздухоносных путей, которое определяется тонусом гладкой мускулатуры бронхов и бронхиол, регулируемым нервно-гуморальным прибором. Измене­ние бронхиальной проходимости оказывает влияние на энергетиче­ские затраты, связанные с вентиляцией легких. При увеличении бронхиальной проходимости один и тот же объем вентиляции лег­ких требует меньше усилий. Систематические занятия спортом, фи­зической культурой совершенствуют регуляцию бронхиальной про­ходимости. Поэтому у спортсменов и физкультурников она лучше, чем у не занимающихся физической культурой, спортом.

Состояние бронхиальной проходимости можно определить с по­мощью форсированной ЖЕЛ (ФЖЕЛ), пробы Тиффно - Вотчала или величины мощности вдоха и выдоха.

Форсированная ЖЕЛ определяется как обычная ЖЕЛ, но при максимально быстром выдохе. В норме она должна быть на 200-300 мл меньше ЖЕЛ, исследованной в обычных условиях. Увеличение этой разницы указывает на ухудшение бронхиальной проходимости.

Проба Тиффно - Вотчала, по существу, представляет собой ту же ФЖЕЛ, но при этой пробе измеряется объем воздуха, выдыхаемого при предельно быстром и полном выдохе за 1, 2 и 3 сек. У здоровых лиц, не зани­мающихся спортом, за первую секунду выдыхается 80-85 % обычной ЖЕЛ, у спортсменов - обычно больше. Снижение этого процента свидетельствует о нару­шении бронхиальной проходимо­сти.

Такое исследование можно проводить с записью спирограммы путем присоединения к обыч­ному спирометру писчика и ки­мографа с быстро движущейся бумагой или используя специаль­ный спирометр. Это дает возмож­ность учитывать длительность форсированного выхода по секундам (рис. 44).

Спирометрическое исследование ФЖЕЛ позволяет установить различные типы кривых у здоровых и больных. На спирометриче­ской кривой определяется длительность форсированного выдоха до момента его замедления. В норме она составляет от 1,5 до 2 сек. Увеличение этого времени свидетельствует о нарушении бронхиаль­ной проходимости.

Мощность вдоха и выдоха представляет собой макси­мальную объемную скорость потока воздуха при вдохе и выдохе. Ее измеряют специальным прибором - пневмотахометром (рис. 45) и выражают в литрах в 1 сек. (л/сек). Для оценки этого показателя существует расчет должной величины (фактическая величина ЖЕЛ, умноженная на 1,24). Мощность вдоха равна мощности вы­доха или несколько превосходит ее и составляет у мужчин 5- 8 л/сек, у женщин - 4-6 л/сек.

Существенное значение для состояния вентиляции имеет сила дыхательной мускулатуры, особенно мускулатуры выдо­ха, так как на выдохе сопротивление воздухоносных путей намного превосходит его на вдохе. Это объясняется тем, что во время выдоха диаметр бронхов и бронхиол уменьшается.

Сила мускулатуры выдоха измеряется при натуживании. Чем большее давление создается при этом в ротовой полости, тем силь­нее мышцы выдоха. Давление в ротовой полости измеряется с по­мощью пневмотонометра, отводную трубку которого при этом бе­рут в рот (рис. 46). По степени понижения (при вдохе) и повыше­ния (при выдохе) уровня ртути в трубках пневмотонометра и определяется сила вдоха и выдоха. Силу мускулатуры выдоха вы­ражают в единицах давления, т. е. в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). В норме сила вдоха составляет в среднем 50- 60 мм рт. ст., сила выдоха - 80-150 мм рт. ст. Должная величина силы выдоха равна одной десятой должного основного обмена, рас­считанного по таблицам Гарриса - Бенедикта.

Легочная вентиляция. Легочную вентиляцию, т. е. циркуляцию воздуха между внешней средой и альвеолярным воздухом, осуще­ствляет вся система внешнего дыхания.

К важнейшим величинам, характеризующим вентиляцию, при­надлежит минутный объем дыхания (МОД). При равно­мерном дыхании МОД представляет собой произведение глубины вдоха, т. е. дыхательного объема, на частоту дыхания в 1 мин. при условии, если глубина дыхания одинакова. В покое величина МОД колеблется от 4 до 10 л, при напряженной физической нагрузке она может возрастать в 20-25 раз и достигать 150-180 л и более. МОД увеличивается в прямой зависимости от мощности выполняе­мой работы, но только до определенного предела, после которого нарастание нагрузки уже не сопровождается увеличением МОД. Чем большая нагрузка соответствует пределу МОД, тем более со­вершенна функция внешнего дыхания. Возможность роста МОД при повышающейся нагрузке связана с величиной максимальной вентиляции легких данного лица. При равных величинах МОД эф­фективность вентиляции легких выше тогда, когда дыхание глубже и реже. При глубоком дыхании в альвеолы попадает большая часть дыхательного объема, чем при более поверхностном дыхании.

Средняя величина дыхательного объема определяется путем де­ления объема воздуха, вдыхаемого за определенное время, на чис­ло дыханий за этот же период. Эта величина колеблется у разных лиц от 300 до 900 мл. При положении стоя она больше, чем при по­ложении лежа. От глубины дыхания зависит величина так назы­ваемой альвеолярной вентиляции. Например, при объеме мертвого пространства 140 мл, дыхательном объеме 1000 мл и частоте дыха­ния 10 в 1 мин. МОД будет равен 1000 мл x 10 = 10 л, а вентиляция альвеол: (1000 мл - 140 мл) x 10 = 8,6 л. Если при таком же МОД (10 л) дыхательный объем будет меньше 500 мл, а частота дыхания больше 20 в 1 мин., то альвеолярная вентиляция составит только: (500 мл - 140 мл) x 20 = 7,2 л.

Таким образом, при оценке величины МОД необходимо учиты­вать глубину и частоту дыхания, ибо от этого зависит эффектив­ность вентиляции. Одна и та же величина МОД при глубоком и редком или при частом и поверхностном дыхании должна расцени­ваться различно. Частое и поверхностное дыхание не может под­держивать парциальное давление кислорода в альвеолярном воз­духе на должном уровне.

Соотношение вдоха и выдоха называется дыхательным циклом. У здоровых людей дыхательный цикл может иметь дыхательную паузу различной длительности после выдоха. Наличие или отсут­ствие дыхательной паузы и ее величина зависят от функционально­го состояния системы внешнего дыхания. Поэтому даже у одного и того же человека она может появляться и исчезать. Соотношение «вдох - выдох» составляет 1 к 1,1, т. е. вдох короче выдоха. Дли­тельность вдоха колеблется от 0,3 до 4,7 сек., длительность выдо­ха - от 1,2 до 6 сек.

Функциональное состояние дыхательной системы имеет немаловажное значение для женщин, особенно в период беременности и при выполнении детородной функции. Устойчивость к гипоксии является одним из критериев состояния репродуктивного здоровья, так как при вынашивании ребенка необходимость насыщения крови кислородом усиливается.

Для определения устойчивости организма к гипоксии используются пробы Штанге и Генчи. Проба Штанге – регистрация времени задержки дыхания при глубоком вдохе (но не максимальном, одновременно зажимая нос пальцами). Время задержки дыхания отмечают по секундомеру. Средние значения пробы Штанге для женщин 50–60 секунд. Проба Генчи – регистрация времени задержки дыхания после максимального выдоха (исследуемый зажимает нос пальцами). Продолжительность задержки отмечают по секундомеру. В норме данный показатель у женщин составляет 25–40 секунд.

Для определения функции внешнего дыхания и его основного показателя – жизненной емкости легких (ЖЕЛ) используется спирометр. Для измерения ЖЕЛ нужно сделать максимально глубокий вдох, а затем плавно равномерно выдохнуть в спирометр. Продолжительность выдоха должна составлять 5–7 секунд. Измерения проводятся трижды, с интервалом в 30 секунд, фиксируется лучший результат. Средние показатели у женщин – 3200 мл. Поделив эту цифру на величину веса тела, получим показатель развития дыхательной системы. 50 миллилитров на килограмм массы тела свидетельствует о хорошем развитии органов дыхания. Меньшая цифра говорит о недостаточности ЖЕЛ либо об избыточной массе тела.

Важной функциональной величиной является экскурсия грудной клетки (разница между величинами окружностей при вдохе и выдохе). У тренированных людей разница достигает более 10 см, хорошим является показатель 9 см, от 5 до 7 – удовлетворительный. Данный показатель имеет особое значение, так как у женщин во второй половине беременности диафрагма поднимается высоко, экскурсия грудной клетки становится меньше, вследствие чего устанавливается преимущественно грудной тип дыхания с малой легочной вентиляцией.

Приложение 2

ТЕСТЫ

Тест – это оценка физического состояния или физической подготовленности (способности) занимающегося. Тесты проводятся на методико-практических и учебно-тренировочных занятиях и оцениваются по пятибалльной системе.

Брюшной пресс (статика)

Поддержание какой-либо позы требует от мышц напряжения без сокращения. Длительное напряжение, при котором может поддерживаться поза, характеризует тонус мышц. Мышечный тонус, являющийся двигательным безусловным рефлексом, под­держивается непроизвольно.

Высота площадки – 5 см, ширина 45–50 см, длина 110–120 см (степ).

Методика исполнения: сидя на краю площадки с торцовой стороны, ноги согнуть под углом 90 градусов (по отношению бедра и голени).

Исходное положение: лежа на спине, руки в «замок» на затылке (рис. 8), разведя локти в стороны, подняв верхнюю часть спины, удерживать позу.

Статическая сила брюшного пресса

Квадрицепсы (статика)

Исходное положение: упор спиной на стенку, согнуть ноги под углом 90 градусов между бедром и голенью, руки опущены вдоль туловища. Удержать позу.

Разгибатели спины (статика)

Вариант 1 . И.п.: лежа на животе, руки прямые, прижаты к туловищу. Поднять голову и грудную клетку, зафиксировать позу, держать (рис.10).

Вариант 2 . Для определения статической выносливости мышц спины обследуемый ложится на высокий стол вниз лицом так, чтобы верхняя часть туловища до подвздошных гребней находилась на весу, руки согнуты к плечам, ноги удерживает обследующий, фиксируется удержание туловища на уровне стола (наклон туловища вперед). Время утомления мышц определяется по секундомеру. В норме продолжительность удержания туловища в горизонтальном положении равна от двух до четырех минут.

Время удержания позы