Читайте также: |
|
Вдыхаемый воздух содержит настолько малое количество двуокиси углерода, что им можно пренебречь. Таким образом, вся двуокись углерода поступает в выдыхаемый газ из альвеол, куда она попадает из капилляров малого круга кровообращения. Во время выдоха "загруженный" двуокисью углерода альвеолярный газ разводится газом мертвого пространства. Это приводит к падению концентрации двуокиси углерода в выдыхаемом газе по сравнению с таковой в альвеолярном (мертвое пространство понимается здесь как физиологическое, а не анатомми^™^ ьг~.....
Рис. 3-2. Типы мертвого пространства. (А) Л патом и ч ее кос. В обеих единицах кровоток соответствует распределении) вентиляции. Единственными областями, где газообмен не происходит, являются проводящие ВП (затушевано). Отсюда все мертвое пространство в этой модели является анатомическим. Кровь легочных вен полностью оксигенирована. (Б) Физиологическое. В одной единице вентиляция сопряжена с кровотоком (правая единица), в другой (левая единица) кровоток отсутствует. В этой модели физиологическое мертвое пространство включает анатомическое и пспсрфузируемую область легких. Кровь легочных вен оксигепирована частично.
зуя простое уравнение равновесия масс можно рассчитать отношение физиологического мертвого пространства к дыхательному объему, Vl)/vt.
Общее количество двуокиси углерода (СО2) в дыхательной системе в любой момент времени представляет собой произведение первоначального объема, в котором содержался СО2 (альвеолярный объем), и концентрации СО2 в альвеолах.
Альвеолы содержат смесь газов, включающую О2, СО2, N2 и водяной пар. Каждый из них обладает кинетической энергией, создавая тем самым давление (парциальное давление). Альвеолярная концентрация СО2 рассчитывается как парциальное давление альвеолярного СО2, деленное на сумму парциальных давлений газов и водяного пара в альвеолах (гл. 9). Поскольку сумма парциальных давлений в альвеолах равна барометрическому давлению, альвеолярное содержание СО2 может быть рассчитано как:
расо Альвеолярное содержание СО2 = vax------- 2-, [3-4]
Рв
где: va — альвеолярный объем,
РАСО2 - парциальное давление СО2 в альвеолах, Рв — барометрическое давление.
Общее количество СО2 остается тем же самым после того, как альвеолярный СО2 смешается с газом мертвого пространства. Поэтому, количество СО2, выделяемое при каждом выдохе, может быть рассчитано как:
Vrx^L-VAx*^, [3-5]
Рв Рв
где: РЁСО2 — среднее парциальное давление СО2 в выдыхаемом газе. Уравнение [3-5] может быть записано более просто как:
VT х РЁСО? = VA x РАС02. [3-6]
Уравнение [3-6] показывает, что количество СО2> выделяемое при каждом выдохе и определяемое как произведение дыхательного объема и парциального давления СО2 в выдыхаемом газе, равно количеству СО2 в альвеолах. СО2 не теряется и не добавляется к газу, поступающему в альвеолы из легочного кровообращения; просто парциальное давление СО2 в выдыхаемом воздухе (РИс()2) устанавливается на новом уровне в результате разведения газом физиологического мертвого пространства. Заменяя VT в уравнении [3-6] на (VD + va), получаем:
(VD + va) х РЁСО2 = va х Рдсо2. [3-7]
Преобразование уравнения [3-7] заменой Уд на (Ут — У D) дает:
УР = УТХРАС°*-РЁС°*. ГЗ-8]
РАС02
Уравнение [3-8] может быть выражено в более общем виде:
vd РАСО2-РЁсо2
=-----^----------l [3,g]
VT PAC02 J
Уравнение [3-9], известное как уравнение Бора, показывает, что отношение мертвого пространства к дыхательному объему может быть рассчитано как частное от деления разности РС()2 альвеолярного и выдыхаемого газов на альвеолярное РС()2. Поскольку альвеолярное РС()2 практически совпадает с артериальным Рсо2(РаС()2), Vo/Ут может быть рассчитано с помощью одновременного измерения Рсо2 в пробах артериальной крови и выдыхаемого газа.
Как пример для расчета, рассмотрим данные здорового человека, чья минутная вентиляция (6 л/мин) достигалась при дыхательном объеме 0.6 л и частоте дыхания 10 дых/мин. В пробе артериальной крови РаС()2 равнялось 40 мм рт. ст., а в пробе выдыхаемого газа РЕСО, — 28 мм рт. ст. Вводя эти величины в уравнение [3-9], получаем:
У°Л°_--?в = 0.30 VT 40
Мертвое пространство эо
Отсюда У D составляет (0.30 х 600 мл) или 180 мл, а У А равняется (600 iv./i 180 мл) или 420 мл. У любого взрослого здорового человека У 0/У'Г колеблется от 0.30 до 0.35.
Влияние вентиляторного паттерна на vd/vt
В предыдущем примере дыхательный объем и частота дыхания были точно у ка заны, что позволило вычислить VD и УА после того, как была определена вел ичи на УD/VT. Рассмотрим что произойдет, когда здоровый человек массой 70 кг" на ки ь -зует" три различных дыхательных паттерна для поддержания одной и топ же минутной вентиляции (рис. 3-3).
На рис. 3-ЗА VE составляет 6 л/мин, Ут — 600 мл и f — 10 дых/мин. У человека массой 70 кг объем мертвого пространства равен примерно 150 мл. Кате было отмечено ранее, 1 мл мертвого пространства приходится на один фунт веса тела. Отсюда VI) равняется 1500 мл (150x10), va -4500 мл (450x10), a VD/VT- 150/600 пли 0.25.
Испытуемый увеличил частоту дыхания до 20 дых/мин (рис, 3-ЗБ). Нслн \ 'М поддерживалась на прежнем уровне 6 л/мин, то Ут будет равен 300 мл. П;>и У г> ь 150 мл vd и УА достигают 3000 мл/мин. УD/УТ увеличится до 150/300 или 0.5. Это г частый поверхностный дыхательный паттерн представляется неэффективным с точ
Рис. 3-3. Влияние дыхательного паттерна на объем мертвого пространства, неличину альнеспярпои иептиляции и Vn/V'r. Мертвое пространство обозначено затушеванной площадь!') В каждом случае минутная вентиляция составляет 6 л/мин; дыхательная система показала i> коип.е идг.ха. (А) Дыхательный объем равен 600 мл, частота дыхания — 10 дых/мин. (Б) Дыхательный объгм;;,иик-уменьшен, а частота дыхания вдвое увеличена. (В) Дыхательный объем удвоен, а частота ди\аш<ч
.............. 11..,,..,,.,.,^,,.,.,.,,,, м.г,4 Mitii\rrii4u kpim и MvnilHI ОГТЛГКМ ПОСТОЯННОМ, OT'.IOMICilMc М'Ч'
ки зрения выведения СО2, поскольку половина каждого вдоха вентилирует мертво пространство.
Наконец, VT увеличился до 1200мл, а частота дыхания снизилась д 5 дых/мин (рис. 3-3 В). Vli! осталась прежней -- 6 л/мин, vd понизилась д< 750 мл/мин, a va повысилась до 5250 мл/мин. VD/VT уменьшилось до 150/1201 или 0.125. Во всех трех примерах общая вентиляция оставалась без изменений, од нако заметно отличалась альвеолярная вентиляция. Из дальнейшего обсуждение станет ясно, что альвеолярная вентиляция является определяющим фактором ско рости выделения СО2.
Отношение между альвеолярной вентиляцией и скоростью образования СО2
Скорость образования СО2 (Vco2) у здорового человека массой 70 кг в состоянии покоя составляет около 200 мл в 1 мин. Система регуляции дыхания "установлена" на поддержание РаС()2 на уровне 40 мм рт. ст. (гл. 16). В устойчивом состоянии скорость, с которой СО2 выводится из организма, равна скорости ее образования. Отношение между РаС()2, VCO2 и VA приведено ниже:
VA = Kx-^-l [3-10]
РаС02
где: К — константа, равная 0.863; VA выражена в системе BTPS, a Vco2 —в системе STPD (приложение 1, с. 306).
Уравнение [3-10] показывает, что при постоянной скорости образования двуокиси углерода РаСО- изменяется обратно пропорционально альвеолярной вентиляции (рис. 3-4). Зависимость РЛС()2, а отсюда и РаС()2 (тождество которых обсуждается в гл. 9 и 13) от va можно оценить с помощью рис. 3-4. В действительности изменения Рсо2 (альвеолярного ил и артериального) определяются отношением между \/д и vk,t. e. величиной VD/VT (раздел "Расчет объема физиологического мертвого пространства"). Чем выше VD/VT, тем большая Vi<; необходима для изменения Уд и РаСО;,.
Отношение между альвеолярной вентиляцией, альвеолярным Ро2 и альвеолярным Рсо2
Подобно тому, как Рлсо2 определяется балансом между продукцией СО2 и альвеолярной вентиляцией, альвеолярное Р()2 (Р/\()2) является функцией скорости поглощения кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану (гл. 9) и альвеоляр-
Рис. 3-4. Соотношение между альвеолярной вентиляцией и альвеолярным Рш,. Альвеолярное Рсо, находится в обратной зависимости от альвеолярной вентиляции. Степень вокдсйс'пжя изменении милу гной вентиляции на альвеолярное Рс:о,:;апмсит от отношения между вентиляцией мертвого пространства и общей вентиляцией. Представлено отношение дли человека среднего сложения со стабильной нормальной скоростью образования (.'О,- (около 200 м ч/мип)
пой вентиляции. Поскольку парциальные давления азота и водяного пара в альвеолах постоянны, РА()2 и РЛС()2 изменяются реципрокно по отношению друг к другу в зависимости от изменений альвеолярной вентиляции. Рис. 3-5 показывает рост рао, по мере увеличения VA.
Сумма парциальных давлений О2, СО2, N:> и водяного пара в альвеолах равна барометрическому давлению. Поскольку парциальные давления азота и водяного пара постоянны, парциальное давление О2 либо СО^ может быть рассчитано, если одно из них известно. Расчет основывается на уравнении альвеолярного газа:
1-FlOo
рао? = Рю? - Рдсо2 (Fio2 + ———), [3-11]
R
где: РЮ2 — Ро2 во вдыхаемом газе,
FlO2 — фракционная концентрация О2во вдыхаемом газе,
R — дыхательное газообменное отношение.
R, дыхательное газообменное отношение, выражает скорость выделения СО^ относительно скорости поглощения О2 (V()2), т. e. R = Vco2 / V(>2. В устойчивом состоянии организма дыхательное газообменное отношение равно дыхательному коэффициенту (RQ), который описывает отношение продукции двуокиси углерода к потреблению кислорода на клеточном уровне. Это отношение зависит от того, что преимущественно используется в организме в качестве источников энергии — углеводы или жиры. В процессе метаболизма 1 г углеводов выделяется больше СО2.
В соответствии с уравнением альвеолярного газа РЛ()2 может быть рассчитано как парциальное давление О2 во вдыхаемом газе (РЮ2) минус величина, которая включает РЛСО2 и фактор, учитывающий изменение общего объема газа, если поглощение кислорода отличается от выделения двуокиси углерода: [ Fl()2 + (1 ••-- Fl()2)/RJ. У здорового взрослого человека со средними размерами тела в состоянии покоя V()2 составляет около 250 мл/мин; VCO2 — приблизительно 200 мл/мин. R, таким образом, равно 200/250 или 0.8. Заметим, что величина IFlO, + (1 - FlO2)/RJ снижается до 1.2, когда FlOz^ 0.21, и до 1.0 при FlOa» 1.0 (если в каждом случае R = 0.8).
Как пример для расчета РЛ()2, рассмотрим здорового человека, который дышит комнатным воздухом и у которого РаС()2 (приблизительно равное РЛС()2) составляет 40 мм рт. ст. Принимаем барометрическое давление равным 760 мм рт. ст. и давление водяного пара — 47 мм рт. ст. (вдыхаемый воздух полностью насыщается водой при нормальной температуре тела). Рю2 рассчитывается как произведение общего парциального давления "сухих" газов в альвеолах и фракционной концентрации кислорода: т. е. Рю2 = (760 - 47) х 0.21. Отсюда Рло2 = [(760 - 47) х 0.21 J -40[0.21 + (1 -0.21)/0.8] = 149-48= 101 мм. рт. ст.
Рис. 3-5. Соотношение между альвеолярной вентиляцией иаль-иеолярным Ро, Альвеолярное 1}()2 растет с увеличением альвеолярной вентиляции до достижения плато
Дата добавления: 2015-08-02; просмотров: 69 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Мертвое пространство | | | Региональное распределение дыхательного объема |