Сурфактант  — эмульсия фосфолипидов, белков и углеводов; 80% составляют глицерофосфолипиды, 10% — холестерол и 10% — белки. Общее количество сурфактанта в лёгких крайне невелико. На 1 м2 альвеолярной поверхности приходится около 50 мм3 сурфактанта. Толщина его плёнки составляет 3% общей толщины аэрогематического барьера. Эмульсия образует на поверхности альвеол мономолекулярный слой. Главный поверхностно-активный компонент сурфактанта — дипальмитоилфосфатидилхолин — ненасыщенный фосфолипид, составляющий более 50% фосфолипидов сурфактанта. Сурфактант содержит ряд уникальных белков, способствующих адсорбции дипальмитоилфосфатидилхолина на границе двух фаз. Среди белков сурфактанта выделяют SP-A, SP-B, SP-C, SP-D. Белки SP-B, SP-C и глицерофосфолипиды сурфактанта ответственны за уменьшение поверхностного натяжения на границе воздух–жидкость. Белки SP-A и SP-D участвуют в местных иммунных реакциях, опосредуя фагоцитоз. Рецепторы SP-A имеются в альвеолоцитах II типа и в макрофагах.

¨ Поверхностное  натяжение (T) окружённого водой пузырька газа радиусом r стремится уменьшить  объём газа в пузырьке и увеличить  его давление (P). Состояние равновесия между действующими силами описывает уравнение Лапласа:

P = 2T/r, т.е. T = 0,5r´P

T альвеол  без сурфактанта примерно равно  50 дин/см, T альвеол с нормальным  количеством сурфактанта на их  поверхности колеблется от 5 до 30 дин/см.

Сурфактант  необходим для начала дыхания  при рождении ребенка. До рождения лёгкие находятся в спавшемся состоянии. Ребёнок после рождения делает несколько сильных дыхательных движений, лёгкие расправляются, а сурфактант удерживает их от спадения (коллапса). Недостаток или дефекты сурфактанта вызывают тяжёлое заболевание (синдром дыхательного дистресса). Поверхностное натяжение в лёгких у таких детей высокое, поэтому многие альвеолы находятся в спавшемся состоянии.

Кровоснабжение  лёгких осуществляется из двух источников — лёгочных артерий лёгочного ствола, начинающегося от правого желудочка (малый круг кровообращения) и бронхиальных артерий (ветви грудной части аорты, большой круг кровообращения). Лёгочные артерии содержат дезоксигенированную венозную кровь, их разветвления следуют вместе с разветвлениями воздухоносных путей и распадаются на капилляры межальвеолярных перегородок. После газообмена кровь собирается в бассейн лёгочных вен. Бронхиальные артерии содержат оксигенированную кровь, кровоснабжают по преимуществу проводящие воздухоносные пути. Венозная кровь оттекает в бассейн лёгочных вен и в значительно меньшей степени в непарную вену.

Оценка  функции внешнего дыхания

Для характеристики функции внешнего дыхания применяют  значительное количество показателей, позволяющих оценивать разные стороны  вентиляции лёгких и перфузии респираторного отдела (в том числе при обструктивных и рестриктивных заболеваниях лёгких). Обструктивные заболевания связаны с обструкцией, т.е. с уменьшением проходимости дыхательных путей. При этих заболеваниях наблюдается затруднение изгнания воздуха из лёгких, что требует дополнительных усилий дыхательной мускулатуры на выдохе. Вдох, как правило, не изменён, тогда как выдох значительно удлинён и сопровождается сухими хрипами (сипением, свистом). Для диагностики обструктивных нарушений достаточно записать кривую поток–объём форсированного выдоха (см. ниже). Рестриктивные заболевания связаны с ограничением расправления лёгких, что проявляется снижением лёгочных объемов и ухудшением диффузии (в том числе за счёт уменьшением дыхательной поверхности). Пациент не может глубоко вдохнуть, тогда как выдох свободен, но заметно укорочен. Спирограмма и кривая поток–объём форсированного выдоха позволяют говорить лишь о вероятной рестрикции. Достоверно рестрикция может быть установлена при регистрации параметров дыхания при использовании методов с разведением газов (гелия или азота).

При исследовании функции внешнего дыхания изучают  лёгочные объёмы и ёмкости (V), объёмные скорости потока и диффузионную ёмкость (D).

Лёгочные  объёмы (V) определяют с помощью спирометра. Ряд параметров спирограммы выражают в относительных величинах (%%), диапазоном нормы считают 80–120%. Для оценки лёгочной вентиляции используют значения нижерассмотренных 4 статичных легочных объёмов: дыхательного объёма, резервного объёма вдоха, резервного объёма выдоха и остаточного объёма лёгкого (остаточный объём лёгких нельзя определить с помощью спирометра, его можно измерить с помощью одного методов разведения газов (разведения гелия или вымывания азота) или при общей бодиплетизмографии.

Спирометрия (спирография) — простой и доступный метод исследования функции лёгких.

Спирограф — прибор для непрерывной графической  регистрации изменения объёмов  вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Спирограмма. Запись начинается с момента  максимально глубокого вдоха, затем пациент спокойно выдыхает воздух, после чего повторяет последний маневр с максимальным усилием. Применение. Спирометрия помогает не только изучать функцию внешнего дыхания, но и дифференцировать обструктивные болезни лёгких от рестриктивных, оценивать тяжесть дыхательной недостаточности и её динамику.

Дыхательный объём (ДО; VE, или VT — tidal volume) — объём воздуха, поступающий в лёгкие за один вдох или выходящий из лёгких при последующем выдохе при спокойном дыхании (норма 0,4–0,5 л, у детей — 3–5 мл/кг). Поскольку организм потребляет больше O2 (~250 мл/мин), чем образует CO2 (~200 мл/мин), объём воздуха на вдохе примерно на 4% больше объёма воздуха на выдохе. Поэтому для более точных исследований измеряют объём выдоха — expired lung volume (VE).

Альвеолярный  объём (АО, VA) — часть ДО (VE), участвующая в газообмене. Анатомически мёртвое пространство — часть пространства дыхательных путей, заполненная воздухом, не участвующим в газообмене — остаток от (ДО — АО [VE — VA]) — примерно 30% от ДО (VE), около 155 мл. Резервный объём вдоха (РОвд; IRV — inspiratory reserve volume) — дополнительный объём воздуха (1,9–2,5 л), который можно вдохнуть после нормального вдоха. Резервный объём выдоха (РОвыд; ERV — expiratory reserve volume) — дополнительный объём воздуха (1,1–1,5 л), который можно выдохнуть после окончания нормального выдоха. Остаточный объём лёгкого (ООЛ; RV — residual volume) — объём воздуха (1,5–1,9 л), остающийся в лёгких после максимального выдоха. Ёмкость вдоха (Евд; IC — inspiratory capacity — Евд = ДО + Ровд) равна сумме дыхательного объёма (ДО [VE]) и резервного объёма вдоха (Ровд [IRV]) — количество воздуха, которое можно максимально вдохнуть после нормального выдоха. Евд составляет 2,3–3,0 л. Функциональная остаточная ёмкость (ФОЕ; FRC — functional residual capacity) — объём воздуха, остающийся в лёгких в конце нормального выдоха (около 2,5 л): ФОЕ = ООЛ + РОвыд. (FRC = ERV + RV). ФОЕ (FRC) в норме составляет 2,6–3,4 л. Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ, VC — vital capacity) равна сумме дыхательного объёма (ДО [VE]), резервного объёма вдоха (РОвд [IRV]) и резервного объёма выдоха (РОвыд [ERV]). Это максимальный объём воздуха (от 3,4 л до 4,5 л), изгоняемый из лёгких вслед за максимальным вдохом: ЖЕЛ = ДО + РОвд + РОвыд (VC = VE + IRV + ERV). Форсированная жизненная ёмкость лёгких — ФЖЕЛ (forced vital capacity — FVC), 4,6 л) — аналогична ЖЕЛ (VC) при максимально возможном вдохе и выдохе с максимальной силой и скоростью. Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ, TLC — total lung capacity) — максимальный объём воздуха (от 4,9 л до 6,4 л), находящийся в лёгких после максимального вдоха — равна сумме жизненной ёмкости лёгких — ЖЕЛ (VC) и остаточного объёма лёгких — ООЛ (RV). Отношение остаточного объёма лёгкого к общей ёмкости лёгких — ООЛ/ОЕЛ (RV/TLC) в норме <0,25. Увеличение этого показателя вследствие увеличения ООЛ (RV) происходит при обструктивных заболеваниях, а вследствие уменьшения ОЕЛ (TLC) при рестриктивных заболеваниях.

 Вышеперечисленные  статические лёгочные объёмы  и ёмкости отражают эластические  свойства лёгких и грудной клетки. Динамические лёгочные объёмы и ёмкости отражают проходимость дыхательных путей. Получение некоторых из нижеперечисленных показателей требует применения не только спирометрии, но и других подходов (например, теста с разведением гелия). Минутный объём дыхания (МОД, VE) — количество воздуха, проходящего через воздухоносные пути каждую минуту. МОД равен дыхательному объёму (ДО), умноженному на частоту дыхательных движений в минуту (ЧДД): МОД = ДО´ЧДД (VE = VT´f). Так как ДО (VT) в норме составляет примерно 0,5 л, а нормальная ЧДД (f) от 12 до 15 в минуту, то МОД составляет 6–8 л/мин. Максимальная вентиляция лёгких (МВЛ) — максимальное количество воздуха, которое может быть провентилировано через лёгкие за 1 мин — произведение частоты дыхательных движений — ЧДД (f) на ёмкость вдоха — Евд (IC): МВЛ = ЧДД´Евд (f´IC). Средние значения МВЛ у мужчин — 140 л/мин, у женщин — 130 л/мин. Объём форсированного выдоха за 1 с (ОФВ1, FEV1 — forced-expiratory volume in one second) — объём воздуха, изгоняемый с максимальным усилием из лёгких в течение первой секунды выдоха после глубокого вдоха; т.е. часть ФЖЕЛ (FVC), выдыхаемая за первую секунду. Прежде всего ОФВ1 (FEV1) отражает состояние крупных дыхательных путей и часто выражается в процентах от жизненной ёмкости лёгких (ЖЕЛ, VC). Нормальное значение ОФВ1 (FEV1) = 75% ЖЕЛ (VC). Индекс Тиффно — отношение объёма форсированного выдоха за 1 с (ОФВ1, FEV1) к жизненной ёмкости лёгких (ЖЕЛ, VC; ОФВ1 часто также выражают в процентах от форсированной жизненной ёмкости лёгких — ФЖЕЛ, FVC). Значение индекса Тиффно прямо пропорциональное силе выдоха и в норме составляет около 80%; значение этого индекса важно для выявления обструктивных нарушений, но также помогает в диагностике рестриктивных расстройств. Снижение ОФВ1 (FEV1) без снижения ФЖЕЛ, т.е. ОФВ1/ФЖЕЛ (FEV1/FVC) <70% свидетельствует об обструкции; снижение обоих показателей (ОФВ1 и ФЖЕЛ, т.е. ОФВ1/ФЖЕЛ ³80%) указывает на рестриктивную патологию. Максимальная объёмная скорость в средней части экспираторного маневра — МОС25%–75% (average mid-maximal expiratory flow — FEF25–75) — скорость потока форсированного выдоха в его середине, т.е. между 25% и 75% ФЖЕЛ (FVC); иначе обозначают как максимальный поток середины выдоха (mid-maximal expiratory flow — MMEF). МОС25%–75% прежде всего отражает состояние мелких дыхательных путей и не зависит от мышечных усилий, этот показатель более информативен, чем ОФВ1 (FEV1) при выявлении ранних обструктивных нарушений. Пик объёмной скорости выдоха (мощность выдоха, peak expiratory flow rate — PEFR) — максимальная объёмная скорость, которую пациент может развить при форсированном выдохе — показатель проходимости дыхательных путей на уровне трахеи и крупных бронхов. Зависит от мышечного усилия пациента. Резерв дыхания (РД) характеризует возможность увеличения лёгочной вентиляции (в норме 85–90%) и рассчитывается по разности максимальной вентиляции лёгких (МВЛ) и минутного объёма дыхания (МОД, VE).

      Общая податливость обоих лёгких (C) у взрослого  человека составляет около 200 мл воздуха на 1 см водн.ст. Это означает, что при увеличении транспульмонального давления (Pтп) на 1 см водн.ст. объём лёгких увеличивается на 200 мл.

Альвеолярная  вентиляция

· Газы в альвеолах. В воздухоносные  пути извне поступает воздух (смесь  газов), содержащий в основном азот и кислород и значительно меньше диоксида углерода, аргона и других инертных газов. Поскольку вдыхаемый воздух увлажняется, парциальное (частичное; при условии, что доля конкретного газа в смеси газов равна 1) давление кислорода (Po2) в воздухоносных путях уменьшается.

Перфузия  — процесс, в ходе которого дезоксигенированная кровь лёгочных артерий проходит через лёгкие и оксигенируется. Другими словами, между полостью альвеолы и просветом капилляра межальвеолярных перегородок происходит газообмен путём простой диффузии газов по градиенту их концентрации (в соответствии с законом Фика, см. уравнение 2–1). В частности, чем меньше структур между полостью альвеолы и просветом капилляра, тем эффективнее диффузия. Диффузионный путь при газообмене оценивают в 0,2–3,0 мкм. Таким образом, для оценки лёгочного газообмена важны характеристики перфузии (Q), альвеолярной вентиляции (VA), а также вентиляционно–перфузионные отношения (VA/Q).

· Лёгочные артерии (диаметр около 3 см, внутрисосудистое давление от 9 до 24 мм рт.ст.) содержат дезоксигенированную венозную кровь, их разветвления (артерии [их диаметр <200 мкм], артериолы [диаметром от 10 мкм до 200 мкм]) следуют вместе с разветвлениями воздухоносных путей и распадаются на капилляры межальвеолярных перегородок. Эти внутрилёгочные капилляры имеют внутренний диаметр около 8 мкм и длину около 10 мкм (этот отрезок эритроцит проходит примерно за 0,75 с, обмениваясь за это время газами примерно с 2–3 альвеолами). После газообмена кровь собирается в бассейн лёгочных вен (вены — в отличие от артерий — располагаются отдельно от разветвлений воздухоносных путей). Общий объём лёгочной циркуляции около 500 мл (10% от всей крови). Лёгочное сосудистое сопротивление. На характеристики лёгочного кровотока влияют гравитация (g), альвеолярное давление (PA), градиент артериального и венозного кровотока (Pa — Pv) и лёгочное сосудистое сопротивление (RPV):

¨ Нормально RPV составляет 1,0 мм рт.ст./л/мин [( 14 мм рт.ст. — 8 мм рт.ст.)¸6 л/мин]. Другими словами, сопротивление в малом круге кровообращения примерно на порядок величины меньше, чем в большом круге кровообращения. Малая величина RPV позволяет значительно увеличить при необходимости перфузию лёгких (в основном за счёт увеличения внутреннего диаметра сосудов и мобилизации временно выключенных сосудов, но не за счёт увеличение внутриартериального давления).

• Базисные знания студентов, необходимые для реализации целей занятия:

Знать:

1. Органы, формирующие дыхательную систему.
2. Функции дыхательных путей и легкого.
3. Значение дыхания для организма и его основные этапы.
4. Газообмен в легких и факторы его определяющие.
5. Транспорт газов кровью.

Уметь:

1. Рисовать  схемы строения бронхов и ацинусов.

2. Рисовать  схему спирограммы.

3. Рисовать  схему аэрогематического барьера.

4. Рисовать схему диссоциации оксигемоглобина.

     План  проведения занятия:

1. Вводное слово преподавателя о цели занятия и схеме его проведения.   Ответы на вопросы студентов.
2. Устный опрос.
3. Учебно-практическая и исследовательская работа студентов.

     Вопросы для самоподготовки к занятию:

     1.Система  дыхания, ее основные компоненты, значение дыхания для организма  основные этапы дыхания.

     2. Биомеханика вдоха и выдоха. Внутриплевральное  давление, его значение.

     3. Состав и парциальное давление  газов во вдыхаемом и выдыхаемом  воздухе.

     4. Показатели внешнего дыхания  (легочные объемы, емкости, вентиляция  легких).

     5. Перенос газов кровью. Кривая  диссоциация оксигемоглобина. Особенности  транспорта углекислого газа.

     6. Газообмен между альвеолярным  воздухом и кровью. Газообмен  между кровью и тканями.

     УЧЕБНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ  РАБОТА:

     Задание № 1

     Просмотрите видеофильм «Внешнее дыхание» и  «Перенос газов кровью». Обсудите его с преподавателем.

     Задание № 2   

     Ответьте  на следующие вопросы: