Лёгочная вентиляция
Лёгочная вентиляция — это постоянное обновление воздуха в альвеолах благодаря вдохам и выдохам. По объёму воздуха, проходящему через дыхательные пути, можно оценить эффективность дыхания и понять, какая часть воздуха действительно участвует в газообмене.
Что такое лёгочная вентиляция
Вентиляция лёгких складывается из двух фаз: вдоха и выдоха. Механизм этих движений разобран на странице дыхательные движения: при вдохе объём грудной клетки увеличивается, давление в лёгких уменьшается, и воздух входит; при выдохе происходят обратные изменения.
Лёгочная вентиляция — обмен воздуха между атмосферой и альвеолами за счёт последовательных вдохов и выдохов. Она поддерживает поступление кислорода и удаление углекислого газа.
Воздух проходит через носовую полость, глотку, гортань, трахею и бронхи, но газообмен происходит главным образом в альвеолах. Поэтому не весь воздух каждого вдоха достигает участка, где кислород переходит в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух.
Объёмы воздуха при дыхании
При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает дыхательный объём — примерно 500 мл. После обычного вдоха можно дополнительно вдохнуть резервный объём вдоха, а после обычного выдоха — резервный объём выдоха. Даже после максимально глубокого выдоха в лёгких остаётся остаточный объём: он не даёт лёгочной ткани полностью спадаться.
| Показатель | Смысл | Ориентировочное значение |
|---|---|---|
| Дыхательный объём | Воздух одного спокойного вдоха или выдоха | около 500 мл |
| Резервный объём вдоха | Воздух сверх обычного вдоха | примерно 1500–2000 мл |
| Резервный объём выдоха | Воздух сверх обычного выдоха | примерно 1000–1500 мл |
| Остаточный объём | Воздух, остающийся после максимального выдоха | примерно 1000–1500 мл |
Сумма дыхательного объёма, резервных объёмов вдоха и выдоха называется жизненной ёмкостью лёгких. Её измеряют спирометром; подробнее показатель рассмотрен на странице жизненная ёмкость лёгких. Остаточный объём обычной спирометрией не определяется, потому что человек не может выдохнуть этот воздух.
Жизненная ёмкость лёгких — это максимальный объём воздуха, который можно выдохнуть после максимально глубокого вдоха. В расчётах складывают дыхательный объём, резервный объём вдоха и резервный объём выдоха.
Минутная и альвеолярная вентиляция
Чтобы узнать, сколько воздуха проходит через дыхательные пути за минуту, используют минутный объём дыхания. Он зависит от глубины дыхания и его частоты. Например, при дыхательном объёме 500 мл и частоте 12 дыхательных движений в минуту через дыхательные пути проходит около 6 л воздуха в минуту.
Здесь \(МОД\) — минутный объём дыхания, \(ДО\) — дыхательный объём, \(f\) — частота дыхания в минуту. Однако часть каждого вдоха остаётся в воздухоносных путях и не участвует непосредственно в газообмене. Такой объём называют анатомическим мёртвым пространством; в среднем у взрослого он около 150 мл.
В этой формуле \(АВ\) — альвеолярная вентиляция, то есть объём свежего воздуха, достигающего альвеол за минуту, а \(МП\) — объём мёртвого пространства. При спокойном дыхании: \((500-150)\cdot12=4200\) мл, то есть примерно 4,2 л в минуту.
Два человека имеют одинаковый минутный объём дыхания — 6 л/мин. Первый дышит 12 раз по 500 мл, второй — 20 раз по 300 мл. У кого альвеолярная вентиляция больше, если мёртвое пространство равно 150 мл?
При одинаковом минутном объёме более глубокое и менее частое дыхание обычно эффективнее частого поверхностного: доля воздуха мёртвого пространства в каждом вдохе меньше.
Разобранный пример: расчёт показателей
Дыхательный объём человека равен 600 мл, частота дыхания — 15 в минуту, объём мёртвого пространства — 150 мл. Найдите минутную и альвеолярную вентиляцию.
Ответ: минутный объём дыхания равен 9 л/мин, а альвеолярная вентиляция — 6,75 л/мин. Альвеолярная вентиляция меньше минутной, потому что не весь воздух доходит до альвеол.
Вентиляция при нагрузке и регуляция дыхания
Во время физической нагрузки мышцы потребляют больше кислорода и выделяют больше углекислого газа. Поэтому увеличиваются частота и глубина дыхания, а минутная и альвеолярная вентиляция возрастают. Изменение состава крови воспринимают хеморецепторы; дыхательный центр продолговатого мозга и моста изменяет работу дыхательных мышц.
Эффективность вентиляции связана не только с объёмом воздуха, но и с состоянием альвеол, проходимостью бронхов, кровоснабжением лёгких и способностью гемоглобина связывать кислород. Перенос кислорода от лёгких к тканям рассматривается на странице перенос газов кровью, а свойства оксигемоглобина — на странице диссоциация оксигемоглобина.
Воздух в альвеолах обновляется не полностью при каждом вдохе: часть старого воздуха смешивается с поступившим. Такое постепенное обновление помогает поддерживать относительно стабильный состав альвеолярного воздуха. Состав крови после прохождения лёгочных капилляров связан с понятием артериальной крови, а кровь, поступающая к лёгким, — с понятием венозной крови.
1. Не путайте минутный объём дыхания с альвеолярной вентиляцией: первый включает воздух мёртвого пространства. 2. Не складывайте остаточный объём с жизненной ёмкостью без пояснения: их сумма образует общую ёмкость лёгких. 3. Не считайте, что увеличение частоты дыхания всегда повышает газообмен: при поверхностном дыхании альвеолярная вентиляция может возрастать слабее, чем минутный объём. 4. Следите за единицами: 1000 мл = 1 л.
Быстрый тест
Проверь себя
Главное
- Лёгочная вентиляция — обмен воздуха между атмосферой и альвеолами.
- Минутный объём дыхания рассчитывают как \(МОД=ДО\cdot f\).
- Альвеолярная вентиляция учитывает мёртвое пространство: \(АВ=(ДО-МП)\cdot f\).
- Жизненная ёмкость лёгких равна сумме дыхательного и резервных объёмов; остаточный объём в неё не входит.
- При нагрузке дыхание становится более частым и глубоким, потому что возрастает потребность тканей в газообмене.