Volumi e capacità polmonari

Ventilazione polmoni dipende dalla profondità della respirazione (volume corrente) e frequenza respiratoria. Entrambi questi parametri possono variare a seconda delle esigenze dell’organismo.

Volumi polmonari. A riposo, il volume corrente è piccolo rispetto al volume totale di aria nei polmoni. Pertanto, una persona può sia inspirare che espirare un grande volume aggiuntivo di aria. Tuttavia, anche durante l’espirazione più profonda, rimane dell’aria negli alveoli e nelle vie aeree dei polmoni. Per descrivere quantitativamente tutte queste relazioni, il volume polmonare totale è suddiviso in più componenti; allo stesso tempo sotto capacità comprendere la combinazione di due o più componenti (Fig. 21.8).

1. Volume corrente – la quantità di aria che una persona inspira ed espira durante la respirazione tranquilla.

2. Volume di riserva inspiratoria – la quantità di aria aggiuntiva che una persona può inalare dopo una normale inalazione.

3. Prenotare il volume produzione – la quantità di aria che una persona può espirare ulteriormente dopo un'espirazione silenziosa.

4. Volume residuo – la quantità di aria rimanente nei polmoni dopo la massima espirazione.

5. Capacità vitale dei polmoni– la massima quantità di aria che può essere espirata dopo un’inspirazione massima. Uguale alla somma di 1, 2 e 3.

Riso. 21.8. Volumi e capacità polmonari. La dimensione della capacità vitale dei polmoni e il volume residuo (sul lato destro della figura) dipendono dal sesso e dall'età

6. Capacità inalazione – la quantità massima di aria che può essere inalata dopo un’espirazione silenziosa. Uguale alla somma di 1 e 2.

7. Capacità funzionale residua – quantità aria rimanente nei polmoni dopo un'espirazione tranquilla. Uguale alla somma di 3 e 4.

8. Capacità polmonare totale – la quantità di aria contenuta nei polmoni al culmine della massima inspirazione. Pari alla somma di 4 e 5. Di tutte queste quantità, il valore più grande eccetto volume corrente, Avere capacità vitale polmoni e capacità funzionale residua.

Capacità vitale dei polmoni. La capacità vitale (VC) è un indicatore della mobilità dei polmoni e del torace. Nonostante il nome, non riflette i parametri respiratori in condizioni reali ("vita"), poiché anche con le massime sollecitazioni poste dall'organismo al sistema respiratorio, la profondità della respirazione non raggiunge mai il valore massimo possibile.

Da un punto di vista pratico, non è opportuno stabilire una norma “unica” per la capacità vitale, poiché questo valore dipende da una serie di fattori, in particolare dall’età, dal sesso, dalla dimensione e dalla posizione corporea, nonché dal grado di forma fisica.

Come si può vedere dalla figura. 21.9, la capacità vitale dei polmoni diminuisce con l'età (soprattutto dopo i 40 anni). Ciò è dovuto ad una diminuzione dell'elasticità dei polmoni e della mobilità del torace. Le donne hanno una capacità vitale mediamente inferiore del 25% rispetto agli uomini. È abbastanza ovvio che la capacità vitale dipende dall'altezza, a partire dalle dimensioni del torace

proporzionale al resto della corporatura. Nei giovani, la capacità vitale può essere calcolata utilizzando la seguente equazione empirica:

VC (l) = 2,5 x altezza (m). (1)

Pertanto, per gli uomini alti 180 cm, la capacità vitale dei polmoni sarà di 4,5 litri. La capacità vitale dipende dalla posizione del corpo: in posizione verticale è leggermente maggiore che in posizione orizzontale (questo è dovuto al fatto che in posizione verticale i polmoni contengono meno sangue). Infine, la capacità vitale dei polmoni dipende dal grado di allenamento. Le persone coinvolte in sport che richiedono resistenza hanno una capacità vitale significativamente più elevata rispetto alle persone non allenate. È particolarmente elevato nei nuotatori e nei rematori (fino a 8 litri), poiché questi atleti hanno muscoli respiratori ausiliari altamente sviluppati (pettorale maggiore e minore). Determinare la capacità vitale dei polmoni è importante soprattutto per la diagnosi.

Capacità funzionale residua. Il ruolo fisiologico della capacità funzionale residua (FRC) è quello dovuto alla presenza di questa capacità nel spazio alveolare le fluttuazioni vengono attenuate concentrazioni O2 E CO2, causati dalle differenze nel loro contenuto nell'aria inspirata ed espirata. Se l'aria atmosferica entrasse direttamente negli alveoli, senza mescolarsi con l'aria già contenuta nei polmoni, allora il contenuto di O 2 e CO 2 negli alveoli subirebbe

Riso. 21.9. Curve di dipendenza della capacità polmonare totale e vitale e del volume residuo dall'età per persone di statura media

fluttuazioni in accordo con le fasi del ciclo respiratorio. Tuttavia, ciò non accade: l'aria inalata si mescola con l'aria contenuta nei polmoni e poiché la FRC a riposo è molte volte maggiore del volume corrente, i cambiamenti nella composizione dell'aria alveolare sono relativamente piccoli.

Il valore della FRC, pari alla somma del volume residuo e del volume di riserva espiratoria, dipende da una serie di fattori. In media, nei giovani in posizione orizzontale è di 2,4 litri e negli uomini più anziani di 3,4 litri. Le donne hanno circa il 25% in meno di FRC.

Misurazione del volume polmonare

I volumi di aria inspirata ed espirata possono essere misurati direttamente utilizzando uno spirometro O pneumotacografo. Per quanto riguarda il volume residuo e la capacità funzionale residua, essi possono essere determinati solo indirettamente.

Spirometria. Gli spirometri sono dispositivi che possono contenere quantità variabili di aria a pressione costante (Fig. 21.11). Più comune spirometro ad acqua. Questo dispositivo è un cilindro posto capovolto in un serbatoio d'acqua. L'aria intrappolata in questo cilindro non comunica con l'ambiente esterno. Il cilindro è bilanciato da un contrappeso. Le vie aeree del soggetto sono collegate tramite un ampio tubo dotato di boccaglio allo spazio interno al cilindro. Durante l'espirazione il volume dell'aria nel cilindro aumenta e questo galleggia; Quando inspiri, il cilindro affonda. Tali variazioni di volume possono essere misurate mediante una scala calibrata oppure registrate mediante un graffietto sul tamburo del chimografo (in quest'ultimo caso, il cosiddetto spirogramma).

Pneumotacografia. Se hai bisogno di studiare la respirazione per un lungo periodo, è molto più conveniente usare il cosiddetto spirometri di tipo aperto. Con il loro aiuto, non vengono registrati i volumi respiratori stessi, ma velocità volumetrica dell'aria(Fig. 21.10). Per questo usano pneumotacografi– dispositivi, la cui parte principale è un tubo largo con bassa resistenza aerodinamica. Quando l'aria passa attraverso il tubo, tra l'inizio e la fine si crea una piccola differenza di pressione, che può essere registrata mediante manometri. Questo la differenza di pressione è direttamente proporzionale alla velocità volumetrica del flusso d'aria, cioè la quantità di aria che passa attraverso la sezione trasversale del tubo per unità di tempo. Viene chiamata la curva delle variazioni di questa velocità volumetrica pneumotacogramma. Sulla base del pneumotacogramma, che è una registrazione dV/dt, il volume d'aria richiesto V può essere ottenuto integrando:

V=∫Δ V/ ΔtΔt

La maggior parte degli pneumotacografi sono dotati di un'unità di integrazione elettronica, quindi una curva del volume corrente (spirogramma) viene registrata direttamente contemporaneamente allo pneumotacogramma.

Misurazione della capacità funzionale residua (FRC).

Poiché la FRC è la quantità di aria rimanente nei polmoni alla fine dell'espirazione, può essere misurata solo con metodi indiretti. Il principio di tali metodi è che un gas estraneo come l'elio viene iniettato nei polmoni (metodo di allevamento), oppure lavare via l'azoto contenuto nell'aria alveolare, costringendo il soggetto a respirare ossigeno puro (metodo di lavaggio). In entrambi i casi, il volume richiesto viene calcolato in base alla concentrazione finale del gas.

Riso. 21.10. Principio di funzionamento di uno pneumotacografo. La differenza di pressione tra le due estremità del tubo, che ha una certa resistenza aerodinamica ed è collegato al boccaglio, è proporzionale alla velocità volumetrica del flusso d'aria V. La curva di variazione di questa velocità è chiamata pneumotacogramma, e la curva di cambiamenti nell'integrale di questa velocità nel tempo, cioè volume respiratorio, è uno spirogramma

Riso. 21.11. Il principio di determinazione della capacità funzionale residua utilizzando il metodo della diluizione dell'elio. Su- attrezzatura e sistema respiratorio del soggetto nello stato iniziale; l'elio (punti rossi) si trova solo nello spirometro, dove il suo contenuto è del 10 vol.%. In fondo- distribuzione completa ed uniforme dell'elio tra i polmoni (capacità funzionale residua) e lo spirometro dopo la fine dello studio;

la concentrazione di elio è del 5 vol.%

Nella fig. 21.11 illustra il metodo di allevamento elio Uno spirometro di tipo chiuso è riempito con una miscela di gas. Lascia che il volume totale della miscela sia di 3 litri e che i volumi di O 2 e He siano rispettivamente di 2,7 e 0,3 litri. In questo caso, il contenuto iniziale (frazione) di elio F He 1 sarà di 0,1 ml per 1 litro di miscela. Dopo una tranquilla espirazione, il soggetto inizia a respirare dallo spirometro e, di conseguenza, le molecole di elio sono distribuite uniformemente tra il volume polmonare pari a FRC e il volume dello spirometro Vsp. L’elio si diffonde molto lentamente attraverso i tessuti e il suo trasferimento dagli alveoli al sangue può essere trascurato. Dopo alcuni minuti, quando il contenuto di elio nei polmoni e nello spirometro risulta equilibrato, tale contenuto (F He 2) viene misurato mediante appositi strumenti. Supponiamo che nel nostro caso siano 0,05 ml He per 1 ml di miscela. Nel calcolare FRC, procediamo dalla legge di conservazione della materia: la quantità totale di elio, pari al prodotto del volume V e della concentrazione F, deve essere la stessa nello stato iniziale e dopo la miscelazione:

Vjoint ventureF Lui 1 = Vsp+ NEMICOF Lui 2 (2)

Sostituendo i dati sopra in questa equazione, puoi calcolare la FRC:

FOE =Vsp (F Lui 1 – F Lui 2 )/ F Lui 2 = 3 (0.1–0.05)/0.05 = 3 litri. (3)

Utilizzando metodo di lavaggio con azoto Dopo un'espirazione calma, il soggetto respira ossigeno puro per diversi minuti. L'aria espirata entra nello spirometro e insieme ad essa le molecole di azoto contenute nei polmoni passano nello spirometro. Conoscendo il volume dell'aria espirata, il contenuto iniziale di N 2 ; nei polmoni e contenuto finale di N 2 in uno spirometro, la FRC può essere calcolata utilizzando un'equazione simile alla (3).

Nell'applicazione pratica di questi metodi è necessario apportare alcune modifiche. Inoltre, lo svantaggio di entrambi i metodi è che nei pazienti con ventilazione irregolare di alcune parti dei polmoni, è necessario un periodo di tempo molto lungo per diluire o eliminare completamente i gas. A questo proposito, la misurazione della FRC si è recentemente diffusa pletismografo integrale.

Spazio morto anatomico e funzionale

Spazio morto anatomico. Lo spazio morto anatomico è il volume delle vie aeree perché in esse non avviene lo scambio di gas. Questo spazio comprende le cavità nasali e orali, la faringe, la laringe, la trachea, i bronchi e i bronchioli. La quantità di spazio morto dipende dall'altezza e dalla posizione del corpo. Si può approssimativamente presumere che una persona seduta abbia volume dello spazio morto(in millilitri) è uguale a doppio del peso corporeo(in chilogrammi). Pertanto, negli adulti è di circa 150 ml. Con la respirazione profonda aumenta, poiché quando il torace si espande, i bronchi e i bronchioli si espandono.

Misurare il volume dello spazio morto. Volume espiratorio (respirazione).(Vd) è costituito da due componenti: il volume dell'aria proveniente da spazio morto(Vmp) e il volume d'aria da spazio alveolare(Va) Gli indicatori relativi all'aria alveolare sono indicati anche con la lettera maiuscola (A) nel pedice per distinguerli dagli indicatori simili del sangue arterioso (vedi J. West “Fisiologia della respirazione. Fondamenti”. M.: Mir, 1988 ) .

Vd = Vmp + Va (4)

Per studiare la funzione polmonare, è importante misurare entrambi questi componenti separatamente. Come per la determinazione della capacità funzionale residua, anche in questo caso vengono utilizzati metodi indiretti. Si basano sul fatto che il contenuto dei gas respiratori (O 2 e CO 2) nell'aria dei morti e nello spazio alveolare è diverso. Il contenuto di gas nell'aria dello spazio morto è simile a quello dell'aria immessa durante l'inspirazione (inspirazione) (Fi).

VDFe =VmpFe +VUNFUN (5)

Sostituendo l'espressione Va dall'equazione (4) ed effettuando trasformazioni, otteniamo

Vmp/Vl= (Fe-FUN)/ (FE -Fa) (6)

Questa uguaglianza si chiama L'equazione di Bohr, valido per qualsiasi gas respirabile. Tuttavia, per la CO 2 può essere semplificato, poiché il contenuto di questo gas nell'aria inalata è Fi co 2 vicino allo zero

Vmp/VD=(fUN co2 – Feh co2 )/ FUN co2 (7)

Il rapporto tra il volume dello spazio morto e il volume espiratorio può essere calcolato utilizzando le equazioni (6) e (7). I valori del contenuto di gas per le frazioni presentate sul lato destro dell'equazione possono essere determinati mediante analisi del gas (sorgono alcune difficoltà quando si determinano i gas nell'aria alveolare). L'analisi del gas dia i seguenti valori: FUN co 2 = 0,056ml CO 2 e Feh co 2 = 0,04ml CO 2 ; per 1 ml di miscela. Allora Vmp/Vd = 0,3, cioè il volume dello spazio morto è il 30% del volume espiratorio.

Spazio morto funzionale. Sotto spazio morto funzionale (fisiologico). comprendere tutte quelle parti dell'apparato respiratorio in cui non avviene lo scambio gassoso. Lo spazio morto funzionale, a differenza di quello anatomico, comprende non solo le vie aeree, ma anche quegli alveoli ventilati ma non perfusi con sangue. In tali alveoli lo scambio gassoso è impossibile, sebbene avvenga la ventilazione. Nei polmoni sani, il numero di tali alveoli è piccolo, quindi normalmente i volumi dello spazio morto anatomico e funzionale sono quasi gli stessi. Tuttavia, in alcuni disturbi della funzione polmonare, quando i polmoni sono ventilati e riforniti di sangue in modo non uniforme, il volume del secondo può essere significativamente maggiore del volume del primo.

Misurazione della ventilazione

Volume respiratorio minuto. Il volume minuto della respirazione, cioè il volume di aria inspirata (o espirata) in 1 minuto, è per definizione uguale al prodotto del volume corrente e della frequenza dei movimenti respiratori. Il volume espiratorio è solitamente inferiore al volume inspiratorio, poiché l'assorbimento di O2 supera la quantità di CO2 rilasciata (quoziente respiratorio inferiore a 1. Per una maggiore precisione, è necessario distinguere i volumi minuti di respirazione inspiratorio ed espiratorio. Quando si calcola la ventilazione, è consuetudine procedere dai volumi espiratori contrassegnati con “e”. Volume minuto espiratorio della respirazione Vе ∙ , È

V ∙ e=VaF (8)

(il punto sopra il simbolo V significa che stiamo parlando di “volume per unità di tempo”, ma non di derivata; Va – volume corrente espiratorio; f – frequenza dei movimenti respiratori).

La frequenza respiratoria media in un adulto a riposo è 14/min. Può subire oscillazioni significative (da 10 a 18 in 1 minuto). La frequenza respiratoria è più elevata nei bambini (20-30/min); nei neonati è di 30–40/min e nei neonati è di 40–50/min.

Dall'equazione (8) segue che in un adulto con un volume corrente di 0,5 l e una frequenza respiratoria di 14/min, il volume respiratorio minuto è di 7 l/min. Durante l'attività fisica, in accordo con l'aumento della richiesta di ossigeno, aumenta anche il volume minuto della respirazione, raggiungendo i 120 l/min in condizioni di massimo carico. Sebbene il volume minuto della respirazione fornisca alcune informazioni sulla ventilazione, non determina in alcun modo l’efficienza della respirazione. Il fattore determinante è quella parte del minuto volume della respirazione che entra negli alveoli e partecipa allo scambio di gas.

Ventilazione alveolare e ventilazione dello spazio morto. Parte del volume respiratorio minuto V ∙ eh si chiama raggiungere gli alveoli ventilazione alveolare V ∙ UN; il resto lo è ventilazione dello spazio morto V ∙ ml

V ∙ e=Va+ V ∙ ml (9)

La ventilazione di qualsiasi reparto è pari al prodotto del volume d'aria che passa attraverso questo reparto durante ciascun ciclo respiratorio e la frequenza dei movimenti respiratori ( V ∙ = Vf). Presentiamo i valori dei parametri che determinano la ventilazione generale dei polmoni in un adulto sano a riposo. Il volume corrente V è costituito per il 70% dal volume alveolare Va e per il 30% dal volume dello spazio morto Vml. Pertanto, se Ve= 500 ml quindi

Va = 350 ml e Vml = 150 ml. Se la frequenza respiratoria è 14/min, allora ventilazione generale sarà di 7 l/min, ventilazione alveolare – 5 l/min e ventilazione dello spazio morto–2 l/min.

La ventilazione alveolare serve come indicatore dell'efficienza della respirazione in generale. Da questo valore dipende la composizione del gas mantenuta nello spazio alveolare. Per quanto riguarda il volume minuto, esso riflette solo in piccola parte l’efficacia della ventilazione. Quindi, se il volume minuto della respirazione è normale (7 l/min), ma la respirazione è frequente e superficiale (V, = 0,2 l, f = 35/min), allora verrà ventilato principalmente lo spazio morto in cui entra l'aria prima che nell'alveolare; in questo caso l'aria inspirata difficilmente raggiungerà gli alveoli. Tale respirazione viene talvolta osservata durante lo shock circolatorio ed è una condizione estremamente pericolosa. Poiché il volume dello spazio morto è costante, la ventilazione alveolare aumenta quanto più profonda è la respirazione.

Respirazione artificiale

Smettere di respirare. Smettere di respirare, indipendentemente dalla causa, è mortale. Dal momento in cui la respirazione e la circolazione sanguigna si fermano, una persona si trova in uno stato di morte clinica. Di norma, entro 5-10 minuti la mancanza di O 2 e l'accumulo di CO 2 portano a danni irreversibili alle cellule degli organi vitali, con conseguente morte biologica. Se le misure di rianimazione vengono eseguite in questo breve periodo di tempo, la persona può essere salvata.

Diverse cause possono portare all’insufficienza respiratoria, inclusa l’ostruzione delle vie aeree, danni al torace, grave interruzione dello scambio di gas e depressione dei centri respiratori a causa di danni cerebrali o avvelenamento. Per qualche tempo dopo un'improvvisa interruzione della respirazione, la circolazione sanguigna viene ancora mantenuta: il polso nell'arteria carotide viene determinato entro 3-5 minuti dall'ultimo respiro. In caso di arresto cardiaco improvviso, i movimenti respiratori si interrompono entro 30-60 s.

Garantire la pervietà delle vie aeree. In una persona incosciente si perdono i riflessi protettivi, grazie ai quali le vie aeree sono normalmente libere. In queste condizioni, il vomito o il sanguinamento dal naso o dalla gola possono portare al blocco delle vie aeree (trachea e bronchi). Pertanto, per ripristinare la respirazione, devi prima farlo rapidamente pulisci la bocca E gola. Tuttavia, anche senza queste complicazioni, le vie respiratorie di una persona priva di sensi supina possono essere bloccate dalla lingua a causa della retrazione della mascella inferiore. Per evitare che la lingua blocchi le vie aeree, buttare indietro la testa paziente e sposta anteriormente la mascella inferiore.

Respirazione artificiale con il metodo dell'insufflazione. Per eseguire la respirazione artificiale senza l'ausilio di dispositivi speciali, il metodo più efficace è quello in cui il rianimatore soffia aria nel naso o nella bocca della vittima, cioè direttamente nelle sue vie respiratorie (Fig. 21.12).

A respirazione"bocca a naso" il rianimatore posiziona il palmo della mano sulla fronte della vittima nella zona dell'attaccatura dei capelli e inclina la testa all'indietro. Con la seconda mano, il rianimatore spinge la mascella inferiore della vittima e gli chiude la bocca, premendo il pollice sulle labbra. Dopo aver fatto un respiro profondo, il rianimatore preme saldamente la bocca sul naso della vittima ed esegue insufflazione(insufflando aria nelle vie respiratorie). In questo caso, il petto della vittima dovrebbe sollevarsi. Quindi il rianimatore rilascia il naso della vittima e l'espirazione passiva avviene sotto l'influenza della gravità del torace e della trazione elastica dei polmoni. In questo caso, dovresti assicurarti che il torace ritorni nella sua posizione originale.

A respirazione bocca a bocca Il rianimatore e la vittima occupano la stessa posizione: un palmo del rianimatore si trova sulla fronte del paziente, l'altro sotto la mascella inferiore. Il rianimatore posiziona la bocca sulla bocca della vittima, coprendogli il naso con la guancia. Puoi anche

Riso. 21.12. Respirazione artificiale con il metodo “bocca a naso”.

spremere le narici della vittima utilizzando il pollice e l'indice della mano appoggiata sulla fronte. Con questo metodo di respirazione artificiale è necessario monitorare anche i movimenti del torace durante l'insufflazione e l'espirazione.

Qualunque sia il metodo di respirazione artificiale utilizzato, è necessario prima eseguirlo a ritmo sostenuto 5-10 insufflazioni, per eliminare il più velocemente possibile la carenza di O 2 e l'eccesso di CO 2 nei tessuti. Successivamente, le insufflazioni dovrebbero essere eseguite ad intervalli di 5 secondi. Se si seguono queste regole, la saturazione di ossigeno nel sangue arterioso della vittima supera quasi sempre il 90%.

Respirazione artificiale mediante dispositivi speciali. Esiste un semplice dispositivo con il quale (se è a portata di mano) è possibile eseguire la respirazione artificiale. È composto da una maschera che viene posizionata ermeticamente sul viso del paziente, una valvola e un pallone che viene compresso manualmente e poi espanso. Se si dispone di una bombola di ossigeno è possibile collegarla a questo dispositivo per aumentare il contenuto di O 2 nell'aria inspirata.

Con l'anestesia per inalazione attualmente ampiamente utilizzata, aria da apparato respiratorio entra nei polmoni attraverso tubo endotracheale. In questo caso, l'aria può essere fornita ai polmoni ad una pressione maggiore, quindi l'inalazione avverrà come risultato dell'inflazione dei polmoni e l'espirazione avverrà passivamente. Puoi anche controllare la respirazione creando fluttuazioni di pressione in modo che sia alternativamente superiore e inferiore alla pressione atmosferica (la pressione media dovrebbe essere uguale alla pressione atmosferica). Poiché la pressione negativa nella cavità toracica favorisce il ritorno del sangue venoso al cuore, è preferibile utilizzare la respirazione artificiale in modalità a pressione variabile.

Per le operazioni che coinvolgono è necessario l'uso di pompe di respirazione o palloni respiratori manuali rilassanti muscolari, eliminando la tensione muscolare riflessa. Queste sostanze “spengono” anche i muscoli respiratori, quindi la ventilazione dei polmoni è possibile solo attraverso la respirazione artificiale.

Se il paziente ha un disturbo cronico della respirazione esterna (ad esempio, con paralisi spinale infantile), la ventilazione polmonare può essere mantenuta utilizzando il cosiddetto respiratore a scatola ("polmone d'acciaio") In questo caso il busto del paziente, che è in posizione orizzontale, viene inserito nella camera, lasciando libera solo la testa. Per avviare l'inspirazione, la pressione nella camera viene ridotta in modo che la pressione intratoracica diventi superiore alla pressione nell'ambiente esterno.

La ventilazione minuto è la quantità totale di aria che entra ed esce dalle vie aeree e dai polmoni in un minuto, che è uguale al volume corrente moltiplicato per la frequenza respiratoria. Il volume corrente normale è di circa 500 ml e la frequenza respiratoria è di 12 volte al minuto.

Pertanto, il volume minuto di ventilazione normale è in media di circa 6 litri. Quando la ventilazione minuto è ridotta a 1,5 litri e la frequenza respiratoria è ridotta a 2-4 al minuto, una persona può vivere solo per un tempo molto breve, a meno che non sviluppi una grave inibizione dei processi metabolici, come accade con l'ipotermia profonda.

La frequenza respiratoria talvolta aumenta fino a 40-50 respiri al minuto e il volume corrente può raggiungere un valore vicino alla capacità vitale dei polmoni (circa 4500-5000 ml nei giovani sani). Tuttavia, a frequenze respiratorie elevate, una persona solitamente non riesce a mantenere un volume corrente superiore al 40% della capacità vitale (VC) per diversi minuti o ore.

Ventilazione alveolare

La funzione principale del sistema di ventilazione polmonare è rinnovare costantemente l'aria negli alveoli, dove entra in stretto contatto con il sangue nei capillari polmonari. La velocità con cui l'aria appena introdotta raggiunge l'area di contatto specificata è chiamata ventilazione alveolare. Durante la ventilazione normale e silenziosa, il volume corrente riempie le vie aeree fino ai bronchioli terminali e solo una piccola parte dell'aria inspirata arriva fino a contattare gli alveoli. Nuove porzioni d'aria coprono per diffusione una breve distanza dai bronchioli terminali agli alveoli. La diffusione è causata dal movimento delle molecole, con le molecole di ciascun gas che si muovono ad alta velocità tra le altre molecole. La velocità di movimento delle molecole nell'aria inalata è così elevata e la distanza dai bronchioli terminali agli alveoli è così piccola che i gas coprono questa distanza rimanente in pochi secondi.

Spazio morto

In genere, almeno il 30% dell’aria inalata da una persona non raggiunge mai gli alveoli. Quest'aria è chiamata aria dello spazio morto perché è inutile per il processo di scambio di gas. Lo spazio morto normale in un giovane maschio con un volume corrente di 500 ml è di circa 150 ml (circa 1 ml per libbra di peso corporeo), o circa 30 % volume corrente.

Il volume delle vie aeree che conducono l'aria inspirata al sito di scambio gassoso è chiamato spazio morto anatomico. A volte, tuttavia, alcuni alveoli non funzionano a causa dell’insufficiente flusso sanguigno ai capillari polmonari. Da un punto di vista funzionale questi alveoli senza perfusione capillare sono considerati spazi morti patologici.

Tenendo conto dello spazio morto alveolare (patologico), lo spazio morto totale è chiamato spazio morto fisiologico. In una persona sana, lo spazio morto anatomico e fisiologico ha un volume quasi identico, poiché tutti gli alveoli funzionano. Tuttavia, negli individui con alveoli scarsamente perfusi, lo spazio morto totale (o fisiologico) può superare il 60% del volume corrente.

Parliamo un po' di una cosa semplice, a causa della mancata comprensione della quale a volte è difficile prendere decisioni tattiche.
Quindi, lo spazio morto anatomico (ADS) è il volume totale delle vie aeree che non partecipano allo scambio di gas tra i gas inalati e quelli alveolari. Pertanto, la dimensione dello spazio morto anatomico è pari al volume della parte prossimale delle vie respiratorie, dove rimane invariata la composizione del gas inalato (cavità nasali e orali, faringe, laringe, trachea, bronchi e bronchioli). In condizioni di ventilazione a frequenza normale, mediamente in un adulto, l'AMP è pari a
150-200 ml (2 ml/kg).
Lo spazio morto alveolare è costituito dagli alveoli esclusi dallo scambio gassoso, ad esempio quelli ventilati ma non perfusi (PE).
Lo spazio morto hardware è una sorta di inizio artificiale dello spazio morto anatomico, compreso il volume del tubo endotracheale, lo spazio tra la cupola della maschera facciale e la superficie del viso del paziente, l'adattatore del campionatore capnografico, ecc.
Va ricordato che la quantità di spazio morto associato alla ventilazione meccanica è talvolta molto maggiore del previsto.

Per spazio morto funzionale (FSD) si intendono tutte quelle aree dell'apparato respiratorio in cui non avviene lo scambio gassoso a causa del ridotto o assente flusso sanguigno. L'essenza è la quantità totale di volumi di una miscela di gas che, per un motivo o per l'altro, non partecipa allo scambio di gas.

I metodi per ridurre il volume dello spazio morto sono la tracheostomia e TRIO2 (insufflazione tracheale di ossigeno, insufflazione di ossigeno attraverso un catetere in parallelo con la ventilazione meccanica - foto alla fine dell'articolo).

Ora, qualcosina in più, la CO2 è un gas 10 volte più solubile nel sangue e viene eliminato durante l'espirazione. I valori normali di paCO2 sono 35-45 mmHg. Nei pazienti con BPCO si registra un'ipercapnia moderata persistente. In generale, è impossibile fornire una cifra precisa sul livello massimo consentito di anidride carbonica. Tuttavia, vale la pena comprendere che l'accumulo di anidride carbonica porta ad una diminuzione proporzionale del pH del sangue arterioso:
CO2 + H2O -> H2CO3 -> H+ + HCO3-
È necessario mantenere i parametri di ventilazione meccanica che non contribuiscano ad una diminuzione del pH inferiore a 7,2 (altrimenti sono inevitabili conseguenze spiacevoli: spostamento della curva di dissociazione dell'ossiemoglobina a destra, dilatazione dei vasi cerebrali, aumento dell'ICP, ecc.). L'utilizzo di tali parametri di ventilazione meccanica (a condizione che fosse mantenuta un'adeguata ossigenazione) non è stato accompagnato dallo sviluppo di complicanze e ha portato ad una diminuzione della mortalità. In base a ciò consideriamo permissiva (accettabile) l'ipercapnia fino a 65 mmHg.
Il concetto di “narcosi da anidride carbonica” implica lo sviluppo di disturbi della coscienza fino al coma, crisi convulsive quando la paCO2 aumenta fino a 70 mmHg; nei pazienti resistenti all'ipercapnia i sintomi possono svilupparsi a valori elevati di paCO2.
Esistono studi che dimostrano che durante la ventilazione meccanica nei pazienti con ARDS, fino al 50-80% del volume corrente può essere speso per la ventilazione dello spazio morto e più della metà del volume minuto di circolazione sanguigna viene deviato attraverso le zone senz’aria del sistema respiratorio. polmoni.

La ventilazione per l’ARDS settica spesso affronta lo stesso problema. Nella grave malattia polmonare restrittiva (RI<100) все способы повлиять на оксигенацию (использование вентиляции по давлению, увеличение времени вдоха, вплоть до инверсии I:E), не использование больших дыхательных объемов при высоких показателях PEEP – все это ведет к гиперкапнии. Особенно на фоне гиперпродукции CO2 при септическом процессе.

L'aria inalata contiene una quantità così piccola di anidride carbonica che può essere trascurata. Pertanto, tutta l'anidride carbonica entra nel gas espirato dagli alveoli, dove entra dai capillari della circolazione polmonare. Durante l'espirazione, il gas alveolare carico di anidride carbonica viene diluito dal gas dello spazio morto. Ciò porta ad una diminuzione della concentrazione di anidride carbonica nel gas espirato rispetto a quella alveolare (lo spazio morto è qui inteso come fisiologico, e non anatomico)....

Riso. 3-2. Tipi di spazio morto. (A) L pathom e h la sua treccia. In entrambe le unità, il flusso sanguigno corrisponde alla distribuzione della ventilazione. Le uniche aree in cui non avviene lo scambio di gas sono i VP conduttori (ombreggiati). Pertanto, tutto lo spazio morto in questo modello è anatomico. Il sangue delle vene polmonari è completamente ossigenato. (B) Fisiologico. In una unità la ventilazione è associata al flusso sanguigno (unità destra), nell'altra (unità sinistra) non c'è flusso sanguigno. In questo modello, lo spazio morto fisiologico comprende la regione anatomica e fisaria dei polmoni. Il sangue delle vene polmonari è parzialmente ossigenato.

Usando una semplice equazione di equilibrio di massa possiamo calcolare rapporto tra spazio morto fisiologico e volume corrente, Vl)/vt.

La quantità totale di anidride carbonica (CO 2 ) nel sistema respiratorio in un dato momento è il prodotto del volume originale contenente CO 2 (volume alveolare) e la concentrazione di CO 2 negli alveoli.

Gli alveoli contengono una miscela di gas, tra cui O 2, CO 2, N 2 e vapore acqueo. Ognuno di loro ha energia cinetica, creando così pressione (pressione parziale). La concentrazione di CO 2 alveolare viene calcolata come la pressione parziale della CO 2 alveolare divisa per la somma delle pressioni parziali dei gas e del vapore acqueo negli alveoli (Capitolo 9). Poiché la somma delle pressioni parziali negli alveoli è uguale alla pressione barometrica, quella alveolare contenuto La CO2 può essere calcolata come:

raso Contenuto di CO 2 alveolare = vax------- 2 - ,

dove: va - volume alveolare,

PACO 2 è la pressione parziale della CO 2 negli alveoli, PB è la pressione barometrica.

La quantità totale di CO 2 rimane la stessa dopo che la CO 2 alveolare si è mescolata con il gas dello spazio morto. Pertanto, la quantità di CO2 rilasciata durante ciascuna espirazione può essere calcolata come:

Vrx^L-VAx*^,

dove: РЁСО 2 è la pressione parziale media della CO 2 nel gas espirato. L’equazione può essere scritta più semplicemente come:

VTxROSO? = VA x PAC0 2 .

L'equazione mostra che la quantità di CO 2 rilasciata durante ciascuna espirazione, definita come il prodotto del volume corrente e della pressione parziale di CO 2 nel gas espirato, è uguale alla quantità di CO 2 negli alveoli. La CO 2 non viene persa o aggiunta al gas che entra negli alveoli dalla circolazione polmonare; semplicemente la pressione parziale della CO 2 nell'aria espirata (RIS() 2) viene stabilita ad un nuovo livello come risultato della diluizione dello spazio morto fisiologico con il gas. Sostituendo VT nell'equazione con (VD + va), otteniamo:

(VD + va) x РОСО 2 = va x РДСО 2.

Trasformando l'equazione sostituendo Ud con (Ut - U D) si ottiene:

UR = UTH RAS °* - RES °*. GZ-8]

L’equazione può essere espressa più in generale:

vd RASO 2 -RESO 2

= -----^----------l

Equazione nota come l'equazione di Bohr, mostra che il rapporto tra spazio morto e volume corrente può essere calcolato come il quoziente della differenza tra PC() 2 dei gas alveolari ed esalati dal PC() alveolare. Poiché la PC() 2 alveolare è praticamente uguale alla Pco 2 arteriosa (PaC() 2), il Vo/Vt può essere calcolato utilizzando la misurazione simultanea della Pco 2 nei campioni di sangue arterioso e di gas esalato.

Come esempio di calcolo si considerino i dati di una persona sana la cui ventilazione minuto (6 l/min) è stata ottenuta con un volume corrente di 0,6 l ed una frequenza respiratoria di 10 respiri/min. Nel campione di sangue arterioso la PaC() 2 era pari a 40 mm Hg. Art., e nel campione di gas espirato RECO, - 28 mm Hg. Arte. Introducendo queste quantità nell'equazione, otteniamo:

У°Л°_--?â = 0,30 VT 40

Spazio morto eo

Quindi Y D è (0,30 x 600 ml) o 180 ml, e Y A è (600 iv./i 180 ml) o 420 ml. Per qualsiasi adulto sano, V0/U"G varia da 0,30 a 0,35.

Effetto del modello di ventola su vd/vt

Nell'esempio precedente, il volume corrente e la frequenza respiratoria sono stati specificati accuratamente, consentendo il calcolo di VD e VT dopo la determinazione del valore VD/VT. Considera cosa succede quando una persona sana di 70 kg utilizza tre diversi modelli di respirazione per mantenere la stessa ventilazione minuto (Figura 3-3).

Nella fig. 3-ZA VE è 6 l/min, Ut è 600 ml e f è 10 respiri/min. In una persona che pesa 70 kg, il volume dello spazio morto è di circa 150 ml. Kate ha notato in precedenza che c'è 1 ml di spazio morto per ogni chilo di peso corporeo. Quindi VI) equivale a 1500 ml (150x10), va -4500 ml (450x10) e VD/VT - 150/600 o 0,25.

Il soggetto ha aumentato la frequenza respiratoria a 20 respiri/min (Fig. 3-3B). Nsln\ "Mè stato mantenuto allo stesso livello di 6 l/min, allora il Vt sarà pari a 300 ml. P;>e U g>b 150 ml vd e UA raggiungono 3000 ml/min. UD/UT aumenterà a 150/300 o 0,5. Questo schema di respirazione rapida e superficiale sembra essere inefficace Con esattamente

Riso. 3-3. L'influenza del pattern respiratorio sul volume dello spazio morto, l'entità dell'alnespiropia e Vn/V"r. Lo spazio morto è indicato dall'area ombreggiata!") In ciascun caso, la ventilazione minuto è di 6 l/min; il sistema respiratorio mostrava i> koip.e idg.ha. (A) Il volume corrente è 600 ml, la frequenza respiratoria è 10 respiri/min. (B) Il volume corrente è ridotto e la frequenza respiratoria è raddoppiata. (B) Il volume corrente è raddoppiato e la frequenza<ч

11..,..,.,.,^, .,., ., m. g, 4 Mitii\rrii4u kpim e MvnilHI OGTLGKM COSTANTE, OT".IOMICilMc M"H"

visione del ki dell'escrezione CO2, poiché metà di ogni respiro ventila lo spazio morto.

Infine, la VT è aumentata a 1200 ml e la frequenza respiratoria è scesa a 5 respiri/min (Fig. 3-3 B).

Vli! è rimasto lo stesso - 6 l/min, vd è diminuito d< 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 СО 2 .

La relazione tra ventilazione alveolare e velocità di formazione di CO 2

La velocità di formazione di CO 2 (Vco 2) in una persona sana di peso di 70 kg a riposo è di circa 200 ml per 1 minuto. Il sistema di regolazione respiratoria è “impostato” per mantenere la PaC() 2 ad un livello di 40 mmHg. Arte. (capitolo 16). In stato stazionario, la velocità alla quale CO2 escreto dal corpo è uguale alla velocità della sua formazione. La relazione tra PaC() 2, VCO 2 e VA è riportata di seguito:

VA = Kx-^- l

dove: K è una costante pari a 0,863; VA è espresso nel sistema BTPS e Vco 2 è espresso nel sistema STPD (Appendice 1, p. 306).

L'equazione mostra che, a un tasso costante di formazione di anidride carbonica, la PaCO- cambia in proporzione inversa alla ventilazione alveolare (Fig. 3-4). La dipendenza di radar() 2, e quindi di RaS() 2 (la cui identità è discussa nei capitoli 9 e 13) da va può essere stimata utilizzando la Fig. 3-4. Infatti, le variazioni della Pco 2 (alveolare e arteriosa) sono determinate dal rapporto tra \/d e vk,t. e. Valore VD/VT (sezione "Calcolo del volume dello spazio morto fisiologico"). Maggiore è il VD/VT, maggiore è il Vi<; необходима для измене­ния Уд и РаСО;,.

Relazione tra ventilazione alveolare, Po 2 alveolare e Pco 2 alveolare

Proprio come la Plco 2 è determinata dall’equilibrio tra la produzione di CO 2 e la ventilazione alveolare, la P() 2 alveolare (P/\() 2) è una funzione della velocità di assorbimento dell’ossigeno attraverso la membrana alveolare-capillare (Capitolo 9) e alveolare

Riso. 3-4. La relazione tra ventilazione alveolare e Psh alveolare. La PCO alveolare è inversamente correlata alla ventilazione alveolare. Il grado di vokdsys "pzhya cambia milu ventilazione purulenta in alveolare Rc:o, :; apmsit dalla relazione tra ventilazione dello spazio morto e ventilazione generale. Il rapporto è presentato per una persona di corporatura media con un tasso di formazione normale stabile (." O, - (circa 200 m h/mip)

cantare la ventilazione.

Poiché le pressioni parziali di azoto e vapore acqueo negli alveoli sono costanti, PA() 2 e RLS() 2 cambiano reciprocamente l'una rispetto all'altra a seconda dei cambiamenti nella ventilazione alveolare. Riso. 3-5 mostra l'aumento del rao all'aumentare del VA.

La somma delle pressioni parziali di O 2, CO 2, N: > e vapore acqueo negli alveoli è uguale alla pressione barometrica. Poiché le pressioni parziali dell'azoto e del vapore acqueo sono costanti, è possibile calcolare la pressione parziale di O2 o CO^ se si conosce una delle due. Il calcolo è basato su equazione dei gas alveolari:

rao? = Ryu? - Rdso 2 (Fio 2 + ---),

dove: Ryu 2 - Rho 2 nel gas inalato,

FlO 2 - concentrazione frazionaria di O 2 nel gas inalato,

R è il rapporto di scambio dei gas respiratori.

R, rapporto di scambio dei gas respiratori, esprime la velocità di rilascio di CO2 rispetto alla velocità di assorbimento di O2 (V() 2), cioè R = Vco 2 / V(> 2. Nello stato stazionario del corpo, il rapporto di scambio dei gas respiratori è quoziente respiratorio(RQ), che descrive il rapporto tra la produzione di anidride carbonica e il consumo di ossigeno a livello cellulare. Questo rapporto dipende da ciò che viene utilizzato prevalentemente nel corpo come fonte di energia: carboidrati o grassi. Durante il metabolismo, 1 g di carboidrati viene rilasciato in più CO2.

In accordo con l'equazione del gas alveolare, RL() 2 può essere calcolato come la pressione parziale di O 2 nel gas inspirato (PI 2) meno un valore che include RLSO 2 e un fattore che tiene conto della variazione del volume totale di gas se l'assorbimento di ossigeno è diverso dal rilascio di anidride carbonica: [ Fl() 2 + (1 -- Fl() 2)/RJ. In un adulto sano di corporatura media a riposo, V() 2 è di circa 250 ml/min; VCO2 - circa 200 ml/min. R è quindi pari a 200/250 ovvero 0,8. Si noti che il valore di IFlO, + (1 - FlO 2)/RJ diminuisce a 1,2 quando FlOz^ 0,21 e a 1,0 quando FlOa» 1,0 (se in ciascun caso R = 0,8).

Come esempio per il calcolo di RL() 2, consideriamo una persona sana che respira aria ambiente e la cui PaC() 2 (approssimativamente uguale a RLS() 2) è di 40 mm Hg. Arte. Consideriamo la pressione barometrica pari a 760 mmHg. Arte. e pressione del vapore acqueo - 47 mm Hg. Arte. (l'aria inalata è completamente satura di acqua a temperatura corporea normale). Ryu 2 è calcolato come il prodotto della pressione parziale totale dei gas “secchi” negli alveoli e la concentrazione frazionaria di ossigeno: cioè Ryu 2 = (760 - 47) x 0,21. Quindi Rlo 2 = [(760 - 47) x 0,21 J -40 = 149-48 = 101 mm. rt. Arte.

Riso. 3-5. Il rapporto tra ventilazione alveolare ia-ieolare Po, Alveolare 1 ) () 2 aumenta con l'aumentare della ventilazione alveolare fino al raggiungimento di un plateau