План лекции:
Легочная вентиляция;
Альвеолярная вентиляция и мертвое физиологическое пространство;
Распределение газов в крови и легких;
Принципиальные основы искусстьвенной вентиляции легких: биомеханика и способы ИВЛ.
Искусственная вентиляция легких (ИВЛ) является одним из наиболее важных и эффективных методов лечения в современной анестезиологии, реаниматологии и интенсивной терапии. Вслед за хирургией, травматологией и невропатологией этот метод все больше используется в клинике внутренних и инфекционных болезней, в акушерстве и педиатрии.
Сущность дыхания состоит в газообмене между внешней средой и тканями организма. Этот процесс включает все фазы транспорта кислорода и углекислого газа через воздухоносные пути, кровь, ткани.
1. Легочная вентиляция
Вентиляция легких - это смена воздуха в легких, совершаемая циклически при вдохе и выдохе, и характеризуется четырьмя объемами:
VД - дыхательный объем;
VРВД - резервный объем вдоха:,
VРВЫ- резервный объем выдоха;
VO - остаточный объем.
Вместе они составляют общую емкость легких.
Воздух, оставшийся после обычного спокойного выдоха (т.е. остаточный объем VO + VРВЫрезервный объем выдоха) определяется как функциональная остаточная емкость.
Положение грудной клетки в конце свободного выдоха, соответствующее функциональной остаточной емкости, обычно принимается за исходное. Жизненная емкость легких Vж - это объем газа, который может быть выдохнут при максимальном выдохе после максимального вдоха (т. е. дыхательный объем + резервный объем вдоха + резервный объем выдоха: Vд + Vрвд + Vрвы = Vж).
Наконец, сумма дыхательного объема и резервного объема вдоха составляет емкость вдоха.Величины легочных объемов и емкостей значительно варьируют.
У взрослых людей максимальная емкость легких составляет 4500 мл. – 6000 мл., из них остаточный объем VO = 1000 – 1500 мл., резервный объем выдоха 1500 - 2000 мл, дыхательный объем 300 - 600 мл, резервный объем вдоха 1500 - 2000 мл. [Дембо А. Г. - 1957 г.]
Объем легочной вентиляции определяют минутным объемом вентиляции (МОВ): Vмов =Vд * fмин,
где fмин - частота дыхания - число вдохов в минуту.
2. Альвеолярная вентиляция и физиологическое мертвое пространство
Хотя объем легочной вентиляции определяется зависимостью
Vмов = Vд *fмин,
однако газообмен совершается только в легочных альвеолах, снабжаемых кровью. Следовательно, в газообмене участвует только та часть дыхательного объема (Vд) воздуха, которая попадает в нормально перфузируемые альвеолы. Поэтому наиболее важным показателем легочной вентиляции является объем альвеолярной вентиляции. Остальная часть общего объема является вентиляцией так называемого мертвого пространства VT. Мертвое пространство - не часть объема легких, не статическая величина, это величина функциональная, зависящая, например, от величины дыхательного объема. Наиболее правильно определять мертвое пространство как часть дыхательного объема, которая неэффективна для удаления углекислого газа из крови.
(45)
Именно отношение объема мертвого пространства к дыхательному объему (VТ/VД) наиболее информативно. У здорового человека в состоянии покоя альвеолярное мертвое пространство весьма невелико, поэтому физиологическое (общее) мертвое пространство составляет около 30% дыхательного объема (VТ /VД = 0,3) с колебаниями от 0,2 до 0,4.
3. Распределение газов в крови и легких
Газообмен зависит не только от абсолютной величины альвеолярной вентиляции, но и от соотношения между вентиляцией и легочным кровотоком (Vа / Q). У здорового человека отношение Vа / Q = 0,4, т.к. альвеолярная вентиляция равна приблизительно 4 л/мин., а легочный кровоток - 5 л/мин. Даже у здорового человека при спонтанном дыхании сотни миллионов альвеол, составляющих легкое, вентилируются неравномерно. Неравномерность вентиляции особенно выражена при некоторых заболеваниях легких, сопровождающихся уменьшением просвета бронхов и бронхиол в отдельных участках легкого, например, при бронхиальной астме, эмфиземе, опухолях легкого и т. п.
Неравномерность распределения вентиляции и кровотока по-разному влияет на выделение углекислого газа и насыщение кислородом, поскольку в относительно гипер вентилируемых участках кровь освобождается от углекислого газа в большей степени, чем в норме. В слабо вентилируемых участках элиминация (удаление) углекислого газа уменьшается, и сказывается недостаток кислорода в крови.
4. Биомеханика и способы ИВЛ
При ИВЛ перемещение воздуха или газовой смеси между внешней средой и легкими совершается под воздействием внешней силы, создающей необходимую разность давлений.
Существует два способа ИВЛ: способ вдувания и наружный (внешний) способ. При вдувании газовая смесь подается в верхние дыхательные пути; при наружном - осуществляют наружное воздействие (нажатие) на стенки грудной клетки или диафрагму.
Аппараты ИВЛ наружного воздействия работают на гравитационном или пневматическом принципе. К первым относится "качающаяся кровать", ко вторым - аппараты типа "железные легкие", аппараты с кирасой и аппараты с пневматическими нагрудными поясами.
"Качающаяся кровать" качается относительно своей поперечной горизонтальной оси. При опускании головного конца кровати содержимое брюшной полости своей массой давит на диафрагму, благодаря чему происходит активный выдох. При поднимании головного конца кровати диафрагма опускается, обеспечивая поступление воздуха в легкие. Аппараты снабжены регуляторами частоты качаний и угла наклона (чем достигается изменение глубины дыхания). Применение "качающихся кроватей" удобно из-за простоты и доступности обслуживания больных. Однако "качающаяся кровать" не пригодна при полном параличе дыхания; и вызывает неприятные ощущения у больного. В свое время "качающиеся кровати" нашли применение у детей младшего возраста с частичным параличом дыхания и в период реконвалесценции при полиомиелите.
Аппарат "железные легкие" изменяет давление воздуха вокруг всего тела больного, за исключением головы. Аппарат представляет собой герметичную камеру, соединенную с воздушным насосом, который периодически нагнетает и отсасывает воздух из камеры. Давление в камере может меняться по одному из трех вариантов: активный вдох - пассивный выдох; активный выдох - пассивный вдох; активный вдох - активный выдох.
"Кирасные аппараты" представляют собой камеру (кирасу), герметизирующую грудную клетку и верхнюю часть живота. Принцип их работы тот же, что и "железных легких", но вентиляционный эффект меньший.
В этих аппаратах при активном вдохе разрежение оказывает воздействие
на все тело или большую его часть (кирасы), что снижает венозный приток к сердцу. Это является одним из важных недостатков. Другим недостатком является трудность ухода за больным, невозможность применения этих аппаратов во время хирургических операций, а также громоздкость и дороговизна.
Аппараты с наружными пневматическими поясами (манжетами) осуществляют ИВЛ путем создания циклических изменений давления воздуха в поясе, накладываемом на грудную клетку или на верхнюю часть живота пациента. Вентиляция осуществляется при активном выдохе (нагнетание воздуха в пояс) и пассивном вдохе (отсасывание воздуха из пояса).
В принципе способ аналогичен ручной ИВЛ по Шефферу. Такой способ едва ли можно считать физиологичным, так как при его выполнении для достижения удовлетворительной вентиляции необходимо нагнетать воздух с давлением до 10 кПа (1 м вод. столба или 0,1 атм) из-за малой поверхности соприкосновения пояса с телом. В настоящее время входят в комплект аппаратов "Горноспасатель-6".
Введенные в практику в конце 20-х годов нашего столетия аппараты типа "железные легкие", а также "кирасы" широко применялись в начале и середине 50-х годов в связи с эпидемией полиомиелита в Европе и Америке. Однако перечисленные недостатки ИВЛ наружным способом в целом и самих аппаратов в частности послужили причиной постепенного отказа от их применения.
ИВЛ способом вдувания.
При этом способе поступление дыхательного газа в легкие обеспечивается его нагнетанием в легкие до создания в них на вдохе давления, превосходящего давление в окружающей среде.
ИВЛ способом вдувания можно разделить на два основных вида:
- вентиляцию с перемежающимся положительным давлением (ВППД),
т.е. с активным вдохом и пассивным выдохом (рис. 56а);
- вентиляцию с перемежающимся положительным - отрицательным
давлением (ВППОД), т. е. с активным вдохом и активным выдохом (рис. 56б).
Первый вид имеет две разновидности:
а) вентиляцию с перемежающимся положительным - нулевым давлением, при которой пассивный выдох совершается свободно, без задержки, и легкие пациента спадают при выдохе до размеров функциональной остаточной емкости (рис. 56а);
б) вентиляцию с перемежающимся положительным - положительным давлением, при которой из-за сопротивления пассивному выдоху (или противодавления) легкие пациента за время выдоха не опорожняются до функциональной остаточной емкости. При этом возникают постоянные по знаку, но отличающиеся по величине давления в конце вдоха и выдоха (рис. 56 в).
Последний вид вентиляции называют ПДКВ, т.е. положительное давление в конце выдоха, имеет терапевтическое значение, т.к. увеличивает функциональную остаточную емкость, уменьшает эффект преждевременного закрытия дыхательных путей, поддерживает проводимость воздухоносных путей, препятствует спадению альвеол и образованию ателектазов. При ПДКВ более 20 см. вод. ст. не оказывает. положительного влияния на растяжимость легких, ПДКВ ухудшает гемодинамику и нарушает транспорт кислорода.
Рис 56.