Das Volumen des Totraums im Atmungssystem beträgt. Forschungsmethoden und Indikatoren der äußeren Atmung

Belüftung

Wie gelangt Luft in die Alveolen?

In diesem und den nächsten beiden Kapiteln wird untersucht, wie eingeatmete Luft in die Alveolen gelangt, wie Gase durch die Alveolar-Kapillar-Schranke gelangen und wie sie über den Blutkreislauf aus der Lunge entfernt werden. Diese drei Prozesse werden jeweils durch Belüftung, Diffusion und Blutfluss bereitgestellt.

Reis. 2.1. Lungendiagramm. Angegeben sind typische Werte für Volumina und Durchflussraten von Luft und Blut. In der Praxis schwanken diese Werte erheblich (nach J.B. West: Ventilation/Blood Flow and Gas Exchange. Oxford, Blackwell, 1977, S. 3, mit Modifikationen)

In Abb. Abbildung 2.1 zeigt eine schematische Darstellung der Lunge. Die Bronchien, die die Atemwege bilden (siehe Abb. 1.3), werden hier durch eine Röhre dargestellt (anatomischer Totraum). Durch sie gelangt Luft in die durch die Alveolarkapillarmembran begrenzten Gasaustauschabschnitte und das Blut der Lungenkapillaren. Bei jedem Atemzug gelangen etwa 500 ml Luft in die Lunge (Atemvolumen). Aus Abb. Abb. 2.1 zeigt, dass das Volumen des anatomischen Totraums im Vergleich zum Gesamtvolumen der Lunge klein ist und das Volumen des Kapillarbluts viel geringer ist als das Volumen der Alveolarluft (siehe auch Abb. 1.7).

Lungenvolumen

Bevor wir zu dynamischen Beatmungsmetriken übergehen, ist es sinnvoll, kurz die „statischen“ Lungenvolumina zu überprüfen. Einige davon können mit einem Spirometer gemessen werden (Abb. 2.2). Beim Ausatmen hebt sich die Spirometerglocke und der Schreiberstift senkt sich. Die bei ruhiger Atmung aufgezeichnete Schwingungsamplitude entspricht Gezeitenvolumen. Wenn der Proband tief einatmet und dann so tief wie möglich ausatmet, entspricht die Lautstärke Vitalkapazität der Lunge(VEL). Allerdings verbleibt auch nach maximaler Ausatmung noch etwas Luft darin – Restvolumen(OO). Als Gasvolumen wird das Gasvolumen in der Lunge nach normaler Ausatmung bezeichnet funktionelle Restkapazität(FEIND).

Funktionelle Residualkapazität und Residualvolumen können nicht mit einem einfachen Spirometer gemessen werden. Dazu wenden wir die Gasverdünnungsmethode (Abb. 2.3) an, die aus Folgendem besteht. Die Atemwege des Probanden werden an ein Spirometer angeschlossen, das eine bekannte Konzentration an Heliumgas enthält, das im Blut praktisch unlöslich ist. Der Proband atmet mehrmals ein und aus, wodurch die Heliumkonzentrationen im Spirometer und in der Lunge ausgeglichen werden. Da kein Heliumverlust auftritt, ist es möglich, seine Mengen vor und nach dem Konzentrationsausgleich gleichzusetzen, jeweils gleich C 1 x V 1 (Konzentration x Volumen) und MIT 2 X X (V 1 + V 2). Daher ist V 2 = V 1 (C 1 -C 2)/C 2. In der Praxis wird beim Konzentrationsausgleich Sauerstoff in das Spirometer gegeben (um die Aufnahme dieses Gases durch den Probanden auszugleichen) und das freigesetzte Kohlendioxid absorbiert.

Die funktionelle Residualkapazität (FRC) kann auch mit einem allgemeinen Plethysmographen gemessen werden (Abb. 2.4). Es handelt sich um eine große, versiegelte Kammer, die an eine Münztelefonzelle erinnert und in der sich das Motiv befindet.

Reis. 2.2. Lungenvolumen. Bitte beachten Sie, dass die funktionelle Residualkapazität und das Residualvolumen nicht mit der Spirometrie gemessen werden können.

Reis. 2.3. Messung der funktionellen Restkapazität (FRC) mit der Heliumverdünnungsmethode

Am Ende einer normalen Ausatmung wird das Mundstück, durch das der Proband atmet, mit einem Stopfen verschlossen und er wird aufgefordert, mehrere Atemzüge zu machen. Atembewegungen. Beim Versuch einzuatmen dehnt sich das Gasgemisch in seiner Lunge aus, ihr Volumen nimmt zu und der Druck in der Kammer steigt mit abnehmendem Luftvolumen darin. Nach dem Boyle-Mariotte-Gesetz ist das Produkt aus Druck und Volumen bei konstanter Temperatur ein konstanter Wert. Somit ist P1V1 == P2(V1 -deltaV), wobei P 1 und P 2 der Druck in der Kammer jeweils vor und während des Inhalationsversuchs sind, V 1 das Volumen der Kammer vor diesem Versuch und AV ist die Änderung des Volumens der Kammer (oder Lunge). Von hier aus kann der AV berechnet werden.

Als nächstes müssen Sie das Boyle-Marriott-Gesetz auf die Luft in der Lunge anwenden. Hier sieht die Beziehung wie folgt aus: P 3 V 2 = P 4 (V 2 + AV), wobei P 3 und P 4 der Druck in der Mundhöhle jeweils vor und während des Einatmungsversuchs sind und V 2 ist der FRC, der nach dieser Formel berechnet wird.

Reis. 2.4. Messung der FRC mittels allgemeiner Plethysmographie. Wenn der Proband versucht, bei blockierten Atemwegen einzuatmen, vergrößert sich das Volumen seiner Lunge leicht, der Druck in den Atemwegen nimmt ab und der Druck in der Kammer steigt. Von hier aus können Sie mithilfe des Boyle-Marriott-Gesetzes das Lungenvolumen berechnen (weitere Einzelheiten finden Sie im Text).

Die Methode der allgemeinen Plethysmographie misst das Gesamtluftvolumen in der Lunge, einschließlich der Bereiche, die aufgrund der Tatsache, dass sie nicht mit der Mundhöhle kommunizieren, nicht in Verbindung stehen Atemwege blockiert (siehe z. B. Abb. 7.9). Im Gegensatz dazu stellt die Heliumverdünnungsmethode nur das Luftvolumen bereit, das mit der Mundhöhle kommuniziert, also an der Belüftung beteiligt ist. Bei jungen Menschen gesunde Menschen diese beiden Bände sind fast gleich. Bei Personen mit Lungenerkrankungen kann das für die Beatmung erforderliche Volumen erheblich geringer sein als das Gesamtvolumen, da große Menge Durch die Verstopfung (Verschluss) der Atemwege werden Gase in der Lunge isoliert.

Belüftung

Nehmen wir an, dass mit jeder Ausatmung 500 ml Luft aus der Lunge entfernt werden (Abb. 2.1) und dass 15 Atembewegungen pro Minute ausgeführt werden. In diesem Fall beträgt das in 1 Minute ausgeatmete Gesamtvolumen 500 x 15 = 7500 ml/min. Dies ist das sogenannte allgemeine Belüftung, oder Minutenvolumen Atmung. Das in die Lunge gelangende Luftvolumen ist etwas größer, da die Aufnahme von Sauerstoff die Freisetzung von Kohlendioxid geringfügig übersteigt.

Allerdings gelangt nicht die gesamte eingeatmete Luft in den Alveolarraum, wo der Gasaustausch stattfindet. Beträgt das eingeatmete Luftvolumen 500 ml (wie in Abb. 2.1), dann verbleiben 150 ml im anatomischen Totraum und (500-150) X15 = 5250 ml atmosphärische Luft strömen pro Minute durch die Atemzone der Lunge. Diese Menge heißt alveoläre Belüftung. Sie ist von größter Bedeutung, da sie der Menge an „frischer Luft“ entspricht, die am Gasaustausch teilnehmen kann (streng genommen wird die Alveolarventilation anhand der Menge der ausgeatmeten und nicht der eingeatmeten Luft gemessen, aber der Volumenunterschied ist sehr gering).

Die allgemeine Ventilation lässt sich leicht messen, indem man den Probanden bittet, durch einen Schlauch mit zwei Ventilen zu atmen, die es ermöglichen, dass beim Einatmen Luft in die Atemwege gelangt und beim Ausatmen in einen speziellen Beutel abgegeben wird. Die alveoläre Ventilation ist schwieriger zu beurteilen. Eine Möglichkeit, dies festzustellen, besteht darin, das Volumen des anatomischen Totraums zu messen (siehe unten) und dessen Belüftung zu berechnen (Volumen x Atemfrequenz). Der resultierende Wert wird von der Gesamtventilation der Lunge abgezogen.

Die Berechnungen sehen so aus (Abb. 2.5). Bezeichnen wir V t, V p, V a jeweils mit dem Atemvolumen, dem Volumen des Totraums und dem Volumen des Alveolarraums. Dann ist V T =V D +V A , 1)

V T n =V D n +V A n,

wobei n die Atemfrequenz ist; somit,

Dabei ist V das Volumen pro Zeiteinheit, V E die gesamte exspiratorische (geschätzt durch ausgeatmete Luft) Lungenventilation, V D und V A die Totraumventilation bzw. die Alveolarventilation (eine allgemeine Liste der Bezeichnungen finden Sie im Anhang). Auf diese Weise,

Die Schwierigkeit bei dieser Methode besteht darin, dass das Volumen des anatomischen Totraums schwer zu messen ist, obwohl mit einem kleinen Fehler davon ausgegangen werden kann, dass es einem bestimmten Wert entspricht.

1) Es sollte betont werden, dass V A die Luftmenge ist, die in einem Atemzug in die Alveolen gelangt, und nicht die Gesamtmenge der Alveolarluft in der Lunge.

Reis. 2.5 . Die Luft, die beim Ausatmen die Lunge verlässt (Atemvolumen, V D), kommt aus dem anatomischen Totraum (Vo) und den Alveolen (va). Die Dichte der Punkte in der Abbildung entspricht der Konzentration von CO 2. F – fraktionierte Konzentration; I-Inspirationsluft; E-Ausatemluft. Cm. zum Vergleich Abb. 1.4 (von J. Piiper mit Modifikationen)

Bei gesunden Menschen kann die alveoläre Ventilation auch anhand des CO 2 -Gehalts in der Ausatemluft berechnet werden (Abb. 2.5). Da im anatomischen Totraum kein Gasaustausch stattfindet, enthält er am Ende der Inspiration kein CO 2 (der vernachlässigbare CO 2-Gehalt in der atmosphärischen Luft kann vernachlässigt werden). Das bedeutet, dass CO2 ausschließlich aus der Alveolarluft in die ausgeatmete Luft gelangt, woraus folgt, dass Vco 2 das pro Zeiteinheit ausgeatmete CO 2 -Volumen ist. Daher,

V A = Vco 2 x100 / % CO 2

Der Wert % CO 2 /100 wird oft als fraktionierte Konzentration von CO 2 bezeichnet und mit Fco 2 bezeichnet. Die alveoläre Ventilation lässt sich berechnen, indem man die ausgeatmete CO 2 -Menge durch die Konzentration dieses Gases in der Alveolarluft dividiert, die in den letzten Teilen der ausgeatmeten Luft mit einem Hochgeschwindigkeits-CO 2 -Analysegerät bestimmt wird. Der Partialdruck von CO 2 Pco 2) ist proportional zur Konzentration dieses Gases in der Alveolarluft:

Pco 2 = Fco 2 X K,

wobei K eine Konstante ist. Von hier

V A = V CO2 /P CO2 x K

Da bei gesunden Menschen der Pco 2 in der Alveolarluft und im arteriellen Blut nahezu gleich sind, kann der Pco 2 im arteriellen Blut zur Bestimmung der alveolären Ventilation herangezogen werden. Seine Beziehung zu Pco 2 ist äußerst wichtig. Wenn also der Grad der Alveolarventilation um die Hälfte abnimmt, dann (mit konstante Geschwindigkeit Bildung von CO 2 im Körper) P CO2. in der Alveolarluft und im arteriellen Blut wird sich verdoppeln.

Anatomischer Totraum

Der anatomische Totraum ist das Volumen der leitenden Atemwege (Abb. 1.3 und 1.4). Normalerweise beträgt sie etwa 150 ml, mit steigender Tendenz tiefer Atemzug, da die Bronchien durch das umgebende Lungenparenchym gedehnt werden. Die Menge des Totraums hängt auch von der Körpergröße und Körperhaltung ab. Es gibt eine ungefähre Regel, nach der es bei einer sitzenden Person in Millilitern ungefähr dem Körpergewicht in Pfund entspricht (1 Pfund == 453,6 g).

Das Volumen des anatomischen Totraums kann mit der Fowler-Methode gemessen werden. In diesem Fall atmet der Proband durch ein Ventilsystem und der Stickstoffgehalt wird kontinuierlich mithilfe eines Hochgeschwindigkeitsanalysators gemessen, der Luft aus einem Schlauch entnimmt, der am Mund beginnt (Abb. 2.6, L). Wenn eine Person ausatmet, nachdem sie 100 % Oa eingeatmet hat, steigt der N2-Gehalt allmählich an, da die Totraumluft durch Alveolarluft ersetzt wird. Am Ende der Ausatmung wird eine nahezu konstante Stickstoffkonzentration registriert, die reiner Alveolarluft entspricht. Dieser Kurvenabschnitt wird oft als alveoläres „Plateau“ bezeichnet, obwohl er selbst bei gesunden Menschen nicht vollständig horizontal verläuft und bei Patienten mit Lungenläsionen steil ansteigen kann. Bei dieser Methode wird auch das Volumen der ausgeatmeten Luft erfasst.

Zur Bestimmung des Totraumvolumens wird ein Diagramm erstellt, das den N 2 -Gehalt mit dem ausgeatmeten Volumen in Beziehung setzt. Dann wird in diesem Diagramm eine vertikale Linie gezeichnet, sodass die Fläche A (siehe Abb. 2.6.5) gleich der Fläche B ist. Das Volumen des Totraums entspricht dem Schnittpunkt dieser Linie mit der Abszissenachse. Tatsächlich gibt diese Methode das Volumen der leitenden Atemwege bis zum „Mittelpunkt“ des Übergangs vom Totraum zur Alveolarluft an.

Reis. 2.6. Messung des Volumens des anatomischen Totraums mit dem schnellen N2-Analysator nach der Fowler-Methode. A. Nach Inhalation aus einem Behälter mit reiner Sauerstoff Der Proband atmet aus, die Konzentration von N 2 in der ausgeatmeten Luft steigt zunächst an und bleibt dann nahezu konstant (die Kurve erreicht praktisch ein Plateau, entsprechend reiner Alveolarluft). B. Abhängigkeit der Konzentration vom ausgeatmeten Volumen. Das Totraumvolumen wird durch den Schnittpunkt der x-Achse mit einer vertikalen gestrichelten Linie bestimmt, die so gezeichnet ist, dass die Flächen von A und B gleich sind

Funktioneller Totraum

Sie können auch das Volumen des Totraums messen Bohrs Methode. Von ris2c. 2.5 ist klar, dass ausgeatmetes CO 2 aus der Alveolarluft und nicht aus der Luft des Totraums stammt. Von hier

vt x-fe==va x fa.

Weil das

v t = v a + v d ,

v A =v T -v D ,

nach der Auswechslung bekommen wir

VT xFE=(VT-VD)-FA,

somit,

Da der Partialdruck eines Gases proportional zu seinem Inhalt ist, schreiben wir (Bohrsche Gleichung):

wobei sich A und E auf alveoläre bzw. gemischt ausgeatmete Luft beziehen (siehe Anhang). Bei ruhiger Atmung beträgt das Verhältnis von Totraumvolumen zu Atemzugvolumen normalerweise 0,2–0,35. Bei gesunden Menschen ist der Pco2 in der Alveolarluft und im arteriellen Blut nahezu gleich, daher können wir die Bohr-Gleichung wie folgt formulieren:

asp2"Wie G ^COg

Es muss betont werden, dass die Methoden von Fowler und Bohr leicht unterschiedliche Indikatoren messen. Die erste Methode gibt das Volumen der Leitfähigkeit an Atemwege bis zu dem Punkt, an dem sich die beim Einatmen eintretende Luft schnell mit der bereits in der Lunge befindlichen Luft vermischt. Dieses Volumen hängt von der Geometrie des Atemtrakts ab, der sich mit zunehmendem Gesamtquerschnitt schnell verzweigt (siehe Abb. 1.5) und den Aufbau des Atmungssystems widerspiegelt. Diesbezüglich heißt es anatomisch Totraum. Mit der Bohr-Methode wird das Volumen derjenigen Teile der Lunge bestimmt, in denen CO2 nicht aus dem Blut entfernt wird; Da dieser Indikator mit der Arbeit der Orgel zusammenhängt, wird er aufgerufen funktionell(physiologischer) Totraum. Bei gesunden Personen sind diese Volumina nahezu gleich. Bei Patienten mit Lungenläsionen kann der zweite Indikator jedoch aufgrund der Ungleichmäßigkeit des Blutflusses und der Belüftung in verschiedenen Teilen der Lunge den ersten deutlich übersteigen (siehe Kapitel 5).

Regionale Unterschiede in der Belüftung

Bisher sind wir von einer Belüftung aller Bereiche ausgegangen gesunde Lunge ist dasselbe. Es wurde jedoch festgestellt, dass ihre unteren Abschnitte besser belüftet waren als ihre oberen Abschnitte. Dies lässt sich demonstrieren, indem man den Probanden auffordert, ein Gasgemisch mit radioaktivem Xenon einzuatmen (Abb. 2.7). Wenn 133 Auf diese Weise können Sie die Menge an Xenon messen, die in verschiedene Teile der Lunge gelangt.

Reis. 2.7. Beurteilung regionaler Unterschiede in der Belüftung mit radioaktivem Xenon. Der Proband atmet eine Mischung dieses Gases ein und die Intensität der Strahlung wird mit Messgeräten gemessen, die außerhalb der Brust angebracht werden. Es ist zu erkennen, dass die Belüftung der Lunge einer Person in aufrechter Position in Richtung von unten nach oben abgeschwächt ist

In Abb. Abbildung 2.7 zeigt die Ergebnisse, die mit dieser Methode an mehreren gesunden Freiwilligen erzielt wurden. Es ist zu erkennen, dass das Ventilationsniveau pro Volumeneinheit in den unteren Teilen der Lunge höher ist und zu ihren Spitzen hin allmählich abnimmt. Es hat sich gezeigt, dass, wenn die Person auf dem Rücken liegt, der Unterschied in der Belüftung des apikalen und unteren Teils der Lunge verschwindet, ihre hinteren (dorsalen) Bereiche jedoch beginnen, besser belüftet zu werden als die vorderen (ventralen). Durch die Seitenlage wird die darunter liegende Lunge besser belüftet. Die Gründe für solche regionalen Unterschiede in der Belüftung werden in Kap. 7.

Belüftung bezeichnen den Vorgang des Luftaustausches zwischen der Lunge und der Atmosphäre. Ein quantitativer Indikator für die Lungenventilation ist das Atemminutenvolumen, definiert als die Luftmenge, die in einer Minute durch die Lunge strömt (oder beatmet wird). Im Ruhezustand beträgt das Atemminutenvolumen eines Menschen 6-8 l/min. Nur ein Teil der Luft, mit der die Lunge belüftet wird, gelangt in den Alveolarraum und nimmt direkt am Gasaustausch mit dem Blut teil. Dieser Teil der Belüftung wird aufgerufen alveoläre Belüftung. In Ruhe beträgt die alveoläre Ventilation durchschnittlich 3,5–4,5 l/min. Die Hauptfunktion der Alveolarventilation besteht darin, die für den Gasaustausch notwendige Konzentration von O2 und CO2 in der Luft der Alveolen aufrechtzuerhalten.

Lunge besteht aus luftleitend (Fluglinien) Und Atemzonen (Alveolen). Fluglinien, beginnend von der Luftröhre bis zu den Alveolen, werden nach der Art der Dichotomie unterteilt und bilden 23 Generationen von Elementen des Atemtrakts (Abb. 10.11). In den luftleitenden bzw. leitenden Zonen der Lunge (16 Generationen) findet kein Gasaustausch zwischen Luft und Blut statt, da in diesen Abschnitten der Atemtrakt über kein für diesen Vorgang ausreichendes Gefäßnetz und die Wände der Atemwege verfügt Aufgrund ihrer erheblichen Dicke verhindern sie den Gasaustausch durch sie. Dieser Abschnitt der Atemwege wird als anatomischer Totraum bezeichnet, dessen Volumen durchschnittlich 175 ml beträgt. In Abb. In Abb. 10.12 zeigt, wie sich die Luft, die den anatomischen Totraum am Ende der Ausatmung füllt, mit „nützlicher“, also atmosphärischer Luft vermischt und wieder eindringt Alveolarraum der Lunge.

Die Atembronchiolen der 17.-19. Generation werden als Übergangszone klassifiziert, in der der Gasaustausch in kleinen Alveolen (2 % der Gesamtzahl der Alveolen) beginnt. Die Alveolargänge und Alveolarsäcke, die direkt in die Lungenbläschen übergehen, bilden den Alveolarraum, in dessen Bereich in der Lunge der Gasaustausch von 02 und CO2 mit dem Blut stattfindet. Allerdings kommt es bei gesunden Menschen und vor allem bei Patienten mit Lungenerkrankungen zu einigen Alveolarraum kann beatmet werden, nimmt aber nicht am Gasaustausch teil, da diese Teile der Lunge nicht durchblutet sind. Die Summe der Volumina solcher Lungenregionen und des anatomischen Totraums wird als physiologischer Totraum bezeichnet. Zunahme physiologischer Totraum in der Lunge führt zu einer unzureichenden Sauerstoffversorgung des Körpergewebes und zu einem Anstieg des Kohlendioxidgehalts im Blut, was die Gashomöostase darin stört.

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Atemwege, Lungenparenchym, Pleura, Bewegungsapparat Brust und die Membran bilden einen einzigen Arbeitskörper, durch den Belüftung.

Belüftung ist der Prozess der Erneuerung der Gaszusammensetzung der Alveolarluft, um die Zufuhr von Sauerstoff und die Entfernung von überschüssigem Kohlendioxid sicherzustellen.

Die Lüftungsintensität wird ermittelt Tiefe der Inspiration Und Frequenz Atmung.
Der aussagekräftigste Indikator für die Lungenbeatmung ist Atemminutenvolumen, definiert als Atemzugvolumen multipliziert mit der Anzahl der Atemzüge pro Minute.
Bei einem erwachsenen Mann ruhiger Zustand Das Atemminutenvolumen beträgt 6-10 l/min,
während des Betriebs - von 30 bis 100 l/min.
Die Atemfrequenz in Ruhe beträgt 12-16 pro Minute.
Zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Sportlern und Personen in speziellen Berufen wird ein Test mit willkürlicher Maximalbeatmung eingesetzt, die bei diesen Personen 180 l/min erreichen kann.

Belüftung verschiedener Teile der Lunge

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Abhängig von der Körperhaltung werden verschiedene Teile der Lunge eines Menschen unterschiedlich belüftet. Bei vertikale Position Beim Menschen sind die unteren Teile der Lunge besser belüftet als die oberen. Wenn eine Person auf dem Rücken liegt, verschwindet der Unterschied in der Belüftung des apikalen und unteren Teils der Lunge, der hintere jedoch (dorsal) Ihre Bereiche beginnen besser belüftet zu werden als die vorderen (ventral). Durch die Seitenlage wird die darunter liegende Lunge besser belüftet. Die ungleichmäßige Belüftung der oberen und unteren Teile der Lunge bei aufrechter Körperhaltung ist darauf zurückzuführen transpulmonaler Druck(Druckunterschied in der Lunge und Pleurahöhle) als Kraft, die das Lungenvolumen und seine Veränderungen bestimmt, sind diese Bereiche der Lunge nicht gleich. Da die Lunge schwer ist, ist der transpulmonale Druck an ihrer Basis geringer als an der Spitze. Dabei sind die unteren Lungenabschnitte am Ende einer ruhigen Ausatmung stärker komprimiert, beim Einatmen dehnen sie sich jedoch besser aus als die Lungenspitzen. Das erklärt mehr intensive Belüftung Teile der Lunge, die sich unten befinden, wenn eine Person auf dem Rücken oder auf der Seite liegt.

Atemtotraum

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Am Ende der Ausatmung das Gasvolumen in der Lunge gleich der Summe Residualvolumen und exspiratorisches Reservevolumen, d.h. stellt das sogenannte dar (FEIND). Am Ende der Inspiration erhöht sich dieses Volumen um das Atemzugvolumen, d. h. das Luftvolumen, das beim Einatmen in die Lunge gelangt und beim Ausatmen aus dieser wieder entfernt wird.

Die beim Einatmen in die Lunge gelangende Luft füllt die Atemwege und ein Teil davon gelangt in die Alveolen, wo sie sich mit der Alveolarluft vermischt. Der verbleibende, meist kleinere Teil verbleibt in den Atemwegen, in denen der Gasaustausch zwischen der darin enthaltenen Luft und dem Blut nicht stattfindet, d. h. im sogenannten Totraum.

Atemtotraum - das Volumen der Atemwege, in dem keine Gasaustauschprozesse zwischen Luft und Blut stattfinden.
Unterscheiden Sie zwischen anatomischem und physiologischem (oder funktionellem) Totraum.

Anatomische Atemmaßnahmen dein Raum stellt das Volumen der Atemwege dar, beginnend bei den Öffnungen von Nase und Mund und endend bei den Atembronchiolen der Lunge.

Unter funktionell(physiologisch) tot Raum alle Teile des Atmungssystems verstehen, in denen kein Gasaustausch stattfindet. Der funktionelle Totraum umfasst im Gegensatz zum anatomischen nicht nur die Atemwege, sondern auch die Alveolen, die belüftet, aber nicht durchblutet sind. In solchen Alveolen ist ein Gasaustausch nicht möglich, es findet jedoch eine Belüftung statt.

Bei einer Person mittleren Alters beträgt das Volumen des anatomischen Totraums 140–150 ml oder etwa 1/3 des Atemzugvolumens bei ruhiger Atmung. Am Ende einer ruhigen Ausatmung enthalten die Alveolen etwa 2500 ml Luft (funktionale Restkapazität), sodass bei jedem ruhigen Atemzug nur 1/7 der Alveolarluft erneuert wird.

Die Essenz der Belüftung

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Somit sorgt für Belüftung Eindringen von Außenluft in die Lunge und ein Teil davon in die Alveolen und stattdessen Abtransport Gasgemische(Ausatemluft), bestehend aus Alveolarluft und dem Teil der Außenluft, der am Ende der Inspiration den Totraum füllt und zu Beginn der Ausatmung zuerst entfernt wird. Da Alveolarluft weniger Sauerstoff und mehr Kohlendioxid enthält als Außenluft, kommt es bei der Lungenbeatmung auf das Wesentliche an Sauerstoffversorgung der Alveolen(Ausgleich des Sauerstoffverlusts, der von den Alveolen in das Blut der Lungenkapillaren gelangt) und Kohlendioxid aus ihnen entfernen(dringt aus dem Blut der Lungenkapillaren in die Alveolen). Es besteht ein nahezu direkt proportionaler Zusammenhang zwischen dem Niveau des Gewebestoffwechsels (der Geschwindigkeit des Gewebeverbrauchs von Sauerstoff und der Bildung von Kohlendioxid in ihnen) und der Belüftung der Lunge. Die Übereinstimmung der Lungen- und vor allem der Alveolarventilation mit der Stoffwechselebene wird durch das Regulationssystem sichergestellt äußere Atmung und äußert sich in einer Erhöhung des Atemminutenvolumens (sowohl aufgrund einer Erhöhung des Atemzugvolumens als auch der Atemfrequenz) mit einer Erhöhung des Sauerstoffverbrauchs und der Bildung von Kohlendioxid im Gewebe.

Es kommt zu einer Belüftung der Lunge, Danke an aktiv physiologischer Prozess(Atembewegungen), was dazu führt mechanisches Uhrwerk Luftmassen entlang des Tracheobronchialtrakts in Volumenströmen. Im Gegensatz zur konvektiven Bewegung von Gasen aus der Umgebung in den Bronchialraum weiter Gastransport(Übergang von Sauerstoff von den Bronchiolen zu den Alveolen und dementsprechend von Kohlendioxid von den Alveolen zu den Bronchiolen) erfolgt hauptsächlich durch Diffusion.

Daher wird das Konzept unterschieden „Lungenbeatmung“ Und „Alveoläre Ventilation“.

Alveoläre Belüftung

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Alveoläre Belüftung kann nicht allein durch konvektive Luftströme in der Lunge erklärt werden, die durch aktives Einatmen entstehen. Das Gesamtvolumen der Luftröhre und der ersten 16 Generationen von Bronchien und Bronchiolen beträgt 175 ml, die nächsten drei (17-19) Generationen von Bronchiolen betragen weitere 200 ml. Würde dieser gesamte Raum, in dem nahezu kein Gasaustausch stattfindet, durch konvektive Strömungen der Außenluft „gewaschen“ werden, dann müsste der respiratorische Totraum fast 400 ml betragen. Wenn eingeatmete Luft in die Alveolen gelangt Alveolargänge und Beutel (deren Volumen 1300 ml beträgt) ebenfalls durch konvektive Strömungen, dann Sauerstoff atmosphärische Luft kann die Alveolen nur mit einem Inhalationsvolumen von mindestens 1500 ml erreichen, während das übliche Atemzugvolumen beim Menschen 400-500 ml beträgt.

Unter Bedingungen ruhiger Atmung (Atemfrequenz 15 min, Inspirationsdauer 2 s, durchschnittlich). volumetrische Geschwindigkeit Inhalation 250 ml/s), während der Inspiration (Atemzugvolumen 500 ml) füllt Außenluft die gesamten leitfähigen (Volumen 175 ml) und Übergangszonen (Volumen 200 ml). Bronchialbaum. Nur ein kleiner Teil davon (weniger als 1/3) gelangt in die Alveolargänge, deren Volumen um ein Vielfaches größer ist als dieser Teil des Atemzugvolumens. Bei einer solchen Inhalation beträgt die lineare Strömungsgeschwindigkeit der eingeatmeten Luft in der Luftröhre und den Hauptbronchien etwa 100 cm/s. Aufgrund der sequentiellen Aufteilung der Bronchien in immer kleinere Durchmesser bei gleichzeitiger Zunahme ihrer Anzahl und des Gesamtlumens jeder nachfolgenden Generation verlangsamt sich die Bewegung der eingeatmeten Luft durch sie. An der Grenze der Leit- und Übergangszone des Tracheobronchialtrakts beträgt die lineare Strömungsgeschwindigkeit nur etwa 1 cm/s, in den Atembronchiolen sinkt sie auf 0,2 cm/s und in den Alveolargängen und -säcken auf 0,02 cm/s. S.

Daher ist die Geschwindigkeit der konvektiven Luftströmungen, die während der aktiven Inspiration entstehen und durch den Unterschied zwischen dem Luftdruck in der Umgebung und dem Druck in den Alveolen in den distalen Teilen des Tracheobronchialbaums verursacht werden, sehr gering und Luft gelangt von dort in die Alveolen die Alveolargänge und Alveolarsäcke durch Konvektion mit einem kleinen lineare Geschwindigkeit. Allerdings ist die Gesamtquerschnittsfläche nicht nur der Alveolargänge (Tausende cm2), sondern auch der respiratorischen Bronchiolen, die die Übergangszone bilden (Hunderte cm2), groß genug, um den Diffusionstransfer von Sauerstoff zu gewährleisten distale Abschnitte vom Bronchialbaum in die Alveolen und Kohlendioxid – in die entgegengesetzte Richtung.

Aufgrund der Diffusion verändert sich die Zusammensetzung der Luft in den Atemwegen der Atemwege und Übergangszone nähert sich der Zusammensetzung der Alveolar. Somit Durch die Diffusionsbewegung von Gasen wird das Volumen der Alveolarhöhle vergrößert und das Volumen des Totraums verringert. Dieser Vorgang wird neben der großen Diffusionsfläche auch durch ein erhebliches Partialdruckgefälle gewährleistet: In der eingeatmeten Luft ist der Sauerstoffpartialdruck um 6,7 kPa (50 mm Hg) höher als in den Alveolen und der Partialdruck von Kohlendioxid ist in den Alveolen um 5,3 kPa (40 mm Hg) höher als in der eingeatmeten Luft. Innerhalb einer Sekunde werden durch Diffusion die Konzentrationen von Sauerstoff und Kohlendioxid in den Alveolen und benachbarten Strukturen (Alveolarsäcke und Alveolargänge) praktisch ausgeglichen.

Somit Ab der 20. Generation erfolgt die alveoläre Belüftung ausschließlich durch Diffusion. Aufgrund des Diffusionsmechanismus der Sauerstoff- und Kohlendioxidbewegung gibt es in der Lunge keine dauerhafte Grenze zwischen dem Totraum und dem Alveolarraum. In den Atemwegen gibt es eine Zone, in der der Diffusionsprozess stattfindet, in der der Partialdruck von Sauerstoff und Kohlendioxid von 20 kPa (150 mm Hg) bzw. 0 kPa im proximalen Teil des Bronchialbaums bis 13,3 kPa variiert ( 100 mm Hg .art.) und 5,3 kPa (40 mmHg) im distalen Teil. So kommt es entlang des Bronchialtrakts zu einer schichtweisen Ungleichmäßigkeit der Luftzusammensetzung von atmosphärisch bis alveolar (Abb. 8.4).

Abb.8.4. Schema der Alveolarventilation.
„a“ – nach veraltetem und
„b“ – nach modernen Konzepten – Totraum;
AP – Alveolarraum;
T – Luftröhre;
B - Bronchien;
DB – Atembronchiolen;
AH – Alveolargänge;
AM – Alveolarsäcke;
A - Alveolen.
Pfeile zeigen konvektive Luftströmungen an, Punkte geben den Bereich des Diffusionsaustauschs von Gasen an.

Diese Zone verschiebt sich je nach Atemmodus und vor allem je nach Einatemgeschwindigkeit; Je größer die Einatmungsrate (d. h. je größer also das Atemminutenvolumen), desto mehr werden distal entlang des Bronchialbaums konvektive Strömungen ausgedrückt, deren Geschwindigkeit über der Diffusionsrate liegt. Dadurch vergrößert sich mit zunehmendem Atemminutenvolumen der Totraum und die Grenze zwischen Totraum und Alveolarraum verschiebt sich nach distal.

Somit, der anatomische Totraum (wenn er durch die Anzahl der Generationen des Bronchialbaums bestimmt wird, in denen Diffusion noch keine Rolle spielt) verändert sich in gleicher Weise wie der funktionelle Totraum – abhängig vom Atemvolumen.

Die funktionelle Residualkapazität hat eine wichtige physiologische Bedeutung, da sie Schwankungen im Gasgehalt im Alveolarraum ausgleicht, die sich aufgrund von Veränderungen in den Phasen des Atemzyklus ändern können. Die beim Einatmen in die Alveolen gelangenden 350 ml Luft werden mit der in der Lunge enthaltenen Luft vermischt, deren Menge durchschnittlich 2,5 – 3,5 Liter beträgt. Daher wird beim Einatmen etwa 1/7 des Gasgemisches in den Alveolen erneuert. Daher ändert sich die Gaszusammensetzung des Alveolarraums nicht wesentlich.

In jeder Alveole ist der Gasaustausch unterschiedlich Ventilations-Perfusions-Verhältnis(VPO). Das normale Verhältnis zwischen alveolärer Ventilation und pulmonalem Blutfluss beträgt 4/5 = 0,8, d. h. Pro Minute gelangen 4 Liter Luft in die Alveolen und hindurch Gefäßbett In dieser Zeit fließen 5 Liter Blut durch die Lunge (an der Lungenspitze ist das Verhältnis in der Regel größer als an der Lungenbasis). Dieses Verhältnis von Ventilation und Perfusion sorgt dafür, dass während der Zeit, in der sich das Blut in den Kapillaren der Lunge befindet, ausreichend Sauerstoff für den Stoffwechsel verbraucht wird. Der Wert des Lungenblutflusses im Ruhezustand beträgt 5-6 l/min, die treibende Kraft ist ein Druckunterschied von etwa 8 mm Hg. Kunst. zwischen der Lungenarterie und dem linken Vorhof. Bei körperlicher Arbeit erhöht sich der Lungendurchblutungsfluss um das Vierfache und der Druck steigt Lungenarterie 2 mal. Diese Verringerung des Gefäßwiderstands erfolgt passiv infolge der Erweiterung Lungengefäße und Öffnung von Reservekapillaren. Im Ruhezustand fließt Blut nur durch etwa 50 % aller Lungenkapillaren. Mit zunehmender Belastung nimmt der Anteil der durchbluteten Kapillaren zu und parallel dazu vergrößert sich die Fläche der Gasaustauschfläche. Der pulmonale Blutfluss ist durch regionale Ungleichmäßigkeiten gekennzeichnet, die hauptsächlich von der Körperhaltung abhängen. Bei aufrechter Körperhaltung werden die Lungenbasen besser durchblutet. Die Hauptfaktoren, von denen die Sättigung des Blutes in der Lunge mit Sauerstoff und die Entfernung von Kohlendioxid daraus abhängt, sind die Alveolarventilation, die Lungenperfusion und die Diffusionskapazität der Lunge.

3. Vitalkapazität der Lunge.

Die Vitalkapazität der Lunge ist das Luftvolumen, das ein Mensch nach einem möglichst tiefen Atemzug ausatmen kann. Dies ist die Summe aus dem Atemzugvolumen und den Reservevolumina der Ein- und Ausatmung (bei einer Person mittleren Alters und durchschnittlicher Statur sind es etwa 3,5 Liter).

Das Atemzugvolumen ist die Luftmenge, die eine Person bei ruhiger Atmung einatmet (ca. 500 ml). Die zusätzliche Luft, die nach dem Ende einer ruhigen Einatmung in die Lunge gelangt, nennt man Reservevolumen Einatmen (ca. 2500 ml), zusätzliches Ausatmen nach ruhiger Ausatmung – Ausatemvolumen reservieren (ca. 1000 ml). Die nach der tiefstmöglichen Ausatmung verbleibende Luft ist das Restvolumen (ca. 1500 ml). Die Summe aus Residualvolumen und Vitalkapazität der Lunge wird als Gesamtlungenkapazität bezeichnet. Das Volumen der Lunge nach dem Ende einer ruhigen Ausatmung wird als funktionelle Residualkapazität bezeichnet. Es besteht aus Residualvolumen und exspiratorischem Reservevolumen. Die Luft, die sich während eines Pneumothorax in der kollabierten Lunge befindet, wird als Mindestvolumen bezeichnet.

4. Alveoläre Belüftung.

Lungenbeatmung - Luftbewegung in der Lunge beim Atmen. Es zeichnet sich aus Minutenvolumen Atmung(MAUD). Das Atemminutenvolumen ist das Luftvolumen, das in einer Minute ein- oder ausgeatmet wird. Sie entspricht dem Produkt aus Atemzugvolumen und Atemfrequenz. Die Atemfrequenz eines Erwachsenen beträgt im Ruhezustand 14 l/min. Das Atemminutenvolumen beträgt ca. 7 l/min. Bei physische Aktivität kann 120 l/min erreichen.

Alveoläre Belüftung charakterisiert den Luftaustausch in den Alveolen und bestimmt die Wirksamkeit der Beatmung. Die alveoläre Ventilation ist der Teil des Atemminutenvolumens, der die Alveolen erreicht. Das Volumen der Alveolarventilation entspricht der Differenz zwischen Gezeitenvolumen und das Volumen der Totraumluft multipliziert mit der Anzahl der Atembewegungen in 1 Minute. (Valveolare Ventilation = (TO – V Totraum) x RR/min). Bei einer allgemeinen Lungenventilation von 7 l/min beträgt die alveoläre Ventilation also 5 l/min.

Anatomischer Totraum. Der anatomische Totraum ist das Volumen, das die Atemwege ausfüllt und in dem kein Gasaustausch stattfindet. Es umfasst die Nasen- und Mundhöhle, den Rachen, den Kehlkopf, die Luftröhre, die Bronchien und die Bronchiolen. Dieses Volumen beträgt bei Erwachsenen etwa 150 ml.

Funktioneller Totraum. Es umfasst alle Bereiche des Atmungssystems, in denen kein Gasaustausch stattfindet, also nicht nur die Atemwege, sondern auch die Alveolen, die belüftet, aber nicht durchblutet sind. Der alveoläre Totraum bezieht sich auf das Volumen der Alveolen in den apikalen Teilen der Lunge, die belüftet, aber nicht mit Blut durchströmt werden. Möglicherweise schlechter Einfluss auf den Gasaustausch in der Lunge mit einer Abnahme des winzigen Blutvolumens, einer Abnahme des Drucks im Gefäßsystem der Lunge, Anämie und einer Abnahme der Luftigkeit der Lunge. Die Summe aus „anatomischem“ und alveolärem Volumen wird als funktioneller oder physiologischer Totraum bezeichnet.

Abschluss

Eine normale Funktion der Körperzellen ist möglich, sofern eine konstante Zufuhr von Sauerstoff und ein Abtransport von Kohlendioxid gewährleistet ist. Gasaustausch zwischen Zellen (Organismus) und Umfeld Atmung genannt.

Der Luftstrom in die Alveolen wird durch den Druckunterschied zwischen der Atmosphäre und den Alveolen verursacht, der durch eine Vergrößerung des Brustvolumens, der Pleurahöhle und der Alveolen und einen Druckabfall in diesen relativ zum Atmosphärendruck entsteht . Der daraus resultierende Druckunterschied zwischen Atmosphäre und Alveolen sorgt dafür, dass atmosphärische Luft entlang des Druckgefälles in die Alveolen strömt. Die Ausatmung erfolgt passiv aufgrund der Entspannung der Inspirationsmuskulatur und des Überschusses des Alveolardrucks über den Atmosphärendruck.

Lern- und Prüfungsfragen zum Thema der Vorlesung

1. Die Bedeutung des Atmens. Äußere Atmung. Der Mechanismus des Ein- und Ausatmens.

2. Negativer intrapleuraler Druck, seine Bedeutung für Atmung und Blutkreislauf. Pneumothorax. Arten der Atmung.

3. Lungen- und Alveolarbeatmung. Vitalkapazität der Lunge und Atemzugvolumen.

Organisatorische und methodische Hinweise zur Logistik der Vorlesung.

1. Bereiten Sie 15 Minuten vor der Vorlesung einen Multimedia-Projektor vor.

2. Schalten Sie am Ende der Vorlesung den Projektor aus und legen Sie die Diskette zurück auf das Rednerpult.

Abteilungsleiter, Professor E.S. Pitkewitsch