Объем легочного воздуха и емкость легких

Легкие молодой взрослой женщины вмешают в среднем около 4 л воздуха, а легкие молодого взрослого мужчины — около 5 л.

Приводимые показатели, характери­зующие работу легких у молодого взрослого мужчины. Для женщин они будут примерно на 20% ниже, что отражает различия в общей мас­се тела.

1. Дыхательный объем — это объем воздуха, обмениваемого за один вдох и выдох. В со­стоянии покоя человек вдыхает и выдыха­ет примерно 450 мл воздуха. При макси­мальной физической нагрузке дыхатель­ный объем составляет около 3 л.

2. Сверх 450 мл человек может вдохнуть еще около 1500 мл. Это так называемый резервный объем вдоха (допол­нительный воздух).

3. После спокойного выдоха можно выдохнуть дополнительно около 1500 мл. Это – резервный объем выдоха (резервный воздух).

4. Если сделать максимальный вдох, а затем максимальный выдох, то общее количест­во выдыхаемого воздуха даст величину, называемую жизненной емкостью легких.

5. Даже после максимально глубокого выдо­ха в легких еще остается 1500 мл воздуха (объем воздухоносных путей). Выдохнуть его не удается; он называется остаточным воздухом.

6. При вдохе из 450 мл вдыхаемого атмосферно­го воздуха в альвеолы попадает лишь около 300 мл, а приблизительно 150 мл остается в воз­духоносных путях и в газообмене не участвует. При выдохе, который следует за вдохом, этот воздух выводится наружу неизмененным, не от­личающимся по своему составу от атмосферного воздуха. Его называют поэтому объемом анатомического мертво­го пространства.

Альвеолярное мертвое пространство. В здоровом легком неко­торое количество альвеол верхней части легких вентилируется очень хорошо, но частично или полностью не лишены снабжения кровью, которая под действием силы тяжести собирается в нижней части легких. В физиологических условиях количество недостаточно снабжаемых кровью альвеол может увеличиваться в случае снижения минутного объема крови, уменьшения давления в артериальных сосудах легких, а в патологических состояниях — при анемии, легочной эмболии или эмфиземе.

С другой стороны, в нижней части легких, обильно снабжаемой кровью, часть альвеол находятся в сдавленном состоянии и недополучают воздуха, поскольку легкие опираются на диафрагму.

Подобное фи­зиологическое состояние обозначают как «альвеолярное мертвое про­странство». В подобных зонах легких не происходит газообмена.

Сумма объемов анатомического и альвеолярного мертвого про­странства называется физиологическим, или функциональным, мер­твым пространством.

Воздух, достигающий альвеол, смешивается здесь с 3000 мл уже находящегося в них воздуха. Вновь поступившая порция невели­ка по сравнению с объемом, к которому она до­бавляется; поэтому полное обновление всего на­ходящегося в легких воздуха – по необходимо­сти медленный процесс. Это медленный обмен между атмосферным и альвеолярным воздухом сказывается на альвеолярном воздухе столь ма­ло, что его состав остается практически постоян­ным (13,8% кислорода, 5,5% С0₂ и 80,7% азота). В тесный контакт с кровью вступает именно альвеоляр­ный воздух. По сравнению с вдыхаемым возду­хом он содержит меньше кислорода и больше СО₂.

Сравнение состава вдыхаемого, альвеолярного и выдыхаемого воздуха (в объемных процентах)
Газ	Во вдыхаемом воздухе	В альвеолярном воздухе	В выдыхаемом воздухе
О2	20,95	13,8	16,4
СО2	0,04	5,5	4,0
N2	79,01	80,7	79,6

Из таблицы видно, что одну пя­тую часть поступающего кислорода организм удерживает для своих нужд, тогда как выдыхае­мое количество СОг в 100 раз больше того коли­чества, которое поступает в организм при вдохе.

Спирометрия (измерение дыхания при помощи спирометра).

Спирометр состоит из сосуда с водой и помещенного в него вверх дном другого сосуда емкостью не менее 6 л с на­ходящимся в нем воздухом. От этого второго со­суда отходят две трубки. Они соединены с мунд­штуком, который испытуемый во время измере­ния берет в рот. Мундштук снабжен клапаном, так что, когда испытуемый дышит, воздух входит в него по одной трубке и выходит подругой. Для поглощения выделяющегося при выдохе С0₂ в прибор помещают натронную известь. (Посте­пенное возрастание концентрации СО₂ в спиро­метре было бы опасным.) Для заполнения спи­рометра можно использовать и кислородные смеси («медицинский кислород»). Когда испы­туемый дышит, воздух в его легких и в спиромет­ре составляет единую замкнутую систему.

Внутренний сосуд уравновешен, и когда воз­дух входит в него (если испытуемый делает вы­дох) или выходит из него (при вдохе), он соответ­ственно поднимается или опускается. Писчик кимографа записывает на медленно вращающем­ся барабане все эти движения. Спирометрия дает возможность определить ин­тенсивность метаболизма, дыхательный коэф­фициент, дыхательный объем, частоту дыхания и потребление кислорода.

Под частотой дыхания понимают число цик­лов дыхательных движений в минуту.

Легочную вентиляцию (ЛВ) определяют, умножая это чис­ло на дыхательный объем: ЛВ = Частота дыхания • Дыхательный объем

Соотношение объемов воздуха, находящегося в легких (запись показании спирометра). Спирограмму при­нято давать, как это сделано здесь, т. е. в перевернутом виде. На самом деле писчик кимографа при вдохе идет вниз (воздух из внутреннего сосуда выходит и сосуд опускается) а при выдохе — вверх (воздух поступает во внут­ренний сосуд и сосуд поднимается).

Некоторые типичные вели­чины:

Частота дыхания в покое — 15 циклов в минуту

Частота дыхания после максимальной нагрузки — 40-50 циклов в минуту

ЛВ в покое — 6,75 л в минуту

ЛВ после максимальной нагрузки (дыхательный объем 3 л в минуту х частота дыхания 45 циклов в минуту) — 135 л в минуту

Потребление кислорода в покое: 0,25-0,4 л в минуту

Потребление кислорода после максимальной на­грузки — 3,6 л в минуту (у бегуна на марафонской дистанции — до 5,1 л в минуту)

Дыхательный коэффициент (ДК)

Рассмотрим следующее уравнение: С₆H₁₂О₆ + 60₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + Энергия

Из этого уравнения видно, что объем диокси­да углерода, образовавшегося за данное время при окислении углевода в процессе дыхания, ра­вен объему потребленного за то же время кисло­рода. (Напомним, что моль любого газа при дан­ных условиях температуры и давления занимает один и тот же объем). Отношение СО₂/О₂ назы­вается дыхательным коэффициентом.

Для глюкозы:

Объем выделенного СО₂ Число молей или молекул выделенного СО₂

из прямого наблюдения: ДК = ────────────────, или из уравнений ДК = ───────────────────────────

Объем поглощенного О₂ Число молей или молекул поглощенного О₂

СО₂ 6

Таким образом, из приведенного выше урав­нения, ДК = ─── = ─── = 1

О₂ 6

Изучение дыхательных коэффициентов дает ценные сведения о природе дыхательных суб­стратов и о типах метаболизма.

1) Окисление жира трипальмитина в процессе дыхания описывается следующим уравнением: 2С₅₁H₉₈0₆ + 1450₂ → 102СО₂ + 98Н₂0

Чему равен ДК для трипальмитина?

2) Чему равен ДК при окислении глюкозы в анаэробных условиях до этанола и С0₂?

Дыхательные коэффициенты для раз­личных субстратов

ДК	Субстрат	Комментарии
> l,0	Углеводы, если происходит также анаэробное дыхание
1,0	Углеводы
0,9	Белки
0,7	Жиры, например трипальмитин
0,5	Жиры, при наличии синтеза углеводов	Диоксид углерода, образующийся при дыхании, используется для других нужд и поэтому из организма не выделяется
0,3	Углеводы, при наличии синтеза органических кислот