Вентиляция и воздушный поток

Вентиляция — это объемное движение воздуха между атмосферой и альвеолами, а воздушный поток — это скорость, с которой это движение происходит в ответ на движущее давление. Вместе они определяют, какой объем свежего газа достигает поверхности газообмена альвеол каждую минуту и как этот объем распределяется между полезной альвеолярной вентиляцией и неэффективной вентиляцией мертвого пространства.

Definition

Легочная вентиляция — это циклический поток воздуха в легкие и из них, количественно определяемый как объем, перемещаемый за вдох и за минуту; альвеолярная вентиляция — это та часть этого объема, которая достигает газообменных альвеол, в то время как воздушный поток — это мгновенная объемная скорость, обусловленная разницей давлений вдоль дыхательных путей.

Scope

Эта тема охватывает объемы и скорости, характеризующие дыхание — дыхательный объем, частоту дыхания, минутную и альвеолярную вентиляцию, а также мертвое пространство — и взаимосвязь между движущим давлением и воздушным потоком, включая ограничения максимального потока при форсированном выдохе. Она рассматривает вентиляцию как измеряемую физиологическую величину и не содержит клинических рекомендаций.

Core questions

• Как дыхательный объем и частота дыхания объединяются в минутную и альвеолярную вентиляцию?
• Какая часть каждого вдоха теряется как анатомическое и физиологическое мертвое пространство?
• Как воздушный поток зависит от разницы давлений вдоль дыхательных путей?
• Почему максимальный экспираторный поток становится независимым от усилия после определенной точки?

Key concepts

• Дыхательный объем
• Частота дыхания
• Минутная вентиляция
• Альвеолярная вентиляция
• Анатомическое и физиологическое мертвое пространство
• Максимальный экспираторный поток
• Независимость от усилия

Key theories

Ограничение потока и независимость от усилия

Во время форсированного выдоха, при усилии, превышающем пороговое значение, максимальный экспираторный поток при заданном объеме легких определяется эластической отдачей легких и сопротивлением дыхательных путей вышележащих отделов сегмента, ограничивающего поток, поэтому дополнительное мышечное усилие не может увеличить поток.

Mechanisms

Каждый вдох перемещает дыхательный объем; умноженный на частоту дыхания, это дает минутную вентиляцию. Фиксированная часть каждого дыхательного объема заполняет проводящие дыхательные пути, которые не участвуют в газообмене (анатомическое мертвое пространство), и любые альвеолы, которые вентилируются, но не перфузируются (альвеолярное мертвое пространство), поэтому альвеолярная вентиляция представляет собой минутную вентиляцию за вычетом вентиляции мертвого пространства. Сам воздушный поток создается разницей давлений, которую дыхательные мышцы создают вдоль дыхательных путей, и ему противостоит сопротивление дыхательных путей. Во время максимального форсированного выдоха динамическое сжатие дыхательных путей создает сегмент, ограничивающий поток, поэтому при усилии выше умеренного достижимый поток при каждом объеме легких фиксируется эластической отдачей легких и сопротивлением вышележащих отделов, а не тем, насколько сильно субъект выдыхает.

Clinical relevance

Вентиляция и воздушный поток — это величины, измеряемые с помощью спирометрии — например, форсированный объем выдоха и форсированная жизненная емкость легких — и их паттерны позволяют различать широкие механические категории легочной дисфункции. Понимание ограничения потока объясняет, почему измерения форсированного выдоха воспроизводимы. Эта статья описывает физиологию и измерения и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Стандартизированные методы измерения вентиляции и воздушного потока изложены в международных технических заявлениях по спирометрии и по интерпретации тестов функции легких, которые определяют, как следует получать и сообщать данные о форсированных экспираторных потоках и объемах.

History

Физиология форсированного экспираторного потока была уточнена в 1960-х годах, когда Мид, Маклем и коллеги показали, что максимальный поток становится независимым от усилия из-за динамического сжатия дыхательных путей, что послужило обоснованием для форсированной спирометрии. Стандартизация этих измерений с тех пор была кодифицирована в последовательных заявлениях Американского торакального общества и Европейского респираторного общества.

Key figures

• Jere Mead
• Peter Macklem
• John B. West

Seminal works

• mead-1967
• graham-2019

Frequently asked questions

В чем разница между минутной вентиляцией и альвеолярной вентиляцией?

Минутная вентиляция — это общий объем воздуха, перемещаемый в минуту (дыхательный объем, умноженный на частоту дыхания), тогда как альвеолярная вентиляция — это только та часть этого воздуха, которая достигает газообменных альвеол, после вычета объема, теряемого в мертвом пространстве.

Почему человек не может увеличить форсированный экспираторный поток, выдыхая сильнее?

При умеренном уровне усилия дыхательные пути динамически сжимаются и образуется сегмент, ограничивающий поток; с этого момента максимальный поток фиксируется эластической отдачей легких и сопротивлением вышележащих дыхательных путей, поэтому дополнительное усилие не увеличивает поток.