Средний объем легких у мужчин: Lung Capacity | Protocol (Translated to Russian)

Спирография — метод графической регистрации изменений легочных объемов при выполнении естественных дыхательных движений и волевых форсированных дыхательных маневров. Спирография позволяет получить ряд показателей, которые описывают вентиляцию легких. В первую очередь, это статические объемы и емкости, которые характеризуют упругие свойства легких и грудной стенки, а также динамические показатели, которые определяют количество воздуха, вентилируемого через дыхательные пути во время вдоха и выдоха за единицу времени. Показатели определяют в режиме спокойного дыхания, а некоторые — при проведении форсированных дыхательных маневров.

 В техническом выполнении все спирографы делятся на приборы открытого и закрытого типа (рис. 1). В аппаратах открытого типа больной через клапанную коробку вдыхает атмосферный воздух, а выдыхаемый воздух поступает в мешок Дугласа или в спирометр Тисо (емкостью 100—200 л), иногда — к газовому счетчику, который непрерывно определяет его объем. Собранный таким образом воздух анализируют: в нем определяют величины поглощения кислорода и выделения углекислого газа за единицу времени. В аппаратах закрытого типа используется воздух колокола аппарата, циркулирующий в закрытом контуре без сообщения с атмосферой. Выдыхаемый углекислый газ поглощается специальным поглотителем.

Показания к проведению спирографии следующие:

1.Определение типа и степени легочной недостаточности.

2.Мониторинг показателей легочной вентиляции в цельях определения степени и быстроты прогрессирования заболевания.

3.Оценка эффективности курсового лечения заболеваний с бронхиальной обструкцией бронходилататорами β2-агонистами короткого и пролонгированного действия, холинолитиками), ингаляционными ГКС и мембраностабилизирующими препаратами.

4.Проведение дифференциальной диагностики между легочной и сердечной недостаточностью в комплексе с другими методами исследования.

5.Выявление начальных признаков вентиляционной недостаточности у лиц, подверженных риску легочных заболеваний, или у лиц, работающих в условиях влияния вредных производственных факторов.

6.Экспертиза работоспособности и военная экспертиза на основе оценки функции легочной вентиляции в комплексе с клиническими показателями.

7.Проведение бронходилатационных тестов в целях выявления обратимости бронхиальной обструкции, а также провокационных ингаляционных тестов для выявления гиперреактивности бронхов.

Несмотря на широкое клиническое применение, спирография противопоказана при следующих заболеваниях и патологических состояниях:

тяжелое общее состояние больного, не дающее возможности провести исследование;

прогрессирующая стенокардия, инфаркт миокарда, острое нарушение мозгового кровообращения;

злокачественная артериальная гипертензия, гипертонический криз;

токсикозы беременности, вторая половина беременности;

недостаточность кровообращения III стадии;

тяжелая легочная недостаточность, не позволяющая провести дыхательные маневры.

            Техника проведения спирографии.

Исследование проводят утром натощак. Перед исследованием пациенту рекомендуется находиться в спокойном состоянии на протяжении 30 мин, а также прекратить прием бронхолитиков не позже чем за 12 часов до начала исследования. Спирографическая кривая и показатели легочной вентиляции приведены на рис. 2.

 Статические показатели определяют во время спокойного дыхания. Измеряют дыхательный объем (ДО) — средний объем воздуха, который больной вдыхает и выдыхает во время обычного дыхания в состоянии покоя. В норме он составляет 500—800 мл. Часть ДО, которая принимает участие в газообмене, называется альвеолярным объемом (АО) и в среднем равняется 2/3 величины ДО. Остаток (1/3 величины ДО) составляет объем функционального мертвого пространства (ФМП). После спокойного выдоха пациент максимально глубоко выдыхает — измеряется резервный объем выдоха (РОВыд), который в норме составляет IООО—1500 мл. После спокойного вдоха делается максимально глубокий вдох — измеряется резервный объем вдоха (РОвд). При анализе статических показателей рассчитывается емкость вдоха (Евд) — сумма ДО и РОвд, которая характеризует способность легочной ткани к растяжению, а также жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — максимальный объем, который можно вдохнуть после максимально глубокого выдоха (сумма ДО, РОВД и РОвыд в норме составляет от 3000 до 5000 мл). После обычного спокойного дыхания проводится дыхательный маневр: делается максимально глубокий вдох, а затем — максимально глубокий, самый резкий и длительный (не менее 6 с) выдох.

Так определяется форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ) — объем воздуха, который можно выдохнуть при форсированном выдохе после максимального вдоха (в норме составляет 70—80 % ЖЕЛ).

Как заключительный этап исследования проводится запись максимальной вентиляции легких (МВЛ) — максимального объема воздуха, который может быть провентилирован легкими за I мин. МВЛ характеризует функциональную способность аппарата внешнего дыхания и в норме составляет 50—180 л. Снижение МВЛ наблюдается при уменьшении легочных объемов вследствие рестриктивных (ограничительных) и обструктивных нарушений легочной вентиляции.

Рис. 2. Спирографическая кривая и показатели легочной вентиляции

При анализе спирографической кривой, полученной в маневре с форсированным выдохом, измеряют определенные скоростные показатели (рис. 3): 1) объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1) — объем воздуха, который выдыхается за первую секунду при максимально быстром выдохе; он измеряется в мл и высчитывается в процентах к ФЖЕЛ; здоровые люди за первую секунду выдыхают не менее 70 % ФЖЕЛ; 2) проба или индекс Тиффно — соотношение ОФВ1 (мл)/ЖЕЛ (мл), умноженное на 100 %; в норме составляет не менее 70—75 %; 3) максимальная объемная скорость воздуха на уровне выдоха 75 % ФЖЕЛ (МОС75), оставшейся в легких; 4) максимальная объемная скорость воздуха на уровне выдоха 50 % ФЖЕЛ (МОС50), оставшейся в легких; 5) максимальная объемная скорость воздуха на уровне выдоха 25 % ФЖЕЛ (МОС25), оставшейся в легких; 6) средняя объемная скорость форсированного выдоха, вычисленная в интервале измерения от 25 до 75 % ФЖЕЛ (СОС25-75).

Рис. 3. Спирографическая кривая, полученная в маневре форсированного выдоха. Расчет показателей ОФВ1 и СОС25-75

Вычисление скоростных показателей имеет большое значение в выявлении признаков бронхиальной обструкции. Уменьшение индекса Тиффно и ОФВ1 является характерным признаком заболеваний, которые сопровождаются снижением бронхиальной проходимости — бронхиальной астмы, хронического обструктивного заболевания легких, бронхоэктатической болезни и пр. Показатели МОС имеют наибольшую ценность в диагностике начальных проявлений бронхиальной обструкции. СОС25-75 отображает состояние проходимости мелких бронхов и бронхиол. Последний показатель является более информативным, чем ОФВ1, для выявления ранних обструктивных нарушений.

Все показатели легочной вентиляции изменчивы. Они зависят от пола, возраста, веса, роста, положения тела, состояния нервной системы больного и прочих факторов. Поэтому для правильной оценки функционального состояния легочной вентиляции абсолютное значение того или иного показателя является недостаточным. Необходимо сопоставлять полученные абсолютные показатели с соответствующими величинами у здорового человека того же возраста, роста, веса и пола — так называемыми должными показателями. Такое сопоставление выражается в процентах по отношению к должному показателю. Патологическими считаются отклонения, превышающие 15—20 % от величины должного показателя.

СПИРОГРАФИЯ С РЕГИСТРАЦИЕЙ ПЕТЛИ «ПОТОК-ОБЪЁМ»

 Спирография с регистрацией петли «поток-объем» — современный метод исследования легочной вентиляции, который заключается в определении объемной скорости движения потока воздуха вдыхательных путях и его графическом отображением в виде петли «поток—объем» при спокойном дыхании пациента и при выполнении им определенных дыхательных маневров. За рубежом этот метод называют спирометрией. Целью исследования является диагностика вида и степени нарушений легочной вентиляции на основании анализа количественных и качественных изменений спирографических показателей.

Показания и противопоказания к применению сприрометрии аналогичны таковым для классической спирографии.

Методика проведения. Исследование проводят в первой половине дня, независимо от приема еды. Пациенту предлагают закрыть оба носовых хода специальным зажимом, взять индивидуальную простерилизованную насадку-мундштук в рот и плотно обхватить ее губами. Пациент в положении сидя дышит через трубку по открытому контуру, практически не испытывая сопротивления дыханию

 Процедура выполнения дыхательных маневров с регистрацией кривой «поток—объем» форсированного дыхания идентична той, которая выполняется при записи ФЖЕЛ во время проведения классической спирографии. Больному надлежит объяснить, что в пробе с форсированным дыханием выдохнуть в прибор следует так, будто нужно погасить свечи на праздничном торте. После некоторого периода спокойного дыхания пациент делает максимально глубокий вдох, в результате чего регистрируется кривая эллиптической формы (кривая АЕВ). Затем больной делает максимально быстрый и интенсивный форсированный выдох. При этом регистрируется кривая характерной формы, которая у здоровых людей напоминает треугольник (рис. 4).

Рис. 4. Нормальная петля (кривая) соотношения объемной скорости потока и объема воздуха при проведении дыхательных маневров. Вдох начинается в точке А, выдох — в точке В. ПОСвыд регистрируется в точке С. Максимальный экспираторный поток в середине ФЖЕЛ соответствует точке D, максимальный инспираторный поток —

точке Е

Максимальная экспираторная объемная скорость потока воздуха отображается начальной частью кривой (точка С, где регистрируется пиковая объемная скорость выдоха — ПОСВЫД)- После этого объемная скорость потока уменьшается (точка D, где регистрируется МОС50), и кривая возвращается к изначальной позиции (точка А). При этом кривая «поток—объем» описывает соотношение между объемной скоростью воздушного потока и легочным объемом (емкостью легких) во время дыхательных движений.

 Данные скоростей и объемов потока воздуха обрабатываются персональным компьютером благодаря адаптированному программному обеспечению. Кривая «поток—объем» при этом отображается на экране монитора и может быть распечатана на бумаге, сохранена на магнитном носителе или в памяти персонального компьютера.

 Современные аппараты работают со спирографическими датчиками в открытой системе с последующей интеграцией сигнала потока воздуха для получения синхронных значений объемов легких. Рассчитанные компьютером результаты исследования печатаются вместе с кривой «поток—объем» на бумаге в абсолютных значениях и в процентах к должным величинам. При этом на оси абсцисс откладывается ФЖЕЛ (объем воздуха), а на оси ординат — поток воздуха, измеряемый в литрах в секунду (л/с) ( рис. 5).

Рис. 5. Кривая «поток-объем» форсированного дыхания и показатели легочной вентиляции у здорового человека

Рис. 6 Схема спирограммы ФЖЕЛ и соответствующей кривой форсированного выдоха в координатах «поток-объем»: V — ось объема; V’ — ось потока

Петля «поток—объем» представляет собой первую производную классической спирограммы. Хотя кривая «поток—объем» содержит в основном ту же информацию, что и классическая спирограмма, наглядность соотношения между потоком и объемом позволяет более глубоко проникнуть в функциональные характеристики как верхних, так и нижних дыхательных путей (рис. 6). Расчет по классической спирограмме высокоинформативных показателей МОС25, МОС50, МОС75 имеет ряд технических трудностей при выполнении графических изображений. Поэтому его результаты не обладают высокой точностью В связи с этим лучше определять указанные показатели по кривой «поток—объем».

 Оценка изменений скоростных спирографических показателей осуществляется по степени их отклонения от должной величины. Как правило, за нижнюю границу нормы принимается значение показателя потока, что составляет 60 % от должного уровня.

Зав .отд. ФД                                                                                               Ж.Г. Жилкина

Эритроцитарные индексы

Эритроцитарные индексы определяют размер эритроцита и содержание в нем гемоглобина и включают в себя средний объем эритроцита (MCV), среднее содержание гемоглобина в эритроците (MCHC), среднюю концентрацию гемоглобина в эритроцитах (MCHC), а также распределение эритроцитов по величине (RDW).

Определение вышеуказанных показателей является неотъемлемой частью общего анализа крови и отдельно не производится.

Синонимы русские

Средний объем эритроцита, среднее содержание гемоглобина в эритроците, средняя концентрация гемоглобина в эритроцитах, распределение эритроцитов по величине, индекс морфологии эритроцитов.

Синонимы английские

Red Cell Indicies, Red Blood Indicies, Red Blood Cell Indices, Blood indicies МСV, MCH, MCHC, Mean cell hemoglobin, Mean Cell Volume, Mean cell hemoglobin concentration, Mean corpuscular volume, Mean corpuscular hemoglobin concentration, Mean corpuscular hemoglobin, RDW, RDW-CS, RDW-SD, Red cell distribution of width.

Общая информация об исследовании

Эритроциты – это красные кровяные клетки, являющиеся основными форменными элементами крови. В их составе есть гемоглобин – белок, который переносит кислород от легких к тканям и органам. Он состоит из белка глобина и гемма-комплекса, содержащего железо, способное связываться с кислородом. У некоторых людей процесс «сборки» гемоглобина может нарушаться, что отражается на внешнем виде и размере эритроцитов.

Изменение количества эритроцитов обычно сопряжено с изменениями уровня гемоглобина. Когда количество эритроцитов и уровень гемоглобина снижены – у пациента анемия, когда они повышены – полицитемия.

Эритроцитарные индексы позволяют оценить размер эритроцитов и содержание в них гемоглобина. Они характеризуют сами клетки, а не их количество, вследствие чего являются относительно стабильными параметрами.

Средний объем эритроцита (MCV)

MCV – средний объем одного эритроцита. Он может измеряться анализатором непосредственно путем оценки многих тысяч эритроцитов или вычисляться по формуле как отношение гематокрита к количеству эритроцитов.

Этот показатель измеряется в фемтолитрах (10^-15/л). Один фемтолитр равен одному кубическому микрометру (одна миллионная часть метра).

При большом количестве аномальных эритроцитов (например, при серповидно-клеточной анемии) подсчет MCV является недостоверным.

Среднее содержание гемоглобина в эритроците (MCH)

MCH отражает, сколько гемоглобина в среднем содержится в одном эритроците. Измеряется в пикограммах (одна триллионная часть грамма, 10^-12) на эритроцит и рассчитывается как отношение гемоглобина к количеству эритроцитов. Он соответствует цветному показателю, который использовался ранее для отражения содержания гемоглобина в эритроцитах. Обычно MCH в эритроците является основой для дифференциальной диагностики анемий.

Средняя концентрация гемоглобина в эритроцитах (MCHC)

MCHC – показатель насыщения эритроцита гемоглобином, в отличие от MCH характеризует не количество гемоглобина в клетке, а «плотность» заполнения клетки гемоглобином. Рассчитывается как отношение общего гемоглобина к гематокриту – объему, который занимают эритроциты в кровяном русле. Он измеряется в граммах на литр и является наиболее чувствительным показателем при нарушениях образования гемоглобина. Кроме того, это один из самых стабильных гематологических показателей, так что MCHC используется как индикатор ошибок анализатора.

Распределение эритроцитов по объему (RDW)

RDW – степень разброса эритроцитов по объему. Существуют разные варианты подсчета этого показателя. RDW-CV измеряется в процентах и показывает, насколько объем эритроцитов отклоняется от среднего. RDW-SD измеряется в фемтолитрах, так же как средний объем эритроцитов (MCV), и показывает разницу между самым маленьким эритроцитом и самым большим.

В целом RDW соответствует анизоцитозу, который определяется на основании микроскопии мазка крови, однако является значительно более точным параметром.

Для чего используется исследование?

Оценка эритроцитарных индексов позволяет получить представление о характеристиках эритроцитов, что очень важно в определении вида анемии. Эритроцитарные индексы зачастую быстро реагируют на лечение анемий и могут использоваться для оценки эффективности терапии.

Когда назначается исследование?

Как правило, эритроцитарные индексы входят в рутинный общий анализ крови, который назначается как планово, так и при различных заболеваниях, перед хирургическими вмешательствами. Повторно этот анализ назначают пациентам, проходящих лечение от анемии.

Что означают результаты?

Средний объем эритроцита (MCV)

На основании MCV, размера эритроцитов, анемии подразделяются на следующие виды:

• Микроцитарные – при MCV меньше нормы в крови преобладают эритроциты маленького размера. Чаще всего причиной микроцитарной анемии является дефицит железа. Он может возникать из-за длительных кровопотерь, нарушения усвоения железа, недостаточного употребления мясных продуктов, а также из-за некоторых нарушений «сборки» гемоглобина, например при талассемии или при различных хронических заболеваниях (длительных инфекциях, онкологиях).
• Нормоцитарные – когда эритроциты нормального размера. Это бывает при угнетении работы костного мозга – при апластической анемии, недавнем кровотечении, хронических заболеваниях печени и почек.
• Макроцитарные, когда в крови преобладают эритроциты крупного размера. Чаще всего это происходит при дефиците витамина B₁₂ или фолиевой кислоты. MCV может повышаться и при нормальном уровне гемоглобина – из-за злоупотребления алкоголем, многолетнего курения, снижения функции щитовидной железы

Средний объём эритроцита в норме в течение жизни меняется: максимален он у новорождённых, а затем постепенно снижается.

Что может влиять на результат?

Большое количество ретикулоцитов, выраженный лейкоцитоз, а также значительное увеличение уровня глюкозы завышают показатель среднего объёма эритроцитов.

При одновременном увеличении в крови количества крупных (макроцитарных) и маленьких (микроцитарных) эритроцитов MCV будет в норме. Выявить нарушения в этом случае позволяет микроскопическое исследование мазка крови.

Среднее содержание гемоглобина в эритроците (MCH)

По MCH анемии делят на нормохромные (когда среднее содержание гемоглобина в эритроците в пределах референсных назначений), гипохромные (когда MCH снижено) и гиперхромные (если среднее содержание гемоглобина в эритроците повышено).

Нормохромия присуща здоровым людям, но также встречается при гемолитических, апластических анемиях, а также после недавнего кровотечения.

Гипохромия, как правило, связана с уменьшением объёма эритроцитов (микроцитозом), однако может возникать и в эритроцитах нормального объёма.

Таким образом, снижение MCH обычно происходит при микро- и нормоцитарных анемиях. Повышение же отмечается при макроцитарных анемиях и у новорождённых.

Что может влиять на результат?

Повышение уровня липидов крови и значительный лейкоцитоз, миеломная болезнь и введение гепарина завышают результаты MCH.

Средняя концентрация гемоглобина в эритроците (MCHC)

Повышение MCHC отмечается при унаследованном заболевании, когда эритроциты имеют округлую форму – наследственном сфероцитозе, а также у новорождённых.

Снижение MCHC обычно происходит при микроцитарных анемиях.

Что может влиять на результат?

Повышение уровня липидов крови, миеломная болезнь и насыщение крови гепарином ведут к ложноповышенным результатам по MCHC.

RDW-SD (распределение эритроцитов по объёму, стандартное отклонение): 37 — 54.

RDW-CV (распределение эритроцитов по объёму, коэффициент вариации):

Повышение RDW отмечается при значительном разбросе в размерах эритроцитов, что может быть при железодефицитных анемиях, когда увеличивается количество маленьких эритроцитов (микроцитов), или при дефиците витамина В₁₂ или фолиевой кислоты, когда повышается число увеличенных в размере эритроцитов – мегалобластов.

Повышение RDW является одним из наиболее ранних признаков железодефицитной анемии. Уменьшение среднего объёма эритроцитов при нормальном RDW позволяет заподозрить талассемию.

Если большинство эритроцитов уменьшены или увеличены, результат RDW может оставаться в норме.

Патологические причины сниженного RDW неизвестны.

Что может влиять на результат?

Значительное повышение количества ретикулоцитов или лейкоцитов завышает результат RDW.

Важные замечания

• Полное представление о внешнем виде и размерах эритроцитов можно получить, если подсчёт эритроцитарных индексов проводится совместно с оценкой эритроцитов при микроскопии мазка крови.

Также рекомендуется

Кто назначает исследование?

Врач общей практики, терапевт, гематолог, нефролог, хирург.

Общий анализ крови: расшифровка и норма

Сколько можно продержаться без воздуха?

• Фрэнк Суэйн
• BBC Future

21 июля 2014

Автор фото, Getty

<span >Некоторые люди способны задержать дыхание очень надолго. Постоянный автор BBC Future задался вопросом: как они это делают?

Ноябрь 2013 года. 32-летний Николас Меволи лежит на спине на поверхности океана, глубоко вдыхая воздух, насыщая кровь кислородом. Потом с легким всплеском он опускается под воду и начинает погружение в Голубую Дыру Дина – глубокую карстовую воронку на Багамах. Меволи намерен нырнуть на глубину более 70 метров на одном вдохе. Его попытка завершится трагедией.

Как долго можно находиться под водой, не всплывая на поверхность? Как долго можно не дышать? Человечество сейчас штурмует два своих последних рубежа – глубокий космос и глубокий океан, и для этого нам уж точно не помешают знания о том, как ведет себя организм в безвоздушной среде.

В космической пустоте быстро наступает потеря сознания. В 1965 году у одного из сотрудников космического центра НАСА в Хьюстоне порвался скафандр в испытательной камере, и мужчина оказался в условиях практически полного вакуума. Он потерял сознание через 15 секунд. Вопреки распространенному мифу, организм в таких условиях не может лопнуть под внутренним давлением, однако его жидкости в вакууме закипают при комнатной температуре. Последнее, что запомнил выживший счастливчик – это то, как на его языке кипела слюна.

Автор фото, Thinkstock

Фридайверам помогает нырятельный рефлекс млекопитающих

Ныряльщики-фридайверы, опускающиеся на глубину на пределе возможностей своего организма, могут продержаться дольше – они часто проводят под водой более трех минут. Обладатель рекорда в дисциплине “Без ограничений”, австриец Герберт Ницш, опустился на глубину 214 метров на специальном устройстве — следе — и не всплывал четыре с половиной минуты. Фридайверам помогает нырятельный рефлекс млекопитающих – при погружении тела в воду замедляется сердцебиение. Рефлекс срабатывает, даже если просто опустить лицо в холодную воду.

Фридайверы достигают немыслимых глубин, но в менее экстремальных условиях человеческий организм способен продержаться без воздуха еще дольше. Датский ныряльщик Стиг Северинсен в 2012 году не дышал 22 минуты, плавая на небольшой глубине в лондонском бассейне. Этот рекорд до сих пор не побит. Обычные люди едва способны задержать дыхание на минуту – профессионалам же, устанавливающим поражающие воображение рекорды, приходится долго готовиться, тренироваться и внимательно изучать человеческую физиологию.

Автор фото, Thinkstock

Если перед погружением надышаться как следует кислорода в барокамере, то под водой можно пробыть дольше

Прежде чем приступить к своей рекордной попытке, Северинсен почти 20 минут активно дышал чистым кислородом. Ткани его тела насытились животворящим газом, а из легких ушла углекислота – оба этих фактора имеют большое значение для длительной задержки дыхания. Всем известно, что нехватка кислорода может привести к гибели, но не все помнят, что рост концентрации углекислого газа не менее опасен. Если организм не имеет возможности избавиться от углекислоты через легкие, то начинает расти ее концентрация в крови. За этим могут следовать дезориентация и мышечные спазмы, ускоренное сердцебиение и, возможно, потеря сознания и смерть.

В организме профессиональных фридайверов и чемпионов по задержке дыхания зачастую происходят физиологические изменения, помогающие им долгое время не дышать. Исследование, которое проводилось среди бразильских рыбаков, показало: те из них, кто ныряет за добычей, имеют гораздо больший объем легких, чем рыбачащие с поверхности моря. Знаменитые корейские и японские ныряльщики за жемчугом при погружении имеют в крови на 10% больше красных кровяных телец, чем обычно.

Верхний предел

Предел задержки дыхания диктуется тем, насколько низкую концентрацию кислорода и насколько высокое содержание углекислого газа способен перенести ваш организм. И тот, и другой фактор зависят от скорости обмена веществ. Ныряльщик, опускающийся в глубину океана, расходует кислород и производит углекислоту быстрее, чем неподвижно лежащий в воде. Чемпионы-фридайверы нередко говорят о важности медитативного подхода к этому спорту – чтобы сердце замедлялось, голова освобождалась от мыслей и наступало состояние глубокой релаксации. Есть и другие способы замедлить обмен веществ. В 1986 году, упав в ледяной ручей, двухлетняя американская малышка Мишель Фанк, по некоторым оценкам, провела без дыхания 66 минут – серьезное переохлаждение почти остановило обмен веществ в ее организме.

Автор фото, Thinkstock

Один из чемпионов по задержке дыхания: синий кит

Но безусловные чемпионы по задержке дыхания – не люди, а морские млекопитающие, к примеру, тюлени и киты. Они могут по часу не подниматься на поверхность воды. Они легче переносят высокую концентрацию углекислого газа в организме, а их мышечная ткань богата миоглобином – белком, который связывает кислород и постепенно высвобождает его при длительных погружениях. Миоглобин окрашивает ткани в красный цвет – и в китовом мясе его так много, что оно почти черное.

Автор фото, Getty

Ныряльщики за жемчугом достигают хороших результатов в задержке дыхания

К сожалению, даже самые упорные тренировки не позволят вам соперничать с китом, который приспособлен к жизни в воде долгой эволюцией. Есть ли какие-то еще способы прожить без воздуха? В принципе, да: можно, например, дышать жидкостью. Но ни в коем случае не жидким кислородом – его температура минус 200 градусов по Цельсию, он попросту превратит легкие в ледышку, которая рассыпется при попытке вдохнуть. Вместо этого используются жидкости, богатые растворенным в них кислородом. Особые химические соединения – перфторуглеводороды – способны очень хорошо растворять кислород и углекислый газ, и некоторые из них остаются в жидком состоянии при нормальных температурах. Жидкостное дыхание на первый взгляд кажется плодом фантастического вымысла – оно было показано, к примеру, в не самом близком к реальности фильме Джеймса Кэмерона “Бездна” — но на самом деле основа у этого вполне научная.

Автор фото, Getty

Тренировки помогают спортсменам развить возможности своих легких

Перфторуглеводороды привлекают специалистов тем, что они бесцветны, не имеют запаха и не токсичны – почти как воздух – и могут пригодиться, к примеру, для спасения подводников с аварийных субмарин. В ходе экспериментов в 1960-х годах мыши и кошки, погруженные в насыщенную кислородом перфторуглеводородную жидкость, выживали в течение нескольких дней. Эти жидкости удерживают гораздо большее, чем воздух, количество кислорода на единицу объема – то есть, в теории, на одном вдохе можно продержаться гораздо дольше. Другое дело, что нежные легкие млекопитающих плохо приспособлены к тому, чтобы постоянно вкачивать и выкачивать четыре литра жидкости – поэтому заменять ей воздух можно только на не очень продолжительное время. Тем не менее, именно такие жидкости применяют при выхаживании родившихся до срока младенцев, чьи легкие еще не могут работать самостоятельно.

Но если не использовать технологические достижения, а уповать лишь на свою подготовку, то всегда есть риск печального исхода. Николас Меволи, с которого начинался этот рассказ, вынырнул на поверхность через три с половиной минуты после погружения, достигнув рекордной глубины в 72 метра. Почти сразу он потерял сознание и, несмотря на оказанную на месте медицинскую помощь, вскоре скончался. Его смерть навсегда останется напоминанием о том, какими опасностями чревата жизнь на грани человеческих возможностей.

Об авторе. Фрэнк Суэйн заведует отделом соцсетей в New Scientist . Он автор книги “Как создать зомби” и сотрудничает с Mosaic, Wired, Slate и BBC Radio 4.

Сатурация. Почему норма кислорода в крови бывает низкой?

Сатурация. Почему норма кислорода в крови бывает низкой?

1. Чем измерить сатурацию?

Самый доступный вариант определить, в норме ли сатурация, – использовать пульсоксиметр. Это маленький прибор, который за секунды считает процент оксигемоглобина в крови.

В больнице также используют пульсоксиметр или могут определить газовый состав крови в лаборатории. Для этого берется образец крови из артерии или вены. Это не рутинный анализ и обычно его делают при серьезных заболеваниях.
2. Что такое сатурация?

Сатурация – это показатель насыщения крови кислородом. По сниженному уровню сатурации можно заподозрить проблемы с легкими. Это стало особенно актуальным после появления новой коронавирусной инфекции. Одним из основных осложнений COVID-19 становится вирусная пневмония. Если вовремя заметить, что человеку не хватает кислорода, помочь ему будет легче.

3. Какой уровень кислорода в крови у взрослых считается нормой?

Нормой сатурации для здорового человека считается, когда 95% и больше гемоглобина связано с кислородом. Это и есть сатурация – процент оксигемоглобина в крови.

При COVID-19 вызывать врача рекомендуют, когда сатурация снижается до 94%. Сатурация 92% и ниже обычно считается критической. Человеку с таким низким показателем кислорода в крови требуется срочное медицинское вмешательство.
Есть исключения. Например, при тяжелой хронической обструктивной болезни легких, которая часто встречается у курильщиков, показатель сатурации может быть от 88 % до 92%. Обычно организм таких людей адаптирован к более низкому уровню кислорода. Если у вас есть пульмонологическое заболевание, ваш врач сообщит, какой показатель сатурации должен стать сигналом тревоги именно для вас.

4. Почему норма кислорода в крови бывает низкой?

Это может случиться по разным причинам. Например, проблемы могут возникнуть при болезнях крови или дыхательной системы.

Последнее как раз характерно для КОВИД-19. После пневмонии нередко возникает фиброз легких, когда из-за болезни «дышащая» легочная ткань заменяется соединительной. Это можно сравнить с закрытыми форточками. Вы бы рады подышать, но свежий воздух не проходит через плотно закрытые окна.

Другая причина – заболевания крови. Например, часто встречающаяся анемия. Когда не хватает эритроцитов или самого гемоглобина, то кислороду просто не на чем перемещаться по организму. В этом случае сатурация тоже падает ниже нормы.

5. Что происходит, когда кислорода становится мало?

Одышка, боль в груди, спутанность сознания, головная боль и быстрое сердцебиение, синюшность носогубного треугольника и кончиков пальцев – такие неприятные симптомы могут появиться, если уровень кислорода в крови начнет падать.

6. Надо ли знать свою сатурацию?

Как правило, нет. Исключение, если у вас больные легкие и вы наблюдаете за динамикой болезни.

Изменение объема легких и емкости легких у молодых мужчин в зависимости от роста

Фон: Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) определяется как изменение объема легких после максимального вдоха с последующим максимальным выдохом и называется жизненной емкостью легких. Это сумма дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха. Жизненная емкость взрослого человека колеблется от 3 до 5 литров.На объем легких влияет ряд физиологических факторов, таких как возраст, пол, рост и этническая принадлежность. Контрольные значения объема и емкости легких были рассчитаны ранее, и эти исследования сыграли ключевую роль в установлении того факта, что объемы объема воздуха, измеренные у человека, находятся в широком диапазоне среди здоровых людей того же возраста, пола и роста, но с разной этнической принадлежностью. Целью этого исследования было оценить изменения жизненной емкости легких в зависимости от роста и пола.

Методы: В этом кросс-секционном исследовании участвовали 74 студента-мужчины факультета физиологии Лиакатского университета медицинских и медицинских наук, Джамшоро, в период с января по март 2014 г.Добровольцы были разделены на 2 группы ростом ≤ 167,4 см и> 167,4 см. Рост добровольцев измерялся в см. Жизнеспособность испытуемых измерялась по стандартному протоколу. Рассчитывали среднее значение ± стандартное отклонение возраста, роста и жизненной емкости легких.

Полученные результаты: Средняя жизненная емкость легких у студентов с ростом> 167,4 см была выше средней жизненной емкости у студентов с ростом ≤ 167.4 см. Это может быть связано с увеличением площади легких по сравнению с увеличением роста.

Выводы: Существуют различия в жизненной емкости людей в зависимости от их роста в пределах одних и тех же этнических и возрастных групп.

Физиология, емкость легких — StatPearls

Введение

Объем легких или общая емкость легких (TLC) — это объем воздуха в легких при максимальном усилии вдоха.У здоровых взрослых средний объем легких составляет около 6 литров. Возраст, пол, состав тела и этническая принадлежность являются факторами, влияющими на разные диапазоны емкости легких у людей. TLC быстро увеличивается от рождения до подросткового возраста и достигает плато примерно в 25 лет. У мужчин, как правило, выше TLC, чем у женщин, в то время как у людей с высоким ростом, как правило, выше TLC, чем у людей с низким ростом, а у людей с высоким соотношением талии к бедрам, как правило, ниже TLC. [1] [2] Лица африканского происхождения имеют более низкий TLC по сравнению с лицами европейского происхождения.[3] Дополнительные факторы, влияющие на объем легких человека, включают уровень физической активности, деформации грудной клетки и респираторные заболевания.

Клиницисты могут измерять емкость легких с помощью плетизмографии, метода разбавления газообразного гелия, метода вымывания газообразного азота или рентгенографически с помощью относительно новой техники с использованием компьютерной томографии (КТ). Методически TLC рассчитывается путем измерения емкости легких: инспираторной емкости (IC), функциональной остаточной емкости (FRC) и жизненной емкости легких (VC).Как показано на рисунке 1, панель A, емкость легких можно дополнительно разделить на следующие объемы легких: дыхательный объем (TV), резервный объем вдоха (IRV), резервный объем выдоха (ERV) и остаточный объем (RV). В этой обзорной статье не будут подробно описаны все определения емкости легких и объемов легких, а будут описаны методы измерения емкости легких и обсуждено клиническое значение ТСХ (см. Изображение).

Сопутствующие испытания

Объем воздуха, который составляет ТСХ, можно рассчитать путем прямого измерения объемов легких на различных фазах дыхательного цикла и путем измерения оставшегося объема воздуха в легких после максимального выдоха.Это соотношение рассчитывается как общая емкость легких, равная сумме функциональной остаточной емкости и емкости вдоха, или как уравнение: TLC = FRC + IC . FRC можно измерить только методами плетизмографии, вымывания газообразным азотом, разбавления газообразным гелием или с помощью компьютерной томографии (КТ). После измерения объема газа FRC и определения RV следующие дополнительные уравнения могут использоваться для расчета TLC; сумма четырех объемов легких: TLC = RV + ERV + IRV + TV или сумма жизненной емкости и остаточного объема: TLC = VC + RV .

Плетизмография

Плетизмография используется для измерения изменений давления в камере с постоянной температурой и объемом. Этот тест требует от пациента выполнения различных дыхательных маневров внутри герметичной камеры при дыхании через спирометр или пневмотахограф. Во время дыхательных упражнений расширение и сжатие грудной клетки вызывает изменения давления в камере, и датчик внутри камеры измеряет эти изменения.[4] Эти изменения давления на различных фазах дыхательного цикла затем анализируются для расчета FRC по сравнению с результатами спирометрии. В основе принципа расчета FRC с помощью плетизмографии лежит закон Бойля, который гласит, что существует обратная зависимость между объемом и давлением газа, когда температура этого газа остается постоянной [5]. Уравнение закона газов Бойля: P1V1 = P2V2 применяется к плетизмографии, поскольку начальное давление в камере, умноженное на начальный объем в камере, равно давлению в конце расширения грудной клетки, умноженному на объем в камере в конце расширение груди.Плетизмография — золотой стандарт и самый точный тест для измерения объема легких. [6] При использовании плетизмографии у пациентов с обструктивным заболеванием легких значение TLC может быть завышено. [5] [6]

Разбавление газообразного гелия

В методе разбавления газообразного гелия используется газообразный гелий, газ, не абсорбируемый альвеолами легких, для измерения объема легких FRC у пациентов. Этот тест начинается с того, что пациент дышит газовой смесью гелия с известным объемом и концентрацией из спирометрической камеры через трубку, прикрепленную ко рту пациента.В течение этого времени концентрация гелия в камере затем выравнивается с концентрацией гелия в легких, и испытание завершается, когда изменение концентрации газа составляет менее 0,02%. [5] [7] FRC рассчитывается, зная, что концентрация газообразного гелия в начале теста будет равна той же концентрации газа в конце теста на основании закона сохранения массы [8]. Уравнение, используемое для решения FRC при разбавлении газообразного гелия, затем утверждает, что FRC газообразного гелия равняется известному объему газа, используемому в испытании, умноженному на разность исходной доли газообразного гелия и конечной доли газообразного гелия в конце тест.Затем этот результат делится на конечную долю газообразного гелия в конце испытания или как описано в этом уравнении: FRC = V1 (FHe1-FHe2) / FHe2 . [5] Методы разбавления газообразного гелия и азота могут измерить более низкие объемы легких или ТСХ у пациентов с обструкцией воздушного потока; это потому, что оба этих теста не могут измерить плохо вентилируемые участки легких. [5] [7]

Промывка газообразным азотом

Метод вымывания азотом также является разновидностью метода разбавления газа, используемого для измерения FRC для расчета TLC путем подачи пациенту 100% кислорода для удаления газообразного азота из легких.Этот тест требует, чтобы пациент дышал через мундштук с двухходовыми клапанами, один клапан, который позволяет пациенту вдыхать 100% кислород, и второй клапан, который позволяет пациенту выдыхать воздух в пневмотахограф, который измеряет концентрацию газообразного азота и объем выдыхаемого воздуха. [4] Испытание начинается с защемления ноздрей пациента с последующим дыханием в течение 1 минуты; затем пациенту доставляют 100% газообразный кислород в конце выдоха. Этот тест длится около 7 минут, так как это расчетное время для завершения вымывания азота из легких или после того, как концентрация газообразного азота упадет до менее 1, тест прекращается.5%. [5] Вымывание азотом работает по следующим двум причинам: 1) Газообразный азот составляет около 78% газов в нашей атмосфере, и очень минимальное количество газообразного азота может диффундировать через альвеолы ​​легких и растворяться в крови 2) Объем азота, вымытого из легких, равняется начальному объему азота в легких. Таким образом, FRC может быть рассчитан путем решения разницы объема вымытого азота и экскреции газообразного азота тканью, разделенной на разницу между начальной и конечной концентрацией газообразного азота, или уравнением: FRC газообразный азот = (вымытый газообразный азот) — ( газообразный азот выделение ткани) / начальный — конечный азот газ концентрация в легких .[5] Тест на вымывание газообразным азотом остается более простым и легким тестом для пациентов, которые могут испытывать трудности при выполнении плетизмографии. Было обнаружено, что пациенты с обструктивным заболеванием легких, которые подвергаются вымыванию газообразным азотом, недооценивают измерения объема легких и ТСХ до [5] [9]

Компьютерная томография (КТ)

Компьютерная томография грудной клетки — это метод, который требует использования радиологических изображений для расчета объемов легких. Этот тест требует, чтобы пациент задерживал дыхание на полном вдохе, лежа на спине в процессе получения компьютерной томографии грудной клетки.[10] После завершения компьютерной томографии грудной клетки TLC вычисляется путем решения общей суммы площади осевого поперечного сечения каждого изображения, умноженной на толщину среза. [4] [5] Было обнаружено, что использование КТ для измерения объемов легких у пациентов с нормальным тестированием легочной функции и рестриктивным заболеванием легких (вызванным дефектами грудной стенки, легочными дефектами или заболеванием плевры) имеет аналогичные значения FRC, RV и TLC по сравнению с объемами легких. измеряется плетизмографией и для методов разбавления гелием и азотом.[10] У пациентов с обструктивным заболеванием легких плетизмография и КТ дают аналогичные измерения объема легких, в то время как методы разбавления газа гелием при обструктивном заболевании легких занижают объемы легких по сравнению с измерениями КТ. [10] Метод компьютерной томографии для измерения объема легких не получил широкого распространения в клинических условиях, поскольку этот метод остается дорогостоящим и подвергает пациентов ненужному облучению. [9]

Спирометрия

Спирометрия — это обычный тест, используемый в клинических условиях для оценки легочной функции и диагностики легочных заболеваний путем измерения объема форсированного выдоха за одну секунду (ОФВ1) и форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ).Использование только спирометрии часто ошибочно воспринимается как тест, используемый для расчета TLC, хотя на самом деле этот тест не может измерить RV, оставшийся объем воздуха в легких после максимального выдоха. Кроме того, чтобы использовать спирометрию для расчета ТСХ, ее следует сочетать с плетизмографией, разбавлением газом, смывом газа или радиографической визуализацией для оценки правого желудочка.

Клиническая значимость

Показания для измерения объема легких

Клиническим показанием к измерению объема / емкости легких обычно является случай, когда у пациента наблюдается аномальное соотношение ОФВ1 / ФЖЕЛ при спирометрии, значимое для обструктивного или рестриктивного заболевания легких.Затем клиницисты заказывают дополнительное тестирование: плетизмографию, исследование разжижающего газа или рентгенографическую визуализацию для подтверждения наличия заболевания.

Влияние рестриктивной и обструктивной болезни легких на емкость легких

Американское торакальное общество / Европейское респираторное общество (ATS / ERS) определяет ограничительный дефект вентиляции как снижение TLC ниже 5-го процентиля от нормального прогнозируемого значения при нормальном соотношении FEV1 / VC. [11] У пациентов с рестриктивным заболеванием легких основная патофизиология, связанная со снижением TLC, является результатом снижения податливости легких и уменьшения расширения грудной стенки.Эти пациенты не могут полностью расширить свои легкие, что приводит к уменьшению объема вдыхаемого воздуха. Из-за потери эластичности легких TLC, FRC и RV снижаются, как показано на рисунке 1, панель C. Некоторые рестриктивные заболевания легких включают: pectus excatum, кифосколиоз, миастению и боковой амиотрофический склероз. ATS / ERS определяет обструктивное заболевание легких как дефект дыхания с неравномерным снижением максимального потока воздуха из легких по сравнению с максимальным объемом газа, который может быть удален из легких с соотношением FEV1 / VC ниже 5-го процентиля прогнозируемого значения. .[11] [2] Основная патофизиология обструктивных заболеваний легких возникает в результате изменений дыхательных путей, паренхимы легких и легочной сосудистой сети, что приводит к гиперинфляции и захвату воздуха в легких и уменьшению количества воздуха, удаляемого из легких во время выдоха. При тестировании объема легких TLC и RV увеличиваются, как показано на рисунке 1, панель C. Некоторые обструктивные заболевания легких включают хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ), хронический бронхит, астму и эмфизему. Нечасто у пациента может быть диагностировано смешанное обструктивно-рестриктивное заболевание легких (MORLD).MORLD демонстрирует снижение TLC при тестировании объема легких и спирометрии, значимое для обструкции дыхательных путей. [2]

Ожирение и объем легких

Известно, что ожирение имеет множество последствий для здоровья человека и коррелирует с причинами сопутствующих заболеваний у людей в Северной Америке. Ожирение также является причиной снижения TLC при тестировании объема легких с характеристиками рестриктивного паттерна легочного заболевания при тестировании функции легких. [9] Связанное с ожирением уменьшение объема легких более распространено среди мужчин по сравнению с женщинами из-за гендерных различий в центральном и периферическом распределении жира соответственно.[12] Предполагается, что предложенный механизм вызван увеличением веса жировой ткани на грудной стенке, что приводит к снижению эластичности и увеличению абдоминальной жировой ткани, вызывает ограничение расширения диафрагмы во время ингаляции, что приводит к снижению TLC, ERV и FRC. [13] [14] Было показано, что потеря веса полностью изменяет уменьшение объема легких у пациентов с патологическим ожирением, и ее следует поощрять. [15]

Объем легких, используемый в качестве предикторов результатов для здоровья

Пациенты с ХОБЛ и соотношением дыхательной способности к общей емкости легких (отношение IC / TLC) менее 25% подвергаются повышенному риску по следующим причинам: необходимость тщательного мониторинга лечения, частая госпитализация и риск как для общей, так и для респираторной смертности.[16] [17] Исследования продолжают показывать положительную корреляцию, связанную с риском соотношения IC / TLC менее 25%, но еще не рекомендованы и не применяются в клинической практике при ведении пациентов с ХОБЛ.

При позднем прогрессировании ХОБЛ у пациентов может развиться гиперинфляция легких — осложнение, которое приводит к одышке при физической нагрузке или в покое. Для пациентов с ХОБЛ отношение остаточного объема к общей емкости легких (отношение RV / TLC) более 40% является предиктором гиперинфляции в покое и независимым фактором риска смерти от всех причин.[18]

Рисунок

A) Стандартные объемы и емкость легких B) Давление в легких при форсированном выдохе C) Типичные изменения объемов легких, наблюдаемые при рестриктивном и обструктивном заболевании легких. Предоставлено Lutfi, 2017; Международная лицензия Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) (подробнее …)

Ссылки

1.

Stocks J, Quanjer PH. Контрольные значения остаточного объема, функциональной остаточной емкости и общей емкости легких.Семинар ATS по измерению объема легких. Официальное заявление Европейского респираторного общества. Eur Respir J. 1995 Mar; 8 (3): 492-506. [PubMed: 7789503]

2.

Lutfi MF. Физиологические основы и клиническое значение измерения объема легких. Многопрофильный Respir Med. 2017; 12: 3. [Бесплатная статья PMC: PMC5299792] [PubMed: 28194273]

3.

Росситер К.Э., Вейл Х. Этнические различия в функции легких: доказательства пропорциональных различий. Int J Epidemiol. 1974 Март; 3 (1): 55-61.[PubMed: 4838716]

4.

Wanger J, Clausen JL, Coates A, Pedersen OF, Brusasco V, Burgos F, Casaburi R, Crapo R, Enright P, van der Grinten CP, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen Р., Джонсон Д., Макинтайр Н., Маккей Р., Миллер М. Р., Навахас Д., Пеллегрино Р., Вьеги Г. Стандартизация измерения объемов легких. Eur Respir J. 2005 Сентябрь; 26 (3): 511-22. [PubMed: 16135736]

5.

Флеш Д.Д., Дайн С.Дж. Объемы легких: измерение, клиническое использование и кодирование. Грудь. 2012 август; 142 (2): 506-510.[PubMed: 22871760]

6.

Коутс А.Л., Песлин Р., Роденштейн Д., Стокс Дж. Измерение объемов легких с помощью плетизмографии. Eur Respir J. 1997 Jun; 10 (6): 1415-27. [PubMed: 9192953]

7.

Brown R, Leith DE, Enright PL. Многократное вдыхание гелиевого разведения объема легких у взрослых. Eur Respir J. 1998, январь; 11 (1): 246-55. [PubMed: 9543301]

8.

Хопкинс Э., Шарма С. StatPearls [Интернет]. StatPearls Publishing; Остров сокровищ (Флорида): 4 января 2021 г.Физиология, функциональная остаточная емкость. [PubMed: 29763183]

9.

Ruppel GL. Какое клиническое значение имеют объемы легких? Respir Care. 2012 Янв; 57 (1): 26-35; обсуждение 35-8. [PubMed: 22222123]

10.

Тантучи К., Боттон Д., Боргези А., Герини М., Квадри Ф., Пини Л. Методы измерения объема легких: есть ли лучший? Дыхание. 2016; 91 (4): 273-80. [PubMed: 26982496]

11.

Pellegrino R, Viegi G, Brusasco V, Crapo RO, Burgos F, Casaburi R, Coates A, van der Grinten CP, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen R, Johnson DC, MacIntyre Н., Маккей Р., Миллер М.Р., Навахас Д., Педерсен О.Ф., Вангер Дж.Стратегии интерпретации для тестов функции легких. Eur Respir J. 2005 ноября; 26 (5): 948-68. [PubMed: 16264058]

12.

Майоло С., Мохамед Э.И., Карбонелли М.Г. Состав тела и дыхательная функция. Acta Diabetol. 2003 октябрь; 40 Приложение 1: S32-8. [PubMed: 14618430]

13.

Sue DY. Ожирение и легочная функция: более или менее? Грудь. 1997 апр; 111 (4): 844-5. [PubMed: 9106556]

14.

Джонс Р.Л., Нзекву М.М. Влияние индекса массы тела на объем легких.Грудь. 2006 сентябрь; 130 (3): 827-33. [PubMed: 16963682]

15.

Thomas PS, Cowen ER, Hulands G, Milledge JS. Дыхательная функция у больных ожирением до и после похудания. Грудная клетка. 1989 Май; 44 (5): 382-6. [Бесплатная статья PMC: PMC461837] [PubMed: 2503905]

16.

Cardoso J, Coelho R, Rocha C., Coelho C., Semedo L, Bugalho Almeida A. Прогнозирование тяжелых обострений и смертности при ХОБЛ: роль обострения анамнез и отношение дыхательной способности к общей емкости легких.Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2018; 13: 1105-1113. [Бесплатная статья PMC: PMC5896658] [PubMed: 29670346]

17.

Заман М., Махмуд С., Алтайех А. Низкое соотношение емкости вдоха к общей емкости легких является фактором риска обострения хронической обструктивной болезни легких. Am J Med Sci. 2010 Май; 339 (5): 411-4. [PubMed: 20375693]

18.

Shin TR, Oh YM, Park JH, Lee KS, Oh S, Kang DR, Sheen S, Seo JB, Yoo KH, Lee JH, Kim TH, Lim SY, Yoon HI, Ри К.К., Чхве К.Х., Ли Дж.С., Ли С.Д.Прогностическое значение остаточного объема / общей емкости легких у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких. J Korean Med Sci. 2015 Октябрь; 30 (10): 1459-65. [Бесплатная статья PMC: PMC4575935] [PubMed: 26425043]

Физиология, емкость легких — StatPearls

Введение

Объем легких или общая емкость легких (TLC) — это объем воздуха в легких при максимальном усилии вдоха. У здоровых взрослых средний объем легких составляет около 6 литров. Возраст, пол, состав тела и этническая принадлежность являются факторами, влияющими на разные диапазоны емкости легких у людей.TLC быстро увеличивается от рождения до подросткового возраста и достигает плато примерно в 25 лет. У мужчин, как правило, выше TLC, чем у женщин, в то время как у людей с высоким ростом, как правило, выше TLC, чем у людей с низким ростом, а у людей с высоким соотношением талии к бедрам, как правило, ниже TLC. [1] [2] Лица африканского происхождения имеют более низкий TLC по сравнению с лицами европейского происхождения. [3] Дополнительные факторы, влияющие на объем легких человека, включают уровень физической активности, деформации грудной клетки и респираторные заболевания.

Клиницисты могут измерять емкость легких с помощью плетизмографии, метода разбавления газообразного гелия, метода вымывания газообразного азота или рентгенографически с помощью относительно новой техники с использованием компьютерной томографии (КТ). Методически TLC рассчитывается путем измерения емкости легких: инспираторной емкости (IC), функциональной остаточной емкости (FRC) и жизненной емкости легких (VC). Как показано на рисунке 1, панель A, емкость легких можно дополнительно разделить на следующие объемы легких: дыхательный объем (TV), резервный объем вдоха (IRV), резервный объем выдоха (ERV) и остаточный объем (RV).В этой обзорной статье не будут подробно описаны все определения емкости легких и объемов легких, а будут описаны методы измерения емкости легких и обсуждено клиническое значение ТСХ (см. Изображение).

Сопутствующие испытания

Объем воздуха, который составляет ТСХ, можно рассчитать путем прямого измерения объемов легких на различных фазах дыхательного цикла и путем измерения оставшегося объема воздуха в легких после максимального выдоха. Это соотношение рассчитывается как общая емкость легких, равная сумме функциональной остаточной емкости и емкости вдоха, или как уравнение: TLC = FRC + IC .FRC можно измерить только методами плетизмографии, вымывания газообразным азотом, разбавления газообразным гелием или с помощью компьютерной томографии (КТ). После измерения объема газа FRC и определения RV следующие дополнительные уравнения могут использоваться для расчета TLC; сумма четырех объемов легких: TLC = RV + ERV + IRV + TV или сумма жизненной емкости и остаточного объема: TLC = VC + RV .

Плетизмография

Плетизмография используется для измерения изменений давления в камере с постоянной температурой и объемом.Этот тест требует от пациента выполнения различных дыхательных маневров внутри герметичной камеры при дыхании через спирометр или пневмотахограф. Во время дыхательных упражнений расширение и сжатие грудной клетки вызывает изменения давления внутри камеры, и датчик внутри камеры измеряет эти изменения. [4] Эти изменения давления на различных фазах дыхательного цикла затем анализируются для расчета FRC по сравнению с результатами спирометрии. В основе принципа расчета FRC с помощью плетизмографии лежит закон Бойля, который гласит, что существует обратная зависимость между объемом и давлением газа, когда температура этого газа остается постоянной.[5] Уравнение закона газов Бойля: P1V1 = P2V2 применяется к плетизмографии, поскольку начальное давление в камере, умноженное на начальный объем в камере, равно давлению в конце расширения грудной клетки, умноженному на объем в камере при конец расширения груди. Плетизмография — золотой стандарт и самый точный тест для измерения объема легких. [6] При использовании плетизмографии у пациентов с обструктивным заболеванием легких значение TLC может быть завышено. [5] [6]

Разбавление газообразного гелия

В методе разбавления газообразного гелия используется газообразный гелий, газ, не абсорбируемый альвеолами легких, для измерения объема легких FRC у пациентов.Этот тест начинается с того, что пациент дышит газовой смесью гелия с известным объемом и концентрацией из спирометрической камеры через трубку, прикрепленную ко рту пациента. В течение этого времени концентрация гелия в камере затем выравнивается с концентрацией гелия в легких, и испытание завершается, когда изменение концентрации газа составляет менее 0,02%. [5] [7] FRC рассчитывается, зная, что концентрация газообразного гелия в начале теста будет равна той же концентрации газа в конце теста на основании закона сохранения массы.[8] Уравнение, используемое для решения FRC при разбавлении газообразного гелия, затем утверждает, что FRC газообразного гелия равняется известному объему газа, использованному в испытании, умноженному на разницу между начальной долей газообразного гелия и конечной долей газообразного гелия при конец теста. Затем этот результат делится на конечную долю газообразного гелия в конце испытания или как описано в этом уравнении: FRC = V1 (FHe1-FHe2) / FHe2 . [5] Методы разбавления газообразного гелия и азота могут измерить более низкие объемы легких или ТСХ у пациентов с обструкцией воздушного потока; это потому, что оба этих теста не могут измерить плохо вентилируемые участки легкого.[5] [7]

Промывка газообразным азотом

Метод вымывания азотом также является разновидностью метода разбавления газа, используемого для измерения FRC для расчета TLC путем подачи пациенту 100% кислорода для удаления газообразного азота из легких. Этот тест требует, чтобы пациент дышал через мундштук с двухходовыми клапанами, один клапан, который позволяет пациенту вдыхать 100% кислород, и второй клапан, который позволяет пациенту выдыхать воздух в пневмотахограф, который измеряет концентрацию газообразного азота и объем выдыхаемого воздуха.[4] Тест начинается с того, что пациенту зажимают ноздри, после чего следует приливный вдох в течение 1 минуты; затем пациенту доставляют 100% газообразный кислород в конце выдоха. Этот тест длится около 7 минут, так как это расчетное время для завершения вымывания азота из легких, или тест прекращается после того, как концентрация газообразного азота упадет до менее 1,5%. [5] Вымывание азотом работает по следующим двум причинам: 1) Газообразный азот составляет около 78% газов в нашей атмосфере, и очень минимальное количество газообразного азота может диффундировать через альвеолы ​​легких и растворяться в крови 2) Объем азота, вымытого из легких, равняется начальному объему азота в легких.Таким образом, FRC может быть рассчитан путем решения разницы объема вымытого азота и экскреции газообразного азота тканью, разделенной на разницу между начальной и конечной концентрацией газообразного азота, или уравнением: FRC газообразный азот = (вымытый газообразный азот) — ( газообразный азот выделение из ткани) / начальный — конечный азот газ концентрация в легких . [5] Тест на вымывание газообразным азотом остается более простым и легким тестом для пациентов, которые могут испытывать трудности при выполнении плетизмографии.Было обнаружено, что пациенты с обструктивным заболеванием легких, которые подвергаются вымыванию газообразным азотом, недооценивают измерения объема легких и ТСХ до [5] [9]

Компьютерная томография (КТ)

Компьютерная томография грудной клетки — это метод, который требует использования радиологических изображений для расчета объемов легких. Этот тест требует, чтобы пациент задерживал дыхание на полном вдохе, лежа на спине в процессе компьютерной томографии грудной клетки. [10] После завершения компьютерной томографии грудной клетки TLC вычисляется путем решения общей суммы площади осевого поперечного сечения каждого изображения, умноженной на толщину среза.[4] [5] Использование КТ для измерения объемов легких у пациентов с нормальным тестированием легочной функции и рестриктивным заболеванием легких (вызванным дефектами грудной стенки, легочными дефектами или заболеванием плевры), как было обнаружено, имеет схожие FRC, RV и TLC. значения по сравнению с объемами легких, измеренными с помощью плетизмографии и для методов разбавления как гелием, так и азотом [10]. У пациентов с обструктивным заболеванием легких плетизмография и КТ дают аналогичные измерения объемов легких, в то время как методы разбавления газа гелием при обструктивном заболевании легких занижают объемы легких по сравнению с измерениями КТ.[10] Метод компьютерной томографии для измерения объема легких не получил широкого распространения в клинических условиях, поскольку этот метод остается дорогостоящим и подвергает пациентов ненужному облучению. [9]

Спирометрия

Спирометрия — это обычный тест, используемый в клинических условиях для оценки легочной функции и диагностики легочных заболеваний путем измерения объема форсированного выдоха за одну секунду (ОФВ1) и форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ). Использование только спирометрии часто ошибочно воспринимается как тест, используемый для расчета TLC, хотя на самом деле этот тест не может измерить RV, оставшийся объем воздуха в легких после максимального выдоха.Кроме того, чтобы использовать спирометрию для расчета ТСХ, ее следует сочетать с плетизмографией, разбавлением газом, смывом газа или радиографической визуализацией для оценки правого желудочка.

Клиническая значимость

Показания для измерения объема легких

Клиническим показанием к измерению объема / емкости легких обычно является случай, когда у пациента наблюдается аномальное соотношение ОФВ1 / ФЖЕЛ при спирометрии, значимое для обструктивного или рестриктивного заболевания легких. Затем клиницисты заказывают дополнительное тестирование: плетизмографию, исследование разжижающего газа или рентгенографическую визуализацию для подтверждения наличия заболевания.

Влияние рестриктивной и обструктивной болезни легких на емкость легких

Американское торакальное общество / Европейское респираторное общество (ATS / ERS) определяет ограничительный дефект вентиляции как снижение TLC ниже 5-го процентиля от нормального прогнозируемого значения при нормальном соотношении FEV1 / VC. [11] У пациентов с рестриктивным заболеванием легких основная патофизиология, связанная со снижением TLC, является результатом снижения податливости легких и уменьшения расширения грудной стенки.Эти пациенты не могут полностью расширить свои легкие, что приводит к уменьшению объема вдыхаемого воздуха. Из-за потери эластичности легких TLC, FRC и RV снижаются, как показано на рисунке 1, панель C. Некоторые рестриктивные заболевания легких включают: pectus excatum, кифосколиоз, миастению и боковой амиотрофический склероз. ATS / ERS определяет обструктивное заболевание легких как дефект дыхания с неравномерным снижением максимального потока воздуха из легких по сравнению с максимальным объемом газа, который может быть удален из легких с соотношением FEV1 / VC ниже 5-го процентиля прогнозируемого значения. .[11] [2] Основная патофизиология обструктивных заболеваний легких возникает в результате изменений дыхательных путей, паренхимы легких и легочной сосудистой сети, что приводит к гиперинфляции и захвату воздуха в легких и уменьшению количества воздуха, удаляемого из легких во время выдоха. При тестировании объема легких TLC и RV увеличиваются, как показано на рисунке 1, панель C. Некоторые обструктивные заболевания легких включают хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ), хронический бронхит, астму и эмфизему. Нечасто у пациента может быть диагностировано смешанное обструктивно-рестриктивное заболевание легких (MORLD).MORLD демонстрирует снижение TLC при тестировании объема легких и спирометрии, значимое для обструкции дыхательных путей. [2]

Ожирение и объем легких

Известно, что ожирение имеет множество последствий для здоровья человека и коррелирует с причинами сопутствующих заболеваний у людей в Северной Америке. Ожирение также является причиной снижения TLC при тестировании объема легких с характеристиками рестриктивного паттерна легочного заболевания при тестировании функции легких. [9] Связанное с ожирением уменьшение объема легких более распространено среди мужчин по сравнению с женщинами из-за гендерных различий в центральном и периферическом распределении жира соответственно.[12] Предполагается, что предложенный механизм вызван увеличением веса жировой ткани на грудной стенке, что приводит к снижению эластичности и увеличению абдоминальной жировой ткани, вызывает ограничение расширения диафрагмы во время ингаляции, что приводит к снижению TLC, ERV и FRC. [13] [14] Было показано, что потеря веса полностью изменяет уменьшение объема легких у пациентов с патологическим ожирением, и ее следует поощрять. [15]

Объем легких, используемый в качестве предикторов результатов для здоровья

Пациенты с ХОБЛ и соотношением дыхательной способности к общей емкости легких (отношение IC / TLC) менее 25% подвергаются повышенному риску по следующим причинам: необходимость тщательного мониторинга лечения, частая госпитализация и риск как для общей, так и для респираторной смертности.[16] [17] Исследования продолжают показывать положительную корреляцию, связанную с риском соотношения IC / TLC менее 25%, но еще не рекомендованы и не применяются в клинической практике при ведении пациентов с ХОБЛ.

При позднем прогрессировании ХОБЛ у пациентов может развиться гиперинфляция легких — осложнение, которое приводит к одышке при физической нагрузке или в покое. Для пациентов с ХОБЛ отношение остаточного объема к общей емкости легких (отношение RV / TLC) более 40% является предиктором гиперинфляции в покое и независимым фактором риска смерти от всех причин.[18]

Рисунок

A) Стандартные объемы и емкость легких B) Давление в легких при форсированном выдохе C) Типичные изменения объемов легких, наблюдаемые при рестриктивном и обструктивном заболевании легких. Предоставлено Lutfi, 2017; Международная лицензия Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) (подробнее …)

Ссылки

1.

Stocks J, Quanjer PH. Контрольные значения остаточного объема, функциональной остаточной емкости и общей емкости легких.Семинар ATS по измерению объема легких. Официальное заявление Европейского респираторного общества. Eur Respir J. 1995 Mar; 8 (3): 492-506. [PubMed: 7789503]

2.

Lutfi MF. Физиологические основы и клиническое значение измерения объема легких. Многопрофильный Respir Med. 2017; 12: 3. [Бесплатная статья PMC: PMC5299792] [PubMed: 28194273]

3.

Росситер К.Э., Вейл Х. Этнические различия в функции легких: доказательства пропорциональных различий. Int J Epidemiol. 1974 Март; 3 (1): 55-61.[PubMed: 4838716]

4.

Wanger J, Clausen JL, Coates A, Pedersen OF, Brusasco V, Burgos F, Casaburi R, Crapo R, Enright P, van der Grinten CP, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen Р., Джонсон Д., Макинтайр Н., Маккей Р., Миллер М. Р., Навахас Д., Пеллегрино Р., Вьеги Г. Стандартизация измерения объемов легких. Eur Respir J. 2005 Сентябрь; 26 (3): 511-22. [PubMed: 16135736]

5.

Флеш Д.Д., Дайн С.Дж. Объемы легких: измерение, клиническое использование и кодирование. Грудь. 2012 август; 142 (2): 506-510.[PubMed: 22871760]

6.

Коутс А.Л., Песлин Р., Роденштейн Д., Стокс Дж. Измерение объемов легких с помощью плетизмографии. Eur Respir J. 1997 Jun; 10 (6): 1415-27. [PubMed: 9192953]

7.

Brown R, Leith DE, Enright PL. Многократное вдыхание гелиевого разведения объема легких у взрослых. Eur Respir J. 1998, январь; 11 (1): 246-55. [PubMed: 9543301]

8.

Хопкинс Э., Шарма С. StatPearls [Интернет]. StatPearls Publishing; Остров сокровищ (Флорида): 4 января 2021 г.Физиология, функциональная остаточная емкость. [PubMed: 29763183]

9.

Ruppel GL. Какое клиническое значение имеют объемы легких? Respir Care. 2012 Янв; 57 (1): 26-35; обсуждение 35-8. [PubMed: 22222123]

10.

Тантучи К., Боттон Д., Боргези А., Герини М., Квадри Ф., Пини Л. Методы измерения объема легких: есть ли лучший? Дыхание. 2016; 91 (4): 273-80. [PubMed: 26982496]

11.

Pellegrino R, Viegi G, Brusasco V, Crapo RO, Burgos F, Casaburi R, Coates A, van der Grinten CP, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen R, Johnson DC, MacIntyre Н., Маккей Р., Миллер М.Р., Навахас Д., Педерсен О.Ф., Вангер Дж.Стратегии интерпретации для тестов функции легких. Eur Respir J. 2005 ноября; 26 (5): 948-68. [PubMed: 16264058]

12.

Майоло С., Мохамед Э.И., Карбонелли М.Г. Состав тела и дыхательная функция. Acta Diabetol. 2003 октябрь; 40 Приложение 1: S32-8. [PubMed: 14618430]

13.

Sue DY. Ожирение и легочная функция: более или менее? Грудь. 1997 апр; 111 (4): 844-5. [PubMed: 9106556]

14.

Джонс Р.Л., Нзекву М.М. Влияние индекса массы тела на объем легких.Грудь. 2006 сентябрь; 130 (3): 827-33. [PubMed: 16963682]

15.

Thomas PS, Cowen ER, Hulands G, Milledge JS. Дыхательная функция у больных ожирением до и после похудания. Грудная клетка. 1989 Май; 44 (5): 382-6. [Бесплатная статья PMC: PMC461837] [PubMed: 2503905]

16.

Cardoso J, Coelho R, Rocha C., Coelho C., Semedo L, Bugalho Almeida A. Прогнозирование тяжелых обострений и смертности при ХОБЛ: роль обострения анамнез и отношение дыхательной способности к общей емкости легких.Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2018; 13: 1105-1113. [Бесплатная статья PMC: PMC5896658] [PubMed: 29670346]

17.

Заман М., Махмуд С., Алтайех А. Низкое соотношение емкости вдоха к общей емкости легких является фактором риска обострения хронической обструктивной болезни легких. Am J Med Sci. 2010 Май; 339 (5): 411-4. [PubMed: 20375693]

18.

Shin TR, Oh YM, Park JH, Lee KS, Oh S, Kang DR, Sheen S, Seo JB, Yoo KH, Lee JH, Kim TH, Lim SY, Yoon HI, Ри К.К., Чхве К.Х., Ли Дж.С., Ли С.Д.Прогностическое значение остаточного объема / общей емкости легких у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких. J Korean Med Sci. 2015 Октябрь; 30 (10): 1459-65. [Бесплатная статья PMC: PMC4575935] [PubMed: 26425043]

Физиология, емкость легких — StatPearls

Введение

Объем легких или общая емкость легких (TLC) — это объем воздуха в легких при максимальном усилии вдоха. У здоровых взрослых средний объем легких составляет около 6 литров. Возраст, пол, состав тела и этническая принадлежность являются факторами, влияющими на разные диапазоны емкости легких у людей.TLC быстро увеличивается от рождения до подросткового возраста и достигает плато примерно в 25 лет. У мужчин, как правило, выше TLC, чем у женщин, в то время как у людей с высоким ростом, как правило, выше TLC, чем у людей с низким ростом, а у людей с высоким соотношением талии к бедрам, как правило, ниже TLC. [1] [2] Лица африканского происхождения имеют более низкий TLC по сравнению с лицами европейского происхождения. [3] Дополнительные факторы, влияющие на объем легких человека, включают уровень физической активности, деформации грудной клетки и респираторные заболевания.

Клиницисты могут измерять емкость легких с помощью плетизмографии, метода разбавления газообразного гелия, метода вымывания газообразного азота или рентгенографически с помощью относительно новой техники с использованием компьютерной томографии (КТ). Методически TLC рассчитывается путем измерения емкости легких: инспираторной емкости (IC), функциональной остаточной емкости (FRC) и жизненной емкости легких (VC). Как показано на рисунке 1, панель A, емкость легких можно дополнительно разделить на следующие объемы легких: дыхательный объем (TV), резервный объем вдоха (IRV), резервный объем выдоха (ERV) и остаточный объем (RV).В этой обзорной статье не будут подробно описаны все определения емкости легких и объемов легких, а будут описаны методы измерения емкости легких и обсуждено клиническое значение ТСХ (см. Изображение).

Сопутствующие испытания

Объем воздуха, который составляет ТСХ, можно рассчитать путем прямого измерения объемов легких на различных фазах дыхательного цикла и путем измерения оставшегося объема воздуха в легких после максимального выдоха. Это соотношение рассчитывается как общая емкость легких, равная сумме функциональной остаточной емкости и емкости вдоха, или как уравнение: TLC = FRC + IC .FRC можно измерить только методами плетизмографии, вымывания газообразным азотом, разбавления газообразным гелием или с помощью компьютерной томографии (КТ). После измерения объема газа FRC и определения RV следующие дополнительные уравнения могут использоваться для расчета TLC; сумма четырех объемов легких: TLC = RV + ERV + IRV + TV или сумма жизненной емкости и остаточного объема: TLC = VC + RV .

Плетизмография

Плетизмография используется для измерения изменений давления в камере с постоянной температурой и объемом.Этот тест требует от пациента выполнения различных дыхательных маневров внутри герметичной камеры при дыхании через спирометр или пневмотахограф. Во время дыхательных упражнений расширение и сжатие грудной клетки вызывает изменения давления внутри камеры, и датчик внутри камеры измеряет эти изменения. [4] Эти изменения давления на различных фазах дыхательного цикла затем анализируются для расчета FRC по сравнению с результатами спирометрии. В основе принципа расчета FRC с помощью плетизмографии лежит закон Бойля, который гласит, что существует обратная зависимость между объемом и давлением газа, когда температура этого газа остается постоянной.[5] Уравнение закона газов Бойля: P1V1 = P2V2 применяется к плетизмографии, поскольку начальное давление в камере, умноженное на начальный объем в камере, равно давлению в конце расширения грудной клетки, умноженному на объем в камере при конец расширения груди. Плетизмография — золотой стандарт и самый точный тест для измерения объема легких. [6] При использовании плетизмографии у пациентов с обструктивным заболеванием легких значение TLC может быть завышено. [5] [6]

Разбавление газообразного гелия

В методе разбавления газообразного гелия используется газообразный гелий, газ, не абсорбируемый альвеолами легких, для измерения объема легких FRC у пациентов.Этот тест начинается с того, что пациент дышит газовой смесью гелия с известным объемом и концентрацией из спирометрической камеры через трубку, прикрепленную ко рту пациента. В течение этого времени концентрация гелия в камере затем выравнивается с концентрацией гелия в легких, и испытание завершается, когда изменение концентрации газа составляет менее 0,02%. [5] [7] FRC рассчитывается, зная, что концентрация газообразного гелия в начале теста будет равна той же концентрации газа в конце теста на основании закона сохранения массы.[8] Уравнение, используемое для решения FRC при разбавлении газообразного гелия, затем утверждает, что FRC газообразного гелия равняется известному объему газа, использованному в испытании, умноженному на разницу между начальной долей газообразного гелия и конечной долей газообразного гелия при конец теста. Затем этот результат делится на конечную долю газообразного гелия в конце испытания или как описано в этом уравнении: FRC = V1 (FHe1-FHe2) / FHe2 . [5] Методы разбавления газообразного гелия и азота могут измерить более низкие объемы легких или ТСХ у пациентов с обструкцией воздушного потока; это потому, что оба этих теста не могут измерить плохо вентилируемые участки легкого.[5] [7]

Промывка газообразным азотом

Метод вымывания азотом также является разновидностью метода разбавления газа, используемого для измерения FRC для расчета TLC путем подачи пациенту 100% кислорода для удаления газообразного азота из легких. Этот тест требует, чтобы пациент дышал через мундштук с двухходовыми клапанами, один клапан, который позволяет пациенту вдыхать 100% кислород, и второй клапан, который позволяет пациенту выдыхать воздух в пневмотахограф, который измеряет концентрацию газообразного азота и объем выдыхаемого воздуха.[4] Тест начинается с того, что пациенту зажимают ноздри, после чего следует приливный вдох в течение 1 минуты; затем пациенту доставляют 100% газообразный кислород в конце выдоха. Этот тест длится около 7 минут, так как это расчетное время для завершения вымывания азота из легких, или тест прекращается после того, как концентрация газообразного азота упадет до менее 1,5%. [5] Вымывание азотом работает по следующим двум причинам: 1) Газообразный азот составляет около 78% газов в нашей атмосфере, и очень минимальное количество газообразного азота может диффундировать через альвеолы ​​легких и растворяться в крови 2) Объем азота, вымытого из легких, равняется начальному объему азота в легких.Таким образом, FRC может быть рассчитан путем решения разницы объема вымытого азота и экскреции газообразного азота тканью, разделенной на разницу между начальной и конечной концентрацией газообразного азота, или уравнением: FRC газообразный азот = (вымытый газообразный азот) — ( газообразный азот выделение из ткани) / начальный — конечный азот газ концентрация в легких . [5] Тест на вымывание газообразным азотом остается более простым и легким тестом для пациентов, которые могут испытывать трудности при выполнении плетизмографии.Было обнаружено, что пациенты с обструктивным заболеванием легких, которые подвергаются вымыванию газообразным азотом, недооценивают измерения объема легких и ТСХ до [5] [9]

Компьютерная томография (КТ)

Компьютерная томография грудной клетки — это метод, который требует использования радиологических изображений для расчета объемов легких. Этот тест требует, чтобы пациент задерживал дыхание на полном вдохе, лежа на спине в процессе компьютерной томографии грудной клетки. [10] После завершения компьютерной томографии грудной клетки TLC вычисляется путем решения общей суммы площади осевого поперечного сечения каждого изображения, умноженной на толщину среза.[4] [5] Использование КТ для измерения объемов легких у пациентов с нормальным тестированием легочной функции и рестриктивным заболеванием легких (вызванным дефектами грудной стенки, легочными дефектами или заболеванием плевры), как было обнаружено, имеет схожие FRC, RV и TLC. значения по сравнению с объемами легких, измеренными с помощью плетизмографии и для методов разбавления как гелием, так и азотом [10]. У пациентов с обструктивным заболеванием легких плетизмография и КТ дают аналогичные измерения объемов легких, в то время как методы разбавления газа гелием при обструктивном заболевании легких занижают объемы легких по сравнению с измерениями КТ.[10] Метод компьютерной томографии для измерения объема легких не получил широкого распространения в клинических условиях, поскольку этот метод остается дорогостоящим и подвергает пациентов ненужному облучению. [9]

Спирометрия

Спирометрия — это обычный тест, используемый в клинических условиях для оценки легочной функции и диагностики легочных заболеваний путем измерения объема форсированного выдоха за одну секунду (ОФВ1) и форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ). Использование только спирометрии часто ошибочно воспринимается как тест, используемый для расчета TLC, хотя на самом деле этот тест не может измерить RV, оставшийся объем воздуха в легких после максимального выдоха.Кроме того, чтобы использовать спирометрию для расчета ТСХ, ее следует сочетать с плетизмографией, разбавлением газом, смывом газа или радиографической визуализацией для оценки правого желудочка.

Клиническая значимость

Показания для измерения объема легких

Клиническим показанием к измерению объема / емкости легких обычно является случай, когда у пациента наблюдается аномальное соотношение ОФВ1 / ФЖЕЛ при спирометрии, значимое для обструктивного или рестриктивного заболевания легких. Затем клиницисты заказывают дополнительное тестирование: плетизмографию, исследование разжижающего газа или рентгенографическую визуализацию для подтверждения наличия заболевания.

Влияние рестриктивной и обструктивной болезни легких на емкость легких

Американское торакальное общество / Европейское респираторное общество (ATS / ERS) определяет ограничительный дефект вентиляции как снижение TLC ниже 5-го процентиля от нормального прогнозируемого значения при нормальном соотношении FEV1 / VC. [11] У пациентов с рестриктивным заболеванием легких основная патофизиология, связанная со снижением TLC, является результатом снижения податливости легких и уменьшения расширения грудной стенки.Эти пациенты не могут полностью расширить свои легкие, что приводит к уменьшению объема вдыхаемого воздуха. Из-за потери эластичности легких TLC, FRC и RV снижаются, как показано на рисунке 1, панель C. Некоторые рестриктивные заболевания легких включают: pectus excatum, кифосколиоз, миастению и боковой амиотрофический склероз. ATS / ERS определяет обструктивное заболевание легких как дефект дыхания с неравномерным снижением максимального потока воздуха из легких по сравнению с максимальным объемом газа, который может быть удален из легких с соотношением FEV1 / VC ниже 5-го процентиля прогнозируемого значения. .[11] [2] Основная патофизиология обструктивных заболеваний легких возникает в результате изменений дыхательных путей, паренхимы легких и легочной сосудистой сети, что приводит к гиперинфляции и захвату воздуха в легких и уменьшению количества воздуха, удаляемого из легких во время выдоха. При тестировании объема легких TLC и RV увеличиваются, как показано на рисунке 1, панель C. Некоторые обструктивные заболевания легких включают хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ), хронический бронхит, астму и эмфизему. Нечасто у пациента может быть диагностировано смешанное обструктивно-рестриктивное заболевание легких (MORLD).MORLD демонстрирует снижение TLC при тестировании объема легких и спирометрии, значимое для обструкции дыхательных путей. [2]

Ожирение и объем легких

Известно, что ожирение имеет множество последствий для здоровья человека и коррелирует с причинами сопутствующих заболеваний у людей в Северной Америке. Ожирение также является причиной снижения TLC при тестировании объема легких с характеристиками рестриктивного паттерна легочного заболевания при тестировании функции легких. [9] Связанное с ожирением уменьшение объема легких более распространено среди мужчин по сравнению с женщинами из-за гендерных различий в центральном и периферическом распределении жира соответственно.[12] Предполагается, что предложенный механизм вызван увеличением веса жировой ткани на грудной стенке, что приводит к снижению эластичности и увеличению абдоминальной жировой ткани, вызывает ограничение расширения диафрагмы во время ингаляции, что приводит к снижению TLC, ERV и FRC. [13] [14] Было показано, что потеря веса полностью изменяет уменьшение объема легких у пациентов с патологическим ожирением, и ее следует поощрять. [15]

Объем легких, используемый в качестве предикторов результатов для здоровья

Пациенты с ХОБЛ и соотношением дыхательной способности к общей емкости легких (отношение IC / TLC) менее 25% подвергаются повышенному риску по следующим причинам: необходимость тщательного мониторинга лечения, частая госпитализация и риск как для общей, так и для респираторной смертности.[16] [17] Исследования продолжают показывать положительную корреляцию, связанную с риском соотношения IC / TLC менее 25%, но еще не рекомендованы и не применяются в клинической практике при ведении пациентов с ХОБЛ.

При позднем прогрессировании ХОБЛ у пациентов может развиться гиперинфляция легких — осложнение, которое приводит к одышке при физической нагрузке или в покое. Для пациентов с ХОБЛ отношение остаточного объема к общей емкости легких (отношение RV / TLC) более 40% является предиктором гиперинфляции в покое и независимым фактором риска смерти от всех причин.[18]

Рисунок

A) Стандартные объемы и емкость легких B) Давление в легких при форсированном выдохе C) Типичные изменения объемов легких, наблюдаемые при рестриктивном и обструктивном заболевании легких. Предоставлено Lutfi, 2017; Международная лицензия Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) (подробнее …)

Ссылки

1.

Stocks J, Quanjer PH. Контрольные значения остаточного объема, функциональной остаточной емкости и общей емкости легких.Семинар ATS по измерению объема легких. Официальное заявление Европейского респираторного общества. Eur Respir J. 1995 Mar; 8 (3): 492-506. [PubMed: 7789503]

2.

Lutfi MF. Физиологические основы и клиническое значение измерения объема легких. Многопрофильный Respir Med. 2017; 12: 3. [Бесплатная статья PMC: PMC5299792] [PubMed: 28194273]

3.

Росситер К.Э., Вейл Х. Этнические различия в функции легких: доказательства пропорциональных различий. Int J Epidemiol. 1974 Март; 3 (1): 55-61.[PubMed: 4838716]

4.

Wanger J, Clausen JL, Coates A, Pedersen OF, Brusasco V, Burgos F, Casaburi R, Crapo R, Enright P, van der Grinten CP, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen Р., Джонсон Д., Макинтайр Н., Маккей Р., Миллер М. Р., Навахас Д., Пеллегрино Р., Вьеги Г. Стандартизация измерения объемов легких. Eur Respir J. 2005 Сентябрь; 26 (3): 511-22. [PubMed: 16135736]

5.

Флеш Д.Д., Дайн С.Дж. Объемы легких: измерение, клиническое использование и кодирование. Грудь. 2012 август; 142 (2): 506-510.[PubMed: 22871760]

6.

Коутс А.Л., Песлин Р., Роденштейн Д., Стокс Дж. Измерение объемов легких с помощью плетизмографии. Eur Respir J. 1997 Jun; 10 (6): 1415-27. [PubMed: 9192953]

7.

Brown R, Leith DE, Enright PL. Многократное вдыхание гелиевого разведения объема легких у взрослых. Eur Respir J. 1998, январь; 11 (1): 246-55. [PubMed: 9543301]

8.

Хопкинс Э., Шарма С. StatPearls [Интернет]. StatPearls Publishing; Остров сокровищ (Флорида): 4 января 2021 г.Физиология, функциональная остаточная емкость. [PubMed: 29763183]

9.

Ruppel GL. Какое клиническое значение имеют объемы легких? Respir Care. 2012 Янв; 57 (1): 26-35; обсуждение 35-8. [PubMed: 22222123]

10.

Тантучи К., Боттон Д., Боргези А., Герини М., Квадри Ф., Пини Л. Методы измерения объема легких: есть ли лучший? Дыхание. 2016; 91 (4): 273-80. [PubMed: 26982496]

11.

Pellegrino R, Viegi G, Brusasco V, Crapo RO, Burgos F, Casaburi R, Coates A, van der Grinten CP, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen R, Johnson DC, MacIntyre Н., Маккей Р., Миллер М.Р., Навахас Д., Педерсен О.Ф., Вангер Дж.Стратегии интерпретации для тестов функции легких. Eur Respir J. 2005 ноября; 26 (5): 948-68. [PubMed: 16264058]

12.

Майоло С., Мохамед Э.И., Карбонелли М.Г. Состав тела и дыхательная функция. Acta Diabetol. 2003 октябрь; 40 Приложение 1: S32-8. [PubMed: 14618430]

13.

Sue DY. Ожирение и легочная функция: более или менее? Грудь. 1997 апр; 111 (4): 844-5. [PubMed: 9106556]

14.

Джонс Р.Л., Нзекву М.М. Влияние индекса массы тела на объем легких.Грудь. 2006 сентябрь; 130 (3): 827-33. [PubMed: 16963682]

15.

Thomas PS, Cowen ER, Hulands G, Milledge JS. Дыхательная функция у больных ожирением до и после похудания. Грудная клетка. 1989 Май; 44 (5): 382-6. [Бесплатная статья PMC: PMC461837] [PubMed: 2503905]

16.

Cardoso J, Coelho R, Rocha C., Coelho C., Semedo L, Bugalho Almeida A. Прогнозирование тяжелых обострений и смертности при ХОБЛ: роль обострения анамнез и отношение дыхательной способности к общей емкости легких.Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2018; 13: 1105-1113. [Бесплатная статья PMC: PMC5896658] [PubMed: 29670346]

17.

Заман М., Махмуд С., Алтайех А. Низкое соотношение емкости вдоха к общей емкости легких является фактором риска обострения хронической обструктивной болезни легких. Am J Med Sci. 2010 Май; 339 (5): 411-4. [PubMed: 20375693]

18.

Shin TR, Oh YM, Park JH, Lee KS, Oh S, Kang DR, Sheen S, Seo JB, Yoo KH, Lee JH, Kim TH, Lim SY, Yoon HI, Ри К.К., Чхве К.Х., Ли Дж.С., Ли С.Д.Прогностическое значение остаточного объема / общей емкости легких у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких. J Korean Med Sci. 2015 Октябрь; 30 (10): 1459-65. [Бесплатная статья PMC: PMC4575935] [PubMed: 26425043]

Физиология, емкость легких — StatPearls

Введение

Объем легких или общая емкость легких (TLC) — это объем воздуха в легких при максимальном усилии вдоха. У здоровых взрослых средний объем легких составляет около 6 литров. Возраст, пол, состав тела и этническая принадлежность являются факторами, влияющими на разные диапазоны емкости легких у людей.TLC быстро увеличивается от рождения до подросткового возраста и достигает плато примерно в 25 лет. У мужчин, как правило, выше TLC, чем у женщин, в то время как у людей с высоким ростом, как правило, выше TLC, чем у людей с низким ростом, а у людей с высоким соотношением талии к бедрам, как правило, ниже TLC. [1] [2] Лица африканского происхождения имеют более низкий TLC по сравнению с лицами европейского происхождения. [3] Дополнительные факторы, влияющие на объем легких человека, включают уровень физической активности, деформации грудной клетки и респираторные заболевания.

Клиницисты могут измерять емкость легких с помощью плетизмографии, метода разбавления газообразного гелия, метода вымывания газообразного азота или рентгенографически с помощью относительно новой техники с использованием компьютерной томографии (КТ). Методически TLC рассчитывается путем измерения емкости легких: инспираторной емкости (IC), функциональной остаточной емкости (FRC) и жизненной емкости легких (VC). Как показано на рисунке 1, панель A, емкость легких можно дополнительно разделить на следующие объемы легких: дыхательный объем (TV), резервный объем вдоха (IRV), резервный объем выдоха (ERV) и остаточный объем (RV).В этой обзорной статье не будут подробно описаны все определения емкости легких и объемов легких, а будут описаны методы измерения емкости легких и обсуждено клиническое значение ТСХ (см. Изображение).

Сопутствующие испытания

Объем воздуха, который составляет ТСХ, можно рассчитать путем прямого измерения объемов легких на различных фазах дыхательного цикла и путем измерения оставшегося объема воздуха в легких после максимального выдоха. Это соотношение рассчитывается как общая емкость легких, равная сумме функциональной остаточной емкости и емкости вдоха, или как уравнение: TLC = FRC + IC .FRC можно измерить только методами плетизмографии, вымывания газообразным азотом, разбавления газообразным гелием или с помощью компьютерной томографии (КТ). После измерения объема газа FRC и определения RV следующие дополнительные уравнения могут использоваться для расчета TLC; сумма четырех объемов легких: TLC = RV + ERV + IRV + TV или сумма жизненной емкости и остаточного объема: TLC = VC + RV .

Плетизмография

Плетизмография используется для измерения изменений давления в камере с постоянной температурой и объемом.Этот тест требует от пациента выполнения различных дыхательных маневров внутри герметичной камеры при дыхании через спирометр или пневмотахограф. Во время дыхательных упражнений расширение и сжатие грудной клетки вызывает изменения давления внутри камеры, и датчик внутри камеры измеряет эти изменения. [4] Эти изменения давления на различных фазах дыхательного цикла затем анализируются для расчета FRC по сравнению с результатами спирометрии. В основе принципа расчета FRC с помощью плетизмографии лежит закон Бойля, который гласит, что существует обратная зависимость между объемом и давлением газа, когда температура этого газа остается постоянной.[5] Уравнение закона газов Бойля: P1V1 = P2V2 применяется к плетизмографии, поскольку начальное давление в камере, умноженное на начальный объем в камере, равно давлению в конце расширения грудной клетки, умноженному на объем в камере при конец расширения груди. Плетизмография — золотой стандарт и самый точный тест для измерения объема легких. [6] При использовании плетизмографии у пациентов с обструктивным заболеванием легких значение TLC может быть завышено. [5] [6]

Разбавление газообразного гелия

В методе разбавления газообразного гелия используется газообразный гелий, газ, не абсорбируемый альвеолами легких, для измерения объема легких FRC у пациентов.Этот тест начинается с того, что пациент дышит газовой смесью гелия с известным объемом и концентрацией из спирометрической камеры через трубку, прикрепленную ко рту пациента. В течение этого времени концентрация гелия в камере затем выравнивается с концентрацией гелия в легких, и испытание завершается, когда изменение концентрации газа составляет менее 0,02%. [5] [7] FRC рассчитывается, зная, что концентрация газообразного гелия в начале теста будет равна той же концентрации газа в конце теста на основании закона сохранения массы.[8] Уравнение, используемое для решения FRC при разбавлении газообразного гелия, затем утверждает, что FRC газообразного гелия равняется известному объему газа, использованному в испытании, умноженному на разницу между начальной долей газообразного гелия и конечной долей газообразного гелия при конец теста. Затем этот результат делится на конечную долю газообразного гелия в конце испытания или как описано в этом уравнении: FRC = V1 (FHe1-FHe2) / FHe2 . [5] Методы разбавления газообразного гелия и азота могут измерить более низкие объемы легких или ТСХ у пациентов с обструкцией воздушного потока; это потому, что оба этих теста не могут измерить плохо вентилируемые участки легкого.[5] [7]

Промывка газообразным азотом

Метод вымывания азотом также является разновидностью метода разбавления газа, используемого для измерения FRC для расчета TLC путем подачи пациенту 100% кислорода для удаления газообразного азота из легких. Этот тест требует, чтобы пациент дышал через мундштук с двухходовыми клапанами, один клапан, который позволяет пациенту вдыхать 100% кислород, и второй клапан, который позволяет пациенту выдыхать воздух в пневмотахограф, который измеряет концентрацию газообразного азота и объем выдыхаемого воздуха.[4] Тест начинается с того, что пациенту зажимают ноздри, после чего следует приливный вдох в течение 1 минуты; затем пациенту доставляют 100% газообразный кислород в конце выдоха. Этот тест длится около 7 минут, так как это расчетное время для завершения вымывания азота из легких, или тест прекращается после того, как концентрация газообразного азота упадет до менее 1,5%. [5] Вымывание азотом работает по следующим двум причинам: 1) Газообразный азот составляет около 78% газов в нашей атмосфере, и очень минимальное количество газообразного азота может диффундировать через альвеолы ​​легких и растворяться в крови 2) Объем азота, вымытого из легких, равняется начальному объему азота в легких.Таким образом, FRC может быть рассчитан путем решения разницы объема вымытого азота и экскреции газообразного азота тканью, разделенной на разницу между начальной и конечной концентрацией газообразного азота, или уравнением: FRC газообразный азот = (вымытый газообразный азот) — ( газообразный азот выделение из ткани) / начальный — конечный азот газ концентрация в легких . [5] Тест на вымывание газообразным азотом остается более простым и легким тестом для пациентов, которые могут испытывать трудности при выполнении плетизмографии.Было обнаружено, что пациенты с обструктивным заболеванием легких, которые подвергаются вымыванию газообразным азотом, недооценивают измерения объема легких и ТСХ до [5] [9]

Компьютерная томография (КТ)

Компьютерная томография грудной клетки — это метод, который требует использования радиологических изображений для расчета объемов легких. Этот тест требует, чтобы пациент задерживал дыхание на полном вдохе, лежа на спине в процессе компьютерной томографии грудной клетки. [10] После завершения компьютерной томографии грудной клетки TLC вычисляется путем решения общей суммы площади осевого поперечного сечения каждого изображения, умноженной на толщину среза.[4] [5] Использование КТ для измерения объемов легких у пациентов с нормальным тестированием легочной функции и рестриктивным заболеванием легких (вызванным дефектами грудной стенки, легочными дефектами или заболеванием плевры), как было обнаружено, имеет схожие FRC, RV и TLC. значения по сравнению с объемами легких, измеренными с помощью плетизмографии и для методов разбавления как гелием, так и азотом [10]. У пациентов с обструктивным заболеванием легких плетизмография и КТ дают аналогичные измерения объемов легких, в то время как методы разбавления газа гелием при обструктивном заболевании легких занижают объемы легких по сравнению с измерениями КТ.[10] Метод компьютерной томографии для измерения объема легких не получил широкого распространения в клинических условиях, поскольку этот метод остается дорогостоящим и подвергает пациентов ненужному облучению. [9]

Спирометрия

Спирометрия — это обычный тест, используемый в клинических условиях для оценки легочной функции и диагностики легочных заболеваний путем измерения объема форсированного выдоха за одну секунду (ОФВ1) и форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ). Использование только спирометрии часто ошибочно воспринимается как тест, используемый для расчета TLC, хотя на самом деле этот тест не может измерить RV, оставшийся объем воздуха в легких после максимального выдоха.Кроме того, чтобы использовать спирометрию для расчета ТСХ, ее следует сочетать с плетизмографией, разбавлением газом, смывом газа или радиографической визуализацией для оценки правого желудочка.

Клиническая значимость

Показания для измерения объема легких

Клиническим показанием к измерению объема / емкости легких обычно является случай, когда у пациента наблюдается аномальное соотношение ОФВ1 / ФЖЕЛ при спирометрии, значимое для обструктивного или рестриктивного заболевания легких. Затем клиницисты заказывают дополнительное тестирование: плетизмографию, исследование разжижающего газа или рентгенографическую визуализацию для подтверждения наличия заболевания.

Влияние рестриктивной и обструктивной болезни легких на емкость легких

Американское торакальное общество / Европейское респираторное общество (ATS / ERS) определяет ограничительный дефект вентиляции как снижение TLC ниже 5-го процентиля от нормального прогнозируемого значения при нормальном соотношении FEV1 / VC. [11] У пациентов с рестриктивным заболеванием легких основная патофизиология, связанная со снижением TLC, является результатом снижения податливости легких и уменьшения расширения грудной стенки.Эти пациенты не могут полностью расширить свои легкие, что приводит к уменьшению объема вдыхаемого воздуха. Из-за потери эластичности легких TLC, FRC и RV снижаются, как показано на рисунке 1, панель C. Некоторые рестриктивные заболевания легких включают: pectus excatum, кифосколиоз, миастению и боковой амиотрофический склероз. ATS / ERS определяет обструктивное заболевание легких как дефект дыхания с неравномерным снижением максимального потока воздуха из легких по сравнению с максимальным объемом газа, который может быть удален из легких с соотношением FEV1 / VC ниже 5-го процентиля прогнозируемого значения. .[11] [2] Основная патофизиология обструктивных заболеваний легких возникает в результате изменений дыхательных путей, паренхимы легких и легочной сосудистой сети, что приводит к гиперинфляции и захвату воздуха в легких и уменьшению количества воздуха, удаляемого из легких во время выдоха. При тестировании объема легких TLC и RV увеличиваются, как показано на рисунке 1, панель C. Некоторые обструктивные заболевания легких включают хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ), хронический бронхит, астму и эмфизему. Нечасто у пациента может быть диагностировано смешанное обструктивно-рестриктивное заболевание легких (MORLD).MORLD демонстрирует снижение TLC при тестировании объема легких и спирометрии, значимое для обструкции дыхательных путей. [2]

Ожирение и объем легких

Известно, что ожирение имеет множество последствий для здоровья человека и коррелирует с причинами сопутствующих заболеваний у людей в Северной Америке. Ожирение также является причиной снижения TLC при тестировании объема легких с характеристиками рестриктивного паттерна легочного заболевания при тестировании функции легких. [9] Связанное с ожирением уменьшение объема легких более распространено среди мужчин по сравнению с женщинами из-за гендерных различий в центральном и периферическом распределении жира соответственно.[12] Предполагается, что предложенный механизм вызван увеличением веса жировой ткани на грудной стенке, что приводит к снижению эластичности и увеличению абдоминальной жировой ткани, вызывает ограничение расширения диафрагмы во время ингаляции, что приводит к снижению TLC, ERV и FRC. [13] [14] Было показано, что потеря веса полностью изменяет уменьшение объема легких у пациентов с патологическим ожирением, и ее следует поощрять. [15]

Объем легких, используемый в качестве предикторов результатов для здоровья

Пациенты с ХОБЛ и соотношением дыхательной способности к общей емкости легких (отношение IC / TLC) менее 25% подвергаются повышенному риску по следующим причинам: необходимость тщательного мониторинга лечения, частая госпитализация и риск как для общей, так и для респираторной смертности.[16] [17] Исследования продолжают показывать положительную корреляцию, связанную с риском соотношения IC / TLC менее 25%, но еще не рекомендованы и не применяются в клинической практике при ведении пациентов с ХОБЛ.

При позднем прогрессировании ХОБЛ у пациентов может развиться гиперинфляция легких — осложнение, которое приводит к одышке при физической нагрузке или в покое. Для пациентов с ХОБЛ отношение остаточного объема к общей емкости легких (отношение RV / TLC) более 40% является предиктором гиперинфляции в покое и независимым фактором риска смерти от всех причин.[18]

Рисунок

A) Стандартные объемы и емкость легких B) Давление в легких при форсированном выдохе C) Типичные изменения объемов легких, наблюдаемые при рестриктивном и обструктивном заболевании легких. Предоставлено Lutfi, 2017; Международная лицензия Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) (подробнее …)

Ссылки

1.

Stocks J, Quanjer PH. Контрольные значения остаточного объема, функциональной остаточной емкости и общей емкости легких.Семинар ATS по измерению объема легких. Официальное заявление Европейского респираторного общества. Eur Respir J. 1995 Mar; 8 (3): 492-506. [PubMed: 7789503]

2.

Lutfi MF. Физиологические основы и клиническое значение измерения объема легких. Многопрофильный Respir Med. 2017; 12: 3. [Бесплатная статья PMC: PMC5299792] [PubMed: 28194273]

3.

Росситер К.Э., Вейл Х. Этнические различия в функции легких: доказательства пропорциональных различий. Int J Epidemiol. 1974 Март; 3 (1): 55-61.[PubMed: 4838716]

4.

Wanger J, Clausen JL, Coates A, Pedersen OF, Brusasco V, Burgos F, Casaburi R, Crapo R, Enright P, van der Grinten CP, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen Р., Джонсон Д., Макинтайр Н., Маккей Р., Миллер М. Р., Навахас Д., Пеллегрино Р., Вьеги Г. Стандартизация измерения объемов легких. Eur Respir J. 2005 Сентябрь; 26 (3): 511-22. [PubMed: 16135736]

5.

Флеш Д.Д., Дайн С.Дж. Объемы легких: измерение, клиническое использование и кодирование. Грудь. 2012 август; 142 (2): 506-510.[PubMed: 22871760]

6.

Коутс А.Л., Песлин Р., Роденштейн Д., Стокс Дж. Измерение объемов легких с помощью плетизмографии. Eur Respir J. 1997 Jun; 10 (6): 1415-27. [PubMed: 9192953]

7.

Brown R, Leith DE, Enright PL. Многократное вдыхание гелиевого разведения объема легких у взрослых. Eur Respir J. 1998, январь; 11 (1): 246-55. [PubMed: 9543301]

8.

Хопкинс Э., Шарма С. StatPearls [Интернет]. StatPearls Publishing; Остров сокровищ (Флорида): 4 января 2021 г.Физиология, функциональная остаточная емкость. [PubMed: 29763183]

9.

Ruppel GL. Какое клиническое значение имеют объемы легких? Respir Care. 2012 Янв; 57 (1): 26-35; обсуждение 35-8. [PubMed: 22222123]

10.

Тантучи К., Боттон Д., Боргези А., Герини М., Квадри Ф., Пини Л. Методы измерения объема легких: есть ли лучший? Дыхание. 2016; 91 (4): 273-80. [PubMed: 26982496]

11.

Pellegrino R, Viegi G, Brusasco V, Crapo RO, Burgos F, Casaburi R, Coates A, van der Grinten CP, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen R, Johnson DC, MacIntyre Н., Маккей Р., Миллер М.Р., Навахас Д., Педерсен О.Ф., Вангер Дж.Стратегии интерпретации для тестов функции легких. Eur Respir J. 2005 ноября; 26 (5): 948-68. [PubMed: 16264058]

12.

Майоло С., Мохамед Э.И., Карбонелли М.Г. Состав тела и дыхательная функция. Acta Diabetol. 2003 октябрь; 40 Приложение 1: S32-8. [PubMed: 14618430]

13.

Sue DY. Ожирение и легочная функция: более или менее? Грудь. 1997 апр; 111 (4): 844-5. [PubMed: 9106556]

14.

Джонс Р.Л., Нзекву М.М. Влияние индекса массы тела на объем легких.Грудь. 2006 сентябрь; 130 (3): 827-33. [PubMed: 16963682]

15.

Thomas PS, Cowen ER, Hulands G, Milledge JS. Дыхательная функция у больных ожирением до и после похудания. Грудная клетка. 1989 Май; 44 (5): 382-6. [Бесплатная статья PMC: PMC461837] [PubMed: 2503905]

16.

Cardoso J, Coelho R, Rocha C., Coelho C., Semedo L, Bugalho Almeida A. Прогнозирование тяжелых обострений и смертности при ХОБЛ: роль обострения анамнез и отношение дыхательной способности к общей емкости легких.Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2018; 13: 1105-1113. [Бесплатная статья PMC: PMC5896658] [PubMed: 29670346]

17.

Заман М., Махмуд С., Алтайех А. Низкое соотношение емкости вдоха к общей емкости легких является фактором риска обострения хронической обструктивной болезни легких. Am J Med Sci. 2010 Май; 339 (5): 411-4. [PubMed: 20375693]

18.

Shin TR, Oh YM, Park JH, Lee KS, Oh S, Kang DR, Sheen S, Seo JB, Yoo KH, Lee JH, Kim TH, Lim SY, Yoon HI, Ри К.К., Чхве К.Х., Ли Дж.С., Ли С.Д.Прогностическое значение остаточного объема / общей емкости легких у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких. J Korean Med Sci. 2015 Октябрь; 30 (10): 1459-65. [Бесплатная статья PMC: PMC4575935] [PubMed: 26425043]

Дыхательная способность | Биология для майоров II

Результаты обучения

• Определите основные принципы газообмена
• Назовите и опишите объем и вместимость легких

Основные принципы газообмена

Газообмен при дыхании происходит главным образом за счет диффузии.Диффузия — это процесс, в котором перенос осуществляется за счет градиента концентрации. Молекулы газа перемещаются из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Кровь с низким содержанием кислорода и высоким содержанием углекислого газа в легких подвергается газообмену с воздухом. Воздух в легких имеет более высокую концентрацию кислорода, чем в крови, обедненной кислородом, и более низкую концентрацию углекислого газа. Этот градиент концентрации обеспечивает газообмен во время дыхания.

Парциальное давление — это мера концентрации отдельных компонентов в смеси газов. Общее давление, оказываемое смесью, представляет собой сумму парциальных давлений компонентов в смеси. Скорость диффузии газа пропорциональна его парциальному давлению в общей газовой смеси. Эта концепция подробно обсуждается ниже.

Объемы и вместимость легких

Разные животные имеют разную емкость легких в зависимости от их деятельности.Гепарды развили гораздо большую емкость легких, чем люди; он помогает снабжать кислородом все мышцы тела и позволяет им работать очень быстро. У слонов также большая емкость легких. В данном случае это происходит не потому, что они быстро бегают, а потому, что у них большое тело и они должны быть способны поглощать кислород в соответствии с размером своего тела.

Размер легких человека определяется генетикой, полом и ростом. При максимальной емкости среднее легкое может вмещать почти шесть литров воздуха, но легкие обычно не работают на максимальной емкости.Воздух в легких измеряется в единицах объема легких и объема легких (см. Рисунок 1 и таблицу 1). Объем измеряет количество воздуха для одной функции (например, вдоха или выдоха). Емкость — это любые два или более объемов (например, сколько можно вдохнуть после окончания максимального выдоха).

Рис. 1. Показаны объемы и емкость легких человека. Общий объем легких взрослого мужчины составляет шесть литров. Дыхательный объем — это объем воздуха, вдыхаемого за один нормальный вдох.Емкость вдоха — это количество воздуха, вдыхаемого во время глубокого вдоха, а остаточный объем — это количество воздуха, оставшегося в легких после интенсивного дыхания.

Объем легких можно разделить на четыре единицы: дыхательный объем, резервный объем выдоха, резервный объем вдоха и остаточный объем. Дыхательный объем (TV) измеряет количество вдыхаемого и выдыхаемого воздуха при нормальном дыхании.В среднем этот объем составляет около полутора литров, что немного меньше вместимости бутылки для напитков на 20 унций. Резервный объем выдоха (ERV) — это дополнительный объем воздуха, который можно выдохнуть после нормального выдоха. Это резервная сумма, которую можно выдохнуть сверх нормы. И наоборот, резервный объем вдоха (IRV) — это дополнительное количество воздуха, которое можно вдохнуть после обычного вдоха. Остаточный объем (RV) — это количество воздуха, которое остается после выдоха резервного объема выдоха.Легкие никогда не бывают полностью пустыми: в легких всегда остается немного воздуха после максимального выдоха. Если бы этого остаточного объема не существовало и легкие полностью опорожнялись бы, ткани легкого слипались бы, и энергия, необходимая для повторного надувания легкого, могла бы быть слишком большой, чтобы ее можно было преодолеть. Поэтому в легких всегда остается немного воздуха. Остаточный объем также важен для предотвращения больших колебаний дыхательных газов (O ₂ и CO ₂ ). Остаточный объем — это единственный объем легких, который нельзя измерить напрямую, потому что невозможно полностью освободить легкое от воздуха.Этот объем можно только рассчитать, а не измерить.

Емкости — это измерения двух или более объемов. Жизненная емкость (VC) измеряет максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть или выдохнуть во время дыхательного цикла. Это сумма резервного объема выдоха, дыхательного объема и резервного объема вдоха. Емкость вдоха (IC) — это количество воздуха, которое можно вдохнуть после окончания нормального выдоха. Следовательно, это сумма дыхательного объема и резервного объема вдоха.Функциональная остаточная емкость (FRC) включает резервный объем выдоха и остаточный объем. FRC измеряет количество дополнительного воздуха, которое можно выдохнуть после нормального выдоха. Наконец, общая емкость легких (TLC) — это измерение общего количества воздуха, которое может удерживать легкое. Это сумма остаточного объема, резервного объема выдоха, дыхательного объема и резервного объема вдоха.

Объем легких измеряется методом спирометрии .Важным измерением, проводимым во время спирометрии, является объем форсированного выдоха (ОФВ) , который измеряет, сколько воздуха может быть вытеснено из легких за определенный период, обычно за одну секунду (ОФВ1). Кроме того, измеряется форсированная жизненная емкость легких (FVC), которая представляет собой общее количество воздуха, которое можно принудительно выдохнуть. Отношение этих значений (соотношение FEV1 / FVC ) используется для диагностики заболеваний легких, включая астму, эмфизему и фиброз. Если соотношение FEV1 / FVC высокое, легкие не податливы (это означает, что они жесткие и не могут правильно сгибаться), и у пациента, скорее всего, есть фиброз легких.Пациенты очень быстро выдыхают большую часть объема легких. И наоборот, когда соотношение ОФВ1 / ФЖЕЛ низкое, в легких возникает сопротивление, характерное для астмы. В этом случае пациенту трудно вывести воздух из легких, и требуется много времени, чтобы достичь максимального объема выдоха. В любом случае дыхание затруднено и возникают осложнения.

Практические вопросы

Резервный объем вдоха измеряет ________.

1. количество воздуха, остающегося в легких после максимального выдоха
2. количество воздуха в легких
3. количество воздуха, которое можно выдохнуть после обычного вдоха
4. количество воздуха, которое можно вдохнуть после обычного дыхания

Ответ d: Резервный объем вдоха измеряет количество воздуха, которое можно вдохнуть в дальнейшем после нормального дыхания.

Из следующего, что не объясняет, почему парциальное давление кислорода в легких ниже, чем во внешнем воздухе?

1. Воздух в легких увлажнен; следовательно, давление водяного пара изменяет давление.
2. Двуокись углерода смешивается с кислородом.
3. Легкие оказывают давление на воздух, чтобы снизить давление кислорода.
4. Кислород перемещается в кровь и направляется к тканям.

Ответ c: Легкие оказывают давление на воздух, чтобы снизить давление кислорода.

По какой из следующих формул рассчитывается общая емкость легких?

1. остаточный объем + резервный объем выдоха + дыхательный объем + резервный объем вдоха
2. остаточный объем + дыхательный объем + резервный объем вдоха
3. остаточный объем + резервный объем выдоха + резервный объем вдоха
4. резервный объем выдоха + дыхательный объем + резервный объем вдоха

остаточный объем + резервный объем выдоха + дыхательный объем + резервный объем вдоха

Карьера в наукеCE

Респираторный терапевт

Респираторные терапевты или практикующие врачи-респираторы оценивают и лечат пациентов с легочными и сердечно-сосудистыми заболеваниями.Они работают в составе медицинской команды, разрабатывая планы лечения для пациентов. Респираторные терапевты могут лечить недоношенных детей с недоразвитыми легкими, пациентов с хроническими заболеваниями, такими как астма, или пожилых пациентов, страдающих такими заболеваниями легких, как эмфизема и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ). Они могут работать с современным оборудованием, таким как системы доставки сжатого газа, аппараты ИВЛ, анализаторы газов крови и реанимационные аппараты. По специальным программам респираторного терапевта обычно можно получить степень бакалавра по специальности респираторный терапевт.Ожидается, что из-за растущего старения населения возможности карьерного роста в качестве респираторного терапевта сохранятся.

Респираторные терапевты используют различные тесты для оценки пациентов. Например, они проверяют емкость легких, заставляя пациентов дышать через инструмент, который измеряет объем и поток кислорода при вдохе и выдохе. Респираторные терапевты также могут брать образцы крови и использовать анализатор газов крови для проверки уровня кислорода и углекислого газа.

Респираторные терапевты также проводят физиотерапию грудной клетки для пациентов, чтобы удалить слизь из легких и облегчить им дыхание.Удаление слизи необходимо пациентам, страдающим легочными заболеваниями, такими как муковисцидоз, и для этого терапевт должен вибрировать грудную клетку пациента, часто постукивая по груди пациента и побуждая его или ее кашлять. Респираторные терапевты могут подключать пациентов, которые не могут дышать самостоятельно, к аппаратам ИВЛ, которые доставляют кислород в легкие. Терапевты вставляют трубку в дыхательное горло пациента (трахею) и подключают трубку к аппарату ИВЛ. Они настраивают и контролируют оборудование, чтобы гарантировать, что пациент получает правильное количество кислорода с правильной скоростью.

Респираторные терапевты, работающие на дому, учат пациентов и их семьи пользоваться вентиляторами и другими системами жизнеобеспечения в домашних условиях. Во время этих посещений они могут осматривать и чистить оборудование, проверять дом на предмет экологических опасностей и убедиться, что пациенты знают, как использовать свои лекарства. При необходимости терапевты также совершают экстренные визиты на дом.

В некоторых больницах респираторные терапевты работают в смежных областях, например, диагностируют проблемы с дыханием у людей с апноэ во сне и консультируют людей о том, как бросить курить.

Резюме: Дыхательная способность

Легкие могут удерживать большой объем воздуха, но обычно они не заполнены до максимальной емкости. Измерения объема легких включают дыхательный объем, резервный объем выдоха, резервный объем вдоха и остаточный объем. Их сумма равна общей емкости легких.

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

Общая емкость легких — обзор

Объемы легких

У людей общая емкость легких (TLC) определяется как количество воздуха, находящегося в легких и дыхательных путях после максимального вдоха, тогда как остаточный объем (RV) — это количество газ в дыхательных путях после максимального выдоха (рис. 1).Эти объемы легких можно измерить путем разбавления инертного газа, такого как гелий или неон, или с помощью плетизмографии (Andersson et al., 1988). Внутриплевральное давление, необходимое для достижения этих крайних значений объема, может варьироваться от пациента к пациенту в зависимости от силы грудной клетки и диафрагмы, особенно при наличии заболевания. Часто максимальное давление на вдохе, которое субъект может создать при ТСХ, используется как мера комплаентности (McCarthy et al., 1980).

Рисунок 1. Подразделения объема легких.

Учитывая, что человек должен самостоятельно генерировать силу P _tp примерно -25 см H ₂ OP _tp для достижения максимального или полного раздувания легких (TLC), аналогом TLC у подопытных лабораторных животных обычно является положительное инфляционное давление +30 см H ₂ O (P _RS ) для номинального преодоления упругой отдачи (+5 см H ₂ O) грудной стенки. Критическим моментом здесь является то, что раздувание легких определяется разницей P _tp в самой легочной ткани.Предполагая, что в состоянии покоя P _bs является маленьким (близким к атмосферному) в правильно спроектированном плетизмографе, P _ao можно использовать в качестве заменителя P _rs при надувании легкого с положительным значением P. , за исключением того, что P _ao понижен до -10–20 см H ₂ O ниже барометрического (атмосферного) давления — более низкий P сводит к минимуму артефактные осложнения податливой грудной стенки при малых объемах легких (Leith, 1983b). Эта разница в объеме между TLC и RV является функциональным эквивалентом жизненной емкости легких (VC) у всех млекопитающих.Измерение ТСХ у животных обычно проводят путем разбавления объема ВК 20% / 80% смесью кислорода / инертного газа, такого как неон или гелий. Из RV этот эквивалент VC вводится медленно до максимального объема легких (предположительно +30 см H ₂ O), а затем повторно извлекается несколько раз для разбавления объема концентрации инертного газа для использования в пропорциональном расчете ТСХ. Эту же процедуру разведения можно модифицировать для использования на более крупных животных, таких как собака (Rozanski et al., 2010).С давлением в качестве независимой переменной, определяющей объем легких, морфометрическая и физиологическая корреляция может быть сделана у одного и того же животного, когда легкие зафиксированы при давлении надувания, эквивалентном давлению, используемому in vivo для достижения TLC. (Коста и др., 1983а, 1986; Маудерли и др., 1985).

Еще одним часто измеряемым подразделом ТСХ является функциональная остаточная емкость (FRC). Это подразделение TLC определяется как объем воздуха, остающийся в легких после нормального выдоха.Чаще всего его измеряют напрямую, используя метод, основанный на законе Бойля (Palecek, 1969). В отличие от TLC и RV, которые имеют довольно четко определенные структурные ограничения, FRC у грызунов является сложной функцией динамики дыхания, нервного контроля и, в некоторой степени, эластичности грудной стенки. Таким образом, у грызунов с податливыми грудными стенками анестезия может заметно снизить FRC за счет уменьшения ритма приливов и подавления «дыхательного торможения». Эти эффекты подчеркивают важность стандартизации глубины анестезии во время исследования и побудили некоторых исследователей ограничить использование термина FRC для животных с жесткими стенками грудной клетки и объемом в конце выдоха (EEV) для животных, таких как грызуны, с соответствующими стенками грудной клетки. (Рауб и др., 1982; Vinegar et al., 1979; Ламм и др., 1982). Напротив, у людей FRC представляет собой стабилизированный объем сокращающегося легкого и жесткую, неподатливую грудную стенку, которая предотвращает коллапс легкого и, следовательно, стабильный объем. Хотя EEV может быть наиболее подходящим термином для лабораторных грызунов, для целей единообразия и знакомства терминов будет использоваться FRC, а не EEV, при том понимании, что они не являются технически эквивалентными.

При оценке FRC у животных с применением закона Бойля (P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂ ), необходимо следить за дыхательным циклом сразу после окончания выдоха.Это может быть выполнено вручную путем быстрой окклюзии трахеальной канюли в точке надира дыхательного цикла с использованием клапана с низким мертвым пространством, через который животное дышит. Более точный и точный метод использует компьютер для отслеживания приливного дыхания и для остановки дыхания через аналогичный автоматический клапан малого объема точно в конце выдоха. Одним из возможных осложнений метода закона Бойля является включение газа в брюшной полости, который может присутствовать в искусственно увеличенном объеме у больного или больного животного на конечной стадии.Однако эта проблема, по-видимому, не характерна для относительно здоровых животных, как было показано Lamm et al. (1982), но его следует учитывать при исследованиях животных с возможными нарушениями пищеварения, вторичными по отношению к легочной слабости. Оценки разбавления FRC, еще один широко используемый метод (Takezawa et al., 1980; Raub et al., 1983), как правило, близко сравнивают с оценками закона Бойля у здоровых животных и занижают FRC (разница заключается в измерении количества газа, задержанного в легких.