Что такое внешнее и внутреннее дыхание
Чего не видит рентген: исследование функции легких
Поделиться:
Однажды в больнице во время учебной курации пациент сказал мне: «Доктор назначил какое-то исследование — функцию внешнего дыхания. Это выдох исследовать, что ли? Почему внешнего?». Давайте разберемся, какое бывает дыхание, что такое дыхание внешнее и зачем его исследовать.
Что такое «функция»?
Дыхательные процессы в организме делятся на две большие группы. Первая — это внутреннее дыхание, в которое входят тканевое (передача кислорода от крови клеткам) и клеточное (утилизация кислорода внутри клетки). Вторая — это внешнее дыхание, объединяющее в себе процессы поступления воздуха в легочные альвеолы и газообмен в них: поступление в кровь кислорода и извлечение из нее углекислого газа.
Основная функция дыхательной системы — это обеспечение организма кислородом в соответствии с текущей потребностью. При этом очевидно, что если у человека есть структурные повреждения дыхательного аппарата (все что угодно — абсцесс в легочной ткани, инородное тело в бронхе, сломанные ребра, парализованные дыхательные мышцы), то эта функция нарушится. Такие повреждения отлично видно при рентгеновском исследовании, КТ или МРТ.
Но бывают ситуации, когда рентгенологическая картина нормальна, а пациент жалуется, например, на затруднения при дыхании. То есть налицо нарушение именно дыхательной функции, но без структурных повреждений дыхательного аппарата. Что делать в таком случае?
Объемы и скорости
Тут врачам приходится превращаться практически в физиков — для установления диагноза нужно изучать продвижение воздуха по системе трубок, которые образуют дыхательную систему: трахее и бронхам различного калибра. Значение имеет как объем воздуха, который человек может вдохнуть или выдохнуть, так и скорость, с которой он это делает.
Все эти показатели исследуют при помощи таких методов, как пневмотахометрия, пикфлоуметрия и спирография. Пневмотахометр измеряет объемную скорость (т. е. литры в минуту) воздуха, выдыхаемого при так называемом форсированном выдохе. Пациента просят вдохнуть максимально глубоко и сделать сильный резкий выдох в «горлышко» пневмотахометра. Чтобы воздух выходил только через рот, на нос надевают… прищепку.
При пикфлоуметрии происходит то же самое, но, в отличие от пневмотахометрии, можно сразу узнать не только достигнутую максимальную скорость выдоха, но и время выдоха, объем выдохнутого воздуха и объем воздуха, выдохнутого за первую секунду (параметр, являющийся одним из ключевых при постановке диагноза «бронхиальная астма»).
Спирографическое исследование — самое объемное. Пациента просят сделать последовательно ряд спокойных вдохов и выдохов, затем — максимально глубокий вдох, заканчивающийся максимально резким выдохом, после чего еще несколько спокойных циклов «вдох-выдох». Зато и данных тут получается больше всего: кроме уже перечисленных показателей врач узнает жизненную емкость легких, резервные объемы вдоха и выдоха (они отражают функциональные резервы дыхательной системы) и многое другое.
Типы нарушения функции внешнего дыхания
Их всего три, и один вы точно знаете: словосочетание «обструкция бронхов» очень любят участковые врачи, особенно педиатры. Обструкция — это значит «закупорка, сужение». Термин относится именно к бронхиальному дереву, точнее, к снижению его проходимости. Нарушения по обструктивному типу свойственны в первую очередь бронхиальной астме, а также обструктивному бронхиту, ряду хронических заболеваний и определенным стадиям пневмонии и ОРВИ. Исследование при этом покажет уменьшение скоростных показателей, особенно скорости выдоха, причем изменения будут различаться в зависимости от того, бронхи какого калибра поражены: крупные, средние или самые мелкие (терминальные).
Читайте также:
Пневмония: коварный враг
При рестриктивном типе (рестрикция — ограничение) проходимость бронхов сохранена, но снижена возможность легких полноценно расправляться. Это может быть обусловлено воспалительными процессами, наличием новообразований, жидкостью в плевральной полости, послеоперационными спайками. В этом случае снизятся объемные показатели: в легкие будет входить (и, соответственно, выходить из них) меньше воздуха, чем должно.
Третий тип — смешанный, он сочетает как обструкцию, так и рестрикцию, а встречается при тяжелых бронхопневмониях, на некоторых стадиях хронической обструктивной болезни легких и при части опухолевых процессов.
Всю эту информацию невозможно получить ни на одном из «обзорных» исследований легких, результатом которых является, по сути, фотография. Поэтому если врач направляет вас на спирографию, не стоит заменять ее рентгеном.
Анатомия дыхательной системы
Аппарат дыхательных мышц состоит из диафрагмы и межреберных мышц. Диафрагма отделяет грудную полость от брюшной.
Сосудистая система органов дыхания построена двояким образом. Легкие снабжаются кровью как из малого, так и из большого круга кровообращения. Двойная васкуляризация легких объясняется тем, что обе системы несут различную кровь к органам дыхания.
Малый круг кровообращения состоит из отходящей от правого желудочка сердца легочной артерии, распадающейся на капиллярную сеть, и из собирающих капиллярную кровь легочных вен, которые впадают в левое предсердие. Кровь системы малого круга омывает почти исключительно легочные альвеолы. Так как через малый круг проходит вся масса крови, то и через систему легочных альвеол проходит вся кровь, циркулирующая в организме.
Кровь мощной легочной артерии является венозной и поступает в легкие для газового обмена (артериализации). Артериальная кровь поступает в легкие по узкой бронхиальной артерии, разветвления этой артерии идут по бронхам и питают аппарат дыхания.
Внешнее и внутреннее дыхание
Вдох начинается с соответствующего импульса из ЦНС и состоит в сокращении дыхательных мышц, благодаря чему расширяется грудная клетка и увеличивается ее полость, это ведет за собой расширение легких, следующих пассивно за расширяющейся грудной клеткой. В результате давление альвеолярного воздуха уменьшается и становится меньше атмосферного, и поэтому в легкие начинает поступать наружный воздух. Вдох считается активной фазой дыхания, так как происходит вследствие сокращения дыхательных мышц.
Выдох начинается с того момента, как только расслабляются по прекращении вдоха дыхательные мышцы, растянутые легкие в силу присущей легочной ткани эластичности начинают спадаться, вслед за ними уменьшается и грудная полость. При этом давление воздуха в альвеолах, повышаясь, снова достигает атмосферного, потом становится выше его и воздух начинает выходить наружу.
С точки зрения мышечной деятельности, выдох является актом пассивным. Однако при усилении дыхания, например, во время мышечной работы не только вдох, но и выдох производятся активно за счет сокращения дыхательных мышц.
Человек обладает способностью произвольно менять частоту и глубину дыхания. Высшая регуляция дыхания происходит при участии коры головного мозга.
Процесс дыхания условно можно подразделить на три этапа:
Свойства этой мембраны зависят от условий, возникающих в организме, что и определяет скорость диффузии газов через нее. В норме она обеспечивает насыщение артериальной крови кислородом на 96-98%. Это значит, что такое количество всех молекул гемоглобина находится в соединении с кислородом. Роль вентиляции заключается в поддержании в альвеолах уровня парциального давления кислорода и углекислого газа, необходимого для нормального протекания газообмена между альвеолярным воздухом и кровью капилляров легких.
кровяные клетки). Основной физиологической функцией эритроцитов является связывание и перенос кислорода от легких к органам и тканям. Этот процесс осуществляется благодаря особенностям строения и химического состава эритроцитов.
Методы исследования системы внешнего дыхания
Анамнез
В зависимости от затруднения фазы дыхания, различают следующие виды одышки:
2. Боли в груди чаще всего локализованные, ноющего или колющего характера, могут быть продолжительными, усиливаются при глубоком дыхании, кашле, при положении на больной стороне, при резких движениях туловища.
Также могут наблюдаться лихорадка, слабость, недомогание, снижение аппетита, нарушения сна.
Из анамнеза необходимо тщательно выяснить следующие моменты:
Физические методы исследования
К физическим методам исследования относятся: осмотр, пальпация, аускультация.
Все лица правильного телосложения делятся на три конституционных типа и грудная клетка при различных типах телосложения имеет разную форму, свойственную своему конституционному типу.
Тип дыхания может быть грудным, брюшным или смешанным.
а) грудной тип дыхания (дыхательные движения осуществляются в основном за счет сокращения межреберных мышц).
Грудная клетка во время вдоха заметно расширяется и слегка приподнимается, а во время выдоха суживается и незначительно опускается. Такой тип дыхания называют еще реберным. Он встречается преимущественно у женщин;
б) брюшной тип дыхания (дыхательные движения осуществляются главным образом диафрагмой). Во время вдоха диафрагма сокращается и опускается, способствуя увеличению отрицательного давления в грудной полости и быстрому заполнению легких воздухом. Одновременно вследствие повышения внутрибрюшного давления смещается вперед брюшная стенка.
Во время выдоха происходит расслабление и подъем диафрагмы, что сопровождается смещением стенки живота в исходное положение. Этот тип дыхания называют еще диафрагмальным. Он чаще встречается у мужчин;
в) смешанный тип дыхания (дыхательные движения осуществляются одновременно за счет сокращения межреберных мышц и диафрагмы).
3. Определение частоты и ритмичности дыхания.
Подсчет числа дыханий производится по движению грудной или брюшной стенки незаметно для больного, сначала под-считывается пульс, а затем число дыханий в минуту. У взрослого здорового человека в покое 16-18 в 1 минуту. Дыхание здорового человека ритмичное, с одинаковой глубиной и продолжительностью фазы вдоха и выдоха.
Инструментальные методы исследования системы внешнего дыхания
Рентгенологические исследования
Эндоскопические исследования
Пневмотахометрия
Для оценки данного показателя необходимо сравнить его с существующей должной величиной.
Должная МОС (максимальная объемная скорость) = Факт. ЖЕЛх 1, 24.
С помощью пневмотахометрии можно определить соотношение мощности вдоха и выдоха. У здоровых нетренированных лиц оно близко к 1. У спортсменов мощность вдоха существенно превышает мощность выдоха. Соотношение равно 1,2-1,4. Относительное увеличение мощности вдоха очень важно для спортсменов.
Спирометрия
Спирография
Спирография является сложным методом исследования. Она предусматривает графическую запись полученной спиро-граммы и позволяет оценить следующие показатели:
ЖЕЛ (жизненная емкость легких) с составляющими ее объемами (ДО, РО вдоха, РО выдоха).
Показатели функционального состояния системы внешнего дыхания
ЖЕЛ измеряется с помощью метода спирометрии и спирографии.
Величина ЖЕЛ служит прямым показателем функциональных возможностей системы внешнего дыхания и косвенным показателем максимальной площади дыхательной поверхности легких, на которой происходит диффузия кислорода и углекислого газа.
Нормальной считается такая фактическая ЖЕЛ (Ф ЖЕЛ), которая составляет 100+15% должной ЖЕЛ (Д ЖЕЛ), т.е. 85115% должной. Если Ф ЖЕЛ меньше 85%, то это свидетельствует о снижении потенциальных возможностей системы внешнего дыхания. Если Ф ЖЕЛ выше 115%, то это свидетельствует о высоких потенциальных возможностях системы внешнего дыхания, обеспечивающей повышенную легочную вентиляцию, необходимую при выполнении физических нагрузок.
Наибольшие значения ЖЕЛ наблюдаются у спортсменов, тренирующихся преимущественно на выносливость и обладающих самой высокой кардиореспираторной производительностью.
Несмотря на то, что внешнее дыхание не является главным лимитирующим звеном в комплексе систем, транспортирующих кислород, в условиях спортивной деятельности к нему предъявляется чрезвычайно высокие требования, реализация которых обеспечивает эффективное функционирование всей кардиорес-пираторной системы.
ЖЕЛ включает в себя ДО (дыхательный объем), РО вдоха (резервный объем вдоха), РО выдоха (резервный объем выдоха).
Общий объем легких (ОЕЛ) = ЖЕЛ + ОО ЖЕЛ = ДО + РО вдоха + РО выдоха ОЕЛ = ДО + РО вдоха + РО выдоха + ОО
Легочная вентиляция в покое у спортсменов в среднем составляет 5-12 л/мин, но может превышать данные величины и составлять 18 л/мин и более. Во время нагрузки легочная вентиляция у спортсменов возрастает и достигает 60-120 л/мин и более.
Проба Тиффно-Вотчала
Функциональные пробы системы внешнего дыхания
А. Функциональные пробы системы внешнего дыхания с использованием ЖЕЛ:
Данная проба используется для оценки выносливости дыхательной мускулатуры.
Проба заключается в пятикратном измерении ЖЕЛ с интервалом между измерениями 15 секунд.
При хорошем функциональном состоянии системы внешнего дыхания ЖЕЛ увеличивается на 300 мл и более. При удовлетворительном состоянии ЖЕЛ не изменяется. При неудовлетворительном состоянии наблюдается снижении функциональных возможностей значения ЖЕЛ снижаются более чем на 300 мл.
2. Динамическая спирометрия.
Увеличение ЖЕЛ после физической нагрузки на 300 мл и более свидетельствует о хорошем функциональном состоянии системы внешнего дыхания. Уменьшение ЖЕЛ после физической нагрузки на 300 мл свидетельствует о неудовлетворительном функциональном состоянии системы внешнего дыхания. При стабильных показателях ЖЕЛ отмечается удовлетворительное функциональное состояние системы внешнего дыхания.
3. Проба Шафрановского.
Проба заключается в определении ЖЕЛ до и после стандартной физической нагрузки (подъем на ступеньку высотой 22,5 см в течение 6 минут в темпе 16 шагов в минуту).
Увеличение ЖЕЛ после физической нагрузки на 300 мл и более свидетельствует о хорошем функциональном состоянии системы внешнего дыхания. Уменьшение ЖЕЛ после физической нагрузки более чем на 300 мл свидетельствует о неудовлетворительном функциональном состоянии системы внешнего дыхания. При стабильных показателях ЖЕЛ отмечается удовлетворительное функциональное состояние системы внешнего дыхания.
Б. Функциональные пробы системы внешнего дыхания для определения устойчивости организма к гипоксии:
Проба проводится в положении сидя. Регистрируется продолжительность задержки дыхания после максимального вдоха.
При снижении устойчивости к гипоксии продолжительность задержки дыхания на вдохе уменьшается.
Регистрируется продолжительность задержки дыхания после максимального выдоха (при этом нос зажимают пальцами).
При снижении устойчивости к гипоксии продолжительность задержки дыхания на выдохе уменьшается.
Проба Серкина состоит из 3-х фаз.
Исследование вегетативной нервной системы
Под влиянием длительных, систематических, рациональных тренировочных занятий изменяется функциональное состояние вегетативной нервной системы.
У спортсменов, тренирующих качество выносливости, в покое отмечается выраженное преобладание тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Это проявляется уменьшением ЧСС, понижением АД, уменьшением частоты дыхания, что обеспечивает экономизацию деятельности кардио-респираторной системы в состоянии покоя. Во время тренировки у спортсменов отмечается выраженное преобладание тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы, что способствует лучшей адаптации.
1. Дермографизм (кожно-сосудистая реакция).
Если через несколько секунд на коже появляется розовая полоска, то симпатическая и парасимпатическая системы находятся в равновесии.
Ортостатическая проба определяет функциональное состояние симпатического отдела вегетативной нервной системы. Проба основана на том, что тонус симпатического отдела вегетативной нервной системы и, соответственно, частота сердечных сокращений увеличивается при переходе из горизонтального положения в вертикальное.
Ортостатическая проба проводится следующим образом: спортсмен отдыхает в течение 10-15 минут, затем в течение 15 секунд подсчитывают частоту пульса, далее обследуемый встает и в течение первых 15 секунд после перехода в вертикальное положение подсчитывают частоту пульса. Учащение пульса, пересчитанное на 1 минуту, при нормальном тонусе и возбудимости симпатической нервной системы не должно превышать 12-18 ударов. Увеличение частоты пульса менее чем на 12, или более чем на 18 ударов свидетельствует, соответственно, о понижении или повышении тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы.
Клиностатическая проба определяет функциональное состояние парасимпатической нервной системы. Проба основана на том, что при переходе из вертикального положения в горизонтальное повышается тонус парасимпатического отдела вегетативной нервной системы, что проявляется в уменьшении частоты сердечных сокращений.
Клиностатическая проба проводится следующим образом: спортсмен из вертикального положения переходит в горизонтальное. При этом происходит уменьшение частоты пульса на 6, 12 ударов в перерасчете на 1 минуту. Уменьшение частоты пульса больше, чем на 12 или менее чем на 6 свидетельствует о повышении или понижении тонуса парасимпатического отдела нервной системы.
Исследование координационной функции нервной системы
Координационная функция создается согласованной работой коры головного мозга, подкорковых образований, мозжечка, вестибулярного и двигательного анализаторов. Данная функция совершенствуется при систематических рациональных занятиях физической культурой и спортом. Переутомление приводит к расстройству координации.
Для определения координационной функции нервной системы используют статические и динамические координационные пробы.
1. Координационная проба Ромберга.
Координационная проба Ромберга используется для оценки статической координации.
Усложненная проба Ромберга: спортсмен стоит на одной ноге, подошвенная поверхность другой ноги приставлена к коленной чашечке опорной ноги, руки при этом вытянуты вперед, пальцы разомкнуты, глаза закрыты.
При оценке пробы, помимо времени устойчивости, оценивают степень устойчивости (стоит неподвижно или покачивается), тремор (дрожание) век и пальцев рук.
Хорошая оценка статической координации: сохранение устойчивости позы более 15 секунд при отсутствии тремора век и пальцев рук.
2. Пальценосовая проба.
Пальценосовая проба используется для оценки динамической координации.
Спортсмен с закрытыми глазами должен дотронуться указательным пальцем до кончика своего носа. В норме отмечается точное попадание. Неуверенные движения, неточные движения и дрожание кисти при выполнении пробы свидетельствуют о нарушении динамической координации. Нарушение динамической координации может наблюдаться у спортсменов, перенесших черепно-мозговые травмы.
Анализаторы
Оценка вестибулярного анализатора
При систематических и рациональных занятиях физической культурой функциональное состояние вестибулярного анализатора улучшается. Недостаточность функции данного анализатора у спортсменов проявляется в виде головокружения, тошноты при выполнении физических упражнений, связанных с наклонами головы, вращательными движениями головы и туловища и т.д.
Для оценки состояния вестибулярного анализатора используется вращательная проба Яроцкого. Она выполняется в положении стоя с закрытыми глазами и заключается в непрерывном круговом движении головой в одном направлении в темпе 2 оборота в 1 секунду до потери равновесия. Для предотвращения падения спортсмена страхующему необходимо стоять рядом. Длительность сохранения равновесия определяется по секундомеру.
Функциональное состояние вестибулярного аппарата оценивают по времени сохранения равновесия при выполнении данной пробы:
Спортсмены сохраняют равновесие в течение 90 секунд и более, что свидетельствует о высоком уровне функционального состояния вестибулярного анализатора у спортсменов.
От функционального состояния двигательного анализатора зависит ориентирование в пространстве и устойчивость равновесия тела спортсмена. Это особенно важно в сложнокоординаци-онных видах спорта (фигурное катание, спортивная гимнастика, художественная гимнастика, акробатика, прыжки с трамплина, прыжки в воду и др.).
Функциональное состояние вестибулярного анализатора улучшается при тренировках.
1. Оценка кинестетической чувствительности двигательного анализатора.
Проводится с помощью метода динамометрии. Спортсмен измеряет максимальную силу кисти. Затем под контролем зрения спортсмен 4 раза должен сжать динамометр с силой, равной половине максимального усилия. Далее спортсмен воспроизводит это усилие 4 раза, но без контроля зрения. Определяют степень отклонения выполненного усилия по отношению к контрольному. Данная степень отклонения, выраженная в процентах, является мерой оценки кинестетической чувствительности. Для нормального состояния кинестетической чувствительности характерна степень отклонения не более 20%.
2. Оценка проприоцептивной чувствительности двигательного анализатора.
Спортсмен в положении стоя отводит руку на 90 градусов и сгибает ее в локтевом суставе на заданный по угломеру угол под контролем зрения. Данные отведения на заданный угол повторяются 4 раза под контролем зрения. Далее спортсмен воспроизводи эти движения без контроля зрения.
Определяется точность сгибания. Для нормального состояния проприоцептивной чувствительности характерна степень отклонения не более 10%.
Спортивные тренировки способствуют совершенствованию двигательного анализатора.
Для оценки функционального состояния зрительного анализатора, в первую очередь, определяют остроту зрения и поля зрения.
Острота зрения определяется с расстояния 5 метров с помощью специальных таблиц С.С. Головина и Д.А. Сивцева. Острота зрения глаза, различающего 10 ряд букв, будет равна 1.
Различают следующие аномалии рефракции:
Уменьшение границ полей зрения может наблюдаться при утомлении зрительного анализатора.
Также необходимо проводить у спортсменов:
Оценка кожного анализатора Кожный анализатор оценивается путем определения болевой, температурной, тактильной чувствительности на симметричных участках тела. Показатели кожного анализатора играют важную роль в диагностике различных видов патологии.
Теппинг-тест
Лабильность определяется измерением максимальной частоты движения кисти. Такую частоту узнают по количеству точек, проставленных на бумаге за 40 секунд (по 10 секунд в каждом из четырех предварительно пронумерованных прямоугольников размером 6 х 10 см). Сидя за столом, по команде начинают с максимальной частотой ставить точки (для облегчения подсчета ставят точки, делая концентрические движения рук). Через каждые 10 секунд по команде без паузы переносят руку на следующий прямоугольник, продолжая выполнять движения с максимально доступной частотой. По истечению 40 секунд по команде «Стоп!» работа прекращается. При подсчитывании точек, чтобы не сбиться, ведут карандаш от точки к точке, не отрывая его от бумаги.
Показателями функционального состояния двигательной сферы являются максимальная частота в первые 10 секунд и ее изменения в течение остальных трех 10-секундных периодов.
Оценка устойчивости лабильности (разность между лучшим и худшим результатом):
недостаточную функциональную устойчивость, а ступенчатое возрастание частоты до нормального уровня или выше свидетельствует о недостаточной лабильности двигательной сферы. У спортсменов, в тренировке которых преобладают упражнения, вырабатывающие быстроту и ловкость, максимальная частота движений больше, чем у спортсменов, работающих главным образом над развитием выносливости.
Инструментальные методы исследования нервной системы
1. Электроэнцефалография (ЭЭГ).
2. Электромиография (ЭМГ).
Высокое функциональное состояние нервно-мышечной системы характеризуется способностью к быстрому сокращению мышц и удержанию высокого ритма сокращений. При утомлении мышцы амплитуда и частота биопотенциалов уменьшается.
Метод электромиографии дает возможность определить латентное время напряжения (ЛВН) и латентное время расслабления (ЛВР), т.е. время, от начала действия раздражителя до ответной реакции мышцы. При улучшении функционального состояния нервно-мышечной системы у спортсменов показатели ЛВН и ЛВР уменьшаются и сближаются.
Электромиография является объективным методом исследования восстановления функции опорно-двигательного аппарата и нервно-мышечной системы спортсменов после травм.
Измерение тонуса мышц производится в симметричных точках, сначала при максимальном расслаблении исследуемой мышцы (тонус расслабления), а затем при ее максимальном сокращении (тонус напряжения). Таким образом, оценивается способность мышц к сокращению и расслаблению.
Одним из показателей функционального состояния нервно-мышечной системы является амплитуда (разность между тонусом напряжения и тонусом расслабления). Хорошее функциональное состояние характеризуется тонусом напряжения выше 70 миотон и амплитудой в 35-40 миотон.
Улучшение функционального состояния сопровождается увеличением сократительной функции мышц, что проявляется в увеличении тонуса напряжения и уменьшении тонуса расслабления. Одновременно происходит «сглаживание» функциональной асимметрии (разница показателей справа и слева), что является показателем повышения мышечной работоспособности.
Изменения показателей миотонометрии до и после физической нагрузки свидетельствуют о степени утомления нервно-мышечной системы и времени восстановления ее функции.
4. Магнитно-резонансная томография (МРТ).