Патофизиология дыхательной системы

ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ

Основной функцией системы дыхания является обеспечение газообмена. В норме в организм за 1 мин поступает 250 мл кислорода, а за сутки - до 360 л. В сутки легкие выводят от 300 до 400 л углекислого газа. Нарушение газообмена может привести к развитию дыхательной недостаточности.
Дыхательная недостаточность - это патологическое состояние, когда кислородтранспортные системы (системы дыхания, кровообращения, крови) не способны обеспечить организм адекватным количеством кислорода. Основой дыхательной недостаточности является гипоксия.
Дыхательная недостаточность характеризуется основными критериями: гипоксемией - уменьшением напряжения кислорода в артериальной крови ниже 60 мм ртутного столба (при норме 85-95 мм рт.ст.) и гиперкапнией - увеличением напряжения углекислого газа в артериальной крови выше 50 мм рт.ст. (при норме 40 мм рт.ст.).
Механизмы развития дыхательной недостаточности
1. Нарушение регуляции дыхания
2. Нарушение биомеханики дыхания
3. Нарушение альвеолярной вентиляции
4. Нарушение диффузии газов
5. Нарушение кровообращения (перфузии) в малом круге
6. Нарушение метаболизма в легких
Нарушение регуляции дыхания
Эти нарушения связаны с расстройством функции дыхательного центра. Причины: черепно-мозговая травма, интоксикации, нейроинфекции, опухоли ЦНС. Среди расстройств регуляции наиболее частыми проявлениями являются одышка, периодическое дыхание, апнейстическое дыхание, апноэ.
Одышка - это изменение ритма и глубины дыхания с чувством недостатка воздуха. В основе развития одышки лежит нарушение регуляции со стороны дыхательного центра. При этом дыхательные нейроны находятся в состоянии возбуждения.
Причины: гипоксемия и гиперкапния, раздражение периферических рецепторов и дыхательного центра продуктами метаболизма и Н⁺ -ионами. По происхождению одышка может быть легочная, сердечная, легочно-сердечная, сердечно-легочная, анемическая, токсическая, неврогенная. При выраженной сердечной недостаточности одышка проявляется в виде приступов удушья (сердечная астма).
По характеру нарушения вдоха или выдоха различают 2 вида одышки: 1) инспираторную (затруднение вдоха). Такая одышка возникает при поражении диафрагмы, сердечной недостаточности; 2) экспираторную (затруднение выдоха). Причиной такого вида одышки является спазм мелких бронхов, сужение просвета мелких бронхов (при бронхиальной астме), накопление в них секрета, набухание слизистой бронхов).
Периодическое дыхание - дыхание с кратковременными остановками, паузами. Является разновидностью интермиттирующих форм диспноэ. В основе развития периодического дыхания лежи снижение возбудимости дыхательных нейронов коры головного мозга к Н⁺ - ионам и СО₂ . Формы периодического дыхания различны: Чейн-Стокса, Биота. Более глубокие нарушения дыхания - дыхание Биота (при гипоксии, черепно-мозговой травме, при коме).
Апноэ - остановка дыхания. Различают сонное и обструктивное апноэ. Сонное апноэ развивается во время сна и связано с резким понижением возбудимости дыхательных к гипоксемии и гиперкапнии. Обструктивное апное: развивается при нарушении носового дыхания. Уменьшение импульсации с рецепторов носоглотки снижает возбудимость дыхательного центра. Снижается тонус гортани, языка, ослабляется тургор ткани носоглотки, тонус занавески мягкого неба. При этом происходит закрытие носоглотки и нарушение (остановка) дыхания.
Нарушение биомеханики дыхания
Биомеханика дыхания - это дыхательные движения грудной клетки, мышц, диафрагмы. Здоровый человек затрачивает на работу дыхательных мышц около 2% кислорода (от 250 мл кислорода, который используется тканями). Воспалительные процессы межреберных мышц, нарушения их иннервации (столбняк, ботулизм, полиомиелит), паразитарные заболевания легочной ткани, высокое стояние диафрагмы, ее повреждения и нарушения иннервации, травмы грудной клетки нарушают экскурсии легких и приводят к ограничению легочной вентиляции. Изменяется работа грудной клетки. Если в норме она равна 0,5 кГм/литр, то при патологии она повышается, возрастает потребность мышц в кислороде, нарушается экскурсии грудной клетки, ограничивается легочная вентиляция. Это вызывает уменьшение поступления кислорода в кровь и к тканям.
А = Р х V = 0,05 кГм/литр
Нарушение альвеолярной вентиляции
Нарушение альвеолярной вентиляции встречается при заболеваниях легких и бронхов и проявляется в виде гипервентиляции и гиповентиляции. В норме альвеолярная вентиляция равна 5 литров/ мин.
Альвеолярная гипервентиляция
Гипервентиляция может быть следствием возбуждения дыхательного центра при заболеваниях ЦНС, кровоизлиянии в мозг, при горной и высотной болезни. Гипервентиляция как компенсаторная реакция возникает при уменьшении дыхательной поверхности легких, например, при пневмониях, отеке легких. Длительная гипервентиляция ведет к гипокапнии ( снижению парциального давления углекислого газа ниже 40 мм рт.ст.), что становится причиной угнетения дыхательного центра, и тогда гипервентиляция сменяется гиповентиляцией. У новорожденных при длительной гипервентиляции может возникнуть апноэ.
Альвеолярная гиповентиляция
Гиповентиляция бывает двух типов: обструктивного и рестриктивного.
Обструктивный тип наблюдается при нарушении движения воздуха в дыхательных путях. Причины: бронхоспазм или сдавление бронхов, воспалительные процессы в бронхах, дискинезии дыхательных путей. Дискинезии - это нарушение двигательной функции бронхов. При этом нарушаются свойства эластических волокон, которые поддерживают бронхи в нормальном состоянии. При дискинезии происходит спадение легких и закрытие воздухоносных путей. Большую роль в развитии обструктивного типа играет нарушение образования мокроты - дискриния, в частности, гиперкриния - увеличение вязкости мокроты в 2-3 раза, что вызывает закупорку бронхов. Во всех случаях развивается экспираторная одышка - затруднение выдоха.
Рестриктивный тип (ограничение) наблюдается при ограничении экскурсии легких и уменьшении их дыхательной поверхности. Встречается этот тип при интерстициальной пневмонии, эмфиземе легких, фиброзе, пневмотораксе, абсцессе легких, резекции легкого, спадении альвеол. Все эти причины приводят к гиповентиляции, гипоксемии, уменьшению числа функционирующих альвеол. Гиповентиляционные нарушения можно оценить количественно по индексу Тиффно. Этот показатель позволяет дифференцировать обструктивный и рестриктивный типы гиповентиляции. Он представляет собой отношение объема форсированного выдоха в 1-ю сек к жизненной емкости легких и выражается в процентах:
ОФВыд
Индекс Тиффно = -------------- х 100 = 70-80% , где
ЖЕЛ

ОФВыд - количество воздуха, выдыхаемое за 1-ю сек, ЖЕЛ - максимальное количество воздуха, выдыхаемое после максимального глубокого вдоха.

При обструктивном типе гиповентиляции преимущественно уменьшается ОФВыд. и индекс Тиффно снижается. При рестриктивном типе гиповентиляции могут уменьшаться и ОФВыд. , и ЖЕЛ, поэтому индекс Тиффно практически не меняется.
Нарушение диффузии газов
Диффузия газов (кислорода и углекислого газа) происходит в альвеолах между воздухом альвеол и кровью. В норме из альвеолярного воздуха в кровь поступает кислород, а из крови в альвеолы - углекислый газ.
0₂
АЛЬВЕОЛЫ КРОВЬ
СО₂

Нарушение диффузии газов приводит к развитию дыхательной недостаточности и гипоксемии, так как в основном нарушается диффузия кислорода.

Диффузионная недостаточность встречается при респираторном дистресс-синдроме взрослых, который характеризуется отеком мембран альвеол, спадением альвеол при патологии сурфактантной системы (феномен влажных легких). Респираторный дистресс-синдром новорожденных наблюдается у недоношенных детей. Его развитие связано с ишемией легочной ткани и нарушением образования сурфактанта. Диффузионная недостаточность развивается также при утолщении альвеолярной мембраны (болезнь гиалиновых мембран), пневмосклерозе, воспалении легких, отеке.
Диффузионную способность легких (ДСЛ) можно оценить количественно. Этот показатель отражает то количество кислорода, которое способно пройти через альвеоло-капиллярную мембрану за 1 мин при разности рО по обе стороны мембраны, равной 1 мм рт.ст.. В норме ДСЛ для кислорода составляет:
Количество поглощенного О₂ за 1 мин 250 мл/м ДСЛ = ---------------------------------------------------------- = ---------------- = 25 мл/мин х мм рт.ст.
рО₂ в альвеолах - рО₂ в легочных 10
капиллярах

Чем больше сопротивление диффузии кислорода, тем меньше ДСЛ.

Нарушение кровотока (перфузии) в малом круге
Довольно часто нарушения кровообращения в малом круге проявляются в виде повышения давления в легочной артерии - легочной гипертензии. В норме давление в легочной артерии равно 13-15 мм рт.ст. Если давление повышается в 2 раза, то это свидетельствует о гипертензии. В основе развития легочной гипертензии лежат органические и функциональные факторы.
Легочная гипертензия может быть первичной и вторичной, прекапиллярной и посткапиллярной.
Первичная прекапиллярная гипертензия возникает при воспалении сосудистой стенки, микротромбозе, эмболии, повышении вязкости крови, врожденных структурных изменениях сосудов. Вторичная гипертензия может быть прекапиллярной и посткапиллярной. Вторичная прекапиллярная гипертензия возникает при гипоксемии и гиперкапнии, гиперсекреции норадреналина, воздействии ангиотензина-2, серотонина. При этом происходит спазм легочных сосудов и кровоток уменьшается. Развитие дыхательной недостаточности и гипоксии в этом случае обусловлено нарушением поступления крови в капилляры и открытия артерио-венозных шунтов. По норме по шунтам проходит около 7% крови. При спазме легочной артерии и капилляров открываются артерио-венозные шунты и кровь, обходя обменные капилляры, не насыщается кислородом, нарушается выведение углекислого газа и, как следствие, развивается гипоксемия и гиперкапния, которые усугубляют спазм артериол и усиливают явления легочной гипертензии.
Вторичная посткапиллярная легочная гипертензия развивается при клапанных пороках левого сердца, при митральном стенозе, хронических заболеваниях сердечно-сосудистой системы (гипертоническая болезнь, хроническое легочное сердце), сердечно-сосудистой недостаточности левожелудочкового типа, сдавлении легочных вен опухолью, тромбозе вен. В результате этих процессов возникает застой крови в легочных венах. Кровь не поступает в сосуды большого круга кровообращения, развивается гипоксемия, а затем и гипоксия.
Нарушение метаболизма в легких
Нарушение метаболизма в легких играет большую роль в происхождении дыхательной недостаточности. Легкие участвуют в регуляции практически всех видов обмена веществ, и нарушение обмена веществ отражается на газообмене. Патология сурфактантной системы, возникающая при нарушении белкового и липидного обмена, способствует уменьшению процессов диффузии, гипервентиляции, развитию дистресс-синдрома у взрослых и у новорожденных. Расстройство белкового обмена вызывает осаждение на легочной ткани специфического белка - гиалина и образование гиалиновых мембран. Нарушается диффузия кислорода из легких в артериальную кровь, развиваются гипоксемия и гипоксия. Легкие играют большую роль в обмене жиров. При заболеваниях легких происходит накопление липидов в легких. Эти липиды осаждаются на альвеолах и уменьшают диффузионную способность легких. В легких могут накапливаться специфические липидные вещества. В частности, активация медленно реагирующей субстанции аллергии вызывает спазм мелких бронхов и развитие бронхиальной астмы. Нарушаются процессы вентиляции.
При патологии легких нарушается водный обмен. При гиповентиляции задержка воды в организме приводит к возникновению феномена влажных легких, что нарушает диффузию кислорода из легких в кровь. С другой стороны, при альвеолярной гипервентиляции наблюдается избыточное выведение жидкости из организма. Это приводит к высыханию поверхности альвеол, и легкие становятся более подверженными развитию воспалительных процессов. Кроме того, при гипервентиляции возникает обезвоживание организма. Это вызывает нарушение метаболизма и различных функций организма.
При гипервентиляции в избытке выводится углекислый газ, развивается газовый алкалоз. При гиповентиляции углекислый газ накапливается в организме, развивается газовый ацидоз. В легких инактивируются биологические активные вещества, такие как норадреналин, серотонин и другие. Если нарушается их активация, происходит спазм сосудов малого круга кровообращения, развивается легочная гипертензия. Нарушение перфузии в легких приводит к развитию дыхательной недостаточности.