Острая дыхательная недостаточность

Процесс внешнего дыхания

Основная функция системы внешнего дыхания — обеспечение оксигенации артериальной крови и выведение диоксида углерода (С0₂) из венозной крови со­гласно потребностям организма.

Процесс внешнего дыхания можно разделить на два этапа: первый — вентиляция легких, целью которой является поддержание нормаль­ного состава газа в альвеолах; второй — газообмен в легких, за счет которого в капиллярную кровь легких поступает кислород и удаляется диоксид углерода. Далее кислород поступает в клетки организма, что является уже функцией сердечно-сосудистой системы.

Кислород необходим для биологического окисления ионов водорода в цикле метаболизма трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Целью этого процесса служит образование в организме энергии. Он происходит вследствие окислительного фосфорилирования энергетических субстратов (углеводов, жиров, белков), кото­рые перед вовлечением в цикл метаболизма трикарбоновых кислот испытывают различные преобразования. Так, глюкоза (С₆Н_|20₆) в результате преобразований в цикле Эмдена—Мейергофа трансформируется в пировиноградную кислоту, ко­торая уже при условии достаточного количества энергии в свою очередь превращ­ается в ацетилкоэнзим А. Он и вовлекается в цикл Кребса, конечными продук­тами метаболизма которого являются вода и диоксид углерода (этот процесс ина­че называется аэробным гликолизом). Молекулы воды образуются при окислении водорода глюкозы или другого органического субстрата, что сопровождается вы­делением энергии, аккумулирующейся в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ) при его образовании из аденозиндифосфата, а также в других высокоэнергетиче­ских макроэргах (например, в креатинфосфате). Энергия АТФ используется для обеспечения всех энергозависимых процессов в клетках, прежде всего функции мембран клеток и др. В цикле Кребса при окислении одной молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ. При анаэробном гликолизе, при котором из пирови- ноградной кислоты образуется молочная кислота, из одной молекулы глюкозы образуется лишь 2 молекулы АТФ. Таким образом, этот путь метаболизма энер­гетически нерационален, организм за его счет не смог бы существовать. Кроме того, конечным продуктом анаэробного гликолиза является кислота, нарушаю­щая кислотно-основное состояние крови. Следовательно, организм человека да­же непродолжительное время не может существовать без кислорода и гибнет от асфиксии.

Диоксид углерода в цикле метаболизма трикарбоновых кислот образуется так­же из ацетилкоэнзима А. Он не является инертным по отношению к организму, и при нарушении его элиминации возникает респираторный ацидоз. После удаления из клеток диоксид углерода диффунди­рует через капилляры в кровь и транспортируется в легкие. Элиминация его из легких — вторая функция внешнего дыхания.

Потребление организмом кислорода в обычных условиях составляет около 4 мл/кг массы тела в 1 мин, а выведение С0₂ 3 мл/кг в 1 мин. Неспособность системы внешнего дыхания доставлять необходимое количество кислорода в ар­териальную кровь и/или выводить углекислый газ из венозной крови приводит к развитию дыхательной недостаточности.

Чтобы разобраться в патогенезе острой дыхательной недостаточности и мето­дах ее лечения, необходимо возвратиться к клинической физиологии внешнего дыхания. 

Клиническая анатомия системы внешнего дыхания

Морфологические особенности системы внешнего дыхания. Выделяют дыха­тельные пути, которые являются проводником воздуха между атмосферой и лег­кими, и легочную ткань, в которой непосредственно происходит газообмен. К верхним дыхательным путям относится носовая и ротовая полости, глотка и гор­тань. К нижним — трахея, бронхи, бронхиолы и альвеолы.

Атмосферный воздух достигает альвеол по дыхательным путям, которые пред­ставляют систему последовательно дихотомически разделенных полых каналов (трубок; рис. 38). Трахея разветвляется на правый и левый главные бронхи (под­разделяются на частичные и сегментарные, субсегментарные бронхи и т. п.), а они, в свою очередь, переходят конечные в бронхиолы (16 генераций деления), которые выполняют транспортную функцию. Транспорт воздуха до уровня конечных бронхиол осуществляется исключительно конвекционным путем.

Рис. 38. Строение легких: 1 — трахея; 2 — верхняя доля левого легкого; 3 — главный бронх; 4 — долевой бронх; 5 — сегментарный бронх; 6 — нижняя доля левого легкого; 7 — нижняя доля правого легкого; 8 — средняя доля правого легкого; 9 — верх­няя доля правого легкого 

От 17 до 19 генераций делений (пере­ходная зона) образуются так называемые дыхательные бронхиолы, в стенках кото­рых уже имеются одиночные альвеолы. После 20 делений начинаются альвео­лярные ходы, плотно окруженные альве­олами. Этот участок принимает непо­средственное участие в газообмене и на­зывается дыхательной зоной. Общий объ­ем дыхательной (респираторной) зоны легких составляет около 3000 мл, а рас­стояние от конечной бронхиолы до наи­более отдаленной альвеолы не превыша­ет 0,5 см. (рис. 39).

Рис. 39. Респираторная зона легких: / — терминальные бронхиолы; 2 — респираторные бронхиолы; 3 — альвеолярный ход; 4 — альвеолы; 5 — альвеолярный мешочек

Транспорт газов в дыхательной зоне осуществляется за счет их диффузии. Структуры, расположенные дистально относительно конечной бронхиолы, обра­зуют структурно-функциональную еди­ницу легкого — ацинус. Общая попереч­ная площадь дыхательных путей в респи­раторной зоне увеличивается (рис. 40).

      

Рис. 41. Легкие и грудная клетка: 1 — атмосферное давление; 2 — внутри-плевральное давление; 3 — внутрилегочное давление 4 — диафрагма; 5 — внутренно­стная плевра; 6 — плевральная полость; 7 — пристеночная полость; 8 — грудная клет­ка; 9 — легкое

Рис.40. Схема дыхательных путей по Вейбелю

 

 Легкие расположены в грудной клетке и покрыты внутренностной плеврой. Пристеночная плевра устилает внутреннюю поверхность грудной клетки (рис. 41). Плевральная полость — это промежуток между двумя слоями плевры. Плевральную полость заполняет плевральная жидкость. 

Грудная клетка включает ребра, грудину и межреберные мышцы. Грудная клетка образует над дыхательными путями подвижный каркас, расширяющийся при вдохе и сужающийся при выдохе. Этот каркас защищает дыхательные пути, а также сердце и некоторые железы внутренней секреции от механических повреж­дений. Снизу грудную полость ограничивает главная дыхательная мышца — диа­фрагма; кроме нее к дыхательным мышцам относится и большинство межреберных мышц. 

Функции дыхательных путей

Механическая очистка воздуха

Слизистая оболочка носовой полости в сутки продуцирует от 100 до 500 мл секрета, принимающего участие в увлажнении воз­духа и выведении из дыхательных путей инородных частиц. Инородные частицы размером до 30 мкм задерживаются волосяным покровом преддверия носовой полости. Частицы пыли размером от 10 до 30 мкм оседают на слизистой оболоч­ке носовой полости, после чего со слизью перемещаются к выходу из носа со скоростью около 2 мм/ч за счет слаженных движений волосковидных образова­ний (ресничек) реснитчатого (мерцательного) эпителия. С задней части носовой полости слизь вместе с частицами пыли и микроорганизмами движется в направ­

лении глотки со скоростью 10 мм/ч, откуда, благодаря рефлекторным глотатель­ным движениям, поступает в пищеварительный тракт. Из носовой полости по воздухоносным путям через глотку и гортань воздух поступает в трахею и бронхи.

Слизистая оболочка трахеи и бронхов продуцирует ежесуточно от 10 до 100 мл секрета, покрывающего ее слоем толщиной 5—7 мкм. Объем продукции секрета и его вязкоэластичные свойства определяются регуляцией парасимпатического и симпатического отделов вегетативной нервной системы. Кроме того, стимулято­рами секреции являются простагландин Е, и гистамин. Рефлекторную регуляцию секреции обеспечивает также раздражение ирритантных рецепторов блуждающе­го нерва.

Выведение секрета осуществляется с помощью реснитчатого эпителия трахеи и бронхов. Клетка такого эпителия имеет около 200 ресничек диаметром 0,2 мкм и длиной 5—6 мкм, которые каждую минуту выполняют до 1000 координирован­ных колебательных движений. Клетки реснитчатого эпителия образуют так на­зываемые поля. Поля М01уг содержать от нескольких десятков до тысячи клеток эпителия. Следует заметить, что направление движения ресничек в каждом поле неодинаково, поэтому выведение секрета происходит по спирали. Источником энергии для обеспечения движения ресничек эпителия является энергия АТФ. Активность колебаний ресничек стимулируют простагландины Е₁, Е₂ и лейкотриен С₄. Частота колебаний ресничек максимальна при температуре тела 37°С. К экзогенным факторам, существенным образом тормозящих активность реснитча­того эпителия, прежде всего относится вдыхание табачного дыма.

Частицы пыли диаметром 3—10 мкм и часть микроорганизмов оседают на слизистой оболочке бронхов и трахеи. Слизь с частицами пыли благодаря движе­нию ресничек перемещается в проксимальном направлении (к глотке). Время выведения частиц, попавших в нижние дыхательные пути, варьирует в довольно широких пределах — от 1 ч до 1 суток. Скорость эскалации слизи в разных от­делах дыхательных путей отличается: наибольшая скорость в трахее, а наимень­шая — в бронхах.

В результате работы ресничек реснитчатого эпителия время контакта частиц пыли, которые могут содержать клетки бактерий, с внутренней поверхностью дыхательных путей не превышает 0,1 с, что препятствует инвазии микроорганиз­мов в эпителий дыхательных путей и развитию в них инфекционного процесса.

Частицы пыли малого диаметра (менее 2 мкм), а также клетки бактерий и вирусы могут попадать с воздухом в альвеолы. Эпителий альвеол состоит из ре­спираторных альвеолоцитов (альвеолоциты I типа) и альвеолярных секреторных клеток (альвеолоциты II типа). В альвеолярное пространство выступают округлые клетки, которые часто содержат в себе инородные включения. Эти клетки отно­сятся к макрофагам и называются альвеолярными фагоцитами. Функциональное назначение альвеолярных фагоцитов заключается в фагоцитозе как экзогенных структур (частица пыли, микробов и вирусов, проникших в альвеолярное про­странство), так и структур эндогенного происхождения (сурфактанта, продукты распада клеток). Продолжительность жизни альвеолярных фагоцитов — от 60 су­ток до нескольких лет. Двигаясь по воздухоносным путям, макрофаги достигают бронхиол, где с помощью ресничек эпителия перемещаются в проксимальном направлении и выводятся с мокротой или заглатываются. Часть альвеолярных фагоцитов мигрирует в интерстициальную ткань, откуда попадает в лимфатиче­скую систему. В фагоцитозе микроорганизмов в дыхательных путях принимают участие также нейтрофильные лейкоциты.

Кроме механизмов .мукоцилиарной зашиты и фагоцитоза защитную функцию слизистой оболочки дыхательных путей обеспечивают гуморальные механизмы неспецифической защиты. В бронхиальной слизи содержатся интерферон, протеазы, лизоцим, лактоферрин и прочие природные антибактериальные и анти­вирусные агенты. Интерферон уменьшает количество вирусов, колонизирующих клетки, лизоцим расщепляет гликозаминогликаны мембран бактерий, в результа­те чего они становятся нежизнеспособными. Лактоферрин оказывает бактериостатическое действие путем связывания железа, необходимого для жизнедеятель­ности бактерий.