26.10 : Соотношения давления в грудной полости

Дыхание, также известное как легочная вентиляция, представляет собой процесс движения воздуха в легкие и из них. Основными механизмами, обеспечивающими легочную вентиляцию, являются атмосферное давление (P_atm), внутрилегочное (P_pul) или внутриальвеолярное (P_alv) давление внутри альвеол и внутриплевральное давление (P_ip) внутри плевральной полости.

Механизмы дыхания

Как внутриальвеолярное, так и внутриплевральное давление зависит от определенных свойств легких. Способность дышать — позволять воздуху поступать в легкие во время вдоха и выходить во время выдоха — зависит от давления воздуха внутри легких относительно атмосферного давления.

Динамика давления

Вдох (вдыхание) и выдох (выдыхание) зависят от разницы давлений между атмосферой и легкими. В газе давление возникает из-за движения ограниченных молекул газа. Например, из-за уменьшенного объема одно и то же количество молекул газа будет оказывать большее давление в однолитровом контейнере, чем в двухлитровом. Эта связь между объемом и давлением в газе при постоянной температуре описывается законом Бойля, который гласит, что давление и объем обратно пропорциональны (P = k/V); увеличение объема приводит к снижению давления и наоборот.

Три типа давления — атмосферное, внутриальвеолярное и внутриплевральное — определяют легочную вентиляцию. Атмосферное давление представляет собой силу, оказываемую газами воздуха, окружающими определенную поверхность. Его можно выразить в атмосферных единицах (атм) или в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), где 1 атм равен 760 мм рт. ст., атмосферному давлению на уровне моря. Другие значения давления, такие как атмосферное давление, также обычно обсуждаются в дыхании. Так, внутриальвеолярное давление (внутрилегочное давление) означает давление воздуха внутри альвеол, которое колеблется на разных стадиях дыхания. Поскольку альвеолы ​​соединены с атмосферой через дыхательные пути, внутрилегочное давление постоянно выравнивается с атмосферным давлением.

Внутриплевральное давление — это давление воздуха в плевральной полости между висцеральной и париетальной плеврами. Оно колеблется на разных стадиях дыхания и из-за особых свойств легких всегда остается отрицательным по сравнению с внутриальвеолярным давлением. Внутриплевральное давление остается приблизительно –4 мм рт. ст. на протяжении всего цикла дыхания. Оно поддерживается внутренней отдачей эластичных волокон легкого и наружной тягой грудной стенки. Баланс между этими противоположными силами определяет внутриплевральное давление –4 мм рт. ст. относительно внутриальвеолярного давления. Транспульмональное давление, разница между внутриплевральным и внутриальвеолярным давлением, определяет размер легких.

Факторы, влияющие на вентиляцию

Помимо разницы давления, дыхание зависит от сокращения и расслабления диафрагмы и грудных мышечных волокон. Движения диафрагмы и межреберных мышц в первую очередь вызывают изменения давления, ответственные за вдох и выдох.

Другие свойства легких также влияют на дыхание. Сопротивление — это сила, которая замедляет движение, в данном контексте поток газов. Размер дыхательных путей — основной фактор, влияющий на сопротивление. Меньший диаметр трубки заставляет воздух проходить через меньшее пространство, вызывая больше столкновений молекул воздуха со стенками дыхательных путей. Формула F=ΔP/R описывает связь между изменениями давления и сопротивлением дыхательных путей.

Поверхностное натяжение внутри альвеол, вызванное водой, присутствующей в выстилке альвеол, имеет тенденцию ограничивать расширение альвеол. Легочный сурфактант, секретируемый пневмоцитами II типа, смешивается с водой, снижая поверхностное натяжение и предотвращая спадение альвеол во время выдоха.

Растяжимость грудной стенки, способность грудной стенки растягиваться под давлением, влияет на усилие, необходимое для дыхания. Грудная полость должна расширяться для осуществления вдоха, что напрямую влияет на емкость легких. Если грудная стенка не обладает растяжимостью (не может расширяться), развитие грудной клетки и легких у плода становится затруднительным.