Функция дыхания является одним из основных механизмов жизнеобеспечения в процессе постоянного взаимодействия организма с внешней средой. Интенсивность дыхания тонко управляется сложным нейрогуморальным регуляторным комплексом. Сложный интегративный механизм регуляции дыхания слагается из непроизвольного компонента (филогенетически более древнего), на уровне подкорки, и произвольного компонента, сформировавшегося в процессе эволюции человека на уровне коры больших полушарий. Механизмы произвольной регуляции акта дыхания имеют условнорефлекторную природу и тесно связаны со второй сигнальной системой. Эти компоненты тесно взаимодействуют между собой, обеспечивая тонкую приспосабливаемость человеческого организма ко всему многообразию меняющихся условий внешней и внутренней среды человека.
Важным моментом при изучении произвольного изменения дыхания является учет времени, которое требуется от словесного сигнала «глубокий вдох» до начала глубокого произвольного вдоха. Это время можно зарегистрировать на барабане кимографа (см. стр. 149). Время передачи импульса обратно пропорционально скорости его проведения. В зависимости от воздействия различных факторов внешней среды и состояния испытуемого это время будет различно. Таким образом, при изучении произвольного изменения дыхания различают: 1) скорость передачи импульса, быстроту реакции, которая обратно пропорциональна времени, необходимому для передачи импульса от сигнала до начала глубокого произвольного вдоха; 2) интенсивность, или силу, импульса, которая проявляется в величине произвольной дыхательной экскурсии.
К методам исследования непроизвольных дыхательных движений грудной клетки относятся методы исследования их глубины, частоты и ритма, осуществляемые с помощью пневмографа, стетографа, спирографа, и другие способы, а также методы измерения минутного дыхательного объема. При исследовании непроизвольного дыхания имеет значение ряд показателей, определяющих более или менее непосредственно эффективность дыхательной функции — утилизацию кислорода, поглощение кислорода и выделение углекислоты в единицу времени, насыщение крови кислородом, парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе, дефицит кислорода в организме.
Многие из существующих методов исследования непроизвольных дыхательных движений грудной клетки недостаточно точны и не отражают действительной картины ее дыхательных движений. Основным недостатком этих методов является то, что они дают суммарную картину дыхательных движений грудной клетки, не отражающую истинной картины ее дыхательных движений.
Обычно для регистрации непроизвольных дыхательных движений грудной клетки применяется пневмография (запись на барабане кимографа по принципу воздушной передачи). Для получения дифференцированной картины дыхательных движений грудной клетки применяют так называемую множественную пневмографию, которая позволяет производить запись дыхательных движений отдельно правой и левой половин грудной клетки и брюшного дыхания. Однако сокращение мышц грудной клетки может менять давление в пневмографе и тем самым исказить запись. Поэтому М. Е. Маршак (1947, 1948) предложил регистрировать дыхательные движения таким образом. Обследуемый дышит через мундштук с клапанами, который соединяют резиновой трубкой с капсулой Марея. Дыхание записывают на барабане кимографа. Однако этим методом можно учитывать только суммарные дыхательные движения грудной клетки.
Нами был предложен метод непосредственных измерений непроизвольных дыхательных движений отдельных пар ребер при помощи большого толстотного циркуля. Для этого ножки циркуля приставляют к местам перехода VIII ребер в хрящи спереди (описание методики см. ниже, стр. 145) и измеряют амплитуду непроизвольного дыхательного движения (А). Эта амплитуда может быть записана также при помощи специального приспособления на барабане кимографа. Может быть также подсчитана частота дыхательных движений в 1 минуту.
Произведение дыхательной амплитуды (в миллиметрах) на частоту дыхания (n). в 1 минуту составляет так называемую минутную дыхательную амплитуду (МДА). МДА=А·n.
МДА пропорциональна вентиляции легких. Вычисление коэффициента корреляции между изменением МДА и величиной вентиляции легких показало наличие большой корреляции между изменением этих показателей [r = 0,79, m(r) =0,05]. Вычисление коэффициента регрессии дало возможность составить шкалу регрессии вентиляции легких при изменении величины МДА на 1 мм (R = 0,04 л).
На основании этих эмпирических данных может быть составлена формула, по которой можно приближенно определить вентиляцию легких, зная величину МДА. Вентиляция легких (в литрах) равна МДА·0,05 (или V=A·n·0,05). Сравнение данных вычисления вентиляции легких по этой формуле с фактически найденной при помощи газовых часов показывает хорошее совпадение в пределах вентиляции, равной от 5 до 10 л (здесь разница не превышает 0,5 л). При малых или больших величинах вентиляции легких должна быть сделана соответствующая поправка. Вычисления показывают, что наилучшее совпадение имеет место при величине МДА=160. Тогда V= 160·0,05=8 л.
Здесь ошибка не превышает 0,03 л. Далее установлено, что на каждые 10 мм увеличения или уменьшения МДА эта поправка возрастает на 0,1 л. Тогда общая формула примет следующий вид: V=МДА·0,05+0,1а, где а — отклонение каждых 10 мм МДА в сторону уменьшения или увеличения от средней МДА, равной 160 мм. Если величина МДА превышает 160, то надо отнять 0,1а, если она меньше 160, то надо прибавить 0,1а.
Как показывает анализ материала, вышеописанный метод является достаточно пригодным при массовых исследованиях, так как он очень прост и отличается своей портативностью. Однако необходимы дальнейшие исследования для обоснования и уточнения этой методики.
На пневмограмме, записанной при помощи кимографа, измеряют глубину (высоту) вдоха и выдоха и их продолжительность при помощи отметчика времени. Техника пневмографии подробно излагается в специальных физиологических руководствах.
Весьма важное значение имеет исследование произвольных дыхательных экскурсий ребер, наиболее четко отражающих влияние активных факторов внешней среды на человеческий организм. Обычно окружность груди измеряют сантиметровой лентой при вдохе и выдохе. Это измерение дает лишь ориентировочное суммарное представление о величине дыхательной экскурсии грудной клетки. Здесь лента пересекает несколько пар ребер на неопределенном уровне, и величина окружности грудной клетки и ее изменения при вдохе и выдохе зависят от ряда различных факторов, в том числе от развития жирового слоя, мускулатуры, легких. Корреляция между данными жизненной емкости легких и величиной дыхательной экскурсии грудной клетки очень мала (r<0,150).
Для правильного, дифференцированного представления об экскурсии грудной клетки, необходимо измерять дыхательные движения отдельных ребер на обеих сторонах грудной клетки. Следуя этому принципу, П. П. Дьяконов предложил методику дифференцированной торакометрии. Эта методика заключается в том, что, при помощи большого толстотного циркуля производят измерения косых диаметров грудной клетки по VIII ребрам — справа и слева, а также спереди во фронтальной плоскости между концами тех же VIII ребер. Точками приложения ножек циркуля служат остистый отросток VIII грудного позвонка и места перехода VIII ребер в хрящи. Главным достоинством этой методики является то, что здесь получают дифференцированную картину дыхательных экскурсий правого и левого VIII ребер в сагиттальной и фронтальной плоскостях. К VIII ребрам прикрепляются наиболее мощные пучки диафрагмы, и на этом уровне имеет место наибольшая амплитуда дыхательных движений.
В 1934 г. мы дополнили эту методику измерением дыхательных экскурсий ребер в вертикальном направлении при помощи гониометра, прикрепленного к большому толстотному циркулю. Эта методика дифференцированной гониоторакометрии позволяет определять дыхательные экскурсии VIII ребер в сагиттальном, вертикальном и фронтальном направлениях. Выявлено наличие корреляции между величинами дыхательных экскурсий VIII ребер и жизненной емкостью легких (r=0,394) и дополнительным воздухом (r = 0,469).
Измерения дыхательных экскурсий VIII ребер производятся при помощи большого толстотного циркуля-гониометра. Точки приложения ножек циркуля следующие: 1) остистый отросток VIII грудного позвонка, лежащий на линии, соединяющей нижние углы лопаток; 2) места перехода правого и левого VIII ребер в реберные хрящи, пальпируемые в виде валиков (рис. 41).
Рис. 41. Схема измерения дыхательных экскурсий VIII ребер.
Измерение дыхательных движений ребер слагается из следующих этапов: 1) измерение дыхательной экскурсии правого VIII ребра в сагиттальной плоскости — так называемая сагиттальная экскурсия правого VIII ребра (а) (в миллиметрах); 2) измерение дыхательной экскурсии правого VIII ребра в вертикальном направлении — вертикальная экскурсия VIII ребра (ga) (в градусах); 3) измерение сагиттальной экскурсии левого VIII ребра (в) (в миллиметрах); 4) измерение вертикальной экскурсии левого VIII ребра (gb) (в градусах); 5) измерение дыхательных движений VIII ребер между точками перехода этих ребер в хрящи спереди во фронтальной плоскости — фронтальная дыхательная экскурсия VIII ребер (с) (в миллиметрах). Эти измерения производятся при максимально глубоком вдохе и выдохе. При измерении надо следить, чтобы рука измеряющего свободно передвигалась вслед за ребрами и не отставала от их движения. Поэтому пальцами надо придерживать не только ножки циркуля, но и данное место на ребре. После небольшой практики удается добиться достаточно большой точности измерений (2—3 мм). Для вычисления величин дыхательных экскурсий вычитают из цифр, соответствующих вдоху, цифры, соответствующие выдоху, и получают полные дыхательные экскурсии VIII ребер (a, ga, в, gв, с). Вычитая из цифр, соответствующих вдоху, цифры, соответствующие спокойному состоянию (паузе), получают вдыхательные экскурсии VIII ребер (a", ga", в", gв", с"). Вычитая из цифр, соответствующих спокойному состоянию, цифры, соответствующие выдоху, получают выдыхательные экскурсии VIII ребер (a', ga', в', gв', с').
Точки перехода VIII ребер в хрящи совершают при дыхании движения по некоторой сложной, наклоненной к вертикали линии, слагающейся из двух простых движений в горизонтальном (сагиттальном) и вертикальном направлениях. Определение этих истинных амплитуд дыхательных движений ребер справа (m) и слева (n) производится по специальной таблице, в которой по величине диаметра ребра при вдохе и его сагиттальной экскурсии (в миллиметрах) и вертикальной экскурсии (в градусах) легко определяется истинная дыхательная экскурсия ребра (таблица 27).
Таблица 27. Вычисления истинных величин дыхательных экскурсии VIII ребер (m, n)
Важное значение имеет вычисление показателей типа дыхательных движений ребер: 1) показателя сагиттально-фронтальных соотношений дыхательных экскурсий (показателя первого типа дыхательных движений — PI). Этот показатель вычисляется по следующей формуле:
Он характеризует отношение фронтальных экскурсий к сумме двух сагиттальных в процентах и варьирует от действия различных внешних и внутренних факторов. Как показывают клинические исследования, значительное увеличение или уменьшение этого показателя создает неблагоприятные условия для подвижности грудной клетки, что имеет место при ряде заболеваний сердечнососудистой системы; 2) показателя сагиттально-вертикальных соотношений дыхательных движений (показателя второго типа дыхательных движений РII). Этот показатель вычисляется по формуле:
Он характеризует отношения сагиттальных экскурсий к истинным (в вертикальном направлении). Увеличение этого показателя говорит о преобладании брюшной формы дыхания, уменьшение — о преобладании грудной. При одинаковых величинах истинных дыхательных экскурсий ребер могут иметь место или относительно большие экскурсии в вертикальном направлении (грудные формы), или относительно большие экскурсии в сагиттальном направлении (брюшные формы). Так, например, при одной и той же истинной дыхательной экскурсии, равной 100 мм, могут иметь место следующие величины сагиттальных и вертикальных экскурсий. При брюшной форме дыхания показатель PII равен 60%, сагиттальная экскурсия — 60 мм, вертикальная —21°; при грудной форме дыхания показатель РII равен 40% , сагиттальная экскурсия — 40 мм, вертикальная — 25°.
Нередко экскурсия слева несколько (на 1—2 мм) больше, чем экскурсия справа, так как объемистая печень справа несколько препятствует дыхательным движениям в этой половине грудной клетки. В ряде случаев (например, при право- или левосторонней пневмонии, спайках, туберкулезном процессе, сколиозе) может быть резкое различие в амплитудах дыхательных экскурсий с разных сторон. В этих случаях необходимо вычисление показателя асимметрии дыхательных экскурсий, т. е. отношение величины дыхательной экскурсии правого VIII ребра к величине экскурсии левого ребра
Выдыхательно-вдыхательные показатели характеризуют отношение экскурсий выдоха и вдоха (в процентах), т. е. экспираторно-инспираторное состояние грудной клетки. Для сагиттальных экскурсий правого
VIII ребра этот показатель Va = a'/a" ·100%, для сагиттальных экскурсий левого VIII ребра Vb = b'/b" ·100%,
для фронтальной экскурсии Vc = c'/c" ·100%.
Кроме описанных изменений дыхательных экскурсий .VIII ребер, при помощи большого толстотного циркуля-гониометра можно производить ряд других измерений дыхательных движений грудной клетки: а) экскурсии наибольших сагиттальных (косых) диаметров грудной клетки по III, IV, V, VI ребрам с правой и левой стороны. Эти измерения рекомендуются при ограниченных движениях верхних отделов грудной клетки (например, вследствие туберкулезного процесса); б) экскурсии сагиттальных диаметров грудной клетки на уровне верхнегрудной, среднегрудной и нижнегрудной линий; в) экскурсий фронтальных (поперечных) диаметров грудной клетки по среднегрудинной и нижнегрудинной линиям; г) экскурсии угла наклона грудины к вертикали при вдохе и выдохе (измерения производятся скользящим циркулем-гониометром, определяют угол наклона грудины к вертикали в состоянии спокойного дыхания, при глубоком вдохе и полном выдохе); д) экскурсии угла при ксифионе при вдохе и выдохе (измерения производятся скользящим циркулем-гониометром, определяют величину этого угла при вдохе и выдохе — см. стр. 21).
Произвольные дыхательные экскурсии можно записать на кимографе. Эта запись особенно важна для регистрации времени от подачи сигнала до начала вдоха (рис. 42).
Рис. 42. Схема записи произвольного и непроизвольного изменения дыхания на барабане кимографа.
При исследовании произвольного дыхания могут быть использованы еще следующие методы: 1) спирометрия (измерение жизненной емкости легких, дыхательного воздуха, дополнительного воздуха, резервного воздуха); имеет большое значение определение относительной (должной) жизненной емкости легких по Антони; 2) определение длительности произвольного апноэ на вдохе и выдохе (лучше при помощи пневмометра); определение мощности (предела) дыхания, показателя напряженности дыхания по Гаррисону и Шафрановскому. Описание этих методик изложено в ряде специальных руководств.
Методики исследования непроизвольных и произвольных дыхательных движений VIII ребер могут быть использованы для изучения непосредственного влияния различных факторов на функцию внешнего дыхания. В этих случаях производят так называемые функциональные пробы непроизвольного и произвольного изменения дыхания: до и после или во время действия какого-либо определенного фактора (физической нагрузки и пр.) измеряют минутную дыхательную амплитуду (МДА) (непроизвольное изменение дыхания) и фронтальную дыхательную экскурсию VIII ребер (произвольное изменение дыхания). Если исходные величины принять за 100% , то последующие величины можно выразить в процентах по отношению к ним. Это будут показатели непроизвольного и произвольного изменения дыхания. Обычно производят измерение МДА и фронтальной дыхательной экскурсии VIII ребер непосредственно до и после нагрузки (10—15 приседаний, 60 подскоков, бег в течение 2 минут и т. д.), а также через 2—4 минуты отдыха. Так, например, динамика средних величин показателей непроизвольного (К1) и произвольного (К) изменения дыхания у 100 нетренированных студенток Ярославского медицинского института до и после бега были следующие: 1) исходная величина К1 (т. е. МДА в процентах к исходной величине) равна 100%; К =100%; 2) непосредственно после бега К1 = 448%, К =75%; 3) через 2 минуты после бега К1= 245%, К=85,3% ; 4) через 4 минуты после бега К1 = 148,5%. К =95,1 % .
Параллельно с исследованиями непроизвольного и произвольного изменения дыхания целесообразно проводить исследования изменения артериального давления, пульса, электрокардиографические исследования и т. д. Работы Е. И. Белова (1954), Ю. Н. Иванова и др. показывают целесообразность такого подхода.
Весьма показательны исследования произвольного изменения дыхания во время действия какого-либо фактора внешней среды — солнечных ванн, ультрафиолетовых облучений, бальнеопроцедур, при выполнении физических упражнений, при понижении атмосферного давления и т. д.
На основании исследований в барокамере (500 наблюдений) нами были установлены определенные изменения показателей произвольного и непроизвольного изменения дыхания при различном атмосферном давлении и, следовательно, при различных степенях кислородного голодания (гипоксемии) и выделен ряд фаз регуляции непроизвольного и произвольного изменения дыхания:
1. Нормальная регуляция.
2. Субнормальная регуляция (показатели произвольного дыхания К =91—86%; непроизвольного изменения дыхания К1 = 100%); компенсированная регуляция (показатели К=85—71%, К1 = 100% или приближаются к 100%).
3. Субкомпенсированная регуляция [К=70—56%; К1 = 100—78%).
4. Декомпенсированная регуляция I степени — значительное прогрессирующее понижение показателей произвольного (К = 55—42%) и непроизвольного (К1 = 77—54%) дыхания.
5. Декомпенсированная регуляция II степени (К = 41-28%; К1= 58-39%).
6. Декомпенсированная регуляция III степени (асфиксия) — дыхание ясно выраженное поверхностное, величины произвольных и непроизвольных дыхательных движений очень малы и близки друг другу (К=27—14%; К1 = 38—20 %).
7. Атональная (или летальная) фаза, которая может окончиться остановкой дыхания (К=13—0%; К1 = 19—0%).
Определение этих фаз регуляции внешнего дыхания в комплексе с исследованиями функции кровообращения может расширить представления о функциональном состоянии человеческого организма при воздействии того или иного фактора внешней среды.