Очевидно, что адекватность калибра дыхательных путей является решающим фактором для эффективного дыхания. Сила, с которой воздух проталкивается через трубку, обратно пропорциональна учетверенному радиусу трубки, так что даже небольшие изменения калибра оказывают большое влияние на ток проходящего воздуха. Обструкция дыхательных путей является важным моментом, обусловливающим дыхательную недостаточность при таких заболеваниях органов дыхания, как хронический бронхит и астма. Widdicombe приводит обзор имеющихся сведений о регулировании калибра дыхательных путей у человека и экспериментальных животных [120].
Факторы, влияющие на калибр бронхов, могут быть классифицированы следующим образом.
В нормальных дыхательных путях:
1. Механические факторы:
а) натяжение бронхиальной стенки эластической тканью легкого,
б) отношение экстрабронхиального давления (альвеолярного давления) к давлению в просвете альвеол, т. е. трансмуральное бронхиальное давление.
2. Тонус бронхиальной мускулатуры.
При патологии могут иметь значение следующие дополнительные факторы.
3. Набухание слизистой оболочки бронха, вызванное воспалением, отеком, гиперемией или увеличением слизистых желез.
4. Избыточное образование слизи.
5. Деформация дыхательных путей вследствие фиброза, эмфиземы и т. д.
Здесь будут рассмотрены только два первых фактора. Изменения при
различных заболеваниях освещены в соответствующих главах.
Бронхи удлиняются и расширяются на вдохе, укорачиваются и сужаются на выдохе. Это было показано как при контрастном рентгенологическом исследовании бронхов (бронхография), так и при изучении изменений анатомического мертвого пространства. Различные опубликованные исследования показывают, что при раздувании легких 2—4% получаемого объема уходят на увеличение анатомического мертвого пространства. Хотя часть этого объема остается в гортани, Widdicombe приходит к заключению, что объем дыхательных путей возрастает параллельно увеличению объема легких [120].
Механические факторы, влияющие на калибр дыхательных путей
Было уже показано, как и следовало ожидать, что сопротивление дыхательных путей уменьшается с увеличением объема легких и расширением бронхов [120]. В самом деле, сопротивление при нормальных условиях обратно пропорционально легочному объему. По-видимому, наиболее важным фактором в уменьшении сопротивления является воздействие эластической тяги легкого на дыхательные пути (транспульмональное давление), так как если грудная клетка здорового субъекта в достаточной степени неподатлива, то отношение между сопротивлением дыхательных путей и транспульмональным давлением сохраняется, чего нельзя сказать о соотношениях с объемом легких, который, по-видимому, связан с выключением каких-либо отделов легкого [18]. Влияние оказывает также бронхиальное трансмуральное давление. Во время вдоха, при поступлении воздуха в альвеолы давление в просвете дыхательных путей явно превышает таковое в альвеолах с тенденцией к растягиванию стенок дыхательных путей. Во время выдоха происходит обратное. Давление в просвете трубки, в проходящем через нее газе зависит от скорости тока и сопротивления трубки. При выдохе, когда воздух выходит наружу, отмечается отчетливое падение давления в просвете, постепенно прогрессирующее от альвеол до полости рта. В то же время давление в альвеолах, окружающих бронхи, останется относительно постоянным. Давление изнутри на стенки бронхов будет, таким образом, выше в проксимальных бронхах, чем в дистальных. Кроме того, при постоянном объеме струи газа давление в просвете уменьшается при увеличении скорости (теорема Бернулли). Общий поперечник бронхов уменьшается с увеличением их калибра. Поэтому скорость прохождения газа увеличивается в крупных бронхах, обусловливая даже более значительную разницу трансмурального давления, чем в меньших бронхах. Неподатливость стенок крупных бронхов способствует сохранению их проходимости при повышении разницы трансмурального давления, но при форсированном выдохе эта разница может достичь таких величин, что вызывает инвагинацию более мягкой задней стенки в просвет между концами полулунных хрящей, образуя воздушную ловушку. Это происходит только при объемах от 75 до 20% жизненной емкости [75]. Возможно, что при этих условиях определенную роль может сыграть изменение тонуса гладкой мускулатуры.
Измеряя интрабронхиальное и транспульмональное давление, Macklem и Wilson пришли к выводу, что объем легких здорового человека является важнейшим фактором, влияющим на калибр дыхательных путей дистальнее сегментарных бронхов [75]. Проксимальные бронхи испытывают действие как легочного объема, так и давления в полости плевры на выдохе, тогда как внутригрудной отдел трахеи находится главным образом под воздействием плеврального давления. При спокойном дыхании местом наибольшей резистентности являются периферические отделы дыхательных путей, а при форсированном выдохе — центральные.