Давление в плевральной полости (щели)

Легкие и стенки грудной полости покрыты серозной оболочкой -- плеврой. Между листками висцеральной и париетальной плевры имеется узкая (5--10 мкм) щель, содержащая серозную жидкость, по составу сходную с лимфой. Легкие постоянно находятся в растянутом состоянии.

Если в плевральную щель ввести иглу, соединенную с манометром, можно установить, что давление в ней ниже атмосферного. Отрицательное давление в плевральной щели обусловлено эластической тягой легких, т. е. постоянным стремлением легких уменьшить свой объем. В конце спокойного выдоха, когда почти все дыхательные мышцы расслаблены, давление в плевральной щели (PPl)приблизительно--3 мм рт. ст. Давление в альвеолах (Ра) в это время равно атмосферному. Разность Ра-- -- РРl = 3 мм рт. ст. носит название транспульмо-нального давления (P1). Таким образом, давление в плевральной щели ниже, чем давление в альвеолах, на величину, создаваемую эластической тягой легких.

При вдохе вследствие сокращения инспираторных мышц объем грудной полости увеличивается. Давление в плевральной щели становится более отрицательным. К концу спокойного вдоха оно снижается до --6 мм рт. ст. Вследствие увеличения ранспульмонального давления легкие расправляются, их объем увеличивается за счет атмосферного воздуха. Когда инспираторные мышцы расслабляются, упругие силы растянутых легких и стенок брюшной полости уменьшают транспульмональное давление, объем легких уменьшается -- наступает выдох.

Механизм изменения объема легких при дыхании может быть продемонстрирован с помощью модели Дондерса.

При глубоком вдохе давление в плевральной щели может снизиться до --20 мм рт. ст.

Во время активного выдоха это давление может стать положительным, тем не менее оставаясь ниже давления в альвеолах на величину эластической тяги легких.

В плевральной щели в обычных условиях не бывает газов. Если ввести некоторое количество воздуха в плевральную щель, он постепенно рассосется. Всасывание газов из плевральной щели происходит вследствие того, что в крови мелких вен малого круга кровообращения напряжение растворенных газов ниже, чем в атмосфере. Накоплению в плевральной щели жидкости препятствует онкотическое давление: в плевральной жидкости содержание белков значительно ниже, чем в плазме крови. Имеет значение также относительно низкое гидростатическое давление в сосудах малого круга кровообращения.

Упругие свойства легких. Эластическая тяга легких обусловлена тремя факторами:

1) поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол; 2) упругостью ткани стенок альвеол вследствие наличия в них эластических волокон; 3) тонусом бронхиальных мышц. Устранение сил поверхностного натяжения (заполнение легких солевым раствором) снижает эластическую тягу легких на 2/3.Если бы внутренняя поверхность альвеол была покрыта водным раствором, поверх-

ностное натяжение должно было бы быть в 5--8 раз больше. В таких условиях наблюдалось бы полное спадение одних альвеол (ателектаз) при перерастяжении других. Этого не происходит потому, что внутренняя поверхность альвеол выстлана веществом, имеющим низкое поверхностное натяжение, так называемым сурфактантом. Выстилка имеет толщину 20--100 нм. Она состоит из липидов и белков. Сурфактант образуется специальными клетками альвеол -- пневмоцитами II типа. Пленка сурфактанта обладает замечательным свойством: уменьшение размеров альвеол сопровождается снижением поверхностного натяжения; это важно для стабилизации состояния альвеол. Образование сурфактанта усиливается парасимпатическими влияниями; после перерезки блуждающих нервов оно замедляется.

Количественно упругие свойства легких принято выражать так называемой растяжимостью: где Д V1 -- изменение объема легких; ДР1 -- изменение транспульмонального давления.

У взрослых она равна приблизительно 200 мл/см вод. ст. У детей грудного возраста растяжимость легких гораздо ниже -- 5--10 мл/см вод. ст. Данный показатель изменяется при заболеваниях легких и используется с диагностическими целями.

Давление в плевральной полости и в средостении в норме всегда отрицательное. Убедиться в этом можно, измерив давление в плевральной полости. Для этого полую иглу, соединенную с манометром, вводят между двумя листками плевры. Во время спокойного вдоха давление в плевральной полости на 1,197 кПА (9 мм рт. ст.) ниже атмосферного, во время спокойного выдоха - на 0,798 кПа (6 мм рт. ст.).

Отрицательное внутригрудное давление и увеличение его во время вдоха имеет большое физиологическое значение. За счет отрицательного давления альвеолы всегда находятся в растянутом состоянии, что значительно увеличивает дыхательную поверхность легких, особенно во время вдоха. Отрицательное внутригрудное давление играет значительную роль в гемодинамике, обеспечивая венозный возврат крови к сердцу и улучшая кровообращение в легочном круге, особенно в фазу вдоха. Присасывающее действие грудной клетки способствует также и лимфообращению. Наконец, отрицательное внутригрудное давление является фактором, способствующим продвижению пищевого комка по пищеводу, в нижнем отделе которого давление на 0,46 кПа (3,5 мм рт. ст.) ниже атмосферного.

Пневмоторакс. Пневмотораксом называют наличие воздуха в плевральной полости. При этом внутриплевральное давление становится равным атмосферному, что обусловливает спадение легких. В указанных условиях выполнение легкими дыхательной функции невозможно.

Пневмоторакс может быть открытым и закрытым. При открытом пневмотораксе плевральная полость сообщается с атмосферным воздухом, при закрытом - этого не происходит. Двусторонний открытый пневмоторакс приводит к смерти, если не производить искусственного дыхания путем нагнетания воздуха через трахею.

В клинической практике применяется закрытый искусственный пневмоторакс (нагнетается воздух в плевральную полость через иглу) для создания функционального покоя пораженному легкому, например, при туберкулезе легких. Через некоторое время воздух из плевральной полости всасывается, что приводит к восстановлению отрицательного давления в ней, и легкое расправляется. Поэтому для поддержания пневмоторакса необходимо повторно вводить воздух в плевральную полость.

Дыхательный цикл

Дыхательный цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. Обычно вдох короче выдоха. Длительность вдоха у взрослого человека от 0,9 до 4,7 с, длительность выдоха - 1,2-6 с. Продолжительность вдоха и выдоха зависит в основном от рефлекторных воздействий, идущих от рецепторов легочной ткани. Дыхательная пауза - непостоянная составная часть дыхательного цикла. Она различна по величине и даже может отсутствовать.

Дыхательные движения совершаются с определенным ритмом и частотой, которые определяют по числу экскурсий грудной клетки в 1 мин. У взрослого человека частота дыхательных движений составляет 12-18 в 1 мин. У детей дыхание поверхностное и поэтому более частое, чем у взрослых. Так, новорожденный дышит около 60 раз в мин, 5-летний ребенок 25 раз в 1 мин. В любом возрасте частота дыхательных движений меньше количества сердечных сокращений в 4-5 раз.

Глубину дыхательных движений определяют по амплитуде экскурсий грудной клетки и с помощью специальных методов, позволяющих исследовать легочные объемы.

На частоту и глубину дыхания влияют многие факторы, в частности эмоциональное состояние, умственная нагрузка, изменение химического состава крови, степень тренированности организма, уровень и интенсивность обмена веществ. Чем чаще и глубже дыхательные движения, тем больше кислорода поступает в легкие и соответственно большее количество углекислого газа выводится.

Редкое и поверхностное дыхание может привести к недостаточному снабжению клеток и тканей организма кислородом. Это в свою очередь сопровождается снижением их функциональной активности. В значительной степени изменяется частота и глубина дыхательных движений при патологических состояниях, особенно при заболеваниях органов дыхания.

Механизм вдоха. Вдох (инспирация) совершается вследствие увеличения объема грудной клетки в трех направлениях - вертикальном, сагиттальном (переднезаднем) и фронтальном (реберном). Изменение размеров грудной полости происходит за счет сокращения дыхательных мышц.

При сокращении наружных межреберных мышц (при вдохе) ребра принимают более горизонтальное положение, поднимаясь кверху, при этом нижний конец грудины отходит вперед. Благодаря движению ребер при вдохе размеры грудной клетки увеличиваются в поперечном и в продольном направлениях. В результате сокращения диафрагмы купол ее уплощается и опускается: органы брюшной полости оттесняются вниз, в стороны и вперед, в итоге объем грудной клетки увеличивается в вертикальном направлении.

В зависимости от преимущественного участия в акте вдоха мышц грудной клетки и диафрагмы различают грудной, или реберный, и брюшной, или диафрагмальный, тип дыхания. У мужчин преобладает брюшной тип дыхания, у женщин - грудной.

В некоторых случаях, например, при физической работе, при одышке, в акте вдоха могут принимать участие так называемые вспомогательные мышцы - мышцы плечевого пояса и шеи.

При вдохе легкие пассивно следуют за увеличивающейся в размерах грудной клеткой. Дыхательная поверхность легких увеличивается, давление же в них понижается и становится на 0,26 кПа (2 мм рт. ст.) ниже атмосферного. Это способствует поступлению воздуха через воздухоносные пути в легкие. Быстрому выравниванию давления в легких препятствует голосовая щель, так как в этом месте воздухоносные пути сужены. Только на высоте вдоха происходит полное заполнение воздухом расширенных альвеол.

Механизм выдоха. Выдох (экспирация) осуществляется в результате расслабления наружных межреберных мышц и поднятия купола диафрагмы. При этом грудная клетка возвращается в исходное положение и дыхательная поверхность легких уменьшается. Сужение воздухоносных путей в области голосовой щели обусловливает медленный выход воздуха из легких. В начале фазы выдоха давление в легких становится на 0,40-0,53 кПа (3-4 мм рт. ст.) выше атмосферного, что облегчает выход воздуха из них в окружающую среду.

Легкие и стенки грудной полости покрыты серозной оболочкой – плеврой, состоящей из висцерального и париетального листков. Между листками плевры находится замкнутое щелевидное пространство, содержащее серозную жидкость – плевральная полость.

Атмосферное давление, действуя на внутренние стенки альвеол через воздухоносные пути, растягивает ткань легких и прижимает висцеральный листок к париетальному, т.е. легкие постоянно находятся в растянутом состоянии. При увеличении объема грудной клетки в результате сокращения инспираторных мышц, париетальный листок последует за грудной клеткой, это приведет к уменьшению давления в плевральной щели, поэтому висцеральный листок, а вместе с ним и легкие, последуют за париетальным листком. Давление в легких станет ниже атмосферного, и воздух будет поступать в легкие – происходит вдох.

Давление в плевральной полости ниже, чем атмосферное, поэтому плевральное давление называют отрицательным , условно принимая атмосферное давление за нулевое. Чем сильнее растягиваются легкие, тем выше становится их эластическая тяга и тем ниже падает давление в плевральной полости. Величина отрицательного давления в плевральной полости равна: к концу спокойного вдоха – 5-7 мм рт.ст.. к концу максимального вдоха – 15-20 мм рт.ст., к концу спокойного выдоха – 2-3 мм рт.ст., к концу максимального выдоха - 1-2 мм рт.ст.

Отрицательное давление в плевральной полости обусловлено так называемой эластической тягой легких – силой, с которой легкие постоянно стремятся уменьшить свой объем.

Эластическая тяга легких обусловлена тремя факторами:

1) наличием в стенках альвеол большого количества эластических волокон;

2) тонусом бронхиальных мышц;

3) поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей стенки альвеол.

Вещество, покрывающее внутреннюю поверхность альвеол, называется сурфактантом (рис.5).

Рис. 5. Сурфактант. Срез альвеолярной перегородки со скоплением сурфактанта.

Сурфактант - это поверхностно-активное вещество (пленка, которая состоит из фосфолипидов (90-95%), четырех специфических для него протеинов, а также небольшого количества угольного гидрата), образуется специальными клетками альвеоло-пневмоцитами II типа. Период его полураспада 12–16 часов.

Функции сурфактанта:

· при вдохе предохраняет альвеолы от перерастяжения благодаря тому, что молекулы сурфактанта расположены далеко друг от друга, что сопровождается повышением величины поверхностного натяжения;

· при выдохе предохраняет альвеолы от спадения: молекулы сурфактанта расположены близко друг к другу, в результате чего величина поверхностного натяжения снижается;

· создает возможность расправления легких при первом вдохе новорожденного;

· влияет на скорость диффузии газов между альвеолярным воздухом и кровью;

· регулирует интенсивность испарения воды с альвеолярной поверхности;

· обладает бактериостатической активностью;

· оказывает противоотечное (уменьшается выпотевание жидкости из крови в альвеолы) и антиокислительное действие (защищает стенки альвеол от повреждающего действия окислителей и перекисей).

Изучение механизма изменения объема легких с помощью модели Дондерса

Физиологический эксперимент

Изменение объема легких происходит пассивно, вследствие изменения объема грудной полости и колебаний давления в плевральной щели и внутри легких. Механизм изменения объема легких при дыхании может быть продемонстрирован с помощью модели Дондерса (рис.6), которая представляет собой стеклянный резервуар с резиновым дном. Верхнее отверстие резервуара закрыто пробкой, через которую пропущена стеклянная трубка. На конце трубки, помещенной внутри резервуара, укрепляются за трахею легкие. Через наружный конец трубки полость легких сообщается с атмосферным воздухом. При оттягивании резинового дна книзу объем резервуара увеличивается, и давление в резервуаре становится ниже атмосферного, что приводит к увеличению объема легких.

В плевральной полости имеются три обособленных серозных мешка – в одном из них находится сердце, а в двух других – легкие. Серозная оболочка легкого называется плеврой. Она состоит из двух листков:

Висцерального, - висцеральная (легочная) плевра плотно покрывает легкое, заходит в его борозды, отделяя таким образом доли легкого друг от друга,

Пристеночного, - париетальная (пристеночная) плевра выстилает внутри стенки грудной полости.

В области корня легкого висцеральная плевра переходит в париетальную, образуя таким образом замкнутое щелевидное пространство - плевральную полость. Внутренняя поверхность плевры покрыта мезотелием и увлажняется небольшим количеством серозной жидкости, благодаря чему уменьшается трение между плевральными листками во время дыхательных движений. Давление в плевральной полости ниже, чем атмосферное (принимаемое за нулевое) на 4-9 мм рт. ст., поэтому его называют отрицательным. (При спокойном дыхании внутриплевральное давление равно в фазу вдоха 6-9 мм рт. ст., а в фазу выдоха –4-5 мм рт. ст.; при глубоком вдохе давление может падать до 3 мм рт. ст.). Внутриплевральное давление возникает и поддерживается в результате взаимодействия грудной клетки с тканью легких за счет их эластической тяги. При этом эластическая тяга легких развивает усилие, которое всегда стремится уменьшить объем грудной клетки. Кроме того, атмосферный воздух производит одностороннее (изнутри) давление на легкие через воздухоносные пути. Грудная клетка неподатлива к передаче давления воздуха снаружи на легкие, поэтому атмосферный воздух, растягивая легкие, прижимает их к париетальной плевре и грудной стенке. В формировании конечного значения внутриплеврального давления участвуют также активные силы, развиваемые дыхательными мышцами во время дыхательных движений. Также на поддержание внутриплеврального давления влияют процессы фильтрации и всасывания плевральной жидкости (благодаря деятельности мезотелиальных клеток, которые также обладают способностью поглощать из плевральной полости воздух).

В силу того, что давление в плевральной полости понижено, при ранениях стенки грудной полости с повреждением париетальной плевры в нее поступает окружающий воздух. Это явление называется пневмоторакс. При этом внутриплевральное и атмосферное давления выравниваются, легкое спадается и нарушается его дыхательная функция (т.к. вентиляция легкого при наличии дыхательных движений грудной клетки и диафрагмы становится невозможной)

Различают следующие виды пневмоторакса: закрытый, - возникает при повреждении висцеральной (например, при спонтанном пневмотораксе) или висцеральной и париетальной плевры (например, при ранении легкого обломком ребра) без проникающего повреждения грудной стенки, - при этом воздух поступает в плевральную полость из легкого,

Открытый, - возникает при проникающем ранении грудной клетки, - при этом воздух может поступать в плевральную полость как из легкого, так и из окружающей среды,

Напряженный. - является крайним проявлением закрытого пневмоторакса, при спонтанном пневмотораксе возникает редко, - при этом воздух поступает в плевральную полость, но, вследствие клапанного механизма, не выходит обратно, а накапливается в ней, что может сопровождаться смещением средостения и выраженными гемодинамическими нарушениями.

По этиологии различают: самопроизвольный (спонтанный), - возникает при разрыве легочных альвеол (туберкулез, эмфизема легких);

Травматический, - возникает при повреждении грудной клетки,

Искусственный, - введение воздуха или газа в полость плевры специальной иглой, что вызывает сдавливание легкого, - применяется для лечения туберкулеза (вызывает спадение каверны за счет сдавливания легкого).

В организме человека каждый орган расположен отдельно: это необходимо для того, чтобы деятельность одних органов не мешала работе других, а также для того, чтобы замедлить быстрое распространение инфекции по организму. Роль такого «ограничителя» для легких выполняет серозная оболочка, состоящая из двух листков, пространство между которыми называется плевральная полость. Но защита легких – не единственная ее функция. Для того чтобы понять, что такое плевральная полость и какие задачи она выполняет в организме, необходимо подробно рассмотреть ее строение, участие в разных физиологических процессах, ее патологии.

Строение плевральной полости

Сама плевральная полость – это промежуток между двумя листками плевры, содержащий в себе небольшое количество жидкости. У здорового человека полость макроскопически не видна. Поэтому целесообразно рассматривать не саму полость, а ткани, которые ее образуют.

Листки плевры

Плевра имеет внутренний и наружный слой. Первый называют висцеральной оболочкой, второй – париетальной мембраной. Незначительное расстояние между ними и является плевральной полостью. Переход нижеописанных слоев из одного в другой происходит в области ворот легкого – упрощенно говоря, в том месте, где легкие соединяются с органами средостения:

• сердцем;
• вилочковой железой;
• пищеводом;
• трахеей.

Висцеральный слой

Внутренний слой плевры покрывает каждое легкое так плотно, что его невозможно отделить, не повреждая целостности легочных долей. Оболочка имеет складчатое строение, поэтому она способна разделять доли легких друг от друга, обеспечивая их легкое скольжение в процессе дыхания.

В этой ткани количество кровеносных сосудов превалирует над лимфатическими. Именно висцеральный слой продуцирует жидкость, заполняющую плевральную полость.

Париетальный слой

Наружный слой плевры срастается со стенками грудной клетки с одной стороны, а с другой, обращенной к плевральной полости, он покрыт мезотелием, который препятствует трению между висцеральным и париетальным слоем. Расположен приблизительно от точки на 1,5 см выше ключицы (купол плевры) до точки на 1 ребро ниже легкого.

Наружная часть париетального слоя имеет три зоны, в зависимости от того, с какими частями грудной полости она соприкасается:

• реберная;
• диафрагмальная;
• средостенная.

В париетальном слое большое количество лимфатических сосудов, в отличие от висцерального слоя. При помощи лимфатической сети из плевральной полости выводятся белки, ферменты крови, различные микроорганизмы и другие плотные частицы, а также реабсорбируется лишняя париетальная жидкость.

Плевральные синусы

Расстояние между двумя париетальными оболочками называется плевральными синусами.

Их существование в организме человека обусловлено тем, что границы легких и плевральной полости не совпадают: объем последней больше.

Различают 3 вида синусов плевры, каждый из них следует рассмотреть подробнее.

1. Реберно-диафрагмальный синус – расположен вдоль нижней границы легкого между диафрагмой и грудной клеткой.
2. Диафрагмально-медиастинальный – расположен в месте перехода медиастинальной части плевры в диафрагмальную.
3. Реберно-медиастинальный синус — расположен у переднего края левого легкого на протяжении сердечной вырезки, справа выражен очень слабо.

Реберно-диафрагмальный синус условно может считаться самым главным синусом, во-первых из-за своего размера, который может достигать 10 см (иногда и больше), во-вторых, потому что в нем скапливается патологическая жидкость при различных заболеваниях и травмах легких. Если человеку требуется легочная пункция, забор жидкости на исследование будет производиться путем прокола (пункции) именно диафрагмального синуса.

Другие два синуса имеют менее выраженное значение: они небольшие по размеру и не имеют значения в процессе диагностики, но с точки зрения анатомии знать об их существовании полезно.

Таким образом, синусы – это запасные пространства плевральной полости, «карманы», сформированные париетальной тканью.

Основные свойства плевры и функции плевральной полости

Поскольку плевральная полость является частью легочной системы, ее основной функцией является помощь в осуществлении процесса дыхания.

Давление в плевральной полости

Для понимания процесса дыхания нужно знать, что давление между внешним и внутренним слоем плевральной полости называют отрицательным, так как оно ниже уровня атмосферного давления.

Чтобы представить себе это давление и его силу, можно взять два кусочка стекла, намочить их и прижать друг к другу. Разделить их на два отдельных фрагмента будет сложно: стекло будет легко скользить, но убрать одно стекло от другого, разведя в две стороны, будет попросту невозможно. Именно за счет того, что в герметичной плевральной полости стенки плевры соединены и могут двигаться относительно друг друга только путем скольжения, и осуществляется процесс дыхания.

Участие в дыхании

Процесс дыхания может быть осознанным или нет, но его механизм одинаков, что можно увидеть на примере вдоха:

• человек делает вдох;
• его грудная клетка расширяется;
• легкие расправляются;
• воздух проникает в легкие.

После расширения грудной клетки незамедлительно следует расправление легких, потому что наружная часть плевральной полости (париетальная) соединена с грудной клеткой, а значит, при расширении последней следует за ней.

Из-за отрицательного давления внутри плевральной полости внутренняя часть плевры (висцеральная), которая плотно сцеплена с легкими, тоже следует за париетальным слоем, заставляя легкое расправляться и впускать в себя воздух.

Участие в кровообращении

В процессе дыхания отрицательное давление внутри плевральной полости влияет и на кровоток: при вдохе вены расширяются, и приток крови к сердцу увеличивается, при выдохе – приток крови уменьшается.

Но говорить о том, что плевральная полость является полноправным участником системы кровообращения — некорректно. То, что приток крови к сердцу и вдох воздуха синхронизирован, является лишь основанием для того, чтобы своевременно заметить попадание воздуха в кровоток из-за травмы крупных вен, выявить дыхательную аритмию, которая официально не является заболеванием и не причиняет своим обладателям никаких хлопот.

Жидкость в полости плевры

Плевральная жидкость – та самая жидкая серозная прослойка в капиллярах между двумя слоями плевральной полости, которая обеспечивает их скольжение и отрицательное давление, играющее ведущую роль в процессе дыхания. Ее количество в норме составляет около 10 мл для человека весом в 70 кг. Если плевральной жидкости будет больше нормы – она не даст легкому расправиться.

Кроме естественной плевральной жидкости, в легких могут скапливаться также и патологические.

Устранение патологической жидкости из плевральной полости всегда предполагает проведение правильной диагностики, а затем – лечение причины возникновения симптома.

Патологии плевры

Патологическая жидкость может заполнять плевральную полость в результате разных заболеваний, иногда напрямую не связанных с дыхательной системой.

Если говорить о патологиях самой плевры, то можно выделить следующие:

1. Спайки в плевральной области – образование спаек в плевральной полости, которые нарушают процесс скольжения слоев плевры и приводят к тому, что человеку тяжело и больно дышать.
2. Пневмоторакс – скопление воздуха в плевральной полости в результате нарушения герметичности плевральной полости, из-за которого у человека появляется резкая боль в груди, кашель, тахикардия, чувство паники.
3. Плеврит – воспаление плевры с выпадением фибрина или скоплением экссудата, (то есть сухой или выпотный плеврит). Возникает на фоне инфекций, опухолей и травм, проявляется в виде кашля, тяжести в груди, лихорадки.
4. Осумкованный плеврит – воспаление плевры инфекционного генеза, реже – системных заболеваний соединительной ткани, при котором экссудат скапливается только в части плевры, будучи отделенным от остальной части полости плевральными спайками. Может протекать как без симптомов, так и с выраженной клинической картиной.

Диагностика патологий производится при помощи рентгена грудной клетки, компьютерной томографии, пункции. Лечение осуществляется преимущественно медикаментозным способом, иногда может потребоваться хирургическое вмешательство: откачивание воздуха из легких, выведение экссудата, удаление сегмента или доли легкого.