Лёгочные объёмы и ёмкости: спирометрия простыми словами

Спирометрия измеряет, сколько воздуха человек способен вдохнуть и выдохнуть и с какой скоростью. Чтобы расшифровать спирограмму, нужно различать два понятия: лёгочный объём (неделимая порция воздуха) и лёгочную ёмкость (сумма двух и более объёмов). Путаница между ними - главная причина ошибок на экзамене и в первых учебных протоколах. Ниже разберём все четыре объёма, четыре ёмкости и связывающие их формулы, а собрать конкретную задачу под свои цифры поможет калькулятор-помощник сразу под этим абзацем.

Что измеряет спирометрия

Спирометр регистрирует поток воздуха во времени и строит спирограмму - кривую дыхания. По ней рассчитывают статические показатели (объёмы и ёмкости) и динамические (например, объём форсированного выдоха за первую секунду). В этой статье речь о статических: они описывают, сколько воздуха в принципе помещается в лёгких и сколько участвует в спокойном и форсированном дыхании.

Важно сразу зафиксировать различие. Лёгочные объёмы - это четыре непересекающихся порции воздуха. Лёгочные ёмкости - это суммы объёмов, удобные для клинической оценки. Объёмы нельзя получить друг из друга сложением, ёмкости - можно: каждая ёмкость складывается из конкретных объёмов.

Рассчитать для своей задачи

Четыре лёгочных объёма

Дыхательный объём ($V_T$, ДО) - количество воздуха за один спокойный вдох или выдох. В покое у взрослого это примерно 500 мл, причём около 150 мл приходится на мёртвое пространство (воздухоносные пути, где газообмена нет).

Резервный объём вдоха ($IRV$, РОвд) - воздух, который можно вдохнуть дополнительно после обычного вдоха при максимальном усилии. Это самый крупный объём, около 2500-3000 мл.

Резервный объём выдоха ($ERV$, РОвыд) - воздух, который можно выдохнуть дополнительно после спокойного выдоха. Обычно 1000-1500 мл.

Остаточный объём ($RV$, ОО) - воздух, остающийся в лёгких даже после максимального выдоха. Он не даёт альвеолам спадаться и составляет около 1200 мл. Принципиальная деталь: остаточный объём спирометром измерить нельзя, потому что этот воздух нельзя выдохнуть. Его определяют косвенно - методом разведения газов или бодиплетизмографией.

Эти четыре объёма не пересекаются: каждый миллилитр воздуха в лёгких относится строго к одному из них. Именно поэтому их можно складывать без двойного счёта - а вот ёмкости уже перекрываются, потому что один и тот же объём входит сразу в несколько ёмкостей.

Четыре лёгочных ёмкости

Ёмкость - сумма объёмов. Их тоже четыре, и каждая отвечает на свой физиологический вопрос.

Жизненная ёмкость лёгких ($VC$, ЖЁЛ) - максимальный объём воздуха, выдыхаемый после максимального вдоха. Это сумма трёх объёмов:

$VC = IRV + V_T + ERV$

У взрослого мужчины ЖЁЛ около 4000-5000 мл, у женщины - 3000-3500 мл. Это ключевой клинический показатель, его реально измеряет спирометр.

Ёмкость вдоха ($IC$, Евд) - сколько можно вдохнуть от уровня спокойного выдоха:

$IC = V_T + IRV$

Функциональная остаточная ёмкость ($FRC$, ФОЕ) - воздух, остающийся в лёгких после спокойного выдоха:

$FRC = ERV + RV$

Поскольку в ФОЕ входит остаточный объём, спирометром её тоже напрямую не получить.

Общая ёмкость лёгких ($TLC$, ОЕЛ) - весь воздух в лёгких на высоте максимального вдоха:

$TLC = VC + RV = IRV + V_T + ERV + RV$

Рассчитать для своей задачи

Как объёмы и ёмкости связаны на спирограмме

Удобно держать в голове одну вертикальную шкалу. От самого низа (после максимального выдоха) лежит остаточный объём. Над ним - резервный объём выдоха, затем дыхательный объём, на самом верху - резервный объём вдоха. Спокойное дыхание колеблется вокруг уровня функциональной остаточной ёмкости небольшими волнами амплитудой в один дыхательный объём.

Жизненная ёмкость - это размах от самого низкого до самого высокого уровня кривой при форсированном маневре. Общая ёмкость добавляет к нему невидимый снизу остаточный объём. Именно поэтому при чисто спирометрическом исследовании ОЕЛ, ФОЕ и ОО остаются недоступны: они содержат тот воздух, который физически нельзя выдохнуть в трубку прибора. О том, как сам газообмен идёт на уровне альвеол, мы писали в материале про диффузию газов через альвеолокапиллярную мембрану.

Запомнить состав ёмкостей проще через эту же шкалу. Жизненная ёмкость - три верхних объёма (резервный вдоха, дыхательный, резервный выдоха). Ёмкость вдоха - два верхних (дыхательный и резервный вдоха), то есть всё, что можно вдохнуть от уровня спокойного выдоха. Функциональная остаточная ёмкость - два нижних (резервный выдоха и остаточный), это «фон» воздуха, на котором идёт спокойное дыхание. Общая ёмкость - все четыре объёма сразу. Любая ёмкость на шкале - это всегда отрезок из соседних объёмов, а не произвольная комбинация.

Как измеряют объёмы на практике

При классической спирометрии человек дышит через загубник с зажатым носом. Сначала записывают несколько спокойных циклов - по их амплитуде определяют дыхательный объём. Затем просят сделать максимально глубокий вдох и полный выдох: размах этой кривой и есть жизненная ёмкость. Чтобы получить резервные объёмы по отдельности, маневр делят: добор воздуха после спокойного вдоха даёт резервный объём вдоха, дополнительный выдох после спокойного выдоха - резервный объём выдоха.

Для остаточного объёма, ФОЕ и общей ёмкости нужен отдельный метод, потому что эти величины содержат невыдыхаемый воздух. Применяют разведение инертного газа (вдыхают известную концентрацию гелия и смотрят, насколько она разбавилась в лёгких), вымывание азота чистым кислородом или бодиплетизмографию - камеру, где по изменению давления оценивают весь газ в грудной клетке, включая запертый в плохо вентилируемых зонах. Поэтому в учебной задаче, где даны только дыхательный и резервные объёмы, общую ёмкость без отдельно заданного остаточного объёма посчитать нельзя.

Должные величины и отклонения

Нормы объёмов и ёмкостей зависят от пола, возраста, роста и расы, поэтому реальный показатель сравнивают не с фиксированным числом, а с должной величиной - расчётной нормой для конкретного человека. Результат выражают в процентах от должного: ЖЁЛ ниже 80 процентов от должной обычно считают сниженной.

Снижение ЖЁЛ и ОЕЛ при сохранной скорости выдоха указывает на рестриктивный тип нарушений (фиброз, плеврит, слабость дыхательных мышц). Рост остаточного объёма и ОЕЛ на фоне затруднённого выдоха характерен для обструкции (бронхиальная астма, ХОБЛ): воздух задерживается в лёгких, развивается гиперинфляция. Поэтому отдельно объёмы мало что говорят - их читают вместе с динамическими показателями и должными величинами.

Частые ошибки

• Путают объём и ёмкость. Дыхательный, резервные вдоха и выдоха, остаточный - это объёмы; ЖЁЛ, Евд, ФОЕ, ОЕЛ - ёмкости (суммы объёмов).
• Считают, что спирометр измеряет всё. Остаточный объём, ФОЕ и общую ёмкость напрямую измерить нельзя - в них входит невыдыхаемый воздух.
• Складывают ёмкости между собой. Складываются только объёмы; ёмкости уже являются суммами и пересекаются (дыхательный объём входит и в ЖЁЛ, и в ёмкость вдоха).
• Берут табличную норму как абсолют. Сравнивать нужно с должной величиной по полу, возрасту и росту, а не с усреднённым числом из учебника.
• Забывают про мёртвое пространство. Из 500 мл вдоха в альвеолы доходит около 350 мл - это важно при расчёте альвеолярной вентиляции.

FAQ

Чем отличается ЖЁЛ от ОЕЛ? Жизненная ёмкость ($VC$) - воздух, который можно выдохнуть после максимального вдоха; она измеряется спирометром. Общая ёмкость ($TLC$) больше на величину остаточного объёма, то есть включает воздух, который в лёгких остаётся всегда. Связь: $TLC = VC + RV$.

Почему остаточный объём нельзя измерить спирометрией? Спирометр считает только тот воздух, что проходит через трубку при вдохе и выдохе. Остаточный объём по определению нельзя выдохнуть, поэтому его определяют косвенно - разведением гелия, вымыванием азота или бодиплетизмографией.

Как запомнить состав ёмкостей? Держите вертикальную шкалу из четырёх объёмов снизу вверх: ОО, РОвыд, ДО, РОвд. ЖЁЛ - три верхних объёма; ФОЕ - два нижних; ёмкость вдоха - два верхних; общая ёмкость - все четыре. Любую ёмкость собирайте как сумму соседних объёмов на этой шкале.

Коротко

Лёгочные объёмы - четыре непересекающихся порции воздуха (дыхательный, резервные вдоха и выдоха, остаточный), а ёмкости - их суммы (ЖЁЛ, ёмкость вдоха, ФОЕ, общая ёмкость). Спирометрия напрямую измеряет ЖЁЛ и дыхательный объём, но остаточный объём, ФОЕ и общую ёмкость даёт только косвенными методами. Читать показатели нужно в процентах от должной величины и вместе с динамическими параметрами, иначе отличить рестрикцию от обструкции не получится.