Главная >> Медицинские статьи >> Пульмонология

Регуляция вентиляции и перфузии в лёгких

Гайдес М.А.
К.м.н.Зав.лабораторией кардио-респираторного тестирования,
Институт пульмонологии, госпиталь им. Х.Шиба, Тель Авив, Израиль,
Email: [email protected]
Введение.
Газообменная функция легких осуществляется в так называемых функциональных единицах вентиляции (ФЕВ – группа из примерно 100 альвеолярных ходов), сопряженных с функциональными единицами перфузии (ФЕП-МКК – капиллярная сеть, окутывающая альвеолы ФЕВ). Вентиляция лёгочных альвеол и перфузия лёгочных альвеолярных капилляров в нормальных условиях покоя организма человека осуществляются в противофазе – в капиллярах тех альвеол, которые не вентилируются, происходит перфузия и осуществляется лёгочный газообмен, а в капиллярах тех альвеол, которые вентилируются (проветриваются), нет перфузии и лёгочного газообмена. Т.е., вентиляция ФЕВ и перфузия ФЕП-МКК разобщены. Переключение режима перфузии альвеолярных капилляров и вентиляции альвеол осуществляется рефлексом Эйлер-Лильёстранда.

Современные концепции.
По современным представлениям [39] регионарная (местная, локальная, микроциркуляторная) регуляция лёгочных функций осуществляется в так называемых лёгочных функциональных единицах (ЛФЕ). Под ЛФЕ понимается объём лёгочной ткани, включающий в себя около 100 альвеолярных ходов или 2000 альвеол, суммарным объёмом около 20 мкл (при спадении лёгких до уровня ФОЕ). ЛФЕ снабжаются артериолой диаметром около 150 мкм (возможный кандидат на роль прекапиллярного сфинктера) и терминальной бронхиолой. Каждая такая единица функционирует по закону «все или ничего». Она либо функционирует, либо находится в резерве и не функционирует.
В данном случае рассматриваются не различного вида неравномерности вентиляции и перфузии различных зон лёгких, связанные с гравитационным влиянием на неравномерность легочного воздухо- и кровенаполнения (зоны Веста, [9, 11, 22, 32, 44, 45, 46]), а неравномерности вентиляционно-перфузионных отношений, связанные с функциональным состоянием ЛФЕ.
Ещё в 1931 году была замечена «спонтанная игра» капилляров [37]. Она заключалась в том, что периодически, без видимой причины, альвеолярные капилляры внезапно запустевали и спустя некоторое время снова заполнялись кровью. Факт спонтанной перемежающейся капиллярной перфузии был установлен прямыми наблюдениями [36, 43].
Та же картина наблюдалась и в отношении вентиляции отдельных альвеол (функциональные или физиологические ателектазы [5]). Причем, было отмечено, что примерно из каждых пяти-шести альвеол вентилировалась только одна. Т.е., из всех имеющихся в лёгких альвеол только одна пятая или шестая часть из них вентилировалась, а остальные не вентилировались. Поэтому было введено понятие физиологического ателектаза – участка легочной ткани, в котором временно нет вентиляции.

Считается, что альвеолы, находящиеся в состоянии физиологического ателектаза являются альвеолами функционального резерва [5]. В состоянии покоя, когда нет потребности в большом уровне газообмена, часть альвеол находится в резерве, а другая часть вентилируется и именно эти альвеолы обслуживают минимальные потребности организма. Во время физических нагрузок потребности в обмене метаболических газов возрастают и для увеличения газообмена включаются дополнительные ЛФЕ из функционального резерва. Альвеолы в состоянии физиологического ателектаза не спадаются полностью и в них содержится воздух, но в несколько уменьшенном объёме, чем в вентилируемых и несколько перераздутых альвеолах (рис. 1).

Рис. 1. Мозаика функциональных состояний ЛФЕ в состоянии покоя. Черные шарики – вентилируемые ЛФЕ, светлые шарики – резервные ЛФЕ (физиологический ателектаз)
На основе фактов существования физиологических ателектазов и «спонтанной игры» альвеолярных капилляров естественно было бы предположить, что в тех альвеолах, в которых есть вентиляция, также должна быть и перфузия, и именно в них и должен быть альвеолярный газообмен. В тех же альвеолах, где нет вентиляции, не должно быть и перфузии, иначе может быть внутрилёгочный шунт.
На основе этих соображений была разработана концепция и предложена 4-х компонентная модель функционирования ЛФЕ [5], согласно которой ЛФЕ могут быть в одном из 4-х возможных состояний (рис. 2):

рабочем состоянии (активная ЛФЕ) – в ней временно есть вентиляция и перфузия и в ней происходит альвеолярный газообмен

резервном состоянии (резервная ЛФЕ) – в ней временно нет вентиляции (физиологический ателектаз) и перфузии и нет газообмена

состоянии внутрилёгочного шунта (внутрилёгочный шунт) – в ней постоянно нет вентиляции, но постоянно есть перфузия и нет газообмена

функционально мёртвом состоянии (альвеолярное мёртвое пространство) – в ней постоянно есть вентиляция, но постоянно нет перфузии и газообмена

Рис. 2. 4-х компонентная модель функционирования ЛФЕ по А.П.Зильберу.

Первые два состояния нормальные, вторые два – патологические. Вероятно, можно было бы добавить ещё два патологических состояния:

когда в ЛФЕ постоянно нет вентиляции, перфузии и газообмена, но она перераздута объёмом воздуха, захваченным ранее и удерживаемым механизмом синдрома экспираторного стеноза (воздушная ловушка, захваченный объём воздуха)

полностью разрушенной ЛФЕ (разрушенная ЛФЕ) какими-либо деструктивными процессами

Но принципиально это мало меняет общую картину функциональных состояний ЛФЕ. Важно только, что в любой момент времени у любого человека в состоянии покоя не все ЛФЕ функционируют одновременно. Часть из них вентилируется и перфузируется, и в них происходит альвеолярный газообмен. Другая часть ЛФЕ находится в функциональном резерве. В них нет вентиляции, перфузии и газообмена. Т.е., в норме каждая ЛФЕ может находиться в одном из двух функциональных состояний:

рабочем состоянии – в ней есть вентиляция и перфузия и в ней есть газообмен (активное состояние)

резервном состоянии – в ней нет вентиляции и перфузии и нет газообмена (физиологический ателектаз)

Суммарный воздушный объём работающих ЛФЕ, которые обеспечивают газообмен в данный момент, является вентилируемым альвеолярным объёмом (ВАО), а суммарный воздушный объём их бронхов – вентилируемым (функциональным) мёртвым пространством (ВМП).
Суммарный воздушный объём резервных ЛФЕ является резервным альвеолярным объёмом (функциональный резерв, РАО), а суммарный воздушный объём их бронхов – резервным мёртвым пространством (РМП). Суммарный воздушный объём работающих и резервных ЛФЕ и их бронхов составляет функциональную остаточную ёмкость (ФОЕ). Понятно, что в покое ВАО должен быть меньше, чем в нагрузке, поскольку в покое работает только часть ЛФЕ, а в максимальной нагрузке, когда работают все ЛФЕ, ВАО сравнивается с ФОЕ.
Учитывая, что в состоянии покоя субъекта вентилируется только одна шестая часть от всего количества альвеол, можно заключить, что в состоянии покоя субъекта у него есть 5/6 функционального альвеолярного резерва. Другими словами это значит, что, в принципе, у здорового человека можно удалить 5/6 лёгких и оставшейся 1/6 части от них должно хватить для нормальной функции в условиях покоя.
Но со временем обнаружилось, что в участках функциональных ателектазов капилляры вздуты и переполнены кровью, а в вентилируемых альвеолах – более тонкие и обеднённые кровью [4] (рис. 3). На этой основе был сделан вывод, что кровь, которая содержится в перераздутых капиллярах невентилируемых альвеол, не принимает участия в газообмене и было предположено, что это депонированная кровь [4]. Иначе был бы внутрилёгочный шунт, поскольку в невентилируемой альвеоле вроде бы нет кислорода для газообмена.

Рис. 3. Депонирующая функция резеревных ЛФЕ по И.К.Есиповой.

Эти данные дополняют и несколько меняют 4-х компонентную модель А.П. Зильбера в том, что касается кровенаполнения резервных ЛФЕ – в состоянии покоя субъекта какая-то часть, например, 1/6 часть от общего числа ЛФЕ, перфузируется и вентилируется и в этих ЛФЕ осуществляется альвеолярный газообмен, а в остальных 5/6 частей ЛФЕ, которые являются резервными, нет вентиляции и перфузии, но их капилляры не пустые (как в модели Зильбера А.П.), а переполнены кровью и они выполняют роль кровяного депо. В случае необходимости, например, при физических нагрузках, все ЛФЕ подключаются к газообмену и начинают вентилироваться и перфузироваться, а ранее депонированная кровь начинает циркулировать и принимать участие в переносе метаболических газов.
Однако возникают два проблемных вопроса:

Какие изменения состояния ЛФЕ переключают режим работы ЛФЕ с режима газообмена на режим функционального резерва, (что «включает» рефлекс переключения)?
Какие управляющие структуры и с помощью каких рефлексов переключают режим работы ЛФЕ с режима газообмена на режим функционального резерва (какие рефлексы управляют режимом переключения)?

Любую регуляцию в организме осуществляют рефлексы. Сама ЛФЕ не может себя регулировать без элементов управления. Какие-то рефлексы должны включить ЛФЕ в режим газообмена, открыв для этого прекапиллярные сфинктеры для кровотока по капиллярам и бронхиальные сфинктеры для вентиляции соответствующих альвеол. Спустя какое-то время, по какой-то особой причине, всё должно быть проделано в обратном порядке.
Для срабатывания любого рефлекса требуется выполнение ряда условий. В первую очередь требуется наличие рефлекторной дуги, состоящей из специфических рецепторов, в данном случае хеморецепторов на О₂ и СО₂, нервных афферентных проводников (афферентных нервов), эфферентных проводников (эфферентных нервов) и эфферентных исполнителей (например, гладкомышечных сфинктеров). Но главное, для того чтобы сработала рефлекторная дуга, необходимоизменение контролируемого ею параметра, например, газового состава крови, воздуха и т.д. Любой рефлекс работает только на раздражение. Нет раздражения (внешнего воздействия, приводящего к изменению контролируемого параметра), нет рефлекса.
В данном случае эти условия в ЛФЕ не выполняются. Прежде всего, в ней нет изменения контролируемых параметров, на что мог бы сработать какой-либо рефлекс. Что может меняться в работающей ЛФЕ? Газовый состав альвеолярного воздуха, или протекающей через неё капиллярной крови? Но если ЛФЕ нормальная и работает стабильно (от одного дыхательного цикла к другому), эти параметры не должны меняться! А если в ней ничего не меняется, то нет причины и для срабатывания рефлекса. Следовательно, нет причины для перемежающегося кровотока или вентиляции ЛФЕ. Однако перемежающийся кровоток - это наблюдаемый факт.
Далее, любая, даже кратковременная задержка очередного вдоха, например, при разговоре, пении и пр., должна приводить нас к артериальной гипоксемии, поскольку режим оксигенации в диффузионной зоне МКК довольно напряжен. Цель вентиляции состоит в постоянном обновлении газового состава альвеол. Если в силу задержки очередного вдоха, например, при разговоре, нет этого обновления, то из-за диффузии в альвеолах произойдёт падение парциального давления О₂ и снижение альвеоло-капиллярного градиента. В результате снизится альвеоло-капиллярная диффузия О₂ и это должно проявиться в виде снижения насыщения артериальной крови кислородом (артериальной гипоксемии).
Образно говоря, мы должны синеть после каждой достаточно длительно произнесённой фразы, чего нет на самом деле. Мы можем выдерживать и более длительные задержки дыхания, до 20-40 секунд, без падения насыщения гемоглобина кислородом.
Концепция о депонировании крови в альвеолярных капиллярах также не выдерживает критики. Для депонирования (удержания) крови в альвеолярных капиллярах необходимо одновременное срабатывание пре- и посткапиллярных сфинктеров, в то время как наличие последних не доказано [4].
Кроме того, мы знаем, что функция любого депо крови – выбрасывать в кровеносное русло дополнительные объёмы крови в случае необходимости, например, при физических нагрузках. При этом кровенаполнение органа, выполняющего функцию депо крови уменьшается. Однако во время физических нагрузок в лёгких отмечено не уменьшение, а увеличение кровенаполнения почти на 20% [38]. Т.е., лёгкие не выбрасывают депонированную кровь, а наоборот, сами являются потребителями крови, депонированной в других органах. Наличие переполненных кровью капилляров ещё не говорит об их депонирующей функции. Возможно, эта кровь не стоит на месте (секвестрирована, депонирована), а движется в нормальном потоке крови?
Но если это так, то почему не происходит падения насыщения крови кислородом, ведь эти капилляры окутывают альвеолы, в которых нет вентиляции? Каким же образом осуществляется альвеолярный газообмен?
Попробуем ответить на эти вопросы. В первую очередь выясним, движется ли кровь по переполненным капиллярам невентилируемых альвеол, тех самых, что находятся в физиологическом ателектазе.
Существует экспериментальная работа, посвящённая этому вопросу [2]. Идея эксперимента заключалась в получении коррозионных латексных слепков перфузируемых частей сосудистого русла МКК и вентилируемых альвеол на момент заливки латекса:

если залить в лёгочную артерию эмульсию жидкого каучука (латекса) одного цвета, например, белого, то он заполнит только те сосуды, включая альвеолярные капилляры, которые были проходимы для кровотока в момент заливки. В те капилляры, которые были непроходимы для кровотока из-за закрытых прекапиллярных сфинктеров латекс не пройдёт, независимо от того, были ли они заполнены депонированной кровью, или же были пустыми.
если одновременно залить латекс другого цвета, например, чёрного, в главный бронх, то он заполнит только те альвеолы, которые на момент заливки были доступны для воздухотока, т.е., для вентиляции. Те же альвеолы, которые в момент заливки были недоступны для вентиляции, будут закрыты и для латекса. Содержащийся в альвеолах воздух не может помешать проникновению латекса в эти альвеолы вследствие высокой эластичности альвеолярных мешочков и более высокого удельного веса латекса по сравнению с воздухом.
если после заливки латекса в лёгочные сосуды и бронхи все мягкие ткани лёгкого растворить в сильной кислоте, то останется латексный слепок сосудов и альвеол, которые перфузировались и вентилировались в момент заливки латекса.

Следовательно, если переполненные кровью альвеолярные капилляры тех ЛФЕ, которые предположительно выполняют роль депо крови, будут заполнены латексом, это значит, что данные ЛФЕ не являются депо крови, а их капилляры перфузируются, т.е., кровь в них движется.
Описание эксперимента. Эксперимент был выполнен на лёгких 8 беспородных собак, средним весом около 15-20 кг. Животное погружалось в фентаниловый наркоз, вскрывалась грудная клетка и накладывался зажим на главный бронх и на лёгочные сосуды. Корень лёгкого пересекался проксимально от зажимов и лёгкое извлекалось из полости грудной клетки. Освобождались лёгочные сосуды и МКК промывался 0.9% раствором NaCl (рис. 4). Затем в лёгочную артерию самотёком заливали латекс белого цвета. Давление во время заливки не превышало 5-10 мм Hg (высота столба латекса в воронке, вставленной в лёгочную артерию). В момент заливки латекса в лёгочную артерию все лёгкое становилось белым (рис. 4-2).
Затем освобождался от зажима главный бронх и в него самотёком заливался латекс чёрного цвета. В момент заливки чёрного латекса в главный бронх на поверхности сильно побелевшего лёгкого появлялись небольшие островки черного цвета, диаметром 4-6 мм. Они были равномерно разбросаны по всей поверхности лёгкого (рис. 4-3).
После заливок латекса лёгкое погружалось в раствор сильной кислоты для полимеризации латекса и растворения мягких тканей лёгкого. Спустя неделю препарат извлекался из кислоты, промывался проточной водой и изучался под микроскопом (увеличение 30-60 раз). Препарат рассматривался под микроскопом как погруженным в воду, так и в сухом виде.

Рис. 4. Приготовление коррозионного препарата легкого и его микроскопирование.

Результат. Группы тёмных шариков латексных слепков альвеол были расположены отдельно от светлых сеточек слепков альвеолярных капилляров (рис. 4-5). Причём, на фоне тёмных шариков практически не было видно ниточек капилляров. Шарики альвеол были сгруппированы в гроздья, возможно по несколько сотен штук, и располагались в виде отдельных островков на фоне сплошного поля сеточек альвеолярных капилляров. Суммарный объём островков на вид был в несколько раз меньше суммарного объёма, занимаемого сеточками капилляров. Точный подсчёт не проводился.
Выводы.

Легочный кровоток осуществляется в капиллярах тех альвеол, которые в данный момент не вентилируются.

Вентиляция осуществляется в тех альвеолах, в капиллярах которых практически нет перфузии

Число перфузируемых групп альвеолярных сеточек в несколько раз больше числа групп вентилируемых шариков альвеол (возможно в 5 – 6 раз, точный подсчёт не проводился)

Результаты данной экспериментальной работы заставляют пересмотреть существующие концепции и предполагают вероятный механизм регионарной регуляции лёгочных функций в новом виде.
Рефлекс Эйлера-Лильёстранда – основа регуляции регионарных функций лёгких.

Рис. 5. Респираторные и перфузионные части ЛФЕ. Функциональная единица вентиляции (ФЕВ) – набор из примерно 100 альвеолярных ходов. Функциональная единица перфузии Малого Круга кровообращения (ФЕП-МКК) – набор из примерно 100 комплектов альвеолряных сетей.

Регуляция лёгочных функций основана на рефлексе Эйлера-Лильёстранда [18]. При этом нет лёгочных функциональных единиц (ЛФЕ). Но есть (рис. 5) объединённые группы альвеолярных ходов, условно называемые функциональными единицами вентиляции (ФЕВ), сопряженные с объединёнными группами альвеолярных капиллярных сетей, условно называемые функциональными единицами перфузии МКК (ФЕП-МКК). ФЕВ и ФЕП-МКК работают по закону «всё или ничего», т.е., все альвеолы, входящие в состав ФЕВ либо одновременно вентилируются, либо не вентилируются, и все капилляры, входящие в состав ФЕП-МКК, либо одновременно перфузируются (активны), либо не перфузируются (в резерве).
Обе эти группы работают противофазно, т.е., если какая-либо ФЕВ вентилируется (метаболическая вентиляция, направленная на проветривание отработанного альвеолярного воздуха), то в сопряженной с ней ФЕП-МКК нет перфузии. И наоборот, если какая-либо ФЕП-МКК перфузируется, то в сопряженной с ней ФЕВ нет вентиляции до тех пор, пока кондиция альвеолярного воздуха подходит для газообмена (рис. 6).

Рис. 6. Рефлекс Эйлера-Лильёстранда – регулятор легочного кровообращения.

Если по какой-либо причине какая-либо ФЕП-МКК перестаёт перфузироваться постоянно (разрушена из-за высокого давления, закупорена тромбами или эмболами и пр.), а вентиляция сопряженной с ней ФЕВ продолжает осуществляться параллельно метаболической вентиляции других ФЕВ без всякой на то метаболической потребности, то данная ФЕВ становится альвеолярным мёртвым пространством (АМП). Если по какой-либо причине какая-либо ФЕВ перестаёт вентилироваться, а в сопряжённой с ней ФЕП-МКК продолжает осуществляться перфузия, если, например, регулятор (рефлекторная дуга) разрушен, то возникает внутрилёгочный шунт. В обоих последних случаях возникает патология.
Каким же образом осуществляется альвеолярный газообмен? Можно себе представить, что в какой-либо ФЕВ нет вентиляции, но её газовый состав подходит для альвеолярного газообмена, в ней достаточно много кислорода и мало углекислого газа (рис. 6А). В сопряженной с ней ФЕП-МКК есть перфузия и происходит газообмен между данными ФЕВ и ФЕП-МКК. Из альвеолярного воздуха в кровь переходит кислород, а из крови в альвеолярный воздух переходит углекислый газ.
Спустя некоторое время из-за диффузии концентрация кислорода в альвеолярном воздухе изменится настолько, что газообмен значительно снизится и уже не будет смысла продолжать перфузию через данную ФЕП-МКК. Тогда срабатывает рефлекс Эйлера-Лильёстранда, кровоток по ней прекращается и переключается к другой ФЕП-МКК, сопряженной с другой предварительно проветренной ФЕВ, газовый состав которой подходит для газообмена. А данная ФЕВ начинает вентилироваться (проветриваться), освободившись от механического и относительно жесткого капиллярного каркаса, который в этот момент запустевает и становится мягким (рис. 6Б).
Таким образом осуществляется цикл вентиляция-перфузия в сопряженных ФЕВ и ФЕП-МКК. Кровоток всегда подключается к предварительно хорошо проветренным группам альвеол (ФЕВ) и только с ними осуществляет альвеолярный газообмен (рис. 7).
Поскольку переполненные кровью альвеолярные капилляры перфузируемой ФЕП-МКК являются достаточно жестким каркасом, то данная ФЕВ прекращает вентилироваться. Как только газовый состав этих ФЕВ становится неподходящим для газообмена, кровоток переключается к другим, предварительно хорошо проветренным ФЕВ. Капилляры данной сопряженной ФЕП-МКК запустевают, что освобождает данную ФЕВ от жесткого каркаса и она начинает проветриваться (вентилироваться).

Рис. 7. Переключение кровообращения и вентиляции легочных функциональных единиц.

Мы не знаем точного соотношения числа вентилируемых и невентилируемых ФЕВ и числа перфузируемых и неперфузируемых ФЕП-МКК. Возможно, в состоянии покоя субъекта число вентилируемых ФЕВ и число закрытых для кровотока ФЕП-МКК меньше числа невентилируемых ФЕВ и открытых для кровотока ФЕП-МКК в 5-6 раз. Т.е., в 5/6 частей лёгких есть перфузия и здесь происходит альвеолярный газообмен, а в оставшейся 1/6 части нет перфузии, но идёт интенсивное проветривание альвеол от отработанного альвеолярного воздуха (вентиляция). Однако, можно предположить, что при максимальной физической нагрузке, когда метаболические потребности сильно возрастают, все ФЕВ и все ФЕП-МКК вентилируются и перфузируются. На это, например, указывает увеличение лёгочного кровенаполнения во время максимальных физических нагрузок примерно на 20% [8, 30], на ту самую 1/5 часть, которая не перфузируется в состоянии покоя субъекта.
Для переключения режимов перфузии и вентиляции в данной ситуации выполняется главное условие для срабатывания любого рефлекса – изменение контролируемого параметра, которым в данном случае является газовый состав альвеолярного воздуха. Пока рО₂ перфузируемых, но невентилируемых альвеол достаточно велико, кровоток омывает их и здесь происходит альвеолярный газообмен. Как только рО₂ в альвеолярном воздухе снизится ниже критического, срабатывает прекапиллярный сфинктер, который закрывает кровоток через данную альвеолу (ФЕП-МКК). В других же альвеолах, в которых после предварительного проветривания рО₂ вырос выше критического, кровоток открывается и уже в этих альвеолах начинается альвеолярный газообмен.
Такой механизм переключения альвеолярного кровотока известен давно. Известно, что дыхание гипоксическими газовыми смесями (содержание кислорода не выше 15-16% по объёму), приводит к чётко выраженной констрикции сосудов лёгочной артерии [3, 7, 10, 12, 33, 42]. Основой такой регуляции является рефлекс Эйлера-Лильёстранда, описанный ещё в 1946 году. Суть рефлекса заключается в том, что дыхание гипоксическими газовыми смесями повышает сосудистое сопротивление МКК. Позже, в 1954 году был открыт так называемый альвеоло-сосудистый рефлекс [35] – чем меньше масса лёгочной ткани, вовлекаемая в гипоксию, тем больше эффект влияния гипоксии на альвеолярное кровообращение, вплоть до 100% [23]. Сходные данные были получены Маршалом с соавт. [27, 28, 29], Дворецким с соавт. [3] и многими другими [20, 25, 34, 40]. Скорее всего рефлекс Эйлера-Лильёстранда, альвеоло-сосудистый рефлекс и все остальные подобные явления имеют один и тот же механизм и являются одним и тем же рефлексом.
Роль прекапиллярных сфинктеров по всей видимости выполняют мелкие артерии МКК, поскольку известно, что артериолы и прекапилляры почти не содержат гладкомышечных структур и не могут быть регуляторами кровотока [12]. Когда эти артерии (сфинктеры) открыты, густая сеть альвеолярных капилляров соответствующей ФЕП-МКК заполняется кровью. Эта сеть при наполнении кровью является относительно жестким механическим каркасом и затрудняет дыхательные (вентиляторные) движения стенок альвеол. Поэтому в сопряженной ФЕВ нет вентиляции. Когда прекапиллярные сфинктеры закрываются, кровоток по данной капиллярной сети прекращается, стенки альвеол освобождаются от механического каркаса и уже ничто не мешает им свободно двигаться. С этого момента начинается их вентиляция (проветривание). При этом нет необходимости в специальных бронхиальных сфинктерах, которые бы перекрывали движение воздуха по соответствующим бронхам для прекращения вентиляции данных ФЕВ. Подключение кровотока к какой-либо ФЕВ создаёт жесткий каркас из заполненных кровью альвеолярных капилляров и это прекращает её вентиляцию, и наоборот.
Вопрос о конкретном механизме, осуществляющем рефлекс Элера-Лильёстранда, остаётся пока открытым. Наиболее возможными механизмами его осуществления являются [21]:

возбуждение хеморецепторов в стенках лёгочных сосудов – нейронный альвеоло-васкулярный или вено-артериальный аксон рефлекс

высвобождение сосудами МКК вазоактивных веществ

измение рН крови

нарушение (изменение) метаболизма в лёгочных сосудах

Вероятно, на существование альвеоло-васкулярного нейронного и вено-артериального аксон-рефлекса нет никаких шансов, поскольку после многолетних и упорных поисков не было получено никаких убедительных данных в пользу их существования [6, 15, 17, 41]. Склоняются к мысли что возможно имеется прямое воздействие альвеолярной гипоксии на гладкие мышцы лёгочных артерий [1, 14, 16, 20, 31]. На это указывает то, что сокращение изолированных полосок лёгочных сосудов в ответ на гипоксический стимул возникает только в том случае, если они отпрепарированы с некоторым количеством окружающей их паренхимы [26]. В других экспериментах эксудат, собранный с поверхности лёгких кошки, перфузируемых и вентилируемых гипоксической газовой смесью, вызывал сокращение полосок лёгочной артерии, взятых у этих же животных [13]. Всё это похоже на метаболическую или гуморальную регуляцию лёгочного кровотока, минуя нервную систему.
Во всяком случае, хотя анатомо-морфологические элементы механизма срабатывания рефлекса Эйлера-Лильёстранда пока неизвестны, но он существует и надёжно работает во всех отделах лёгких. Причём, настолько надёжно, что у больных с пересечением одного из главных бронхов и глухим зашиваем его культи, но без изъятия этого лёгкого из грудной клетки, ушивания соответствующей ветви лёгочной артерии не производят. Кровоток по сосудистому руслу данной лёгочной артерии прекращается самостоятельно.
Рефлекс Эйлера-Лильёстранда срабатывает всегда только на изменение рО₂ в альвеолярном воздухе, а не в протекающей капиллярной крови, и практически не зависим от других воздействия (гипоксический рефлекс, но не гипоксемический). Хотя, возможно, он может быть промодулирован (усилен, ослаблен) различными факторами [19, 20, 21, 25, 40]. Таким образом рефлекс Эйлера-Лильёстранда (гипоксический рефлекс) является основным регулятором кровотока по МКК.
Так как газообмен происходит в невентилируемых ФЕВ, то кратковременные задержки дыхания не могут повлиять на насыщение артериальной крови кислородом. Это даёт нам возможность не только разговаривать и петь, но и нырять под воду, играть на духовых музыкальных инструментах, сильно напрягаться при подъёме тяжелого груза, затаив дыхание и т.д.
Рефлекс Эйлера-Лильёстранда даёт возможность связать в единый механизм вентиляцию и перфузию лёгких, понять, каким образом меняются параметры цикличности дыхания. Лёгочная вентиляция зависит от соотношения двух основных параметров вентиляции – частоты и дыхания глубины. Чем больше глубина дыхания, тем больше вентиляция. Глубина дыхания регулируется рефлексом Герринга-Брайера [24], который срабатывает от раздражения барорецепторов, заложенных в толще лёгочной паренхимы. Во время вдоха, по мере растяжения лёгких, эти барорецепторы сдавливаются, их афферентная импульсация проходит в дыхательный центр, расположенный в стволе головного мозга, и уже оттуда прекращается эфферентная импульсация на дыхательные мышцы, вдох прекращается и начинается пассивный выдох. Затем всё повторяется сначала. Так циклически осуществляется регуляция глубины дыхания.
Чем выше жёсткость лёгких, тем раньше начинается раздражение барорецепторов, тем раньше они доходят до максимума афферентной импульсации, тем раньше прекращается вдох, тем меньше глубина дыхания, тем меньше вентиляция. Жесткость лёгких зависит от их кровенаполнения. Благодаря рефлексу Эйлера-Лильёстранда кровенаполнение лёгких больше тогда, когда в них больше кислорода. А если в них много кислорода, то нет необходимости в большой вентиляции, поэтому глубина дыхания уменьшается. Чем больше кровенаполнение, тем больше жесткость лёгких, тем меньше вентиляция и наоборот, чем меньше кровенаполнение, тем меньше жесткость лёгких, тем больше может быть вентиляция.
А жесткость легких зависит от их кровенаполнения, которое, в свою очередь, зависит от содержания О₂ в них. Чем меньше О₂ в альвеолярном воздухе, тем меньше крови в легких, тем они мягче и тем легче они растягиваются.
Однако это всего лишь потенция к большему растягиванию легких (увеличению глубины дыхания), но только одного факта уменьшения О₂ в альвеолярном пространстве легких еще не достаточно для увеличения вентиляции легких. Дело в том, что легкие, вернее, аппарат внешнего дыхания (АВД), основными рабочими единицами которого являются ФЕВ, входит в состав более крупной системы – системы обмена метаболических газов (СОМГ), в состав которой в качестве подсистем, кроме системы вентиляции (АВД), входит также и система циркуляции (сердечные насосные системы, сосуды и кровь). Как следует из названия СОМГ эта система обеспечивает доставку О₂ в организм и удаление из него СО₂, который образуется в результате метаболических химических реакций. А один из фундаментальных химических законов гласит: – «продукты химических реакций являются ингибиторами этих реакций». Следовательно, если не удалять из организма СО₂, то по мере его накопления соответствующие химические реакции, включая цикл Кребса, остановятся, даже если будет много О₂. Поэтому основным регулятором вентиляции легких является СО₂, а не О₂.
Это легко доказывается тестами дыхания гипоксическими и гиперкапническими газовыми смесями, которые позволяют выявить влияние О₂ и СО₂ на вентиляцию легких. Если дышать гипоксическими газовыми смесями, в лёгких будет меньше кислорода, их кровенаполнение уменьшится, поэтому уменьшится их жесткость. По мере падения рО₂А всё большее количество ФЕП-МКК закрывается для кровотока (рефлекс Эйлера-Лильёстранда), лёгкие становятся беднее кровью и поэтому мягче, рефлекс Герринга-Брайера срабатывает позже и глубина дыхания может увеличиваться (рис. 8).

Рис. 8. Результаты теста дыханием гипоксическими газовыми смесями. Вертикальные пунктирные прямые – начало и конец теста.

Однако значительного увеличения глубины дыхания не происходит. Из-за артериальной гипоксемии увеличивается сердечный выброс (гиперциркуляция, проявляется в виде увеличения частоты сердечных сокращений – HR), усиливается «вымывание» СО₂ из тканей (измеренное VCO₂ возрастает параллельно с увеличением HR), хотя продукция СО₂ в тканях не изменяется, т.е., метаболизм, практически не меняется. В результате концентрация рСО₂а в артериальной крови падает (подобно тому, как альвеолярный рСО₂ падает при гипервентиляции) и это проявляется в виде падения рСО₂А, хотя вентиляция практически не увеличивается. Снижение рСО₂а уменьшает стимулирование нейронов дыхательного центра и это приводит к уменьшению частоты дыхания. Поэтому, хотя глубина дыхания может несколько возрасти, лёгочная вентиляция практически не меняется.
Возможно влияние рефлекса Герринга-Брайера было бы больше и это проявилось бы в большем увеличении глубины дыхания, если бы не падение рСО₂а, которое уменьшает стимуляцию дыхательного центра и это приводит не только к уменьшению частоты дыхания, но и, возможно, к уменьшению глубины дыхания. Совместное срабатывание двух разно направленных рефлекторных действий – рефлекса Герринга-Брайера и падения рСО₂а, приводит к тому, что при проведении гипоксемического теста глубина дыхания не увеличивается в той степени, в какой можно было бы ожидать.
При этом насыщение артериальной крови кислородом (SaO₂a) падает по двум причинам:.

во-первых, из-за падения рО₂ во вдыхаемом воздухе возникает гипоксическая гипоксемия и поэтому возрастает сердечный выброс, что приводит к увеличению также и линейной скорости кровотока через легкие и в результате время контакта эритроцитов с альвеолярным воздухом уменьшается, что усугубляет артериальную гипоксемию

во-вторых, из-за выключения из перфузии части ФЕП-МКК суммарный диаметр капиллярного русла МКК уменьшается и в результате скорость пролёта эритроцитами зоны диффузии ещё больше увеличивается, они не успевают насытится кислородом и поэтому артериальная кровь недонасыщается кислородом в еще больше степени (относительное шунтирование).

Таким образом, прямого действия О₂ на дыхательный центр и на дыхание, по-видимому, нет, потому что падение SaO₂a почти до 75% практически никак не влияет на уровень лёгочной вентиляции. На всём протяжении пробы общая лёгочная вентиляция оставалась приблизительно на одном уровне. Следовательно, О₂ может влиять на параметры дыхания только через рефлекс Эйлера-Лильёстранда и Герринга-Брайера, влияя в некоторой степени только на глубину дыхания. При этом частота дыхания меняется (падает) не из-за изменения рО₂а, а из-за изменения (падения) рСО₂а, которое возникает из-за увеличения тканевого кровотока. Сначала возникает падение (разведение) венозного рСО₂v, поэтому падает альвеолярный рСО₂А, а затем уже падает артериальный рСО₂а. При проведении теста дыханием гипоксическими газовыми смесями испытуемые почти не замечали падения рО₂ во вдыхаемом воздухе почти до 40 мм Hg и падения SaO₂a почти до 70-65%. В таких условиях они могли так дышать более 10 минут и их лёгочная вентиляция почти не менялась.
Следовательно, можно утверждать, что О₂ практически никак не влияет на вентиляцию лёгких, если не брать во внимание вторичные эффекты, связанные с изменением лёгочного кровотока и сердечного выброса.
Совсем другая картина наблюдается при воздействии СО₂ на дыхательный центр (тест дыханием гиперкапническими газовыми смесями). Эта реакция проявляется в резком приросте вентиляции на прирост каждого мм Hg СО₂ в альвеолярном воздухе (рис. 9). При этом принимается, что рСО₂А и рСО₂а примерно равны.
При дыхании гиперкапническими газовыми смесями испытуемый резко реагирует на вдыхание СО₂ и может продержаться почти в три раза меньше времени, чем при дыхании гипоксическими газовыми смесями. Происходит резкий прирост лёгочной вентиляции, около 2-3 литров, на прирост каждого 1 мм Hg СО₂. Но такую сильную реакцию можно наблюдать только у нормальных испытуемых (рис. 9А). При патологии реакция дыхательного центра на прирост рСО₂а может быть резко снижена или даже отсутствовать (рис. 9Б), потому что нейроны дыхательного центра как бы «привыкают» к длительной гиперкапинии и их сила реакции на СО₂ снижена (причины такого снижения реактивности дыхательных нейронов в данной работе не рассматриваются).

Рис. 9. Результаты теста дыханием гиперкапническими газовыми смесями (условные обозначения те же, что и на рис. 8).

Таким образом, альвеолярное рО₂ (рО₂А), через рефлекс Эйлера-Лильёстранда, через кровенаполнение лёгких и через их жесткость (рис. 10А), с помощью рефлекса Герринга-Брайера может регулировать глубину дыхания, но в очень слабой степени (рис. 10Б). Углекислый газ прямо никак не в