Объем вентиляции: 5. Расчет объема вентиляции помещения

Содержание

5. Расчет объема вентиляции помещения

Вентиляция помещений производится с целью создания благоприятного микроклимата для здоровья и продуктивности животных, а также для сохранения строительных материалов и конструкций зданий.

В плохо вентилируемых помещениях у животных более часто возникают незаразные и заразные заболевания, что бывает, связано с большими непроизводительными потерями для хозяйств.

В животноводческих помещениях применяют разные по принципу действия и конструктивным особенностям вентиляционные системы: с естественным побуждением тяги воздуха, с механическим побуждением тяги, комбинированные. В овчарне применяют вентиляционные системы с естественным побуждением тяги воздуха

Часовой объем вентиляции (L) по влажности воздуха определяют по формуле:

L =———

q1-q2 , где

L — количество воздуха (в м³), которое необходимо удалить из помещения за час, чтобы поддержать в нем относительную влажность в пределах нормы (70-85%), м

3/ч;

Q — количество водяных паров (в г), которое выделяют находящиеся в помещении животные с учетом влаги испаряющейся с поверхности пола, кормушек, поилок, стен и других ограждений в час, г в час;

q_r абсолютная влажность воздуха помещений (в г/м ), при которой относительная влажность остается в пределах норматива;

q2- средняя абсолютная влажность наружного воздуха (в г/м ) вводимого в помещение в переходный период (ноябрь и март) по данной климатической зоне.

Для расчетов вентиляции животноводческого помещения необходимы следующие данные: существующий или проектный объем помещения, количество животных в помещении, их живая масса, возраст, физиологическое состояние, продуктивность, нормативные показатели основных параметров микроклимата помещения, температура, относительная и абсолютная влажности, а также эти показатели атмосферного воздуха

Помещение для содержания овцематок на 850 голов (в тепляке минимум 15% — 128 голов) живой массой- 60 кг.

Поголовье животных:

1 группа — овцематки, живой массой 60 кг, их количество 800 головы;

Овцематки расположены в 2-х зданиях в первом – 400, во-втором- 450голов

Внутренние размеры первой овчарни (без учета тамбуров): длина — 34 м, ширина -10м, высота стены – 2.4 м, высота в коньке — 3,8 м.

Животноводческое помещение находится в Брагин районе. Нормативная температура в овчарне 5°С, относительная влажность 75%. Температура наружного воздуха в среднем за март и ноябрь месяц для данного района составляет – 0,2 °С, абсолютная влажность – 3,37 г/м³.

Необходимо определить:

1. Часовой объем вентиляции (L) по влажности воздуха.

2. Кратность воздухообмена в час.

3. Объем воздухообмена на 1 центнер живой массы животного данного помещения (или на 1 голову животного или у кур на 1 кг живой массы).

4. Общую площадь сечения вытяжных и приточных каналов, а также их количество при вентиляции с естественным побуждением.

Определяем часовой объем вентиляции.

Поголовье животных, размещенное в овчарне, выделяет за час следующее количество водяных паров:

одна овцематка живой массой 60 кг выделяет 78г/ч. тогда 400 голов выделяет 31200 г/ч

Испарение влаги с ограждающих конструкций при удовлетворительном санитарном режиме, исправно действующей канализации, регулярной уборке навоза и применения соломенной подстилки в овчарне10%

10% от общего количества влаги, выделяемой всеми животными данного помещения, составит 3210г/ч. 31200 — 100%

X -10%

Всего поступит водяных паров в воздух овчарни за час 34320 г (31200+3120).

В овчарне температура воздуха 5°С и относительная влажность 75 % Для расчета абсолютной влажности по таблице «Максимальная упругость водяного пара в мм ртутного столба » находят, что максимальная влажность воздуха при температуре 5°С составляет 6.53. Следовательно, этой влажности соответствует 100 %-ная относительная влажность, а в помещении относительная влажность должна быть 75 %. Составляем пропорцию:

6.53 — 100%

q1, — 75%

q1= 4.8975 г\м3

Значение q2 берем из таблицы «Средние показатели температуры и абсолютной влажности в различных пунктах Республики Беларусь «.

Абсолютная влажность наружного воздуха в Брагинском районе в ноябре – 4,5 г/ч, в марте – 3,37г/м3.

4,5+3,37

q2=———————- =3,935

Полученные данные подставим в формулу

34320

L=———————- =35657,1

4,8975 -3,935

2. Определение кратности воздухообмена в помещении выполняют по формуле:

Кр=L\V, где

Кр — кратность воздухообмена, показывает сколько раз в течение часа воздух в помещении необходимо заменить на новый;

L — часовой объем вентиляции, м3/ч ;

V — объем помещения, м3.

V = 52 х 10 х 2,4 =1248 м3

35657

Кр=————- = 28,6 раз в час

1248

3. Определение объема вентиляции на 1 ц живой массы производят по формуле:

V=L/m , где

V — объем вентиляции на 1 ц живой массы, м /ч;

L — часовой объем вентиляции, м /ч;

m — живая масса животных, ц.

m=400 х 60 =240 ц

35657,1

V =————— =148,5м3\ч

240

4. Общую площадь сечения вытяжных труб, обеспечивающих расчетный воздухообмен, определяют по формуле:

S=L/v*3600, где

S — общая площадь поперечного сечения вытяжных шахт, м ;

V — скорость движения воздуха в вытяжной шахте, м/с;

3600 — количество секунд в одном часу.

Для определения скорости движения воздуха в вентиляционной шахте (v) применяют таблицу «Скорость движения воздуха в вентиляционных трубах (м/с) при разной высоте труб и при различных температурах воздуха внутри помещения и наружного воздуха».

Разница температур воздуха внутри помещения и наружного (∆t) рассчитывается следующим образом: температура воздуха в овчарне +5°С, средняя температура наружного воздуха в переходный период – —0,2°С и Брагинском районе (ноябрь – 0,9°С, март — -1,3°С,)

Следовательно, разница этих температур составит : ∆t= + 5°С+0,2°С = 5,2°С.

Допустим высота вытяжной трубы составляет 6 м, поэтому v = 0,8 м/с.

Подставим все значения в формулу

35657,1

S=—————— =12,4м

0,8 х 3600

Таким образом, общее сечение вытяжных шахт равно 12,4 м Количество вытяжных шахт определяют по следующей формуле:

n=S/s

S — общая площадь сечения вытяжных шахт, м2;

s — площадь сечения одной вытяжной шахты, ь2.

Эффективнее работают в овчарне трубы с сечением большим чем 1 м , поэтому можно установить 12 вытяжных шахт сечением 1,25 м х 1,2 м каждая.

12,4

n= ———— = 8 вытяжных шахт

1,5

Площадь приточных каналов (S2) составляет 60 — 70 % от общей площади вытяжных шахт и определяется по формуле :

S2 = Sx0,6 S2= 12,4 x 0,6=7,44 м2

Количество приточных каналов (n2) рассчитывается по следующей формуле:

n2= S2/s2 ,где

S2- общая площадь сечения приточных каналов, м2

s2 — площадь сечения одного приточного канала, м2.

В овчарне приточные каналы могут быть выполнены в виде приточных каналов. Приточный канал имеет площадь 2,35 м х 0,135 м = 0,31 м2, то

n2 =7,44/0.31=24 приточных каналов по 12 с каждой стороны, которые располагают в шахматном

порядке для избежания сквозняков.

2 группа — овцематки, живой массой 60 кг, их количество 450 головы;

Овцематки расположены в — 450голов

Внутренние размеры первой овчарни (без учета тамбуров): длина – 58,25 м, ширина -10м, высота стены – 2.4 м, высота в коньке — 3,8 м.

Животноводческое помещение находится в Брагинском районе. Нормативная температура в овчарне 5°С, относительная влажность 75%. Температура наружного воздуха в среднем за март и ноябрь месяц для данного района составляет – 0,2 °С, абсолютная влажность – 3,37 г/м³.

Необходимо определить:

1. Часовой объем вентиляции (L) по влажности воздуха.

2. Кратность воздухообмена в час.

Определяем часовой объем вентиляции.

Поголовье животных, размещенное в овчарне, выделяет за час следующее количество водяных паров:

одна овцематка живой массой 60 кг выделяет 78г/ч. тогда 450 голов выделяет 35100 г/ч

10% от общего количества влаги, выделяемой всеми животными данного помещения, составит 3510г/ч. 35100 — 100%

X -10%

Всего поступит водяных паров в воздух овчарни за час 38610 г (35100+3510).

53. Следовательно, этой влажности соответствует 100 %-ная относительная влажность, а в помещении относительная влажность должна быть 75 %. Составляем пропорцию:

6.53 — 100%

q1, — 75%

q1= 4.8975 г\м3

Абсолютная влажность наружного воздуха в Брагинском районе в ноябре – 4,5 г/ч, в марте – 3,37г/м3.

4,5+3,37

q2=———————- =3,935

Полученные данные подставим в формулу

38610

L=———————- =40114,3

4,8975 -3,935

2. Определение кратности воздухообмена в помещении выполняют по формуле:

Кр=L\V, где

L — часовой объем вентиляции, м3/ч ;

V — объем помещения, м3.

V = 58,25 х 10 х 2,4 = 1398м3

40114,3

Кр=————- = 28,7 раз в час

1398

3. Определение объема вентиляции на 1 ц живой массы производят по формуле:

V=L/m , где

V — объем вентиляции на 1 ц живой массы, м /ч;

L — часовой объем вентиляции, м /ч;

m — живая масса животных, ц.

m=450 х 60 =270 ц

40114,3

V =————— =148,6м3\ч

270

4. Общую площадь сечения вытяжных труб, обеспечивающих расчетный воздухообмен, определяют по формуле:

S=L/v*3600, где

S — общая площадь поперечного сечения вытяжных шахт, м ;

V — скорость движения воздуха в вытяжной шахте, м/с;

3600 — количество секунд в одном часу.

Следовательно, разница этих температур составит : ∆t= + 5°С+0,2°С = 5,2°С.

Допустим высота вытяжной трубы составляет 6 м, поэтому v = 0,8 м/с.

Подставим все значения в формулу

40114,3

S=—————— =13,9м

0,8 х 3600

Таким образом, общее сечение вытяжных шахт равно 13,9 м Количество вытяжных шахт определяют по следующей формуле:

n=S/s

S — общая площадь сечения вытяжных шахт, м2;

s — площадь сечения одной вытяжной шахты, ь2.

Эффективнее работают в овчарне трубы с сечением большим чем 1 м , поэтому можно установить 9 вытяжных шахт сечением 1,25 м х 1,2 м каждая.

13,9

n= ———— = 9 вытяжных шахт

1,5

Площадь приточных каналов (S2) составляет 60 — 70 % от общей площади вытяжных шахт и определяется по формуле :

S2 = Sx0,6 S2= 13,9 x 0,6=8,34 м2

Количество приточных каналов (n2) рассчитывается по следующей формуле:

n2= S2/s2 ,где

S2- общая площадь сечения приточных каналов, м2

s2 — площадь сечения одного приточного канала, м2.

n2 =8,34/0.31=27 приточных каналов, которые располагают в шахматном порядке для избежания сквозняков.

3 группа — овцематки, живой массой 60 кг, их количество 128 головы;

Овцематки расположены в тепляке

Внутренние размеры тепляка (без учета тамбуров): длина — 34 м, ширина -10м, высота стены – 2. 4 м, высота в коньке — 3,8 м.

Животноводческое помещение находится в Брагинском районе. Нормативная температура в овчарне 15°С, относительная влажность 70%. Температура наружного воздуха в среднем за март и ноябрь месяц для данного района составляет – -0,2°С, абсолютная влажность – 3,37 г/м³.

Необходимо определить:

1. Часовой объем вентиляции (L) по влажности воздуха.

2. Кратность воздухообмена в час.

Определяем часовой объем вентиляции.

Поголовье животных, размещенное в овчарне, выделяет за час следующее количество водяных паров:

одна овцематка живой массой 60 кг выделяет 78г/ч. тогда 128 голов выделяет 2184 г/ч

10% от общего количества влаги, выделяемой всеми животными данного помещения, составит 218,4г/ч. 2184 — 100%

X -10%

Всего поступит водяных паров в воздух тепляка за час 24024 г (2184+218,4).

В тепляке температура воздуха +15°С и относительная влажность 70 % Для расчета абсолютной влажности по таблице «Максимальная упругость водяного пара в мм ртутного столба » находят, что максимальная влажность воздуха при температуре 15°С составляет12,70. Следовательно, этой влажности соответствует 100 %-ная относительная влажность, а в помещении относительная влажность должна быть 75 %. Составляем пропорцию:

12,70 — 100%

q1, — 70%

q1= 8,89г\м3

Абсолютная влажность наружного воздуха в Брагинском районе в ноябре – 4,5 г/ч, в марте – 3,37г/м3.

4,5+3,37

q2=———————- =3,935

Полученные данные подставим в формулу

24024

L=———————- =4938,1

8,89 -3,935

2. Определение кратности воздухообмена в помещении выполняют по формуле:

Кр=L\V, где

L — часовой объем вентиляции, м3/ч ;

V — объем помещения, м3.

V = 34 х 10 х 2,4 =816 м3

4938,1

Кр=————- = 6 раз в час

816

3. Определение объема вентиляции на 1 ц живой массы производят по формуле:

V=L/m , где

V — объем вентиляции на 1 ц живой массы, м /ч;

L — часовой объем вентиляции, м /ч;

m — живая масса животных, ц.

m=128 х 60 =76,8 ц

4938,1

V =————— =64,3м3\ч

76,8

4. Общую площадь сечения вытяжных труб, обеспечивающих расчетный воздухообмен, определяют по формуле:

S=L/v*3600, где

S — общая площадь поперечного сечения вытяжных шахт, м ;

V — скорость движения воздуха в вытяжной шахте, м/с;

3600 — количество секунд в одном часу.

Разница температур воздуха внутри помещения и наружного (∆t) рассчитывается следующим образом: температура воздуха в овчарне +15°С, средняя температура наружного воздуха в переходный период – —0,2°С и Брагинском районе (ноябрь – 0,9°С, март — -1,3°С,)

Следовательно, разница этих температур составит : ∆t= + 15°С+0,2°С = 15,2°С.

Допустим высота вытяжной трубы составляет 4 м, поэтому v = 1,01 м/с.

Подставим все значения в формулу

4938,1

S=—————— =1,36м

1,01 х 3600

Таким образом, общее сечение вытяжных шахт равно 1,36 м Количество вытяжных шахт определяют по следующей формуле:

n=S/s

S — общая площадь сечения вытяжных шахт, м2;

s — площадь сечения одной вытяжной шахты, ь2.

Эффективнее установить вытяжные шахты сечением 1,2м х 1,1 м каждая.

1,36

n= ———— = 1 вытяжная шахта

1,32

Площадь приточных каналов (S2) составляет 60 — 70 % от общей площади вытяжных шахт и определяется по формуле :

S2 = Sx0,6 S2= 1,36×0,7=0,952м2

Количество приточных каналов (n2) рассчитывается по следующей формуле:

n2= S2/s2 ,где

S2- общая площадь сечения приточных каналов, м2

s2 — площадь сечения одного приточного канала, м2.

В тепляке приточные каналы могут быть выполнены в виде подоконных щелей. Подоконная щель имеет площадь 2,35 м х 0,135 м = 0,31 м2, то

n2 =0,952/0.31=3 подоконные щели, которые располагают в шахматном порядке для избежания сквозняков.

Системы приточной и вытяжной искусственной вентиляции — Теория кондиционирования и вентиляции — Статьи

Главная — Статьи — Теория кондиционирования и вентиляции — Системы приточной и вытяжной искусственной вентиляции

Главная — Услуги — Системы приточной и вытяжной искусственной вентиляции

Искусственная вентиляция может быть приточной, вытяжной или приточно-вытяжной. Наиболее совершенной системой искусственной вентиляции является кондиционирования, т.е. очистки воздуха, а также создания и автоматического регулирования в помещении оптимальных микроклиматических параметров: температуры, влажности, скорости движения воздуха. Есть разные системы кондиционеров. В наиболее совершенных приборах можно регулировать ионный состав, ароматизировать воздух.

Вентиляция дома может обеспечиваться различными методами. Хорошим решением будет установка канального кондиционера, если квартира большая и вы хотите обеспечить кондиционирование и вентиляцию с притоком свежего воздуха в несколько помещений.

Кондиционеры делятся на подтипы: местные и центральные. Местные, или комнатные кондиционеры называют еще климатизерами, они предусматривают лишь охлаждения воздуха. При кондиционировании воздуха в помещениях для пребывания большого количества людей (аудитории, кинозалы, театры и т.п.) рекомендуется создавать пульсирующий микроклимат для поддержания тонизирующего эффекта: каждые 15 минут на две минуты снижать температуру воздуха на 3-4 ° С. Эта мера предупреждает усыпляющее действие монотонного микроклимата.

На чистоту воздуха в жилых помещениях влияет количество людей, находящихся в помещении, интенсивность выполняемой ими работы, температура внутренних помещений. Разнообразные бытовые процессы — приготовление пищи, стирка белья, отопления печей и т.п. также приводят к ухудшению качества воздуха. Кроме этого, существенным источником загрязнения являются табачный дым, в котором содержатся продукты полного и неполного сгорания, а также сухой перегонки табака и бумаги: оксид углерода, цианистые соединения, метиловый спирт, никотин, кадмий и т.д. При сжигании 1 г табака в сигаретах в воздух поступает 20-80 см³ оксида углерода, а при сжигании в трубке — от 53 до 109 см³.

Одним из важных мероприятий по сохранению чистоты воздуха в жилищах есть вентиляция, т.е. замена загрязненного воздуха чистым атмосферным. Вентиляцию (воздухообмен) характеризуют вентиляционный объем и кратность воздухообмена. Для обеспечения чистоты и фильтрации воздуха в системах приточной вентиляции устанавливаются фильтры. Нужно регулярно производить замену фильтров.

Вентиляционный объем — это количество воздуха (в м³), которое поступает в помещение в течение 1 часа. Он состоит из инфильтрационного и вентиляционного воздуха. Инфильтрация — это проникновение воздуха через стены, поры строительных материалов, щели в строительных конструкциях и т.д. Наиболее воздухопроницаемыми является шлакоблоков, керамзитобетонные, кирпичные, деревянные стены. Наименее воздухопроницаемыми — гранитные, мраморные. Второй составной частью вентиляционного объема является воздуха, поступающего в помещение через специально предусмотренные для этого вентиляционные устройства: форточки, фрамуги, окна, вентиляционные каналы.

Отношение вентиляционного объема до объема помещения характеризует интенсивность вентиляции.
Для обеспечения нормальных условий проживания и трудовой деятельности необходимо, чтобы концентрация диоксида углерода (СО2) в помещении не превышала 0,1% (1 л/м³). С этой целью количество вентиляционного воздуха на одного человека должна составлять (в м³/ ч): в жилых помещениях — 40-75; аудиториях, театрах — 20-30; служебных помещениях — 20-42; классах — 12-30; больничных палатах для взрослых — 60-75; палатах для детей — 35; мастерских — 70; уборных — 60-100; кухнях — 200-300.
Обмен воздуха в жилых помещениях не должен превышать 2-3 объемов помещения за 1 час, иначе будет ощущаться сквозняк, в санузлах — 4-5 объемов.

Показателем эффективности вентиляции помещений является кратность воздухообмена — это число, показывающее, сколько раз в течение одного часа воздух в помещении заменяется внешним.
С этой целью необходимо узнать, сколько воздуха извлекается, попадает в помещение через вентиляционное отверстие в течение 1 часа.

Монтаж вентиляции нужно начинать с замеров и расчетов. С помощью анемометра определяют скорость движения воздуха. Сначала определяют площадь вентиляционного отверстия, для чего измеряют размеры сторон (если отверстие прямоугольный) или диаметр (если отверстие круглый). Позже, умножив площадь вентиляционного отверстия на скорость движения воздуха и на время вентиляции, находят вентиляционный объем воздуха.

Расчет проводят по формуле: V = a_хb_х*3600,

где a — площадь вентиляционного отверстия (в м²), b — скорость движения воздуха (в м / с), 3600 — перерасчет часа в секунды.

Разделив величину вентиляционного объема воздуха на кубатуру помещения (в м³), получают кратность воздухообмена.

Взрослый человек в состоянии покоя в течение часа выдыхает 22,6 л углекислоты (диоксида углерода), тем самым увеличивая его концентрацию в воздухе помещения. Чем интенсивнее работа, тем больше углекислоты выдыхает человек (до 30-40 л/ч).

Вентиляция дома может обеспечиваться различными методами. Хорошим решением будет установка канального кондиционера, если квартира большая и вы хотите обеспечить вентиляцию и кондиционирование с притоком свежего воздуха в несколько помещений.

Компания АиВента — монтаж вентиляции в Екатеринбурге.

Физиология, дыхательный объем — StatPearls

Введение

Дыхательный объем — это количество воздуха, которое входит или выходит из легких при каждом дыхательном цикле. Он составляет около 500 мл у среднего здорового взрослого мужчины и около 400 мл у здоровой женщины. Это жизненно важный клинический параметр, который обеспечивает надлежащую вентиляцию легких. Когда человек вдыхает, в легкие поступает кислород из окружающей атмосферы. Затем он диффундирует через альвеолярно-капиллярную поверхность и достигает артериальной крови. В то же время углекислый газ образуется непрерывно, пока идет обмен веществ. Выдох происходит для удаления углекислого газа и предотвращения его накопления в организме. Объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, который помогает поддерживать стабильный уровень кислорода и углекислого газа в крови, в физиологии называется дыхательным объемом.[1]

Вопросы, вызывающие озабоченность

Дыхательный объем имеет жизненно важное значение, когда речь идет о настройке аппарата ИВЛ у пациентов в критическом состоянии. Цель состоит в том, чтобы обеспечить дыхательный объем, достаточно большой для поддержания адекватной вентиляции, но достаточно малый, чтобы предотвратить травму легких. Первоначально искусственная вентиляция легких включала доставку дыхательных объемов 10 мл/кг идеальной массы тела или выше. Обоснование состояло в том, чтобы уменьшить гипоксемию, предотвратить закрытие дыхательных путей и увеличить функциональную остаточную емкость. Однако вентиляция с большими дыхательными объемами вызывает волюметрию из-за перерастяжения альвеол и повторного раскрытия спавшихся альвеол. В результате инициируется воспалительный каскад, характеризующийся повышенной проницаемостью легких, отеком легких, изменением сурфактанта и выработкой цитокинов, которые повреждают легкие. Не было до 1974, Уэбб и Тирни описали это явление, названное волюмотравмой, когда они продемонстрировали отек легких у крыс после воздействия высокого давления накачки. Повреждение легких во время механической вентиляции может быть вызвано вентиляцией с большими дыхательными объемами в здоровых легких, а также с небольшими дыхательными объемами в поврежденных легких.

Вентиляция с большими дыхательными объемами также может вызвать баротравму, состояние, характеризующееся разрывом альвеол и последующим скоплением воздуха в плевральной полости или средостении. У пациентов с искусственной вентиляцией легких мониторинг давления на плато является надежным способом прогнозирования риска баротравмы. Давление плато — это давление, оказываемое на мелкие дыхательные пути и альвеолы во время искусственной вентиляции легких. В основном это зависит от растяжимости и дыхательного объема. По мере снижения комплаенса давление плато увеличивается, а вместе с ним и риск баротравмы. Следовательно, увеличение давления плато требует снижения дыхательного объема, чтобы снизить риск разрыва альвеол. В связи с продолжающимися исследованиями в области искусственной вентиляции легких, защищающей легкие, использование дыхательного объема 6 мл / кг прогнозируемой массы тела в настоящее время является обычной практикой. [2] [3] [4]

Задействованные системы органов

Легкие отвечают за обеспечение дыхательного объема, способного поддерживать адекватную вентиляцию. Однако создание точных дыхательных объемов зависит от сложной координации между дыхательным центром в головном мозге и дыхательными мышцами. Водитель ритма дыхания в стволе мозга определяет частоту и глубину дыхания. В ответ на изменения уровня кислорода и углекислого газа в крови центральные и периферические хеморецепторы посылают информацию в ствол мозга, чтобы модулировать частоту и характер срабатывания кардиостимулятора. Диафрагма и другие инспираторные мышцы реагируют изменением дыхательного объема и частоты дыхания. Цель состоит в том, чтобы поддерживать адекватный уровень кислорода и углекислого газа в крови. Во время физических упражнений, например, увеличивается потребление кислорода и накапливается углекислый газ. В результате частота дыхания и дыхательный объем увеличиваются, чтобы удовлетворить растущий спрос.[5]

Функция

Функционально дыхательные пути состоят из проводящих дыхательных путей, идущих от носа к терминальным бронхиолам, и газообменных дыхательных путей, идущих от дыхательных бронхиол к альвеолам в легких. Мертвое пространство относится к участкам легких, которые наполняются воздухом, но не участвуют в газообмене. Первичным детерминантом мертвого пространства является анатомическое мертвое пространство, которое относится к воздуху в проводящих дыхательных путях. Альвеолярное мертвое пространство, с другой стороны, относится к альвеолам, которые заполнены воздухом, но не участвуют в газообмене. Он вносит незначительный вклад в мертвое пространство. Вместе анатомическое и альвеолярное мертвое пространство образуют физиологическое мертвое пространство, которое представляет собой общее количество воздуха в легких, не участвующего в газообмене.

Дыхательный объем — это практически каждый вдох человека. Это один из основных факторов, определяющих минутную вентиляцию и альвеолярную вентиляцию. Минутная вентиляция, также известная как общая вентиляция, представляет собой измерение количества воздуха, поступающего в легкие в минуту. Это произведение частоты дыхания и дыхательного объема. Альвеолярная вентиляция, с другой стороны, принимает во внимание физиологическое мертвое пространство. Он представляет собой объем воздуха, который достигает зоны дыхания в минуту.

Поскольку альвеолярная вентиляция учитывает мертвое пространство, она представляет фактическую вентиляцию. Как правило, дыхательный объем и частота дыхания вносят равный вклад в минутную вентиляцию легких. Другими словами, удвоение любого из них приводит к одинаковому увеличению минутной вентиляции. Однако когда дело доходит до альвеолярной вентиляции, увеличение дыхательного объема является более эффективным способом, чем увеличение частоты дыхания. Таким образом, удвоение дыхательного объема улучшает альвеолярную вентиляцию больше, чем удвоение частоты дыхания. Эта концепция оказывается актуальной, когда речь идет о пациентах с гиперкапнией. Гиперкапния вызывает паттерн дыхания, характеризующийся относительно большим увеличением дыхательного объема, чем частота дыхания, чтобы минимизировать вентиляцию мертвого пространства. Другими словами, пациенты с гиперкапнией компенсируют это медленными глубокими вдохами, чтобы оптимизировать выведение CO2. Единственный способ свести к минимуму вентиляцию мертвого пространства — увеличить объем воздуха, достигающего дыхательной зоны, что можно сделать только за счет увеличения дыхательного объема.[6]

Механизм

Воздух поступает в легкие и выходит из них за счет движений диафрагмы и грудной клетки. Диафрагма является основной мышцей вдоха и именно она вносит наибольший вклад в дыхательные объемы. Когда диафрагма сокращается, грудная полость расширяется вертикально. В результате внутриплевральное давление снижается с -5 см вод. ст. до примерно -8 см вод. ст. Поскольку легкие соединены с грудной стенкой через плевру, отрицательное внутриплевральное давление притягивает легкие к грудной стенке, что приводит к увеличению объема легких. По мере увеличения объема легких давление снижается в соответствии с законом Бойля. В результате субатмосферное внутриальвеолярное давление затем втягивает воздух в альвеолы в зависимости от разницы давлений. После выравнивания давления доставляется дыхательный объем примерно 500 мл.

В отличие от этого, выдох обычно является пассивным процессом, происходящим из-за эластичности легких после расслабления диафрагмы. Расслабление диафрагмы заставляет грудную клетку двигаться ближе к легким, что приводит к увеличению внутриплеврального давления до -5 см вод. ст. В результате объем легких уменьшается, а давление становится выше атмосферного. Это вытесняет воздух из легких в соответствии с перепадом давления, и легкие возвращаются в состояние покоя.

Дыхательный объем во время сна

Сон различными способами изменяет физиологию дыхания. Быстрый сон, в частности, представляет собой фазу сна с наибольшей степенью нерегулярности дыхания, как по частоте, так и по частоте дыхания. Во время БДГ почти все мышцы тела, включая дыхательные мышцы, становятся гипотоническими, кроме диафрагмы. Следовательно, человек полагается на диафрагму для поддержания адекватного дыхательного объема во время БДГ. Кроме того, снижается дыхательный ответ на гипоксические и гиперкапнические раздражители, не говоря уже о снижении центрального дыхательного драйва, что, наряду с параличом вспомогательных мышц, приводит к незначительному снижению дыхательного объема и минутной вентиляции. Это изменение обычно не заметно у здоровых людей, но становится заметным у пациентов с ранее существовавшим респираторным заболеванием.[7]

Связанное тестирование

Физиологически легочные объемы могут быть как динамическими, так и статическими. Динамические объемы легких по определению зависят от скорости воздушного потока. Напротив, статические объемы легких не зависят от скорости потока. Различные легочные патологии вызывают изменения легочных объемов. Таким образом, исследование функции легких дает ценную диагностическую информацию, поскольку помогает измерять различные объемы и емкости легких.

Спирометрия является важным тестом, используемым пульмонологами для диагностики рестриктивных и обструктивных заболеваний легких. Он измеряет, как воздух поступает в легкие и выходит из них, и регистрирует несколько объемов и объемов легких. Во время спирометрии пациент делает нормальный вдох, за которым следует полный вдох, максимальный форсированный выдох, а затем еще один нормальный вдох.

Дыхательный объем — это статический легочный объем, который наряду с другими статическими и динамическими легочными объемами важен для диагностики пациентов с обструктивными и рестриктивными заболеваниями легких. Спирометрия регистрирует дыхательный объем, когда пациент дышит спокойно. У здоровых взрослых он составляет примерно 7 мл/кг идеальной массы тела. У среднего здорового взрослого человека 500 мл поступает в легкие при каждом спокойном вдохе, из которых только 350 мл достигают дыхательной зоны, поскольку мертвое пространство составляет примерно 150 мл.[5]

Клиническая значимость

Рестриктивные заболевания легких

Рестриктивные заболевания легких представляют собой группу хронических заболеваний легких, характеризующихся неспособностью легких полностью расшириться из-за проблем в самих легких или окружающих их структурах. Интерстициальные заболевания легких, такие как идиопатический легочный фиброз и асбестоз, вызывают прогрессирующий фиброз легочной ткани. Как таковые, они представляют собой внутреннюю патологию легких, которая приводит к физиологии рестрикции из-за повышенной жесткости и снижения податливости. Морбидное ожирение и саркоидоз являются примерами внешних проблем, которые вызывают ограничения путем ограничения расширения грудной клетки. При рестриктивном заболевании легких пациент адаптирует частые и поверхностные вдохи, чтобы свести к минимуму работу дыхания.

Обструктивные заболевания легких

Отличительной чертой обструктивной болезни легких является затрудненное удаление воздуха из легких из-за прогрессирующего сужения дыхательных путей. Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) и астма являются двумя типичными примерами обструктивной болезни легких. Бронхиальная астма — это обратимое состояние, характеризующееся гиперреактивностью дыхательных путей на различные раздражители. Это вызывает эпизоды чрезмерного образования слизи, бронхоконстрикции и сужения дыхательных путей. С другой стороны, ХОБЛ представляет собой необратимый хронический воспалительный процесс, приводящий к постепенному уменьшению просвета проводящих дыхательных путей. По мере прогрессирования состояния возникает воздушная ловушка, что приводит к гиперинфляции легких. Поскольку проблема обструктивного заболевания легких связана с выдохом, дыхание с более высоким дыхательным объемом помогает преодолеть сопротивление дыхательных путей. Таким образом, пациенты приобретают паттерн дыхания, состоящий из глубоких и медленных вдохов, чтобы свести к минимуму работу дыхания.

Механическая вентиляция

Острый респираторный дистресс-синдром, или ОРДС, представляет собой состояние, характеризующееся распространенным воспалением легких после провоцирующего легочного или внелегочного события. ОРДС обычно вызывает гипоксическую дыхательную недостаточность или критически низкое давление кислорода в артериальной крови, что требует искусственной вентиляции легких. У пациентов с ОРДС уже есть поврежденные легкие, и искусственная вентиляция легких должна следовать стратегии защиты легких. Другими словами, дыхательные объемы должны быть как можно ниже, чтобы предотвратить волюмотравму и баротравму. Проблема ОРДС заключается в том, что отек легких и коллапс дистальных отделов дыхательных путей уменьшают площадь поверхности вентилируемых легких. Следовательно, вентиляция с большими или даже регулярными дыхательными объемами может вызвать гиперинфляцию здоровой аэрируемой части легких, поскольку воздух не достигает уже спавшихся дыхательных путей. В результате может возникнуть перерастяжение альвеол и повреждение легких. Как правило, стратегии защиты легких у пациентов с ОРДС включают введение дыхательного объема приблизительно 6-8 мл/кг идеальной массы тела.[8][9]]

Нервно-мышечное заболевание

Нервно-мышечные заболевания относятся к группе заболеваний, характеризующихся прогрессирующей мышечной слабостью из-за проблем в самих мышцах или нервах, которые их иннервируют. У пациентов с нервно-мышечными заболеваниями (НМЗ) в конечном итоге развивается слабость дыхательных мышц. Диафрагма является основной мышцей вдоха и наиболее часто поражается при НМД. Пациенты со слабой диафрагмой полагаются на другие мышцы вдоха, такие как наружные межреберные, для поддержания адекватного дыхательного объема. Во время БДГ-сна возникает генерализованная гипотония всех дыхательных мышц, кроме диафрагмы, и здоровый человек становится диафрагмозависимым. У пациентов с НМД одышка становится заметной ночью из-за слабости диафрагмы. Ночная гиповентиляция, связанная с БДГ, является одним из самых ранних признаков поражения дыхательных мышц при нервно-мышечном заболевании. По мере прогрессирования заболевания дневные симптомы становятся заметными, и пациенты полагаются на паттерн дыхания, аналогичный тому, который наблюдается при других рестриктивных заболеваниях легких, т. е. поверхностное, учащенное дыхание.

Контрольные вопросы

Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.
Комментарий к этой статье.

Каталожные номера

1.: Sterling GM. Вентиляция. Бр Дж Клин Фармакол. 1979 декабрь; 8 (6): 513-21. [Бесплатная статья PMC: PMC1429904] [PubMed: 391255]
2.: Иоаннидис Г. , Лазаридис Г., Бака С., Мпуховинас И., Каравасилис В., Лампаки С., Киумис И., Питсиоу Г., Папайванноу А., Каравергу Кацикояннис Н., Сарика Э., Цакиридис К., Коранцис И., Зарогулидис К., Зарогулидис П. Баротравма и пневмоторакс. Дж. Торак Дис. 7 февраля 2015 г. (Приложение 1): S38-43. [Бесплатная статья PMC: PMC4332090] [PubMed: 25774306]
3.: Лутфи М.Ф. Физиологическая основа и клиническое значение измерения объема легких. Мультидисциплинарный респираторный мед. 2017;12:3. [Бесплатная статья PMC: PMC5299792] [PubMed: 28194273]
4.: Mauri T, Cambiaghi B, Spinelli E, Langer T, Grasselli G. Спонтанное дыхание: палка о двух концах, с которой нужно обращаться осторожно. Энн Трансл Мед. 2017 июль;5(14):292. [Бесплатная статья PMC: PMC5537122] [PubMed: 28828367]
5.: Пирс Р. Спирометрия: важное клиническое измерение. Врач Ауст Фам. 2005 г., июль; 34 (7): 535-9. [PubMed: 15999163]
6.: Браун С. Р. Частота дыхания и характер дыхания. В: Уокер Х.К., Холл В.Д., Херст Дж.В., редакторы. Клинические методы: анамнез, физические и лабораторные исследования. 3-е изд. Баттервортс; Boston: 1990. [PubMed: 21250206]
7.: Се А. Влияние сна на дыхание. Почему повторяющиеся апноэ наблюдаются только во время сна. Дж. Торак Дис. 2012 01 апр;4(2):194-7. [Бесплатная статья PMC: PMC3378217] [PubMed: 22833825]
8.: Малхотра А. Вентиляция с низким дыхательным объемом при остром респираторном дистресс-синдроме. N Engl J Med. 2007 г., 13 сентября; 357(11):1113-20. [Бесплатная статья PMC: PMC2287190] [PubMed: 17855672]
9.: Боутон Д.Л., Скотт Л.К. Вентиляционное управление неповрежденным легким. Клин Грудь Med. 2016 декабрь; 37 (4): 701-710. [PubMed: 27842750]
10.: Aboussouan LS. Нарушение дыхания во сне при нервно-мышечных заболеваниях. Am J Respir Crit Care Med. 2015 01 мая; 191(9):979-89. [PubMed: 25723731]
11.: Фермин А.М., Афзал У., Кулебрас А. Сон при нервно-мышечных заболеваниях. Медицинская клиника сна. 2016 март; 11(1):53-64. [PubMed: 26972033]