Принципиальными детерминантами утомления являются давление, развиваемое во время вдоха (Ptidal) и его отношение к MIP. Отношение Ptidal /MIP отражает баланс между дыхательной нагрузкой и силой, или силовым резервом, способным преодолеть эту нагрузку. Следует отметить, что отношение Ptidal/МIР может быть увеличено двумя путями: увеличением Ptidal, что происходит при заболеваниях дыхательных путей и грудной клетки, и снижением MIP из-за слабости дыхательных мышц, в т. ч. и гиперинфляции легких. При нормальном спокойном дыхании Ptidal /MIP приблизительно равен 0,05. Когда Ptidal/MIP превышает пороговый уровень, который равен примерно 0,4, дыхательная мускулатура вступает в «паттерн утомления». Однако явное утомление не появляется до определенного времени, например, если Ptidal/MIP равен 0,4, с момента появления паттерна утомления до явного утомления проходит около 90 минут, при Ptidal/MIP 0,6 требуется лишь 15 минут (Rochester, 1993). Способность поддерживать вентиляцию также зависит и от времени сокращения дыхательных мышц во время каждого дыхательного цикла (Ti/Ttot). Bellemarc и Grassino (1982) в качестве показателя выносливости диафрагмы при резистивных нагрузках на дыхательный аппарат предложили индекс напряжение-время (tention-time index — TTI):
TTI = Ptidal/MIP x Ti/Ттот
Экспериментальным путем было установлено, что усталость дыхательных мышц развивается при TTI > 0,15, т. е. если TTI < 0,15, то нагрузка на респираторный аппарат может поддерживаться неопределенно долго, если же TTI > 0,15, то дыхание может преодолевать нагрузку лишь ограниченный временной промежуток (время выносливости).
Утомление дыхательной мускулатуры развивается в результате дисбаланса между потребностью дыхательной мускулутуры в энергии (Ud) и доставкой энергии к ней (Us): Ud > Us или W/E > Us, где W — работа дыхания, Е — эффективность (Roussos, 1990). Таким образом, увеличение нагрузки на аппарат дыхания при ХОЗЛ (резистивная нагрузка, эластическая нагрузка легких и грудной клетки, пороговая инспираторная нагрузка, повышение минутной вентиляции) сдвигают баланс в сторону утомления. С другой стороны, развитию утомления могут способствовать снижение доставки энергии: снижение содержания кислорода и энергетических субстратов в артериальной крови, неспособность мышц утилизовать энергетические субстраты из крови, недостаточный кровоток к мышцам. Во время сильного инспираторного усилия внутримышечные сосуды могут сдавливаться сокращающейся мускулатурой, что ведет к уменьшению кровотока. Величина сдавливающего эффекта зависит от TTI. Так, повышение отношения Ptidal/MIP усиливает сдавление сосудов, т. к. развитие более высокого давления требует большего сокращения мышц, a Ti/Ttot определяет время сокращения. Снижение сердечного выброса при кардиогенном или септическом шоке также снижает приток крови к дыхательной мускулатуре (Vassilakopoulos et al., 1996).
