ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ: ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ

ФИЗИОЛОГИЯ
ДЫХАНИЯ
Внешнее дыхание и
транспорт газов кровью
ДЫХАНИЕ - совокупность процессов,
обеспечивающих поступление во внутреннюю
среду организма кислорода, использование его
для окислительных процессов, и удаление из
организма углекислого газа
ЭТАПЫ ДЫХАНИЯ
1.
ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ (ЛЕГОЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ) – обмен воздуха
между внешней средой и легкими.
2.
ГАЗООБМЕН В ЛЕГКИХ (ДИФФУЗИЯ ГАЗОВ ЧЕРЕЗ АЛЬВЕОЛОКАПИЛЛЯРНУЮ МЕМБРАНУ) – диффузия О₂ их воздуха альвеол
легких в кровь капилляров МКК, а СО₂ - из крови в альвеолы.
3.
ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ (перфузия) - О₂ к клеткам, СО₂ - из
клеток в альвеолы.
4.
ГАЗООБМЕН В ТКАНЯХ (ДИФФУЗИЯ ГАЗОВ ЧЕРЕЗ СТЕНКИ СОСУДОВ
МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ В РАЗЛИЧНЫХ ТКАНЯХ) - О₂ из капилляров
БКК поступает в клетки, СО₂ - из клеток в кровь.
5.
ТКАНЕВОЕ, или ИСТИННОЕ, ДЫХАНИЕ – окислительные процессы
в митохондриях.
ЭТАПЫ
ДЫХАНИЯ
Методы исследования
внешнего дыхания
1. Пневмография — графическая
регистрация движений грудной клетки при
дыхательных движениях.
2. Спирометрия — регистрация
первичных объемов легких — ДО, РОВД,
ЖЕЛ.
3. Спирография – графическое
отражение объемов воздуха, проходящего
через легкие при спокойном и
форсированном дыхании.
4. Пневмотахометрия позволяет
оценить скорость воздушных потоков,
проходящих через легкие на вдохе или
выдохе.
СТРУКТУРА АППАРАТА ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ
ОСНОВНОЙ:
Альвеолы легких
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ:
Воздухоносные пути
Дыхательные мышцы
Костно-хрящевой каркас грудной клетки
Плевра
Малый круг кровообращения
Нейрогуморальный аппарат регуляции
ВОЗДУХОНОСНЫЕ ПУТИ И АЛЬВЕОЛЫ ЛЕГКИХ
КАПИЛЛЯРНАЯ СЕТЬ ЛЕГОЧНЫХ АЛЬВЕОЛ
В респираторной зоне содержится около
65 об % воздуха, в переходной — около 31 об
%, а в проводящей — менее 5 об %.
Количество альвеол в легком взрослого
человека составляет около 300 млн. Общая
площадь достигает 80-90 м2, т.е. примерно в
50 раз превышает поверхность тела человека.
ФУНКЦИИ ЛЕГКИХ
I. ГАЗООБМЕННАЯ – обеспечение организма О₂ и
выведение из него СО₂ в соответствии с его
потребностями.
II. НЕГАЗООБМЕННЫЕ:
 Легкие являются «депо крови» (300мл);
 Гомеостатическая – участвуют в поддержании рН, Ра,
Росм, t° крови и др.;
 Фильтрационная – удаляют из системы
кровообращения мелкие тромбы, разрушенные
клетки, микробы;
 Метаболическая – участвуют в жировом, белковом,
водно-солевом обмене, в них образуется
ангиотензин II и др.;
 Участвуют в терморегуляции;
ФУНКЦИИ ЛЕГКИХ
 Биотрансформирующая – в сосудах легких
происходит частичная или полная потеря активности
вазоактивных веществ (серотонина, НА, АХ), а также
происходит детоксикация ряда лекарственных
веществ;
 Участвуют в регуляции свертывающей системы
крови, в частности, в них образуется тромбопластин.
 Участвуют в регуляции противосвертывающей
системы крови, в частности, в них синтезируется
активатор плазминогена, а также гепарин,
вырабатываемый тучными клетками;
 Выделительная функция легких заключается в том,
что легкие удаляют из организма вредные летучие
вещества: пары эфира, хлороформа и др.
ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ
ВДОХ
Рпл + Рэл < Ратм
ВЫДОХ
Рпл + Рэл > Ратм
ПАУЗА
Рпл + Рэл = Ратм
Изменения формы грудной клетки
при вдохе и выдохе
ВДОХ
ВЫДОХ
ДИАФРАГМА
МЕХАНИЗМ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ
Вспомогательные
дыхательные мышцы
экспираторные
инспираторные
МЕХАНИЗМ ВДОХА И ВЫДОХА
На вдохе Ральв = 756 мм Hg
На выдохе Ральв = 764 мм Hg
Трансреспираторное давление:
Ртрр= Ральв. - Рвнешн.
На вдохе: = 756 - 760 = - 4 мм Hg
На выдохе: = 764 - 760 =+ 4 мм Hg
ЭЛАСТИЧЕСКАЯ ТЯГА ДЫХАНИЯ
=
эластическая тяга легких
+
эластическая тяга грудной клетки
Внутриплевральное давление на вдохе и выдохе
Модель Дондерса (роль внутриплеврального
давления в расправлении легких)
Пневмотораксом
называется поступление
воздуха в межплевральное
пространство, возникающее
при проникающих ранениях
грудной клетки, нарушающих
герметичность плевральной
полости.
Виды:
открытый
закрытый
клапанный
ПНЕВМОТОРАКС
 ОТКРЫТЫЙ – при проникающих ранениях
грудной клетки
ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ: окклюзионная повязка
 ЗАКРЫТЫЙ – при патологических
изменениях со стороны легких
ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ: перевести в открытый
пневмоторакс
СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЫХАНИЮ
ЭЛАСТИЧЕСКОЕ
(75% ОТ ОБЩЕГО)
НЕЭЛАСТИЧЕСКОЕ
ЭЛАСТИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Создается эластическими структурами аппарата
внешнего дыхания:
 Мышцы – обладают вязкостью.
 Ребра – преодоление силы тяжести и трения в
суставах.
 Легкие:
 содержат коллаген и эластические волокна;
 альвеолы содержат сурфактант (55-65% от всей
эластичности).
 Внутренние органы.
СУРФАКТАНТЫ
- поверхностно активные мылоподобные вещества,
смесь фосфолипидов и липопротеидов, покрывающих
внутреннюю поверхность альвеол
СУРФАКТАНТЫ:
 уменьшают сопротивление дыханию;
 препятствуют появлению жидкости в
альвеолах;
 облегчают диффузию О₂ через альвеолокапиллярную мембрану;
 обладают бактерицидным действием;
 обладают антиоксиданьным действием.
Изменение поверхностного натяжения
слоя жидкости по отношению к
поверхности альвеол
ВДОХ
ЧТОБЫ  ДЫХАТЕЛЬНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ НУЖНО
 КОЛИЧЕСТВО АЛЬВЕОЛ   ИХ V 
ОПАСНОСТЬ СКЛЕИВАНИЯ АЛЬВЕОЛ
NB! ЭТОМУ ПРЕПЯТСТВУЕТ СУРФАКТАНТ
СУРФАКТАНТЫ
СОЗДАЮТ ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ В АЛЬВЕОЛАХ
НА ВЫДОХЕ ПЛЕНКА УТОЛЩАЕТСЯ, ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ 
НЕЭЛАСТИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
СОЗДАЕТСЯ ТРЕНИЕМ ВОЗДУХА О СТЕНКИ
ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ
НЕЭЛАСТИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ определяется
по формуле ПУАЗЕЙЛЯ:
R = 8 l η / π r4
Показатели внешнего дыхания
Статические – дают
возможность оценить
анатомо-функциональные
(потенциальные)
возможности аппарата
внешнего дыхания.
Легочные объемы
(неделимые единицы)
Легочные ёмкости
(состоят из нескольких
объемов)
Динамические – отражают
реальные (функциональные)
возможности дыхательной
системы.
Показатели
интенсивности
Показатели
эффективности
легочной вентиляции
Легочные объемы и емкости
ЛЕГОЧНЫЕ ОБЪЕМЫ И ЁМКОСТИ









СТАТИЧЕСКИЕ
ОБЪЕМЫ:
ОО
РОвд и РОвыд
ДО
ЁМКОСТИ:
ЖЕЛ= ДО+Ровд+РОвыд
ФОЕ= ОО + РОвыд
ОЕЛ= ОО + ЖЕЛ
Евд= ДО + РОвд
СТАТИЧЕСКИЕ
ОБЪЕМЫ
 ГД (ДО)
 ЧД
 МОД= ЧД × ГД
 МВЛ (ГДмах×ЧДмах)
 МАВ (ГД - МП) × ЧД
Легочные объемы и емкости
Легочные объемы:
1. Дыхательный объем
2. Резервный объем вдоха
ДО = 500 мл
РОвдоха = 1500-2500 мл
3. Резервный объем выдоха
РОвыдоха =1000 мл
4. Остаточный объем
ОО
= 1000 -1500 мл
Легочные емкости:
1. Общая емкость легких
2. Жизненная емкость легких
3. Функциональная остаточная
емкость легких
4. Емкость вдоха
ОЕЛ = (1+2+3+4) = 4-6 литров
ЖЕЛ = (1+2+3) =3,5-5 литров
ФОЕ = (3+4 ) = 2-3 литра
ЕВ = (1+2) = 2-3 литра
ПОКАЗАТЕЛЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ЛЕГОЧНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ
ГД - МП
КАВ =
ФОЕ
При эрготропных реакциях (например,
физическая нагрузка):
ГД - МП
 КАВ =
 ФОЕ
Основные показатели вентиляции
1. Частота дыхания
ЧД = 12-16/мин
2. Минутный объем дыхания МОД =ДО х ЧД= 6 - 9 л
3. Объем анатомического мертвого пространства
ОМП =150мл
4. Дыхательный альвеолярный объем
ДАО = ДО-ОМП= 500-150=350мл
5. Коэффициент альвеолярной вентиляции
КАВ = (ДО-МП) / (ОО+РОвыд)
6. Минутная альвеолярная вентиляция легких
МВЛ =
(ДО-МП) х ЧД = 3,5-4,5 л
АЭРОГЕМАТИЧЕСКИЙ БАРЬЕР
Состав газовых смесей
Воздух
О2
(%)
СО2
(%)
Вдыхаемый (атмосферный)
20,93
0,03
Выдыхаемый
16,0
4,0
Альвеолярный
14,0
5,5
ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Парциальное давление - часть общего давления
смеси газов, приходящаяся на отдельный газ
(если бы он занимал весь объем смеси)
ЗАКОН ДАЛЬТОНА
РСМЕСИ х С (%)
РГАЗА = -----------------------------------100%
Для воздуха: Ратм = 760 мм Hg; Скислорода = 20,9%;
Ркислорода= 159 мм Hg
Диффузия газов через АГБ
ЗАКОН ФИКА
S . DK . (P1 - P2)
QГАЗА= ---------------------------T
где: Qгаза - объем газа, проходящего
через ткань в единицу времени,
S - площадь ткани,
DK - диффузионный коэффициент газа,
(Р1-Р2) - градиент парциального
давления газа;
Т - толщина барьера ткани
Для О2 :
Ральв.возд=100 мм Hg
Pвен.крови= 40 мм Hg
Р1-Р2=60 мм Hg
Для СО2:
Рвен.крови=46 мм Hg
Ральв.возд.=40 мм Hg
Р1-Р2= 6 мм Hg
DK CO2 > DK O2 в 25 раз
ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА
 Р О2 в воздухе = 21% от 760 = 159 мм Hg
 В альвеолярном воздухе 47 мм Hg давления воздуха
приходится на пары Н2О, значит давление «сухого» воздуха = 76047=713 мм Hg. Альвеолярный воздух обогащен СО2, кислорода в
нем не 21%, а 14%, парциальное давление кислорода составляет
в нем 14% от 713 = 100 мм Hg
 В венозной крови легочных капилляров напряжение кислорода
= 40 мм Hg
 Градиент давлений, обеспечивающий диффузию кислорода
равен 100-40=60 мм Hg
Механизм газообмена - диффузия
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА
СКОРОСТЬ ДИФФУЗИИ
 ДИФФУЗИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ГАЗА, т.е. его
способность растворяться в мембране и жидкостях) > у СО2.
 СКОРОСТЬ КРОВОТОКА – чем больше V, тем меньше
скорость диффузии.
 ТОЛЩИНА ДИФФУЗИОННОЙ МЕМБРАНЫ – при
воспалениях , диффузия .
 S ДИФФУЗИОННОЙ МЕМБРАНЫ.
 ТОЛЩИНА СЛОЯ СУРФАКТАНТА – чем толще, тем
легче диффузия.
Транспорт
газов
кровью
Транспорт О2 кровью
ДВЕ ФОРМЫ ТРАНСПОРТА:
- физически растворенный газ:
3 мл О2 в 1 л крови
- связанный с Нв газ:
200 мл О2 в 1 л крови
Всего в артериальной
крови содержится
около 20 об% O2
ХАРАКТЕРИСТИКИ КИСЛОРОДНОЙ ЁМКОСТИ КРОВИ
Hb + O2
HbO2
HbO2
Hb + O2
Кислородная емкость крови - количество О2 ,
которое связывается кровью до полного
насыщения гемоглобина
Константа Гюфнера:
1 г. Hb  1,36 - 1,34 мл О2
 Кислородная емкость крови = 190 мл О2 в 1 л.
 Всего в крови содержится около 1 литра О2
 Коэффициент утилизации кислорода = 30 - 40%
Транспорт СО2 кровью
ТРИ ФОРМЫ ТРАНСПОРТА :
• физически растворенный газ - 25 мл в 1 литре
крови (5-10%)
• химически связанный в бикарбонатах (510 мл в 1
литре крови- 80-90%):
бикарбонатов плазмы - 340 мл, эритроцитов - 170 мл
• связанный в карбаминовых соединениях
гемоглобина (5-15%): Hb.NH2 + CO2 - около 45 мл в 1
литре крови
• Всего в венозной крови содержится 58 об% CO2
Роль эритроцитов в транспорте
углекислого газа