Дыхательная система. Физиология.

Дыхательная система. Физиология.
Дыхание ― обмен газами между клетками и окружающей средой. Различают грудной и брюшной
типы дыхания. При грудном типе дыхание обеспечивается в основном за счёт работы межрёберных
мышц. При брюшном типе дыхания бóльшее значение имеет диафрагма. У взрослых женщин
частота дыхания больше, чем у мужчин, а глубина меньше.
У мужчин более выражен брюшной тип дыхания, у женщин ― преимущественно грудной тип.
Общий механизм дыхания
В дыхании участвуют две группы мышц:
1) инспираторные: диафрагма и наружные межреберные мышцы;
2) экспираторные: внутренние межреберные мышцы и мышцы брюшного пресса.
3) в спокойном дыхании участвуют только инспираторные мышцы.
Последовательность дыхательного цикла следующая:
1) Сокращение инспираторных мышц вызывает расширение грудной клетки и опускание
диафрагмы.
2) Лёгкие следуют за грудной клеткой и диафрагмой и при этом сами расширяются.
3) В результате давление в легких падает, в них засасывается воздух и происходит вдох.
4) Затем дыхательные мышцы расслабляются.
5) Растянувшиеся при вдохе легкие спадаются, за ними следуют грудная клетка и диафрагма.
6) В результате давление в легких повышается, из них выдавливается воздух и происходит
выдох. Таким образом, вдох происходит за счет мышечной силы (активно), а выдох — за счет
упругой силы растянутых легких (пассивно).
Механизм вдоха
Вдох происходит с помощью трёх одновременно протекающих процессов:
1) расширения грудной клетки;
2) увеличения объёма лёгких;
3) поступления воздуха в лёгкие.
Механизм выдоха
Выдох осуществляется вследствие одновременно происходящих трёх процессов:
1) сужения грудной клетки;
2) уменьшения объёма лёгких;
3) изгнания воздуха из лёгких.
ЛЁГОЧНЫЕ ОБЪЁМЫ И ЁМКОСТИ
Лёгочные объёмы:
1. ДО (дыхательный объём) = 500 мл.
2. Резервный объём вдоха = 1500-2500 мл.
3. Резервный объём выдоха = 1000 мл.
4. Остаточный объём (ОО) = 1000-1500 мл
Лёгочные ёмкости:
1. Общая ёмкость лёгких (ОЁЛ) = (1+2+3+4) = 4-6 литров.
2. Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) = (1+2+3) = 3,5-5 литров.
3. Функциональная остаточная ёмкость лёгких = (3+4) = 2-3 литра.
4. Ёмкость вдоха = (1+2) = 2-3 литра.
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВЕНТИЛЯЦИИ
 частота дыхания (ЧД) = 12-16 в мин.;
 минутный объём дыхания = ДО*ЧД= 6-9 литров;
 объём анатомического мёртвого пространства = 140 мл.
В лёгких происходят процессы:
1)Вентиляция лёгких (газообмен между атмосферным и альвеолярным воздухом).
2)Перфузия в лёгких (кровоснабжение).
3)Диффузия (прохождение газа через альвеоло-капиллярную мембрану).
Происхождение дыхательного ритма
В состав дыхательного центра входят три основные структуры, расположенные в продолговатом
мозге и мосту.
1)Дорсальная группа нейронов (в продолговатом мозге), задающая дыхательный ритм при
спокойном дыхании. Дорсальная группа нейронов формирует дыхательный ритм и получает
всю информацию, необходимую для регуляции дыхания и потому является главной
структурой дыхательного центра.
2)Вентральная группа нейронов (в продолговатом мозге), включающаяся при форсированном
дыхании и, следовательно, посылающая импульсы к мотонейронам экспираторных мышц.
3)Дыхательные структуры моста, главным из которых является пневмотаксический центр.
Пневмотаксический центр регулирует частоту и глубину дыхания.
В состав генератора дыхательного ритма входят:
 инспираторный нейрон ― возбуждающий нейрон, посылающий импульсы к мотонейронам
инспираторных мышц и одновременно к расположенному рядом с ним тормозному нейрону;
 тормозной нейрон, получающий импульсацию от инспираторного нейрона и
затормаживающий инспираторный нейрон.
Генератор дыхательного ритма работает следующим образом:
1)Инспираторный нейрон обладает автоматизмом.
2)По мере вдоха, импульсация, поступающая к тормозному нейрону, нарастает и он
затормаживает инспираторный нейрон.
3)Вдох прекращается (сменяется выдохом), и одновременно устраняется возбуждение
тормозного нейрона.
В дополнение к центральным нервным механизмам регуляции дыхания, находящихся в пределах
ствола мозга, в регуляции дыхания принимают участие и сигналы от рецепторов в лёгких.
Наиболее важными являются рецепторы растяжения, которые в случае перерастяжения лёгких
отдают сигналы в дорсальную группу дыхательных нейронов.
Проходимость воздухоносных путей
Нормальная проходимость воздухоносных путей обеспечивается функционированием механизма
мукоцилиарного очищения (клиренса) и нормальным кашлевым рефлексом. Защитная функция
мукоцилиарного аппарата определяется адекватной и согласованной функцией мерцательного и
секреторного эпителия, в результате чего тонкая плёнка секрета перемещается по поверхности
слизистой оболочки бронхов и инородные частицы удаляются. На уровне респираторных бронхиол
и альвеол мукоцилиарного аппарата нет. Здесь очищение осуществляется с помощью кашлевого
рефлекса и фагоцитарной активности клеток.
Диффузия газов
Процесс диффузии газов через альвеолярно-капиллярную мембрану зависит от:
1) градиента парциального давления газов по обе стороны мембраны (в альвеолярном воздухе и
в легочных капиллярах);
2) толщины альвеолярно-капиллярной мембраны;
3) общей поверхности диффузии в легком.
Газообмен между альвеолярным воздухом и эритроцитом.
Цифрами обозначены величины парциального давления кислорода (РО2) и углекислого газа (РСО2) в
артериальном и венозном конце капилляра (в мм рт. ст.).
У здорового человека парциальное давление кислорода (РО2) в альвеолярном воздухе в норме
составляет 100 мм рт. ст., а в венозной крови — 40 мм рт. ст. Парциальное давление СО2 (РСО2) в
венозной крови составляет 46 мм рт. ст., в альвеолярном воздухе — 40 мм рт. ст.
Парциальное давление отражает концентрацию свободных молекул данного газа в газовой смеси
или жидкости.
Некоторое количество вдыхаемого человеком воздуха не доходит до газообменных зон, а просто
наполняет дыхательные пути ― нос, носоглотку и трахею, где газообмена нет. Этот объём воздуха
называют воздухом мёртвого пространства, т.к. он не участвует в газообмене (анатомическое
мёртвое пространство). Также выделяют физиологическое мёртвое пространство ―
анатомическое мёртвое пространство (дыхательные пути) + альвеолы, в которых идёт вентиляция,
но не газообмен. В норме они практически равны, если физиологическое мёртвое пространство
существенно больше, то это, как правило, признак патологии.
Легочный кровоток
В легких существуют две системы кровообращения: бронхиальный кровоток, относящийся к
большому кругу кровообращения, и собственно легочный кровоток, или так называемый малый
круг кровообращения.
Легочный кровоток в функциональном отношении расположен между правой и левой половинами
сердца. Движущей силой легочного кровотока является градиент давлений между правым
желудочком и левым предсердием (в норме около 8 мм рт. ст.). В легочные капилляры по артериям
поступает бедная кислородом и насыщенная углекислым газом венозная кровь. В результате
диффузии газов в области альвеол происходит насыщение крови кислородом и очищение ее от
углекислого газа, в результате чего от легких в левое предсердие по венам оттекает артериальная
кровь.
Кровообращение в ацинусе
На рисунке цифрами обозначены
парциальное давление и напряжение
газов в венозной (красный цвет) и
артериальной крови. На практике эти
значения
могут
колебаться
в
значительных пределах. Особенно это
относится
к
уровню
РО2
в
артериальной
крови,
который
составляет обычно около 95 мм рт. ст.
Цифрами
обозначены
величины
парциального давления кислорода и
углекислого газа в легочных артериях
(«венозная» кровь) и в венах
(«артериальная» кровь).
Роль гемоглобина в газообмене
Гемоглобин обладает способностью вступать в соединения с различными газами. В норме он
существует в основном в трех формах:
1) оксигемоглобин, связывающий молекулу кислорода, образуется в легочных капиллярах;
2) восстановленный (редуцированный) гемоглобин, не связывающий кислород;
3) карбгемоглобин — гемоглобин, присоединяющий углекислоту в тканях.
Гемоглобин может быть связан с другими газами и образовывать следующие формы:
1) Карбоксигемоглобин, связанный с молекулой СО, скорость диссоциации которого в сотни
раз меньше, чем оксигемоглобина. Поэтому даже при небольшом повышении концентрации
угарного газа в атмосферном воздухе происходит связывание большей части гемоглобина с
СО, что приводит к невозможности образования оксигемоглобина. В норме концентрация
карбоксигемоглобина не превышает 0,5-1,5%. Она увеличивается у курильщиков.
2) Метгемоглобин, образующийся при воздействии некоторых лекарственных веществ
(сульфаниламиды, нитриты и нитраты). Отличается очень стойким малодиссоциирующим
соединением с кислородом, который плохо отщепляется от гемоглобина в тканях, в связи с
чем последние страдают от гипоксии. В норме соединение метгемоглобина составляет всего
0,8% от общего количества гемоглобина.
Химическая регуляция дыхания
Хемочувствительная зона, расположенная в продолговатом мозге обладает высокой
чувствительностью как к изменениям РСО2, так и к изменениям концентрации ионов водорода.
Также хеморецепторы располагаются в области ветвлений общей сонной артерии на наружную и
внутреннюю сонные артерии. Хеморецепторы возбуждаются при снижении напряжения О2,
повышении напряжения СО2 или уменьшении рН. Сосудистые хеморецепторы реагируют
преимущественно на снижение в крови уровня кислорода, центральные хеморецепторы ― на
изменения в крови и спинномозговой жидкости рН и РСО2.