Физиология дыхания

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ

1. Внешнее дыхание

Совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм О₂, доставку и потребление его тканям и выделение конечного продукта дыхания СО₂ во внешнюю среду, называется дыханием.

Воздухоносные пути и газообменные области легких

Сложный процесс газообмена с окружающей средой складывается из ряда последовательных процессов.

Внешнее дыхание (легочное):

1. Обмен газов между легочным воздухом и атмосферным (вентиляция легких).

2. Обмен газов между легочным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения.

Внутреннее:

3. Транспорт О₂ и СО₂ кровью.

4. Обмен газов между кровью и клетками (тканевое дыхание), то есть потребление О₂ и выделение СО₂ в процессе метаболизма.



Функцию внешнего дыхания и обновление газового состава крови у человека выполняют дыхательные пути (носовая и ротовая полость, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы, альвеолярные ходы) и легкие.

Для осуществления процессов газообмена в строении легких имеется ряд приспособительных особенностей:

1. Наличие русла воздушного и кровеносного, разобщенных между собой тончайшей пленкой, состоящей из двойного слоя - самой альвеолы и капилляра (раздел воздуха и крови - толщина 0,004 мм). Через этот аэрогематический барьер происходит диффузия газов.

2. Обширная дыхательная площадь легких 50-90 м² приблизительно равно увеличению поверхности тела (1,7 м²0) в несколько десятков раз.

3. Наличие особого - малого круга кровообращения, специально выполняющего окислительную функцию (функциональный круг). Малый круг частица крови проходит за 5 сек, а время ее соприкосновения со стенкой альвеолы только 0,25 - 0,7 сек.

4. Наличие в легких эластической ткани, способствующей расправлению и спаданию легких при вдохе и выдохе. Легкие находятся в состоянии эластического напряжения.

5. Наличие в дыхательных путях опорной хрящевой ткани в виде хрящевых бронхов. Это предупреждает спадение дыхательных путей и способствует быстрому и легкому прохождению воздуха.

Значение дыхания для организма:

1. Сохранение постоянства газового состава крови.

2. Участие в регуляции кислотно-основного состояния крови.

3. Участие в терморегуляции.

4. В легких активируется ангиотензин I, который под влиянием ангиотензинконвертирующего фермента превращается в ангиотензин II. Этот же фермент обеспечивает инактивацию брадикинина. В легких инактивируются серотонин и норадреналин, простагландины.

5. Легкие являются физиологическими депо крови

6. Эпителиоцитами синтезируются липиды и протеины, входящие в состав сурфактанта, коллаген и эластин, придающие упругость стенкам альвеол.

7. Легким принадлежит важная роль в регуляции агрегатного состояния крови. Интерстиций легких содержит большое количество тучных клеток, содержащих гепарин благодаря чему кровь, оттекающая от легких, свертывается медленнее, чем притекающая. В легких синтезируются эритропоэтины.

8. В легких синтезируется и выделяется в бронхиальную слизь иммуноглобулин А, который и имеет важное значение в защите организма от инфекции.

2. Дыхательные движения

Вентиляция альвеол, необходимая для газообмена осуществляется благодаря чередованию вдоха (инспирации), выдоха (экспирации). При вдохе в альвеолы поступает воздух, насыщенный О₂. При выдохе из них удаляется воздух, бедный О_{2 ,} но более богатый СО₂. Фаза вдоха и следующая за ним фаза выдоха составляет дыхательный цикл.

Передвижение воздуха обусловлено попеременным увеличением и уменьшением объема грудной клетки.

Механизм дыхательных движений

Механизм вдоха (инспирации). Инспирация - это активный процесс.

Увеличение грудной полости в вертикальной, саггитальной, фронтальной плоскостях. Это обеспечивается: поднятием ребер и уплощением (опусканием) диафрагмы.



Движение ребер. Ребра образуют подвижные соединения с телами и поперечными отростками позвонков. При поднятии ребер размер грудной клетки увеличивается в переднезаднем и в боковом направлениях. Поднятие ребер происходит за счет сокращения инспираторных мышц. К ним относятся: наружные межреберные, внутренние межхрящевые мышцы.

Движение нижних ребер оказывают большее влияние на объем грудной клетки, и поэтому нижние доли легкого вентилируются лучше, чем верхушки.

У здорового молодого мужчины разница между окружностью грудной клетки в положении вдоха и выдоха равна 7-10 см, у женщин равна 5-8 см. При форсированном дыхании подключаются вспомогательные инспираторные мышцы:

- большие и малые грудные;

- лестничные;

- грудино-ключично-сосцевидная;

- трапециевидная и др.

Движение диафрагмы. Диафрагма имеет форму купола, выдающегося в грудную полость. При выдохе она прилегает к внутренней стенке грудной клетки. При вдохе диафрагма уплощается в результате сокращения ее мышечных волоконю.

Механизм выдоха (экспирации) обеспечивается за счет:

Тяжести грудной клетки.

Эластичности реберных хрящей.

Эластичности легких.

Давления органов брюшной полости на диафрагму.

В состоянии покоя выдох происходит пассивно.

В форсированном дыхании принимают экспираторные мышцы: внутренние межреберные мышцы и вспомогательные экспираторные мышцы: мышцы, сгибающие позвоночник, мышцы брюшного пресса.



3. Характер потока в воздухоносных путях

Типы дыхания. В зависимости преимущественно за счет какого компонента (поднятия ребер или диафрагмы) происходит увеличение объема грудной клетки, выделяют 3 типа дыхания:

-грудной (реберный);

-брюшной;

-смешанный.

В большей степени тип дыхания зависит от возраста (подвижность грудной клетки увеличивается), одежды, профессии. Брюшное дыхание затрудняется в последние месяцы беременности, и тогда дополнительно включается грудное.

Наиболее эффективен брюшной тип дыхания:

- глубже вентиляция легких;

- облегчается возврат венозной крови к сердцу.

Брюшной тип дыхания преобладает у работников физического труда, скалолазов, певцов и др. У ребенка после рождения вначале устанавливается брюшной тип дыхания, а позже - к 7 годам - грудной.

4. Давление в плевральной полости и его изменение при дыхании

Легкие покрыты висцеральной плеврой, а пленка грудной полости - париетальной плеврой. Между ними содержится серозная жидкость. Они плотно прилегают друг к другу (щель 5-10 мкм) и скользят относительно друг друга.

Если ввести иглу в плевральную полость и соединить ее с водным манометром, то окажется, что давление в ней:

при вдохе - на 6-8 см Н₂О

при выдохе - на 3-5 см Н₂О ниже атмосферного.



5. Направления сил в течение дыхательного цикла

Эту разницу между внутриплевральным и атмосферным давлением обычно называют давлением в плевральной полости.

Отрицательное давление в плевральной полости обусловлено эластической тягой легких, т.е. стремлением легких к спадению.

При вдохе увеличение грудной полости ведет к повышению отрицательного давления в плевральной полости.

Накоплению жидкости в плевральной полости препятствует более низкое онкотическое давление плевральной жидкости (меньше белков), чем в плазме.

Эластическая тяга легких обусловлена 3 факторами:

Поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол.

Упругостью ткани стенок альвеол (содержат эластические волокна).

Тонусом бронхиальных мышц.

На любой поверхности раздела между воздухом и жидкостью действуют силы межмолекулярного сцепления, стремящиеся уменьшить величину этой поверхности (силы поверхностного натяжения). Под влиянием этих сил альвеолы стремятся сократиться. Силы поверхностного натяжения создают 2/3 эластической тяги легких.

Если бы внутренняя поверхность альвеолы была покрыта водным раствором, то поверхностное натяжение должно было быть в 5-8 раз больше. В этих условиях наблюдалось бы спадение альвеол (ателектаз).

В альвеолярной жидкости на внутренней поверхности альвеол имеются вещества, снижающие поверхностное натяжение. Такие вещества называются поверхностно активными веществами (ПАВ), роль которых в данном случае выполняют сурфактанты.



При уменьшении размеров альвеол молекулы сурфактанта сближаются, их плотность на единицу поверхности больше и поверхностное натяжение снижается - альвеола не спадается.

При увеличении (расширении) альвеол их поверхностное натяжение повышается это усиливает эластическую тягу легких.

Нарушение образования сурфактантов приводит к спадению большого количества альвеол - ателектазу - отсутствие вентиляции обширных участков легких.

У новорожденных сурфактанты необходимы для расправления легких при первых дыхательных движениях.

Поступлении воздуха) в плевральную полость называется пневмоторакс (через поврежденную грудную стенку или легкие) в силу эластичности легких - они спадаются и поджимаются к корню, занимая 1/3 своего объема.

6. Вентиляция легких. Легочные объемы

Дыхательны объем (ДО) - количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании (0,3-0,9 л, среднее 500 мл).

Резервный объем вдоха (РОвд.) - количество воздуха, которое можно еще вдохнуть после спокойного вдоха (1,5 - 2,0 л).

Резервный объем выдоха (РОвыд.) - количество воздуха, которое можно еще выдохнуть после спокойного выдоха (1,0 - 1,5 л).

Остаточный объем (ОО) - объем воздуха, остающийся в легких после максимального выдоха (1,0 - 1,5 л).

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) = ДО + РОвд.+ РОвыд.(0,5 + 1,5 + 1,5) = 3,5 л. Отражает силу дыхательной мускулатуры, растяжимость легких, площадь дыхательной мембраны, бронхиальную проходимость.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) или альвеолярный воздух - количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха ( 2,5 л).

Общая емкость легких (ОЕЛ) - количество воздуха, содержащегося в легких на высоте максимального вдоха (4,5 - 6,0 л).

Емкость вдоха - включает дыхательный объем + резервный объем вдоха (2,0 л).

Таким образом, различают 4 первичных легочных объема и 4 емкости легких:

Объемы	Емкости
Дыхательный объем. Резервный объем вдоха. Резервный объем выдоха. 4. Остаточный объем.	Общая емкость легких. ЖЕЛ. Емкость вдоха. 4. Функциональная остаточная емкость).

ЖЕЛ определяет собой максимальный объем воздуха, который может быть введен или выведен из легких в течение одного вдоха или выдоха. Она - показатель подвижности легких и грудной клетки.

Факторы, влияющие на ЖЕЛ:

Возраст. После 40 лет ЖЕЛ понижается (снижение эластичности легких и подвижности грудной клетки).

Пол. У женщин ЖЕЛ в среднем на 25% ниже, чем у мужчин.

Размер тела. Размер грудной клетки пропорционален остальным размерам тела.

Положение тела. В вертикальном положении она выше, чем в горизонтальном (большее кровенаполнение сосудов легких).

Степень тренированности. У тренированных лиц повышается (особенно у пловцов, гребцов, где необходима выносливость).

7. Работа дыхательных мышц

А = Р V

Р - создающееся давление в альвеолах на вдохе

V - объем легких во время вдоха

В покое дыхательные мышцы совершают работу, равную 0,1-0,5 кгметр/мин, потребляют 2-2,5% поглощенного кислорода. При нагрузке работа мышц возрастает до 1-5 кгметр/мин, при этом на сокращение дыхательных мышц затрачивается около 20% потребленного кислорода, до 30-40% при затрудненном дыхании. При МОД 100-120 л/мин увеличение объема вентиляции легких энергетически невыгодно, т.к. весь дополнительно потребляемый кислород расходуется на обеспечение работы дыхательных мышц.

дыхание легочный воздухоносный плевральный

8. Мертвое пространство

Различают:

анатомическое;

функциональное (физиологическое).

Анатомическое мертвое пространство - объем воздухоносных путей, в которых не происходит газообмена (носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы, альвеолярные ходы).

Физиологическая роль его заключается в:

очищение воздуха (слизистая оболочка улавливает мелкие частицы пыли, бактерии).

Увлажнение воздуха (секрет железистых клеток эпителия).

Согревание воздуха (t⁰ выдыхаемого воздуха приблизительно равна 37^оС).

Объем анатомического мертвого пространства в среднем равен 150 мл (140 - 170 мл).

Следовательно, из 500 мл дыхательного объема в альвеолы поступит только 350 мл. Объем альвеолярного воздуха равен 2500 мл. Коэффициент легочной вентиляции при этом равняется 350 : 2500 = 1/7, т.е. в результате 1 дыхательного цикла обновляется только 1/7 воздуха ФОЕ или полное обновление его происходит в результате не менее 7 дыхательных циклов.

Функциональное мертвое пространство - участки дыхательной системы, в которых не происходит газообмена, т. е. к анатомическому мертвому пространству добавляются такие альвеолы, которые вентилируются, но не перфузируются кровью.

В норме таких альвеол немного и поэтому в норме объем анатомического и функционального мертвого пространства совпадает.

9. Альвеолярная вентиляция

Частота дыхания у человека в среднем = 14 (12-18) в мин.

У детей чаще: у грудных - 30-40 в мин;

у новорожденных - 40-55 в мин;

Минутный объем дыхания (МОД) = 500 мл х 14 = 7 литров.

При физической нагрузке МОД достигает 120 л/мин.

Дыхание глубокое и редкое более эффективно, чем поверхностное и учащенное.

Величина вентиляции регулируется так, чтобы обеспечить постоянный газовый состав альвеолярного воздуха.

Если МОД нормальный (= 7 л/мин), но дыхание частое (35 в мин и поверхностное ДО = 0, 2 л), то вентилироваться будет главным образом мертвое пространство и вдыхаемый воздух почти не будет достигать альвеол. Такое состояние опасно.

Одним из показателей резервов дыхательной системы является максимальная вентиляция легких (МВЛ) - объем воздуха, проходящего через легкие за определенный промежуток времени при дыхании с максимально возможной частотой и глубиной.

В норме МВЛ колеблется в пределах 120-170 л/мин.

Ее величина зависит от возраста, пола, размера тела.

Размещено на Allbest.ru

...