2015-06-10
3792Дыхание
2. Цель лекции
Проанализировать механизм внешнего дыхания, познакомиться с основными физиологическими показателями легочной вентиляции.
Проанализировать процессы газообмена в легких и тканях, механизмы собственных и сопряженных рефлексов системы дыхания, а также причины его изменения при пониженном и повышенном атмосферном давлении.
З. Задачи лекции. Рассмотреть дыхание на уроне физиологических процессов
4. Содержание лекции
Функции дыхательной системы
Типы дыхания
Регуляция дыхания.
Легочные объемы и емкости
Газообмен в легких
Транспорт газов кровью
5. Вопросы для самостоятельной работы,
Методические указания к лабораторным занятиям по нормальной физиологии для студентов медицинского института. ПГУ, Пенза 2003.
литература для подготовки
Методические указания к лабораторным занятиям по нормальной физиологии для студентов медицинского института. ПГУ, Пенза 2003.
6. Вопросы для повторения
Анатомия и гистология органов дыхания
|
|
|
Лектор доцент Микуляк Н.И.
Дыхание – это одна из функций организма. Это видно из того, что прекращение дыхания приводит к смерти. Нет дыхания – нет жизни. Почему прекращение дыхания приводит к смерти?
Как вы знаете жизнь это постоянный обмен в-в с окружающей средой. Одним из таких в-в является кислород О2, который должен поступать в организм из окружающей среды, а в окружающую среду выбрасывается из организма углекислый газ СО2. Кислород необходим организму, т.к. большинство химических реакций в организме являются окислительными с необходимым участием СО2. Нет кислорода, нарушаются биохимические процессы, а эти нарушения несовместимы с жизнью. Кроме того, нарушение дыхания ведет к накоплению в организме СО2, что губительно сказывается на жизненные отправления в организме. Т.о. дыхание является одной из важнейших функций организма. Нет дыхания – недостаток О2 – нарушение окислительных биохимических реакций - смерть. Дыхание осуществляется за счет дыхательной системы, т.е. дыхание функция дыхательной системы. Эта ф-ия присуща в некоторой степени коже, слизистой оболочке.
Ф-ция дыхательной системы теснейшим образом взаимосвязана с кровью и ССС. Дыхательная система + кровь + ССС = СКОО (система кислородного обеспечения организма).
Эта взаимосвязь легко выявляется при патологии в организме. Так при воспалении легких, когда нарушается дыхательная ф-ция, наряду с учащением дыхания, усиливается гемодинамика за счет увеличения частоты сокращения сердца, увеличивается кол-во эр., переносчиков О2. С другой стороны, нарушения нарушения В ССС, допустим при пороках сердца, когда скорость кругооборота крови уменьшается, усиливается дыхание и гемодинамика.
|
|
|
Дыхание как процесс, складывается из 5 этапов:
1. внешнее дыхание или вентиляция легких или обмен воздуха между внешней средой и альвеолами легких;
2. газообмен (в легких) между альвеолярным воздухом и кровью;
3. транспорт О2 и СО2 кровью;
4. обмен газов между кровью и тканями;
5. Тканевое дыхание.
Физиология дыхания изучает первые 4 группы процессов, механизм их регуляции и особенности протекания в различных условиях. Клеточное, т.е. тканевое дыхание изучается в основном биохимией, исследующей тканевые окислительные процессы при которых богатые энергией вещества, содержащиеся в клетке, расщепляются, освобождая скрытую в них энергию.
I этап.
Вентиляция легких осуществляется за счет периодически сменяющихся вдоха и выдоха.
Рассмотрим вначале инспирацию (механизм вдоха). Вдох – это процесс, обеспечивающий поступление воздуха из окружающей среды в легкие. Вдох – начинается с сокращения дыхательной мускулатуры и мышц диафрагмы. При обычном спокойном вдохе у здоровых людей сокращаются наружние межреберные мышцы и межхрящевые. Это приводит к увеличению размера грудной клетки в сагиттальном направлении и во фронтальном. Почему? В состоянии покоя ребра опущены к низу. При вдохе ребра принимают более горизонтальное положение, поднимаясь кверху. Благодаря чему сечение грудной клетки становиться больше и в поперечном и в продольном направлении. Почему сокращение межреберных мышц ведет не к сближению ребер между собой, а к их поднятию? Это происходит вследствие того, что наружные межреберные мышцы идут от ребра к ребру в косом направлении: сзади и сверху, вперед и вниз. Ребра представляют собой рычаги второго рода в их сочленении с позвоночником. Сила, сокращающейся межреберной мышцы, оказываемая на верхние и низлежащие ребра - одинакова. Но рычаг у низлежащего ребра больше, а следовательно момен6т силы у нижележащего ребра больше, т.е. что легче мышце: поднять нижнее ребро или опустить верхнее или сблизить их? Конечно поднять нижнее ребро. Т.о. подъем ребер ведет к увеличению размеров грудной клетки в сагиттальном и во фронтальном направлении. Кроме того, одновременно сокращается мышца диафрагмы. Это приводит к уплотнению диафрагмы, к опусканию ее купола, вследствие чего увеличивается размер грудной клетки в вертикальном направлении. Опускание диафрагмы на 1 см ведет к увеличению объема на 350 мл. Итак. Грудная клетка увеличивается во всех 3-х направлениях. При спокойном дыхании вдох у мужчин и женщин протекает одинаково. У женщин объем грудной клетки увеличивается за счет преимущественного сокращения межреберных мышц. Это так называемый, грудной тип дыхания или реберный. Такой же тип дыхания у кошек. У мужчин объем грудной клетки увеличивается преимущественно за счет диафрагмы. Это так называемый брюшной или диафрагмальный тип дыхания. Такое дыхание у кроликов.
Тип дыхания не является постоянным и зависит от вида выполняемой работы. Так при переносе груза, дыхание осуществляется за счет движения диафрагмы. При усиленном дыхании (при одышке) в акте вдоха участвуют ряд дополнительных вспомогательных мышц: стерноклейдомастоидей, леватор скапуле, пекторалис майор и минор и т.д.
Итак. Вдох начинается с сокращения дыхательной мускулатуры, что приводит к увеличению объема легких. Легкие всегда следуют за грудной клеткой. Почему? Остановимся на этом.
1. Это обусловлено герметичностью грудной клетки:
2. Свойствами легочной ткани.
Для того, чтобы понять этот процесс надо вспомнить о так называемой модели Дондерса: берут стекл. бутыль с резиновым дном, верхнее отверстие бутыли закрыто пробкой через которую пропущена стеклянная трубка, на которую надевается трахея с легкими от мелкого животного (крысы или кролика). Сбоку в бутыль вмонтирован манометр. На легкие изнутри, т.е. через стекл. трубку действует давление в 1 атм. Снаружи, т.е. из бутыли на поверхность легких также действует давление = 1 атм. Две силы равны, легкие находятся в состоянии покоя. Если оттянуть резиновое дно, то давление в бутыли понизиться, возникает разность давления, действующих на легкие на внутреннюю и наружную стороны. Через трубку действует давление больше. Поэтолму воздух (наружний) поступает в легкие и они растягиваются. Одновременно с этим следует отметить. Что давление в бутыли остается меньше атмосферного.
|
|
|
Закон Бойля-Мариотта р1/р2=v1/v2 или р1v1=р2v2
А теперь перенесемся от этой модели к целому организму.
Легкие покрыты висцеральным листком плевры. Внутренняя поверхность грудной клетки покрыта париетальным листком плевры. Между ними имеется плевральная полость (щель). Между ними имеется некоторое количество жидкости, которая обеспечивает смазку листков, необходимую для уменьшения трения между ними. Плевральная полость герметично замкнута. У человека две плевральные полости. Если человеку ввести в плевральную полость иглу, соединенную с манометром, то мы увидим, что там давление ниже атмосферного на несколько мм. В состоянии свободного выдоха оно = 7 мм.рт.ст. При вдохе оно становиться = 9-10 мм.рт.ст. При максимальном выдохе = 2-3 мм.рт.ст. При максимальном вдохе до 30 мм.рт.ст. А если закрыть дыхательные пути и сделать попытку вдоха (опыт Мюллера), то оно становиться ниже атмосферного на 50-50 мм.рт.ст. Это давление называется отрицательным давлением. Отрицательное давление – это разность между атмосферным давлением и давлением в плевральной полости. Чем же обусловлено отрицательное давление?
Это обусловлено свойствами легочной ткани.
1. растяжимость
2. эластичность.
Если зажать трахею у мертвого животного, вскрыть грудную клетку, то мы увидим, что легкие занимают всю грудную клетку, т.е. они находятся в растянутом состоянии. Если через трахею подать воздух под давлением, то легкие растянуться еще больше. Т.е. легочной ткани присуща растяжимость. Это свойство для легочной ткани присуще в большей степени, чем для любой другой.
|
|
|
Если открыть трахею, продолжая опыт. То из легких выбрасывается воздух и легкие уменьшаются в размере. Это связано с эластичностью легочной ткани.
Эластичность – это способность ткани принимать первоначальный объем или форму. И обусловлена она содержанием большого количества эластических волокон. За счет этих волокон создается эластическая тяга легких – которая постоянно существует в организме, т.к. легкие всегда находятся в растянутом состоянии. Это обусловлено тем. Что грудная клетка
1. имеет больший объем, чем легкие, и она
2. быстрее растет, чем легкое.
Эластическая тяга легких старается постоянно привести объем легких к минимальному, т.е. оторвать висцеральный от париетального. Но т.к. плевральная полость герметически замкнута, то в этой полости создается несколько разреженное пространство, т.е. отрицательное давление.
Эластическая тяга легких зависит:
1. от наличия в стенке альвеол большого кол-ва эластических волокон,
2. обусловлена поверхностным натяжением стенки альвеол.
Что будет с легкими, если нарушить герметичность плевральной щели? Давление на наружную и внутреннюю поверхность легких в этом случае = атмосферному. Но остается эластическая тяга легких, за счет которой легкие сжимаются, принимая минимальный объем. Это состояние называется пневмотораксом. При этом легкие спадаются и дыхательная ф-ция выключается. Пневмоторакс может быть односторонним. Пневмоторакс иногда применяется для лечения.
Т.о. механизм вдоха слагается из:
1. сокращение межреберных мышц и мышц диафрагмы
2. увеличение размеров грудной клетки
3. увеличение объема легких
4. понижение давления в легких
5. поступление воздуха в легкие
Выдох – пассивный (спокойный). Происходит под влиянием силы тяжести грудной клетки и давления органов брюшной полости. Но может быть и активным – форсированным, когда к перечисленным силам уменьшающим объем, присоединяется сокращение внутренних межреберных косых мышц, задних внутренних зубчатых мышц и мышц живота.
Дыхательная мускулатура, обеспечивающая вдох, совершает большую работу. Эта работа необходима для преодоления сопротивления, которое складывается из статического и динамического.
Статическое давление (эластическое) включает
1. вес грудной клетки, которую надо поднять
2. сопротивление сжатию органов брюшной полости, которые оттесняются опускающейся диафрагмой.
3. К статическому сопротивлению относится также преодоление эластического сопротивления ткани легкого при ее растяжении.
При глубоком дыхании статическое сопротивление возрастает.
Динамическое сопротивление (вязкостное или неэластическое) различают
1. тканевое сопротивление
2. воздушное сопротивление
К тканевому сопротивлению относится:
1. трение между листками плевры
2. трение между сердцем и легкими
Воздушное сопротивление, оказываемое со стороны дыхательных путей движущемуся воздуху, это сопротивление зависит от:
1. длины дыхательных путей
2. их диаметра
3. характера движения воздушной струи
4. скорости движения воздуха.
Может ли меняться длина дыхательных путей? Может. Длина дыхательных путей меняется в зависимости от того, дышит человек через нос или через рот. В первом случае длина больше, а значит и воздушное сопротивление возрастает. Длина дыхательных путей возрастает во время вдоха, при выдохе уменьшается. Значительно увеличивается длина дыхательных путей в противогазах. Для того чтобы уменьшить сопротивление и уменьшить работу дыхательной мускулатуры бегуны на короткие дистанции дышат через рот. Но постоянное дыхание через рот чревато большими опасностями. Во-первых, часто возникают простудные заболевания верхних дыхательных путей. Во-вторых, отсутствие дыхания через нос ведет к снижению умственных способностей – к слабоумию. В-третьих, - нарушается вентиляция легких (струя воздуха идущая через нос раздражает рецепторы слизистой носа – импульс в дыхательный центр – усиление дыхания). В-четвертых, выключение носового дыхания ведет к нарушению половой потенции. Это возникает при полипозе носа, когда разрастается лимфатическая ткань в носу.
Воздушное сопротивление зависит от диаметра воздухоносных путей. Диаметр дыхательных путей постоянен у здоровых людей. Он несколько увеличивается при вдохе и уменьшается при выдохе, поэтому выдох происходит медленнее. Чем вдох на 5 – 10 %. Диаметр дыхательных путей уменьшается у курящих людей. К старости при различных заболеваниях органов дыхания (при бронхиальной астме, когда резко уменьшается диаметр, особенно при выдохе, поэтому у этих больных резко затруднен выдох).
Воздушное сопротивление зависит от характера движения воздушной струи. Различают 2 типа движения воздуха: ламинарное и турбулентное.
Ламинарный тип – когда все слои воздуха движуться параллельно – сопротивление наименьшее. Воздух при этом движется клиновидным фронтом. Этот тип дыхания возможен при гладких стенках воздухоносных путей и при относительно небольшой скорости воздуха, а это может быть только при спокойном дыхании.
Турбулентный тип (вихревой), когда частицы воздуха постоянно перемешиваются между собой и сопротивление резко возрастает. Это наблюдается при частом дыхании, при различных заболеваниях, когда нарушается гладкая поверхность дыхательных путей.
Воздушное сопротивление зависит от скорости движения воздуха. При этом больше динамическое сопротивление. В свою очередь скорость движения воздуха зависит от диаметра дыхательных путей т от интенсивности дыхания.
Между статическим и динамическим сопротивлением существует зависимость, которая определяется частотой дыхания. При частом дыхании увеличивается динамическое сопротивление, а при редком – статическое. Мингимальное сопротивление имеет место при частоте дыхания 15 раз в 1 мин. и называется эйпное. Если дыхание редкое (называется брадипное, частое – тахипное).
Легочные объемы и емкости.
Для суждения о легочной вентиляции, т.е. о внешнем дыхании используют определение легочных объемов и емкостей. По цифрам этих показателей можно составить представление о внешнем дыхании. Это используют чаще при определении физического развития человека.
Легочные объемы:
1. ДО – дыхательный объем – это кол-во воздуха, которое поступает и выделяется при спокойном дыхании. ДО=500 мл. (300-900)
2. РОВд – резервный объем вдоха – это кол-во воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного вдоха. РОВд=1500 мл. (1,5 – 1,8)
3. РОВыд - резервный объем выдоха – это кол-во воздуха, которое можно выдохнуть после обычного выдоха. РОВд=1500 мл.
4. ОО – остаточный объем – это воздух, который остается после максимального выдоха. Можно определить при вскрытии. ОО = 1500 мл. (1,0 – 1,5)
5. КО – коллапсный объкм. Остается после спадения легких, после выдоха остаточного объема. Поэтому легкие человека, хотябы раз вдохнувшего воздух не тонут в воде. Это используется в судебно-медицинской практике. КО = 150 мл.
Легочные емкости:
Кроме легочных объемов выделяют легочные емкости, которые представляют 2 или несколько объемов, измеренных суммарно:
1. ОЕЛ – общая емкость легких = 5150. ОЕЛ=ДО+РОВд+РОВыд+ОО+КО
Метод плетизмографии или метод газовой ди…..
2. ЖЕЛ – жизненная емкость легких. Это кол-во в-ха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. ЖЕЛ=ДО+РОВд+РОВыд=3500 мл.
(3,5- 5,0) муж, (3,0 – 4,0) жен.
3. ЕМ. Выд – емкость максимального выдоха – воздух, который можно выдохнуть при максимальном выдохе, после спокойного вдоха. ЕМВыд=ДО+РОВыд=2000мл. (2,0-2,3)
4. ЕМВд - емкость максимального вдоха. ЕМВд=ДО+РОВд =2000мл
5. ФОЕ – функциональная остаточная емкость легких – кол-во в-ха, которое остается в легких после спокойного выдоха. ФОЕ=ОО+РОВыд=3000мл.
Функциональные показатели и пробы дыхания.
Легочные объемы и емкости дают право приблизительно представить состояние дыхательного аппарата. Более подробно и точнее о состоянии дыхательного аппарата можно судить изучая функциональные показатели легких и давая различную нагрузку на легкие.
Существует очень много показателей, но более часто применяются в клинике следующие:
1. ЧД – частота дыхания. Средняя 14 – 15 в 1 мин, варьирует от 20 до 40. Если реже или чаще, то это уже нарушение.
2. ГД – глубина дыхания – кол-во в-ха. Которое забирается легкими при вдохе.
3. МОД – минутный объем дыхания – кол-во в-ха, которое проходит через легкие при обычном дыхании: МОД=ЧД*ГД/ДО/=16*500=8000мл.
Минутный объем у здоровых людей колеблется от 6 до 8 л. МОД зависит от возраста, пола и роста, от веса тела. Поэтому при определении МОД, его сравнивают с должным минутным объемом дыхания ДМОД.
ДМОД – определяется по нормограмме и по эмпирическим выведенным формулам:
ДМОД (у мужчин)= 3,2*5 м2 (поверхность тела)
ДМОД (у женщин)= 3,7*5 м2 (поверхность тела)
4. МВЛ – кол-во воздухха, которое проходит через легкие в 1 мин. при дыхании max глубоком и max частом.
(130-140л/мин у муж., 110 – 120 л/мин у жен.)
5. РД – это разность между МВЛ и МОД
РД=МВЛ-МОД=120 – 130 л
6. ЖПЛ – это отношение ЖЕЛ к массе тела.
ЖЕЛ/М= 75 мл/кг у муж, и 65 мл/кг у жен.
7. Максимальная скорость движения воздуха – МСДВвд = 3,2 м/с
МСДВвыд=2,8 м/с
8. АВЛ – это показатель того количества воздуха. Который участвует непосредственно в газообмене. Часть воздуха не участвует в газообмене, это та часть. Которая находиться в носовой полости гортани, бронхов. Бронхиолах. Эти дыхательные пути называются мертвым пространством, его объем равен 150 мл. АВЛ=(ДО-ОМП)*ЧД=350*16=5,6 л
МОД= 9 МОД= 9
1) ЧД= 30 2) ЧД= 15
ГД= 300 мл ГД = 600мл
АВЛ!=150*30=4,5л АВЛ!=450*15=6,75л
Альвеолярное дыхание зависит от частоты и глубины. Мертвое пространство играет роль:
1. буфера между альвеолярным и атмосферным воздухом. При каждом вдохе последние порции воздуха задерживаются в мертвом пространстве, поэтому альвеолярный воздух мало меняет свой состав. К концу выдоха в альвеолах находиться ФОЕ функциональная остаточная емкость.
При вдохе альвеолярный воздух обновляется не весь, а всего 1/9 часть. (3150 + 350)
2. роль механического фильтра. Вдыхаемый воздух соприкасается со слизистой оболочкой и очищается.
3. выдыхаемый воздух увлажняется
4. Роль температурного реле. Обеспечивается дыхание при резких перепадах температуры.
В легкие при вдохе поступает атмосферный воздух. Его состав:
О2 – 21%, СО2 – 0,63%, N2 – 79%.
Атмосферный воздух проходя по дыхательным путям смешивается с воздухом альвеол, поэтому в альвеолярном воздухе содержиться:
О2 – 14%, СО2 – 5,5%, N2 – 79%.
Состав альвеолярного воздуха постоянен.
При выдохе альвеолярный воздух смешивается с воздухом мертвого пространства, поэтому О2 – 16%, СО2 – 4,5%, N2 – 79%. Основное назначение вентиляции легких – обеспечить постоянство состава альвеолярного воздуха.
Газообмен в легких.
Обмен газа между альвеолярным воздухом и кровью происходит в альвеолах. Легочная ткань и кровь разделяет альвеолярно-капиллярный барьер, который образован 2-мя слоями клеток – слой эндотелия и слой эпителия, толщина 0,5 мкм. За 1 сек через барьер проходит СО2 и О2, за 1 сек уравнивается состав альвеолярного воздуха и крови. Барьер имеет высокую проницаемость для газов.
Имеется большое количество альвеол, их кол-во в одном легком 300 – 400 млн., общая площадь = 80 – 100 м2. Через альвеолярную поверхность за 1 мин. в организм поступает в кровь 250 мл О2 и удаляется 250 мл СО2.
Необходимо для этого при МОК – 5 л. крови (малый круг).
Для газообмена имеет значение парциальное давление. И напряжение газов.
Парциальное давление – это то давление, которое приходиться на долю газа в смеси, если газ находиться в жидкости, то давление газа в жидкости называется напряжением.
Парциальное давление в альвеолярном воздухе: 760-50=710 мм.рт.ст.
Р О2= 710*14/100= 100 мм.рт.ст.
Р СО2 = 710*5,5/100=40 мм.рт.ст
Р N2 = 575 мм.рт.ст.
Напряжение газов в венозной крови: О2 – 40, СО2 – 46
В артериальной крови: О2 – 100, СО2 – 60
В тканях О2 – 0, СО2 – 60
Диффузия газов осуществляется при наличии разности между парциальным давлением и напряжением газов.
Газы будут диффундировать в сторону меньшего давления. В альвеолах легкого в венозную кровь идет О2, а СО2 идет при разности градиента давления равен 6. этот градиент достаточен для того, чтобы удалить из организма 200 мл СО2.
Проницаемость барьера не одинакова для всех газов. Для О2 составляет 25 мл в мин, т.е ч/з барьер в мин. может пройти 25*60=1500мл О2.
В норме же = 250 мл.
Газообмен легких осуществляется за счет разности парциального давления газов в альвеолярном воздухе и напряжением их в венозной крови. Обмену газов содействует высокая проницаемость барьера для газов.
Назначение газообмена для газов – ограничение поступления О2 в кровь и удаление СО2. Интенсивность обмена составляет в среднем 250 мл О2, 200 мл СО2/мин.
Транспорт газов кровью.
Общее содержание газов различно в венозной и артериальной крови:
В 100 мл артериальной крови О2=20 мл. СО2= 52 мл.
В 100 мл венозной крови будет находиться О2=12 мл. СО2= 58 мл.
Часть газов в крови будет находиться в физически растворенном состоянии.
В 100 мл крови растворяется 0,3 мл О2 1 мл N2 и 2-3 мл. СО2. Основная часть газов находиться в связанном состоянии.
