Дыхание и его функции. Этапы дыхания. Механизм обмена газов в легких и тканях. Транспорт кислорода и углекислого газа. Дыхательный центр

 

Под дыханием понимают совокупность процессов, обеспечивающих непрерывное поступление во внутреннюю среду кислорода, использование его в окислительных реакциях, а также удаление из организма образующихся в процессе метаболизма углекислого газа и частично воды.

Основные этапы дыхания: в нешнее дыхание, обеспечивающего газообмен между легкими и внешней средой; газообмен между альвеолярным воздухом и притекающей к легким венозной кровью; транспорт газов кровью; газообмен между артериальной кровью и тканями; тканевое дыхание.

Основная функция дыхательной системы – обеспечение клеток организма необходимым количеством кислорода и выведение из организма углекислого газа.

Другие функции дыхательной системы: выделительная, защитная, участие в поддержании вводно-электролитного баланса; участие в депонировании крови; гомеостатическая.

Газообмен в организме осуществляется благодаря ритмичным дыха­тельным движениям путем смены вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация).

Основная причина газообмена между окружающей средой и альвеолярным воздухом, заполняющим полость легких, — это градиент давления. В момент вдоха давление воздуха в полости легких становится меньше атмосферного и воздух поступает в легкие. При выдохе давление воздуха в легких становится немного выше атмосферного, и воздух из легких выходит в окружающую среду.

Вдох — активный процесс, который совершается именно благодаря сокращению дыхательных мышц (диафрагма и межреберные мышцы).

При выдохе объем грудной клетки уменьшается за счет возврата диафрагмы в исходное состояние и расслабление межреберных мышц (пассивный процесс).

Газообмен между альвеолярным воздухом и притекающей к легким венозной кровью — это совокупность процессов, обеспечивающих переход кислорода внешней среды в кровь, а углекислого газа из крови в альвеолы. Перемещение газов (легкие — кровь) осуществляется под влиянием разности парциальных давлений и напряжений этих газов в каждой из сред организма.

Решающим фактором, обусловливающим непрерывность газообмена, является постоянство газового состава альвеолярного воздуха.

Парциальное давление кислорода в воздухе, заполняющем альвеолы легких, около 106 мм рт. ст., а его напряжение в плазме венозной крови, притекающей к легким, около 40 мм рт.ст. Вследствие разности давлений кислород из альвеол направляется в плазму крови и далее в эритроциты, где его напряжение практически равно нулю. Там он связывается с гемоглобином эритроцитов.

Парциальное давление углекислого газа в альвеолярном воздухе составляет 40 мм рт.ст., а его напряжение в притекающей к легким венозной крови — 46 мм рт.ст. Вследствие разности давлений углекислый газ переходит в альвеолы.

В артериальной крови, притекающей к тканям, напряжение кислорода выше, чем в тканях, а напряжение углекислого газа наоборот значительно ниже. Оно составляет 60 мм рт.ст. в ткани и 40 мм рт.ст. в плазме крови. В эритроцитах напряжение углекислого газа практически равно нулю. Вследствие этого кислород переходит из крови в ткани и включается в цикл метаболических процессов, а углекислый газ, в избытке содержащийся в тканях, переходит в кровь и переносится затем в легкие.

Процесс газообмена происходит непрерывно до тех пор, пока существует разность парциальных давлений и напряжений газов в каждой из сред, участвующих в газообмене.

Количество кислорода, связанного гемоглобином в 100 мл крови, носит название кислородная ёмкость крови.Известно, что каждый грамм гемоглобина связывает 1,34-1,35 мл О_2. Следовательно, КЕК здорового мужчины, у которого в 100 мл крови содержится 15 г Hb, составляет 20,4 объёмных процента.

Под регуляцией дыхания понимается совокупность физиологических процессов, направленных на приспособление деятельности дыхательной системы к потребностям организма.

Конечная цель регуляции дыхания - поддержание постоянства газо­вого состава артериальной крови (РаО₂, РаСО₂, рН).

Система регуляции дыхания состоит из трех основных элементов:

- рецепторы, воспринимающие информацию и передающие дальше.

- центральный регулятор, или дыхательный центр, получающий эту информацию.

- эффекторы — дыхательные мышцы, непрерывно осуществляющие вентиляцию легких.

Дыхательный центр — это совокупность нейронов, расположенных в центральной нервной системе, начиная от спинного мозга и включая кору больших полушарий.

Под дыхательным центром понимают:

1) собственно дыхательный центр - его бульбарный отдел (в продолговатом мозге), разрушение которого приводит к остановке дыхания;

2) отделы ЦНС, обеспечивающие тонкое приспособление дыхания к условиям существования.

Исследования Н.А. Миславского показали, что дыхательный центр располагается на дне IV желудочка в сетевидном образовании продолговатого мозга и является парным образованием.

По Миславскому он делится на: центр вдоха и центр выдоха.

Нейроны этого отдела дыхательного центра обладают автоматией, то есть, они периодически возбуждаются или приходят в состояние ритмической активности.

Автоматия дыхательного центра зависит от сдвигов окружающей среды и от приходящих к нему импульсов при раздражении различных рецепторов тела.

Здесь происходит обработка информации, и отсюда посылаются команды, обеспечивающие координированную ритмическую деятельность мышц в целях приспособления дыхания к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды организма.

Главными дыхательными стимулами являются снижение содержания во вдыхаемом воздухе кислорода и повышение содержания углекислого газа. Снижение концентрации водородных ионов в артериальной крови также яв­ляется стимулятором дыхания. Изменение этих показателей по сравнению с нормальными значениями стимулирует дыхательный центр.

Снижение РаО₂ ниже нормы (- РаО₂) получило название гипоксического стимула, повышение РаСО₂ против нормы (+ РаСО₂) названо гиперкапническим стимулом и снижение рН (- рН) получило название ацидотического стимула.

Для дыхательного центра главным стимулом является - гиперкапнический. Реакция на гипоксию примерно в 4 раза меньше.