Лекция 12. Дыхание

План

1. Общая характеристика процесса дыхания.

2. Механизм вдоха и выдоха.

3. Объемы легочного воздуха.

4. Вентиляция легких.

5. Обмен газов в легких.

6. Обмен газов в тканях.

7. Транспорт газов кровью.

8. Регуляция дыхания.

Общая характеристика процесса дыхания. Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих обмен газов между организмом и окружающей средой. В результате дыхания происходит потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа. Процесс дыхания состоит из трех основных этапов: обмен газов в легких между организмом и средой (внешнее или легочное дыхание); перенос газов кровью (кислорода из легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким); газообмен между кровью и тканями (внутреннее или тканевое дыхание).

Механизм вдоха и выдоха. При вдохе происходит расширение груд­ной полости в результате сокращения наружных межреберных мышц и диафрагмы. Так как давление в плевральной полости отрицательное, при расширении грудной полости расширяются и легкие. Давление внутри легких становится ниже атмосферного, и наружный воздух про­ходит в легкие. При усиленном дыхании в акте вдоха участвуют все мышцы, способные поднимать ребра и грудину: большие и малые груд­ные, лестничные, грудинно-ключично-сосцевидные мышцы плечевого пояса. Выдох наступает в результате уменьшения объема грудной по­лости при расслаблении наружных межреберных мышц. При активном выдохе сокращаются и мышцы брюшной стенки (косые, поперечные и прямые), что усиливает поднятие диафрагмы. У человека в состоянии покоя цикл дыхания, состоящий из вдоха и выдоха, повторяется 16-20 раз в минуту.

Объемы легочного воздуха. Человек в состоянии покоя вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха. Этот объем называют дыхательным объемом (ДО). Если после спокойного вдоха сделать усиленный допол­нительный вдох, то в легкие может поступить еще 1500 мл воздуха. Этот объем называют резервным объемом вдоха (РО_ВД). После спокой­ного выдоха можно при максимальном напряжении дыхательных мышц выдохнуть еще 1500 мл воздуха. Этот объем носит название ре­зервного объема выдоха (РОвыд.). В сумме дыхательный объем, резерв­ный объем вдоха и резервный объем выдоха составляют жизненную емкость легких (ЖЕЛ). Нормальная ЖЕЛ составляет в среднем у жен­щин 2700 мл, а у мужчин 3500 мл.

Даже после максимального выдоха в легких еще остается около 1200 мл воздуха, который носит название остаточного объема (ОО). Объемы легочного воздуха и ЖЕЛ измеряют при помощи спирометра и спирографа.

Вентиляция легких. Вентиляцией легких называют объем воздуха, проходящий через легкие в 1 мин. Иначе его называют минутным объе­мом дыхания (МОД). В покое МОД равен 5-8 л/мин, при мышечной ра­боте он увеличивается и нередко достигает 80-150 л/мин. Человек вды­хает атмосферный воздух, в котором содержится 20,94% кислорода, 79,03% азота и незначительное количество углекислого газа - 0,03%. Выдыхаемый воздух содержит кислород (16,3%), азот (79,7%) и много углекислого газа (4%). Процентное содержание газов в воздухе опреде­ляют при помощи газоанализатора.

Обмен газов в легких. Перенос кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и углекислого газа из крови в альвеолярный воздух происходит путем диффузии. Ее движущей силой служат разности (градиенты) пар­циальных давлений (напряжений) кислорода и углекислого газа по обе стороны аэрогематического барьера. Никакого механизма активного транспорта газов здесь не существует. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе равно 102 мм рт. ст., а парциальное давление углекислого газа - 40 мм рт. ст. В притекающей к капиллярам легких венозной крови давление кислорода составляет 40, а углекислого газа - 47 мм рт.ст. Поскольку парциальное давление кислорода в альвеолах больше, чем в венозной крови, то он диффундирует из альвеол в капил­ляры. Напротив, напряжение углекислого газа больше в венозной кроки, чем в альвеолярном воздухе, поэтому он диффундирует в альвеолы.

Обмен газов в тканях. В легких венозная кровь превращается в
артериальную. Артериальная кровь направляется к тканям. Газообмен в
тканях происходит по тому же принципу. В артериальной крови напря­жение
кислорода равно 100 мм рт. ст., а углекислого газа - 40 мм рт. ст. В
тканях напряжение кислорода близко к нулю, а напряжение углекислого
газа составляет около 60 мм рт. ст. Вследствие разности давления
углекислый газ из тканей диффундирует в кровь, а кислород - в ткани. Кровь становится венозной и по венам поступает в легкие, где цикл обмена
газов повторяется.

Транспорт газов кровью. Кислород в основном транспортируется к тканям в составе оксигемоглобина. Лишь небольшая часть кислорода (около 2%), переносимого кровью, растворена в плазме. Плазмой крови в физически растворенном состоянии переносится 3-6% углекислого гaза. В эритроцитах примерно 10% углекислого газа соединяется с гемогло­бином и образуется карбгемоглобин. Остальная часть соединяется с водой и превращается в угольную кислоту.

Эта реакция катализируется ферментом карбоангидразой. В тканевых капиллярах угольная кислота реагирует с ионами Na⁺, K⁺ и превращает­ся в бикарбонаты.

Регуляция дыхания. Дыхание регулируется дыхательным
центром, который находится в продолговатом мозге. Дыхательный центр
состоит из центров вдоха и выдоха. Кроме того, нейроны, связанные с
регуляцией дыхания, находятся в варолиевом мосту. Здесь выделяют
пневмотаксический центр, который участвует в переключении фаз
дыхательного цикла.

Характерная особенность дыхательного центра - автоматия. Автоматия обуславливает ритмичность дыхания. На работу дыхательного цен­тра оказывает влияние кора больших полушарий головного мозга. Человек произвольно регулирует дыхание при разговоре, пении; он может задерживать дыхание.

Особое значение в регуляции дыхания имеют рефлексы от хеморецепторов, чувствительных к изменению напряжения в крови углекисло­го газа и кислорода. Эта сигнализация исходит от центральных (бульбарных) и периферических (артериальных) хеморецепторов. Нервные и гуморальные механизмы регуляции дыхания тесно взаимосвязаны.