Докаева Анастасия Сергеевна

Эволюция органов дыхания

Дыхательная

система

насекомых

Эволюция органов дыхания

Жабры рыб

Эволюция органов дыхания

Дыхательная система земноводных

Эволюция органов дыхания

Дыхательная

система

птиц

«Пока дышу, надеюсь» Овидий.

Виды дыхания

Легочное Тканевое

(внешнее) (клеточное)

использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток.

совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа.

ОБЩИЙ ПЛАН СТРОЕНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

ГОРТАНЬ

Хрящи гортани:

три непарных (надгортанный-1, щитовидный-2, перстневидный-9) и

три парных (черпаловидные, клиновидные, рожковидные);

суставы, связки и поперечнополосатые мышцы.

Функции гортани

участвует в проведении воздуха и образовании звука, так как на боковых её стенках расположены голосовые связки .

ТРАХЕЯ И БРОНХИ

Трахея состоит из 16-20 полуколец, состоящих из гиалиновых хрящей, сзади соединенных фиброзно-мышечной пластинкой.

Бронхи. На уровне IV-V грудных позвонков трахея делится на 2 главных бронха, которые входят в лёгкие и ветвятся, образуя бронхиальное дерево, включающее долевые, сегментарные, дольковые, концевые и дыхательные (респираторные) бронхиолы.

Стенка главных бронхов состоит из хрящевых полуколец , долевые и сегментарные бронхи состоят из хрящевых колец. В дольковых бронхиолах хрящи постепенно исчезают, а в концевых и дыхательных бронхиолах хрящей нет.

ЛЕГКИЕ

ПЛЕВРА

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЕДИНИЦА ЛЕГКИХ

В каждую дольку легкого входит дольковая бронхиола, которая делится на 3-7 концевых бронхиол.

Функциональная единица лёгкого - ацинус .

Он включает одну концевую бронхиолу, которая делится на дыхательные бронхиолы разных порядков, альвеолярные ходы, альвеолы и мешочки.

В одном лёгком 300-350 млн. альвеол. Общая поверхность альвеол двух лёгких при вдохе составляет 80-120 м 2 . Каждая альвеола окружена капиллярами малого круга кровообращения.

АЛЬВЕОЛЫ. СУРФАКТАНТ

• Стенка альвеолы состоит из 1 слоя эпителиальных клеток, расположенных на базальной мембране. В альвеолах два вида клеток: одни участвуют в газообмене , другие вырабатывают на внутреннюю поверхность альвеол сурфактант .
• Состав сурфактанта : белки, полисахариды, фосфолипиды и др.
• Функции сурфактанта :
• 1) поддерживает поверхностное натяжение альвеолы, ее способность к раздуванию при вдохе и противодействует спадению при выдохе;
• 2) предотвращает слипание (ателектаз) альвеол;
• 3) важен при первом вдохе новорождённого;
• 4) обладает бактерицидными свойствами;
• 5) защищает альвеолы от действия перекисей и окислителей;
• 6) облегчает диффузию кислорода из альвеол в кровь;
• 7) увеличивает ЖЕЛ;
• 8) содержит клетки – макрофаги, участвующие в фагоцитозе.

ОСОБЕННОСТЬ КРОВООБРАЩЕНИЯ В ЛЕГКИХ

• а) из большого круга кровообращения артериальная кровь по бронхиальным артериям поступает в лёгкие; венозная кровь оттекает по полунепарной и непарной венам, которые впадают в верхнюю полую вену;
• б) из малого круга кровообращения венозная кровь по легочным артериям поступает в легкие, осуществляя газообмен с альвеолярным воздухом; артериальная кровь из легких поступает в сердце по четырем легочным венам.
• Давление крови в легочных сосудах 20-25/10-15 мм рт. ст.

ЭТАПЫ ДЫХАНИЯ

• ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ, ДВА ЭТАПА:

А) ВЕНТИЛЯЦИЯ ЛЁГКИХ;

Б) ГАЗООБМЕН В ЛЁГКИХ;

2. ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ;

3. ГАЗООБМЕН МЕЖДУ КРОВЬЮ И ТКАНЯМИ;

4. ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ .

1. ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ

А. Вентиляция легких

ВЕНТИЛЯЦИЯ ЛЁГКИХ происходит в результате периодических изменений объема грудной клетки. Основные дыхательные (инспираторные) мышцы ‑ диафрагма, наружные косые межрёберные и межхрящевые (поперечнополосатые).

Спокойный вдох начинается смещением вниз верхней части диафрагмы; при этом объём грудной полости увеличивается в вертикальном направлении. Сокращение наружных межрёберных и межхрящевых мышц увеличивает объем грудной полости в сагиттальном и фронтальном направлениях.

При глубоком вдохе участвуют вспомогательные мышцы шеи, груди, спины.

Спокойный выдох происходит пассивно. Обеспечивают спокойный выдох:

• масса грудной клетки, которая возвращается к исходному состоянию под действием силы тяжести;
• эластическая тяга легких и скрученных во время вдоха реберных хрящей;
• давление органов брюшной полости .

В результате воздух в альвеолах сжимается, его давление становится выше атмосферного, и он выходит наружу.

В активном выдохе участвуют внутренние межреберные мышцы и мышцы живота .

При попадании в плевральную полость воздуха легкие сжимаются и газообмен прекращается – наступает пневмоторакс .

ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ

ЛЕГОЧНЫЕ ОБЪЕМЫ И ЕМКОСТИ

• Измерение легочных объемов называется спирометрией , а их регистрация –спирографией .
• Частота дыхания (ЧД) – 12-18 в минуту.
• 1. Дыхательный объем (ДО) – 500 мл воздуха за один спокойный вдох или выдох.
• 2. Резервный объем (РО) вдоха – 1500-2000 мл – максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после нормального вдоха.
• 3. РО выдоха – 1500 мл – максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после спокойного выдоха.
• 4. Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) – 3500-4000 мл – наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимально глубокого вдоха.
• 5. Остаточный объем – 1000-1200 мл – объем воздуха в легких после максимального выдоха, он не входит в состав ЖЕЛ.
• 6. Минутный объем дыхания (МОД) – количество воздуха, поступившее в легкие за 1 минуту. МОД = ДО х ЧД. В покое МОД=6-8 л/мин.
• Воздух, находящийся в ВП (около 150 мл) (кроме дыхательных бронхиол), не участвует в газообмене. Поэтому эти пути называют анатомически мертвым пространством .
• 7. Альвеолярная вентиляция = (ДО - объем мертвого пространства ) хЧД.

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР

• 1) Продолговатый мозг: включает отдел вдоха (инспираторный) и отдел выдоха (экспираторный).
• 2) Варолиев мост : включает центр пневмотаксиса , который переключает фазы вдоха и выдоха, и апнейстический центр, который увеличивает глубину дыхательных движений.
• 3) Спинной мозг получает импульсы от продолговатого, которые идут к диафрагме и межрёберным мышцам.
• 4) Гипоталамус регулирует дыхание при физической работе; осуществляет связь дыхания с обменом веществ и терморегуляцией в организме.
• 5) Лимбическая система связывает дыхание с вегетативной регуляцией органов и с эмоциями.
• 6) Кора больших полушарий регулирует дыхание во время разговора, дублирует автоматию дыхательного центра.

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР

РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ. РЕФЛЕКТОРНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ

• В дыхательной системе 4 типа рецепторов:
• а) Рецепторы верхних дыхательных путей расположены в носу, гортани, носоглотке и трахее. Реагируют на механические и химические стимулы, вызывая кашель, чихание и бронхоспазм.
• б) Ирритантные рецепторы в слизистой гортани, трахеи и бронхов реагируют на пыль, дым, холодный воздух, пар ы химических веществ. В результате сужаются бронхи, голосовая щель, сосуды кожи и мышц и возникает частое поверхностное дыхание.
• в) Рецепторы растяжения – механорецепторы - расположены в гладких мышцах трахеи и бронхов. Они реагируют на растяжение легких. С них возникает тормозящий рефлекс Геринга-Брейера: прекращается вдох и начинается выдох.
• г ) Юкстакапиллярные рецепторы находятся в капиллярах и интерстиции альвеол и дыхательных бронхов. Они реагируют на застой крови в капиллярах и увеличение жидкости в межклеточном пространстве лёгких, вызывая одышку.

РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ. ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ

• Газообмен зависит от трех параметров арт. крови: РО 2 , рН и РСО 2 . Стимулируют лёгочную вентиляцию гипоксемия ( снижение РО 2 ) , ацидоз (снижение рН) и гиперкапния ( повышение РСО 2 ).
• Влияние этих параметров опосредуется хеморецепторами:
• 1) Периферические хеморецепторы: аортальные тельца (в дуге аорты) и каротидные тельца (в каротидном синусе) .
• Эти рецепторы особенно чувствительны при гипоксии.
• При гипоксии, которой предшествует гипоксемия, ацидозе и гиперкапнии импульсы от каротидных телец поступают по н. Геринга (IX, языкоглоточный), а от аортальных телец по н. Циона-Людвига (X, блуждающий) в дыхательный отдел продолговатого мозга. Это приводит к увеличению вентиляции легких.
• 2) Центральные хеморецепторы располагаются в продолговатом мозге и мосте и очень чувствительны к изменению рН. При снижении рН резко усиливается дыхание. Они реагируют и на изменение РСО 2 , но позже, чем периферические хеморецепторы.

РЕГУЛЯЦИЯ ПРОСВЕТА БРОНХОВ

• 1. Нервная регуляция. Просвет бронхов регулирует ВНС:
• А) PSS (vagus): - через АХ и вещество Р суживает бронхи (к концу выдоха гладкие мышцы бронхов сокращаются);
• Б) SS через адреналин надпочечников (β 2 -адренорец.) расширяет бронхи (при вдохе гладкие мышцы стенок бронхов расслабляются).
• 2. Гуморальная регуляция :
• Гистамин (через Н 1 рецепторы), серотонин, брадикинин суживают бронхи; гистамин (через Н 2 рецепторы), глюкокортикоиды, адреналин – расширяют бронхи .

МЕХАНИЗМ ЧЕРЕДОВАНИЯ ВДОХА И ВЫДОХА

МЕХАНИЗМ ЧЕРЕДОВАНИЯ ВДОХА И ВЫДОХА. ВДОХ

• При действии СО 2 в отделе вдоха продолговатого мозга возникают нервные импульсы. Оттуда они поступают в двигательные нейроны передних рогов С 3 -С 4 и далее по диафрагмальному нерву к диафрагме. Одновременно они поступают в передние рога Т 1 -Т 6 и далее по межреберным нервам к межреберным и межхрящевым мышцам. Мышцы диафрагмы и межреберные сокращаются, объём грудной клетки увеличивается.
• Давление в плевральной полости ниже атмосферного на 4 Hg и поэтому его называют отрицательным (-).
• К концу нормального вдоха давление в плевральной полости снижается от (-) 4 Hg до (-) 5- 7 Hg , а при максимальном вдохе до (-) 15 -20 Hg .
• В результате понижения давления воздух в лёгких расширяется, его давление в альвеолах становится ниже атмосферного. Из-за разности между давлением в альвеолах и окружающей среде наружный воздух поступает по ВП в альвеолы. Лёгкие растягиваются и происходит вдох.

МЕХАНИЗМ ЧЕРЕДОВАНИЯ ВДОХА И ВЫДОХА. ВЫДОХ

• При растяжении лёгких импульсы от механорецепторов альвеол по афф. волокнам vagus а поступают в отдел выдоха и возбуждают его. Одновременно нервные импульсы из отдела вдоха поступают в варолиев мост в центр пневмотаксиса , а от него к отделу выдоха . В нём возникает возбуждение, и оно тормозит отдел вдоха. Сразу прекращается поток импульсов к дыхательным мышцам.
• (-) давление в плевральной полости уменьшается. На выдохе оно составляет (-) 2-3 Hg , а при максимальном выдохе равно (-)1-2 Hg. Объем грудной клетки и лёгких уменьшаются, давление в них становится выше атмосферного, воздух выходит из лёгких – происходит выдох.

1Б. ГАЗООБМЕН В ЛЕГКИХ

• Содержание газов (%) в воздухе

Газы

Вдыхаемый (атм.) воздух

О 2

Выдыхаемый

воздух

20,93

CO 2

0,03

16,0

4,5

ГАЗООБМЕН В ЛЕГКИХ. АЭРОГЕМАТИЧЕСКИЙ БАРЬЕР

• Газообмен в легких совершается через аэрогематический барьер , который включает сурфактант, альвеолоцит, интерстиций, эндотелий капилляра.
• Давление газов в газовой смеси называется парциальным давлением.
• Давление газов в крови называется их напряжением (Р).
• Движущей силой газообмена является разность между парциальным давлением О 2 и СО 2 в АГС и напряжением этих газов в крови.
• В результате диффузии О 2 из альвеолярного воздуха поступает в кровь (500 л в сутки), а СО 2 из крови капилляров малого круга в альвеолярный воздух.

ГАЗООБМЕН В ЛЕГКИХ

2. ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ. ТРАНСПОРТ О 2

• 1). 2% О 2 переносится плазмой крови,
• 2). 98% О 2 поступает в эритроциты: О 2 + Hb→ HbO 2 (оксигемоглобин).
• Максимальное количество О 2 , которое может поглотить 100 мл крови, называется кислородной ёмкостью крови . В норме в 1 л артериальной крови содержится 180-200 мл О 2 .
• В тканях, где концентрация О 2 мала, а концентрация СО 2 увеличена, HbО 2 отдает О 2 клеткам и присоединяет СО 2 . В альвеолах СО 2 выходит в альвеолярный воздух и Hb вновь связывается с О 2 .

2. ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ. ТРАНСПОРТ СО 2

• А) ЭРИТРОЦИТАМИ:
• 1) СО 2 + Hb→ HbСО 2 ( карбгемоглобин ) (5%).
• 2) СО 2 + Н 2 О карбоангидраза → Н 2 СО 3 → Н + + НСО 3 - . НСО 3 - + К + , → КНСО 3 . (14%).
• Б) ПЛАЗМОЙ:
• 1) в виде свободного газа СО 2 (4%)
• 2) в виде угольной кислоты Н 2 СО 3 (2%),
• 3) в виде гидрокарбоната натрия NaHCO 3 (33%) :
• часть НСО 3 - выходит из эритроцитов в плазму. На место НСО 3 - в эритроцит из плазмы поступают CI - .
• В плазме Na + + НСО 3 - → NaHCO 3 .
• В легких вначале выходит в альвеолы физически растворенный в плазме СО 2 , затем СО 2 , связанный с Hb. О 2 из воздуха поступает в кровь и вступает в реакцию с Hb, образуя HbO 2 . HbO 2 как более сильная кислота, чем Н 2 СО 3 вступает в реакцию с бикарбонатами и вытесняет из них Н 2 СО 3 . В капиллярах легких с помощью карбоангидразы свободная Н 2 СО 3 расщепляется на СО 2 и Н 2 О и СО 2 выходит в альвеолярный воздух.

3. ГАЗООБМЕН В ТКАНЯХ

ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ГАЗОВ В ВОЗДУХЕ И НАПРЯЖЕНИЕ ИХ В КРОВИ

Газ

Атмосферный воздух

О 2

Воздух

в АГС

159 Hg→

СО 2

Венозная кровь в капиллярах малого круга

0,2-0,3 Hg

110 Hg→

Клетки тканей

40 Hg→

← 40 Hg

← 47 Hg

0-1 Hg

← 60 Hg

ДЫХАНИЕ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ

• 1) Низкое атм. давление: на высоте 2,5-5 км - гипоксия, усиливается вентиляция легких, увеличивается ЧСС и АД. Часто гипоксия сочетается с гипокапнией (СО 2 удаляется из крови), уменьшается вентиляция легких, результат – высотная болезнь: снижение ЧС, АД, потеря сознания. Адаптация: увеличивается плотность капилляров, количество эритроцитов и концентрация гемоглобина.
• 2) Высокое атм.давление: во время водолазных работ; увеличивается количество азота, растворенного в крови. При быстром подъеме азот закупоривает мелкие сосуды и наступает кессонова болезнь.
• 3) Физическая нагрузка: учащается дыхание, увеличивается глубина дыхательных движений. МОД равен 50-60 л в минуту (в покое 6-8 л). Усиливается работа сердца и ЧСС. Депонированная кровь выходит в кровяное русло и увеличивается количество эритроцитов и гемоглобина; расширяются сосуды мышц и кровь в большем количестве притекает к рабочим органам
• Дыхание чистым О 2 во время физической работы снижает вентиляцию легких.

НЕГАЗООБМЕННЫЕ ФУНКЦИИ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

• - осаждение примесей, увлажнение, согревание вдыхаемого воздуха в полости носа;
• - защитные рефлексы кашля, чихания;
• - депонирование крови;
• - синтез тромбопластина, гепарина, гистамина, серотонина, простагландинов;
• - участие в жировом обмене – эмульгированные жиры, жирные кислоты и глицериды, попадая через грудной лимфатический проток в венозный кровоток, окисляются липопротеазами легких до СО 2 с выделением энергии;
• - легкие синтезируют фосфолипиды и белки, составляющих основу сурфактанта;
• - участие в водно-солевом обмене: за сутки из легких удаляется до 500 мл воды;
• - удаление ацетона, этанола, эфира, закиси азота и др.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Гиперкапния - увеличение СО 2 в крови вызывает стимуляцию дыхания (одышка, гиперпноэ ) (или стимуляция дыхания у новорожденного).

Гипоксемия ‑ пониженное напряжение О 2 в крови. Следствием гипоксемии является гипоксия.

Гипоксия – недостаток О 2 в тканях стимулирует работу сердца, вызывает гипервентиляцию ( гиперпноэ ).

Ацидоз – пониженное рН крови (закисление крови).

Гиперпноэ ‑ наступает при гиперкапнии и снижении рН крови (ацидоз); увеличивается вентиляция лёгких и выводится избыток СО 2 из организма.

Гипокапния – уменьшение СО 2 в крови – угнетение дыхания и его остановка ( апноэ ).

Апноэ ‑ наступает при гипокапнии и повышении рН крови (алкалоз), что приводит к уменьшению вентиляции и остановке дыхания.

Эйпноэ ‑ это нормальное дыхание в состоянии покоя.

Гипероксия – увеличение О 2 в альвеолярном воздухе вызывает торможение дыхательного центра и остановку дыхания – апноэ.

Ацидоз увеличивает вентиляцию легких, алкалоз – уменьшает.

Асфиксия ‑ это состояние, при котором гиперкапния и гипоксия существуют одновременно, в результате нарушения проходимости воздухоносных путей.