Тема 3.6. Физиология дыхания.
План лекции:
Функции дыхательной системы. Значение кислорода и углекислого газа для человека. Дыхательный цикл.
Механизм вдоха и выдоха.
Дыхательные объемы.
Диффузия газов.
Пневмоторакс.
Регуляция дыхания.
Функции дыхательной системы. Значение кислорода и углекислого газа для человека. Дыхательный цикл.
Функции дыхательной системы:
1. Обеспечивает ткани О2 и освобождает их от СО2.
2. Участвует в голосообразовании.
3. Участвует в обонянии.
4. Участвует в теплообмене, в вводно-солевом, липидном обмене и т.д.
5. Выполняет иммунологическую защиту.
Значение кислорода и углекислого газа для человека:
1. Кислород необходим живой клетке для непрерывно идущего в ней процесса окисления в результате, которого освобождается энергия.
2. Углекислый газ образуется в результате окисления, как конечный продукт обмена веществ и подлежит выведению из организма.
Дыхательный цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. Обычно вдох короче выдоха. Дыхательные движения совершаются с определённым ритмом и частотой, которые определяются по числу экскурсий грудной клетки в одну минуту.
У взрослого человека число дыхательных движений – 16 – 20 в минуту. У детей более часто.
Учащенное дыхание называют тахипноэ, а редкое – брадипноэ.
Выделяют два типа дыхания – грудной и брюшной. При грудном типе преобладает увеличение объема грудной клетки за счет поднимания ребер, не за счет опускания купола диафрагмы. Этот тип дыхания более характерен для женщин. Брюшной тип дыхания обеспечивается диафрагмой. При опускании диафрагмы происходит смещение органов живота вниз, что сопровождается выпячиванием передней брюшной стенки на вдохе. На выдохе купол диафрагмы поднимается и передняя брюшная стенка возвращается в исходное положение. Брюшной тип дыхания чаще наблюдается у мужчин.
2. Механизм вдоха и выдоха.
К дыхательному аппарату человека относится грудная клетка с мышцами, приводящими её в движение. Главные дыхательные мышцы – это диафрагма и межрёберные мышцы (внутренние и наружные). Вспомогательные мышцы включаются в обеспечение вдоха только в экстренных ситуациях. Например, в обстоятельствах, затрудняющих вентиляцию легких (бронхиальная астма, пневмония), в обеспечении вдоха принимают участие мышцы шеи (грудино – ключично – сосцевидная, лестничные), груди (большая и малая грудные, передняя зубчатая), спины (задняя верхняя зубчатая).
Вдох (инспирация) является активным процессом и осуществляется за счёт:
1. Мышечной деятельности (сокращения наружных межрёберных мышц и диафрагмы – опускается вниз), вследствие чего грудная полость расширяется в трёх направлениях:
а) вертикальном – книзу;
б) в стороны;
в) в переднезаднем направлении.
2. Эластичности лёгочной ткани.
При вдохе легкие пассивно следуют за увеличивающейся в размерах грудной клеткой. Дыхательная поверхность легких увеличивается, давление в них снижается (становится ниже атмосферного), что способствует поступлению воздуха через дыхательные пути.
Выдох (экспирация) осуществляется в результате расслабления дыхательных мышц - межрёберных и диафрагмы грудная клетка опускается и уменьшается в трёх направлениях; легкие при этом уменьшаются в объёме, давление в них становится выше атмосферного, благодаря чему начинается ток воздуха из лёгких наружу – происходит выдох.
Расправление и спадение лёгочных альвеол, а так же движение воздуха по воздухоносным путям сопровождается возникновением дыхательных шумов, которые можно выслушать методом выслушивания (аускультации). А методом выстукивания (перкуссии) можно определить границы лёгких и подвижность лёгочного края.
3. Дыхательные объемы.
Для оценки функции легких большое значение имеет определение дыхательных объемов, т.е. количества вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Данное исследование проводится при помощи специального прибора – спирометра.
1. ДО (дыхательный объём) – это количество воздуха, которое вдыхает и выдыхает человек в состоянии покоя за один цикл (400 ~ 500 мл). Объем воздуха, проходящий через легкие при спокойном дыхании за 1 мин, называют минутным объемом дыхания (МОД). МОД=ДО х ЧД в 1 мин (минутный объём дыхания ~ 8 - 9 л), где: ДО - дыхательный объём, а ЧД – частота дыхания в 1 минуту. При физической работе МОД увеличивается до 80 литров в минуту.
Не весь воздух, составляющий ДО, используется по назначению, т.е. участвует в газообмене. Часть его остается в дыхательных путях, около 150 мл воздуха и в газообмене не участвует. Объем воздухоносных путей, в котором находящийся воздух не принимает участия газообмене, называют «дыхательным мертвым пространством».
2. РОВд – резервный объём вдоха – количество воздуха, которое человек может максимально вдохнуть после спокойного вдоха ~ 1500 – 3000 мл.
3. РОВыд. - резервный объём выдоха – количество воздуха, которое человек может максимально выдохнуть после спокойного выдоха ~ 700 – 1000 мл.
4. ООЛ (остаточный объём легких) – это количество воздуха в лёгких, которое остаётся после максимального выдоха (1000 – 1500 мл). За счет остаточного объема препараты легких не тонут в воде. На этом явлении основана судебно – медицинская экспертиза мертворожденности: если плод родился живым и дышал его легкие, погруженные в воду, не тонут.
5. ЖЁЛ (жизненная ёмкость лёгких) – это количество воздуха, которое человек может максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха. ЖЕЛ = ДО + РОВд + РОВыд. ~ 3500 - 4500 мл
6. ОЁЛ (общая ёмкость лёгких) – это максимальное количество воздуха, которое может находиться в легких. ОЁЛ = ЖЕЛ + ООЛ ~ 4500 - 6000 мл.
4. Диффузия газов.
Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха довольно постоянен. Во вдыхаемом воздухе содержится кислорода – 21%, углекислого газа – 0,03%. В выдыхаемом: кислорода – 16 – 17%, углекислого газа – 4%. Выдыхаемый воздух отличается по составу от альеолярного, находящегося в альвеолах (кислорода – 14,4%, углекислого газа – 5,6%). Связано это с тем, что при выдохе содержимое ацинусов смешивается с воздухом, находящимся в «мертвом пространстве». Количество азота во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе практически одинаково. Во время выдоха выделяются пары воды. Остальные газы (в том числе инертные) составляют ничтожно малую часть атмосферного воздуха.
Понижение давления О2 в тканях заставляет этот газ двигаться к ним. Для СО2 градиент давления направлен в обратную сторону и СО2 переходит в окружающую среду. Переход газов осуществляется благодаря процессу диффузии – газ стремится перейти из области высокого давления в область с низким давлением.
Аэрогематический барьер, через который диффундируют дыхательные газы включает:
- пленка сурфактанта, выстилающая изнутри поверхность альвеол;
- альвеолярный эпителий – однослойный плоский;
- интерстициальную соединительную ткань, придающую эластичность альвеолам;
- эндотелий капилляра;
- слой плазмы.
Суммарное расстояние этих слоев составляет 0,5 мкм.
В венозной крови парциальное давление О2 меньше (40 мм. рт. ст), чем в альвеолах, таким образом, О2 диффундирует из альвеол в капилляры; парциальное давление СО2 в венозной крови больше (46 мм. рт. ст), чем в альвеолах, таким образом СО2 идёт из крови в альвеолы, кровь из венозной превращается в артериальную.
В тканях парциальное давление О2 не большое (~ 40 мм рт. ст.), а в артериальной крови больше (96 мм рт. ст.), поэтому О2 идёт в ткани. СО2 идёт из тканей, где его давление 46 мм рт. ст. в артериальную кровь, где его давление 39 мм рт. ст.
Повышенное и пониженное атмосферное давление влияют на процессы дыхания. При пониженном давлении снижается парциальное давление кислорода. Это, наблюдается, при подъеме на высоту. На высоте до 3000 м над уровнем моря человек чувствует себя удовлетворительно. Увеличивается частота дыхания, ускоряется кровообращение. Организм адаптируется к меньшему количеству кислорода. При подъеме выше 4000 – 6000 м появляются одышка, приступы удушья, сердцебиение; некоторые участки кожи становятся синюшными. Возникает «горная болезнь».
Повышение давления наблюдается при нырянии с аквалангом. Через каждые 10 м глубины давление повышается на 1 атм. При этом в кровь попадает большое количество газов. При быстром подъеме с глубины давление резко снижается. Газы, растворенные в крови, выходят из нее и могут образовывать пузырьки. Образовавшиеся пузырьки с током крови переносятся в мелкие сосуды и закупоривают их. Возникает кессонная болезнь, которая может привести к смерти. Чтобы избежать ее появления, подъем с глубин следует осуществлять постепенно.
Пневмоторакс.
В случаях проникающих ранений грудной стенки, ткани легких и бронхов возможна разгерметизация плевральной полости и поступление воздуха в нее. Наличие воздуха в плевральной полости называется пневмоторакс. При пневмотораксе вентиляция воздуха становится невозможной. В случае обширной раны или длительного поступления воздуха в плевральную полость легкие полностью спадаются. Пневмоторакс подразделяется на открытый, закрытый и клапанный.
Открытый пневмоторакс возникает, когда плевральная полость сообщается с атмосферным воздухом через раневой канал. Воздух свободно циркулирует из внешней среды в плевральную полость и обратно.
Закрытый пневмоторакс возникает тогда, когда рана закрывается смещающимися мягкими тканями, что исключает дальнейшее поступление воздуха в плевральную полость.
Клапанный (напряженный) пневмоторакс считается наиболее опасным. Мягкие ткани грудной стенки или поврежденный бронх играет роль клапана. Они пропускают воздух в полость на вдохе и препятствуют его выходу при выдохе. При этом воздух с каждым дыхательным движением нагнетается в плевральную полость. Давление в плевральной полости все больше возрастает, вызывая сдавление легкого и смещение средостения в здоровую сторону.
Накопление крови в плевральной полости называется гемоторакс. При этом кровь скапливается в нижележащих ее отделах. Продолжающееся кровотечение все больше оттесняет легкое вверх, а средостение – в здоровую сторону. В тяжелых случаях легкое полностью выключается из дыхания. Скопление в плевральной полости воздуха и крови одновременно называют гемопневмоторакс.
Регуляция дыхания.
Изменения состава окружающей газовой среды, тяжелая физическая работа, некоторые заболевания дыхательной системы приводят к снижению концентрации кислорода, растворенного в крови. Кислородный дефицит называется гипоксия. Любые обменные процессы сопровождаются выделением углекислого газа. Увеличение концентрации углекислого газа в организме называется гиперкапнией.
В организме существуют специальные рецепторы - хеморецепторы, которые способны контролировать концентрации веществ, растворенных в крови. Они незамедлительно реагируют на малейшие изменения химического состава внутренней среды организма. Хеморецепторы расположены в каротидном синусе (в области бифуркации общей сонной артерии), и аортальном синусе (в дуге аорты), а также в ЦНС (в продолговатом мозге). В регуляции дыхания участвуют также чувствительные нервные окончания, реагирующие на растяжение легких, химическое раздражение дыхательных путей. Важную роль играют проприорецепторы дыхательных мышц. От всех перечисленных рецепторов информация поступает дыхательный центр (продолговатый мозг).
Дыхательный центр регулирует частоту дыхания постоянно, автоматически генерируя нервные импульсы. В нем различают два отдела: инспираторный (центр вдоха) и экспираторный (центр выдоха). При этом центр дыхания обладает способностью реагировать на повышение концентрации углекислого газа в крови или спинномозговой жидкости. Таким образом, повышение концентрации углекислого газа в крови приводит к увеличению интенсивности дыхания. Дыхательный центр тесно связан с сосудодвигательным, который тоже расположен в продолговатом мозге. От дыхательного центра импульсы идут в спинной мозг, который обеспечивает иннервацию дыхательных мышц.
Секрецию бронхиальных желез, а также их просвет регулирует вегетативная нервная система. Под влиянием ее симпатических нервов просвет бронхов расширяется, секреция угнетается. Парасимпатические нервы вызывают обратные эффекты.
Биологически активные вещества, например, адреналин и норадреналин, угнетают работу желез и расширяют просвет бронхов. Противоположное действие оказывают ацетилхолин и гистамин.
Оптимальным считается носовое дыхание, оно создает сопротивление потоку воздуха, благодаря чему определяется состав воздуха (оцениваются запахи) происходит согревание и увлажнение воздуха. При этом формируется медленное и глубокое дыхание, которое создает оптимальные условия для газообмена в альвеолах, улучшает распределение сурфактанта, препятствует спадению альвеол и легких. При носовом дыхании также происходит очищение вдыхаемого воздуха.
При вдыхании дыма, газов, остро пахнущих веществ происходит рефлекторная задержка дыхания, сужение голосовой щели, сужение бронхов. Эти рефлексы защищают нижние дыхательные пути и легкие от проникновения в них раздражающих веществ.
Временная рефлекторная остановка дыхания называется апноэ. Оно происходит при действии воды на область нижнего носового хода (при умывании, нырянии), а также во время акта глотания, предохраняя дыхательные пути от попадания в них воды или пищи. При раздражении рецепторов слизистой оболочки гортани, трахеи и бронхов возникает защитный кашлевой рефлекс. При раздражении слизистой оболочки носа происходит чихание. Раздражение рефлексогенной зоны полости носа также вызывает интенсивное слезотечение. Слеза стекает через носослезный канал в полость носа и, смывая раздражающее вещество, выполняет защитную функцию.
Вопросы для контроля усвоения материала
Перечислите функции дыхательной системы.
Какие типы дыхания существуют, для кого они характерны?
Перечислите главные и вспомогательные дыхательные мышцы.
Что такое перкуссия и аускультация?
Дайте характеристику дыхательным объемам.
Назовите состав аэрогематического барьера.
Что такое пневмоторакс? Назовите его виды.
Где расположен дыхательный центр? Какова его роль?
Как вегетативная система участвует в регуляции дыхания?
Перечислите гуморальные вещества регулирующие дыхание.
21 613
1 410 
