ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ Внешнее дыхание и транспорт газов кровью ДЫХАНИЕ - совокупность процессов, обеспечивающих поступление во внутреннюю среду организма кислорода, использование его для окислительных процессов, и удаление из организма углекислого газа ЭТАПЫ ДЫХАНИЯ 1. ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ (ЛЕГОЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ) – обмен воздуха между внешней средой и легкими. 2. ГАЗООБМЕН В ЛЕГКИХ (ДИФФУЗИЯ ГАЗОВ ЧЕРЕЗ АЛЬВЕОЛОКАПИЛЛЯРНУЮ МЕМБРАНУ) – диффузия О₂ их воздуха альвеол легких в кровь капилляров МКК, а СО₂ - из крови в альвеолы. 3. ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ (перфузия) - О₂ к клеткам, СО₂ - из клеток в альвеолы. 4. ГАЗООБМЕН В ТКАНЯХ (ДИФФУЗИЯ ГАЗОВ ЧЕРЕЗ СТЕНКИ СОСУДОВ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ В РАЗЛИЧНЫХ ТКАНЯХ) - О₂ из капилляров БКК поступает в клетки, СО₂ - из клеток в кровь. 5. ТКАНЕВОЕ, или ИСТИННОЕ, ДЫХАНИЕ – окислительные процессы в митохондриях. ЭТАПЫ ДЫХАНИЯ Методы исследования внешнего дыхания 1. Пневмография — графическая регистрация движений грудной клетки при дыхательных движениях. 2. Спирометрия — регистрация первичных объемов легких — ДО, РОВД, ЖЕЛ. 3. Спирография – графическое отражение объемов воздуха, проходящего через легкие при спокойном и форсированном дыхании. 4. Пневмотахометрия позволяет оценить скорость воздушных потоков, проходящих через легкие на вдохе или выдохе. СТРУКТУРА АППАРАТА ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ ОСНОВНОЙ: Альвеолы легких ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ: Воздухоносные пути Дыхательные мышцы Костно-хрящевой каркас грудной клетки Плевра Малый круг кровообращения Нейрогуморальный аппарат регуляции ВОЗДУХОНОСНЫЕ ПУТИ И АЛЬВЕОЛЫ ЛЕГКИХ КАПИЛЛЯРНАЯ СЕТЬ ЛЕГОЧНЫХ АЛЬВЕОЛ В респираторной зоне содержится около 65 об % воздуха, в переходной — около 31 об %, а в проводящей — менее 5 об %. Количество альвеол в легком взрослого человека составляет около 300 млн. Общая площадь достигает 80-90 м2, т.е. примерно в 50 раз превышает поверхность тела человека. ФУНКЦИИ ЛЕГКИХ I. ГАЗООБМЕННАЯ – обеспечение организма О₂ и выведение из него СО₂ в соответствии с его потребностями. II. НЕГАЗООБМЕННЫЕ: Легкие являются «депо крови» (300мл); Гомеостатическая – участвуют в поддержании рН, Ра, Росм, t° крови и др.; Фильтрационная – удаляют из системы кровообращения мелкие тромбы, разрушенные клетки, микробы; Метаболическая – участвуют в жировом, белковом, водно-солевом обмене, в них образуется ангиотензин II и др.; Участвуют в терморегуляции; ФУНКЦИИ ЛЕГКИХ Биотрансформирующая – в сосудах легких происходит частичная или полная потеря активности вазоактивных веществ (серотонина, НА, АХ), а также происходит детоксикация ряда лекарственных веществ; Участвуют в регуляции свертывающей системы крови, в частности, в них образуется тромбопластин. Участвуют в регуляции противосвертывающей системы крови, в частности, в них синтезируется активатор плазминогена, а также гепарин, вырабатываемый тучными клетками; Выделительная функция легких заключается в том, что легкие удаляют из организма вредные летучие вещества: пары эфира, хлороформа и др. ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ ВДОХ Рпл + Рэл < Ратм ВЫДОХ Рпл + Рэл > Ратм ПАУЗА Рпл + Рэл = Ратм Изменения формы грудной клетки при вдохе и выдохе ВДОХ ВЫДОХ ДИАФРАГМА МЕХАНИЗМ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ Вспомогательные дыхательные мышцы экспираторные инспираторные МЕХАНИЗМ ВДОХА И ВЫДОХА На вдохе Ральв = 756 мм Hg На выдохе Ральв = 764 мм Hg Трансреспираторное давление: Ртрр= Ральв. - Рвнешн. На вдохе: = 756 - 760 = - 4 мм Hg На выдохе: = 764 - 760 =+ 4 мм Hg ЭЛАСТИЧЕСКАЯ ТЯГА ДЫХАНИЯ = эластическая тяга легких + эластическая тяга грудной клетки Внутриплевральное давление на вдохе и выдохе Модель Дондерса (роль внутриплеврального давления в расправлении легких) Пневмотораксом называется поступление воздуха в межплевральное пространство, возникающее при проникающих ранениях грудной клетки, нарушающих герметичность плевральной полости. Виды: открытый закрытый клапанный ПНЕВМОТОРАКС ОТКРЫТЫЙ – при проникающих ранениях грудной клетки ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ: окклюзионная повязка ЗАКРЫТЫЙ – при патологических изменениях со стороны легких ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ: перевести в открытый пневмоторакс СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЫХАНИЮ ЭЛАСТИЧЕСКОЕ (75% ОТ ОБЩЕГО) НЕЭЛАСТИЧЕСКОЕ ЭЛАСТИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Создается эластическими структурами аппарата внешнего дыхания: Мышцы – обладают вязкостью. Ребра – преодоление силы тяжести и трения в суставах. Легкие: содержат коллаген и эластические волокна; альвеолы содержат сурфактант (55-65% от всей эластичности). Внутренние органы. СУРФАКТАНТЫ - поверхностно активные мылоподобные вещества, смесь фосфолипидов и липопротеидов, покрывающих внутреннюю поверхность альвеол СУРФАКТАНТЫ: уменьшают сопротивление дыханию; препятствуют появлению жидкости в альвеолах; облегчают диффузию О₂ через альвеолокапиллярную мембрану; обладают бактерицидным действием; обладают антиоксиданьным действием. Изменение поверхностного натяжения слоя жидкости по отношению к поверхности альвеол ВДОХ ЧТОБЫ ДЫХАТЕЛЬНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ НУЖНО КОЛИЧЕСТВО АЛЬВЕОЛ ИХ V ОПАСНОСТЬ СКЛЕИВАНИЯ АЛЬВЕОЛ NB! ЭТОМУ ПРЕПЯТСТВУЕТ СУРФАКТАНТ СУРФАКТАНТЫ СОЗДАЮТ ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ В АЛЬВЕОЛАХ НА ВЫДОХЕ ПЛЕНКА УТОЛЩАЕТСЯ, ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ НЕЭЛАСТИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СОЗДАЕТСЯ ТРЕНИЕМ ВОЗДУХА О СТЕНКИ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ НЕЭЛАСТИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ определяется по формуле ПУАЗЕЙЛЯ: R = 8 l η / π r4 Показатели внешнего дыхания Статические – дают возможность оценить анатомо-функциональные (потенциальные) возможности аппарата внешнего дыхания. Легочные объемы (неделимые единицы) Легочные ёмкости (состоят из нескольких объемов) Динамические – отражают реальные (функциональные) возможности дыхательной системы. Показатели интенсивности Показатели эффективности легочной вентиляции Легочные объемы и емкости ЛЕГОЧНЫЕ ОБЪЕМЫ И ЁМКОСТИ СТАТИЧЕСКИЕ ОБЪЕМЫ: ОО РОвд и РОвыд ДО ЁМКОСТИ: ЖЕЛ= ДО+Ровд+РОвыд ФОЕ= ОО + РОвыд ОЕЛ= ОО + ЖЕЛ Евд= ДО + РОвд СТАТИЧЕСКИЕ ОБЪЕМЫ ГД (ДО) ЧД МОД= ЧД × ГД МВЛ (ГДмах×ЧДмах) МАВ (ГД - МП) × ЧД Легочные объемы и емкости Легочные объемы: 1. Дыхательный объем 2. Резервный объем вдоха ДО = 500 мл РОвдоха = 1500-2500 мл 3. Резервный объем выдоха РОвыдоха =1000 мл 4. Остаточный объем ОО = 1000 -1500 мл Легочные емкости: 1. Общая емкость легких 2. Жизненная емкость легких 3. Функциональная остаточная емкость легких 4. Емкость вдоха ОЕЛ = (1+2+3+4) = 4-6 литров ЖЕЛ = (1+2+3) =3,5-5 литров ФОЕ = (3+4 ) = 2-3 литра ЕВ = (1+2) = 2-3 литра ПОКАЗАТЕЛЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕГОЧНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ГД - МП КАВ = ФОЕ При эрготропных реакциях (например, физическая нагрузка): ГД - МП КАВ = ФОЕ Основные показатели вентиляции 1. Частота дыхания ЧД = 12-16/мин 2. Минутный объем дыхания МОД =ДО х ЧД= 6 - 9 л 3. Объем анатомического мертвого пространства ОМП =150мл 4. Дыхательный альвеолярный объем ДАО = ДО-ОМП= 500-150=350мл 5. Коэффициент альвеолярной вентиляции КАВ = (ДО-МП) / (ОО+РОвыд) 6. Минутная альвеолярная вентиляция легких МВЛ = (ДО-МП) х ЧД = 3,5-4,5 л АЭРОГЕМАТИЧЕСКИЙ БАРЬЕР Состав газовых смесей Воздух О2 (%) СО2 (%) Вдыхаемый (атмосферный) 20,93 0,03 Выдыхаемый 16,0 4,0 Альвеолярный 14,0 5,5 ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ Парциальное давление - часть общего давления смеси газов, приходящаяся на отдельный газ (если бы он занимал весь объем смеси) ЗАКОН ДАЛЬТОНА РСМЕСИ х С (%) РГАЗА = -----------------------------------100% Для воздуха: Ратм = 760 мм Hg; Скислорода = 20,9%; Ркислорода= 159 мм Hg Диффузия газов через АГБ ЗАКОН ФИКА S . DK . (P1 - P2) QГАЗА= ---------------------------T где: Qгаза - объем газа, проходящего через ткань в единицу времени, S - площадь ткани, DK - диффузионный коэффициент газа, (Р1-Р2) - градиент парциального давления газа; Т - толщина барьера ткани Для О2 : Ральв.возд=100 мм Hg Pвен.крови= 40 мм Hg Р1-Р2=60 мм Hg Для СО2: Рвен.крови=46 мм Hg Ральв.возд.=40 мм Hg Р1-Р2= 6 мм Hg DK CO2 > DK O2 в 25 раз ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА Р О2 в воздухе = 21% от 760 = 159 мм Hg В альвеолярном воздухе 47 мм Hg давления воздуха приходится на пары Н2О, значит давление «сухого» воздуха = 76047=713 мм Hg. Альвеолярный воздух обогащен СО2, кислорода в нем не 21%, а 14%, парциальное давление кислорода составляет в нем 14% от 713 = 100 мм Hg В венозной крови легочных капилляров напряжение кислорода = 40 мм Hg Градиент давлений, обеспечивающий диффузию кислорода равен 100-40=60 мм Hg Механизм газообмена - диффузия ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ ДИФФУЗИИ ДИФФУЗИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ГАЗА, т.е. его способность растворяться в мембране и жидкостях) > у СО2. СКОРОСТЬ КРОВОТОКА – чем больше V, тем меньше скорость диффузии. ТОЛЩИНА ДИФФУЗИОННОЙ МЕМБРАНЫ – при воспалениях , диффузия . S ДИФФУЗИОННОЙ МЕМБРАНЫ. ТОЛЩИНА СЛОЯ СУРФАКТАНТА – чем толще, тем легче диффузия. Транспорт газов кровью Транспорт О2 кровью ДВЕ ФОРМЫ ТРАНСПОРТА: - физически растворенный газ: 3 мл О2 в 1 л крови - связанный с Нв газ: 200 мл О2 в 1 л крови Всего в артериальной крови содержится около 20 об% O2 ХАРАКТЕРИСТИКИ КИСЛОРОДНОЙ ЁМКОСТИ КРОВИ Hb + O2 HbO2 HbO2 Hb + O2 Кислородная емкость крови - количество О2 , которое связывается кровью до полного насыщения гемоглобина Константа Гюфнера: 1 г. Hb 1,36 - 1,34 мл О2 Кислородная емкость крови = 190 мл О2 в 1 л. Всего в крови содержится около 1 литра О2 Коэффициент утилизации кислорода = 30 - 40% Транспорт СО2 кровью ТРИ ФОРМЫ ТРАНСПОРТА : • физически растворенный газ - 25 мл в 1 литре крови (5-10%) • химически связанный в бикарбонатах (510 мл в 1 литре крови- 80-90%): бикарбонатов плазмы - 340 мл, эритроцитов - 170 мл • связанный в карбаминовых соединениях гемоглобина (5-15%): Hb.NH2 + CO2 - около 45 мл в 1 литре крови • Всего в венозной крови содержится 58 об% CO2 Роль эритроцитов в транспорте углекислого газа