Дыхательная система. Физиология. Дыхание ― обмен газами между клетками и окружающей средой. Различают грудной и брюшной типы дыхания. При грудном типе дыхание обеспечивается в основном за счёт работы межрёберных мышц. При брюшном типе дыхания бóльшее значение имеет диафрагма. У взрослых женщин частота дыхания больше, чем у мужчин, а глубина меньше. У мужчин более выражен брюшной тип дыхания, у женщин ― преимущественно грудной тип. Общий механизм дыхания В дыхании участвуют две группы мышц: 1) инспираторные: диафрагма и наружные межреберные мышцы; 2) экспираторные: внутренние межреберные мышцы и мышцы брюшного пресса. 3) в спокойном дыхании участвуют только инспираторные мышцы. Последовательность дыхательного цикла следующая: 1) Сокращение инспираторных мышц вызывает расширение грудной клетки и опускание диафрагмы. 2) Лёгкие следуют за грудной клеткой и диафрагмой и при этом сами расширяются. 3) В результате давление в легких падает, в них засасывается воздух и происходит вдох. 4) Затем дыхательные мышцы расслабляются. 5) Растянувшиеся при вдохе легкие спадаются, за ними следуют грудная клетка и диафрагма. 6) В результате давление в легких повышается, из них выдавливается воздух и происходит выдох. Таким образом, вдох происходит за счет мышечной силы (активно), а выдох — за счет упругой силы растянутых легких (пассивно). Механизм вдоха Вдох происходит с помощью трёх одновременно протекающих процессов: 1) расширения грудной клетки; 2) увеличения объёма лёгких; 3) поступления воздуха в лёгкие. Механизм выдоха Выдох осуществляется вследствие одновременно происходящих трёх процессов: 1) сужения грудной клетки; 2) уменьшения объёма лёгких; 3) изгнания воздуха из лёгких. ЛЁГОЧНЫЕ ОБЪЁМЫ И ЁМКОСТИ Лёгочные объёмы: 1. ДО (дыхательный объём) = 500 мл. 2. Резервный объём вдоха = 1500-2500 мл. 3. Резервный объём выдоха = 1000 мл. 4. Остаточный объём (ОО) = 1000-1500 мл Лёгочные ёмкости: 1. Общая ёмкость лёгких (ОЁЛ) = (1+2+3+4) = 4-6 литров. 2. Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) = (1+2+3) = 3,5-5 литров. 3. Функциональная остаточная ёмкость лёгких = (3+4) = 2-3 литра. 4. Ёмкость вдоха = (1+2) = 2-3 литра. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВЕНТИЛЯЦИИ частота дыхания (ЧД) = 12-16 в мин.; минутный объём дыхания = ДО*ЧД= 6-9 литров; объём анатомического мёртвого пространства = 140 мл. В лёгких происходят процессы: 1)Вентиляция лёгких (газообмен между атмосферным и альвеолярным воздухом). 2)Перфузия в лёгких (кровоснабжение). 3)Диффузия (прохождение газа через альвеоло-капиллярную мембрану). Происхождение дыхательного ритма В состав дыхательного центра входят три основные структуры, расположенные в продолговатом мозге и мосту. 1)Дорсальная группа нейронов (в продолговатом мозге), задающая дыхательный ритм при спокойном дыхании. Дорсальная группа нейронов формирует дыхательный ритм и получает всю информацию, необходимую для регуляции дыхания и потому является главной структурой дыхательного центра. 2)Вентральная группа нейронов (в продолговатом мозге), включающаяся при форсированном дыхании и, следовательно, посылающая импульсы к мотонейронам экспираторных мышц. 3)Дыхательные структуры моста, главным из которых является пневмотаксический центр. Пневмотаксический центр регулирует частоту и глубину дыхания. В состав генератора дыхательного ритма входят: инспираторный нейрон ― возбуждающий нейрон, посылающий импульсы к мотонейронам инспираторных мышц и одновременно к расположенному рядом с ним тормозному нейрону; тормозной нейрон, получающий импульсацию от инспираторного нейрона и затормаживающий инспираторный нейрон. Генератор дыхательного ритма работает следующим образом: 1)Инспираторный нейрон обладает автоматизмом. 2)По мере вдоха, импульсация, поступающая к тормозному нейрону, нарастает и он затормаживает инспираторный нейрон. 3)Вдох прекращается (сменяется выдохом), и одновременно устраняется возбуждение тормозного нейрона. В дополнение к центральным нервным механизмам регуляции дыхания, находящихся в пределах ствола мозга, в регуляции дыхания принимают участие и сигналы от рецепторов в лёгких. Наиболее важными являются рецепторы растяжения, которые в случае перерастяжения лёгких отдают сигналы в дорсальную группу дыхательных нейронов. Проходимость воздухоносных путей Нормальная проходимость воздухоносных путей обеспечивается функционированием механизма мукоцилиарного очищения (клиренса) и нормальным кашлевым рефлексом. Защитная функция мукоцилиарного аппарата определяется адекватной и согласованной функцией мерцательного и секреторного эпителия, в результате чего тонкая плёнка секрета перемещается по поверхности слизистой оболочки бронхов и инородные частицы удаляются. На уровне респираторных бронхиол и альвеол мукоцилиарного аппарата нет. Здесь очищение осуществляется с помощью кашлевого рефлекса и фагоцитарной активности клеток. Диффузия газов Процесс диффузии газов через альвеолярно-капиллярную мембрану зависит от: 1) градиента парциального давления газов по обе стороны мембраны (в альвеолярном воздухе и в легочных капиллярах); 2) толщины альвеолярно-капиллярной мембраны; 3) общей поверхности диффузии в легком. Газообмен между альвеолярным воздухом и эритроцитом. Цифрами обозначены величины парциального давления кислорода (РО2) и углекислого газа (РСО2) в артериальном и венозном конце капилляра (в мм рт. ст.). У здорового человека парциальное давление кислорода (РО2) в альвеолярном воздухе в норме составляет 100 мм рт. ст., а в венозной крови — 40 мм рт. ст. Парциальное давление СО2 (РСО2) в венозной крови составляет 46 мм рт. ст., в альвеолярном воздухе — 40 мм рт. ст. Парциальное давление отражает концентрацию свободных молекул данного газа в газовой смеси или жидкости. Некоторое количество вдыхаемого человеком воздуха не доходит до газообменных зон, а просто наполняет дыхательные пути ― нос, носоглотку и трахею, где газообмена нет. Этот объём воздуха называют воздухом мёртвого пространства, т.к. он не участвует в газообмене (анатомическое мёртвое пространство). Также выделяют физиологическое мёртвое пространство ― анатомическое мёртвое пространство (дыхательные пути) + альвеолы, в которых идёт вентиляция, но не газообмен. В норме они практически равны, если физиологическое мёртвое пространство существенно больше, то это, как правило, признак патологии. Легочный кровоток В легких существуют две системы кровообращения: бронхиальный кровоток, относящийся к большому кругу кровообращения, и собственно легочный кровоток, или так называемый малый круг кровообращения. Легочный кровоток в функциональном отношении расположен между правой и левой половинами сердца. Движущей силой легочного кровотока является градиент давлений между правым желудочком и левым предсердием (в норме около 8 мм рт. ст.). В легочные капилляры по артериям поступает бедная кислородом и насыщенная углекислым газом венозная кровь. В результате диффузии газов в области альвеол происходит насыщение крови кислородом и очищение ее от углекислого газа, в результате чего от легких в левое предсердие по венам оттекает артериальная кровь. Кровообращение в ацинусе На рисунке цифрами обозначены парциальное давление и напряжение газов в венозной (красный цвет) и артериальной крови. На практике эти значения могут колебаться в значительных пределах. Особенно это относится к уровню РО2 в артериальной крови, который составляет обычно около 95 мм рт. ст. Цифрами обозначены величины парциального давления кислорода и углекислого газа в легочных артериях («венозная» кровь) и в венах («артериальная» кровь). Роль гемоглобина в газообмене Гемоглобин обладает способностью вступать в соединения с различными газами. В норме он существует в основном в трех формах: 1) оксигемоглобин, связывающий молекулу кислорода, образуется в легочных капиллярах; 2) восстановленный (редуцированный) гемоглобин, не связывающий кислород; 3) карбгемоглобин — гемоглобин, присоединяющий углекислоту в тканях. Гемоглобин может быть связан с другими газами и образовывать следующие формы: 1) Карбоксигемоглобин, связанный с молекулой СО, скорость диссоциации которого в сотни раз меньше, чем оксигемоглобина. Поэтому даже при небольшом повышении концентрации угарного газа в атмосферном воздухе происходит связывание большей части гемоглобина с СО, что приводит к невозможности образования оксигемоглобина. В норме концентрация карбоксигемоглобина не превышает 0,5-1,5%. Она увеличивается у курильщиков. 2) Метгемоглобин, образующийся при воздействии некоторых лекарственных веществ (сульфаниламиды, нитриты и нитраты). Отличается очень стойким малодиссоциирующим соединением с кислородом, который плохо отщепляется от гемоглобина в тканях, в связи с чем последние страдают от гипоксии. В норме соединение метгемоглобина составляет всего 0,8% от общего количества гемоглобина. Химическая регуляция дыхания Хемочувствительная зона, расположенная в продолговатом мозге обладает высокой чувствительностью как к изменениям РСО2, так и к изменениям концентрации ионов водорода. Также хеморецепторы располагаются в области ветвлений общей сонной артерии на наружную и внутреннюю сонные артерии. Хеморецепторы возбуждаются при снижении напряжения О2, повышении напряжения СО2 или уменьшении рН. Сосудистые хеморецепторы реагируют преимущественно на снижение в крови уровня кислорода, центральные хеморецепторы ― на изменения в крови и спинномозговой жидкости рН и РСО2.