Анатомия и физиология системы внешнего дыхания

Анатомия и
физиология
внешнего
дыхания
Доцент В.А. Мазурок
Система дыхания
Главная функция
 Доставить кислород и удалить углекислый газ
 4 отдельных процесса:
 Легочная вентиляция – движение воздуха в
легкие и обратно
 Наружное дыхание – газообмен между легкими
и кровью
 Транспорт – перенос кислорода и углекислого
газа между легкими и тканями
 Внутреннее дыхание – газообмен между кровью
и тканями
Система дыхания
 Включает кондуктивную и дыхательную зоны
 Кондуктивная зона
 Нос, носоглотка, глотка, трахея
 Воздухопроводящие пути
 Дыхательная зона
 Газообменная зона
 Бронхиолы, альвеолярные каналы, альвеолы
 Дыхательная мускулатура – диафрагма, межреберные,
косые и прямые живота, лестничные, грудинноключично-сосцевидные
Нос
 Увлажнение и согревание
 Фильтрация и очистка входящего воздуха
 Резонирующая камера
 Содержит обонятельные рецепторы
 Чувствительная слизистая запускает чихание
Полость носа
Глотка
 Воронкообразная трубка скелетной мускулатуры
соединенная с:
 Полостью носа сверху
 Трахеей снизу
 Располагается от основания черепа до 6 шейного
позвонка
Гортань
 Несет три функции:
 Обеспечивает открытое положение
дыхательных путей
 «Переключает» направления движения воздуха
и пиши
 Продуцирует голос
Структура гортани
 Хрящевая
 Щитовидный с передним выбуханием (Адамово
яблоко)
 Перстневидный
 Три пары маленьких хрящей (черпаловидные,
клинообразные, рожковидные)
 Надгортанник – эластичный хрящ
Гортань – сфинктер
 Закрытие во время кашля, чихания и маневра
Вальсальвы
 Маневр Вальсальвы (натуживание)
 Задержка воздуха в нижних дыхательных путях
за счет закрытия надгортанника
 Вызывает повышение внутрибрюшного
давления при сокращении брюшных мышц
 Помогает опустошить кишечник
 Работает аналогично «шинированию»,
стабилизируя тело при поднятии тяжестей
Трахея
 Эластичная – подвижная трубка,
распространяющаяся от гортани до средостения
 Состоит из 3 слоев:
 Слизистая – бокаловидные клетки и
реснитчатый эпителий
 Подслизистый слой – соединительная ткань
 Адвентиция – наружный слой, собранный из Собразных хрящей
Трахея
Легкие
 Сердечная выемка
 Левое легкое – разделено на верхнюю и нижнюю
долю косой щелью
 Правое легкое – разделено на три доли косой и
горизонтальной щелями
 10 бронхопульмональных сегментов в каждом
легком
Кровоснабжение легких
 Две системы циркуляции: легочная и бронхиальная
 Легочные артерии – доставляют системную
венозную кровь для газообмена
 Бронхиальные артерии – берут начало в аорте,
сплетения идут вдоль бронхов, питают легочную
ткань за исключением альвеол
 Бронхиальные вены – анастомозируют с
легочными венами
 Легочные вены – несут оксигенированную кровь
от дыхательной зоны с сердцу
Плевра
 Тонкая, двухслойная серозная оболочка
 Париетальная плевра
 Покрывает грудную стенку и переднюю
поверхность диафрагмы
 Висцеральная плевра
 Продолжается вокруг сердца и легких
Кондуктивная зона: бронхи
 Карина – последний трахеальный хрящ,
окончание трахеи и начало правого и левого
главных бронхов
 Воздух, достигающий бронхов:
 Согрет и очищен от примесей
 Насыщен водяными парами
 Главные бронхи подразделяются на вторичные,
снабжающие легочные доли
 Мельчайшие бронхи – бронхи 23 порядка
Кондуктивная зона: бронхиальное дерево
 Структура стенки бронхов напоминает структуру
трахеи
 Уменьшение диаметра – структурные изменения:
 Строение хрящей
 Бронхиолы – хрящевой остов отсутствует
 Тип эпителия
 Бронхиолы – кубический, нет желез
 Увеличивается количество гладкой мускулатуры
 Бронхиолы – циркулярный охват
Дыхательная зона
 Альвеолы и терминальные бронхиолы
 Дыхательные (терминальные) бронхиолы ведут в
альвеолярные каналы, затем в терминальные
грозди альвеол
 Приблизительно 300 миллионов альвеол:
 Формируют объем легких
 Образуют огромную газообменную поверхность
Дыхательная мембрана
 Барьер кровь-воздух состоит из:
 Стенки альвеолы и капилляра
 Склеенной единой базальной мембраны
 Альвеолярная стенка:
 Один слой альвеоцитов I типа
 Газообмен за счет простой диффузии
 Секретирует ангиотензин-превращающий
фермент
 Альвеоциты II типа секретируют сурфактант
Альвеолы
 Окружены тонкими эластичными фибрами
 Содержат открытые поры которые:
 Соединяют соседние альвеолы
 Выравнивают давление воздуха во всем легком
 Содержат макрофаги, которые поддерживают
стерильность поверхности
Дыхательная мембрана
Управление вентиляцией
 Нервная система
 Физические факторы
 Эмоциональные факторы
 Химические факторы
 Изменения концентрации
 СО2
 Повышение
 Снижение
 Гипервентиляция
 O2
Центральные хеморецепторы
Продолговатый мозг, вентролатерально, близко к
поверхности
Стимулы:
[H+] – pH СМЖ и интерстициальной жидкости;
легко изменяемый при сдвигах paCO2
Ответ:
увеличение вентиляции, гипервентиляция
Периферические хеморецепторы
Каротидные тела
3 типа нейронных компонентов
тип I (клубочковые)
тип II (оболочка, покрытие)
окончания чувствительных нервов
Каротидные нервы (черепные) – IX, глоссо-фарингеальный
Стимулы:
paCO2 и pH
paO2 (особенно < 60 mmHg)
Ответ: увеличение вентиляции
Обусловливают 15% вентиляционного драйва в покое
У новорожденных: гипоксия подавляет вентиляцию за счет
прямого угнетения центров
продолговатого мозга
Кривые ответа CO2
Хроническая гипоксемия (годы)
Каротидные тела теряют ответ на гипоксемию
Пример: цианоз при застойной сердечной недостаточности
(после восстановления нормоксии ответ восстанавливается)
Хроническая дыхательная недостаточность
с гиперкапнией
Гипоксемические стимулы каротидных хеморецепторов
становятся главными стимулами дыхательных центров.
Назначение кислорода может привести к гиповентиляции
со значительным подъемом paCO2
Дыхательные объемы и емкости
 Объем вдоха – Tidal Volume (TV)
 500 ml - (здоровый мужчина)
 Резервный объем вдоха – Inspiratory Reserve Volume (IRV)
 3100 ml
 Резервный объем выдоха – Expiratory Reserve Volume (ERV)
 1200 ml
 Жизненная емкость – Vital Capacity (VC)
 4800 ml
 VC=TV+IRV+ERV
 Остаточный объем – Residual Volume (RV)
 1200 ml
 Общая емкость легких – Total Lung Capacity
 TLC=VC+RV
 6000 ml
Дыхательные объемы и емкости
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Объемы легких: норма и патология
125
IRV
% Normal TLC
100
VC
ERV
IRV
75
TV
VC
TV
50
ERV
25
IRV
FRC
VC
RV
TV
ERV
FRC
FRC
RV
RV
0
Normal
Obstructive
Restrictive
Давление
Внутригрудное давление
 Всегда описывается относительно атмосферного
 Внутрилегочное давление – давление внутри
альвеол
 Внутриплевральное давление – давление в
плевральной
полости
Взаимозависимость давлений
 Внутрилегочное и интраплевральное давления
изменяются в зависимости от фазы дыхания
 Внутрилегочное давление в конечном счете всегда
выравнивается с атмосферным
 Интраплевральное всегда меньше внутрилегочного
и атмосферного
Взаимозависимость давлений
 Разнонаправленные силы легких
 Эластичность легких вызывает движение в
сторону минимально возможного размера
 Поверхностное натяжение альвеолярной
жидкости противодействует спадению альвеол
 Эластичность грудной стенки тянет легкие в
сторону расширения
Коллапс легких
 Наступает при выравнивании внутрилегочного и
интраплеврального давлений
 Транспульмональное давление поддерживает
легкие в открытом состоянии
 Транспульмональное давление – разница между
внутрилегочным и интраплевральным
давлениями
Вдох
Выдох
Биомеханика
Физические факторы, определяющие
вентиляцию: резистивность
 Трение неэластичных компонентов,
вызываемое потоком газа
 Соотношение между потоком (F), давлением
(P), и резистансом (R):
P
F=
R
Сопротивление дыхательных путей
 Повышение резистивности – затрудненное
дыхание
 Значительная констрикция или обструкция
бронхов (бронхиол) приводит к:
 Затруднению искусственной вентиляции
 Остановке дыхания во время тяжелой атаки
бронхиальной астмы
 Выброс адреналина расширяет бронхиолы и
снижает сопротивление
Легочный комплайенс
 Легкость с которой легкие могут быть растянуты
 В частности – изменение легочного объема в
ответ на изменение транспульмонального
давления
 Определяется двумя основными факторами
 Растяжимостью легочной ткани и грудной
клетки
 Поверхностным натяжением в альвеолах
Альвеолярное поверхностное натяжение
 Поверхностное натяжение – выстраивание
молекул рядом друг с другом на границе
жидкость-газ
 Жидкость, покрывающая альвеолярную
поверхность, обусловливает тенденцию к
уменьшению их размера
 Сурфактант (естественный фофсолипидный
комплекс) – снижает поверхностное натяжение и
предотвращает альвеолы от спадения
Факторы, снижающие легочный комплайенс
 Рубцовая ткань или фиброз легких
 Блокада бронхиол-альвеол секретом или
жидкостью
 Уменьшение продукции сурфактанта
 Уменьшение податливости или растяжимости
грудной клетки
 Деформации грудной клетки
 Оссификация хрящевой ткани
 Паралич межреберной мускулатуры
Газообмен
Легочный газообмен
 Толщина стенки альвеолы ~ 0.1 µm
 Площадь дыхательной поверхности ~ 70 m2
 В покое эритроциты находятся в легочных
капиллярах 0.75 с (капиллярное время диффузии)
 При максимальной нагрузке 0.4-0.5 с
 Достаточно для обмена CO2
 Погранично для обмена O2
Газообмен в
легочных капиллярах
(O2 и CO2)
PO2 = 40
PCO2 = 46
Газообмен и транспорт
Транспорт кислорода
 ~98% O2 транспортируется в связанном с Нb
состоянии
Транспорт углекислого газа
 Растворенный в плазме (~7%)
 Связанный с Hb (~20%)
 В виде бикарбонат иона (~75%)
CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3-
CO2 транспорт
Гемоглобин
 Состоит из 4 железосодержащих молекул гема
 Обратимо связывается с O2 – оксигемоглобин
 Эффект Бора – O2 связывающая способность
изменяется при колебаниях:
 Температуры
 pH
 PO2
 PCO2
 2,3-DPG (дифосфоглицерат)
Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
Транспорт кислорода
= 27, норма взрослого (19, плод/новорожденный)