Тема 1.4Кровь. Кровообращение
Основные понятия и термины по теме:
Гомеостаз; защитные барьеры организма; кровяное депо; плазма; эритроциты; лейкоциты; тромбоциты; агглютиногены; агглютинины; лимфа; фазы работы сердца; пульс; артериальное давление.
План изучения темы
1. Понятие о крови, состав и функции крови.
2. Плазма крови.
3. Форменные элементы крови.
4. Органы кроветворения и лимфа.
5. Понятие о системе кровообращения и ее функциях.
6. Размеры и физиологические свойства сердца.
7. Фазы работы сердца. Систолический минутный объемы крови.
8. Скорость движения крови. Артериальное давление крови.
9. Частота сердечных сокращений. Пульс.
Краткое изложение теоретических вопросов:
Понятие о крови.
Кровь, лимфа, тканевая жидкость являются внутренней средой организма, в которой протекают многие процессы гомеостаза. Кровь является жидкой тканью и вместе с кроветворными и депонирующими органами (костным мозгом, лимфоузлами, селезенкой) образует физиологическую систему крови.
В организме взрослого человека около 4-6 литров крови или 6-8% от массы тела. Основными функциями системы крови являются:
1.Транспортная, она включает:
а. дыхательную - транспорт дыхательных газов О2 и СО2 от легких к тканям и наоборот;
б. трофическую - перенос питательных веществ, витаминов, микроэлементов;
в. выделительную - транспорт продуктов обмена к органам выделения;
г. терморегуляторную - удаление избытка тепла от внутренних органов и мозга к коже;
д. регуляторную - перенос гормонов и других веществ, входящих в гуморальную систему регуляции организма.
2.Гомеостатическая. Кровь обеспечивает следующие процессы гомеостаза:
а. поддержание рН внутренней среды организма;
б. сохранение постоянства ионного и водно-солевого баланса, а как следствие осмотического давления.
3.Защитная функция. Обеспечивается содержащимися в крови иммунными антителами, неспецифическими противовирусными и антибактериальными веществами, фагоцитарной активностью лейкоцитов.
4.Гемостатическая функция. В крови имеется ферментная система свертывания, препятствующая кровотечению.
Кровь состоит из плазмы и взвешенных в ней форменных элементов -
эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов.
Плазма крови.
Плазма содержит 90-92% воды и 8-10% сухого остатка. В состав сухого остатка входят минеральные вещества (около 0,9%), в основном хлорид натрия, катионы калия, магния, кальция, анионы хлора, гидрокарбонат, фосфатанионы. Кроме того в нем имеются глюкоза, а также продукты гидролиза белков - мочевина, креатинин, аминокислоты и т.д. Они называются остаточным азотом. Содержание глюкозы в плазме 3,6-6,9 ммоль/л, остаточного азота 14,3-28,6 ммоль/л.
Особое значение имеют белки плазмы. Их общее количество 7-8%. Белки состоят из нескольких фракций, но наибольшее значение имеют альбумины, глобулины и фибриноген. Альбуминов содержится 3,5-5%, глобулинов 2-3%, фибриногена 0,3-0,4%. При нормальном питании в организме человека ежесуточно вырабатывается около 17 г альбуминов и 5 г глобулинов.
Форменные элементы крови.
Эритроциты (Э)- это высокоспециализированные безъядерные клетки крови. Ядро у них утрачивается в процессе созревания. Эритроциты имеют форму двояковогнутого диска. В среднем их диаметр около 7,5 мкм, а толщина на периферии 2,5 мкм. Благодаря такой форме увеличивается поверхность эритроцитов для диффузии газов. Кроме того, это возрастает их пластичность. За счет высокой пластичности, они деформируются и легко проходят по капиллярам. У старых и патологических эритроцитов пластичность низкая. Поэтому они задерживаются в капиллярах ретикулярной ткани селезенки и разрушаются там. Функции эритроцитов:
1. Перенос кислорода от легких к тканям.
2. Участие в транспорте СО2 от тканей к легким.
3. Транспорт воды от тканей к легким, где она выделяется в виде пара.
4. Участвуют в свертывании крови, выделяя эритроцитарные факторы свертывания.
5. Переносят аминокислоты на своей поверхности.
6. Участвуют в регуляции вязкости крови, вследствие пластичности. В результате их способности к деформации, вязкость крови в мелких сосудах меньше, чем крупных.
Увеличение содержания эритроцитов в крови называется эритроцитозом или эритремией, уменьшаться эритропенией или анемией. Эти изменения могут быть относительными и абсолютными. Например, относительное уменьшение их количества возникает при задержке воды в организме, а увеличение при обезвоживании. Абсолютное уменьшение содержания эритроцитов, т.е. анемия наблюдается при кровопотере, нарушениях кроветворения, разрушении эритроцитов гемолитическими ядами или при переливании несовместимой крови.
Образуются эритроциты в красном косном мозге, а разрушаются в печени и селезенке. Поры эритроцита заполнены гемоглобином. Гемоглобин – это сложное химическое соединение из белка глобина и железа.
Лейкоциты или белые кровяные тельца - это клетки крови, содержащие ядро. У одних лейкоцитов цитоплазма содержит гранулы, поэтому их называют гранулоцитами. У других зернистость отсутствует, их относят к агранулоцитам. Выделяют три формы гранулоцитов. Те из них, гранулы которых окрашиваются кислыми красителями (эозином), называют эозинофилами. Лейкоциты, зернистость которых восприимчива к основным красителям, базофилами. Лейкоциты, гранулы которых окрашиваются и кислыми и основными красителями, относят к нейтрофилам. Агранулоциты подразделяются на моноциты и лимфоциты. Все гранулоциты и моноциты образуются в красном костном мозге и называются клетками миелоидного ряда. Лимфоциты также образуются из стволовых клеток костного мозга, но размножаются в лимфатических узлах, миндалинах, апендиксе, селезенке, тимусе, лимфатических бляшках кишечника. Это клетки лимфоидного ряда.
Общей функцией всех лейкоцитов является защита организма от бактериальных и вирусных инфекций, паразитарных инвазий, поддержание тканевого гомеостаза и участие в регенерации тканей.
Нейтрофилы находятся в сосудистом русле 6-8 часов, а затем переходят в слизистые оболочки. Они составляют подавляющее большинство гранулоцитов. Основная функция нейтрофилов заключается в уничтожении бактерий и различных токсинов. Они обладают способностью к хемотаксису и фагоцитозу. Выделяемые нейтрофилами вазоактивные вещества, позволяют проникать им через стенку капилляров и мигрировать к очагу воспаления. Движение лейкоцитов к нему происходит благодаря тому, что находящиеся в воспаленной ткани Т-лимфоциты и макрофаги вырабатывают хемоаттрактанты. Это вещества, которые стимулируют их продвижение к очагу. К ним относятся производные арахидоновой кислоты - лейкотриены, а также эндотоксины. Поглощенные бактерии попадают в фагоцитарные вакуоли, где подвергаются воздействию ионов кислорода, перекиси водорода, а также лизосомных ферментов. Важным свойством нейтрофилов является то, что они могут существовать в воспаленных и отечных тканях бедных кислородом. Гной в основном состоит из нейтрофилов и их остатков. Выделяющиеся при распаде нейтрофилов ферменты, размягчают окружающие ткани. За счет чего формируется гнойный очаг - абсцесс.
Базофилы (Б) содержатся в количестве 0-1%. Они находятся в кровеносном русле 12 часов. Крупные гранулы базофилов содержат гепарин и гистамин. Гистамин базофилов стимулирует фагоцитоз, оказывает противовоспалительное действие. В базофилах содержится фактор активирующий тромбоциты, который стимулирует их агрегацию и высвобождение тромбоцитарных факторов свертывания крови. Выделяя гепарин и гистамин, они предупреждают образование тромбов в мелких венах легких и печени.
Эозинофилы (Э) содержатся в количестве 1-5%. Их содержание значительно изменяется в течение суток. Утром их меньше, вечером больше. Эти колебания объясняются изменениями концентрации глюкокортикоидов надпочечников в крови. Эозинофилы обладают способностью к фагоцитозу, связыванию белковых токсинов и антибактериальной активностью.
Моноциты наиболее крупные клетки крови. Их 2-10%. Способность к макрофагов, т.е. вышедших из кровяного русла моноцитов, к фагоцитозу больше, чем у других лейкоцитов. Они могут совершать амебоидные движения. При эволюции моноцита в макрофаг увеличивается его размер, количество лизосом и ферментов. Макрофаги вырабатывают больше 100 биологически активных веществ.
Лимфоциты составляют 20-40% всех лейкоцитов. Они делятся на Т- и В-лимфоциты. Первые дифференцируются в тимусе, вторые в различных лимфатических узлах. Т-клетки делятся на несколько групп. Т-киллеры уничтожают чужеродные белки-антигены и бактерии. Т-хелперы участвуют в реакции антиген-антитело. Т-клетки иммунологической памяти запоминают структуру антигена и распознают его. Т-амплификаторы стимулируют иммунные реакции, а Т-супрессоры тормозят образование иммуноглобулинов. В-лимфоциты составляют меньшую часть. Они вырабатывают иммуноглобулины и могут превращаться в клетки памяти.
Общее количество лейкоцитов 4000-9000 в мкл крови или 4-9*109 л.
В отличие от эритроцитов, численность лейкоцитов колеблется в зависимости от функционального состояния организма. Понижение содержания лейкоцитов называется лейкопенией, повышение - лейкоцитозом. Небольшой физиологический лейкоцитоз наблюдается при физической и умственной работе, а также после еды - пищеварительный лейкоцитоз. Чаще всего лейкоцитоз и лейкопения возникают при различных заболеваниях. Лейкоцитоз наблюдается при инфекционных, паразитарных и воспалительных заболеваниях, болезнях крови лейкозах. В последнем случае лейкоциты являются малодифференцированными и не могут выполнять свои функции. Лейкопения возникает при нарушениях кроветворения, вызванных действием ионизирующих излучений (лучевая болезнь), токсических веществ, например бензола, лекарственных средств (левомицетин), а также при тяжелом сепсисе. Больше всего уменьшается содержание нейтрофилов.
Тромбоциты (от тромб и греч. Kуtos- вместилище, здесь - клетка), один из видов форменных элементов крови позвоночных животных и человека; участвуют в процессе её свертывания. Т. позвоночных животных (за исключением млекопитающих) - мелкие удлиненно-овальной формы клетки с плотным ядром и слабобазофильной цитоплазмой. У млекопитающих и человека Т. (их называют также кровяными пластинками) - безъядерные тельца диаметром 2-5 мкм.
В 1 мм3 крови в норме их содержится 250-350 тыс. В кровяных пластинках выявляются специфические гранулы, содержащие серотонин и вещества, участвующие в свёртывании крови, а также - митохондрии, микротрубочки, гранулы гликогена, иногда рибосомы. У млекопитающих Т. образуются в кроветворных органах из мегакариоцитов путём отделения участков их цитоплазмы. Срок жизни Т. млекопитающих животных и человека - примерно 5- 9 суток.
Органы кроветворения, лимфа.
Форменные элементы вырабатываются в печени, селезенке, лимфатических узлах, в красном косном мозге.
Лимфа образуется путем фильтрации тканевой жидкости через стенку лимфатических капилляров. В лимфатической системе циркулирует около 2 литров лимфы. Из капилляров она движется по лимфатическим сосудам, проходит лимфатические узлы и по крупным протокам поступает в венозное русло.
Из форменных элементов лимфа в основном содержит лимфоциты. Имеется и небольшое количество других лейкоцитов. Из них больше всего моноцитов. Эритроцитов в норме нет. Благодаря наличию в ней тромбоцитов, фибрина, факторов свертывания лимфа способна образовывать тромб. Однако время ее свертывания больше, чем у крови.
Лимфа выполняет следующие функции:
1. Поддерживает постоянство объема тканевой жидкости путем удаления ее избытка.
2. Перенос питательных веществ, в основном жиров, от органов пищеварения к тканям.
3. Возврат белка из тканей в кровь.
4. Удаление продуктов обмена из тканей.
5. Защитная функция. Обеспечивается лимфоузлами, иммуноглобулинами, лимфоцитами, макрофагами.
Понятие о системе кровообращения.
Кровообращение это процесс движения крови по сосудистому руслу, обеспечивающий выполнение ею своих функций. Физиологическую систему кровообращения составляют сердце и сосуды. Сердце обеспечивает энергетические потребности системы, а сосуды являются кровеносным руслом. В минуту сердце перекачивает около 5 литров крови, за год 260 тонн, а в течение жизни около 200.000 тонн крови. Суммарная длина сосудов около 100.000 км.
Первое научное исследование системы произвел У.Гарвей. В 1628 году он опубликовал работу "Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных". В 1653 году монах М.Серве описал малый круг кровообращения, а в 1661 г. Мальпиги под микроскопом обнаружил капилляры.
Размеры и физиологические свойства сердца.
Большой круг кровообращения начинается аортой, отходящей от левого желудочка. По мере удаления от сердца она делится на артерии большого, среднего и малого калибра, артериолы, прекапилляры, капилляры. Капилляры соединяются в посткапиллярные венулы, затем вены. Заканчивается большой круг полыми венами, впадающими в правое предсердие. Малый круг кровообращения начинается легочной артерией, отходящей от правого желудочка. Она также разветвляется на артерии, артериолы и капилляры пронизывающие легкие. Капилляры объединяются в венулы и легочные вены. Последние впадают в левое предсердие.
Сердце - это полый мышечный орган. Его вес составляет 200-400 грамм или 1/200 массы тела. Стенка сердца образована тремя слоями: эндокардом, миокардом и эпикардом. Наибольшую толщину 10-15 мм она имеет в области левого желудочка. Толщина стенки правого - 5-8 мм, а предсердий 2-3 мм. Миокард состоит из мышечных клеток 2-х типов: сократительных и атипических. Большую часть составляют сократительные кардиомиоциты.
Сердце разделено перегородками на 4 камеры: 2 предсердия и 2 желудочка. Предсердия соединяются с желудочками посредством атриовентрикулярных отверстий. В них находятся створчатые атриовентрикулярные клапаны. Правый клапан трехстворчатый (трикуспидальный), а левый двухстворчатый (митральный). К створкам клапанов присоединяются сухожильные нити. Другим концом эти нити соединены сосочковыми (папиллярными) мышцами. В начале систолы желудочков эти мышцы сокращаются и нити натягиваются. Благодаря этому не происходит выворота створок клапанов в полость предсердий и обратного движения крови - регургитации. В местах выхода аорты и легочной артерии из желудочков расположены аортальный и пульмональный клапаны. Они имеют вид карманов в форме полумесяцев. Поэтому их называют полулунными. Функцией клапанного аппарата сердца является обеспечение одностороннего тока крови по кругам кровообращения. В клинике функция клапанного аппарата исследуется такими косвенными методами, как аускультация, фонокардиография, рентгенография. Эхокардиография позволяет визуально наблюдать за деятельностью клапанов.
Фазы работы сердца.
Сокращение камер сердца называется систолой, расслабление - диастолой. В норме частота сердечных сокращений 60-80 в минуту. Цикл работы сердца начинается с систолы предсердий. Однако в физиологии сердца и клинике для его описания используется классическая схема Уиггерса. Она делит цикл сердечной деятельности на периоды и фазы. Общая продолжительность цикла, при частоте 75 ударов в мин., составляет 0,8 сек. Длительность систолы желудочков равна 0,33 сек. Она включает 2 периода: период напряжения, продолжительностью 0,08 сек. и период изгнания - 0,25 сек. Период напряжения делится на две фазы: фазу асинхронного сокращения, длительностью 0,05 сек и фазу изометрического сокращения 0,03 сек. В фазе асинхронного сокращения происходит неодновременное т.е. асинхронное сокращение волокон миокарда межжелудочковой перегородки. Затем сокращение синхронизируется и охватывает весь миокард.
Давление в желудочках нарастает и атриовентрикулярные клапаны закрываются. Однако его величина недостаточна для открывания полулунных клапанов. Начинается фаза изометрического сокращения. Т.е. во время нее мышечные волокна не укорачиваются, но сила их сокращений и давление в полостях желудочков нарастает. Когда оно достигает 120-130 мм.рт.ст. в левом и 25-30 мм.рт.ст. в правом, открываются полулунные клапаны - аортальный и пульмональный. Начинается период изгнания. Он длится 0,25 сек. и включает фазу быстрого и медленного изгнания. Фаза быстрого изгнания продолжается 0,12 сек., медленного - 0,13 сек. Во время фазы быстрого изгнания давление в желудочках значительно выше, чем в соответствующих сосудах, поэтому кровь из них выходит быстро. Но так как давление в сосудах нарастает, выход крови замедляется. После того, как кровь из желудочков изгоняется, начинается диастола желудочков. Ее продолжительность 0,47 сек. Она включает протодиастолический период, период изометрического расслабления, период наполнения и пресистолический период.
Длительность протодиастолического периода 0,04 сек. Во время него начинается расслабление миокарда желудочков. Давление в них становится ниже, чем в аорте и легочной артерии, поэтому полулунные клапаны закрываются. После этого начинается период изометрического расслабления. Его продолжительность 0,08 сек. В этот период все клапаны закрыты и расслабление происходит без изменения длины волокон миокарда. Давление в желудочках продолжает снижаться.
Когда оно уменьшается до 0, т.е. становится ниже, чем в предсердиях, открываются атриовентрикулярные клапаны. Начинается период наполнения, длительностью 0,25 сек. Он включает фазу быстрого наполнения, продолжительность которой 0,08 сек., и фазу медленного наполнения - 0,17 сек. После того, как желудочки пассивно заполнились кровью, начинается пресистолический период, во время которого происходит систола предсердий. Его длительность 0,1 сек. В этот период в желудочки закачивается дополнительное количество крови. Давление в предсердиях, в период их систолы, составляет в левом 8-15 мм. рт.ст., а правом 3-8 мм.рт.ст.
Отрезок времени от начала протодиастолического периода и до пресистолического, т.е. систолы предсердий, называется общей паузой. Ее продолжительность 0,4 сек. В момент общей паузы полулунные клапаны закрыты, а атриовентрикулярные открываются. Первоначально предсердия, а затем желудочки заполняются кровью. Во время общей паузы происходит пополнение энергетических запасов кардиомиоцитов, выведение из них продуктов обмена, ионов кальция и натрия, насыщение кислородом. Чем короче общая пауза, тем хуже условия работы сердца.
Артериальное давление крови.
В результате сокращений желудочков сердца и выброса из них крови, а также наличия сопротивления току крови в сосудистом русле создается кровяное давление. Это сила, с которой кровь давит на стенку сосудов. Величина давления в аорте и артериях зависит от фазы сердечного цикла. Во время систолы оно максимально и называется систолическими. В период диастолы минимально и носит название диастолического. Систолическое давление у здорового человека молодого и среднего возраста в крупных артериях составляет 100 - 130 мм.рт.ст. Диастолическое 60-80 мм.рт.ст. Разность между систолическим и диастолическим давлением называется пульсовым давлением. В норме его величина 30-40 мм.рт.ст. Кроме этого определяют среднее давление. Это такое постоянное, т.е. не пульсирующее давление, гемодинамический эффект которого соответствует определенному пульсирующему. Величина среднего давления ближе к диастолическому, так как продолжительность диастолы больше, чем систолы.
Пульс.
Артериальным пульсом называются ритмические колебания артериальных стенок, обусловленные прохождением пульсовой волны. Пульсовая волна это распространяющееся колебание стенки артерий в результате систолического повышения артериального давления. Пульсовая волна возникает в аорте во время систолы, когда в нее выбрасывается систолический порция крови и ее стенка растягивается. Так как пульсовая волна движется по стенке артерий, скорость ее распространения не зависит от линейной скорости кровотока, а определяется морфофункциональным состоянием сосуда. Чем больше жесткость стенки, тем больше скорость распространения пульсовой волны и наоборот. Поэтому у молодых людей она составляет 7-10 м/сек, а у старых, из-за атеросклеротических изменений сосудов, возрастает. Самым простым методом исследования артериального пульса является пальпаторный. Обычно пульс прощупывается на лучевой артерии путем прижатия ее к подлежащей лучевой кости. Так как характер пульса в основном зависит от деятельности сердца и тонуса артерий, по пульсу можно судить об их состоянии. Обычно определяют его следующие параметры:
1. Частота пульса. В норме 60-80 уд/мин.
2. Ритмичность. Если интервалы между пульсовыми волнами одинаковы пульс ритмичный.
3. Скорость пульса. Это быстрота пульсового повышения и понижения давления. При патологии может наблюдаться быстрый или медленный пульс.
4. Напряжение пульса. Определяется силой, которую необходимо приложить для того, чтобы пульс прекратился. Например при артериальной гипертензии
наблюдается напряженный пульс.
5. Наполнение. Складывается из высоты пульсовой волны и частично напряжения пульса. Зависит от величины систолического объема крови. Если сила сокращений левого желудочка падает, пульс становится слабым.
Тема 1.5 Дыхание
Основные понятия и термины по теме:
Этапы дыхания; механизм дыхания; грудной, брюшной, смешанный типы дыхания; ЖЕЛ; МОД; регуляция дыхания; дыхательный центр; максимальное потребление кислорода; кислородный запрос; кислородный долг.
План изучения темы
1. Характеристика процесса дыхания. Дыхательный аппарат человека.
2. Внешнее дыхание.
3. Перенос газов кровью.
5. Регуляция дыхания.
6. Дыхание при мышечной деятельности.
Краткое изложение теоретических вопросов:
Без воздуха человек может продержаться всего несколько минут, так как запас воздуха ограничен объемом лёгких. Благодаря вентиляции лёгких в них поддерживается более или менее постоянный газовый состав, который необходим для поступления в кровь кислорода и удаления из крови углекислого газа, других газообразных продуктов распада, а также паров воды. Функция ткани нарушается, если прекращается распад и окисление органических веществ, энергия перестает выделяться, и клетки, лишенные энергетического обеспечения, погибают. Дыханием называют обмен газов между клетками и окружающей средой. У человека газообмен состоит из четырех этапов:
· обмен газов между воздушной средой и лёгкими,
· газов между лёгкими и кровью,
· транспортировка газов кровью,
· газообмен в тканях.
Система органов дыхания выполняет лишь первую часть газообмена. Остальное выполняет система органов кровообращения, между дыхательной и кровеносной системами существует глубокая взаимосвязь. Различают лёгочное дыхание, обеспечивающее газообмен между воздухом и кровью, и тканевое дыхание, осуществляющее газообмен между кровью и клетками тканей. Кроме обеспечения газообмена, органы дыхания выполняют еще две важные функции: участвуют в теплорегуляции и голосообразовании. При дыхании с поверхности лёгких испаряется вода, что ведет к охлаждению крови и всего организма. Кроме того, лёгкие создают воздушные потоки, приводящие в колебание голосовые связки гортани.
Органы, которые подводят воздух к альвеолам лёгких, называются дыхательными путями. Верхние дыхательные пути:
· носовая полость,
· ротовая полость,
· носоглотка,
· глотка.
Нижние дыхательные пути:
· гортань,
· трахея,
· бронхи.
Бронхи многократно ветвятся, образуя бронхиальное дерево. По ним воздух достигает альвеол, где и происходит газообмен. Каждое из лёгких занимает герметически замкнутую часть грудной полости. Между ними расположено сердце. Лёгкие покрыты оболочкой, которая называется лёгочной плеврой.
Внешнее дыхание.
Внешнее дыхание осуществляется в результате ритмических движений грудной клетки. Дыхательный цикл состоит из фаз вдоха и выдоха, между которыми отсутствует пауза. В покое у взрослого человека частота дыхательных движений 16-20 в минуту. Вдох это активный процесс. При спокойном вдохе сокращаются наружные межреберные и межхрящевые мышцы. Они приподнимают ребра, а грудина отодвигается вперед. Это ведет к увеличению сагитального и фронтального размеров грудной полости. Одновременно сокращаются мышцы диафрагмы. Ее купол опускается и органы брюшной полости сдвигаются вниз, в стороны и вперед. За счет этого грудная полость увеличивается и в вертикальном направлении. После окончания вдоха дыхательные мышцы расслабляются. Начинается выдох. Спокойный выдох пассивный процесс. Во время него происходит возвращение грудной клетки в исходное состояние. Это происходит под действием ее собственного веса, натянутого связочного аппарата и давления на диафрагму органов брюшной полости.
Различают грудной и брюшной тип дыхания. При первом дыхание в основном осуществляется за счет межреберных мышц, при втором за счет мышц диафрагмы. Грудной или реберный тип дыхания характерен для женщин. Брюшной или диафрагмальный для мужчин. Физиологически более выгоден брюшной тип, так как он осуществляется с меньшей затратой энергии. Кроме того, движения органов брюшной полости при дыхании препятствуют их воспалительным заболеваниям. Иногда встречается смешанный тип дыхания.
Несмотря на то, что легкие не сращены с грудной стенкой, они повторяют ее движения. Это объясняется тем, что между ними имеется замкнутая плевральная щель. Изнутри стенка грудной полости покрыта париетальным листком плевры, а легкие ее висцеральным листком. В межплевральной щели находится небольшое количество серозной жидкости. При вдохе объем грудной полости возрастает. А так как плевральная щель изолирована от атмосферы, то давление в ней понижается. Легкие расширяются, давление в альвеолах становится ниже атмосферного. Воздух через трахею и бронхи поступает в альвеолы. Во время выдоха объем грудной клетки уменьшается. Давление в плевральной щели возрастает, воздух выходит из альвеол.
Сумма дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ). У мужчин она составляет 3500-4500 мл, в среднем 4000 мл. У женщин 3000-3500 мл. Величину жизненной емкости легких и составляющих ее объемов можно измерить с помощью сухого и водяного спирометров, а также спирографа. ЖЕЛ – это объем максимального выдоха после максимального вдоха.
Для газообмена в легких имеет большое значение скорость обмена альвеолярного воздуха, т.е. вентиляция альвеол. Ее количественным показателем является минутный объем дыхания (МОД). Это произведение дыхательного объема на частоту дыханий в минуту. В покое МОД составляет 6-8 литров. Максимальной объем вентиляции - это объем воздуха проходящего через легкие при наибольшей глубине и частоте дыхания в минуту.
Перенос газов кровью.
Кровь переносит кислород и углекислый газ. В крови, как и во всякой жидкости, газы могут находиться в двух состояниях: в физически растворенном и химически связанном. И кислород и углекислый газ в очень небольшом количестве растворяются в плазме крови. Большая часть кислорода и углекислого газа переносится в химически связанном виде.
Основной переносчик кислорода - гемоглобин крови. 1 г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. Гемоглобин обладает способностью вступать в соединение с кислородом, образуя оксигемоглобин. Чем выше парциальное давление кислорода, тем больше образуется оксигемоглобина. В альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода 100-110 мм рт. ст. При таких условиях 97% гемоглобина крови связывается с кислородом. Кровь приносит к тканям кислород в виде оксигемоглобина. Здесь парциальное давление кислорода низкое, и оксигемоглобин - соединение непрочное - высвобождает кислород, который используется тканями. На связывание кислорода гемоглобином оказывает влияние и напряжение углекислого газа. Углекислый газ уменьшает способность гемоглобина связывать кислород и способствует диссоциации оксигемоглобина. Повышение температуры также уменьшает возможности связывания гемоглобином кислорода. Известно, что температура в тканях выше, чем в легких. Все эти условия помогают диссоциации оксигемоглобина, в результате чего кровь отдает высвободившийся из химического соединения кислород в тканевую жидкость.
Свойство гемоглобина связывать кислород имеет жизненно важное значение для организма. Иногда люди гибнут от недостатка кислорода в организме, окруженные самым чистым воздухом. Это может случиться с человеком, оказавшимся в условиях пониженного давления (на больших высотах), где в разреженной атмосфере очень низкое парциальное давление кислорода. 15 апреля 1875 г. воздушный шар "Зенит", на борту которого находились три воздухоплавателя, достиг высоты 8000 м. Когда шар приземлился, то в живых остался только один человек. Причиной гибели людей было резкое снижение парциального давления кислорода на большой высоте. На больших высотах (7-8 км) артериальная кровь по своему газовому составу приближается к венозной; все ткани тела начинают испытывать острый недостаток в кислороде, что и приводит к тяжелым последствиям. Подъем на высоту более 5000 м обычно требует пользования особыми кислородными приборами.
При специальной тренировке организм может приспосабливаться к пониженному содержанию кислорода в атмосферном воздухе. У тренированного человека углубляется дыхание, увеличивается количество эритроцитов в крови за счет усиленного образования их в кроветворных органах и поступления из депо крови. Кроме того, усиливаются сердечные сокращения, что приводит к увеличению минутного объема крови.
Для тренировки широко применяют барокамеры.
Углекислый газ переносится кровью в виде химических соединений - бикарбонатов натрия и калия. Связывание углекислого газа и отдача его кровью зависят от его напряжения в тканях и крови.
Кроме того, в переносе углекислого газа участвует гемоглобин крови. В капиллярах тканей гемоглобин вступает в химическое соединение с углекислым газом. В легких это соединение распадается с освобождением углекислого газа. Около 25-30% выделяемого в легких углекислого газа переносит гемоглобин.
Регуляция дыхания.
В 1885 году Казанский физиолог Н.А. Миславский обнаружил, что в продолговатом мозге находится центр обеспечивающий смену фаз дыхания. Этот дыхательный центр расположен в медиальной части ретикулярной формации продолговатого мозга. Дыхательным центром называют совокупность нервных клеток, расположенных в разных отделах центральной нервной системы, обеспечивающих координированную ритмическую деятельность дыхательных мышц иприспособление дыхания к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды организма.
Некоторые группы нервных клеток являются необходимыми для ритмической деятельности дыхательных мышц. Они расположены в ретикулярной формации продолговатого мозга, составляя дыхательный центр в узком смысле слова. Нарушение функции этих клеток приводит к прекращению дыхания вследствие паралича дыхательных мышц.
Дыхательный центр не только обеспечивает ритмическое чередование вдоха и выдоха, но и способен изменять глубину и частоту дыхательных движений, приспосабливая тем самым легочную вентиляцию к текущим потребностям организма. Факторы внешней среды, например состав и давление атмосферного воздуха, окружающая температура, и изменения состояния организма, например при мышечной работе, эмоциональном возбуждении и др., влияя на интенсивность обмена веществ, а, следовательно, потребление кислорода и выделение углекислого газа, действуют на функциональное состояние дыхательного центра. В результате меняется объем легочной вентиляции.
Как и все другие процессы автоматической регуляции физиологических функций, регуляция дыхания осуществляется в организме на основе принципа обратной связи. Это значит, что деятельность дыхательного центра, регулирующего снабжение организма кислородом и удаление образующегося в нем углекислого газа, определяется состоянием регулируемого им процесса. Накопление в крови углекислоты, а также недостаток кислорода являются факторами, вызывающими возбуждение дыхательного центра.
Дыхание при мышечной деятельности.
Интенсивный обмен веществ в сокращающихся мышцах приводит к накоплению в них кислот (угольной, молочной и фосфорной), а следовательно, к возбуждению дыхательного центра. Поэтому вентиляция легких увеличивается при мышечной деятельности во много раз и тем больше, чем выше ее интенсивность. У тренированных взрослых спортсменов минутный объем дыхания при интенсивной работе может достигать 100—120 дм3, например во время плавания, и до 150 дм3 при беге на средние дистанции.
У тренированных людей при интенсивной мышечной работе дыхание становится очень глубоким, достигая 2/3 жизненной емкости. Глубокое дыхание обеспечивает значительно большую диффузию газов через альвеолы, чем поверхностное. У нетренированных при интенсивной мышечной работе дыхание учащается, но остается неглубоким, поэтому вентиляция легких и диффузия газов через альвеолы значительно меньше, чем у тренированных.
Максимальное количество кислорода, поглощенного в минуту, называется кислородным потолком. У нетренированных взрослых людей кислородный потолок не больше 2-3,5 дм3, а у тренированных он достигает 5-6 дм3, но так как потребность в кислороде при работе максимальной интенсивности повышается в 20-25 раз, образуется кислородный долг, который погашается благодаря усиленному дыханию только после окончания работы, например, при беге на короткие дистанции.
Во время длительной, очень интенсивной мышечной работы вследствие нарушения внутриклеточного обмена в результате кислородного долга, приводящего к несоответствию деятельности, двигательного аппарата и работы внутренних органов, а также к торможению двигательных нервных центров, особенно в связи с резким усилением притока к ним центростремительных импульсов из двигательного аппарата, может наступить состояние, называемое «мертвой точкой». Для «мертвой точки» характерны очень сильная одышка, затруднение дыхания, учащение сердечной деятельности, повышение кровяного давления, ощущение стеснения в груди. Она преодолевается усилием воли, т. е. восстановлением деятельности нервных центров головного мозга; наступает «второе дыхание», исчезают одышка, стеснение в груди, дыхание становится ровным и спокойным.
Во время мышечной деятельности кровоснабжение легких увеличено. Но гребля, лазание, подъем больших тяжестей, некоторые виды труда вызывают натуживание - закрытие голосовой щели после вдоха и задержку дыхания при сокращении выдыхательных мышц. Во время натуживания вследствие сильного возрастания давления в грудной полости увеличивается кровяное давление в кровеносных сосудах легких, приток крови к сердцу и легким значительно уменьшается и переполняются кровью сосуды большого круга. При натуживании может наступить потеря сознания в результате уменьшения притока крови к головному мозгу.
Установлено, что не только изменение химического состава крови в результате повышения обмена веществ оказывает влияние на дыхание, но и механические и химические раздражения рецепторов двигательного аппарата во время движений и работы, рефлекторно изменяют деятельность дыхательного центра и внутритканевое дыхание. Одновременно и центростремительные импульсы, поступающие из дыхательного аппарата, изменяют деятельность скелетных мышц. Усиление дыхания вызывает учащение ритмических движений и усиление мышечной работы. Во время натуживания и выдоха сила мышц максимально увеличивается, а во время вдоха - уменьшается. Следовательно, движения, требующие наибольших мышечных усилий, должны сочетаться с натуживанием или с выдохом.
Тема 1.6 Выделение
Основные понятия и термины по теме:
Первичная, вторичная моча; регуляция мочеобразования и мочевыделения; потовые железы; эмоциональное, психическое потоотделение.
План изучения темы
1 Почки. Мочевыделение
2. Потоотделение
Краткое изложение теоретических вопросов:
Почки являются важнейшим органом поддержания равновесия и относительного постоянства внутренней среды организма (гомеостаза). Достигается это фильтрацией остаточных продуктов азотистого обмена, электролитов, активным транспортом ряда веществ в канальцах. Основная функция почек – это образование мочи.
МОЧЕВЫДЕЛЕНИЕ - процесс образования и выведения мочи; обеспечивает важную функцию организма - поддержание постоянства содержания различных веществ, в частности в крови (водного баланса, осмотического давления, рН и др.), и выведение конечных продуктов обмена веществ. Активное выведение мочи из организма в результате координированной деятельности нервно-мышечного аппарата чашечек, почечных лоханок, мочеточников, мочевого пузыря и мочеиспускательного канала обозначают термином "уродинамика". Количество мочи, выводимое за определенный период времени, называют диурезом.
За сутки у взрослого человека в обычных условиях выделяется 1000-1800 мл мочи. Мочевыделение в течение суток происходит неравномерно. Основная часть (4/5) приходится на дневной период, остальная часть - на ночь.
В почечных клубочках осуществляется фильтрация плазмы крови (кроме крупномолекулярного белка и форменных элементов) и образование первичной мочи. Поступление первичной мочи в почечные клубочки определяется гидростатическим давлением крови в приносящих сосудах, а также избирательной проницаемостью клубочкового эпителия. В почечных канальцах происходят процессы обратного всасывания (реабсорбции) воды, глюкозы, натрия, калия, кальция, хлора и других веществ; в результате образуется конечная моча. Процессы реабсорбции определяются законами осмоса, диффузии и избирательной проницаемостью канальцевого эпителия. Образовавшаяся конечная моча через собирательные трубки попадает в почечные лоханки и поступает в мочевой пузырь.
Снижение мочеобразования может быть вызвано ограничением введения воды в организм, увеличением внепочечного выведения воды через кожу, легкие и т. д., а также снижением поступления в организм солей и уменьшением образования в нем осмотически активных продуктов обмена. При различных заболеваниях мочевыделение колеблется от резкого уменьшения и даже полного прекращения мочевыделения до значительного его повышения.
Потоотделение.
Потоотделение - физиологический процесс у некоторых млекопитающих и человека, сопровождающийся выделением на кожную поверхность тела особой жидкости - пота - продукта деятельности кожных (потовых) желез.
Пот содержит 98-99% воды, мочевину (около 0,1%), мочевую кислоту, креатинин, серин, жиры, летучие жирные кислоты, мыла, холестерин, соли щелочных металлов, парные эфиро-серные кислоты и ароматические оксикислоты.
Потовые железы у человека расположены преимущественно на лице, ладонях, подошвах, в паховых и подмышечных областях. Потовые железы наряду с почками осуществляют удаление из организма продуктов обмена (выделительная функция потовых желез).
Особенно возрастает значение потовых желез как органов выделения при заболеваниях почек. Потовые железы принимают участие в поддержании водно-солевого равновесия в организме. Потовым железам принадлежит также весьма значительная роль в процессах терморегуляции.
Высшие центры потоотделения расположены в коре головного мозга, гипоталамусе и в продолговатом мозге.
Механизм потоотделения. Потовые железы получают иннервацию от симпатических отделов вегетативной нервной системы. Симпатические нейроны, иннервирующие потовые железы, расположены в боковых рогах (от I грудного до II поясничного сегмента) спинного мозга. Характерен сегментарный принцип иннервации потовых желез, т. е. от определенных сегментов спинного мозга отходят волокна к железам определенных отделов тела. Поскольку потовые железы получают симпатическую иннервацию, потоотделение можно наблюдать не только при раздражении терморецепторов поверхности тела, но и при других состояниях, характеризующихся возбуждением так называемой симпатико-адреналовой системы (страх, боль и т. п.).
Потоотделение - процесс образования и выделения потовыми железами на кожную поверхность пота.
Потовые железы располагаются на теле человека неравномерно. Топография потоотделения на кожной поверхности у всех здоровых людей в основном одинакова.
У человека и некоторых животных (обезьяна, лошадь, осел, мул) потоотделение играет значительную роль в терморегуляции. Наличие у человека большого количества потовых желез и отсутствие волосяного покрова на значительной поверхности тела повышают значение потоотделения, как терморегуляционного механизма. Потоотделение участвует также в поддержании водного и солевого баланса организма.
Потоотделение осуществляется в основном рефлекторно. Рецепторы рефлекса потоотделения расположены в коже, внутренних органах и мышцах. Адекватными раздражителями этих экстеро- и интероцепторов являются высокая температура окружающего воздуха, прием горячей и острой пищи, обильный прием жидкости, физическая нагрузка, лихорадка, эмоциональные переживания.
У детей потоотделение и терморегуляция с участием гипоталамуса достигают полного развития лишь на 2—3-м году жизни. Потоотделение происходит постоянно, даже при низкой температуре окружающей среды; с повышением температуры оно возрастает, а при температуре воздуха выше 33° становится главной формой терморегуляции. При комнатной температуре с поверхности тела испаряется 0,5-0,6 л воды в сутки. При высокой температуре воздуха и тяжелой физической работе потоотделение может достигать 10-12 л в сутки. Длительное и постоянное воздействие высоких температур снижает потоотделение; например, у жителей жарких стран кожа при высокой температуре воздуха остается сухой, а терморегуляция осуществляется в основном за счет нервно-рефлекторного уравновешивания теплопродукции и теплоотдачи.
При эмоциональных воздействиях (тревоге, страхе) в первую очередь повышается потоотделение на ладонях и подошвах, особенно на тыльной поверхности кончиков пальцев. Потовые поля на ладони совпадают со скоплением рецепторных аппаратов. Нормальное потоотделение на ладони способствует лучшему осязанию, восприятию, а в ряде случаев и удержанию предмета. На ладонях и подошвах отсутствуют сальные железы, и пот, смазывая кожу, делает ее более эластичной, мягкой и менее ранимой.
Тема 1.7 Терморегуляция
Основные понятия и термины по теме:
Пойкилотермные; гомойотермные; поведенческая терморегуляция; химическая терморегуляция; физическая терморегуляция.
План изучения темы
1. Значение терморегуляции.
1. Температура тела человека.
2. Пути поддержания постоянной температуры тела.
3. Терморегуляция при мышечной работе.
Краткое изложение теоретических вопросов:
Терморегуляция - совокупность физиологических реакций организма, обеспечивающих постоянство температуры тела. Принято считать, что терморегуляция свойственна лишь гомойотермным животным (млекопитающие и птицы), организм которых обладает способностью поддерживать температуру внутренних областей тела на относительно постоянном и достаточно высоком уровне (около 37-38° у млекопитающих и 40-42° у птиц) независимо от изменений температуры окружающей среды.
Тех животных, температура тела которых зависит от температуры среды, относят к пойкилотермным. У человека в норме температура тела, точнее температура так называемого ядра тела (т.е. мозга, крови, внутренних органов), поддерживается на уровне порядка 37°. Физиологический предел колебаний не превышает 1,5°. Изменение температуры крови и внутренних органов на 2-2,5° от нормальных значений приводит к нарушению жизнедеятельности организма. При этом организм человека и многих гомойотермных животных гораздо более устойчив к охлаждению, чем к перегреванию. Температура тела 43-44° у большинства животных и человека несовместима с жизнью. Особенно чувствителен к высокой температуреголовной мозг. Поэтому у млекопитающих, способных переносить высокую температуру тела, имеется сложная система охлаждения мозга, которая обеспечивает снижение его температуры даже на фоне значительного повышения общей температуры тела.
Терморегуляцию тела обычно разделяют на физическую и химическую. Физическая обеспечивает сохранение постоянства температуры тела за счет изменения отдачи тепла организмом путем проведения через кожу (кондукция и конвекция), лучеиспускания (радиация) и испарения воды. Отдача постоянно образующегося в организме тепла регулируется изменением теплопроводности кожи, подкожного жирового слоя - эпидермиса и волосяного покрова (мех). Теплоотдача в значительной мере регулируется динамикой кровообращения в теплопроводящих и теплоизолирующих тканях. С повышением температуры окружающей среды в теплоотдаче начинает доминировать испарение.
Химическая терморегуляция реализуется через обмен веществ и через теплопродукцию таких тканей, как мышцы, печень, бурый жир. Включение химической терморегуляции происходит, когда физическая терморегуляция оказывается недостаточной для поддержания постоянства температуры тела.
Регуляция теплообмена в организме осуществляется с помощью прямого действия нервной системы или через гормоны гипофиза, щитовидной железы и надпочечников, воздействующие на термозначимые органы. Основным центром терморегуляции является Гипоталамус.
Поведенческая терморегуляция заключается в поведении человека, когда он одевает теплую одежду при понижении температуры на улице, чтобы сохранить постоянную температуру тела.
Мышечная работа сопровождается усилением теплообразования: чем больше мощность работы, тем больше тепла образуется в работающих мышцах. Температура тела и кожи повышается. Это облегчает работу. Умеренное увеличение температуры тела повышает функциональные свойства нервных центров, уменьшает вязкость мышц, способствует более эффективному отщеплению кислорода и улучшает снабжение им тканей. Излишки тепла постоянно выводятся из организма, и температура тела поддерживается на оптимальном для работы уровне. Главным механизмом теплоотдачи в этих условиях является потоотделение.
Однако при очень тяжелой работе температура тела может повыситься на столько, что механизмы теплоотдачи не справятся с выведением излишков тепла.
Затруднение теплоотдачи наблюдается при очень высокой температуре и влажности воздуха или излишне теплой одежде.