Раздел № 6. Анатомо-физиологические основы процесса дыхания

тема № 8:Строение и физиология органов дыхательной системы

План:

1.Грудная полость. Органы средостения. Плевра. Плевральная полость.

3.Воздухоносные органы: полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи, бронхиальное дерево – строение стенки, анатомические образования.

4.Анатомическое строение легких. Ацинус.

1.Дыхание, определение. Этапы дыхания. Дыхание в разных условиях, адаптационные изменения.

2.Нервно-рефлекторный и гуморальный механизмы регуляции дыхания. Регуляция дыхания. Дыхательный центр. Роль СО₂ в регуляции дыхания.

3.Механизм вдоха и выдоха. Жизненная емкость легких. Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

1.Грудная полость. Органы средостения. Плевра. Плевральная полость.

Дыхательная система объединяет органы, которые выполняют воздухоносную (полость носа, носоглотка - верхние дыхательные пути, гортань, трахея, бронхи) и газообменную (легкие), функции. Основная функция органов дыхания — обеспечение газообмена между воздухом и кровью путем диффузии кислорода и углекислого газа через стенки легочных альвеол в кровеносные капилляры, участвуют в звукообразовании, определении запаха, выработке некоторых гормоноподобных веществ, в липидном и водно-солевом обмене, в поддержании иммунитета организма.

Характерной особенностью строения дыхательных путей является наличие хрящевой основы в их стенках, в результате чего они не спадаются. Внутренняя поверхность дыхательных путей покрыта мерцательным эпителием. Реснички выводят наружу вместе со слизью и инородные тела.

Средостение представляет собой комплекс органов, расположенных между правой и левой плевральными полостями. Спереди средостение ограничено грудиной, сзади — грудным отделом позвоночного столба, с боков— медиастинальной плеврой. Вверху средостение продолжается до верхней апертуры грудной клетки, внизу — до диафрагмы. Различают два отдела средостения: верхнее и нижнее. В верхнем средостении находятся вилочковая железа, правая и левая плечеголовные вены, верхняя полая вена, дуга аорты , трахея, пищевод, отделы грудного лимфатического протока правого и левого симпатических стволов, проходят блуждающий и диафрагмальный нервы. В нижнем средостении находятся перикард с расположенными в нем сердцем, крупными сосудами, главные бронхи, легочные артерии и вены, лимфатические узлы, нижняя часть грудной аорты, непарная и полунепарная вены, отделы пищевода, грудной лимфатический проток, симпатические стволы и блуждающие нервы.

Плевра— тонкая гладкая серозная оболочка, которая окутывает каждое легкое. Различают висцеральную плевру, которая плотно срастается с тканью легкого и заходит в щели между долями легкого, и париетальную, которая выстилает внутри стенки грудной полости. В области корня легкого висцеральная плевра переходит в париетальную, между париетальной и висцеральной плеврой образуется щелевидное замкнутое пространство — плевральная полость. В этой полости находится небольшое количество серозной жидкости, которая увлажняет листки плевры при дыхательных движениях легких. Площадь париетальной плевры больше, чем висцеральной. Левая плевральная полость длиннее и уже, чем правая.

2.Воздухоносные органы: полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи, бронхиальное дерево – строение стенки, анатомические образования.

Полость носа — это начальный отдел дыхательных путей и орган обоняния. Проходя через полость носа, воздух или охлаждается, или согревается, увлажняется и очищается. Полость носа формируется наружным носом и костями лицевого черепа, делится перегородкой на две симметричные половины. Спереди входными отверстиями в носовую полость являются ноздри, а сзади через хоаны она соединяется с носовой частью глотки. От боковой стенки в просвет каждой половины носа выступают по три выгнутые костные пластинки: верхняя, средняя и нижняя раковины. Они делят полость носа на узкие, соединенные между собой носовые ходы. В каждый носовой ход открываются воздухоносные (околоносовые) пазухи и каналы черепа: отверстия решетчатой кости, клиновидная, верхнечелюстная (гайморова) и лобная пазухи, носослезный канал. Слизистая оболочка носа продолжается в слизистую оболочку околоносовых пазух, слезного мешка, носовой части глотки и мягкого нёба и покрыта реснитчатым эпителием, который содержит большое количество бокаловидных слизистых желез, кровеносных сосудов и нервных окончаний.

В верхней носовой раковине, частично в средней и в верхнем отделе перегородки находятся нейросенсорные (чувствительные) клетки обоняния. Воздух из полости носа попадает в носоглотку, а затем в ротовую и гортанную части глотки и в гортани. В области глотки происходит пересечение пищеварительного и дыхательного путей; воздух сюда может поступать и через рот.

Гортань выполняет функции дыхания, звукообразования и защиты нижних дыхательных путей от попадания в них инородных частиц. Скелет гортани составляют непарные и парные хрящи. К непарным относятся щитовидный, перстневидный хрящи и надгортанник, к парным — черпаловидные, рожковидные и клиновидные хрящи, которые соединяются между собой связками, соединительнотканными мембранами и суставами. Все мышцы гортани делятся на три группы: расширители, суживающие голосовую щель и изменяющие напряжение голосовых связок. В полости гортани различают три отдела: преддверие, межжелудочковый отдел и подголосовую полость. Гортань имеет три оболочки: слизистую, фиброзно-хрящевую и соединительнотканную. Первая покрыта многорядным мерцательным эпителием, кроме голосовых связок. Фиброзно-хрящевая оболочка состоит из гиалиновых и эластичных хрящей они окружены плотной волокнистой соединительной тканью и выполняют роль каркаса гортани. При образовании звука голосовая щель закрыта и открывается только на выдохе. Воздух, поступающий из легких в гортань, вибрирует голосовые связки - фонация. При этом образуются звуки разной высоты и силы. В формировании звука участвуют мышцы гортани, которые суживают и расширяют голосовую щель, звукообразование зависит от состояния резонаторов (полость носа, придаточные пазухи носа, глотка), возраста, пола, функции речевого аппарата. В звукообразовании принимает участие и центральная нервная система. У детей размеры гортани меньше, голосовые связки короче, тембр голоса выше. Размеры гортани могут изменяться в период полового созревания, что ведет к изменению голоса.

Трахея — непарный орган, через который воздух поступает в легкие и наоборот. Трахея имеет форму трубки длиной 9—10 см. Основу трахеи составляют 16—20 гиалиновых хрящевых полуколец, соединенных между собой кольцевыми связками. Трахея начинается на уровне нижнего края VI шейного позвонка, и заканчивается на уровне верхнего края V грудного позвонка. В грудной полости трахея делится (бифуркация) на два главных бронха, которые отходят в правое и левое легкое.

Правый главный бронх имеет более вертикальное направление; он короче и шире левого (инородные тела из трахеи чаще попадают в правый бронх). Длина правого бронха около 3 см, а левого 4—5 см. Внутри трахея и бронхи выстланы слизистой оболочкой с реснитчатым многослойным эпителием, содержащей слизистые железы и одиночные лимфоидные узелки. Снаружи трахея и главный бронх покрыты адвентицией. Главные бронхи (первого порядка) в свою очередь делятся на долевые (второго порядка), а они в свою очередь — на сегментарные (третьего порядка), которые делятся далее и образуют бронхиальное дерево легких. Главные бронхи состоят из неполных хрящевых колец; в бронхах среднего калибра гиалиновая хрящевая ткань заменяется на хрящевую эластическую; в концевых бронхиолах хрящевая оболочка отсутствует.

3. Анатомическое строение легких. Ацинус.

Легкие — главный орган дыхательной системы, который насыщает кислородом кровь и выводит углекислый газ. Правое и левое легкое расположено в грудной полости, каждое в своем плевральном мешке . Внизу легкие прилегают к диафрагме, спереди, с боков и сзади каждое легкое соприкасается с грудной стенкой. Правый купол диафрагмы лежит выше левого, поэтому правое легкое короче и шире левого. Левое легкое уже и длиннее, потому что в левой половине грудной клетки находится сердце, которое своей верхушкой повернуто влево. Верхушки легких выступают выше ключицы на 2—3 см. Нижняя граница левого легкого расположена несколько ниже. В легком выделяют три поверхности: выпуклую реберную, диафрагмальную, медиальную (средостенную). На медиальной поверхности находятся ворота легкого, через которые входят главный бронх, легочная артерия и нервы, а выходят две легочные вены и лимфатические сосуды - корень легкого. Каждое легкое бороздами делится на доли: правое — на три (верхнюю, среднюю и нижнюю), левое — на две (верхнюю и нижнюю), в правом и в левом легком по 10 сегментов, в каждом легком до 1000 долек, в каждой дольке 16-20 ацинусов (структурная единица). Каждое легкое состоит из разветвленных бронхов, которые образуют бронхиальное дерево и систему легочных пузырьков. Вначале главные бронхи делятся на долевые, а затем и на сегментарные, разветвляются на субсегментарные (средние) бронхи, делятся на более мелкие 9—10-го порядка. Бронх диаметром около 1 мм называется дольковым и вновь разветвляется на 18—20 конечных бронхиол. В легких человека 20 000 конечных бронхиол. Дыхательные бронхиолы, а также альвеолярные ходы, альвеолярные мешочки и альвеолы легкого образуют альвеолярное дерево (легочный ацинус) - структурно-функциональная единица легкого, в одном легком 15 000, а площадь дыхательной поверхности всех альвеол — около 80 м². Альвеолы из одного слоя альвеолоцитов вырабатывает поверхносто-активное вещество – «субфактант», препятствует слипанию, очищает от инородных частиц и бактерий. Для кровоснабжения легочной ткани и стенок бронхов кровь поступает в легкие по бронхиальным артериям из грудной части аорты.

4.Дыхание, определение. Этапы дыхания. Дыхание в разных условиях, адаптационные изменения.

Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление во внутренние среды кислорода, использование его для окисления органических веществ и удаления из организма углекислого газа.

Этапы дыхания:

1) внешнее дыхание – транспорт газов к легким и обратно;

2) поступление кислорода воздуха в кровь через альвеолы, а углекислого газа обратно.

3) транспорт кислорода кровью к тканям, а углекислого газа от тканей к легким.

4) Обмен газов между тканями и кровью: кислород перемещается из крови в ткани, а углекислый газ обратно.

5) Тканевое (внутреннее дыхание) – окисление органических веществ с выделением углекислого газа.

ПереносО₂ из альвеолярного воздуха в кровь и СО₂ из крови в альвеолярный воздух происходит исключительно путем диффузии. Движущей силой диффузии является разница парциального давления О₂ и СО₂ по обеим сторонам альвеолокапиллярной мембраны.

Кислород и углекислый газ диффундируют через слой тонкой пленки фосфолипидов (сурфактанта), альвеолярный эпителий, две основные мембраны, эндотелий кровеносного капилляра. Диффузионная способность легких для кислорода значительная. Это обусловлено большим количеством альвеол и их значительной газообменной поверхностью, а также небольшой толщиной (около 1 мкм) альвеолокапиллярной мембраны. Если вентиляция легких недостаточная и в альвеолах увеличивается содержаниеСО₂, то уровень концентрации СО₂ сразу же повышается в крови, что приводит к учащению дыхания. В легких кровь из венозной превращается в артериальную, богатую О₂ и бедную СО₂. Артериальная кровь поступает в ткани, где в результате беспрерывно проходящих процессов используется О₂ и образуется СО₂. В тканях напряжение О₂ близко к нулю, а напряжение СО₂ около 60 мм рт. ст. В результате разности давления СО; из ткани диффундирует в кровь, а О₂ — в ткани. Кровь становится венозной и по венам поступает в легкие, где цикл обмена газов повторяется вновь. Газы очень слабо растворяются в жидкостях. Основная часть транспортируется в форме непрочного соединения гемоглобина, который содержится в эритроцитах. В молекулу этого дыхательного пигмента входят специфический белок — глобин и простетическая группа — гем, которая содержит двухвалентное железо. При присоединении кислорода к гемоглобину образуется оксигемоглобин, а при отдаче кислорода — дизоксигемоглобин. В крови человека содержится около 15 % гемоглобина, то 100 мл его крови могут перенести до 21 мл О₂. Это так называемая кислородная емкость крови.

Гемоглобин особенно легко соединяется с угарным газом СО (оксид углерода) с образованием карбоксигемоглобина, не способного к переносу О₂. Его химическое сродство к гемоглобину почти в 300 раз выше, чем к О₂.. Вследствие этого в организме человека возникают симптомы кислородного голодания (рвота, головная боль, потеря сознания). Легкая степень отравления угарным газом является обратимым процессом: СО постепенно отщепляется от гемоглобина и выводится при дыхании свежим воздухом.

При концентрацииСО, равной 1 %, через несколько секунд наступает гибель организма. Углекислый газ обладает способностью вступать в разные химические связи, образуя в том числе и нестойкую угольную кислоту. Углекислый газ транспортируется к легким в физически растворенном виде и в непрочном химическом соединении в виде карбогемоглобина, угольной кислоты и бикарбонатов калия и натрия. Около 70 % его находится в плазме, а 30 % — в эритроцитах.

Кислородная недостаточность гипоксия. Дыхание изменяется при повышенном или пониженном атмосферном давлении.

Так, при работе под водой на глубине (водолазы, акванавты) необходимо доставить дыхательную смесь, которая бы соответствовала гидростатическому давлению на данной глубине, иначе дыхание будет невозможным. При быстром переходе от повышенного давления к нормальному в организме человека образуется много газовых пузырьков из азота, которые закупоривают капилляры и нарушают кровообращение. Постепенное снижение давления в декомпрессионной камере способствует выведению азота через легкие. Для предупреждения отрицательного влияния азота на организм человека азот полностью или частично заменяют гелием, плотность которого в 7 раз меньше, чем у азота.

Нахождение человека на больших высотах сопровождается снижением парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе и альвеолярном газе. Так, на высоте 4000 м над уровнем моря давление атмосферное О₂ и альвеолярное О₂ снижается более чем в 1,5 раза в сравнении с нормой. При этом у человека может наблюдаться гипоксия (головная боль, тошнота, бессонница) и др. Индивидуальная устойчивость организма человека в полной мере зависит от его адаптации. Однако на высоте 7000—8000 м, где давление падает почти втрое, дыхание считается небезопасным для жизни без употребления газовой смеси с кислородом.

5.Нервно-рефлекторный и гуморальный механизмы регуляции дыхания. Регуляция дыхания. Дыхательный центр. Роль СО₂ в регуляции дыхания.

Координированные сокращения дыхательных мышц обусловлены ритмичной деятельностью нейронов дыхательного центра, который находится в продолговатом мозгe. Дыхательный центр регулирует частоту дыхания автоматически, выделяют два отдела: инспираторный (центр вдоха) и экспираторный (центр выдоха). Активность дыхательных нейронов зависит от импульсов, исходящих от хемо-и механорецепторов дыхательной системы. Основным регулятором активности центрального дыхательного механизма является сигнализация о газовом составе крови, которая поступает от центральных (бульбарных) и периферических (артериальных) хеморецепторов.

Главный стимул, который управляет дыханием, — высокое содержание СО₂ (гиперкапния) в крови и в неклеточной жидкости мозга. Чем сильнее возбуждение бульбарных хемо-чувствительных структур и артериальных хеморецепторов, тем выше происходит вентиляция. Незначительное влияние на регуляцию дыхания оказывает гипоксия. Стимулирует дыхание сочетание гиперкапнии и гипоксии; интенсификация окислительных процессов ведет не только к увеличению поглощения из крови кислорода, но и к возрастанию в ней углекислого газа и кислых продуктов обмена.

Механорецепторы дыхательной системы, участвуют в регуляции глубины вдоха и его продолжительности; во-вторых, эти рецепторы являются рецепторами рефлексов защитного характера — кашля. К механорецепторам относятся рецепторы растяжения легких, рецепторы верхних дыхательных путей и проприорецепторы дыхательных мышц. Эти рецепторы чувствительны к ряду биологически активных веществ (никотину, гистамину и др.). Рецепторы верхних дыхательных путей являются в основном источником защитных рефлексов (кашель, чиханье, глотание). Проприорецепторы дыхательных мышц контролируют деятельность этих мышц под влиянием центральных дыхательных нейронов.

Таким образом, важную роль в регуляции дыхания играет дыхатель­ный центр, кора полушарий головного мозга и газовый состав крови. Уг­лекислый газ в крови, оказывает возбуждающее действие на клетки дыхательного цент­ра и раздражает рецепторы в сосудах. Повышение концентрации углекислого газа вызывает учащение и углубление ды­хательных движений.

6.Механизм вдоха и выдоха. Жизненная емкость легких. Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Частота дыхания (ЧД) в покое 14-18 (16-20)в минуту. К мышцам вдоха относят диафрагму, наружные межреберные мышцы, мышцы поднимающие ребра. Мышцы выдоха внутренние межреберные, подреберные, поперечная мышца груди, задняя нижняя зубчатая мышца.

При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и диафрагма. Сокращаясь, межреберные мышцы приподнимают передние концы ребер, передне-задний размер грудной клетки увеличивается. При сокращении диафрагмы ее купол уплощается, вертикальный размер грудной клетки увеличивается. Легкие пассивно следуют но время вдоха и выдоха за ее движущимися стенками, так как в плевральной полости давление ниже атмосфер­ного. В легких создается разряжение, и атмосферный воз­дух засасывается в легкие. При расслаблении дыхательных мышц передние кон­цы ребер опускаются, купол диафрагмы поднимается, объем грудной клетки, а следовательно и легких, умень­шается и воздух выходит наружу. При глубоком выдохе принимают участие мышцы живота и другие мышцы. Выделяют два типа дыхания – грудной (женщины) и брюшной (мужчины)

Человек в состоянии покоя вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха. Этот объем воздуха называется дыхательным объемом (ДО). Объем воздуха проходящий через легкие за минуту – минутный объем легких (МОД) – 8-9 литров. Если после спокойного вдоха сделать усиленный дополнительный вдох, то в легкие может поступить еще 1500 мл воздуха. Такой объем называют резервным объемом вдоха. После спокойного выдоха можно выдохнуть еще 1500 мл воздуха - резервного объема выдоха. После максимального выдоха в легких остается около 1200 мл воздуха — остаточный объем. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — это в сумме дыхательный объем воздуха, резервный объем вдоха и резервный объем выдоха (500 + 1500 + 1500) в среднем 3500-4500мл. - измеряют при помощи специального прибора — спирометра (или спирографа). Зависит от развития грудной клетки, тренировка, упражнения.

Человек дышит атмосферным воздухом, который содержит 20,04% кислорода, 0,03% углекислого газа и 79,03% азота и других газов, а выды­хает воздух, в котором содержится 16,3% кислорода, 0,4% углекислого газа, 79,7% азота и других газов. Азот и дру­гие газы, входящие в состав воздуха, в дыхании участия не принимают.