Общая характеристика дыхательной системы. Основная функция системы дыхания. Защитные свойства дыхательных путей. Оценка функционального состояния системы дыхания.
Общая характеристика системы дыхания
1. Понятие процесса – дыхание
Дыхание – совокупность организменных процессов, обеспечивающих газообмен между организмом и внешней средой. При этом из внешней среды в организм поступает кислород, необходимый для осуществления всех обменных процессов, а из организма выделяется углекислый газ, являющийся конечным продуктом обмена веществ.
Без дыхания жизнь невозможна. Так без кислорода головной мозг погибает через 5 мин, сердце – через 18 мин, другие органы более устойчивы (до 45мин).
Для млекопитающих в основном присуще легочное дыхание, на долю кожного дыхания приходится до 1% (у лошадей при нагрузке до 8%).
Аппарат дыхания представлен: верхними дыхательными путями (носовая полость и гортань) и нижними дыхательными путями (трахея, бронхи, бронхиолы и альвеолы).
Функции дыхания:
газообмен между организмом и внешней средой;
защитная (от микробов, пыли, вредных газов, горячего или холодного воздуха);
поддержание кислотно-щелочного равновесия организма;
терморегуляторная и др.
Дыхание включает в себя пять процессов:
внешнее дыхание – газообмен между легкими и внешней средой;
легочной газообмен – осуществляется между газами в альвеолах легких и притекающей к ним кровью;
транспорт кислорода и углекислого газа кровью;
обмен газов между кровью и тканями;
тканевое (внутриклеточное) дыхание.
2. Внешнее дыхание
Легочное дыхание протекает посредством двух процессов: вдоха и выдоха.
Легкие не имеют в своем составе мышечной ткани, участвующей в процессе дыхания, поэтому вдох и выдох происходят со стороны легких пассивно, за счет:
· изменения объема грудной полости при движениях мышц экспираторов и инспираторов;
· изменения давления в грудной полости.
Грудная полость и ее роль в процессе дыхания.
Грудная полость это пространство, ограниченное грудной клеткой и диафрагмой. Изнутри грудная полость выстлана париетальным листком плевры. Легкие и другие органы выстилаются висцеральным листком плевры. Между висцеральным и париетальным листком плевры расположена плевральная полость – узкая щель шириной 5-10мкм, содержащая небольшое количество серозной жидкость, предохраняющей органы от трения.
Давление в плевральной полости отрицательное, т.е. ниже атмосферного и составляет 745-754 мм рт.ст. (атмосферное 760 мм рт.ст.). В результате этого легкие находятся в расправленном состоянии и изменяют свой объем в зависимости от объема грудной клетки. Если в плевральную полость попадет воздух (пневмоторакс) и давление в ней сравняется с атмосферным, легкие спадутся (ателектаз).
Механизм вдоха и выдоха
Вдох (инспирация) совершается активно. При этом сокращаются мышцы-инспираторы, ребра отводятся назад и в стороны, сокращается мускулатура диафрагмы и ее купол становится конусообразным. При этом увеличивается объем грудной полости, давление в ней еще больше понижается, из внешней среды засасывается воздух и альвеолы расширяются.
Выдох (экспирация) происходит преимущественно пассивно. При этом расслабляются все принимавшие участие во вдохе мышцы, ребра оттягиваются назад, купол диафрагмы становится выпуклым и объем грудной клетки уменьшается. При этом давление в грудной полости несколько повышается и грудная клетка, равномерно сдавливая легкие, выжимает из них воздух. Кроме того, легкие обладают эластической тягой, т.е. постоянно стремятся уменьшить свой объем. Полному спадению альвеол при выдохе препятствует пленка на их поверхности из нерастворимого в воде фосфолипида - сурфактана, который стабилизирует поверхностное натяжение и не допускает слипание альвеол. При форсированном выдохе происходит сокращение внутренних межреберных, задних нижних зубчатых и брюшных мышц (активный выдох).
В норме выдох более продолжителен, чем вдох. Соотношение вдоха к выдоху у здоровых животных (КРС) составляет 1:1,2.
Для регистрации дыхательных движений применяют метод реопневмографии.
3. Типы и частота дыхания
В зависимости от преобладания каких либо мышц при дыхании различают типы дыхания:
Грудной (реберный) тип – преобладают грудные мышцы (у мелких животных, при болезнях органов пищеварения, при беременности в последнюю стадию).
Брюшной тип – преобладают сокращения диафрагмы и брюшных мышц (при болезнях органов грудной полости).
Смешанный тип– в норме у всех животных, особенно крупных.
Частота дыхания – количество дыхательных циклов (вдох-выдох) в 1 минуту. Зависит от вида, возраста, физиологического состояния, условий окружающей среды и др.
У лошадей 9-12 дв./мин у коз 9-18
жеребят 14-15 -козлят 12-20
у КРС 10-30 у свиней 8-18
телят 37-56 у собак 10-18
у овец 8-20 - щенков 20-22
ягнят 15-18 у кошек 10-25
у мыши до 200 у морских свинок 100-150
у кроликов 50-60 у кур и голубей 20-40
Легочные объемы
Объем воздуха, который вдыхается без всякого усилия после спокойного выдоха в состоянии покоя называется дыхательным объемом. У крупных животных он равен 5-6л, у человека 0,5л.
Воздух, который можно дополнительно вдохнуть после нормального вдоха называется дополнительным объемом (воздухом).
Воздух, который можно максимально выдохнуть после нормального выдоха (при чихании) называется резервным объемом.
Дыхательный, дополнительный и резервный объемы воздуха составляют жизненную емкость легких (ЖЁЛ). У собак ЖЁЛ 1,5-3л, у лошадей – 26-30л, у КРС – 30-35л.
ЖЁЛ зависит от вида, пола, возраста, физиологического состояния и натренированности животного.
После максимального выдоха в легких остается остаточный объем воздуха (у крупных животных около 10л у человека около 1л).
Сумма ЖЁЛ и остаточного объема составляет общую ёмкость легких.
Сумма остаточного и резервного объемов воздуха называется функциональной остаточной емкостью или альвеолярным воздухом.
4. Легочная вентиляция.
Вентиляция легких – это обновление газового состава альвеолярного воздуха.
Альвеолярный воздух остается в легких после спокойного выдоха. В норме при вдохе в легкие поступает около 70% вдыхаемого воздуха. Остальные 30% остаются в верхних дыхательных путях и участия в газообмене не принимают.
Отношение вдыхаемого воздуха к альвеолярному называют коэффициентом легочной (альвеолярной) вентиляции.
Количество воздуха, проходящего через легкие за 1 мин, называют минутным объемом легочной вентиляции.
Объем легочной вентиляции несколько меньше количества крови, протекающей через малый круг кровообращения в единицу времени. В области верхушек легких альвеолы вентилируются меньше, чем у основания, прилегающего к диафрагме. П.э. в области верхушек легких вентиляция относительно преобладает над кровотоком.
Роль верхних дыхательных путей в дыхании и защитные дыхательные рефлексы
Верхние дыхательные пути не принимают непосредственного участия в газообмене, п.э. их называют вредным или мертвым пространством.
Функции верхних дыхательных путей:
1. Терморегуляционная. Слизистая оболочка верхних дыхательных путей очень хорошо кровоснабжается, п.э. попадающий сюда холодный или горячий воздух быстро принимает температуру тела.
2. Защитная. Слизистая оболочка дыхательных путей имеет большое количество бокаловидных клеток, вырабатывающих слизь, которая увлажняет воздух и к которой прилипают инородные частицы, попадающие с вдыхаемым воздухом. Ворсинки мерцательного эпителия верхних дыхательных путей колеблются по направлению к носовым отверстиям, и выталкивают инородные частицы из органов дыхания.
Раздражение рецепторов носовой полости вызывает защитные рефлекторные акты чихание и фырканье, а рецепторов глотки, гортани, бронхов и альвеол – кашель. Нервные центры данных защитных дыхательных рефлексов расположены в продолговатом мозге.
Кроме того, при раздражении ирритантных рецепторов стенок бронхов и бронхиол химическими веществами, пылью, едкими веществами или гистамином возникает сужение бронхиол и даже их спазм (при бронхиальной астме).
5. Легочной газообмен
Чистый атмосферный воздух содержит:
кислород – 20,82%;
углекислый газ – 0,03%;
азот – 79,03%
Выдыхаемый воздух содержит альвеолярный воздух и воздух мертвого пространства, п.э. по составу близок к атмосферному:
кислород – 16,3%;
углекислый газ – 4%;
азот – 79,7%
Альвеолярный воздух содержит:
кислород – 14,2-14,3%;
углекислый газ – 5,62%;
азот – 80,48%
По сосудам малого круга кровообращения венозная кровь поступает в легочные капилляры, плотно прилегающие к альвеолам. Поверхность соприкосновения поверхности альвеол с капиллярами более чем в 100 раз превышает поверхность тела. Кислород альвеолярного воздуха растворяется в сурфактанте, диффундирует через эндотелий альвеол и базальные мембраны (альвеолярную и сосудистую) и через эндотелий кровеносных капилляров. Углекислый газ совершает обратный путь.
Давление одного газа в газовой смеси называют парциальным. Вычисляется оно по формуле:
р = Р х а / 100, где
р – парциальное давление газа;
Р – общее давление газовой смеси за вычетом давления водяных паров (-47мм рт.ст. для выдыхаемого воздуха);
а – содержание газа в объемных процентах.
Например: если атмосферное давление 760мм рт.ст., то давление в альвеолах будет на 47мм меньше, т.е. составит 713 мм рт.ст. а содержание кислорода составляет 14,3%, следовательно, парциальное давление кислорода будет составлять 102мм рт.ст.
Парциальное давление газов в альвеолярном воздухе ниже, чем в атмосферном, из-за присутствия в нем водяных паров (около 47мм рт.ст. при нормальной температуре тела).
В крови растворенные газы создают напряжение газов (понятие аналогичное парциальному давлению). Оно зависит от кровяного давления и содержания газов в крови. В венозной крови напряжение кислорода меньше по сравнению с парциальным давлением кислорода в альвеолах, а углекислого газа, наоборот – больше. Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью осуществляется по законам осмоса и диффузии, т.е. газы перемещаются из зоны более высокого давления в область более низкого, и венозная кровь становится артериальной.
Углекислый газ и кислород имеют больший коэффициент растворимости в крови, чем инертные газы (азот и др.) п.э. при нормальном атмосферном давлении они не поступают в кровь, несмотря на высокое парциальное давление. Однако, при повышении атмосферного давления (при глубоководном погружении) инертные газы могут растворяться в крови и при последующем резком понижении атмосферного давления азот в крови из растворенного состояния переходит в газообразное (кессонная болезнь).