Раздел 3. Физиология дыхания
Дыхание – это совокупность процессов, благодаря которым организм потребляет кислород из окружающей среды и выделяет углекислый газ.
Этапы дыхания:
1.Внешнее дыхание (вентиляция легких) – обмен газов между атмосферным воздухом и альвеолярным, легочная вентиляция.
2.Диффузия газов в легких – обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью в капиллярах легких.
3.Транспорт газов кровью.
4.Диффузия газов в тканях – обмен газов между кровью и тканями.
5.Тканевое дыхание.
Обеспечение тканейО2 и удаление из организмаСО2 зависит от четырех процессов:
Вентиляции легких.
Диффузии газов в альвеолы и ткани из крови и в кровь.
Перфузии легких кровью (интенсивность кровотока в легких).
Перфузии тканей кровью.
Часть 1. Внешнее дыхание
В обеспечении вентиляции легких участвуют три анатомо-физиологических образования:
1) воздухоносные пути;
2) легочная ткань;
Грудная клетка.
Воздухоносные пути.
Верхняя часть воздухоносных путей представлена полостью носа и носоглотки.
В легких воздухоносные пути (ВП)рассматриваются как ряд дихотомических трубок. В легком человека насчитывают 23 генерации бронхиального дерева.
Первые 16 относятся к проводящей зоне трахеобронхиального дерева, 7– транзиторной и респираторной зоне.
Общая площадь поперечного сечения воздухоносных путей и их объем постепенно увеличиваются.
Функции воздухоносных путей.
Кондиционирование воздуха.
Проведение потока воздуха.
Иммунная защита.
Кондиционирование воздуха.
Полость носа и носоглотки.
Посторонние частицы более 10-15 мкм задерживаются волосами преддверия носа и слизистой носовых ходов и носоглотки. Здесь происходит эффективное согревание воздуха за счет хорошего кровоснабжения слизистых оболочек, а так же увлажнение воздуха.
Трахея, бронхи.
Происходит дальнейшее увлажнение воздуха. На слизистой этих образований осаждаются частицы менее 10 мкм, которые со слизью перемещаются в сторону входных/выходных ворот дыхательной системы.
Осаждение частиц происходит за счет слизи, которая в виде пленки (толщина 5-10 мкм), располагается на слизистой островками.
Трахея и бронхи имеют механизм самоочищения - мукоцилиарный транспорт. Он обеспечивается мерцательными ресничками, которые скоординированно, однонаправленно перемещают слизь в сторону входных/выходных ворот дыхательной системы.
Бронхиолы и альвеолы.
Очищение потока осуществляется альвеолярными макрофагами, клетками Клара, сурфактантом.
Альвеолярные макрофаги.
Альвеолярные макрофаги фагоцитируют погибшие клетки, микроорганизмы, мелкие пылевые частицы, мигрируют вверх по ВП.
Клетки Клара.
Участвуют в инактивации токсинов, за счет цитохрома Р450, в образовании сурфактанта.
Сурфактант.
- предотвращает контакт эндотелия альвеол с инородными частицами, микробами;
- обволакивает чужеродные частицы;
- опсонизирует микробные антигены.
Проведение потока воздуха.
Воздухоносные пути (ВП) не спадаются. Их просвет постоянно изменяется в соответствии с ситуацией и это вызывает изменение потока проходящего по ним воздуха.
Поток воздуха, идущий по трахее, имеет ламинарный характер, в районе бифуркации трахеи возникают в норме признаки турбулентности. Характер потока в нижележащих отделах, особенно в местах разветвления, можно охарактеризовать как промежуточный. Тип потока воздуха в различных частях ВП зависит от скорости движения воздуха.
Иммунная защита.
В собственном слое слизистой оболочки в значительном количестве имеются различные иммунокомпетентные клетки.
На поверхность слизистой дыхательных путей выделяется секреторный IgA, который препятствует прикреплению чужеродного антигена к слизистой, нейтрализует некоторые антигены.
При проникновении антигена возникает двухфазный иммунный ответ, направленный на нейтрализацию и элиминацию антигена.
Взаимодействие грудной клетки и легких.
Грудная клетка и легкие разделены плевральной полостью, которая представляет собой герметичную щель, содержащую небольшое количество жидкости (5 мл). Объем грудной клетки больше, чем объем легких. Поэтому легкие все время растянуты.
Степень растяжения легких определяется транспульмональным давлением.
Транспульмональное давлениеэто разница между давлением в легких (альвеолах) и плевральной полости. В области диафрагмы это давление обозначается кактрансдиафрагмальное.
При этом в легких постоянно действует сила, стягивающая их, которая получила название «эластическая тяга легких».
Эластическая тяга легких зависит не только от эластичности легких, но, в значительной степени, и от силы поверхностного натяжения жидкости (слизи), покрывающей альвеолы.
Жидкость покрывает огромную поверхность альвеол и за счет силы поверхностного натяжениякак бы стягивает их (альвеолы).
В реальных условиях сила поверхностного натяжения альвеолуменьшается за счет вырабатываемого в легких вещества сурфактанта.
Сурфактант существенно, в 6 раз, снижает поверхностное натяжение в альвеолах.
Это позволяет альвеолам находиться в расправленном состоянииине спадаться при выдохе.
Благодаря этому, легкие становятся более растяжимыми и не спадаются в процессе дыхания.
Эластичная тяга легких создает отрицательное давление в плевральной полости. При выдохе оно равно - 6 мм.рт.ст.
На высоте вдоха давление в плевральной полости становится еще более отрицательным - 10 мм.рт.ст.
Увеличение отрицательного давления в плевральной полости является не причиной, а следствием расширения легких.
Понятие о пневмотораксе.
Попадание воздуха в плевральную полость из вне (открытый пневмоторакс) или из полости легких (закрытый пневмоторакс) уравновешивает давление в плевральной полости с атмосферным и легкое за счет эластической тяги спадается.
У человека в связи с особенностями грудной полости происходит спадение одного легкого.
Легкие – максимально приспособлены для газообмена. Наличие газообмена между легкими и кровью постоянно требует обновления воздуха в легких (альвеолярный воздух), так как в противном случаи газовый состав воздуха будет постоянно изменяться в сторону снижения концентрации О2 и накопления СО2.
Вентиляция легких
Вентиляция легких,т.е. обмен газов между внешней средой и альвеолярным воздухом обеспечивается за счет вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация).
Вдох (инспирация) и выдох (экспирация)характеризуются:
- глубиной вдоха и выдоха;
- частотой дыхания.
Выделяют два вида дыхательных движений:
- спокойный вдох и спокойный выдох;
- форсированный вдох и форсированный выдох.
Для нормального газообмена в атмосфере с обычным газовым составом здоровому взрослому человеку в спокойном состоянии необходимо совершать 14-18 дыхательных движений в минуту (норма частоты дыхания), при длительности вдоха 2 с., объемной скорости вдоха 250 мл/с.