Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха
Физиология дыхания.
Организм существует за счет энергии, которая поступает вместе с питательными веществами. В организме эти питательные вещества окисляются, и выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Кислород необходим для организма постоянно, и углекислый газ должен выделяться из организма тоже постоянно. Поэтому дыхание является жизненно необходимым процессом жизнедеятельности. Без пищи человек может прожить 60 дней, без воды 2-3 дня, а без воздуха 3 мин. Различают несколько этапов дыхания:
1. Транспорт воздуха из внешней среды в легкие, а из легких во внешнюю среду – называется вентиляция легких.
2. Обмен газов между альвеолами и кровью малого круга кровообращения.
3. Транспорт газов кровью
4. Обмен газов в тканях.
5. Клеточное или тканевое дыхание.
Система дыхания состоит из воздухоносных путей и легких.
1. К дыхательным или воздухоносным путям относится полость носа, носоглотка, гортань, трахея, брони.
2. Легкие
3. Дыхательные мышцы
4. Дыхательные центры
5. Дыхательные нервы, которые выходят из дыхательных центров и иннервируют дыхательные мышцы.
Морфофункциональной единицей легких является Ацинус. Объем воздуха в легких 150 мл3. Этот воздух воздухоносных путей не участвует в газообмене и поэтому их называют мертвым пространством. Но здесь происходит:
1. Очищение воздуха, за счет ворсинок задерживаются частички пыли.
2. Согревание за счет густой сети капилляров
3. Увлажнение за счет слизи
4. Обезвреживание за счет лизоцима. Объем воздухоносных путей можно определить на трупе путем заливки воздухоносных путей гипсом, затем этот слепок погружают в воду, и по объему вытесненной воды определяют объем мёртвого пространства.
Внешнее дыхание.В среднем человек делает 16-20 дыхательных движений в мин., у новорожденных от30до70. Легкие покрыты пленкой, которая называется плеврой.
Давление в плевральной полости.В плевральной полости находится жидкость, которая по составу сходна с лимфой, но там отсутствуют белки, т.к. белки притягивают воду. И поэтому воды в плевральной полости очень мало. В плевральной щели давление всегда отрицательное, это отриц. давление обеспечено эластической тягой легких. При спокойном выдохе давление равно 3 мм рт.ст., при спокойном вдохе -6мм рт.ст.; при глубоком вдохе -20мм рт.ст. На легкие действует сила давления и эластическое сопротивление легких связано с поверхностно активным веществом Сурфанктантом. Он выстилает поверхность альвеол тонким слоем. Функция сурфанктанта препятствовать перерастяжению и спадению легких. Сила поверхностного натяжения обеспечивает эластическую тягу легких, она обусловлена 3-мя факторами:
1. Наличие эластических волокон
2. Тонус бронхиальных мышц
3. Наличие сурфа ктанта.
Сурфактант образован пневмоцитами второго типа и синтез контролируется блуждающим нервом. Перерезка вагуса угнетает продукцию сурфакнтанта. Это может быть причиной слипания легких и может повлечь за собой летальный исход. Если нарушить целостность плевральной полости, то в плевральную полость может попасть воздух – это называется пневмоторакс. Он бывает односторонний или двухсторонний. Двухсторонний пневмоторакс не совместим с жизнью, а если туда попадет кровь – это называется гемоторакс.
Механизм вдоха и выдоха. Вдох и выдох – это дыхательный цикл. Вдох – это инспирация, выдох – экспирация. Во время дыхательного цикла происходит передвижение воздуха, что сопровождается попеременным увеличением и уменьшением объема грудной клетки. В акте дыхания легкие принимают пассивную роль, активными являются дыхательные мышцы. Пассивную роль легких доказал ученый Дондерс.
Механизм вдоха. Он бывает спокойный и глубокий. Спокойный вдох – в нем принимает участие основные дыхательные мышцы:
1. Диафрагма. Во время спокойного вдоха диафрагма уплощается, т.е. становится плоской
2. Межреберные мышцы. Они приподнимают ребра.
3. Наружные межхрящевые мышцы. Они тоже участвуют в приподнимании ребер. Давление в плевральной полости становится -6мм рт.ст. Кол-во воздуха, которое попадает в легкие в среднем 500мл.
Спокойный выдох –основные дыхательные мышцы: диафрагма, наружные межреберные и наружные межхрящевые мышцы – расслабляются. Происходит спокойный выдох, давление в плевральной щели становится -3мм рт.ст.
Глубокий вдох. В механизме глубокого вдоха принимает участие:
1.Основные мышцы: диафрагма. Во время глубокого вдоха диафрагма опускается вниз на 1-1,5 см. наружные межреберные и межхрящевые мышцы сокращаясь, придают ребрам горизонтальное положение.
2.Дополнительные мышцы: мышцы груди и спины: большая и малая грудная оттягивают грудину вперед, а мышцы спины, такие как лестничная, ромбовидная, трапециевидная, поднимающая лопатку оттягивают ребра назад. Объем грудной полости увеличивается в передне-заднем и боковых направлениях. При этом в легкие может попасть до 4-5 литров воздуха. А в плевральной щели давление становится более отрицательным до -20 мм рт.ст.
3. Глубокий выдох. В нем принимает участие основные мышцы: диафрагма. Во время глубокого выдоха диафрагма прогибается во внутрь на 1-1,5 см т.к. мышцы брюшной стенки сокращаясь давят на внутренние органы, а они давят на диафрагму, поэтому диафрагма прогибается во внутрь. Наружные межреберные и межхрящевые мышцы сокращаясь опускают ребра и придают им более вертикальное положение. Дополнительные мышцы: большая и малая мышцы сокращаясь втягивают грудину вовнутрь. Мышцы спины сокращаясь также учувствуют в уменьшении объема грудной полости и происходит глубокий выдох. Дыхания обеспечивается за счет работы мышц. Различают брюшной тип дыхания – он в основном у мужчин, за счет изменения диафрагмы, и грудной тип дыхания, он в основном у женщин за счет сокращения дыхательных мышц. Нормальное дыхания называется эйпноэ, учащение дыхания – тахипноэ, урежение – брадипноэ, отдышка – диспноэ. Частота дыхания за 1 мин – 16 дыхательных движений. Важным показателем является объем легочной вентиляции.
Дыхательные объемы:
1. ЖЕЛ ( жизненная емкость легких) – то кол-вовоздуха, которое можно максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха. У мужчин 4-5л, у женщин 3-4л. ЖЕЛ зависит от пола, возраста, и роста, тогда это будет называться должное ЖЕЛ. ЖЕЛ состоит из 3-х объемов:
1) дыхательный объем(ДО) – то кол-во воздуха, которое можно спокойно выдохнуть, после спокойного вдоха. Он равен 300-800мл( в среднем 500).
2) резервный объем вдоха – это то кол-во воздуха, которое можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. Он равен 2-2500 мл.
3) резервный объем выдоха – это то кол-во воздуха, которое можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха, он равен 1500мл.
ЖЕЛ=ДО + резервный объем вдоха + резервный объем выдоха
4) остаточный объем– это то кол-во воздуха, которое остается в легких после глубокого выдоха, он равен 1000-1200мл.
5) общая емкость легких. Определяется по формуле ЖЕЛ+ остаточный объем.
6) минутный объем дыхания(МОД). Определяется по формуле:
Частота дыханий(16) *ДО(600)=9600. МОД увеличивается при физической нагрузке за счет глубины и частоты дыхания. У детей за счет частоты. МОД отражает легочную вентиляцию, но существует и альвеолярная вентиляция. Это альвеолярная вентиляция есть разность между легочной вентиляцией и вентиляцией мертвого пространства. Чтобы обмен газов в альвеолах был достаточным для организма, необходимо чтобы альвеолярная вентиляция соответствовала кровотоку в малом кругу кровообращения. Тогда обмен газов будет нормальным и коэффициент называется вентиляционный перфузионный коэффициент, он равен 0,8. Существует альвеолы с недостаточным кровообращением, тогда газообмен будет нарушен.
Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха.
| О2 | СО2 | Азот и др. газы | |
| Вдыхаемый воздух | 20,93 | 0,3 | 78,77% |
| Выдыхаемый воздух | 16% | 4,5 | 79,5% |
| Альвеолярный воздух | 14% | 5,5 | 80,5% |
Как видно из таблицы, разница идет у выдыхаемого воздуха и альвеолярного по СО2. Альвеолярный воздух – это и есть внутренняя газовая среда организма и от состава альвеолярного воздуха зависит состав артериальной крови и состояние целого организма. Газообмен в легких осуществляется в результате разницы парциального давления в газах и в крови. Парциальное давление – это сила, с которой газ стремиться пройти через полупроницаемую мембрану из области высокого показателя в область низкого показателя. Газ находится в газовой смеси. Газовая смесь – это О2, СО2, Азот и др. газы. Сила движения газа зависит от его напряжения, т.е. кол-ва газов в газовой смеси. Если напряжение газа пропорционально давлению, это говорит о том что растворенный в жидкости газ находится в равновесии с газом над жидкостью. А если напряжение газа в газовой смеси выше, то этот газ по показателю парциального давления будет стремиться из газовой смеси в жидкость, т.е. в кровь, и газ будет растворяться в крови. Известно, что газы в крови находятся в 2-х состояниях, в химически связанном и в свободном. В диффузии участвуют газы, находящиеся в состоянии простого физического растворения. Основная сила перехода О2 и СО2 – это разность парциального давления в альвеолах воздуха и в крови. Причины диффузии:
1. Проницаемость тканей
2. Скорость кровотока. Если напряжение увеличивается, то происходит движение, т.е. диффузия.
Парциальное давление