Сущность дыхания. Внешнее дыхание. Механизм вдоха и выдоха. Типы и частота дыхания у животных разных видов. Значение верхних дыхательных путей
Внешние показатели системы дыхания. Жизненная и общая ёмкость лёгких. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью. (Газообмен в лёгких)
Внешнее дыхание — газообмен между организмом и окружающим его атмосферным воздухом. Внешнее дыхание включает обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом, а также газообмен между кровью легочных капилляров и альвеолярным воздухом.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — объем воздуха, который может выдохнуть человек при максимально глубоком медленном выдохе, сделанном после максимального вдоха.
Величина жизненной емкости легких человека составляет 3-6 л. В последнее время в связи с внедрением пневмотахографической техники все чаще определяют так называемую форсированную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ). При определении ФЖЕЛ испытуемый должен после максимально глубокого вдоха сделать максимально глубокий форсированный выдох. При этом выдох должен производиться с усилием, направленным на достижение максимальной объемной скорости выдыхаемого воздушного потока на протяжении всего выдоха. Компьютерный анализ такого форсированного выдоха позволяет рассчитать десятки показателей внешнего дыхания. Состав альвеолярного воздуха значительно отличается от состава атмосферного, вдыхаемого воздуха. В нем меньше кислорода (14,2%) и большое количество углекислого газа (5,2%).
Почему в выдыхаемом воздухе кислорода содержится больше, чем в альвеолярном? Объясняется это тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух, который находится в органах дыхания, в воздухоносных путях.
Весь процесс находится под контролем головного мозга. В продолговатом мозге есть специальный центр регуляции дыхания. Реагирует он на наличие углекислого газа в крови. Как только его становится меньше, центр по нервным путям посылает сигнал диафрагме. Происходит процесс ее сокращения, и наступает вдох. При повреждении дыхательного центра больному вентилируют легкие искусственным путем. Кислород, поступивший в альвеолы, проникает в стенки капилляров. Это происходит потому, что в крови и воздухе, содержащимся в альвеолах, давление разное. Венозная кровь имеет меньшее давление, чем воздух альвеол. Поэтому кислород из альвеол устремляется в капилляры. Давление же углекислого газа меньше в альвеолах, чем в крови. По этой причине из венозной крови углекислый газ направляется в просвет альвеол.
В крови имеются специальные клетки – эритроциты, содержащие белок гемоглобин. Кислород присоединяется к гемоглобину и путешествует в таком виде по организму. Кровь, обогащенная кислородом, называется артериальной.
Дальше кровь переносится к сердцу. Сердце − еще один наш неутомимый труженик − перегоняет кровь, обогащенную кислородом, к клеткам тканей. И далее по «реченькам-ручейкам» кровь вместе с кислородом доставляется ко всем клеткам организма.
Механизм газообмена между кровью и тканями. Связывание и перенос кислорода кровью. Кислородная ёмкость крови. Связывание и перенос кровью углекислого газа. Роль эритроцитов и гемоглобина в этом процессе. Значение фермента карбоангидразы.
Связывание кислорода гемоглобином. Транспорт О2 из альвеол в кровь и транспорт СО2 из крови в альвеолы осуществляется с помощью диффузии. Транспорт газов осуществляется в физически растворенном и химически связанном виде. Физические процессы, т. е. растворение газа, не могут обеспечить запросы организма в О2. Подсчитано, что физически растворенный О2может поддерживать нормальное потребление О2в организме (250 мл/мин), если минутный объем кровообращения составит примерно 83 л/мин в покое. Наиболее оптимальным является механизм транспорта О2в химически связанном виде. Гемоглобин (Нb) способен избирательно связывать О2и образовывать оксигемоглобин (НbО2) в зоне высокой концентрации О2в легких и освобождать молекулярный О2в области пониженного содержания О2в тканях. При этом свойства гемоглобина не изменяются и он может выполнять свою функцию на протяжении длительного времени.
Гемоглобин переносит О2от легких к тканям. Эта функция зависит от двух свойств гемоглобина: 1) способности изменяться от восстановленной формы, которая называется дезоксигемоглобином, до окисленной (Нb + О2НbО2) с высокой скоростью (полупериод 0,01 с и менее) при нормальном РО2в альвеолярном воздухе; 2) способности отдавать О2 в тканях (НbО2 Нb + О2) в зависимости от метаболических потребностей клеток организма.
Кислородная емкость крови
Количество кислорода, которое может связать гемоглобин при условии его полного насыщения, называется кислородной емкостью крови (КЕК)
1грамм Нв связывает 1,39 мл О2
Углекислый газ транспортируется следующими путями:
Растворенный в плазме крови - около 25 мл / л.
Связанный с гемоглобином (карбгемоглобин) - 45 мл / л.
В виде солей угольной кислоты - букарбонаты калия и натрия в плазме крови - 510 мл / л.
Таким образом, в состоянии покоя кровь транспортирует 580 мл углекислого газа в 1 л. Итак, основной формой транспорта СО2 является бикорбонаты плазмы, образующихся благодаря активному протеканию карбоангидразнои реакции.
В эритроцитах содержится фермент карбоангидраза (КГ), который катализирует взаимодействие углекислого газа с водой с образованием угольной кислоты, распадается с образованием бикарбонатного иона и протона. Бикарбонат внутри эритроцита взаимодействует с ионами калия, выделяемых из калиевой соли гемоглобина при восстановлении последнего. Так внутри эритроцита образуется бикарбонат калия. Но бикарбонатно ионы образуются в значительной концентрации и поэтому по градиенту концентрации (в обмен на ионы хлора) поступают в плазму крови. Так в плазме образуется бикарбонат натрия. Протон, образовавшегося при диссоциации угольной кислоты, реагирует с гемоглобином с образованием слабой кислоты ННb.
В капиллярах легких эти процессы идут в обратном направлении. С ионов водорода и бикарбонатных ионов образуется угольная кислота, которая быстро распадается на углекислый газ и воду. Углекислый газ удаляется наружу.
Итак, роль эритроцитов в транспорте углекислоты такова:
образование солей угольной кислоты;
образования карбгемоглобин.
Диффузия газов в тканях подчиняется общим законам (объем диффузии прямо пропорционален площади диффузии, градиента напряжения газов в крови и тканях). Площадь диффузии увеличивается, а толщина диффузного слоя уменьшается при увеличении количества функционирующих капилляров, что имеет место при повышении уровня функциональной активности тканей. В этих же условиях возрастает градиент напряжения газов за счет снижения в активно работающих органах Ро2 и повышения Рсо2 (газовый состав артериальной крови, как и альвеолярного воздуха остается неизменным!). Все эти изменения в активно работающих тканях способствуют увеличению объема диффузии О2 и СО2 в них. Потребление О2 (СО2) по спирограмму определяют по изменению (сдвигу) кривой вверх за единицу времени (1 минуту).
Сущность дыхания. Внешнее дыхание. Механизм вдоха и выдоха. Типы и частота дыхания у животных разных видов. Значение верхних дыхательных путей
Дыхание-сложный непрерывный биологический процесс,в рез-те которого происходит регенерация газового состава внутр.среды организма,что обеспечивает все клетки и ткани кислородом.
Значение: кислород,поступивший в клетку,вовлекается в реакцию окислительного фосфорилирования пит.в-в. и в рез-те освобождается скрытая молекула АТФ.
Звенья: 1)внешнее(легочное)
2)транспорт газов кровью
3) внутреннее(тканевое)дыхание.
Внешнее дыхание осуществляется в 2 этапа:1)газообмен между атм.воздухом и альвеолярным; 2) газообмен между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения.
Кислород по градиенту концентрации направляется из атм.воздуха в альвеолярный,оттуда в кровь капилляров малого кр.кр.
Углекислый газ по градиенту концентрации направляется из крови капилляров малого кр.кр в альвеолярный воздух,оттуда в атмосферный.
Механизм вдоха. Вдох-активный процесс,т.к.обусловлен поступлением нервных импульсов их дых.центра к инспираторным мышцам. В это время в прод.мозге отмечается инспираторная фаза активности нейронов,она обусловлена возбуждением ранних инспираторных нейронов,полных,поздних инспир.нейронов. Часть аксонов полных и поздних инспираторных нейронов направляется в спинной мозг,возбуждают мотонейроны,иннервирующие инспираторные мышцы. Инспираторные мышцы сокращаются и увеличивается объём гр.клетки в 3-х основных направлениях.
За счет сокращения диафрагмы,её купол уплощается,объём гр.клетки увеличивается в верт.направлении. За счет сокращения межреб. И межхрящ.мышц,грудина отходит чуть-чуть вперед,а ребра занимают более гориз.положение-объём гр.клетки увеличивается в передне-заднем и поперечном(реберном) направлении.
Лёгкие пассивно следуют за гр.клеткой (растягиваются)-внутрилегочное давление становится чуть-чуть ниже атмосферного-воздух засасывается в легкие.
Механизм выдоха. 1ч-пассивный выдох(пассивная экспирация)
2ч-активный выдох.
Пассивный выдох обусловлен отсутствием поступления нервных импульсов из нейронов к инспираторным мышцам. В это время в про.мозге отмечается постинспираторная фаза,она обусловлена возбуждением постинспир.нейронов-в результате тормозится активность всех инспираторных нейронов-нервные импульсы не поступают из прод.мозга в спинной. Мотонейроны спинного мозга не активируются-импульсы от них не поступают к инспираторным мышцам-инспираторные мышцы расслабляются-объём грудной клетки уменьшается в 3-х осн.направлениях. За счет расслабления дафрагмы-купол поднимается-объём гр.клетки уменьшается в верт.направлении. За счет расслабления наружных косых межреб.и межхрящевых мышц грудина возвращается назад-ребра занимают более вертикальное положение-объём гр.клетки уменьшается в переднее-заднем и реберном направлениях. Грудная клетка уменьшилась-давление в легких стало выше,чем атмосферное-воздух выдавливается из лёгких.
Активный выдох. В прод.мозге отмечается экспираторная фаза,она обусловлена возбуждением экспират.нейронов. Все аксоны экспир.нейронов из прод.мозга поступают в спинной и возбуждают мотонейроны,иннервирующие экспир.мышцы. Экспир.мышцы сокращаются и допольнительно уменьшают объём гр.клетки,тем самым продолжая выдох.
Различают три типа дыхания:
· грудной, или реберный — в нем принимает участие в основном мышцы грудной клетки (преимущественно у женщин);
· брюшной, или диафрагмальный — дыхательные движения совершаются главным образом мышцами живота и диафрагмой (у мужчин);
· грудобрюшной, или смешанный — дыхательные движения осуществляются грудными и брюшными мышцами (у всех сельскохозяйственных животных).
Частота дыхательных движений зависит от уровня обмена веществ в организме, от температуры окружающей среды, возраста животного, атмосферного давления и некоторых других факторов.
У высокопродуктивных коров обмен веществ выше, поэтому частота дыхания составляет 30 в 1 мин, в то время как у коров со средней продуктивностью она равна 15–20. У телят в возрасте одного года при температуре воздуха 150С частота дыхания составляет 20–24, при температуре 30–350 С — 50–60 и при температуре 38-400 С — 70–75.
У молодых животных дыхание чаще, чем у взрослых. У телят при рождении частота дыхания достигает 60–65, а к году снижается до 20–22.
Верхним дыхательным путям принадлежит более важная роль жизнедеятельности организма, чем она представлялась ранее.
Эта часть дыхательной системы имеет значение для согревания, увлажнения и очищения вдыхаемого воздуха, для речевой функции, но этим ее значение не ограничивается. Верхние дыхательные пути имеют очень чувствительные рецепторные зоны, возбуждение которых рефлекторным путем оказывает влияние на различные физиологические системы. И наоборот, слизистая оболочка носа (и гортани) легко реагирует на рефлекторные воздействия. Например, при охлаждении ног происходит вазомоторная реакция слизистой носа.