Лекция №25.Физиология дыхания.Механизм вдоха и выдоха. Жизненная емкость легких. Регуляция дыхания.

Процесс дыхания условно разделяется на несколько этапов:

• Внешнее дыхание – обмен воздуха между легкими и атмосферой.

• Транспортировка газов кровью.

• Внутреннее (клеточное) дыхание – между клеткой и кровью

Состав атмосферного, альвеолярного и выдыхаемого воздуха

	Атмосферный	Альвеолярный	Выдыхаемый
N2	79,03%	80,00%	79,70%
O2	20,94%	14,40%	16,30%
CO2	0,03%	5,60%	4,00%

По составу выдыхаемый воздух отличается от альвеолярного, т.к. к нему примешивается 140 мл воздуха «мертвого пространства» (воздух воздухоносных путей), который не участвует в газообмене

Мертвое пространство образовано теми областями органов дыхания, где нет газообмена с кровью. В норме это внелёгочные дыхательные пути и большинство бронхов. Объем заключенного в них воздуха - около 150 мл, что составляет 30% дыхательного объема при спокойном дыхании.

Таким образом, в обычных условиях почти треть вдыхаемого воздуха не участвует в газообмене.

Газообмен между атмосферным воздухом и кровью называется внешним дыханием и осуществляется органами дыхания - легкими и внелегочными дыхательными путями.

Газообмен между легкими и другими органами осуществляет система кровообращения.

Клеточное дыхание - биологическое окисление - обеспечивает организм энергией.

Внешнее дыхание

Этапы дыхания

1.Вентиляция лёгких.

При сокращении межрёберных мышц и диафрагмы лёгкие растягиваются - вдох, при расслаблении межрёберных мышц и диафрагмы лёгкие сжимаются - выдох.

Дыхательный процесс

• состоит из вдоха 0,9 – 4,7 сек

• выдоха 1,2 – 6 сек

• и дыхательной паузы

• Дыхание совершается с определенной частотой и ритмом.

• Частота – 16-20 раз в минуту

• Частота сердечных сокращений в 4-5 раз больше частоты дыхания в любом возрасте!

Частота и глубина дыхания зависит от:

• эмоционального состояния

• умственной и физической нагрузки

• химического состава крови

• интенсивности обмена веществ

Дыхательные движения

Наружные межреберные мышцы- поднимают ребра.

Внутренние межреберные мышцы - опускают ребра.

Действие межреберных мышц основано на принципе рычага.

Механизм вдоха и выдоха

• Акт вдоха – инспирация, происходит в следствии увеличения объема грудной клетки в результате опускания диафрагмы и поднятия ребер.

• Акт выдоха – экспирация происходит в результате расслабления межреберных мышц и поднятия купола диафрагмы.

Типы дыхания

В зависимости от участия тех или иных групп мышц, различают:

• грудной, или реберный тип дыхания (в основном у женщин)

• брюшной, или диафрагмальный (у мужчин)

• Смешанный (у детей)

• Легкие не имеют мускулатуры и поэтому они пассивно следуют за изменениями грудной клетки.Этому способствуют:

• наличие отрицательного давления в плевральной полости (грудная клетка растет быстрее легких, поэтому создается отрицательное давление)

• эластическая тяга легких – эластические и коллагенные волокна

• наличие сурфактанта – фосфолипид, который выстилает внутреннюю поверхность альвеол и препятствует их спадению

Легочные объемы

• Дыхательный объем – это то количество воздуха, который человек спокойно вдыхает и выдыхает. 400-600 мл (ДО)

• Резервный объем вдоха – это то количество воздуха, которое человек может максимально вдохнуть после спокойного вдоха. ≈ 1500 мл (РОвд.)

• Резервный объем выдоха – это то количество, которое человек может максимально выдохнуть после спокойного выдоха. ≈ 1500 мл (РОвыд.)

• Остаточный объем – это то количество воздуха, которое осталось после максимального выдоха (может удалить только на трупе) ≈ 1000 мл (ОО.)

Жизненная емкость легких

При спокойном дыхании за один вдох в легкие входит 0,3- 0,5 л воздуха (дыхательный объем). При самом глубоком дыхании дыхательный объем может достигать 3-5 л (жизненная емкость легких). Но и тогда после выдоха в легких остается более 1 л воздуха (остаточный объем).

Легочные емкости

• (ОЕ) Общая емкость легких – включает все 4 объема.

• ЖЕЛ – это то количество воздуха, которое человек может максимально выдохнуть после максимального вдоха (1, 2, 3 объемы)

• В норме у женщины – 2800-3500 мл, у мужчины – 3200-5000 мл

• ЕВ(емкость вдоха) – 1, 2 объемы

• Функциональная остаточная емкость легких – 3, 4 объемы (алвеолярный воздух) (ФОЕ)

Легочная вентиляция

• Это количество воздуха, прошедшего через легкие за 1 минуту = 6-8 л

• (ДО х частоту дыхательных движений)

Газообмен

• Диффузия кислорода из альвеол в кровь и диффузия СО2 из крови в альвеолу осуществляется на основе разницы парциального давления.

• Рпарц. – это давление газа в смеси газов.

• Зная состав альвеолярного воздуха, может рассчитать рпарц. газов в легких.

• 760 мм рт. ст. (атм. давление) – 47 мм рт. ст. на пары выдыхаемого воздуха.

• 713 – 100%

• ро2 – 14,4

• ро2 = 103,4 – парциальное давление, которое приходится на долю О2

• 713 – 100%

• СО2 – 5,6 (6%)

• N2 в газообмене не участвует (в 100 мл крови содержится 1 мл физически растворенного азота)

Транспорт газов.

В капиллярах легких (малый круг кровообращения) кровь насыщается кислородом и избавляется от углекислого газа, превращаясь из венозной в артериальную. Благодаря работе сердца кровь разносится по всем органам (большой круг кровообращения), в капиллярах которых происходят обратные процессы.

Транспортировка О2

• О2 может транспортироваться в двух состояниях:

• В растворенном состоянии: в 100 мл крови содержится 0,21 мл О2

• В связанном состоянии переносится основная масса О2 в виде соединения – оксигемоглобина. Гемоглобин – основной переносчик О2. (в 100 мл крови 15г. Нв).

Транспортировка СО2

• СО2 также транспортируется в двух состояниях.

• В растворенном, в 100 мл крови 2,56 мл СО2

• В связанном состоянии СО2 транспортируется в виде карбгемоглобина (около 20%) и в виде солей NaНСО3 в плазме крови и КНСО3 в эритроцитах. Поэтому основная масса СО2 транспортируется в виде NаНСО3 и КНСО3. В легких в области альвеол очень активно работает фермент карбоангидраза. Этот фермент ускоряет отделение СО2 от солей в 20 тыс. раз, а в тканях при его участии происходит синтез угольной кислоты.

Поскольку в альвеолах относительно мало CO2 , он выходит из плазмы крови в альвеолярный воздух.

Это влечет за собой высвобождение CO2 из соединения с гемоглобином (HbСO2 ) и из солей угольной кислоты - гидрокарбонатов (НСО3-). Кислород диффундирует в обратном направлении- из воздуха в кровь, где интенсивно связывается гемоглобином.

Внутреннее дыхание

Регуляция дыхания

• Ритм и глубина дыхания регулируется импульсами, поступающими из ЦНС в дыхательный центр.

• Существуют нейроны инспираторные (отвечают за вдох) и экспираторные нейроны (за выдох), при возбуждении одних другие тормозятся.

• При спокойном дыхании активно только небольшая часть нейронов дыхательного центра. И есть большой резерв нейронов, которые активизируются при большой потребности организма в О2.

Гуморальная регуляция

• На возбуждении дыхательного центра влияет накопление в крови СО2 и недостаток О2. Состав крови определяют хеморецепторы. При оптимальном содержании в крови СО2 и О2 наблюдается умеренное возбуждение нейронов дыхательного центра и , следовательно дыхание спокойное, ровное, оно называется ЭПНОЭ. Избыток СО2 и недостаток О2 вызывает глубокие дыхательные движения – ГИПЕРПНОЭ,частые дыхательные движения – ТАХИПНОЭ. Еще большее нарастание СО2 ведет к нарушению ритма и силы дыхания, появлению ОДЫШКИ – ДИСПНОЭ. Понижение СО2 и избыток О2 угнетает активность дыхательного центра. Дыхание становится поверхностным и редким – брадипноэ АПНОЭ (остановка дыхания)

Нервная регуляция

• Осуществляется за счет импульсов, поступающих от механорецепторов (рецепторов растяжения), расположенных в ткани легких. Импульс от них идет по блуждающему нерву в дыхательный центр продолговатого мозга, где тормозится активность инспираторных нейронов. По мере растяжения легких это торможение усиливается, в конце концов, вдох прекращается, и начинается выдох, во время которого рецепторы растяжения неактивны. Этот рефлекс торможения вдоха при растяжении легких назвали рефлексом Геренга-Брейера. (он регулирует смену фаз дыхания и защищает легкие от перерастяжения). Перерезка блуждающих нервов нарушает этот рефлекс.

Регуляция актов дыхания сложна и состоит из 3 уровней:

• Кроме продолговатого мозга на дыхательную активность влияет кора.

• Спинной мозг – его центры регулируют конкретные дыхательные мышцы, но не обеспечивают смену фаз дыхательного центра.

• Продолговатый мозг – его регулирует и обеспечивает смену фаз.

• Кора большого мозга обеспечивает связь дыхания с окружающей средой.

Дыхание в условиях пониженного барометрического давления

• При подъеме в горы или в высоту снижается атмосферное давление, параллельно этому снижается ро2парц. И рсо2парц. в альвеолах и в крови. Это приводит к снижению диффузий газов между альвеолами и кровью и возникает О2-ая недостаточность, которая является причиной высотой, или горной болезни. (одышка, цианоз, приступы удушья, сердцебиение, носовое кровотечение, головокружение, рвота).

• Явление высотной болезни наблюдается на высоте 4-6 км над уровнем моря. Причем индивидуальная чувствительность к недостатку О2 у разных людей неодинакова. Есть отдельные индивидуумы, которые могут находится в безкислородной маске на h=8,5 км.

• На h=9км не спасает даже чистый О2.

• h=3км; р=510 мм рт.ст. (понижается на 1/3 от 760)

• h=6км; р=380 мм рт.ст. (понижается на 1/2)

• h=9км; р=200 мм рт.ст. (понижается на2/3)

• повышается вентиляция легких, ускоряется кровообращение, усиливается содержание Нв.

Дыхание в условиях повышенного барометрического давления

• При опускании в шахты или морские глубины наблюдается увеличение атмосферного давления. Это приводит к увеличению растворения газов в крови. Наибольшую опасность в этом процессе представляет растворение N2.

• Над уровнем моря в 100 мл крови растворяется 1,02 мл N2, на глубине 10м = 2,04мл, на глубине 100м = 10,2мл N2.

• При быстром подъеме водолаза растворенный в крови N2 быстро переходит в газообразное состояние, поэтому кровь как бы вскипает. Выделившиеся пузырьки N2 вызывают болезненное состояние и может явиться причиной воздушной эмболии – закупорки сосудов. При таких состояниях человека помещают в барокамеру (декомпрессионную). Создают соответствующее давление. В течение нескольких дней медленно снижают давление.

• Гипоксия –недостаток О2 в тканях.

• Различают следующие виды гипоксии:

• Гипокимическая гипоксия – это недостаток кислорода в крови. Наблюдается это состояние при подъеме в горы, при мышечной нагрузке, при закупорке дыхательных путей, при недостатке кислорода в замкнутом пространстве.

• Анемическая форма гипоксии. Обусловлена уменьшением количества эритроцитов или гемоглобина. А также при изменении структуры гемоглобина (серповидно-клеточная анемия)

• Циркуляторная гипоксия. Обусловлена нарушением циркуляции крови или по причине недостаточной сердечной деятельности или нарушения циркуляторного русла.

• Цитотоксическая, которая обусловлена нарушением работы клеточных ферментов, обеспечивающих работу дыхательных путей.

• Асфиксия (удушье) – состояние, когда прекращается не только доставка О2, но выделение СО2. Она возникает при прекращении дыхания, вызванном попаданием в трахею инородного тела, при отеке голосовой щели и др.

Лекция №25.Физиология дыхания.Механизм вдоха и выдоха. Жизненная емкость легких. Регуляция дыхания.

Процесс дыхания условно разделяется на несколько этапов:

• Внешнее дыхание – обмен воздуха между легкими и атмосферой.

• Транспортировка газов кровью.

• Внутреннее (клеточное) дыхание – между клеткой и кровью