404. В чем причина дыхательной аритмии сокращений сердца? Она состоит в том, что на вдохе чсс несколько учащается, а на выдохе – урежается.

Ответ Рассмотрим системы «работа сердца в конце вдоха» и «работа сердца в конце выдоха». Но сравнивать их нужно не между собой, а с системой «дыхание». Какой элемент этой последней системы нужно включить в узел пересечения? Разумеется тот, который оказывает непосредственное влияние на кровоток. Что же будет нас интересовать в первую очередь – кровоток в артериях или в венах? В артериях КД высокое, поэтому там особых проблем не возникает. А вот в венах, особенно близких к сердцу, давление уже очень низкое и нужно помогать крови добраться до сердца. Этому, в частности, способствует отрицательное давление в грудной полости. Оно передается на находящиеся в полости сосуды и обеспечивает присасывающее действие, что и помогает крови дойти до предсердий. Дыхательная аритмия сердца состоит в том, что в конце вдоха ЧСС возрастает, а в конце выдоха уменьшается. Теперь нужно связать три элемента: «отрицательное давление в грудной полости», «приток крови к сердцу» и «вдох». Во время вдоха отрицательное давление увеличивается. Присасывающее действие возрастает и в сердце поступает больше крови. Теперь остается вспомнить рефлекс Бейнбриджа. А если не помните – ничего страшного. Поможет принцип целесообразности. Если в сердце притекает больше крови – как должна измениться его работа? Разумеется, усилиться. Избыток крови растягивает полые вены и это вызывает рефлекс Бейнбриджа – увеличение ЧСС. При выдохе – обратная картина.

416. Скорлупа птичьих яиц состоит из углекислого кальция, который непроницаем для газов. Как же в таком случае происходит газообмен у развивающихся птенцов?

Ответ Чудес в природе, как мы уже твердо знаем, не бывает. Поэтому построим систему «яйцо» и приступим к анализу. Нас интересует элемент «скорлупа». Он состоит из углекислого кальция, который не пропускает газы. Тем не менее газообмен в яйце происходит. Значит, нужно развернуть элемент «скорлупа» в подсистему, в которой должен быть дополнительный элемент, пропускающий молекулы газов. Такой элемент хорошо известен. Это поры. В скорлупе их количество составляет десятки и сотни тысяч, что и обеспечивает нормальный газообмен.

417. Ежи во время зимней спячки находятся в скрученном состоянии. При этом значительно увеличивается мертвое пространство верхних дыхательных путей. В результате снижается количество кислорода в крови и повышается количество углекислого газа. Тем не менее тяжелая одышка, характерная для подобных состояний, не возникает. Почему?

Ответ Снижение количества кислорода в крови и увеличение содержания в ней углекислого газа приводит к одышке – частому и поверхностному дыханию. От чего зависит частота дыхания? От работы дыхательного центра. А чем определяется работа нейронов дыхательного центра? В узле пересечения два элемента – «раздражение нейронов» и «возбудимость нейронов». Раздражитель достаточно силен. Почему же не возникает одышка? Ответ теперь ясен – резкое снижение возбудимости дыхательного центра во время спячки.

418. В сосудах легких содержится относительно большое количество крови. Поэтому легкие иногда рассматривают как депо крови, хотя и не основное. Не можете ли Вы предположить, какова скорость пульсовой волны в сосудах легких? Выше она или ниже, чем в других сосудах?

Ответ Если в сосудах может содержаться большое количество крови (причем не всегда, а при необходимости, ведь именно в этом назначение депо крови), значит, эти сосуды могут значительно растягиваться. В таком случае их стенки обладают небольшой жесткостью. А чем ниже жесткость стенки, тем меньше скорость пульсовой волны.

419. Существует понятие неравномерности вентиляции. Суть его в том, что различные участки легких могут вентилироваться неодинаково. Например, верхушки легких вентилируются хуже, чем другие части легких. А может ли быть неравномерной вентиляция в пределах одного и того же ограниченного участка легких?

Ответ Легкое состоит из разных долей. В каждой доле имеются различные участки. А из чего состоит отдельно взятый участок? Разумеется, из альвеол. Теперь уточним вопрос. Могут ли неравномерно вентилироваться альвеолы, расположенные близко друг от друга? Еще точнее, могут ли 'эти альвеолы неравномерно растягиваться? Теперь последний вопрос. От чего зависит способность альвеолы при поступлении в нее воздуха растягиваться в большей или меньшей степени? От двух элементов системы «альвеола». Это состояние стенок и диаметр альвеолы. Чем жестче стенки, тем хуже растягивается альвеола, А в соответствии с законом Лапласа, альвеолы большего диаметра (уже растянутые в силу каких-то обстоятельств) при поступлении воздуха будут растягиваться еще сильней, «отбирая» воздух у альвеол менее растянутых. Таким образом в зависимости от этих двух факторов даже соседние альвеолы могут вентилироваться по-разному.

420. На газообмен в легких и тканях влияют пять факторов: градиент напряжения газов в крови и тканях, коэффициент диффузии, состояние мембран, через которые проходят газы, площадь диффузии, расстояние, которое должны пройти молекулы газов в ходе диффузии. Какой из этих факторов играет ведущую роль при изменениях газообмена, происходящих в следующих ситуациях: 1) увеличение количества действующих капилляров; 2) дыхание гипероксической смесью; 3) отек легких; 4) изменение свойств молекул газа; 5) заболевание бериллиозом (оно сопровождается значительным загрублением ткани альвеол). Не забудьте проверить понимание всех терминов, упоминаемых в условии задачи.

Ответ1 – увеличение площади диффузии. 2 – увеличение градиента напряжения газов между кровью и тканями. 3 – увеличение расстояния, которое молекулы должны пройти в ходе диффузии. 4 – изменение коэффициента диффузии. 5 – изменение состояния мембран.

421. У больного резко нарушен транспорт кислорода гемоглобином. Какое терапевтическое воздействие может помочь в обеспечении тканей кислородом?

Ответ, . Из каких элементов состоит система «кислород в крови»? Из двух – кислород, связанный с гемоглобином и кислород, физически растворенный в крови. В чем физиологический смысл наличия в крови организмов дыхательных пигментов? В том, что они могут связать гораздо больше кислорода по сравнению с количествами этого газа, растворенного в крови.

А теперь вернемся к условию. Если гемоглобин работает плохо, остается только один элемент – растворенный кислород. Но ведь его очень мало. Значит, необходимо увеличить его количество. Но как? А так же, как делают шипучие напитки – значительно повышают давление газа, насыщающего напиток.

.Пациента подвергают гипербарической оксигенации, помещая его в камеру с высоким давлением кислорода. Этот терапевтический прием спас жизнь многим больным.

425. Чемпионы по нырянию погружаются на глубину до 100 м без акваланга и возвращаются на поверхность за 4-5 минут. Почему у них не возникает кессонная болезнь?

Ответ Водолаз на большой глубине дышит воздухом под соответственно высоким давлением. Поэтому растворимость газов в крови значительно возрастает. Азот в организме не потребляется. Поэтому при быстром поднятии его повышенное давление быстро снижается, и он бурно выделяется из крови в виде пузырьков, что приводит к эмболии. Ныряльщик же во время погружения вообще не дышит. При быстром поднятии ничего страшного не происходит, потому что в узле пересечения в отличие от водолаза отсутствовал элемент «воздух под большим давлением».

422. Человеку необходимо пройти по дну водоема. В такой ситуации, если отсутствуют специальные приспособления, дышат через трубку, конец которой выходит из воды. Имеются три трубки. Длина каждой 1 метр, а внутренний диаметр соответственно 68 мм, 30 мм, 5 мм. Какую трубку нужно использовать? Обоснуйте Ваш ответ соответствующим расчетом.

Ответ Взаимодействуют системы «дыхание» и «трубка». Какой главный элемент трубки может оказать влияние на эффективность дыхания? Разумеется, не диаметр сам по себе, а объем, который в каждой трубке по-разному увеличивает анатомическое мертвое пространство. Объем первой трубки около 3,6 литра. Такое мертвое пространство практически непреодолимо. Выбор этой трубки обрекает человека на гибель от удушья. Объем второй трубки – около 600 мл. Такое мертвое пространство можно преодолеть, если дышать глубоко и редко, используя резервный объем вдоха. Наконец, объем третьей трубки совсем невелик. Но из-за очень малого ее диаметра воздух при дыхании будет двигаться в трубке очень быстро и трение его о стенки резко возрастет. Это может существенно затруднить дыхание. Поэтому оптимальные размеры у второй трубки.

423. Около сорока лет назад была раскрыта причина болезни новорожденных, которые умирали сразу же после рождения, будучи не в состоянии сделать вдох. Разгадка была найдена, когда начали готовить гомогенаты из ткани легких таких детей и детей, умерших от других причин. В этих гомогенатах измеряли и сравнивали между собой некоторый физико-химический показатель. Что при этом обнаружили?

Ответ Построим систему «дыхание» на макроуровне. Основные ее элементы – дыхательный центр – эфферентные нервы – дыхательные мышцы – воздухоносные пути – альвеолы. Нарушение, приводившее к смерти, могло быть связано с любым из этих элементов. Но в условии говорится о гомогенатах ткани легких. Значит, остается единственный элемент – альвеолы. Функции альвеол – растягиваться при поступлении воздуха. Почему же они не могли растягиваться у новорожденных? Растяжимость альвеол определяется двумя факторами – состоянием стенок и наличием сурфактанта – вещества, снижающего большое поверхностное натяжение на границе жидкости, покрывающей изнутри стенки альвеол, и воздуха. Причина смерти новорожденных состояла в генетическом дефекте – отсутствии сурфактанта, без которого работа дыхательных мышц не в состоянии обеспечить растяжение легких. Если Вы вспомнили задачу № 37, то решение было бы готово сразу.

424. При сужении дыхательных путей течение воздуха становится турбулентным. Это требует значительных затрат энергии и больному трудно дышать. Состояние улучшается, если воздух заменить кислородно-гелиевой смесью (в ней вместо азота содержится такое же количество гелия). Объясните причину улучшения состояния больных.

Ответ Если смесь кислородно-азотная, то дышать трудно. Если кислородно-гелиевая, то легче. Типичный пример на использование прямого правила АРР-ВС. Различие узлов пересечения дано в условии – в одном азот, в другом – гелий. В условии задачи говорится, что больному трудно дышать из-за турбулентного течения потока воздуха. Тогда логично предположить, что замена азота гелием переводит турбулентный поток в ламинарный. Почему? Нужно сравнить свойства азота и гелия. Гелий в три раза легче, растворимость его ниже, чем у азота. Могут ли эти свойства иметь какое-то отношение к характеру течения воздушного потока? Конечно, здесь не обойтись без дополнительной информации. Существует так называемое число Рейнольдса. Это безразмерная величина, которая определяет границу перехода ламинарного течения в турбулентное. Для каждой жидкости и каждого газа число Рейнольдса имеет определенное значение. При его превышении ламинарное течение переходит в турбулентное. Чем выше плотность жидкости или газа, тем число Рейнольдса больше. Теперь ответ понятен. Поскольку гелий в три с лишним раза легче азота, то он соответственно снижает число Рейнольдса для дыхательной смеси и ее поток в дыхательных путях становится ламинарным, что и приносит облегчение больному.

426. У двух животных разных видов в результате травмы произошло одностороннее повреждение грудной клетки с разгерметизацией плевральной полости (пневмоторакс). В результате одно животное погибло, а второе осталось живым.

В чем причина столь разных последствий пневмоторакса?

Ответ Ясно, что надо сравнить возникновение пневмоторакса у животных двух разных видов. Повреждение появилось только с одной стороны. Это приведет к спадению соответствующего легкого. Но второе сохранится и животное не погибнет. Так и произошло в одном случае. Но почему же погибло животное другого вида? Ответ дает анатомия. У одних видов плевральные полости изолированы друг от друга. У них повреждение приведет к одностороннему пневмотораксу. Но есть виды, у которых обе плевральных полости сообщаются. В такой ситуации пневмоторакс при повреждении всегда будет двусторонним и, следовательно, смертельным.

427. В опыте на курарезированном кролике осуществляют искусственное дыхание (почему?). Для этого используют специальный аппарат. Однако экспериментатор не может знать истинные потребности организма в кислороде в каждый данный момент. Можно ли поставить эксперимент так, чтобы искусственное дыхание было оптимальным (точно соответствовало потребностям организма)? Чисто технические трудности во внимание не принимать.

Ответ Сравним две системы – «естественное дыхание» и «искусственное дыхание». Они работают по-разному. Значит, используем правило САС. По условию задачи нас интересует только одно различие – экспериментатор не знает истинные потребности в кислороде в каждый данный момент. А в естественных условиях это известно? Разумеется. Это «знает» дыхательный центр. Именно в нем обрабатывается многочисленная информация, на основании которой в каждый данный момент принимается решение о том, сколько именно кислорода (воздуха) требуется организму, и посылается соответствующая команда в дыхательные мышцы. Таким образом нужно соединить работу двух элементов: аппарата искусственного дыхания, который может доставлять воздух в легкие, но не знает, сколько, и дыхательного центра, который знает, сколько нужно воздуха, но в условиях опыта не может управлять работой дыхательных мышц. Это последнее и было сделано. В опыте отводили ПД от диафрагмального нерва и затем эта информация поступала в специально сконструированный аппарат искусственного дыхания.