Нормальная физиология (Пособие для резидентуры)
.pdfФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ 10
ному и рефлекторному возбуждению дыхательного центра. Накопление молочной кислоты при мышечной работе возникает потому, что интенсивно работающие клетки испытывают недостаток в кислороде и часть молочной кислоты не может окислиться до конечных продуктов распада – углекислого газа и воды. Такое состояние называется кислородной задолженностью. Оно возникает при очень интенсивной мышечной работе, например у спортсменов во время крайне тяжелых соревнований. Окисление образовавшейся во время работы мышц молочной кислоты и ресинтез из нее глюкозы завершается уже после окончания работы – время восстановительного периода, в течение которого сохраняется интенсивное дыхание, достаточное для того, чтобы были ликвидированы излишние количества накопившейся в организме молочной кислоты.
Усиление дыхания при мышечной работе возникает и рефлекторным путем. Сигналом, вызывающим усиление дыхания и кровообращения, является раздражение проприорецепторов работающих мышц. Этот рефлекторный компонент принимает участие в любом усилении дыхания при мышечной работе.
Помимо безусловнорефлекторных изменений дыхания, возникающих при раздражении проприорецепторов мышц, наблюдается и условнорефлекторное усиление и учащение дыхания. Эти приспособительные изменения дыхания возникают при действии сигналов, предшествующих привычной работе, и вызывают сдвиги, облегчающие выполнение предстоящей работы, т.е. комплекс реакций, усиливающих снабжение тканей кислородом и препятствующих накоплению молочной кислоты.
Таким образом, усиление вентиляции при мышечной работе обусловлено, с одной стороны, химическими изменениями, происходящими в организме – накоплением углекислоты и недоокисленных продуктов обмена, а с другой стороны, рефлекторными влияниями.
10.5. Защитныедыхательныерефлексы
Защитные дыхательные рефлексы – чиханье и кашель обеспечивают удаление из дыхательных путей и полости носа инородных тел, различных раздражающих агентов или препятствуют попаданию их в легкие. Источником рефлексов защитного характера являются рецепторы верхних дыхательных путей. Эти реакции опосредованы афферентными волокнами целого ряда черепных нервов: верхнего гортанного (ветвь блуждающего нерва), языкоглоточного, тройничного и др.
Механизм кашля состоит в сильном вслед за глубоким вдохом сокращении экспираторных (главным образом брюшных) мышц при закрытой голосовой щели, что создает компрессию воздуха в просвете трахеобронхиального дерева, после чего голосовая щель открывается и происходит резкий выдох. Сильные воздушные толчки способствуют очищению дыхательных путей.
Чихание вызывается обычно изолированным раздражением рецепторов слизистой носа и отличается от кашля тем, что голосовая щель с самого начала остается открытой, воздух с силой выдыхается через нос, что приводит к очищению носовых ходов.
271
ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ 10
Дыхание Куссмауля названо в честь немецкого ученого Адольфа Куссмауля. Патологическое дыхание Куссмауля («большое дыхание») – форма дыхания, которая
встречается при тяжелых патологических процессах. Периоды остановки дыхательных движений чередуются с редкими, глубокими, судорожными, шумными вдохами
(рис. 10.19).
Дыхание Куссмауля своеобразное, шумное, учащен- |
Рис.10.19. Дыхание Куссмауля. |
ное без субъективного ощущения удушья. Наблюдается |
|
при крайне тяжелом состоянии (печеночная, уремическая, диабетическая кома), при отравлении метиловым спиртом или при других заболеваниях, приводящих к ацидозу. Как правило, больные с дыханием Куссмауля находятся в коматозном состоянии. При уремической коме дыхание Куссмауля встречается реже, чаще бывает дыхание Чейн-Стокса.
Также к терминальным типам относятся гаспинг и |
|
апнейстическое дыхание. Характерной особенностью |
|
этих типов дыхания является изменение структуры |
|
отдельной дыхательной волны. |
Рис. 10.20. Гаспинг. |
Гаспинг – возникает в терминальной стадии ас- |
|
фиксии – глубокие, редкие, убывающие по силе вдохи |
|
(рис.10.20). |
|
Апнейстическое дыхание характеризуется медленным расширением грудной клетки,
которая длительное время пребывала в состоянии |
|
вдоха (рис.10.21). При этом наблюдается непрекра- |
|
щающееся инспираторное усилие и дыхание останав- |
|
ливается на высоте вдоха. Развивается при пораже- |
|
нии пневмотаксического комплекса. |
Рис. 10.21. Апнейзис. |
При умирании организма с момента наступления терминального состояния дыхание претерпевает следующие стадии изменений: сначала возникает диспноэ, затем угнетение пневмотаксиса, апнейзис, гаспинг и паралич дыхательного центра. Все типы патологических дыханий – проявление низшего понтобульбарного автоматизма, высвобожденного вследствие недостаточной функции высших отделов мозга.
Патологическое дыхание наблюдается и у здоровых людей во время сна. Оно описывается как естественное явление на низших этапах филогенеза и в раннем периоде онтогенетического развития.
Для поддержания газообмена в организме на нужном уровне в случае недостаточного объема естественного дыхания или остановке его по каким-либо причинам прибегают к искусственной вентиляции легких.
10.7. Функциональнаясистемадыхания
Функциональная система дыхания обеспечивает снабжение всех органов и тканей должным количеством кислорода и, одновременно, удаление образующегося углекислого газа. Полезным приспособительным результатом этой функциональной системы является поддержание оптимального для метаболизма уровня газов в организме. Функциональная сис-
тема дыхания включает внутреннее, внешнее и поведенческое звенья саморегуляции (рис. 10.22).
273
|
|
НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ |
|
|
|
|
Поведение в экстремальных условиях |
|
|
||
|
|
O2 |
|
|
|
|
1 |
СO2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 3 |
Буферные свойства крови |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
Частота сердцебиений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ударный объем |
|
|
Рис. 10.22. Функциональная |
|
|
Скорость кровотока |
вкрови |
|
система дыхания /4/: |
|
|
Количество гемоглобина |
|
1 – глубина вдоха; |
|
Дыхатель- |
Кислородная емкость крови |
Хеморецеп- |
|||
ный центр |
Количество эритроцитов |
О/ |
торы |
2 – частота дыхания; |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
сосудов |
3 – ЖЕЛ; |
нагрузки |
|
Сродство гемоглобина к |
СО |
|
|
|
кислороду |
|
4 – импульсы от альвеол. |
||
влияния |
|
Эритропоэз |
|
|
|
|
Выделительная функция |
|
|
|
|
Физические |
|
|
|
|
|
|
почек |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эмоциональные |
нальная |
Потоотделение |
Метаболизм |
|
|
Выделительная функция |
|
|
|||
|
|
желудочно-кишечного |
|
|
|
|
Гормо- |
тракта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
регуляция |
|
|
|
|
Внутреннее звено саморегуляции функциональной системы дыхания осуществляется за счет внутренних, генетически детерминированных вегетативных механизмов. Оно активно включается у человека при длительной произвольной задержке дыхания или в экспериментальных условиях у животных при гипоксии или асфиксии. Во внутреннее звено саморегуляции функциональной системы дыхания включается деятельность сердца: изменяется частота и сила сердцебиений, систолический и минутный объемы. Как следствие изменений сердечной деятельности изменяется скорость кровотока и величина кровяного давления. Меняются свойства крови: количество эритроцитов, гемоглобина, кислородная емкость крови, сродство гемоглобина к кислороду и т.д. Активируется эритропоэз. Накапливающаяся в организме при гипоксии и асфиксии двуокись углерода активно выделяется почками и секретами пищеварительных желез, а также путем потоотделения. При этом активно включаются гормональные механизмы: в крови изменяется содержание тестостерона, ЛГ и ФСГ, а также кортизола, альдостерона, инсулина, ПРЛ и особенно ангиотензина I.
Внешнее звено связано с потреблением кислорода из окружающего воздуха и выделением в окружающую среду двуокиси углерода. Внешнее звено саморегуляции функциональной системы дыхания тесно связывает организм с окружающей средой, факторы которой, в частности газовый состав, можно рассматривать как неотъемлемую часть живого организма. Внешнее звено саморегуляции имеет и свой полезный приспособительный результат: сохранение постоянного состава альвеолярного воздуха. В поддержании этого полезного для организма показателя особо важная роль принадлежит двуокиси углерода. Показано, что только изменение двуокиси углерода в альвеолярном воздухе приводит к существенным
274
ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ 10
изменениям легочной вентиляции. Изменений легочной вентиляции не наблюдается при уменьшении в альвеолярном воздухе уровня кислорода при сохранении неизменного уровня двуокиси углерода.
Регуляция поступления О2 в организм и выделение СО2 осуществляется за счет изменения глубины и частоты дыхания. Этот процесс определяют и показатели ЖЕЛ.
В обеспечении тканей кислородом и удалении из них углекислоты принимают участие система внешнего дыхания, системы крови и кровообращения, которые тесно взаимодействуют. При этом функциональная система внешнего дыхания играет ведущую роль в поддержании постоянства газового состава крови. Эта система включает совокупность дыхательных нейронов, расположенных на разных уровнях центральной нервной системы, афферентные и эфферентные нервные образования, обеспечивающие связь дыхательных нейронов с исполнительным аппаратом внешнего дыхания. Изменение содержания кислорода и углекислого газа в окружающей среде или изменение потребления кислорода и выделения углекислого газа тканями, например при физической нагрузке, отражается на напряжении данных газов в крови, а это в свою очередь немедленно перестраивает деятельность функциональной системы внешнего дыхания. Указанная система, как и все другие гомеостатические системы, функционирует в соответствии с важнейшим принципом саморегуляции – отклонение констант внутренней среды от нормы является стимулом возвращения их к норме. Таким образом, полезным результатом функциональной системы внешнего дыхания является сохранение постоянства газового состава крови – напряжения кислорода и углекислого газа. В случае снижения парциального давления О2 артериальной крови (гипоксемия) происходит стимуляция хеморецепторов синокаротидной зоны (гипоксические рецепторы), в результате чего усиливаются возбуждающие афферентные влияния, идущие к нейронам дыхательного центра. Стимулирующее действие гипоксемии на дыхательный центр происходит рефлекторно, так как непосредственно дефицит кислорода угнетает нейроны дыхательного центра. При снижении РО2 и СО2 возникает спазм стенки сосудов альвеол, повышается сопротивляемость сосудов и снижается интенсивность кровотока. Напротив, повышение напряжения углекислого газа в крови (гиперкапния), действуя на нейроны дыхательного центра рефлекторно и непосредственно, вызывает их возбуждение. Вероятно, углекислота стимулирует дыхательный центр в результате возбуждения периферических и центральных хеморецепторов. Следствием стимулирующего влияния гипоксемии и гиперкапнии на дыхательный центр является увеличение частоты, а иногда и глубины дыхания, что приводит к повышению минутного объема дыхания и стабилизации газового состава крови. Выравнивание газового состава крови регистрируется теми же хеморецепторами сосудистого русла и мозга, в результате чего ослабляются побуждающие афферентные влияния на дыхательный центр и функциональная система внешнего дыхания нормализует свою деятельность, так как полезный результат достигнут. Регуляция функциональной системы внешнего дыхания осуществляется не только по газовым, но и по негазовым параметрам. К нейронам дыхательного центра поступают многочисленные нервные сигналы, идущие от корковых нейронов и изменяющие легочную вентиляцию (речь, эмоции и произвольные движения), от проприоцепторов мышц, болевых рецепторов, терморецепторов и др.
Все это определяет процессы афферентного синтеза в функциональной системе дыхания. В результате афферентного синтеза инспираторные нейроны дыхательного центра на основе молекулярных процессов «принимают решение» взять потребное количество воздуха. Это
275
ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ 10
любых случаях изменения деятельности этого механизма (например, при поступлении в организм воздуха, по объему не соответствующего дыхательной потребности) включаются механизмы сознательной деятельности человека, в частности поведение.
I |
II |
III |
1 |
1 |
|
3 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
|
5 |
6 |
|
4 |
4 |
Рис. 10.24. Схематическое изображение оценки акцептором результата действия достигнутого дыхательного результата: I – программирование потребного результата [символ – треугольник (3)] в структурах акцептора результата действия; II – параметры достигнутого результата [символ – квадрат (4, 5)] не соответствуют дыхательной потребности. При этом осуществляется перестройка деятельности инспираторного нейрона; III – параметры достигнутого результата [символ – фигуры (4, 6)] соответствуют дыхательной потребности /4/.
Указанные нервные влияния могут включать систему внешнего дыхания в более сложные по организации функциональные системы, например поведения, в качестве одного из компонентов.
Поведенческое звено саморегуляции функциональной системы дыхания проявляется, как правило, только в экстремальных условиях жизнедеятельности, связанных с уменьшением содержания кислорода в окружающей среде или накоплением в ней двуокиси углерода. включается, если указанные внутренние исполнительные механизмы не в состоянии удовлетворить потребность в кислороде) – например, обмахивание веером или открытие форточки, выныривание из воды и т.п. – все, что может помочь избежать удушья. Результаты поведения направлены в этом случае на обеспечение нормального для жизнедеятельности организма газового состава окружающего воздуха.
277
НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
ГЛАВА11. ФИЗИОЛОГИЯПИЩЕВАРЕНИЯ
Пищеварение – это совокупность физических, химических и физиологических процессов, обеспечивающих обработку и превращение пищевых продуктов в простые химические соединения, способные усваиваться клетками организма.
Органы пищеварения выполняют ряд функций:
моторную (двигательную), осуществляемую мускулатурой пищеварительного аппарата и заключающуюся в жевании, глотании, передвижении пищи по пищеварительному тракту и удалении из организма непереваренных остатков;
секреторную, заключающуюся в выработке железистыми клетками пищеварительных соков: слюны, желудочного, поджелудочного, кишечного соков и желчи;
инкреторную, связанную с образованием в пищеварительном тракте ряда гормонов, оказывающих специфическое воздействие на процесс пищеварения;
экскреторную, обеспечиваемую выделением пищеварительными железами в полость желудочно-кишечного тракта продуктов обмена (например, мочевины, аммиака, желчных пигментов), воды, солей тяжелых металлов, лекарственных веществ, которые затем удаляются из организма;
всасывательную, осуществляемую слизистой оболочкой желудка и кишечника.
11.1. Типыпищеварения
В зависимости от происхождения гидролаз пищеварение делят на три типа: собственное, симбионтное и аутолитическое /6/.
Собственное пищеварение – осуществляется ферментами, синтезированными данным макроорганизмом, его железами, эпителиальными клетками, ферментами слюны, желудочного, поджелудочного и кишечного соков.
Симбионтное пищеварение – гидролиз питательных веществ за счет ферментов, синтезированных симбионтами макроорганизмов – бактериями и простейшими пищеварительного тракта. Симбионтное пищеварение у человека осуществляется в толстой кишке (переваривание клетчатки).
Аутолитическое пищеварение – осуществляется за счет экзогенных гидролаз, вводимых в организм в составе принимаемой пищи. Например, питательные вещества грудного молока перевариваются ферментами, поступающими в организм новорожденного в составе грудного молока.
Процессы пищеварения классифицируются по локализации процесса гидролиза питательных веществ на внутриклеточное, внеклеточное и мембранное.
Внутриклеточное пищеварение состоит в том, что транспортированные в клетку путем фагоцитоза и пиноцитоза (эндоцитоза) вещества гидролизуются клеточными (лизосомальными) ферментами либо в цитозоле, либо в пищеварительной вакуоли. В организме человека оно осуществляется в лейкоцитах и клетках лимфоретикулогистиоцитарной системы.
Внеклеточное пищеварение делят на:
дистантное; контактное – пристеночное (мембранное).
278
ФИЗИОЛОГИЯ ПИЩЕВАРЕНИЯ 11
Дистантное пищеварение совершается в среде, удаленной от места продукции гидролаз. Так осуществляется действие на питательные вещества в полости пищеварительного тракта ферментов слюны, желудочного сока и сока поджелудочной железы. Такое пищеварение в специальных полостях называется полостным.
Пристеночное (мембранное) пищеварение осуществляется на границе между внеклеточным и внутриклеточным пищеварением ферментами поджелудочной железы и кишечного сока, фиксированными на клеточной мембране тонкой кишки.
Особенности мембранного пищеварения:
осуществляется за счет ферментов, имеющих двойное происхождение (синтезируемых клетками и абсорбируемых из содержимого кишечника);
ферменты фиксируются на клеточной мембране;
происходит только в стерильных условиях;
является заключительным этапом в обработке пищи;
сближает процесс расщепления и всасывания за счет того, что конечные продукты переносятся на транспортных белках.
Ворганизме человека полостное пищеварение обеспечивает расщепление 20-50% пищи,
амембранное – 50-80%.
11.2. Физиологическиеосновыголодаинасыщения
Как физиологическое состояние голод служит выражением потребности организма в питательных веществах, которых он был лишен на некоторое время. Субъективным выражением голода служат неприятные ощущения жжения, «сосания под ложечкой», тошноты, иногда головокружения, головной боли и общей слабости. Эмоциональный сигнал голода позволяет оценить потребность в пище, организовать пищевое поведение, выражающееся в поиске и приеме пищи. Стимулируемые эмоцией голода живые существа принимают избыточное количество питательных веществ, которые и не требуются для удовлетворения метаболических нужд.
Эмоции же насыщения выступают в качестве сигнала, прекращающего прием пищи, позволяют быстро оценить ее количество и качество.
Следовательно, основное биологическое назначение эмоций голода и насыщения заключается в своевременном информировании организма о возникшей пищевой потребности, построить пищевое поведение и быстро осуществить прием пищи.
11.3. Функциональнаясистема, поддерживающаяуровень питательныхвеществвкрови
Конечным полезным приспособительным результатом функциональной системы пита-
ния (рис. 11.1) является поддержание определенного уровня питательных веществ в крови, обеспечивающего нормальное течение метаболических процессов. Этот показатель поддерживается деятельностью как внутреннего, так и внешнего звеньев саморегуляции функциональной системы питания. Внутреннее – это вегетативное звено, внешнее звено включает формирование пищевой мотивации, пищевой аппетит и пищедобывательное поведение.
279
|
|
НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ |
|
|
|
|
|
||
|
Прием |
Ротовая |
Пищевод |
Двенадцати- |
Тонкий |
|
Толстый |
|
|
|
пищи |
полость |
Желудок |
перстная |
кишечник |
кишечник |
Дефекация |
||
|
|
|
|
|
кишка |
|
|
|
|
Пищедобыватель- |
|
|
|
|
Метаболическое |
||||
ное поведение |
Сенсорное насыщение |
|
|
|
насыщение |
|
|||
|
Всасывание |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Кора |
|
Изменение интенсивности метаболизма |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
тканей |
|
Питатель- |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Хеморе- |
||
|
|
|
Поступление питательных веществ из |
|
ные |
||||
ЛГ |
ВМГ |
|
депо |
|
|
вещества |
цепторы |
||
|
|
|
Перераспределение питательных |
|
|
крови |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
веществ в организме |
|
|
|
|
|
|
|
Гормо- |
|
|
|
Мета- |
|
|
|
|
|
нальная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
болизм |
|
|
|
|
|
|
регуля- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ция |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 11.1. Общая схема функциональной системы питания /1, 4/. |
Процессы питания у человека определяются социальными факторами, привычками, воспитанием и т.д. Однако во всех случаях побудительная сила процесса питания заключается в пищевой потребности и ее удовлетворении.
Пищевая потребность – это обусловленное процессами метаболизма понижение уровня питательных веществ в организме. Она может быть избирательной, обусловленной недостачей какого-либо одного вещества, либо общей – при снижении уровня всех или нескольких веществ /4/.
С открытием голодной периодической моторной деятельности считали, что восприятие пищевой потребности определяется периодическими сокращениями пустого желудка (А.Карлсон). Это легло в основу теории «пустого желудка», которая не нашла своего подтверждения в наблюдениях хирургов, которые обнаружили, что даже после тотальной резекции желудка пациенты сохраняли чувство голода. Однако были проведены эксперименты, свидетельствующие о значении афферентации, поступающей в ЦНС от пищеварительных органов, в формировании состояния голода и свидетельствующие, что теория «пустого желудка» не потеряла своего значения.
Сформулированная в 1911 году И.П. Павловым теория «голодной крови» тоже не получила подтверждения в наблюдениях на сросшихся близнецах: кормление одного близнеца не приводило к развитию насыщения у другого /4/.
Теория функциональных систем исходит из того, что в передаче информации о пищевой потребности в нервные центры участвуют оба фактора – импульсация от пустого желудка и «голодная» кровь. В «голодной» крови появляются специальные информационные молекулы
– олигопептиды, такие как пентагастрин, окситоцин, мотилин, нейропептид Y, несущие информацию о пищевой потребности к пищевым центрам мозга /4/.
Центральное звено функциональной системы питания – пищевой центр. При поступлении импульсов за счет афферентного синтеза возбуждаются нейроны пищевого
280