Внешнее дыхание.
Физиологическая роль дыхания.
Дыхание и его функции, этапы газообмена в организме.
Дыхание – совокупность процессов, обеспечивающих обмен О2 и СО2 между организмом и внешней средой.
Дыхательная система – совокупность органов, выполняющих воздухопроводимую и газообменную функцию.
Система дыхание включает в себя: полость носа, носоглотку, гортань, трахею, бронхи, бронхиолы, лёгочную ткань.
Трахея – трубка 8-10 см.
Альвеола – тонкостенный пузырёк (состоит из соединительной ткани), который покрыт изнутри эпителиальными клетками, наполненными воздухом, оплетённый сетью капилляров (примерно 700 млн в обеих лёгких). Площадь их поверхности 100 м2.
В полости носа происходит увлажнение, согревание, очищение воздуха, в альвеолах – газообмен между альвеолярным воздухом и венозной кровью.
Лёгкие – парный конусообразный орган, удаляющий из организма СО2 и обеспечивающий свежие порции О2. Занимают большую часть грудной клетки. Верхняя часть ограничена рёбрами и межрёберными мышцами, основание – диафрагмой – плоская пластина ткани, образующая стенку между грудной клеткой и животом.
Внутри лёгких располагается плотная разветвлённая сеть трубочек. Бронхи (большие) соединены с основание трахеи. В лёгких бронхи рассоединяются на множество мелких ветвей, образуя бронхиальное дерево. Каждая веточка (бронхиола) заканчивается альвеолой (воздушный мешочек).
Этапы газообмена в организме:
- внешнее дыхание (лёгочная вентиляция) – поступление воздуха и удаление его из лёгких;
- газообмен между альвеолярным воздухом и кровью;
- транспорт газов кровью, перенос О2 из лёгких к тканям и СО2 наоборот.
- газообмен между кровью и тканями;
- тканевое дыхание (внутреннее дыхание) – потребление О2 клетками и тканями в метаболическом отношении.
Дыхательный цикл. Механизм вдоха и выдоха. Частота и глубина дыхания.
В акте дыхания выделяют 3 части:
- фаза вдоха – инспирация;
- фаза выдоха – экспирация;
- дыхательная пауза.
Выдох на 10-20% больше вдоха. Частота дыхания (пластичная константа гомеостазиса) человека измеряется количеством дыхательных циклов в течение 1 мин и ее величина в покое у взрослого человека варьирует от 12 до 20 в 1 мин. Этот показатель внешнего дыхания возрастает при физической работе, повышении температуры окружающей среды (максимально 80 актов/мин), а также изменяется с возрастом. Например, у новорожденных частота дыхания равна 60—70 в 1 мин, а у людей в возрасте 25—30 лет — в среднем 16 в 1 мин. У спортсменов дыхание глубокое, редкое.
Глубина дыхания определяется по объему вдыхаемого и выдыхаемого воздуха в течение одного дыхательного цикла.
Вдох осуществляется активно за счёт сокращения дыхательных мышц диафрагмы и наружных рёберных мышц, в следствие чего диафрагма опускается, увеличиваются размеры грудной клетки, увеличивается объём лёгких.
Лёгкие легко растягиваются (повышенная эластичность), а также в связи с уменьшением дыхания в плевральной полости – щель, заключённая между 2-мя листками плевры (тонкая растяжимая плёнка, покрывающая снаружи лёгкие, внутренний листок, и переходящий на внутреннюю поверхность грудной клетки – наружный листок). Оба листка плотно прилегают друг к другу, между ними – тонкий капиллярный слой (несколько мм) плевральной жидкости. Давление в плевральной полости отрицательное, ниже атмосферного на 3-6 мм рт ст. Оно формируется за счёт того, что лёгкие находятся в растянутом состоянии и, следовательно, сжаться за счёт собственной эластичной тяги, т.е. силы, с которой лёгкие стремятся сократиться и которой противодействует атмосферное давление. Но их небольшое сжатие приводит к разряжению в собственной плевральной полости. В результате этого возникает градиент давления ( со стороны альвеол равен атмосферному, а в плевральной полости – отрицательный).
Атмосферное давление со стороны альвеол давит на них, поддерживая лёгкие в растянутом состоянии. Т.о., увеличение объёма грудной клетки при сокращении инспираторных мышц приводит к увеличению отрицательного давления в плевральной полости за счёт того, что лёгкие растяжены и усиливается эластическая тяга, стремящаяся их сжать.
При растяжении лёгких давление внутри них понижается (ниже атмосферного), после чего засасывается атмосферный воздух в дыхательные пути. Т.о. осуществляется вдох.
Выдох осуществляется пассивно в результате расслабления инспираторных мышц. Давление плевральной полости растёт, объём грудной клетки уменьшается, альвеолы уменьшаются в размерах, повышается эластическая тяга лёгких. При этом увеличивается давление воздуха в лёгких и воздух выходит наружу.
Выделяют 2 типа дыхания:
- грудное (преобладает у женщин, дыхание осуществляется за счёт сокращения межрёберных мышц);
- брюшное (за счёт сокращения диафрагмы, преобладает у мужчин).
В случае повреждения грудной клетки или разрыве внутреннего листка плевры, когда атмосферное давление попадает в плевральную полость наблюдается плевматорекс, лёгкие спадаются в результате выравнивания давления внутри лёгких им в плевральной полости.
В случае 2-сторонней пневмонии дыхание невозможно, в результате удушья наступает смерть.
Лёгочные объёмы и ёмкости.
Объём – общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) – максимальное количество воздуха, которое может поместиться в лёгких при глубоком вдохе. ОЕЛ составляет 4,5 – 6,5л.
Факторы, влияющие на ОЕЛ: рост, возраст, пол, образ жизни.
ОЕЛ складывается из следующих объёмов:
- Остаточный объём (ОО) – объём, который остаётся в лёгких после максимально глубокого выдоха. Не выдыхается. Составляет 1,2л.
- Дыхательный объём (ДО) – глубина дыхания; объём воздуха, который поступил в лёгкие во время спокойного вдоха, в норме 300-800мл (пластичная константа).
- Резервный объём вдоха (РОВД) – максимальный объём, который можно вдохнуть после спокойного вдоха. В норме 1,5 – 2л.
- Резервный объём выдоха (РОВЫД) – максимальный объём, который можно выдохнуть после спокойного выдоха. В норме 1,5 – 2л.
ДО и РОВД составляют ёмкость лёгких (60% от ОЕЛ).
РОВЫД и ОО составляют функциональную остаточную ёмкость (ФОЕ= 1,8-3л, 40% от ОЕЛ).
ДО+РОВД+РОВЫД= жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ). ЖЕЛ – пластичная константа гомеостазиса, в норме составляет 3-4л (у обычных людей; у мужчин больше, чем у женщин), до 12л (спортсмены). ЖЕЛ в положении стоя больше, чем сидя и лёжа.
Т.о. различают 4 первичных статичных объёма лёгких:
-ДО
-РОВД
-РОВЫД
-ОО
Различают 4 статичных ёмкости лёгких:
-ОЕЛ
-ЖЕЛ
-ФОЕ
-ЕВ (ёмкость вдоха).
У мужчин лёгочные объёмы на 10% меньше, чем у женщин. У спортсменов на 20% больше, чем у не спортсменов.
Альвеолярная вентиляция.
После спокойного вдоха следует спокойный выдох. При этом в лёгких остаётся РОВД и ОО, составляющие ФОЕ (альвеолярный воздух).
Повышение ФОЕ ухудшает газообмен, т.е. при каждом спокойном вдохе в дыхательные пути в среднем поступает 500мл воздуха, из которого в лёгкие поступает около 360мл, 140мл – анатомическое мёртвое пространство.
Отношение вдыхаемого воздуха к альвеолярному – это коэффициент вентиляции.
Та часть лёгких, в которой нет вентиляции или снижен капиллярный кровоток – физиологическое мёртвое пространство – не происходит газообмен. Увеличивается при глубоком вдохе.
Лёгочная вентиляция (минутный объём дыхания) и мёртвое пространство.
Лёгочная вентиляция, минутный объём дыхания (МОД) – объём воздуха, проходящего через лёгкие за 1 минуту.
МОД = ДО*ЧД (частота дыхания).
МОД (пластичная константа) зависит от обмена веществ, от интенсивности окислительных процессов в организме. В норме 5-8л/мин ( в покое), 150-180л/мин (максимально).
При максимальной работе не превышает 50-60% ЖЕЛ.
Увеличение МОД происходит за счёт увеличения частоты и глубины дыхания.
Не весь вдыхаемый воздух достигает альвеол. Просвет воздухоносных путей, в которых газообмен не происходит, называется анатомическим мёртвым пространством (АМП).
Объём (АМП) составляет 140-160мл.
Мёртвое пространство: полость носа, рта, гортани, трахеи, бронхов.
Но заполняющий пространство воздух играет положительную роль в поддержании влажности и температуры.
Во время вдоха первая порция воздуха поступает в альвеолы из мёртвого пространства. Эффективность дыхания уменьшается при уменьшении ДО, и повышается, т.к. при этом повышается доля мёртвого пространства.
Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Парциальное давление газов.
Атмосферный воздух (вдыхаемый) содержит 20,94% О2, 0,3% СО2, 79% азот.
Выдыхаемый: 16,4 О2, 4% СО2, 79,6% азот.
Альвеолярный воздух: 14,5% О2, 5,5% СО2, 80% азот.
В альвеолярном воздухе меньше О2 и больше СО2, чем в выдыхаемом. Более высокий процент О2 и низкий СО2 в выдыхаемом воздухе, т.к. СО2 является смесью альвеолярного воздуха и воздуха мёртвого пространства, не участвующего в газообмене (во время вдоха и выдоха).
Движущие силы диффузии газов – разность между парциальным давлением этих газов в альвеолярном воздухе и напряжением в крови.
Парциальное давление (ПД) газов в воздухе – часть давления, которая приходится на долю данного газа в смеси газов.
Так, в альвеолярном воздухе парциальное давление О2=110мм рт ст, а его напряжение в венозной крови – 40 мм рт ст.
Разница 70 мм рт ст способствует перемещению О2 их альвеолярного воздуха в кровь.
ПД СО2 в альвеолярном воздухе составляет 40 мм рт ст, а его напряжение в венозной крови – 47 мм рт ст.
Разница в 7 мм рт ст определяет перемещение СО2 из лёгочных капилляров в альвеолярный воздух.
Скорость диффузии газов зависит от площади альвеол. При увеличении глубины дыхания и соответственно повышенной растяжимости альвеол, увеличивается газообмен.
Скорость диффузии СО2 из альвеолярного воздуха в кровь в 20 раз выше скорости диффузии О2 , это связано с тем, что у СО2 примерно в 20 раз больше растворимость в крови.
Во время мышечной работы увеличивается использование О2 тканями, повышается образование СО2 в следствие чего в венозной крови уменьшается напряжение О2 до 20 мм рт ст, повышается напряжение СО2 до 60 мм рт ст.
Одновременно в альвеолярном воздухе повышается парциальное давление О2 до 130 мм рт ст за счёт гипервентиляции лёгких, после чего усиливается газообмен в лёгких.