Занятие 14. Механизмы дыхательных движений.

Занятие 14. Механизмы дыхательных движений.

Легочные объемы И ЕМКОСТИ

Дыхание – совокупность процессов, обеспечивающих поступление во внутреннюю среду организма кислорода, использование его для окислительных процессов, и удаление из организма углекислого газа.

Потребление кислорода – количество О₂, поглощаемое организмом в течение единицы времени (в покое 200-400 мл/мин). Потребность тканей в кислороде определяется скоростью обменных процессов. Наиболее высока чувствительность к недостатку кислорода нервной ткани. Через 15-20 сек, после прекращения кровотока в мозге человек теряет сознание. Клетки коры головного мозга сохраняют жизнеспособность 5-7 мин., нейроны спинного мозга 20 мин.; мышечная ткань – 2 часа; еще менее чувствительна соединительная ткань, связки, суставы и кости – 4-6 часов; волосы, ногти – 8-10 часов. Запасы О₂ в организме ограничены - около 2,6 л: в альвеолярной смеси газов, крови, тканевой жидкости, в связи с миоглобином скелетных мышц и миокарда (до 14% общего количества О₂). При прекращении дыхания этого запаса хватает на 5-6 минут. Затем наступает гибель клеток, прежде всего нервных. В то же время без воды человек может прожить около 12 дней, а без пищи - около 50 суток. В состоянии физического покоя человек за 1 минуту поглощает 250 мл О₂ и выделяет 200 мл СО₂. При нагрузке потребление О₂ может возрастать до 6 л в минуту.СИСТЕМА ДЫХАНИЯ:

q  Внешнее звено:

Воздухоносные пути и легкие.

2. Грудная клетка и мышцы (костно-мышечный каркас )

q Внутреннее звено

Кровь

Сердечно-сосудистая система

3. Органелы клеток (тканевое дыхание)

q Нейрогуморальный механизм регуляции

q

Физиологическая роль дыхательных путей и легких

Дыхательная система состоит из тканей и органов, обеспечивающих легочную вентиляцию и легочное дыхание (воздухоносные пути, легкие и элементы костно-мышечной системы). К воздухоносным путям, управляющим потоком воздуха, относятся: верхние дыхательные пути (полость носа, носоглотка, ротовая часть глотки) и нижние (гортань ниже голосовых связок, трахея, вне- и внутрилегочные бронхи и бронхиолы). Легкие состоят из бронхиол и альвеолярных мешочков, а также из артерий, капилляров и вен малого круга кровообращения. К элементам костно-мышечной системы, связанным с дыханием, относятся ребра, межреберные мышцы, диафрагма и вспомогательные дыхательные мышцы. Воздухоносный путь - это пространство, которое обеспечивает доставку атмосферного воздуха в газообменную область. Он начинается с отверстий носа и рта и включает полость рта (при ротовом дыхании), носоглотку с придаточными пазухами, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы до 16 генерации включительно. Трахея

 человека приблизительно равна 15 см и делится на два главных бронха (бифуркация): правый и левый. Правый бронх обычно короче и шире левого, расположен более вертикально, поэтому при аспирации инородного тела оно легче попадает в правый главный бронх. От бифуркации трахеи начинается собственно «трахеобронхиальное дерево», образуемое за счет дихотомического деления бронхов. Максимальное число генераций, начиная от главного бронха и заканчивая альвеолярными мешочками, достигает 23-28. Главные бронхи разветвляются на более мелкие бронхи, а последние – на бронхиолы (главные; долевые; сегментарные; дольковые; ацинарные (терминальные);респираторные). Общее число бронхиол приблизительно равно 250 млн. Бронхиола ветвится на альвеолярные ходы, а они заканчиваются слепыми мешочками - альвеолами. До 16-ой генерации включительно бронхи и бронхиолы не имеют альвеол, поэтому непосредственного газообмена между ними и кровью не происходит – они выполняют проводящую функцию. Последующие три генерации (17,18,19) называют дыхательными бронхиолами (переходная зона – транзиторная). На дыхательных бронхиолах имеются альвеолы, однако они составляют всего2 % от общего их числа. Ветвление трахеобронхиального дерева: кондукгивная зона (1-16); транзиторная зона (17-19); респираторная зона (20-23).

Последние четыре генерации (20-23) представляют собой альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки, они несут на себе основное количество альвеол, где происходит обмен между альвеолярной газовой смесью и кровью (дыхательная зона).

Диаметр просвета бронхов уменьшается (от 12 мм в главном бронхе до 1,3 мм в бронхе 10-й генерации), при этом увеличивается общая площадь поперечного сечения [12 000 см² в 23-й генерации]. Площадь поперечного сечения трахеи – 2-4,5 см².

Трахея и главные бронхи состоят из U-образных хрящей, которые замыкают прикрепляющиеся к ним сзади гладкие мышцы. Стенку долевых, сегментарных и мелких бронхов укрепляют хрящевые пластинки неправильной формы и спиралевидные гладкомышечные пучки. Бронхиолы начинаются на уровне ветвления 12-го порядка, хрящевые пластинки в их стенке отсутствуют. Бронхиолы погружены в ткань легких, которая поддерживает их в расправленном состоянии подобно оттяжкам шатра.

Кроме подачи воздуха в газообменную область, воздухоносные пути обеспечивают:

· защитную функцию (очищение воздуха);

· увлажнение воздух а;

· кондиционирующую и терморегуляторную функцию;

· артикуляцию.

Защитная функция:

Дыхательные пути на всем протяжении (до бронхиол) выстланы изнутри реснитчатым (мерцательным) эпителием. Бокаловидные клетки и подслизистые железы секретируют слизь. Благодаря синхронным движениям ресничек слизь вместе с содержащимися в ней остатками клеток и инородных частиц перемещаются в направлении полости рта (мукоцилиарный клиренс).

Объем секреции слизи 150 мл в сутки. В состав слизи входят вода, гликопротеины, липиды, протеогликаны, муцин, бактерицидное вещество лизоцим, глобулины. Т.о., слизь играет роль химического, физического и биологического барьера. При курении и частых бронхитах защитные свойства слизи нарушаются.

Кондиционирующая и терморегулирующая функции. В полости носа, слизистая оболочка которой богата поверхностно расположенными кровеносными сосудами, вдыхаемый воздух нагревается до температуры 31-32⁰С и увлажняется до относительной влажности 95-98%. После прохождения бронхов 8-12 порядка (всего существует 23 генерации дихотомического деления бронхиального дерева) воздух имеет температуру тела и насыщен водяными парами уже на 100%. Методом респираторной термографии установлено, что при вдохе через нос температура воздуха в альвеолах на 1,5-2⁰С выше, чем при вдохе через рот. Следовательно, свободное носовое дыхание можно рассматривать как один из факторов профилактики воспалительных заболеваний дыхательных путей и легких. Испарение воды легкими играет определенную роль в теплоотдаче (для испарения 1 мл воды необходимо 2,4 кДж). Значение этой функции особенно велико у животных, покрытых шерстью и потому неспособных к потоотделению. При повышении температуры тела у них развивается тепловая одышка.

Дыхательные пути участвуют в генерации звуков и придании им определенной окраски. Звук возникает при прохождении воздуха через голосовую щель, вызывая вибрацию голосовых связок.

Физиологическая роль и свойства легких. Снаружи легкие покрыты тонкой, серозной оболочкой - плеврой. В правом легком различают три доли (рис.1.3.): верхняя (верхушечная), средняя (сердечная), нижняя (диафрагматическая). В левом легком две доли (верхняя и нижняя).

Структурно-функциональной единицей легкого является ацинус: разветвление одной терминальной бронхиолы, включающее ее респираторные бронхиолы, альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки. Ацинусов в обоих легких около 300 тыс (один А-400-600альвеол).

Альвеолы внутри выстланы особыми плоскими эпителиальными клетками – альвеоцитами, расположенными на базальной мембране, с другой стороны которой лежит капилляр. Альвеоциты делятся на клетки 1-го типа (собственно эпителий) и 2 -го типа (клетки с макрофагальной активностью, продуценты сурфактанта). Таким образом, формируется аэрогематический барьер. Толщина альвеолярно-капиллярной мембраны не превышает 1 мкм.

Пневмоторакс

Внутригрудное пространство, в котором находятся легкие, герметично замкнуто и с внешней средой не сообщается. Для осуществления вдоха дыхательные движения грудной клетки должны передаться к легким, которые анатомически с ней не связаны. Эту функцию выполняет система плевральных листков. Между листками висцеральной и париетальной плевры, покрывающими соответственно легкие и внутреннюю поверхность грудной клетки, имеется герметичная полость - тончайшая щель (5–10 мкм). Она заполнена серозной жидкостью, напоминающей по составу лимфу. Содержание белков в ней значительно ниже, чем в плазме крови. Это препятствует накоплению экссудата в полости. Плевральная жидкость обеспечивает сцепление листков серозной оболочки и позволяет им скользить относительно друг друга. Это необходимо для того, чтобы легкие следовали за дыхательными экскурсиями грудной клетки не деформируясь. Давление в плевральной щели называется внутриплевральным давлением. В норме это давление отрицательно. Отрицательное давление – это величина, на которую давление в плевральной щели ниже атмосферного. Внутриплевральное давление возникает и поддерживается в результате взаимодействия грудной клетки с тканью легких за счет их эластической тяги. При этом эластическая тяга легких развивает усилие, которое всегда стремится уменьшить объем грудной клетки. В формировании конечного значения внутриплеврального давления участвуют также активные силы, развиваемые дыхательными мышцами во время дыхательных движений. Наконец, на поддержание внутриплеврального давления влияют процессы фильтрации и всасывания внутриплевральной жидкости висцеральной и париетальной плеврами. Давление в плевральной полости может быть измерено либо прямым методом - путем введения в нее иглы, соединенной с водным манометром при этом давление в ней окажется: при вдохе - на 6 – 8 см Н₂О, при выдохе - на 3 – 5 см Н₂О ниже атмосферного.

 

Эту разницу между внутриплевральным и атмосферным давлением обычно называют давлением в плевральной полости. В клинической практике у человека для оценки величины внутриплеврального давления измеряют, давление в нижней части пищевода с помощью специального катетера, который имеет на конце эластичный баллон. Катетер проводят в пищевод через носовой ход. Это давление приблизительно соответствует внутриплевральному давлению, поскольку пищевод находится в грудной полости, стенки его податливы, поэтому колебания давления передаются через них без искажения.

Благодаря отрицательному давлению в плевральной полости, лёгкие постоянно находятся в растянутом состоянии и следуют за грудной клеткой, обеспечивая эффективность вдоха; отрицательное внутригрудное давление облегчает приток венозной крови и лимфы в сосуды, локализованные в грудной полости. При вдохе увеличение грудной полости ведет к повышению отрицательного давления в плевральной полости, т.е. возрастает транспульмональное давление, приводящее к расправлению легких.

Разница между альвеолярным (Р_а) и внутриплевральным давлениями (Р_pl) называется транспульмональным давлением (Р_t). [ Р_t = Р_а - Р_pl ] В области контакта легкого с диафрагмой транспульмональное давление называется трансдиафрагмальным. Величина и соотношение с внешним атмосферным давлением транспульмонального давления, в конечном счете, является основным фактором, вызывающим движение воздуха в воздухоносных путях легких. Изменения альвеолярного давления взаимосвязаны с колебаниями внутриплеврального давления. Альвеолярное давление выше внутриплеврального и относительно барометрического давления является положительным на выдохе и отрицательным на вдохе. Внутриплевральное давление всегда ниже альвеолярного и всегда отрицательное в инспирацию. В экспирацию внутриплевральное давление отрицательное, положительное или равно нулю в зависимости от форсированности выдоха. На движение воздуха из внешней среды к альвеолам и обратно влияет градиент давления, возникающий на вдохе и выдохе между альвеолярным и атмосферным давлением.

 

У новорожденного и в первые дни жизни ребенка объем легких соответствует объему грудной полости. Во время первого вдоха грудная клетка расправляется, ребра поднимаются, происходит фиксация их головок в межпозвоночных ямках и в первоначальное положение они не возвращаются. Во время первых дыхательных движений в грудной полости образуется отрицательное давление порядка 200-250 мм H₂О в отдельных случаях транспульмональное давление (т.е. перепад давления между дыхательными путями и плевральной полостью) достигает (70 см Н₂О), что в 10–15 раз выше, чем при последующем спокойном дыхании.

Такое значительное повышенное отрицательное давление обеспечивает преодоление упругости легочной ткани и расправление легких. За активным вдохом следует активный выдох. Такое значительное повышение отрицательного давления обеспечивает преодоление упругости легочной ткани и расправление легких. При последующих дыхательных движениях растяжимость легких увеличивается, упругость их снижается и работа на выполнение дыхательных движений снижается. После трех дыхательных движений легочная ткань становится равномерно прозрачной, а следовательно расправленной.

Пневмоторакс. Пневмотораксом называют вхождение воздуха в плевральную полость, приводящее к спадению лёгких в результате потери герметичности и попадания воздуха в плевральную полость, приводящих к выравниванию внутриплеврального давления с атмосферным. В силу эластичности легких – они спадаются, занимая 1/3 своего объема. При пневмотораксе на стороне повреждения транспульмональное давление уменьшается, при вдохе объем легкого не увеличивается, уменьшается вентиляция легкого, что создает предпосылки для развития кислородного голодания организма.

Смещение органов средостения в сторону плевральной полости с более низким давлением может затруднить приток венозной крови к сердцу и вызвать опасное для жизни падение сердечного выброса. В сочетании с имеющим место при травмах кровотечением, болью все эти факторы могут привести к развитию плевро -пульмонального шока.

Виды пневмоторакса: открытый, закрытый, клапанный (напряжённый); односторонний, двусторонний; искусственный (лечебный или диагностический).

Когда нарушена целостность стенки грудной клетки с одной стороны лёгкое спадается только на стороне повреждения, так как благодаря средостению другое лёгкое остаётся в герметичном пространстве и человек может им дышать. При одностороннем - легкое на неповрежденной стороне может обеспечивать достаточное насыщение крови О₂ и удаление СО₂ (в покое). Односторонний пневмоторакс иногда применяется для терапевтических целей: введение газа азота в плевральную полость для того чтобы вызвать покой заболевшего лёгкого при лечении туберкулеза (каверны).

Открытый пневмоторакс – если раневое отверстие между грудной полостью и атмосферой остаётся открытым. При оказании помощи человеку с такой травмой необходимо перекрыть раневое отверстие.

Мертвое пространство.

Различают:

* анатомическое;

* функциональное (физиологическое).

Анатомическое мертвое пространство - объем воздухоносных путей, в которых не происходит газообмена (носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы, альвеолярные ходы).

Физиологическая роль его заключается в:

* очищение воздуха (слизистая оболочка улавливает мелкие частицы пыли, бактерии).

* Увлажнение воздуха (секрет железистых клеток эпителия).

* Согревание воздуха (t⁰ выдыхаемого воздуха приблизительно равна 37^оС).

Объем анатомического мертвого пространства в среднем равен 150 мл (140 - 170 мл).

Следовательно, из 500 мл дыхательного объема в альвеолы поступит только 350 мл. Объем альвеолярного воздуха равен 2500 мл. Коэффициент легочной вентиляции при этом равняется 350: 2500 = 1/7, т.е. в результате 1 дыхательного цикла обновляется только 1/7 воздуха ФОЕ или полное обновление его происходит в результате не менее 7 дыхательных циклов.

Функциональное мертвое пространство - участки дыхательной системы, в которых не происходит газообмена, т. е. к анатомическому мертвому пространству добавляются такие альвеолы, которые вентилируются, но не перфузируются кровью.

В норме таких альвеол немного и поэтому в норме объем анатомического и функционального мертвого пространства совпадает.

К динамическим показателям внешнего дыхания относятся:

1. Легочная вентиляция (ЛВ) – характеризуется минутным объемом дыхания (МОД), т.е. количеством воздуха, вентилируемым за 1 мин. МОД зависит от ДО и частоты дыхания ЧД), которая у взрослого человека в среднем составляет 14 в 1 мин (от 10 до 18), у новорожденного - 40-60 в 1 мин

МОД = ДО ´ ЧД

При ДО = 500 мл и ЧД = 14 в мин МОД равен 7 л. При физической нагрузке он может увеличиваться до 120 л

С возрастом ЛВ постепенно уменьшается. Относительное временное повышение ее происходит у детей в периоды закрепления вертикальной позы и полового созревания.

В связи с тем, что к альвеолам, как уже отмечалось, поступает не весь ДО, МОД не может характеризовать эффективность дыхания в целом. Для этого необходимо оценить альвеолярную вентиляцию.

2. Альвеолярная вентиляция (АВ) – часть МОД, достигающая альвеол. Отличается от ЛВ на величину вентиляции мертвого пространства (ВМП)

АВ = ЛВ - ВМП

МОД зависит от ДО и частоты дыхания (ЧД)

МОД = ДО ´ ЧД

ЧД у взрослого человека в среднем = 14 (12-18) в мин

У детей чаще: у грудных - 30-40 в мин

      у новорожденных - 40-55 в мин

                              1 год - 35 в мин

                            3 года - 28 в мин

                              6 лет - 26 в мин

                            14 лет - 17 в мин

Минутный объем дыхания (МОД) у человека = 500 мл х 14 = 7 литров.

Величина вентиляции регулируется так, чтобы обеспечить постоянный газовый состав альвеолярного воздуха, так при физической нагрузке МОД достигает 120 л/мин.

Сравним эффективность дыхания 2-х испытуемых, у которых

МОД (одинаков) = 6000 мл

1-й испытуемый 2-й испытуемый

ЧД в 1 мин 15           20     

Занятие 14. Механизмы дыхательных движений.

Легочные объемы И ЕМКОСТИ