Физиология дыхания ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АКТ И ВЕНТИЛЯЦИЯ ЛЕГКИХ

Физиология дыхания

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АКТ И ВЕНТИЛЯЦИЯ ЛЕГКИХ Дыхание человека и животных можно разделить на ряд процессов: 1 — обмен газами между окружающей средой и альвеолами легких (внешнее дыхание), 2 — обмен газами между альвеолярным воздухом и кровью, 3 — транспорт газов кровью, 4 — обмен газами между кровью и тканями, 5 — потребление кислорода клетками и выделение углекислоты (клеточное, или тканевое, дыхание)

Звенья газотранспортной системы организма 1 — вентиляция, 2 — аэрогематический барьер, 3 — транспорт газов кровью, 4 — гематопаренхиматозный барьер, 5 — ткани, клетки; сплошными линиями обозначен конвективный перенос газов, пунктирными — диффузионный.

Блок—схема системы дыхания человека 1 — внешнее дыхание, 2 — аэрогематический барьер, 3 — транспорт газов кровью и тканевыми жидкостями, 4 — гематопаренхиматозный барьер, 5 — тканевое дыхание, 6 — нейрогуморальная регуляция дыхания, 7 — потоки энергии.

Дыхательные мышцы Инспираторные: Основная - диафрагма, синергично с наружными межреберными мышцами. Экспираторные внутренние межреберные мышцы, мышцы брюшной стенки. К вспомогательным респираторным мышцам относят ряд мышц шеи, груди и спины, сокращение которых вызывает перемещение ребер

Легочные объемы и емкости

Газовый состав дыхательной среды и крови у человека (средние величины в покое) Среда Кислород Углекислый газ парциальное давление, мм рт. ст. содержание, об. % парциальное давление, мм рт. ст. об. % Вдыхаемый воздух 159 20, 9 0, 2 0, 03 Выдыхаемый воздух 126 16, 6 28 3, 7 103 14, 5 40 55 Артериальная кровь 95 20. 40 50 Венозная кровь (смешанная) 40 15 46 54 Артерио—венозная разница — 55 — 5 +6 +4

Аэрогематический барьер 1 — сурфактант; 2 — эпителий альвеол; 3 — интерстициальное пространство; 4 — эндотелий капилляров; 5 — плазма крови; 6 — эритроцит.

Общая схема системы транспорта газов, состоящая из двух последовательно соединенных насосов и из двух диффузных барьеров

Кривая диссоциация оксигемоглобина цельной крови. А — влияние изменения р. Н крови на сродство гемоглобина к O 2; Б — влияние изменения температуры на сродство гемоглобина к О 2. Кривые 1— 6 соответствуют температуре 0, 10, 20, 38 и 43 °С.

Схема действия факторов, влияющих на газообмен в легких

Соотношение вентиляции и перфузии легких Для нормального процесса обмена газов в легочных альвеолах необходимо, чтобы их вентиляция воздухом находилась в определенном соотношении с перфузией их капилляров кровью. Т. е. МОД должен соответствовать МОК В обычных условиях вентиляционно—перфузионный коэффициент у человека составляет 0, 8— 0, 9. Например, при альвеолярной вентиляции, равной 6 л/мин, минутный объем крови может составить около 7 л/мин. В отдельных областях легких соотношение между вентиляцией и перфузией может быть неравномерным. Имеются местные механизмы, сопрягающие перфузию альвеол с их вентиляцией. Так, в тех альвеолах, которые не вентилируются или вентилируются воздухом с пониженным содержанием кислорода, капилляры спазмируются, предотвращая бесполезную перфузию.

Вентиляционно—перфузионное соотношение в легких человека

Регуляция дыхания

Важнейшие звенья системы регуляции дыхания 1 — центральный дыхательный механизм (3— бульбарные хемочувствительные зоны) 2 — артериальные хеморецепторы 4 — легочные механорецепторы 5 — легкие, 6 — диафрагма, 7 — межреберные мышцы.

Дыхательный центр (его компоненты) и эфферентные нервы.

Влияние на дыхание перерезок ЦНС на различных уровнях. К – кора Гт – гипоталамус варолиев мост: П – пневмотаксический центр Ап – апнейстический центр продолговатый мозг Э – экспираторный центр И – инспираторный центр С, Th – спинной мозг

Дыхательный рефлекс

Паттерны импульсной активности инспираторного (А) и экспираторного (Б) нейронов, В — спирограмма; I — вдох, II — выдох. Упрощенная схема рефлекторного акта дыхания: ВДОХ – активация механорецепторов легких – возбуждение экспираторного отдела ДЦ – торможение инспираторного отдела ДЦ – расслабление диафрагмы и межреберных мышц – уменьшение объема грудной полости – уменьшение объема легких – ВЫДОХ – снижение импульсации от механорецепторов легких – снижение активности экспираторного отдела ДЦ – активация инспираторного отдела ДЦ – возбуждение спинномозговых центров дыхательных мышц - сокращение диафрагмы и межреберных мышц – увеличение объема грудной полости – растяжение легких - ВДОХ

Биоэлектрическая активность ОСНОВНЫХ типов дыхательных нейронов течение трех нейронных фаз дыхательного цикла. 1 — ранние; 2 — полные; 3 — поздние инспираторные; 4 — постинспираторные; 5 – экспираторные; 6 - преинспираторные нейроны.

Рецепторы легких 1) Ирритантные рецепторы слизистой оболочки дыхательных путей – рецепторы смешанного типа; 2) Рецепторы растяжения гладких мышц дыхательных путей - механорецепторы; 3) J-рецепторы (юкстаальвеолярные) - хеморецепторы.

РЕФЛЕКС ГЕРИНГА — БРЕЙЕРА контролирует глубину и частоту дыхания. Раздувание легких рефлекторно тормозит вдох и вызывает выдох. Перерезка блуждающих нервов устраняет рефлекс.

ВСЕ ФОРМЫ НАРУШЕНИЯ НОРМАЛЬНОГО ДЫХАНИЯ ОБЪЕДИНЯЮТСЯ ТЕРМИНОМ «ДИСПНОЭ» . Паттерны дыхания А — нормальное дыхание; Б — дыхание Чейна—Стокса; функциональные изменения возбудимости центрального дыхательного механизма (при гипоксии); органическое поражение ДЦ, гипервентиляция В — апнейстическое дыхание; хроническая гипоксия головного мозга; повреждение передней части моста среднего мозга Г — дыхание типа «гаспинг» ; изменения эластических свойств легких; ригидность грудной клетки, патологии сурфактантной системы легких; бронхиальная астма

ПРОПРИОЦЕПТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ ДЫХАНИЯ. Рецепторы суставов грудной клетки - КБП единственный источник информации о движениях грудной клетки и ДО. Мышечные веретена межреберных мышц дозируют мышечное усилие (γмотонейронная петля).

ЦЕНТРАЛЬНЫЕ ХЕМОРЕЦЕПТОРЫ хеморецепторы продолговатого мозга Адекватным раздражителем является изменение концентрации протонов (р. Н) во внеклеточной жидкости мозга. АРТЕРИАЛЬНЫЕ (ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ) ХЕМОРЕЦЕПТОРЫ Уменьшение Рo 2 (увеличение Рco 2 и р. Н) - периферические хеморецепторы (каротидные и аортальные тельца) – синокаротидные и аортальные нервы – нейроны ядра одиночного пучка – нейроны ДЦ (продолговатый мозг) – гипервентиляция

Опыт с перекрестным кровообращением (по Л. Фредерику). Пережатие трахеи у собаки А – гиперкапния и гиперпное у собаки Б замедление дыхания (вплоть до апное) у собаки А.

Механизм влияния гипоксемии и гиперкапнии на дыхательный центр. А – рефлекторное влияние гипоксемии; Б – рефлекторное и прямое влияние гиперкапнии

РЕФЛЕКСЫ СО СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ ПОЛОСТИ НОСА Раздражение (табачный дым, пыль, вредные газы, вода) - сужение бронхов, остановка дыхания. РЕФЛЕКСЫ С НОСОГЛОТКИ Механическое раздражение - сокращение диафрагмы и межреберных мышц (аспирационный рефлекс, выражен у новорожденных). РЕФЛЕКСЫ С ГОРТАНИ И ТРАХЕИ Раздражение газами, бронхиальным секретом, инородными телами - резкий выдох, сужения гортани и сокращение гладких мышц бронхов - кашлевой рефлекс.

РЕФЛЕКСЫ С РЕЦЕПТОРОВ БРОНХИОЛ. Раздражение - 1) табачный дым, раздражающие химические вещества; 2) повреждение и механическое растяжение дыхательных путей; 3) легочная эмболия, легочная капиллярная гипертензия, отек легких – гиперпноэ, бронхоконстрикция, гиперсекреция слизи никогда не сопровождается кашлем РЕФЛЕКСЫ С J-РЕЦЕПТОРОВ. Рецепторы в альвеолярных перегородках, в контакте с капиллярами раздражение (отек легких , легочная венозная гипертензия, микроэмболии, раздражающие газы, ингаляционные наркотики ) - апноэ, затем поверхностное тахипноэ.

ЭМОЦИОНАЛЬНЫЕ И СТРЕССОРНЫЕ ФАКТОРЫ Страх, боль – торможение дыхания Мышечная активность, готовность к действию – гиперпноэ Интеллектуально—эмоциональное напряжение - тахипноэ Эмоциональный стресс - гипервентиляция, гипокапнии, респираторный алкалоз (до потери сознания) Эти реакции реализуются при участии структур ретикулярной формации ствола мозга и гормональной системы.

Координация дыхания при повышенном АД Координация дыхания при пониженном АД

ИЗМЕНЕННАЯ ГАЗОВАЯ СРЕДА Высокогорье : снижение РО 2 во вдыхаемом воздухе – «Горная болезнь» : одышка и ряд нарушений функций ЦНС (головная боль, бессонница, тошнота), нарушения со стороны психики (гипоксия мозга) - спазм легочных сосудов, отек легких. При длительном проживании в горах реакция гипоксию резко ослаблена (гипоксическая глухота); возрастает ЖЕЛ, кислородная емкость крови, миоглобин, в МХ - активность ферментов окисления и гликолиза.

ИЗМЕНЕННАЯ ГАЗОВАЯ СРЕДА Погружение : повышенное давление газовой среды (гипербария) – возрастает плотность воздуха ; добавочное сопротивление дыханию; РО 2 ; гипероксия - раздражение слизистой оболочки воздухоносных путей, нарушение функции сурфактанта, воспаление легких - тяжелые расстройства функции ЦНС (судороги). При подъеме – быстрое высвобождение газов, эмболия сосудов, отравление мозга закисью азота, нарушения ЦНС ( «кессонная болезнь» )