Физиология органов дыхания Что такое дыхание

Физиология органов дыхания • Что такое дыхание • Система органов дыхания (структура и функция) • Лекция 14

Эволюция дыхания • 600 млн. лет назад в атмосфере, главным образом в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих бактерий, появился свободный кислород, парциальное давление которого в ту пору не превышало 1 мм. рт ст. Тогда и стало развиваться собственно дыхание. • Биологическое окисление оказалось более экономичным источников энергии, нежели бескислородные экзотермические реакции. Так, 1 моль глюкозы при полном её окислении дает около 2880 к. Дж, тога как при анаэробном расщеплении того же количества субстрата высвобождается всего 210 к. Дж. • Важно, что биологическое окисление стало важнейшей надстройкой над анаэробными процессами. • Появление дыхания стало мощным толчком для прогрессивной эволюции животного мира. • По мнению крупного биохимика Бернала, кислород, кроме всего, является самым сильным ядом на нашей планете, за счет наличия активных кислородных метаболитов.

Активные формы кислорода 1. О 2 -. Супероксидный радикал 2. Н 2 О 2 Перекись водорода 3. НО. Гидроксильный радикал 4. 1 О Синглетный кислород 5. НОО. Гидропероксидный радикал 6. LOOH Алкилгидропероксид 7. LOO. Алкилпероксирадикал 8. LO. Алкоксильный радикал 9. CLO- Ион гипохлорида 10. Fe 4+ O Ферил ион (ион железа) 11. Fe 5+ O Перферил ион 12. NO. Оксид азота 2

Регуляторная и патогенетическая роль окислительного стресса • Окислительный стресс играет важную роль не только в патогенезе различных заболеваний, но и в процессах физиологической адаптации, регуляции ряда внутриклеточных реакций и активности желез внутренней секреции. • Активные формы кислорода в целом и перекись водорода в частности, образующися внутриклеточно в системах митохондриального или микросомального окисления обладают не только различными физико-химическими свойствами, но и эффективно участвуют в регуляции целого ряда специфических ферментативных систем и процессов, выступая в качестве вторичных мессенджеров, осуществляющих широкий спектр регуляторных влияний на уровне экспрессии специфических провоспалительных цитокинов, регуляции активности протеинкиназы, активности Са-зависимых реакций.

Роль легких развитии внелегочных заболеваний

Дыхание Многоэтапный процесс переноса кислорода из атмосферного воздуха к клеткам организма и углекислого газа от клеток в окружающую среду.

Этапы переноса газов 1. Внешнее дыхание - конвекционный транспорт воздуха из окружающей среды в альвеолы и обратно. 2. Диффузия кислорода из альвеол в кровь легочных капилляров, а углекислого газа из капилляров в альвеолы. 3. Транспорт газов кровью - конвекционный перенос кислорода и углекислого газа. 4. Диффузия кислорода из капилляров в окружающие ткани и углекислого газа из тканей в капилляры.

Парциальное давление газов в альвеолах легких • Альвеолярный воздух представлен смесью в основном О 2 , СО 2 и N 2. Кроме того в альвеолярном воздухе содержаться водяные пары, которые также оказывают определенное парциальное давление, поэтому при общем давлении смеси газов 760 мм. рт. ст. парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе (Ро 2) составляет около 104 мм рт. ст. , Рсо -40 мм. рт. ст. , РN 2 – 569 мм. рт. ст. Парциальное давление водяных паров при температуре 37º С составляет 47 мм. рт. ст.

Изменение парциального давления

Внешнее дыхание осуществляется благодаря: 1. изменению объема грудной клетки обусловленному движением ребер и диафрагмы 2. последующему пассивному изменению объема легких.

Структурно-функциональные особенности органов дыхания

Органы дыхания • Верхняя часть – Носовая полость и др. Нижняя часть – Трахея, бронхи, легкие

Легкие • Два легких: основные органы внешнего дыхания – Правое легкое-три доли – Левое легкое-две доли

Трахеобронхиальное дерево

Альвеолы и альвеоло-капиллярная мембрана

Трахея

Бронхи и альвеолы

Структурные особенности аппарата дыхания 1 Ацинус – структурнофункциональная единица У взрослого 150 000 ацинусов, объем одного 30 -40 мм 3, в каждом до 2000 альвеол, число альвеол в легких 300 миллионов, суммарная площадь 80 м 2, диаметр альвеол 0. 2 -0. 3 мм. , каждая альвеола окружена плотной сетью капилляров.

Структурные особенности аппарата дыхания 2 Альвеолярный эпителий – 2 типа альвеолоцитов первого и второго порядка, второго – 3 -7% , функции секреция и репродукция

Структурные особенности аппарата дыхания 3 • Основа упругости и эластичности легких – соединительная ткань. коллаген растягивается на 2% , эластин на 130%. • Соотношение в паренхиме легких коллаген/эластин =2, 5/1, в плевре – 10/1, • Ретракция

Структурные особенности аппарата дыхания 4 – Сурфактант обеспечивает – во-первых, повышение растяжимости легких и уменьшении работы, совершаемой во время вдоха – во-вторых, обеспечивает стабильности альвеол препятствуя их слипанию.

Дыхательный акт и вентиляция легких

Для нормальной легочной вентиляции необходимо структурное обеспечение работа дыхательных мышц для изменения размеров грудной клетки, эластичность легочной ткани, которая позволяет ей следовать за изменениями размеров грудной клетки, транспульмональное давление, которое поддерживает легкие в расправленном состоянии, легочный сурфактант, препятствующий спадению альвеол.

Нормальный дыхательный цикл

Внутриплевральное давление • При спокойном дыхании внутриплевральное давление ниже атмосферного в инспирацию на 6 -8 см водн. ст. , а в фазу экспирации на 4 -5 см вод. Ст.

Грудная клетка и дыхательные мышцы

Регуляция объема грудной клетки

Дыхательные мышцы Диафрагма

Вспомогательные респираторные мышцы • К вспомогательным респираторным мышцам относятся мышцы шеи, груди и спины, сокращение которых вызывает перемещение ребер, облегчая действие инспираторов, или экспираторов. • Эти мышцы «включаются» при интенсивных физических нагрузках, либо патологии • (бронхиальная астма, эмфизема легких, сердечно-сосудистая недостаточность).

Изменение альвеолярного давления

Транспульмональное (трансдиафрагмальное) давление Внутриплевральное давление ниже давления в альвеолах на величину эластической тяги легких: Р плевральное = Р альвеолярное - Р эластической тяги легких Следовательно, между внутренней поверхностью альвеол и плевральной полостью существует разность давлений, причем эта разность всегда в пользу альвеолярного пространства. Разницу между давлением в альвеолах и давлением в плевральной полости называют транспульмональным давлением. Р транспульмональное = Р альвеолярное - Р плевральное.

В результате • Давление в легких становится ниже атмосферного • Создается градиент давлений • Воздух свободно поступает в легкие.

Пневмоторакс • Если в плевральную полость войдет воздух, или газ, наступает пневмоторакс при котором легкие , или легкое спадаются, что чревато глубокими нарушениями дыхания. • Двойной пневмоторакс несовместим с жизнью.

Альвеолярная среда. Постоянство альвеолярной среды, физиологическая значимость

Газовый состав альвеолярного воздуха и его значение Газ Атмосферный Альвеолярный Выдыхаемый О 2 20, 85 (160) 13, 5 (104) 15, 5 (120) СО 2 0. 03 (0, 2) 5. 3 (40) 3. 7 (27) N 2 78. 62 (596) 74. 9 (569) 74. 6 (566) Н 2 О 0. 5 (3. 8) 6. 3 (47) 6. 2 (47) Общи й 100 (760)

Функциональная характеристика легких и легочная вентиляция

Легочные объемы • Легочные объемы подразделяются на статические и динамические. • Статические легочные объемы измеряют при завершенных дыхательных движениях, без лимитирования их скорости. • Динамические легочные объемы измеряют при проведении дыхательных движений с ограничением времени на их выполнение. • :

Легочные объемы • 1. 2. 3. 4. Объем воздуха в легких и дыхательных путях зависит от следующих показателей: Антропометрических индивидуальных характеристик человека и дыхательной системы. Свойств легочной ткани. Поверхностного натяжения альвеол. Силы, развиваемой дыхательными мышцами.

Функциональная характеристика легких

Функциональная характеристика легких • • Статические легочные объемы, л. Общая емкость- 6 Жизненная емкость – 4, 5 Функциональная остаточная емкость -2, 4 Остаточный объем – 1, 2 Дыхательный объем- 0, 5 Объем мертвого пространства – 0, 15

Легочная вентиляция • Легочной вентиляцией называют объем воздуха, вдыхаемого за единицу времени ( минутный объем дыхания) • МОД - то количество воздуха, которое вдыхается в минуту • МОД = ДО х ЧД • До-дыхательный объем, • Чд-частота дыхания

Параметры вентиляции • • Частота дыхания- 14 мин. Минутный объем дыхания- 7 л/мин Альвеолярная вентиляция – 5 л/мин Вентиляция мертвого пространства – 2 л/мин.

Анатомическое и альвеолярное мертвое пространство

Анатомическое мертвое пространство • Анатомически мертвым пространством называют воздухопроводящую зону легкого, которая не участвует в газообмене (верхние дыхательные пути, трахея, бронхи, терминальные бронхиолы). АМП выполняет ряд важных функций: нагревает вдыхаемый атмосферные воздух, задерживает примерно 30% выдыхаемого тепла и воды. • Анатимически мертвое пространство практически соответствует воздухопроводящей зоне легких, объем которой варьирует от 100 до 200 мл. , а в среднем составляет 2 мл на 1 кг. Массы тела.

Альвеолярное мертвое пространство • В здоровом легком некоторое количество апикальных альвеол вентилируются нормально, но частично либо полностью не перфузируются кровью. • Подобное физиологическое состояние обозначается как «альвеолярное мертвое пространство» . • В физиологических условиях АМП может появляться в случае снижения минутного объема крови, уменьшения давления в артериальных сосудах легких, при патологических состояниях. В подобных зонах легких не происходит газообмена. • Сумма объемов анатомического и альвеолярного мертвого пространства называется физиологическим, или функциональным мертвым пространством.

Коэффициент вентиляции альвеол • В альвеолах к концу спокойного выдоха находится около 2500 мл воздуха (ФОЕ – функциональная остаточная емкость), во время вдоха в альвеолы поступает 350 мл воздуха, следовательно, обновляется лишь 1/7 часть альвеолярного воздуха (2500/350 = 7. 1).

Альвеолярная вентиляция и легочная вентиляция • физиологически мертвое пространство МАВ = (ДО - МП) ЧД В норме альвеолярная вентиляция составляет 70 75 % величины МОД

Варианты альвеолярной вентиляции • Гипервентиляция-вымывание С 02 из альвеол возмещается поступлением его из тканей, альвелярное Рсо 2 падает (гипокапния). Опасностьостановка дыхательного центра. • При недостаточной вентиляции альвеол (гиповентиляция) в них накапливается избыток СО 2 гиперкапния, а при резком отставании вентиляции от газообмена, снижается Ро 2 (гипоксия). • Соответственно, сдвиги Рсо 2 и Ро 2 развиваются при этом и в артериальной крови.

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. минутному объему дыхания должен соответствовать соответствующий минутный объем крови, протекающий через сосуды малого круга, а этот объем, естественно, равен объему крови, протекающей через большой круг кровообращения. • 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.

Соотношение вентиляции и перфузии легких • Ширина сосудистого русла регулируется симпатической иннервацией. • Имеются и местные механизмы, сопрягающие перфузию альвеол с их вентиляцией. • Так, в альвеолах, которые не вентилируются, или вентилируются воздухом с пониженным содержанием кислорода, капилляры спазмируются, предотвращая бесполезную перфузию.

Кровоснабжение – Капилляры. 1) малая величина капиллярных сегментов, 2) их обильная взаимосвязь, что формирует петлистую сеть, 3) высокая плотность отдельных капиллярных сегментов на единицу площади альвеолярной поверхности, 4) низкая скорость кровотока. – Низкое давление в малом круге – 15 -20 мм рт. ст. – Площадь капилляров до 80 м 2 – Кол-во крови в капиллярах - 200 мл

Тонус бронхов его значение и регуляция • Тонус гладкой мускулатуры бронхов зависит от активности его холинэргической иннервации. Соответствующие эфферентные волокна проходят в составе блуждающего нерва. Эта система участвует также в регуляции секреции слизи и движений ресничек мерцательного эпителия носовых ходов, трахеи и бронхов, стимулируя тем самым мукоцилиарный транспорт – выделение попавших в воздухоносные пути инородных частиц. • Расслабляющее влияние на бронхиальный тонус оказывают симпатическая (адренергическая) иннервация.

Регуляция просвета бронхов 1. 2. 3. Сокращение гладких мышц и сужение бронхов происходит при действии ацетилхолина парасимпатических нервных окончаний на Мхолинорецепторы. Через 2 -адренорецепторы катехоламины мозгового вещества надпочечников и норадреналин симпатических нервных окончаний оказывают расслабляющее действие на гладкие мышцы, происходит расширение бронхов Медикаментозная коррекция бронхоспазма у больных бронхиальной астмой с использованием катехоламинов (адреналин). Последствия такой коррекции ( спазм коронарных сосудов, инфаркт миокарда у пожилых) и. т. д.

Мерцательный эпителий бронхиального дерева как основа здоровья

Патерн дыхания • Необходимый для организма объем легочной вентиляции может быть достигнут при разных патернах дыхания. Так обозначают соотношение параметров внешнего дыхания: его длительности и дыхательного объема, т. е. частоты и глубины дыхания. • Благодаря рефлекторным механизмам саморегуляции, организм, как правило, «избирает» оптимальный патерн дыхания – такой, при котором затраты энергии на каждый литр вентилируемого воздуха, наименьшие. • Работа респираторных мышц в покое составляет 23% от общих энерготрат. При физической нагрузкедо 10%.

Экологически- индуцированные заболевания легких