Дихання Суть процесу дихання Дихання — це

Дихання

Суть процесу дихання Дихання — це сукупність реакцій біологічного окиснення органічних енерговмісних речовин з виділенням енергії, необхідної для підтримання процесів життєдіяльності організму. Біологічне окиснення може відбуватись як за участю кисню (аеробне дихання), так і без нього (анаеробне дихання). • Кінцевим акцептором водню в метаболізмі більшості тварин служить кисень, що утворює воду: 2 Н + + 2 е + 0, 5 О 2 ® Н 2 О Для нормального обміну речовин організм повинен безупинно одержувати кисень.

• Дихання вищих безхребетних і хребетних — це сукупність процесів надходження кисню в організм і його споживання клітинами, а також утворення і виведення з організму вуглекислого газу. • У здійсненні надходження газів беруть участь два різних механізми: • Перший механізм — дифузія — пасивний процес переходу дихальних газів крізь біологічні мембрани за градієнтом концентрацій — відбувається на межі між зовнішнім середовищем і кров’ю чи гемолімфою. • Другий механізм — конвекція — активне перенесення кисню і вуглекислого газу — полягає у підведенні до дихальних органів середовища (води чи повітря), що містить кисень, у перенесенні його кров’ю, гемолімфою чи целомічною рідиною від дихальних органів до тканин, а також СО 2 — у зворотному напрямку.

• У процесі дихання більшості багатоклітинних тварин виділяють три послідовних етапи: 1) зовнішнє дихання; 2) транспорт газів кров’ю; 3) внутрішнє, або тканинне, дихання. Зовнішнє дихання, що є процесом надходження кисню із зовнішнього середовища до організму — у кров, гемолімфу або безпосередньо в тканинну чи целомічну рідину — і виведення з організму вуглекислого газу, характерне для всіх аеробних організмів.

Еволюція дихального апарата Типи дихання Дифуз не Шкірне Кишко ве Зябров е Трахей не Легене ве Характерно для низькоорган ізованих тварин із зниженням рівнем обміну, здійснюєтьс я тільки у вологому середовищі і накладає обмеження на розмір тварини. Це єдиний шлях газообміну у багатьох безхребетни х: губок, кишковопоро жнинних, більшості червів. Дихальні гази проникають крізь біологічні мембрани у розчиненому стані. Не має самостійног о значення і виступає як доповнення до шкірного і зябрового. Характерни й для багатьох тварин що живуть у воді, зокрема для риб. Дихання газообмін здійснюєтьс я зябрами. Здійснюєтьс я спеціальною дихальною системою, яка доставляє кисень повітря до кожного органа, тканини, клітини без участі крові та їхніх кровяних пігментів. У птиць і ссавців, до яких відносяться переважно більшість сільськогосп одарських тварин, органами дихання є легені.

Анатомічна будова системи органів дихання Дихальний апарат включає дихальні шляхи — носову порожнину, носоглотку, гортань, трахею, бронхи, що діляться на більш дрібні і які закінчуються бронхіолами й альвеолами з мережами кровоносних судин, що їх обплітають.

Легеневе дихання Дихання відбувається в декілька етапів. 1. Обмін повітрям між зовнішнім середовищем і альвеолами легень — атмосферне повітря при вдиху надходить в альвеоли, а частина альвеолярного повітря при видиху виділяється в зовнішнє середовище. 2. Власне легеневе дихання — газообмін між альвеолярним повітрям і кров’ю, що протікає через стінки альвеол і капілярів легень. 3. Зв’язування кисню гемоглобіном. 4. Транспорт кисню кров’ю. 5. Газообмін між кров’ю і тканинами організму. 6. Тканинне дихання. 7. Транспорт вуглекислого газу.

Функції дихальних шляхів: 1. Аналіз складу повітря, що надходить, (за рахунок наявних у носовій порожнині нюхових клітин). 2. Зігрівання або охолодження повітря (за рахунок розташованих у стінках дихальних шляхів кровоносних судин і щодо великої площі зіткнення повітря, що протікає, із поверхнями дихальних шляхів). 3. Зволоження повітря (за рахунок виділення слизу клітинами, що вистилають дихальні шляхи і секреторного епітелію дрібних залоз). 4. Очищення повітря від пилюки (за рахунок роботи миготливого епітелію і виділення слизу). Легень досягають тільки частки розміром 4 — 6 мкм. Частота биття війок складає 10 — 20 биттів у хвилину. 5. У верхніх дихальних шляхах знаходиться багато рецепторів, подразнення яких викликає захисні рефлекси – кашель, чхання, фиркання.

Вентеляція легень Вентиляцією називають процес оновлення газового состава альвеолярного повітря під час вдиху і видиху. Інтенсивність вентиляції визначається глибиною вдиху і частотою дихальних рухів. Частота дихальних рухів в 4 – 5 разів менше за частоту скорочень серця. Частота дихання в середньому за 1 хв Тварина Дорослі Молоді Коні 8 – 16 20 – 30 Велика рогата худоба 12 – 25 20 – 40 Вівці 12 – 16 20 – 40 Свині 10 – 18 15 – 20 Кролі 15 – 30 20 –

При оцінці вентиляції використовують такі показники: • Хвилинний об’єм дихання (Хвоб) • Хвоб = Доб * n, де • Доб – дихальний об’єм, тобто об’єм повітря, яке надійшло до легень за один вдих • n – кількість дихальних рухів за хвилину • Хвилинний об’єм дихання у коней у спокою 60 – 70 л (5 – 6*12). При легкій роботі хвилинний об’єм у коней зростає до 150 – 200 л, при тяжкий до 400 – 500 л.

• Резервний (або додатковий) об’єм вдиху – після глибокого вдиху можна вдихнути ще деяку кількість повітря • Резервний (або додатковий) об’єм видиху – повітря, яке можна видихнути після спокійного видоху. • Д зал (залишковий об’єм) – повітря, яке залишається у легенях навіть після смерті (легені ніколи не спадаються (роз тяжіння альвеол внаслідок негативного тиску у грудній клітині). Залишковий об’єм не входить до складу ЖЄЛ. • ЖЄЛ = Доб + Д дод. об. вд + Д дод. об. вид • Загальний об’єм легенів (ЗОЛ) = ЖЄЛ + Д зал

• Глибина дихання – об’єм повітря, яке надходить до легенів при кожному вдиху. Глибина дихання оборотно пропорційна частоті дихання. • Частота дихання – кількість вдихів за 1 хвилину. • Відношення повітря, що вдихається до альвеолярного повітря називається коефіцієнтом легеневої вентиляції. • Повітряності шляхи не приймають безпосередню участь у газообміні. Їх називають мертвим простором або анатомічно шкідливим. • Альвеолярний газообмін — це тільки один бік справи, а другий її бік — кровообіг у капілярах легень, тобто перфузія легень. • Вентиляція легень, як і перфузія, також є нерівномірною

Газообмін між альвеолярним повітрям і кров’ю Газовий склад повітря Повітря Вміст газів, % О 2 СО 2 N+ інертні гази Що вдихається 20, 94 0, 03 79, 03 Що видихається 16, 30 4, 00 79, 70 Альвеолярне 14, 20 5, 20 80,

• Повітря, що видихається – це суміш повітря, що вдихається і альвеолярного повітря. • Кількість газу, розчиненого у крові, залежить від: 1. Складу рідини, 2. Об’єму і тиску газу над рідиною, 3. Температурою рідини, 4. Фізичними властивостями даного газу. 5. Коефіцієнт розчинності відображає об’єм газу, який можна розчинити в 1 мл. рідини при t=0ºС і тиску 760 лм. рт. ст. • . Якщо над рідиною знаходиться декілька газів, то кожен з них розчиняється відповідно його парціального тиску.

Парціальний тиск – це частина загального тиску газової суміші, яка приходиться на долю того або іншого газу суміші (тобто це тиск газу, що входить до складу газової суміші, яке він оказував би при тій самій температурі, заміщуючи один весь об’єм). Виражається у паскалях або мм рт. ст: p=P(: 100) Р – загальний тиск газової суміші, мм рт. ср. а – вміст газу в об’ємних процентах (об%) р – парціальний тиск газу при Р=760, t = 22ºС р О 2 = 0, 21*760=159 мм рт ст. (21, 2 к. Па) р СО 2 = 0, 0003*760=0, 23 мм рт ст. (0, 003 к. Па) р N 2 = 0, 78*760=595 мм рт ст. (0, 8 к. Па)

Загальний парціальний тиск газів у повітрі та крові Середовище, що досліджується Парціальний тиск, мм рт ст Загальни й тиск Н 2 О СО 2 N 2 Повітря, що вдихається 6 0, 3 15 9 595 760 Альвеолярне повітря 47 40 10 0 573 760 Повітря, що видихається 47 32 11 6 565 760 Артеріальна кров 47 40 95 573 755 Змішана венозна кров 47 46 40 573 706 Тканинна рідина

• Градієнт парціального тиску (різниця парціального тиску) – це основний фактор, який визначає дифузію газів. • Різниця між тиском О 2 в альвеолярному повітрі та напругою його у венозній крові легенів: 100 -40=60 мм рт ст. • Різниця між напругою СО 2 у венозній крові та тиском СО 2 в альвеолярному повітрі: 46 -40=6 мм рт ст. • Але розчинність СО 2 у тканинах легеневих мембран (аерогематичний бар’єр) вище розчинності О 2 більш, ніж у 20 разів.

Клітинне дихання Тканинне дихання — це обмін дихальними газами між кров’ю і тканинами, що відбувається у процесі біологічного окиснення органічних речовин у клітинах організму. При цьому відбувається поглинання тканинами кисню і виділення вуглекислого газу, а внаслідок окиснення й розпаду поживних речовин виділяється енергія, необхідна для підтримання життя і діяльності організму. Біологічне окиснення відбувається в мітохондріях, де містяться ферменти дихального ланцюга. Для їх нормальної функції потрібно, щоб напруга кисню (р. О 2) в мітохондріях була не нижчою за 1 мм рт. ст. , інакше окиснення субстрату й отримання енергії для життєвих процесів припиняється. Надходження кисню до тканин здійснюється як шляхом конвекції (перенесення кисню кров’ю, тканинною рідиною, через цитоплазму всередині клітини), так і за допомогою дифузії.

Рушійн ою силою дифузії газів, як і в альвеолярному газообміні, є градієнт концентрацій — напруги газів по обидва боки мембрани. Процес дифузії триває до вирівнювання концентрацій між середовищами. Тому кров не може віддати весь кисень тканинам, так само тканини не можуть цілком звільнитись від СО 2 — перехід цих газів з одного середовища до іншо го припиняється, коли їх напруга в середовищах зрівнюється.

Коефіцієнт утилізації кисню – це кількість кисню, яке отримують тканини із загального вмісту в артеріальній крові, виражене у процентах Кут. О 2 =О 2 арт-О 2 веноз Підвищенню Кут сприяє посилене утворення молочної та вугільної кислот при значній фізичній роботі, а також розкриття не функціонуючих капілярів у працюючій тканині. Так, для більшості органів у стані спокою коефіцієнт утилізації кисню становить 0, 3 -0, 4, для серця — 0, 6, у напружено функціонуючих м’язах він зростає до 0, 7 -0, 9, а з печінці може досягти навіть 0, 97.

Регуляція тканинного дихання і постачання тканини киснем. Тканинне дихання тісно пов’язане з функціональним станом органа чи тканини. Зв’язок здійснюється як безпосередньо: функція — обмін речовин — дихання, так і через окремі незалежні шляхи регуляції обміну речовин і дихання в органах, наприклад активація глікогенолізу під час фізичного навантаження з подальшим окисненням глюкози під впливом симпатичної нервової системи та адреналіну надниркових залоз. У регуляції бере участь центральна нервова система, зокрема гіпоталамус, який здійснює регуляцію обміну речовин в організмі через автономну нервову систему і залози внутрішньої секреції.

Регуляція дихання розрізняє два аспекти: 1. Підтримка ритмічності дихання; 2. Процеси власне регуляції дихання. • . Дихання – саморегулюючий процес, у якому головне значення має дихальний центр, розташований у ретикулярної формації довгастого мозку, в області дна четвертого мозкового шлуночка (Н. А. Миславский, 1885). • . Дихальний центр — це сукупність нейронів центральної нервової системи, які забезпечують ритмічну зміну вдиху видихом і навпаки, а також пристосовують частоту і глибину дихання до мінливих потреб організму і відповідно до умов його існування. • . Дихальний центр розміщений на дні IV шлуночка і складається з центру вдиху ( енспіраторного ) та центру видиху ( експіраторного ). Було також установлено, що дихальний центр парний, симетричний, розміщений по обидва боки від шва довгастого мозку.

Схема роботи дихального центру

Пневмотаксичний центр У верхній третині моста (варолієвого) розміщені скупчення дихальних нейронів, які функціонально відрізняються від дихальних нейронів довгастого мозку і утворюють пневмотаксичний центр. У регуляції дихання беруть участь і відділи мозку: 1. Середній мозок – переключення інформації з пропріо- і інтерорецепторов до дихального центру. 2. Проміжний мозок – переключення інформації про інтенсивність метаболізму. 3. Мозочок – тонізуючий вплив. 4. Кора головного мозку підкоряє дихання довільним впливам. Під впливом кори головного мозку утворяться умовні рефлекси, що регулюють дихання.

Рефлекторні впливи на дихальний центр 1. На рівні спинного мозку мотонейрони одержують від проприорецепторов м’язів грудної клітини (м’язових веретен) сигнали про зміни ступеня розтягу цих м’язів. 2. На рівні бульбарного центру найважливіша роль належить механорецепторам, розташованим у тканинах легень, а також у стінках бронхів і трахеї. 3. До цих рефлексів можна віднести також рефлекси з рецепторів верхніх дихальних шляхів. При вимиканні носового дихання на 30% знижується вентиляція легень. 4. З рецепторів судинних рефлексогенних зон — уповільнення дихання при підвищенні тиски.

Гуморальна регуляція дихання • У процесі життєдіяльності інтенсивність обміну речовин, а виходить, споживання О 2 і виділення СО 2 безупинно змінюється. Головним природним подразником дихального центру є парціальний тиск СО 2. Це відбувається декількома шляхами: 1. безпосередня дія СО 2 на дихальний центр. • . Людину поміщали в замкнуте помешкання і чим більше в ньому накопичувалося СО 2 , тим частіше ставало дихання. • . При поглинанні СО 2 дихання не частішало. • . При додаванні до повітря СО 2 у концентрації 5 – 7% відбувається збільшення легеневої вентиляції в 6 – 8 разів. При концентрації 15% спостерігається наркоз.

• Перший вдих новонародженого відбувається в результаті накопичення СО 2 у крові і лікворі, 80% ефекту – безпосередня дія СО 2 на дихальний центр (клітини передне-бокової поверхні довгастого мозку), 20% ефекту – від периферичних рецепторів: 1. дуга аорти (блукаючий нерв (аортальна гілка) 2. сино- каротидна зона – синусний нерв • Доказ наявності рефлексів із каротидного синуса – дослід Гейманса. • 100% ефекту при гіпоксії належить каротидному синусу. При руйнації хеморецепторів ефекту немає. При зниженні р. Н дихання частішає.