Тема_7 Дыхание.ppt
- Количество слайдов: 67
ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ Внешнее дыхание и транспорт газов кровью
Основная функция дыхательной системы - обеспечение газообмена тканей. Ряд вспомогательных функций: Синтетическая. В тканях легких синтезируются некоторые БАВ. Это такие как гепарин, простагландины, липиды и др. Кроветворная. В легких созревают тучные клетки, базофилы. Депонирующая. Легкие выступают в роли депо крови, так как их сосуды (капилляры) легко растягиваются и в них может накапливаться большое количество крови. Всасывательная. С огромной поверхности легких (приблизительно до 90 м 2) легко всасываются эфир, хлороформ, никотин и многие другие вещества. Выделительная, заключающаяся в том, что вещества, поступающие в организм через легкие, в конечном итоге, выделяются из организма посредством легких. Теплорегуляция. При дыхании с поверхности легких испаряется вода, что ведет к охлаждению крови и всего организма. Голосообразование. Легкие создают воздушные потоки, приводящие в колебание голосовые связки гортани.
• Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих поступление во внутреннюю среду организма кислорода, использование его для окислительных процессов, и удаление из организма углекислого газа
ЭТАПЫ ДЫХАНИЯ: I. ВНЕШНЕЕ или ЛЕГОЧНОЕ ДЫХАНИЕ II. ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ III. ВНУТРЕННЕЕ или ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ
Этапы дыхания
Внешнее легочное дыхание осуществляется с помощью двух этапов • обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом • газообмен между кровью легочных капилляров и альвеолярным воздухом.
Транспорт газов кровью осуществляется в основном в виде комплексов: 1) кислород образует соединение с гемоглобином, 1 г гемоглобина связывает 1, 345 мл газа; 2) в виде физического растворения транспортируется 15– 20 мл кислорода; 3) углекислый газ переносится в форме бикарбонатов Na и K, причем KНСОз находится внутри эритроцитов, а Na. НСОз – в плазме крови; 4) углекислый газ транспортируется вместе с молекулой гемоглобина (карбоксигемоглобин).
Внутреннее или тканевое дыхание также может быть разделено на два этапа. • Первый этап - обмен газов между кровью и тканями. • Второй — потребление кислорода клетками и выделение ими углекислого газа (клеточное дыхание).
Аппарат внешнего дыхания включает три компонента • Дыхательные пути • Легкие — парные дыхательные органы, расположенные в герметически замкнутой грудной полости. • Грудная клетка вместе с мышцами образует мешок для легких. Существует группа инспираторных и экспираторных мышц.
Воздухоносные (дыхательные) пути включают: • носовую полость, • носоглотку, • гортань, • трахею • бронхи Функции дыхательных путей: 1. Обогрев и увлажнение воздуха 2. Защита от инфекции и пыли
Верхние дыхательные пути: носовая и ротовая полости, носоглотка, глотка. Носовая полость Строение: состоит из нескольких извилистых носовых ходов. Внутренняя поверхность выстлана мерцательным эпителием. В стенках носовой полости проходит густая сеть кровеносных капилляров. Функции: согревание, увлажнение воздуха и очищение его от пыли; защита организма от вредных воздействий через воздух; восприятие запахов (орган обоняния). Из носовой полости воздух попадает в носоглотку, а затем в глотку, с которой сообщается ротовая полость. Из глотки воздух попадает в гортань.
Гортань образована хрящами: • щитовидный хрящ (защищает гортань спереди), • хрящевой надгортанник (защищает дыхательные пути проглатывании пищи). Гортань состоит из двух полостей, которые сообщаются через узкую голосовую щель. Края голосовой щели образованы голосовыми связками. • При раздражении ресничек гортани возникает рефлекс кашля. • Из гортани воздух поступает в трахею.
Гортань – орган голосообразования Строение: широкая трубка, напоминающая воронку, состоит из хрящей. Спереди и с боков ее прикрывает щитовидный хрящ. В узкой части гортани находятся голосовые связки. Вход в гортань защищает особый полуподвижный хрящ – надгортанник. Функции: Защита воздухоносных путей от попадания в них пищи; образование звуков. Из гортани воздух попадает в трахею.
Трахея и бронхи – органы нижних дыхательных путей. Трахея Строение: широкая трубка, состоящая и хрящевых полуколец с мягкой стороны, обращенной к пищеводу. Внутренняя стенка трахеи покрыта мерцательным эпителием. Функции: свободное прохождение воздуха в легкие, выведение пыльцевых частиц из легких в глотку. Бронхи Строение: ветвящиеся трубки более мелкого диаметра. Состоят из хрящевых колец, которые защищают их от спадания во время вдоха. Функции: Поступление воздуха к альвеолам легких.
СТРОЕНИЕ ЛЕГКИХ
• Дыхательные пути имеют хорошо разветвленную систему кровоснабжения, благодаря которой воздух согревается и увлажняется. Эпителий воздухоносных путей выстлан ресничками, которые задерживают пылевые частицы и микроорганизмы. • В слизистой оболочке находится большое количество желез, продуцирующих секрет. За сутки вырабатывается примерно 20– 80 мл секрета (слизи). • В состав слизи входят лимфоциты и гуморальные факторы (лизоцим, интерферон, лактоферрин, протеазы), иммуноглобулины А, обеспечивающие выполнение защитной функции.
• Легкие состоят из альвеол, к которым прилегают капилляры. • Общая площадь их взаимодействия составляет примерно 80– 90 м 2. • Между тканью легкого и капилляром существует аэрогематический барьер. • Тонкая стенка альвеол состоит из однослойного эпителия, легко проходимого для газов. • Каждое легкое покрыто снаружи серозной оболочкой — плеврой, состоящей из двух листков: пристеночного и легочного (висцерального). • Между листками плевры имеется узкая щель, заполненная серозной жидкостью — плевральная полость.
Дыхательный цикл складывается из трех фаз: 1) фазы вдоха (продолжается примерно 0, 9– 4, 7 с); 2) фазы выдоха (продолжается 1, 2– 6, 0 с); 3) дыхательной паузы (непостоянный компонент).
Тип дыхания зависит от мышц, поэтому выделяют: • Грудной. Осуществляется при участии межреберных мышц и мышц 1— 3 -го дыхательного промежутка, при вдохе обеспечивается хорошая вентиляция верхнего отдела легких, характерен для женщин и детей до 10 лет; • Брюшной. Вдох происходит за счет сокращений диафрагмы, приводящих к увеличению в вертикальном размере и соответственно лучшей вентиляции нижнего отдела, присущ мужчинам; • Смешанный. Наблюдается при равномерной работе всех дыхательных мышц, сопровождается пропорциональным увеличением грудной клетки в трех направлениях, отмечается у тренированных людей.
Изменения формы грудной клетки при вдохе и выдохе ВДОХ ВЫДОХ Диафрагма
Направление вращения первого и шестого ребер при вдохе
Механизм дыхательных движений
Внутрилегочное и внутриплевральное давление на вдохе и выдохе
Отрицательное внутриплевральное давление – это разность давлений между париетальным и висцеральным листками плевры Факторы, его определяющие: 1) неравномерный рост легких и грудной клетки; 2) наличие эластической тяги легких.
Эластическая тяга легких – сила, с которой ткань стремится к спаданию Она возникает за счет двух причин: 1) из-за наличия поверхностного натяжения жидкости в альвеолах; 2) из-за присутствия эластических волокон.
Отрицательное внутриплевральное давление: 1) приводит к расправлению легких; 2) обеспечивает венозный возврат крови к грудной клетки; 3) облегчает движение лимфы по сосудам; 4) способствует легочному кровотоку, так как поддерживает сосуды в отрытом состоянии.
Паттерн – совокупность временных и объемных характеристик дыхательного центра, таких как: 1) частота дыхания; 2) продолжительность дыхательного цикла; 3) дыхательный объем; 4) минутный объем; 5) максимальная вентиляция легких, резервный объем вдоха и выдоха; 6) жизненная емкость легких.
Легочные объемы: Дыхательный объем (ДО)- это объём дыхательного газа во время спокойного вдоха и выдоха. (500 мл 2). Резервный объем вдоха (РОвдоха)-дополнительный объём который человек может дополнительно вдохнуть, после обычного вдоха (1500 -2500 мл 3). Резервный объем выдоха (РОвыдоха)- дополнительный объём который человек может выдохнуть после спокойного выдоха(1000 мл 4). Остаточный объем (ОО) объём который остаётся в лёгких после максимального выдоха (1000 -1500 мл
Легочные емкости: Общая емкость легких (ОЕЛ) объём газа в лёгких после максимального вдоха (1+2+3+4) = 4 -6 литров Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) это объём максимального выдоха после максимального вдоха (1+2+3) =3, 5 -5 литров Функциональная остаточная емкость легких (ФОЕ) объём газа остающегося в лёгких после спокойного выдоха (3+4 ) =2 -3 литра Емкость вдоха (ЕВ) объём максимального вдоха после спокойного выдоха (1+2) = 2 -3 литра
Общая емкость = жизненная емкость + остаточный V (определяется методом разведения чужеродного газа) Жизненная емкость = дыхательный V + резервн. V вдоха + резервн. V выдоха Остаточный V + резервн. V выдоха = функциональная остаточная емкость Дыхательный V + резервн. V вдоха = инспир. емкость
вдох выдох изменение объема легких поток воздуха плевральное давление альвеолярное давление
• Частота дыхательных движений в минуту в норме составляет 16– 20 движений в мин. • Минутный объем – количество воздуха, обменивающееся с окружающей средой при спокойном дыхании. Определяется произведением дыхательного объема на частоту дыхания и составляет 6– 8 л. • Максимальная вентиляция легких – наибольшее количество воздуха, которое может поступить в легкие за 1 мин при усиленном дыхании. В среднем ее величина равняется 70— 150 л.
АЭРОГЕМАТИЧЕСКИЙ БАРЬЕР
парциальное О 2 СО 2 давление, мм Hg область Вдыхаемый воздух 158 0, 3 Альвеолы 100 40 (13, 3 к. Па) (5, 3 к. Па) Артерии большого 95 40 круга Капилляры тканей 40 46 тела Вены большого круга 40 46 Выдыхаемый воздух 116 32
Сдвиги кривой диссоциации ВЛЕВО ВПРАВО (Эффект Бора) Сдвиг влево - легче насыщение кислородом:
Сдвиги кривой диссоциации ВЛЕВО ВПРАВО (Эффект Бора) Сдвиг влево - легче насыщение кислородом:
Транспорт СО 2 кровью ТРИ ФОРМЫ ТРАНСПОРТА : - физически растворенный газ - 5 -10% - химически связанный в бикарбонатах: в плазме Na. HCO 3 , в эритроцитах КНСО 3 - 80 -90% - связанный в карбаминовых соединениях гемоглобина: Hb. NH 2 + CO 2 Hb. NHCOOH - 5 -15%
• В эритроцитах примерно 10% СО 2 соединяется с гемоглобином и образует непрочное химическое соединение — карбгемоглобин. Остальная часть соединяется с водой и превращается в угольную кислоту: • СО 2 + Н 2 О = Н 2 СО 3. • Эта реакция ускоряется в 20 000 раз особым ферментом — карбоангидразой, находящимся в эритроцитах. • В тканевых капиллярах, где напряжение СО 2 высокое, карбоангидраза способствует синтезу Н 2 СО 3, • В легочных капиллярах, где давление СО 2 низкое, реакция идет справа налево, образуются вода и СО 2, которая диффундирует в альвеолярный воздух. • Угольная кислота в тканевых капиллярах реагирует с ионами натрия и калия и образует бикарбонаты (Na. HCO 3, КНСО 3).
Под регуляцией внешнего дыхания понимают: 1. Генерация базового дыхательного паттерна (ритма) внешнего дыхания. 1. Изменение базового паттерна (ритма) внешнего дыхания в соответствии с метаболической потребностью организма в разных условиях жизнедеятельности.
Основные регулируемые параметры 1. Напряжение О 2 (p. O 2) в артериальной крови (95 — 100 мм рт. ст. ). 2. Напряжение СО 2 (p. CO 2 ) в артериальной крови (38 — 42 мм рт. ст. ). 3. Регуляция глубины и частоты дыхания.
Общая схема регуляции внешнего дыхания
УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА ГАСПИНГ- ЦЕНТР
Нейронный состав дыхательного центра • По локализации в стволе мозга выделяют вентральную (область двойного ядра)и дорсальную (область ядра одиночного пути)группы дыхательных нейронов, комплекс Бетцингера и др. • По фазе активности дыхательные нейроны делятся на инспираторные (нейроны вдоха), экспираторные (нейроны выдоха) и различные типы фазово- переходных нейронов. • По функции нейроны подразделяют на нейроны, генерирующие дыхательный ритм и нейроны, формирующие дыхательный паттерн.
Дыхательные центры ствола головного мозга Пневмотаксич еский центр Апнейстический центр Бульбарный дыхательный центр Продолговатый мозг
Пневмотаксический центр моста (Т. Лумсден, 1960). • Расположен в верхней часть моста (медиальное парабрахиальное ядро). Эффект: тормозит инспираторные нейроны, ограничивает длительность вдоха и повышает ЧД. • Перерезка в нижней части моста приводит к удлинению вдоха. • При дополнительной перерезке блуждающих нервов происходит апнейзис (глубокие длительные вдохи, сопровождающиеся короткими выдохами).
Апнейстический центр. • расположен в нижней части моста • оказывает постоянную стимуляцию инспираторных нейронов, способствует вдоху и пролонгирует его.
Гипоталамус • Осуществляет связь дыхания с обменом веществ и терморегуляцией в организме. • Регулирует дыхание для обеспечения поведенческих актов, направленных на удовлетворение биологических потребностей (агрессивно- оборонительной, пищевой, половой и др. ).
Лимбическая система • Осуществляет связь дыхания с вегетативной регуляцией внутренних органов и эмоциями.
Кора больших полушарий • По пирамидным путям, минуя дыхательный центр, оказывает влияние непосредственно на спинальные моторные центры дыхательных мышц (поэтому при некоторых поражениях пирамидных путей непроизвольное дыхание сохранено, а устная речь, произвольный кашель нарушены). • Осуществляет условнорефлекторную и произвольную регуляцию дыхания. • Осуществляет корковое дублирование автоматии дыхательного центра (например, при поражении периодической деятельности дыхательного центра — синдроме Ундины). • Регулирует дыхание для обеспечения социальных форм поведения. • Регулирует дыхание при образовании речи.
• Дыхательный центр посылает импульсы к мотонейронам спинного мозга, иннервирующим дыхательные мышцы. • Диафрагма иннервируется мотонейронами III- IV шейных сегментов спинного мозга. • Межреберные мышцы иннервируются мотонейронами III-XII грудных сегментов спинного мозга.
Гуморальные факторы, участвующие в регуляции дыхания p. O 2, p. CO 2 , p. H • стимулируют легочную вентиляцию – гиперкапния (МВЛ увеличивается до 80 л/мин), – гипоксемия и ацидоз (МВЛ увеличивается до 30 л/мин); • уменьшают легочную вентиляцию гипокапния, гипероксия и алкалоз.
Дыхательная система включает два основных контура регулирования: хеморецепторный и механорецепторный • Различают • Чувствительными центральные и элементами этого периферические уровня регуляции хеморецепторы. являются рецепторы Основными растяжения, химическими расположенные в ткани раздражителями легких, ирритатные и J- являются ионы рецепторы в бронхах и водорода, трахее и парциальные механорецепторы давления кислорода и дыхательных мышц. углекислоты в артериальной крови.
Периферические хеморецепторы: • Локализуются в сосудах (особенно в артериях), тканях внутренних органов, их концентрация максимальна в синокаротидной и аортальной зонах; • хеморецепторные клетки (вторичные рецепторы) контактируют с капиллярами клубочков и друг с другом посредством щелевых контактов и образуют синаптические контакты с окончаниями афферентных волокон;
• Афферентная импульсация от них проводится по нерву Циона—Людвига (ветвь блуждающего (X) нерва) от аортального тельца и нерву Геринга (ветвь языкоглоточного (IX) нерва) от каротидного тельца;
• реагируют на все три стимула; • имеют высокую чувствительность к изменению p. O 2 артериальной крови (особенно к его снижению), • в меньшей степени реагируют на изменения p. CO 2 и p. H,
Механизм возбуждения • снижение p. O 2 и повышение p. CO 2 и p. H приводит к уменьшению внутриклеточного р. Н, • что уменьшает проводимость К+- каналов плазмолеммы. • Возникающая деполяризация мембраны открывает Са 2+-каналы, • вход Са 2+ в клетку стимулирует экзоцитоз медиатора (дофамина) в синапсе. • В отходящем от хеморецептора афферентном волокне возникает ПД.
Центральные хеморецепторы (хеморецепторная зона дыхательного центра): • Локализуются на переднебоковой поверхности продолговатого мозга и моста в виде трех пар скоплений нейронов;
ВЫСШИЕ ЦЕНТРЫ Болевые рецепторы Температура тела Гормоны Межклеточная и спинно- Терморецепторы кожи мозговая жидкость Хеморецепторы Барорецепторы Механорецепторы, хеморецепторы Рецепторы растяжение внутренних органов
Влияние с механорецепторов на дыхательный центр • С механорецепторов легких регулируется частота и глубина дыхания: Рецепторы растяжения легких • Медленно адаптируются. • Расположены в гладких мышцах трахеи и бронхах, реагируют на увеличение объема легких при вдохе; с них возникает инспираторно-тормозящий рефлекс Геринга— Брейера (если дыхательный объем более 1 л);
• Ирритантные рецепторы • Быстро адаптирующиеся рецепторы, порог раздражения которых выше, чем рецепторов растяжения легких; • Расположены в эпителии бронхов, реагируют на быстрое изменение объема легких, на механические воздействия (пыль) и пары химических веществ: • С них формируются рефлексы кашля, сужения бронхов при выдохе, инспираторно-облегчающий рефлекс Геринга — Брейера при спадании легких, который укорачивает выдох и способствует его смене на вдох;
• Юкстаальвеолярные рецепторы (J-рецепторы) локализуются в интерстиции альвеол у капилляров. • Реагируют на давление жидкости в межклеточном пространстве легких, с них формируются одышка и торможение у мотонейронов (ограничение физической нагрузки при угрозе левожелудочковой недостаточности и отека легких).
Проприорецепторы дыхательных мышц • Участвуют в компенсации дыхательных нагрузок: • Локализуются в дыхательной мускулатуре, преимущественно в межреберных мышцах; • Усиливают сокращение дыхательной мускулатуры при увеличении сопротивления дыханию, ослабляют — при уменьшении сопротивления дыханию.
Особенности регуляции дыхательной функции • На работу дыхательного центра кроме импульсов от хемо- и механорецепторов оказывают влияние термические, зрительные, слуховые и др. соматические раздражители. • Дыхательные нейроны чувствительны к действию нейромедиаторов и гормонов. • Дыхание – это автономная вегетативная функция, которая может поддаваться произвольному управлению. • Центральная нервная система может изменять параметры дыхательного ритма при реализации других функций организма: физическая нагрузка, глотание, жевание, голосообразование и т. д. • Дыхание меняет параметры при осуществлении защитных рефлексов: рвота, кашель. • Высшие отделы мозга позволяют регулировать дыхание при эмоциональной, психической и интеллектуальной нагрузках.
• Все многообразие приспособительных изменений параметров дыхания (частоты, глубины, ритма и паттерна) осуществляется единой дыхательной нейронной сетью ствола мозга и обусловлено переработкой поступающих в нее сигналов различных модальностей из центра и периферии, их интеграцией и формированием адекватной команды к исполнительным органам дыхательной системы.
• Эйпноэ - при оптимальном содержании в крови углекислого газа и кислорода наблюдаются дыхательные движения, отражающие умеренную степень возбуждения нейронов дыхательного центра. • Гиперпноэ - возникновение частых и глубоких дыхательных движений • Диспноэ - нарушение ритма дыхания и появлению одышки. • Апноэ - дыхание поверхностное, редкое и может наступить его остановка.