ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ Дыхание

ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ

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

Функции дыхательной системы 1. 2. Дыхательные функции Недыхательные функции

Недыхательные функции дыхательной системы:

1. Звукообразование и речь благодаря сложным процессам координации деятельности дыхательных мышц, мышц гортани, голосовых связок, губ и языка.

2. Кондиционирование воздуха (очищение и увлажнение в воздухоносных путях)

3. Защитная функция 1. Слизистая оболочка воздухоносных путей выделяет на поверхность эпителия значительное количество слизи (в большей степени за счет влияния тучных клеток), в которой осаждаются посторонние частицы. 2. Альвеолярные макрофаги расположены на поверхности альвеол и: ь фагоцитируют остатки сурфактанта, погибшие клетки, микроорганизмы, частицы аэрозоля и пылевые частицы, ь обладают антимикробной и противоопухолевой активностью за счет АФК, протеаз и цитокинов. ь выделяют антитрипсин, который защищает эластин альвеол от расщепления эластазой лейкоцитов.

4. Иммунная функция в составе эпителия специальные антигенпредставляющие клетки (дендритные и Лангерганса), 1. 2. постоянное присутствие в эпителии T- и B‑лимфоцитов, трансэпителиальный перенос на поверхность эпителия Ig. A, 3. выраженность аллергических реакций немедленного типа, при которых происходит дегрануляция тучных клеток и освобождение из них гистамина и других медиаторов, оказывающих мощный бронхоконстрикторный эффект и значительно усиливающих секрецию желёз. 4.

5. Метаболические функции 1. Превращение ангиотензин I в ангиотензин II (катализирует ангиотензин–превращающий фермент в эндотелиальных клетках капилляров альвеол). 2. Брадикинин инактивируется на 80% при помощи ангиотензин –превращающего фермента, 3. С помощью ферментов в лёгких инактивируются простогландины E 1, E 2 и F 2 a, лейкотриены и норадреналин. 4. В лёгких инактивируется также серотонин путём выведения из крови. 5. Некоторые вазоактивные и бронхоактивные вещества метаболизируют в лёгких и могут освобождаться в кровоток. Наиболее важными среди них являются метаболиты арахидоновой кислоты: лейкотриены.

Дыхательные функции

Аппарат дыхания состоит из: 1. 2. 3. 4. 5. дыхательных путей, респираторного отдела лёгких, грудной клетки (включая её костно‑хрящевой каркас и нервно‑мышечную систему), сосудистой системы лёгких, нервных центров регуляции дыхания.

Этапы дыхания: 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 (тканевое дыхание).

Инспираторные мышцы ВДОХ Основной инспираторной мышцей служит диафрагма. (имея моносинаптическую связь с дыхательным центром, диафрагма как дыхательная мышца отличается автономностью и не участвует в других функциях) 2. Наружные межреберные мышцы. 3. К вспомогательным инспираторным мышцам относят ряд мышц шеи, груди и спины, сокращение которых вызывает перемещение ребер, облегчая действие инспираторов. 1. ВЫДОХ Диафрагм а

Экспираторные мышцы 1. 2. 3. задние (межкостные) участки внутренних межреберных мышцы брюшной стенки (их функция состоит в повышении внутрибрюшного давления, благодаря чему купол диафрагмы впячивается в грудную полость и уменьшает ее объем). сгибатели спины.

Дыхательный цикл включает три фазы: вдох (инспирацию), постинспирацию и выдох (экспирацию). Обычно вдох несколько короче выдоха: у человека их соотношение равно в среднем 1 : 1, 3. Соотношение компонентов дыхательного цикла (длительность фаз, глубина дыхания, динамика давления и потоков в воздухоносных путях) характеризует так называемый паттерн дыхания

Типы вентиляции легких Нормовентиляция: нормальная вентиляция при которой парциальное давление СО 2 в альвеолах поддерживается на уровне около 40 мм рт. ст. 1. Гипервентиляция: усиленная вентиляция, превышающая метаболические потребности организма (р. СО 2 < 40 мм рт. ст. ) 2. Гиповентиляция: сниженная вентиляция по сравнению с метаболическими потребностями организма (р. СО 2 > 40 мм рт. ст. ) 3.

Повышенная вентиляция: любое увеличение альвеолярной вентиляции по сравнению с уровнем покоя независимо от парциального давления газов в альвеолах (например, при мышечной работе) 4. Эупное: нормальная вентиляция в покое, сопровождающаяся субъективным чувством комфорта 5. Гиперпное: увеличение глубины дыхания независимо от того, повышена ли при этом частота дыхательных движений или нет 6.

7. Тахипное: увеличение частоты дыхания 8. Брадипное: снижение частоты дыхания Апное: остановка дыхания, обусловленное главным образом отсутствием физиологической стимуляции дыхательного центра (уменьшение напряжения СО 2 в артериальной крови) 9. 10. Диспное (одышка): неприятное субъективное ощущение недостаточности дыхания или затрудненного дыхания

11. Ортопное: выраженная одышка, связанная с застоем крови в лёгочных капиллярах в результате недостаточности левого сердца. В горизонтальном положении это состояние усугубляется, и поэтому лежать таким больным тяжело. 12. Асфиксия: остановка или угнетение дыхания, связанные главным образом с параличом дыхательных центров. Газообмен при этом нарушен (наблюдается гипоксия и гиперкапния).

Паттерны дыхания А — нормальное дыхание; Б — дыхание Чейна-Стокса (при функциональных изменениях возбудимости дыхательного центра, наступающие в результате гипоксии, иногда у детей младшего возраста, у практически здоровых людей во время сна, а также в горах, где снижение давления кислорода); В — апнейстическое дыхание (при хронической гипоксии головного мозга или при перерезки передней части моста); Г — дыхание типа «гаспинг» (если устранены все влияния, исходящие из ростральных отделов центральной нервной системы).

Вентиляция легких В воздухоносных путях происходит конвективный и диффузионный перенос газов: В трахее, бронхах и бронхиолах перенос газов происходит исключительно путем конвекции. 1. В респираторных бронхиолах и альвеолярных ходах, где воздух движется очень медленно, к этому процессу присоединяется диффузионный обмен, обусловленный градиентом парциальных давлений дыхательных газов: молекулы О 2 перемещаются в направлении альвеол, где р. О 2 ниже, чем во вдыхаемом воздухе, а молекулы СО 2 — в обратном направлении. 2.

Альвеолярный воздух имеет постоянный состав Постоянство состава альвеолярного газа обеспечивается регуляцией дыхания и является необходимым условием нормального протекания газообмена. Если рост вентиляции превышает потребность организма в газообмене (гипервентиляция), вымывание СО 2 из альвеол возмещается поступлением его из тканей, альвеолярное р. СО 2 падает (гипокапния). Напротив, при недостаточной вентиляции альвеол (гиповентиляции) в них накапливается избыток СО 2 (гиперкапния), а при резком отставании вентиляции от газообмена, кроме того, снижается р. О 2 (гипоксия). Соответствующие сдвиги р. СО 2 и р. О 2 развиваются при этом и в артериальной крови.

Механизм вдоха Сокращение мышц-инспираторов, 2. Увеличение объема грудной полости, 3. Увеличение отрицательного давления в плевральной полости, 4. Растяжение легких благодаря адгезивным силам между листками плевры, 5. Увеличение легочного объема ведет к падению внутриальвеолярного давления, 6. Поступление в альвеолы через дыхательные пути атмосферного воздуха. 1.

Механизм выдоха 1. Инспираторная мускулатура расслабляется, 2. Эластическая тяга легких возвращает их в исходное состояние. 3. Уменьшение объема легких 4. Давление в легких становится положительным, 5. Воздух из альвеол устремляется через воздухоносные пути наружу.

В процессе своей работы дыхательные мышцы преодолевают сопротивление 1. Примерно около 2/3 его приходится на эластическое сопротивление тканей легких и грудной стенки. В свою очередь, около 2/3 эластического сопротивления легких создается за счет сурфактантов. Сурфактанты стабилизируют сферическую форму альвеол, препятствуя их перерастяжению на вдохе и спадению на выдохе. 2. Остальная часть усилий тратится на преодоление неэластического сопротивления газовому потоку в воздухоносных путях - особенно голосовой щели, бронхов. Во время вдоха голосовая щель несколько расширяется, на выдохе — сужается, увеличивая сопротивление потоку воздуха, что служит одной из причин большей длительности экспираторной фазы. Подобным же образом циклически меняются просвет бронхов и их проходимость.

Пневмотахометрия

Внутриплевральное давление Легкие всегда находятся в растянутом состоянии. Это объясняется отрицательным давлением в плевральной полости, окружающей легкие. Оно противостоит эластической тяге легких — упругим силам, которые вызываются эластическими свойствами легочной ткани в сочетании с тонусом бронхиальных мышц и направлены на спадение легкого.

Внутриплевральное давление Отрицательное давление в плевральной полости связано с неравномерным ростом висцерального и париетального лепестков плевры (висцеральный растет медленнее). Величина внутриплеврального давления: 1. на вдохе = – 6 -8 мм рт. ст. (может при форсированном вдохе достигать -20 мм рт. ст. ) 2. на выдохе = – 3 -5 мм рт. ст. (может при форсированном выдохе достигать положительных величин)

Модель Дондерса

Пневмоторакс скопление воздуха в плевральной полости. Пневмоторакс может быть одно- и двусторонним. По этиологии выделяют спонтанный, травматический и искусственный пневмоторакс.

Виды пневмоторакса 1. Пневмоторакс внутренний — при котором плевральная полость сообщается с атмосферой через дефекты в легочной ткани, трахее или бронхах. 2. Пневмоторакс наружный — при котором плевральная полость сообщается с атмосферой через дефект в грудной стенке. 3. Пневмоторакс открытый — при котором воздух поступает в полость плевры при вдохе и выходит обратно при выдохе.

Виды пневмоторакса 4. Пневмоторакс закрытый — при котором отсутствует сообщение между плевральной полостью и атмосферой. 5. Пневмоторакс клапанный — при котором воздух при вдохе поступает в плевральную полость, а при выдохе не может ее покинуть из-за перекрытия отверстия в плевре. 6. Пневмоторакс напряжённый — выраженная степень клапанного пневмоторакса, при котором давление воздуха в плевральной полости значительно превышает атмосферное; сопровождается крайне затрудненным вдохом, резким смещением трахеи и сердца в сторону неповрежденной половины грудной полости.

Спирометрия

Легочные объемы и емкости Легочные объемы: 1. Дыхательный объем ДО = 500 мл 2. Резервный объем вдоха РОвдоха = 15002500 мл 3. Резервный объем выдоха РОвыдоха =1000 мл 4. Остаточный объем ОО = 1000 -1500 мл Легочные емкости складываются из легочных объемов: 1. Общая емкость легких ОЕЛ = (1+2+3+4) = 4 -6 литров 2. Жизненная емкость легких ЖЕЛ = (1+2+3) = 3, 5 -5 литров 3. Функциональная остаточная емкость легких ФОЕ = (3+4 ) = 2 -3 литра 4. Емкость вдоха ЕВ = (1+2) = 2 -3 литра

Динамические лёгочные объёмы и ёмкости отражают проходимость дыхательных путей. Минутный объём дыхания (МОД) — количество воздуха, проходящего через воздухоносные пути каждую минуту (6– 8 л/мин). Максимальная вентиляция лёгких (МВЛ) — максимальное количество воздуха, которое может быть провентилировано через лёгкие за 1 мин — произведение частоты дыхательных движений на ёмкость вдоха (МВЛ у мужчин — 140 л/мин, у женщин — 130 л/мин). Объём форсированного выдоха за 1 с (ОФВ) — объём воздуха, изгоняемый с максимальным усилием из лёгких в течение первой секунды выдоха после глубокого вдоха. ОФВ отражает состояние крупных дыхательных путей и часто выражается в процентах от жизненной ёмкости лёгких (75% ЖЕЛ).

Форсированная жизненная ёмкость лёгких — ФЖЕЛ (4, 6 л) — аналогична ЖЕЛ при максимально возможном вдохе и выдохе с максимальной силой и скоростью. Индекс Тиффно — отношение ОФВ к ЖЕЛ. Значение индекса Тиффно прямо пропорциональное силе выдоха и в норме составляет около 80% ЖЕЛ. Снижение ОФВ без снижения ФЖЕЛ, т. е. ОФВ/ФЖЕЛ <70% свидетельствует об обструкции; снижение обоих показателей (ОФВ и ФЖЕЛ) указывает на рестриктивную патологию.

Объёмная скорость выдоха (мощность выдоха) — максимальная объёмная скорость, которую пациент может развить при форсированном выдохе — показатель проходимости дыхательных путей на уровне трахеи и крупных бронхов. Зависит от мышечного усилия пациента. Резерв дыхания (РД) характеризует возможность увеличения лёгочной вентиляции (в норме 85– 90%) и рассчитывается по разности максимальной вентиляции лёгких (МВЛ) и минутного объёма дыхания (МОД).

Мертвое пространство - это пространство в дыхательной системе не участвующее в газообмене. Выделяют анатомическое и функциональное мертвое пространство

Анатомическое мертвое пространство включает объем воздуха воздухоносных путей, потому что в них не происходит газообмена. Объем мертвого пространства зависит от роста и положения тела. Приближенно можно считать, что у сидящего человека объем мертвого пространства (в миллилитрах) равен удвоенной массе тела (в килограммах). Таким образом, у взрослых он равен около 150 мл. При глубоком дыхании он возрастает, так как при расправлении грудной клетки расширяются и бронхи с бронхиолами.

Функциональное мертвое пространство Под понимают все те участки дыхательной системы, в которых не происходит газообмена. К функциональному мертвому пространству в отличие от анатомического относятся не только воздухоносные пути, но также и те альвеолы, не участвующие в газообмене: 1. альвеолы, которые вентилируются, но не перфузируются кровью. В таких альвеолах газообмен невозможен, хотя их вентиляция и происходит. 2. альвеолы, забитые смолами, цементными и асбестовыми отложениями, угольной пылью и т. п.

Функции мертвого пространства: 1. Воздух, заполняющий мертвое пространство, играет роль буфера, который сглаживает колебания состава альвеолярного газа в ходе дыхательного цикла. 2. Кондиционирование вдыхаемого воздуха за счет интенсивного кровоснабжения и секреции слизистой оболочки носовых ходов, носоглотки, гортани, трахеи и бронхов.

Зависимость легочных объемов от возраста

ГАЗООБМЕН

Перфузия легких

Вентиляционноперфузионное отношение В отдельных областях легких соотношение между вентиляцией и перфузией (ВПО) может быть неравномерным. Легкие по величине этого давления делятся на 3 зоны (зоны Веста) Зона 1. ВПО > 1 Зона 2. ВПО = 1 Зона 3. ВПО < 1

Зона 1. В верхушках легких альвеолярное давление (РА) превышает давление в артериолах (Pa) и кровоток ограничен. Зона 2. В средней зоне легких, где Ра > РА, кровоток больше, чем в зоне 1. Зона 3. В основаниях легких кровоток усилен и определяется разностью давления в артериолах (Ра) и венулах (Pv).

Регуляция лёгочного кровотока Вазоактивной функцией обладает р. О 2 и р. СО 2. - Повышение р. О 2 - лёгочное сосудистое сопротивление уменьшается, а перфузия увеличивается. - Понижение р. О 2 - лёгочное сосудистое сопротивление увеличивается, а перфузия уменьшается. - Повышение р. СО 2 имеет незначительный, преходящий и локальный сосудосуживающий эффект на просвет кровеносных сосудов.

Вазоактивные БАВ воздействующие на ГМК кровеносных сосудов легких, многочисленны, но их эффекты локальны и кратковременны: - вазодилататоры: простациклин, оксид азота, ацетилхолин, брадикинин, дофамин, –адренергические лиганды. - вазоконстрикторы: тромбоксан A 2, – адренергические лиганды, ангиотензины, лейкотриены, нейропептиды, серотонин, эндотелин, гистамин, Пг.

Транспорт газов

Перенос О 2 и CO 2 происходит путем диффузии. Ее движущей силой служат разности р. O 2 и р. СО 2 по обе стороны аэрогематического барьера.

Для О 2: Ральвеолы=100 мм Hg Pкровь= 40 мм Hg Р 1 -Р 2=60 мм Hg Для СО 2: Ркровь=46 мм Hg Ральвеолы=40 мм Hg Р 1 -Р 2= 6 мм Hg

Аэрогематический барьер Образован: 1. плёнкой сурфактанта, 2. альвеолоцитом, 3. его базальной мембраной, 4. базальной мембраной эндотелиальной клетки, 5. самой эндотелиальной клеткой. Диффузия газов наиболее эффективно происходит именно через аэрогематический барьер, а не через межклеточное пространство.

Транспорт газов через аэрогематический барьер О 2 и CO 2 диффундируют в растворенном состоянии (все воздухоносные пути увлажнены слоем слизи). Важное значение для облегчения диффузии О 2 имеет сурфактант, так как О 2 растворяется в фосфолипидах, входящих в состав сурфактантов, гораздо лучше, чем в воде.

Функции сурфактанта: 1. Предотвращает контакт поверхности альвеолоцитов с посторонними частицами и инфекционными агентами, попадающими в альвеолы с вдыхаемым воздухом. 2. Обволакиваемые сурфактантом частицы аэрозоля транспортируются из альвеол в бронхиальную систему, из которой они удаляются мукоцилиарным транспортом. 3. Сурфактант опсонизирует микроорганизмы, что облегчает их фагоцитоз альвеолярными макрофагами. 4. Сурфактант снижает поверхностное натяжение и тем самым стабилизирует мелкие дыхательные пути.

Транспорт О 2 кровью Две формы транспорта: 1. физически растворенный газ: 3 мл О 2 в 1 л крови 2. связанный с Нb: 190 мл О 2 в 1 л крови

Газообмен в легких в эритроцитах: НСО 3 - + К+ КНСО 3 в плазме: НСО 3 - + Na+ Na. НСО 3

Кислородная емкость крови - это количество О 2 , которое связывается кровью до полного насыщения гемоглобина. Константа Гюфнера: 1 г. Hb связывает 1, 36 - 1, 34 мл О 2 Кислородная емкость крови = 190 мл О 2 в 1 л крови. Всего в крови содержится около 1 литра О 2 Коэффициент утилизации кислорода = 30 - 40%

Диссоциация оксигемоглобина в крови насыщение отдача кислорода Сдвиг влево - легче насыщение кислородом Сдвиг вправо - легче отдача кислорода. (сатурация – насыщение Hb кислородом)

Транспорт СО 2 физически растворенный газ в плазме (5 %) и в эритроцитах (5 %) 2. связанный с бикарбонатами плазмы (Na. HCO 3 - 5 %) и эритроцитов (KHCO 3 - 63 %), 3. связанный с белками плазмы (1 %) 4. связанный с Нв (21 %) 1.

Газообмен в тканях в эритроцитах: НСО 3 - + К+ КНСО 3 в плазме: НСО 3 - + Na+ Na. НСО 3