Кафедра нормальной физиологии СГМУ ФИЗИОЛОГИЯ СИСТЕМЫ ДЫХАНИЯ

Кафедра нормальной физиологии СГМУ ФИЗИОЛОГИЯ СИСТЕМЫ ДЫХАНИЯ

• Система дыханияобеспечивает поступления О 2 в организм, использование его клетками в процессе метаболизма и выведение образовавшегося СО 2.

Основные этапы дыхания: 1. Внешнее дыхание - газообмен между атмосферой и альвеолами 2. Обмен газов в легких - между альвеолами и кровью легочных капилляров. 3. Транспорт газов кровью - перенос О 2 от легких к тканям и СО 2 от тканей к легким. 4. Обмен газов в тканях - между кровью капилляров большого круга кровообращения и клетками тканей; 5. Внутреннее дыхание - потребление клетками О 2 и выделение СО 2 (биологическое окисление в митохондриях, ).

1. Внешнее дыхание - происходит в результате циклических изменений объема легких в течение фаз дыхательного цикла. В зависимости от участия в акте вдоха мышц грудной клетки или диафрагмы различают грудной и брюшной тип дыхания. Наиболее эффективным является брюшной тип, так как при этом глубже вентилируются легкие и облегчается венозный возврат от брюшной полости к сердцу. Считается, что у мужчин преобладает брюшной, а у женщин грудной тип дыхания. Однако было показано, что тип дыхания в большей степени зависит от • возраста (с возрастом подвижность грудной клетки уменьшается), • одежды (тесные корсажи препятствуют брюшному дыханию) • профессии (у лиц, занимающихся физическим трудом, певцов и т. д. преобладает брюшной тип дыхания).

Физиология дыхательных путей: выделяют 3 зоны: 1. воздухопроводящая зона • - включает крупные воздухоносные пути от трахеи до бронхов 16 порядка (в которых не происходит газообмена): • а) обеспечивает подведение воздуха к газообменной поверхности • б) является анатомически мертвым пространством

2. промежуточная зона - включает 17 -19 генераций дыхательных бронхиол, в которых имеются потоки воздуха, изменение тонуса гладкой мускулатуры этого отдела может значительно изменять величину вентиляции. 3. дыхательная зона - включает альвеолярные ходы (20 -22 -я генерации бронхов) и альвеолярные мешочки (23 генерация), где осуществляется диффузия газов.

Регуляция просвета дыхательных путей • 1. Нервная регуляция • Парасимпатические влияния: через АХ и М-хры вызывают сужение бронхов • Симпатические влияния: через НА и 2 - ар вызывают расширение бронхов • 2. Гуморальная регуляция • Бронходилатацию вызывают: адреналин через 2 - ар; глюкокортикоиды увеличивают синтез 2 - ар в миоцитах бронхов • Бронхоконстрикцию вызывают: гистамин; брадикинин

2 этап - ОБМЕН ГАЗОВ В ЛЕГКИХ. • Вид транспорта - диффузия через легочную мембрану. Движущая сила, обеспечивающая газообмен в альвеолах, - разность парциальных давлений (напряжений) РО 2 и РСО 2 ( газ движется из области высокого давления в область низкого) • Диффузионная способность легких - это количество миллилитров газа, проходящего через суммарную поверхность легочной мембраны всех вентилируемых альвеол обоих легких за 1 мин при градиенте парциального давления газа 1 мм рт. ст.

Парциальное давление, напряжение и % газов Кислород Углекислый газ среда мм рт. ст. % Атмосферный воздух 159 20, 93 0, 2 0, 03 Выдыхаемый воздух 121 16 34 4, 5 Альвеолярный воздух 102 -110 14, 0 40 5, 5 Артериальная кровь большого круга кровобр. 100 -96 - 40 - Венозная кровь, притекающая к легким 40 - 46 - Межклеточная жидкость 46 - 40 - Клетка 0 -20 - 60 - • Запомните! Процессы в воздухе называют парциальным давлением, в жидкости парциальным напряжением.

Парциальное давление - это сила, с которой молекулы газа стремятся проникнуть через альвеолярную мембрану в кровь. Парциальное напряжение - это сила, с которой молекулы растворенного газа стремятся выйти из жидкой в газовую среду. Газообмен осуществляется по закону Фика: диффузия газа прямо пропорциональна градиенту его парциального давления и площади барьера, обратно пропорциональна толщине барьера: V=KS(P 1 -P 2)/L где S площадь барьера, L-его длина, Р- парциальное давление О 2 или СО 2 в альвеолах и крови легочных капилляров, К - коэффициент диффузии

Легочная и альвеолярная вентиляция. • Легочная вентиляция: 1. Частота дыхания (ЧД=12 -18 в 1 мин) характеризует возбудимость дыхательного центра. 2. Дыхательный объем (ДО= около 500 мл)- это объем вдыхаемого или выдыхаемого воздуха при спокойном дыхании. Зависит от возбудимости дыхательного центра, растяжимости и эластичности легких, состояния грудной клетки и бронхиальной проводимости.

3. Резервный объем вдоха (Ровд=2, 5 л)- это количество воздуха, который можно максимально вдохнуть после спокойного вдоха. 4. Резервный объем выдоха (РОВыд=1, 5 л)- это количество воздуха, который можно максимально выдохнуть после спокойного выдоха. 5. Остаточный объем (ОО=1, 0 л)- это объем воздуха, который остается в легких после максимального глубокого выдоха.

6. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ= около 4, 2 л у мужчин; 3, 3 л у женщин) - это количество воздуха, которое человек может максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха. ЖЕЛ= ДО + РОВд + РОВыд. 7. Общая емкость легких (ОЕЛ= ЖЕЛ + ОО=5, 5 л)- это воздух, имеющийся в легких после максимального вдоха. 8. Функциональная остаточная емкость (ФОЕ=ОО + РОвыд=2, 4 л) - это воздух, имеющийся в легких после спокойного выдоха, составляет 30 % ЖЕЛ.

Давление в плевральной полости. Легкие и стенки грудной полости покрыты серозной оболочкой - плеврой. Между висцеральным и париетальным листками плевры находится щелевидное пространство, которое заполнено серозной жидкость по составу напоминающей лимфу. Эта жидкость облегчает скольжение между париетальными и висцеральными листками.

Значение отрицательного внутригрудного давления заключается в том, что • за счет отрицательного давления альвеолы всегда находятся в расправленном состоянии, что увеличивает дыхательную поверхность легких. • в гемодинамике оно, обеспечивая венозный возврат крови к сердцу, улучшает кровообращение в легочном круге, а также способствует лимфообращению. • наконец, отрицательное давление способствует продвижению пищевого комка по пищеводу, в нижнем отделе которого давление на 3, 5 мм рт ст ниже атмосферного.

• Поступление воздуха в плевральную полость, называется пневмотораксом. • Двухсторонний пневмоторакс несовместим с жизнью, если только не производится искусственная вентиляция легких. • Односторонний пневмоторакс иногда проводится с терапевтической целью, чтобы уменьшить нагрузку на пораженное легкое, например, при туберкулезе, т. к. частичное спадение пораженного легкого способствует заживлению патологических полостей (каверн). • Поскольку туберкулез легкого обычно лечится довольно долго, а воздух из плевральной полости со временем рассасывается, такой искусственный пневмоторакс поддерживается путем повторных введений воздуха.

3 этап дыхания -ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ. (главный вид транспорта - конвекция) • 1) Транспорт кислорода кровью от легких к тканям. • О 2 находится в крови в двух состояниях: физически растворенном и химически связанном. В 100 мл крови растворяется 0, 003 мл О 2. Остальная часть кислорода сражу же диффундирует в эритроциты, связываясь с гемоглобином, образуя оксигемоглобин Нb. О 2.

• 1 г гемоглобина может связать 1, 34 мл кислорода. Следовательно, при содержании гемоглобина 140 -150 г/л, в каждом литре крови максимально возможное содержание кислорода в химически связанной форме составит 190 -200 мл О 2/л. Это так называемая кислородная емкость крови - величина, отражающая количество кислорода, которое может связаться с гемоглобином.

Превращение Hb в Hb. O 2 оксигемоглобин зависит от парциального напряжения кислорода в крови (PO 2). Графически эта запись выражается кривой диссоциации оксигемоглобина и имеет Sобразную форму, где по оси абсцисс откладывается РО 2 мм рт ст в крови, по ординате - насыщение гемоглобина кислородом (Hb. O 2) в %. Hb. O 2 %. РО 2 мм. рт. ст

• Когда напряжение кислорода в крови равно нулю, в крови находится только восстановленный гемоглобин. Повышение напряжения кислорода приводит к увеличению оксигемоглобина. Особенно быстро уровень оксигемоглобина возрастает при напряжении от 10 -40 мм рт. ст. - до 75%. , Hb. O 2 %. РО 2 мм. рт. ст

• при напряжении О 2 60 мм рт. ст. насыщение гемоглобина кислородом составляет 90%. При дальнейшем повышении напряжения кислорода насыщение гемоглобина идет очень медленно. Плато кривой характерно для насыщенной О 2 артериальной крови, а крутая нисходящая часть кривой - для венозной.

На диссоциацию оксигемоглобина влияют следующие факторы крови: Сдвиг графика вправо происходит при повышении: - РСО 2; - t 0, - 2, 3 -дифосфоглицерат, - Н+ (снижении р. Н). Это значительно увеличивает скорость распада оксигемоглобина, улучшая его отдачу в тканях (немного затрудняя его присоединение в легких), и уменьшает сродство гемоглобина к О 2.

• Сдвиг графика влево происходит при снижении: - РСО 2; - t 0, - 2, 3 -дифосфоглицерат, - Н+ (повышении р. Н). Это увеличивает сродство гемоглобина к О 2, ухудшая его отдачу в тканях (немного улучшая его присоединение в легких). Таким образом, транспорт кислорода обеспечивается, в основном, за счет химической связи его с гемоглобином.

2)Транспорт углекислого газа. • Растворимость углекислого газа в крови гораздо выше, чем растворимость кислорода. • Углекислый газ находится в крови в 3 фракциях. • Если из венозной крови можно извлечь около 58 об% углекислого газа (или из 1 л крови 580 мл углекислого газа), то из этого количества 3% (30 мл) находится в растворенном состоянии, 5% (50 мл)в соединении с гемоглобином (в виде карбгемоглобина), 50% (500 мл) в виде солей угольной кислоты (бикарбонаты), причем на долю бикарбонатов плазмы 34% (340 мл), на долю бикарбонатов эритроцитов 17% (170 мл).

• СО 2, согласно градиенту напряжения, переходит из клетки в эритроциты и соединяется там с водой. В результате образуется угольная кислота. • В плазме также образуется небольшое количество углекислоты, но эта реакция идет очень медленно, т. к в плазме нет фермента карбоангидразы, катализирующего образование углекислоты. А в эритроцитах под влиянием этого фермента карбоангидразы - она резко ускоряется (в десятки тысяч раз).

• Угольная кислота диссоциирует на Н+ и НСО 3 -, который выходит в плазму и соединяется там с Na+, а взамен ему входит в эритроцит Cl-. • Н+ соединяется с Hb, который отходит от О 2 • О 2 идет в клетку

• В капиллярах малого круга кровообращения происходят обратные реакции. • Впервые И. М. Сеченов высказал предположение о том, что в эритроцитах содержится катализатор, который ускоряет процесс синтеза угольной кислоты.

Регуляция дыхания • Дыхательный центр – сеть многочисленных нейронов, расположенных на разных уровнях ЦНС и обеспечивающие газообмен между организмом и окружающей средой.

• Структуры, необходимые для возникновения дыхательного ритма, впервые были обнаружены в продолговатом мозге (Миславский Н. А. 1885 г. ) в области дна IV желудочка. Поэтому под главным дыхательным центром понимают совокупность нейронов специфических дыхательных ядер продолговатого мозга.

Инспираторная область включает в себя дорсомедиальную группу (ДМГ) нейронов и вентролатеральную группы (ВЛГ) нейронов. Она содержит: • Ранние инспираторные нейроны активны в начале вдоха • Полные инспираторные нейроны эфферентные нейроны центра, иннервирующие мотонейроны мышц вдоха, активны в течение всего вдоха. • Поздние инспираторные нейроны эфферентные нейроны центра, иннервирующие мотонейроны мышц вдоха, активны в конце вдоха. • Инспираторно-тормозные нейроны – тормозят активность поздних инспираторных нейронов.

Экспираторная область включает в себя ВЛГ нейронов, преимущественно ее каудальную часть. Она содержит: • Постинспираторные нейроны активные в первой половине выдоха, тормозят как инспираторные, так и экспираторные нейроны. • Экспираторные нейроны эфферентные нейроны центра, иннервирующие мотонейроны мышц выдоха, активны во второй половине выдоха. • Преинспираторные нейроны блокирующие возбуждение экспираторных нейронов, способствуют смене выдоха на вдох.

Варолиев мост: Пневмотаксический центр моста * Расположен в верхней части моста (медиальное парабрахиальное ядро). * Эффект: тормозит инспираторные нейроны, ограничивает длительность вдоха и повышает частоту дыхания. • Перерезка в нижней части моста приводит к удлинению вдоха, при дополнительной перерезке блуждающих нервов происходит апнейзис (глубокие длительные вдохи и короткие выдохи). Апнейстический центр расположен в нижней части моста, оказывает постоянную стимуляцию инспираторных нейронов, способствует вдоху и пролонгирует его.

Автоматия дыхательного центра - - способность обеспечить смену вдоха и выдоха за счет своих внутренних механизмов при постоянной импульсации с хеморецепторов. Автоматия дыхательного центра находится под произвольным корковым контролем.

Гуморальная регуляция дыхания Периферические хеморецепторы: • локализуются в сосудах (особенно в артериях), тканях внутренних органов, их концентрация максимальна в синокаротидной и аортальной зонах; • афферентная импульсация от них проводится по блуждающему нерву; • имеют высокую чувствительность к изменению Р 02 в артериальной крови (особенно к его снижению) – гипоксемии.

Центральные хеморецепторы: локализуются на переднебоковой поверхности продолговатого мозга и моста в виде трех пар скопления нейронов; • отличаются высокой чувствительностью к изменению р. Н и Рсо 2 - гиперкапния;

Влияние на дыхательный центр высших отделов ЦНС Гипоталамус осуществляет: • связь дыхания с обменом веществ и терморегуляцией в организме; • регуляцию дыхания для обеспечения поведенческих актов, направленных на удовлетворение биологических потребностей (агрессивно-оборонительной, пищевой, половой и др. ). Лимбическая система осуществляет связь дыхания с вегетативной регуляцией органов и с эмоциями.

Кора больших полушарий осуществляет: • связь дыхания с изменениями внешней и внутренней среды (через сенсорную кору) • условно-рефлекторную и произвольную регуляцию дыхания; • корковое дублирование автоматии дыхательного центра; • регуляцию дыхания для обеспечения социальных форм поведения; • особенности дыхания при образовании речи (участие в механизмах фонации и артикуляции.