Лекция 2 15 02 2017 Элементы биомеханики дыхания

Лекция 2 15. 02. 2017 Элементы биомеханики дыхания 1. Стадии процесса дыхания 2. Дыхательная система 3. Внешнее дыхание, биомеханика вдоха – выдоха 4. Альвеолярная вентиляция, газообмен между альвеолярным воздухом и кровью 5. Растяжимость легких, сопротивление дыханию 6. Работа дыхания

Дыхание — физиологическая функция, обеспечивающая газообмен (О 2 и СО 2) между окружающей средой и организмом в соответствии с его метаболическими потребностями.

1. Стадии дыхания: 1. 1 Внешнее дыхание: обмен О 2 и СО 2 между внешней средой и кровью легочных капилляров: а) газообмен между внешней средой и альвеолами легких, что обозначается как «легочная вентиляция» и «альвеолярная вентиляция» ; б) газообмен между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров

1. 2. Транспорт О 2 и СО 2 кровью 1. 3. Обмен О 2 и СО 2 между кровью и клетками организма

2. Дыхательная система Совокупность органов, обеспечивающих функцию внешнего дыхания Дыхательные пути Дыхательные органы

Дыхательные пути 1. Проведение воздушного потока ↑↓ 2. Терморегуляция Функции: 3. Регулирование влажности 4. Очистка 5. Защита 6. Обоняние 7. Звукообразование

Воздухоносный отдел Дыхательные пути 1. Верхние: носовая и ротовая полости носоглотка гортань Легочная (конвективная) вентиляция 2. Нижние: бронхиальное дерево

Бронхиальное дерево (23 уровня ветвления) Проводящая (кондуктивная) зона: 16 уровней ветвлений (генераций) Отсутствует контакт между воздухом и легочными капиллярами Анатомическая мертвая зона (АМЗ) V ≈ 170 мл Легочная (конвективная) вентиляция за счет разности давлений наружного и внутреннего воздуха с затратами энергии

Долевые бронхи (2) Трахея (0) Бронхиолы Терминальные бронхиолы КЗ (16) Терминальные бронхи Сегментарные бронхи (3) Гл. бронхи (1)

Re → режим течения → потери энергии

Условие неразрывности:

Переходная (транзиторная) зона: 17, 18 и 19 генерации бронхиол Проведение воздуха + газообмен (2%) В основном конвективная, частично альвеолярная (диффузионная) вентиляция

Респираторная зона: 20, 21, 22, 23 генерации – альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки Газообмен 98% Альвеолярная (диффузионная) вентиляция за счет разности плотностей (концентраций) О 2 и СО 2 в дистальной части дерева (самопроизвольная, без затрат энергии)

Емкость легких Общая емкость легких (ОЕЛ): 4100 – 6000 мл; жизненная емкость (ЖЕЛ)(max выдох): 3000 – 4800 мл; остаточный объем (ОО): 1100 – 1200 мл ОЕЛ = ЖЕЛ + ОО

V, мл ОЕЛ ЖЕЛ ОО

V, мл Спокойное дыхание ОЕЛ ЖЕЛ ДО (500) ОО

Максимальный вдох ОЕЛ Резервный объем вдоха V, мл ЖЕЛ ДО (500) ОО

Максимальный выдох ОЕЛ Резервный объем вдоха V, мл ЖЕЛ ДО (500) Резервный объем выдоха Функциональный остаточный объем ОО

ЖЕЛ = ДО +РОВдоха + РОВыдоха ФОЕ = РОВыдоха + ОО Оцениваются методами спирографии

ЖЕЛ вдоха (метод 1)

ЖЕЛ выдоха (метод 2)

Двухстадийное определение ЖЕЛ (метод 3)

Бодиплатизмография

3. Внешнее дыхание а) вентиляция легких и диффузия газов в них (конвективный и диффузионный газообмен) Аппарат вентиляции Грудная клетка с дыхательными мышцами Легкие с дыхательными путями

Вентиляция легких – процесс обновления газового состава альвеолярного воздуха. Обеспечивает поступление в легкие кислорода и выведение избыточного количества углекислого газа. Интенсивность вентиляции определяется глубиной вдоха и частотой дыхания: (500 мл) Минутный объем дыхания = ДО × частота дыхания (12 – 16 1/мин)

Конец выдоха Альвеолярный воздух

Спокойный вдох Обн овл ени возд е альв еоля уха ≈ 33 рно го 0 мл Альвеолярный воздух ДО ≈ 500 мл АМЗ ≈ 170 мл

Наружные межреберные мышцы Вентиляция легких: вдох Покой: Диафрагма

Сокращение диафрагмы (70 – 80 %)

Сокращение мышц (20 – 30 %)

Акт вдоха: Поступление нервного импульса Дыхательные мышцы Сокращение мышц Увеличение объема грудной полости Увеличение объема легких Уменьшение давления в легких Всасывание воздуха

Всасывание происходит до выполнения условия:

Акт выдоха при спокойном дыхании: Расслабление дыхательных мышц Уменьшение объема грудной полости Уменьшение объема легких Повышение давления в легких Выдавливание воздуха из легких в атмосферу

4. Альвеолярная (диффузионная) вентиляция Респираторная зона (РЗ): 20, 21, 22, 23 генерации – альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки Оценка времени конвективного газообмена в РЗ:

Диффузия Самопроизвольный перенос вещества «Движущая сила» – градиент (изменение) концентрации (плотности)

Конвективный поток О 2 Конец респираторной зоны: Кровеносная система CО 2 Δх = l. A ≈ 7 мм Диффузионные потоки Начало респираторной зоны:

Оценка диффузионного газообмена: Закон Фика:

Оценка коэффициента диффузии для кислорода: Оценка времени процесса диффузионного газообмена:

Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров

Альвеолокапиллярный контакт (АКК) Один капилляр на несколько альвеол

Альвеолокапиллярный барьер Венозная часть Кровь в сосудах 0, 3 – 2, 0 мкм Альвеолярная смесь Артериальная часть

Среднее время пребывания эритроцита в легочном капилляре: 0, 25 – 0, 75 с

1. 2. Транспорт О 2 и СО 2 кровью Артериальная О 2 Венозная СО 2 Ткани 1. 3. Внутреннее дыхание – диффузия газов в тканях и клеточное дыхание

Выводы: 1. Результат деятельности системы внешнего дыхания – обогащение крови кислородом и освобождение от избытка углекислоты.

2. Изменение газового состава крови в легких обеспечивают три процесса: а) непрерывная вентиляция альвеол для поддержания нормального газового состава альвеолярного воздуха; б) диффузия газов через альвеолярно-капиллярную мембрану в объеме, достаточном для достижения равновесия давления кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и крови; в) непрерывный кровоток в капиллярах легких в соответствии с объемом их вентиляции