ЛЕКЦИЯ 8 СИСТЕМА ДЫХАНИЯ Мультимедийное сопровождение лекции доц

ЛЕКЦИЯ 8. СИСТЕМА ДЫХАНИЯ Мультимедийное сопровождение лекции доц. Бардецкой Я. В. Дисциплина Возрастная анатомия и физиология человека

• • • Органы дыхания К органам дыхания относятся полость носа, глотка, гортань, трахея, бронхи и легкие. Все органы дыхания (кроме легких) являются воздухоносными путями. Дыхательная система несет две основные функциям: 1) верхние и нижние дыхательные пути проводят газовую смесь из внешней среды к легким и в обратном направлении; 2) легкие осуществляют газообмен между атмосферным воздухом и кровью, являющейся частью внутренней среды организма. Носовая полость и носоглотка относятся к верхним дыхательным путям, гортань, трахея, бронхи – нижние дыхательные пути.

1 — хоаны; 2 — язычок; 3 — глотка; 4 — пищевод; 5—стенка тела; 6—пле вральная полость; 7—носовая полость; 8 — ноздри; 9 — надгортанник; 10 — гортань; 11 — трахея; 12 — бронх; 13 — альвеолы; 14 — левое легкое (в разрезе); 15 — правое легкое (наружная поверхность). ; 16 — область, занятая сердцем; 17 — диафрагма. Схема дыхательной системы человека.

• • Полость носа имеет 3 носовые раковины: нижняя, образованная одноименной костью черепа, средняя, имеющая хрящевую основу; и верхняя, также образованная хрящом. Под раковинами расположены нижний, средний и верхний носовые ходы, открывающиеся далее посредством хоан в носоглотку. Через соустья носоглотка сообщается с пазухами: парной гайморовой, лобной, пазухами решетчатой и клиновидной кости. В нижний носовой ход открывается носослезный канал. Наличие слизистой оболочки обеспечивает очистку воздуха от пылевых частиц; увлажнение воздуха; частичное обеззараживание; тепловая коррекция; рефлекторный вызов защитных действий (от чихания, до временной остановки дыхания); резонаторная и обонятельная функции. Скелет гортани образован перстневидным, щитовидным, черпаловидными, рожковидными и клиновидными хрящами. Внутренняя полость гортани похожа на песочные часы. Суженная часть соответствует голосовым связкам, ниже связок – подголосовая полость переходит в трахею. Две голосовые связки образуют голосовую щель.

Строение носа • Разрез через полость носа: 1 нижняя раковина; 2 средняя раковина; 3 верхняя раковина; 4 нижний носовой ход; 5 средний ход; 6 верхний носовой ход; 7 гайморова пазуха; 8 – решетчатые клетки; 9 основная пазуха; 10 носовая перегородка.

• Взаимоотношение околоносовых пазух, а — вид спереди; • б — вид сбоку; • 1 — верхнечелюстная (гайморова) пазуха; • 2 — лобная пазуха; • 3 — клетки решетчатого лабиринта; • 4 — основная пазуха.

• Трахея начинается на уровне 6 шейного позвонка и заканчивается бифуркацией трахеи на границе 4 и 5 грудных позвонков. Бронхи, погружаясь в легкие, образуют за счет ветвления бронхиальное дерево. • Легкие – самый крупный орган человеческого тела, заполняют практически весь объем грудной полости. • Правое легкое крупнее и расположено несколько выше левого. Борозды делят правое легкое на верхнюю, среднюю и нижнюю доли, а левое – на верхнюю и нижнюю. • Бронхиолы ветвятся на альвеолярные ходы, оплетенные пузырьками альвеол. Часть легкого, вентилируемая системой одой респираторной бронхиолы третьего разряда, называется ацинусом и является функционально-анатомической единицей паренхимы легкого. Число ацинусов в обоих легких достигает 800 тыс. , а альвеол – 500 млн. Дыхательная поверхность имеет около 70 м² • Легкое покрыто плеврой, состоящей из двух слоев. • Один листок плевры непосредственно облегает легочную ткань – висцеральная плевра. Она заходит в борозды и отделяет доли легкого друг от друга. • Второй листок – париентальная (пристеночная) плевра контактирует со стенками грудной клетки и диафрагмой. • Между ними – плевральная полость, заполненная плевральной жидкостью. В плевральной полости поддерживается отрицательное давление.

Схема небольшого участка легкого, показывающая альвеолярные мешочки на концах альвеолярных ходов, альвеолы в стенках этих мешочков и тесную близость альвеол и легочных капилляров, содержащих эритроциты. 1 — терминальная бронхиола; 2—альвеолярные ходы; 3 — капилляры; 4 — альвеолы; 5 — альвеолярные мешочки.

• Дыханием называется совокупность процессов, в результате которых происходит потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа. Процессы эти обеспечивают газообмен в условиях, когда клетки организма непосредственно с вешней средой не контактируют. • Дыхание объединяет следующие процессы: • 1) внешнее дыхание, • 2) диффузию газов в легких, • 3) транспорт газов кровью, • 4) диффузию газов в тканях, • 5) потребление кислорода клетками и выделение ими углекислого газа (т. н. внутреннее дыхание).

Газообмен между внешней средой и организмом (три этапа дыхания)

• Внешнее дыхание. Внешнее дыхание, т. е. обмен воздуха между альвеолами легких и внешней средой, осуществляется в результате ритмических дыхательных движений. • Объем грудной клетки увеличивается во время вдоха, или инспирации, и уменьшается во время выдоха, или экспирации. Эти дыхательные движения обеспечивают легочную вентиляцию. • В дыхательных движениях участвуют три анатомофункциональных образования: 1) дыхательные пути, которые по своим свойствам являются слегка растяжимыми, сжимаемыми и создают поток воздуха, особенно в центральной зоне; 2) эластичная и растяжимая легочная ткань; 3) грудная клетка, состоящая из пассивной костно-хрящевой основы, которая объединена соединительнотканными связками и дыхательными мышцами. • Грудная клетка относительно ригидна на уровне ребер и подвижна на уровне диафрагмы.

• • • Изменение объема и давления в легких при дыхании. Изменение альвеолярного давления на вдохе и выдохе вызывает движение воздуха из внешней среды в альвеолы и обратно. На вдохе возрастает объем легких. Альвеолярное давление в них уменьшается и в результате этого в легкие входит воздух из внешней среды. Напротив, на выдохе уменьшается объем легких, альвеолярное давление увеличивается, в результате чего альвеолярный воздух выходит во внешнюю среду Значение воздухоносных путей. Непосредственно в газообмене участвует только воздух, заполняющий альвеолы. Объем же воздухоносных путей, которые составляет 120 150 мл, называют объемом вредного пространства ОВП. Изменение просвета бронхов может существенно менять величину ОВП. Атмосферный воздух, проходя через воздухоносные пути, очищается от пыли, согревается и увлажняется. При поступлении крупных частиц пыли в трахею и бронхи рефлекторно возникает кашель, а при поступлении в нос чихание. Кашель и чихание это защитные дыхательные рефлексы, очищающие дыхательные пути от инородных частиц и слизи, которые затрудняют дыхание. Недыхательные функции легких. Легкие обеспечивают ряд функций, не связанных с обменом газов между кровью и внешней средой. К ним относятся следующие: 1) защита организма от вредных компонентов вдыхаемого воздуха; 2) метаболизм биологически активных веществ.

• • Биомеханика дыхательных движений. Механизм вдоха. Акт вдоха (инспирация) совершается вследствие увеличения объема грудной клетки, а, следовательно, и грудной полости, в трех направлениях - вертикальном, сагиттальном и фронтальном. Это происходит вследствие поднятия ребер и опускания диафрагмы. Поднятие ребер совершается в результате сокращения наружных межреберных мышц, межреберные промежутки при этом расширяются. Известно два биомеханизма, которые изменяют объем грудной клетки: поднятие и опускание ребер и движения купола диафрагмы; оба биомеханизма осуществляются дыхательными мышцами. Дыхательные мышцы подразделяют на инспираторные и экспираторные. Инспираторными мышцами являются диафрагма, наружные межреберные и межхрящевые мышцы. При спокойном дыхании объем грудной клетки изменяется в основном за счет сокращения диафрагмы и перемещения ее купола. При глубоком форсированном дыхании в инспирации участвуют дополнительные, или вспомогательные, мышцы вдоха: трапециевидные, передние лестничные и грудиноключично-сосцевидные мышцы. Механизм выдоха (экспирации). При вдохе инспираторные мышцы человека преодолевают ряд сил: тяжесть приподнимаемых ребер, эластическое сопротивление реберных хрящей, сопротивление стенок живота и брюшных внутренностей, отдавливающих диафрагму верх. Когда вдох окончен, под влиянием указанных сил ребра опускаются и купол диафрагмы приподнимается. Объем грудной клетки вследствие этого уменьшается, Следовательно, экспирация происходит обычно пассивно, без участия мускулатуры. При форсированном выдохе к этим силам присоединяется сокращение внутренних межреберных мышц, мышц живота и задних зубчатых мышц. Экспираторными мышцами являются внутренние межреберные и мышцы брюшной стенки, или мышцы живота. Последние нередко относят к главным экспираторным мышцам. У нетренированного человека они участвуют в дыхании при вентиляции легких свыше 40 л/мин.

Взаимное расположение ребер, межреберных мышц и купола диафрагмы на вдохе и на выдохе.

• • • • Легочные объемы. Различают четыре основных положения грудной клетки: 1) положение максимального вдоха, 2) положение спокойного вдоха, 3) положение максимального выдоха, 4) положение спокойного выдоха. Объем воздуха, находящееся в легких после максимального вдоха, составляет общую емкость легких (ОЕЛ). Она состоит из жизненной емкости легких (ЖЕЛ, количества воздуха, которое может быть выдохнуто при максимальном выдохе после максимального вдоха), остаточного объема (ОО, количества воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха). ЖЕЛ (жизненная емкость легких) включает в себя три легочных объема: дыхательный объем (ДО) объем воздуха, обмениваемый при каждом дыхательном цикле; резервный объем инспирации (РОИ) объем воздуха, который можно вдохнуть при максимальном вдохе после спокойного вдоха; резервный объем экспирации (РОЭ) объем, который можно выдохнуть при максимальном выдохе после спокойного выдоха. Сумма их носит название функциональной остаточной емкости (ФОЕ). Сумма ДО и РОИ называется емкостью вдоха (ЕВ). Так как легочные объемы зависят от возраста, роста, пола и веса, то для суждения о том, соответствуют ли легочные объемы данного лица нормальным величинам, их следует сравнивать с так называемыми должными величинами. Существует много различных методов расчета должной жизненной емкости легких (ДЖЕЛ), разные формулы, таблицы и номограммы.

Легочные объемы и емкости

• • Альвеолярная вентиляция непосредственно влияет на содержание О 2 и СО 2 в альвеолярном воздухе и таким образом определяет характер газообмена между кровью и воздухом, заполняющим альвеолы. В каждой альвеоле состав воздуха определяется соотношением многих факторов. Во-первых, на его состав влияет величина анатомического мертвого пространства легких. Во-вторых, распределение воздуха по многочисленным воздухоносным ходам и альвеолам зависит от чисто физических причин. В-третьих, для обмена газов в легких решающее значение имеет соответствие вентиляции альвеол и перфузии легочных капилляров. Минутный объем дыхания (МОД) — это общее количество воздуха, которое проходит через легкие за 1 мин. В конечном счете величина альвеолярной вентиляции тем ниже, чем выше частота дыхания и меньше дыхательный объем. Максимальная вентиляция легких — объем воздуха, который проходит через легкие за 1 мин во время максимальных по частоте и глубине дыхательных движений. Максимальная вентиляция вызывается произвольно, возникает во время работы, при недостатке содержания О 2 (гипоксия), а также при избытке содержания СО 2 (гиперкапния) во вдыхаемом воздухе. При максимальной произвольной вентиляции легких частота дыхания может возрастать до 50— 60 в 1 мин, а ДО — до 2— 4 л. В этих условиях МОД может доходить до 100— 200 л/мин. Напряжение кислорода в артериальной крови равно 100 мм Hg, углекислого газа 40 мм Hg, в венозной же крови эти цифры составляют соответственно 40 мм О 2 и 46 мм СО 2.

• Диффузия газов через аэрогематический барьер. • В организме газообмен О 2 и СО 2 через альвеолярнокапиллярную мембрану происходит с помощью диффузии. Диффузия О 2 и СО 2 через аэрогематический барьер зависит от следующих факторов: • вентиляции дыхательных путей; • смешивания и диффузии газов в альвеолярных протоках и альвеолах; • смешивания и диффузии газов через аэрогематический барьер, мембрану эритроцитов и плазму альвеолярных капилляров; • химической реакции газов с различными компонентами крови, и наконец от перфузии кровью легочных капилляров. • Основная функция дыхательной системы заключается в обеспечении газообмена О 2 и СО 2 между окружающей средой и организмом в соответствии с его метаболическими потребностями. В целом эту функцию регулирует сеть многочисленных нейронов ЦНС, которые связаны с дыхательным центром продолговатого мозга.

Барьер между кровью и альвеолярным воздухом

• • • Дыхательный центр. Под дыхательным центром в узком (анатомическом) смысле понимают совокупность нейронов специфических (дыхательных) ядер продолговатого мозга, способных генерировать дыхательный ритм. В физиологическом понимании в состав дыхательного центра входят все нервные образования, расположенные на разных этажах нервной системы, которые принимают участие в регуляции дыхания и в приспособлении его параметров к запросам организма в разных условиях. В нормальных (физиологических) условиях дыхательный центр получает афферентные сигналы от периферических и центральных хеморецепторов, сигнализирующих соответственно о парциальном давлении О 2 в крови и концентрации Н+ во внеклеточной жидкости мозга. В период бодрствования деятельность дыхательного центра регулируется дополнительными сигналами, исходящими из различных структур ЦНС. У человека это, например, структуры, обеспечивающие речь. Речь (пение) может в значительной степени отклонить от нормального уровень газов крови, даже снизить реакцию дыхательного центра на гипоксию или гиперкапнию. Афферентные сигналы от хеморецепторов тесно взаимодействуют с другими афферентными стимулами дыхательного центра, но, в конечном счете, химический, или гуморальный, контроль дыхания всегда доминирует над нейрогенным. Например, человек произвольно не может бесконечно долго задерживать дыхание из-за нарастающих во время остановки дыхания гипоксии и гиперкапнии. Дыхательный центр выполняет две основные функции в системе дыхания: моторную, или двигательную, которая проявляется в виде сокращения дыхательных мышц, и гомеостатическую, связанную с изменением характера дыхания при сдвигах содержания О 2 и СО 2 во внутренней среде организма.

Общая схема действия стимулирующих факторов и периферических рецепторов, влияющих на дыхание.

• Генерация дыхательного ритма. Спонтанная активность нейронов дыхательного центра начинает появляться к концу периода внутриутробного развития. • В настоящее время доказано, что возбуждение дыхательного центра у плода появляется благодаря пейсмекерным свойствам сети дыхательных нейронов продолговатого мозга. Иными словами, первоначально дыхательные нейроны способны самовозбуждаться. Этот же механизм поддерживает вентиляцию легких у новорожденных в первые дни после рождения. • С момента рождения по мере формирования синаптических связей дыхательного центра с различными отделами ЦНС, пейсмекерный механизм дыхательной активности быстро теряет свое физиологическое значение. • У взрослых ритм активности в нейронах дыхательного центра возникает и изменяется только под влиянием различных синаптических воздействий на дыхательные нейроны. • Дыхательный цикл подразделяют на фазу вдоха и фазу выдоха. Двум фазам внешнего дыхания соответствуют три фазы активности нейронов дыхательного центра продолговатого мозга: инспираторная, которая соответствует вдоху; постинспираторная, которая соответствует первой половине выдоха и называется пассивной контролируемой экспирацией; экспираторная, которая соответствует второй половине фазы выдоха и называется фазой активной экспирации.

Рефлекторная регуляция дыхания. Рефлекторная регуляция дыхания осуществляется благодаря тому, что нейроны дыхательного центра имеют связи с многочисленными механорецепторами дыхательных путей и альвеол легких и рецепторов сосудистых рефлексогенных зон. В легких человека находятся следующие типы механорецепторов: • 1) ирритантные, или быстроадаптирующиеся, рецепторы слизистой оболочки дыхательных путей; • 2) рецепторы растяжения гладких мышц дыхательных путей; • 3) J рецепторы.

ОСОБЕННОСТИ ГАЗООБМЕНА В ЛЕГКОМ И ТРАНСПОРТА ГАЗОВ КРОВЬЮ У НОВОРОЖДЕННОГО. • • Задолго до рождения грудная клетка плода совершает 38 -70 ритмических движений в минуту. При гипоксемии они могут усиливаться. В процессе этих движений легочная ткань остается спавшейся, однако между листками плевры при расширении грудной клетки создается отрицательное давление. Колебания давления грудной полости плода создают благоприятные условия для притока крови к сердцу. При ритмических движениях грудной клетки в дыхательные пути плода может попадать амниотическая жидкость, особенно когда ребенок рождается в асфиксии. В этих случаях прежде чем начать искусственное дыхание, жидкость из воздухоносных путей отсасывают. Первый самостоятельный вдох непосредственно после рождения является началом собственного газообмена в легких ребенка. Механизм возникновения первого вдоха новорожденного складывается из многих факторов. Основные из них: прекращение газообмена через плаценту в связи с перевязкой пуповины, вследствие чего развивается гипоксия и гиперкапния; рефлекторное раздражение термо- и механорецепторов кожи и слизистых оболочек новорожденного факторами внешней среды. После рождения содержание газов в крови ребенка меняется, однако оно попрежнему существенно отличается от газового состава крови взрослого человека. Содержание кислорода и углекислого газа в крови детей ниже, чем у взрослых. Наблюдается состояние физиологической гипоксемии и гипокапнии. Ввиду незрелости аппарата дыхания и соответственно неэффективности реберного дыхания у новорожденных имеет место диафрагмальное дыхание. Морфологические особенности дыхания ребенка первых дней жизни связаны с узкими носовыми проходами, что затрудняет дыхание через нос. Кроме того, ребра у новорожденных расположены под прямым углом к позвоночнику, а межреберные мышцы еще недостаточно развиты, поэтому дыхание поверхностное и частое.

• В ходе созревания органов дыхательной системы происходит смена типов дыхания: у грудных детей дыхание грудобрюшное, в 3 – 7 лет – грудное. В 7 – 8 лет появляются половые различия в типах дыхания. К 14 – 17 годам у юношей имеет место наиболее эффективное брюшное дыхание, у девушек – грудное. Однако тип дыхания может измениться в зависимости от занятий спортом. • Дыхательная система ребенка характеризуется рядом морфофункциональных особенностей, обусловленных незавершенностью формирования бронхолегочного аппарата. • Развитие легких ребенка заключается в увеличении их размеров, в преобладании альвеолярных ходов, увеличении емкости альвеол и эластических элементов в соединительно тканных прослойках. • Увеличение размеров легких происходит до 16 лет. • Наиболее интенсивный рост отмечается в первые 3 месяца и в период с 13 по 16 лет. • Дыхательная поверхность легких у детей по сравнению со взрослыми относительно больше.

• Защита новорожденных от гипоксии развита слабо. Однако устойчивость нервных клеток к гипоксии у них выше, чем у взрослых. Новорожденные дети могут вынести такие степени гипоксии, при которых взрослые погибают. • Легочная вентиляция. • В покое у взрослого человека эта величина составляет 5 — 6 л/мин. • У новорожденного ребенка минутный объем дыхания составляет 650— 700 мл/мин, • к концу 1 года жизни достигает 2, 6— 2, 7 л/мин, • к 6 годам — 3, 5 л/мин, • в 10 лет — 4, 3 л/мин, • а у подростков — 4, 9 л/мин. • При физической нагрузке минутный объем дыхания может очень существенно увеличиваться, достигая у юношей и у взрослых 100 л/мин и более.

• • • У новорожденных периодичность дыхания еще нерегулярна. Серии частых дыханий чередуются с редкими, порой возникают глубокие вдохи. Возможны и внезапные остановки дыхания, что объясняется низкой чувствительностью нейронов дыхательного центра (в продолговатом мозге) к содержанию СО 2 и частично О 2. Поэтому новорожденные и грудные дети более устойчивы к гипоксии (недостатку кислорода). Чувствительность нейронов дыхательного центра к содержанию CO 2 с возрастом повышается, достигая уровня «взрослого» состояния к 7– 8 годам. К 11 годам уже хорошо выражена приспособляемость дыхания к различным условиям. В период полового созревания происходит некоторое нарушение регуляции дыхания и снижается устойчивость к недостатку кислорода. Поэтому чистота воздуха и его физико-химические свойства, которые зависят от температуры воздуха в помещении, имеют большое значение для здоровья и поддержания высокой работоспособности детей и подростков. В связи с незрелостью нервных центров и рецепторного аппарата у новорожденных возбудимость дыхательного центра значительно снижена. Хеморецепторы каротидного синуса и дуги аорты начинают функционировать примерно с 15 -18 дня после рождения. Низкая возбудимость дыхательного центра сохраняется довольно продолжительное время. Лишь к школьному периоду она достигает нормальных для взрослого человека значений. В период полового созревания можно обнаружить некоторое повышение возбудимости дыхательного центра. У подростков в данный период наблюдается повышенная чувствительность к недостатку кислорода.

Особенности регуляции дыхания детей связаны с постепенным формированием дыхательного центра. • У новорожденного ребенка дыхательная периодика нерегулярна: частое дыхание чередуется с редким, примерно 1 раз в минуту возникают глубокие вздохи, иногда наступает задержка дыхания на 3 и более сек. Это особенно часто наблюдается в период быстрого сна. Повышение легочной вентиляции на увеличение СО 2 во вдыхаемом воздухе выражена значительно слабее, чем у взрослых, и осуществляется через центральные хеморецепторы. • У детей с пониженной реакцией на СО 2 во время сна происходят длительные задержки дыхания. Это бывает причиной внезапной смерти детей. • С возрастом повышение вентиляции легких в ответ на гиперкапнию и гипоксию увеличивается, но даже к 8 -9 годам реакция в ответ на гиперкапнию и гипоксию у детей слабее, чем у взрослых, почти в два раза. • У детей младшего школьного возраста сохраняется пониженная чувствительность к избытку СО 2 и недостатку О 2. • В период полового созревания наблюдается обратное явление. В процессе роста ребенка регуляция дыхания совершенствуется благодаря развитию периферических рецепторов и центра пневмотаксиса в варолиевом мосту. Появляется способность к произвольному управлению дыханием, условнорефлекторное повышение легочной вентиляции перед физическими нагрузками. Однако у детей в 7 8 лет и даже в 12 14 лет физические нагрузки должны сочетаться с отдыхом и только к 17 18 годам подростки способны к длительной мышечной работе. • Произвольная регуляция дыхания развивается вместе с развитием речи. Совершенствование этой регуляции отмечается в первые годы жизни!