Развитие представлений о системе дыхания IV в до

Развитие представлений о системе дыхания §IV в. до н. э. (Аристотель): при дыхании воздух попадает в артерии, чтобы «уменьшить внутренний жар организма» §II в. (Гален): противоположная точка зрения - при рождении человека в его сердце вспыхивает огонь, воздух поступает в организм, чтобы поддержать этот огонь §XVII в. (Борелли): проведено прямое измерение температуры крови в сердце оленя, 39 – 40 ОС, что явно не соответствовало представлениям о «горении» §XVIII в. (Ломоносов, Лавуазье): дыхание – окислительный процесс в крови §Вторая половина XVIII в. (Пфлюгер): кровь для окисления имеет только пособнический характер, а отнюдь не определяющий: в лягушке, у которой кровь заменялась физиологическим раствором, процесс окисления нисколько не уменьшался §Современная трактовка (Б. И. Ткаченко, 2005): дыхание - процесс использования O 2 клетками в биологическом окислении с образованием энергии и конечного продукта дыхания – CO 2

Функции дыхательной системы § Дыхательная (основная) функция § внешнее дыхание § внутреннее (тканевое) дыхание § Недыхательная функция § § § защитная метаболическая выделительная терморегулирующая позно-тоническая речеобразования

Бронхиальное дерево

Легочная паренхима человека § § § A – альвеолы S – альвеолярные перегородки D – альвеолярный ход PA – ветвь легочной артерии PK - пора Кона

Механизм спокойного дыхания I – вдох Ребро E – выдох Диафрагма

Раздувание легких при опускании диафрагмы

Пневмоторакс 2 – открытый пневмоторакс Перфорированная ткань образует клапан 1 - норма 3 – клапанный пневмоторакс Угрожающее жизни состояние

Биомеханика поднятия ребер при вдохе в результате сокращения наружных межреберных мышц (M) F 2 L 2>F 1 L 1 Сила F 1 опускает ребро, Сила F 2 поднимает ребро, L 1 – плечо действия силы F 1 L 2 – плечо действия силы F 2

Диаграмма «Давление – объем»

Зависимость объема легких V от внутриплеврального давления P Растяжимость C = ΔV / ΔP Объем (V) Внутриплевральное давление (P, cm Н 2 O)

Кривая «давление - объем»

Сопротивление R воздухоносных путей R = ΔF / ΔP, R (см вод. столба / л/ сек) где F – воздушный поток; P - давление Сегментные бронхи Терминальные бронхиолы № генерации бронхиального дерева

Объемы воздухоносных путей и газообменной области после спокойного выдоха

Аэродинамика легких во время дыхательного цикла

Значения легочных объемов и емкостей

Максимальная вентиляция легких МВЛ = ДО * ЧД

Форсированный объем выдоха за 1 сек (ФОВ 1)

Спирометр CT - 95

Вдох Спокойное дыхание Выдох Скорость воздушного потока Спирограмма «поток – объем» ½ макс. Максимальное усилие % от жизненной емкости легких

Методы искусственной вентиляции легких

Схема кровоснабжения легких Альвеолы Легочная артерия Бронхиола Легочная вена Капиллярная сеть

Клеточная структура воздухоносных путей Эпителий (ЭП), базальная мембрана (БМ) и интерстиций альвеол чрезвычайно тонки, чтобы сделать возможной эффективную диффузию О 2 из альвеолярного газа через эндотетелий легочного капилляра в кровь Бронхиола Goblet Альвеола Clara Тип I ЭП Тип II БМ Капилляры Гладкая мышца Хрящ Подслизистая железа

Легочные капилляры в стенке альвеолы

Схема расположения альвеол и капилляров легких

Эритроциты в капиллярах легких

Альвеолярный газообмен

Региональная перфузия и вентиляция легкого Номер ребра Apex 1 VA /Q 3 Вентиляция Перфузия Поток в легком (литр/мин )

Региональные параметры функции легких Смешанная венозная кровь Фракция легочного объема Окружающий воздух Конечные капилляры

Сопротивление сосудов легких (см H 2 O/ л/мин) Зависимость сопротивления сосудов легких от артериального и венозного давления крови Увеличение артериального давления Увеличение венозного давления Артериальное или венозное давление (см H 2 O)

Легочное артериальное давление (мм рт. ст. ) Изменение легочного артериального давления и сердечного выброса при физической нагрузке Состояние покоя Сердечный выброс (л/мин)

p. O 2 и p. CO 2 в альвеолах и напряжение этих газов в крови в мм рт. ст. и к. ПА (цифры в скобках) Газ Кровь, поступающая в легкие Альвеолярная смесь газов Капиллярная кровь в легких О 2 40 (5. 3) 100 (13. 3) СО 2 46 (6. 1) 40 (5. 3) 47 (6, 0) Пары воды Состав атмосферного воздуха и газовой смеси легких (%) Компонент Атмосферный воздух Выдыхаемая смесь газов Альвеолярная смесь газов О 2 20, 93 16, 0 14, 0 СО 2 0, 04 4, 0 5, 5 Азот и инертные газы 79 74, 5 Пары воды 0, 5 5, 6

Динамика изменения p. O 2 при транспорте кислорода из альвеол в клетки

Динамика изменения p. CO 2 при транспорте углекислого газа из клеток в легкие

Процентная зависимость потребления кислорода от его парциального давления (p. O 2) Потребление кислорода (% от максимального) Митохондрия Весь организм p. O 2 (мм рт. ст. )

Hb. O 2 (%) Оксигенированная кровь из легких Кровь, оттекающая от тканей большого круга p. O 2 (мм рт. ст. ) Hb. O 2 (объемные (проценты Кривая диссоциации оксигемоглобина

Влияние p. CO 2, p. H, 2 -3 дифосфоглицерата (DPG) и температуры крови на кривую диссоциации оксигемоглобина.

Зависимость кривой диссоциации оксигемоглобина от концентрации его в крови

Транспорт CO 2 из тканей в кровь * 15000

Транспорт CO 2 из крови в альвеолы * 15000

Зависимость содержания углекислого газа в крови от p. CO 2

Изменение снабжения тканей кислородом в зависимости от расстояния до артериального конца капилляра (цилиндр Крога)

Термины, характеризующие виды дыхания Эупноэ – нормальное спокойное Гиперпноэ – форсированное Гипопонэ – ослабленное Тахипонэ - учащенное Брадипонэ - уреженное Диспонэ - одышка Апноэ (эйпнезис) - остановка

Регуляция вентиляции легких осуществляется сложной иерархической системой, включающей механизмы обратных связей при участии хеморецепторных (центральные и периферические) и механорецепторных (механорецепторы легких и дыхательных мышц) рефлексов. Местом генерации дыхательного ритма является дыхательный центр продолговатого мозга.

Схема управления вентиляцией легких

Цепь отрицательной обратной связи в механизме регуляции дыхания Центральная интеграция продолговатый мозг, мост Афферентный вход Эфферентный вход Высшие центры ЦНС (поведение) Вентиляция Бронхиальные мышцы Секреторные железы Рецепторы легких (механика) Хеморецепторы (артериальная кровь) Отрицательная обратная связь Газообмен, механика

Опыт Фредерика с перекрестным кровообращением Ослабление дыхания Усиление дыхания Артериальная кровь поступает перекрестно

Дыхательный центр

Изменения дыхания при повреждениях ствола мозга A, B, C, D - локализация перерезок ствола мозга IC – inferior colliculus, CP – cerebellar peduncle medium Глубина и частота дыхания (запись спирограммы) NPBL – nucleus parabrahialis, VRG и DRG – вентральная и дорсальная респир.

Последовательность активности групп нейронов Группы нейронов: полные инспираторные с нарастающей активностью (1), экспираторные нейроны с нарастающей активностью (2), ранние инспираторные нейроны с декрементной активностью (3), поздние инспираторные нейроны с нарастающей активностью (4), экспираторные или постинспираторные нейроны с декрементной активностью (5), полные инспираторные нейроны с постоянной активностью (6).

Расположение периферических хеморецептров

Изменения объема легких и электрическая активность моторных нервов при дыхании

Локализация центральных хеморецепторов Базилярная артерия Позвоночная артерия Рецепторные зоны: R – ростральная I – интермедиальная С – каудуальная

Схема влияния CO 2 крови на центральные хеморецепторы Хемочувствительный нейрон Сосуд Ликвор

Вентиляция легких Зависимость интенсивности дыхания от состояния ЦНС норма Pa. CO 2 (мм рт. ст. ) наркоз

Влияние повышенной концентрации CO 2 во вдыхаемом воздухе на вентиляцию легких

Вентиляция легких (л/мин) Влияние повышенной концентрации CO 2 во вдыхаемом воздухе на зависимость вентиляции легких от PAO 2 Гиперкапния Нормокапния Изменяющееся p. CO 2 Pa. O 2 (мм рт. ст. )

Вентиляция легких (л/мин) Баланс противоположных влияний напряжений PAO 2 и p. CO 2 в артериальной крови на интенсивность дыхания Влияние на вентиляцию сдвигов p. O 2 Влияние на вентиляцию сдвигов p. СO 2 Установочная точка Напряжение газа в артериальной крови (мм рт. ст. )

Механорецепторы легких

Общая схема регуляции дыхания

Диафрагмальная электромиограмма и вентиляция в норме и после трасплантации легких у человека

Всплытие с больших глубин

Дыхание под водой через трубку Норма Слишком глубоко