Кафедра нормальной физиологии асс., к.м.н. С.Л.Болотова
Дыхание — совокупность физиологических процессов, обеспечивающих непрерывное поступление кислорода к тканям, использование его в окислительных реакциях, а также удаление из организма образующихся в процессе метаболизма углекислого газа и частично воды
Дыхание состоит из следующих основных этапов: внешнее дыхание (или легочная вентиляция), обеспечивает газообмен между легкими и внешней средой (т.е. поступление атмосферного воздуха в альвеолы и выведение его из альвеол обратно в атмосферу) диффузионный обмен О 2 и СО 2 между альвеолярным воздухом и притекающей к легким венозной кровью транспорт газов кровью к клеткам тканей и от них диффузионный обмен О 2 и СО 2 между артериальной кровью и тканями тканевое дыхание метаболические процессы в клетках (окисление)
МЕХАНИЗМ ПЕРЕНОСА ГАЗА ДИФФУЗИЯ КОНВЕКЦИЯ ДВИЖУЩАЯ СИЛА – ГРАДИЕНТ КОНЦЕНТРАЦИИ ДВИЖУЩАЯ СИЛА – ГРАДИЕНТ ДАВЛЕНИЯ без затраты энергии для создания необходимо затратить энергию скорость низкая расстояния небольшие скорость высокая расстояния большие
Основная задача внешнего дыхания заключается в поддержании постоянного состава альвеолярного воздуха — 14% кислорода и 5% углекислого газа (в отличие от альвеолярного воздуха атмосферный воздух содержит 20% кислорода и 0.3% углекислого газа) Процесс внешнего дыхания или газообмен между легкими и атмосферным воздухом обеспечивается дыхательной системой
единый комплекс костной, хрящевой, соединительной и мышечной тканей грудной клетки дыхательные пути (воздухоносный отдел легких), обеспечивающие движение воздуха между внешней средой и воздушным пространством альвеол легочная ткань (респираторный отдел легких), которая обладает высокой эластичностью и растяжимостью
Дыхательные пути верхние дыхательные пути (полость носа, носоглотка, ротоглотка, гортань) нижние дыхательные пути (трахея и бронхи)
Бронхи дихотомически делятся на сегментарные, субсегментарные и так до 16 порядков, в конечном счете формируется трахеобронхиальное «дерево» Переходная зона – дыхательные бронхиолы (17-19 генерации), они имеют альвеолы, воздух в них по химическому составу близок к альвеолярному. ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ПУТИ
Дыхательные пути всегда открыты, так как образованы хрящевой тканью Дыхательные пути всегда находятся в состоянии тонуса, так как в состав стенки воздухоносных путей входят гладкомышечные волокна (при повышении тонуса просвет уменьшается и наоборот)
Регуляция просвета дыхательных путей осуществляется через вегетативную нервную систему (симпатическая нервная система опосредует свое влияние через бетта 2-адренорецепторы - в результате ее возбуждения увеличивается просвет дыхательных путей; при возбуждении парасимпатической нервной системы - уменьшается просвет дыхательных путей) Для дыхательных путей характерно обильное кровоснабжение за счет этого обеспечивается регуляция температуры и влажности вдыхаемого и выдыхаемого воздуха
Дыхательные пути выстланы мерцательным эпителием, который обеспечивает очищение поступающего воздуха 1 - реснитчатые клетки 2 – бокаловидные клетки 3 – базальные клетки 4 – промежуточные клетки
В дыхательных путях много рецепторов: обонятельные; обеспечивающие защитные реакции: при раздражении верхних дыхательных путей - чихание, нижних - кашель Воздух, находящийся в дыхательных путях не участвует в газообмене - это воздух "мертвого" пространства
проведение воздуха очищение, согревание увлажнение воздуха регуляция количества воздуха, поступающего в легкие (путем изменения просвета) место возникновения защитных дыхательных рефлексов возникновение обонятельных функций терморегуляция, за счёт испарения
Зона газообмена – последние четыре генерации бронхиол (20-23), там непосредственно происходит газообмен между альвеолярным воздухом и кровью. Находится эта зона в легких.
Легкие имеют вид губчатых, пористых конусовидных образований, лежащих в грудной полости ФУНКЦИИ ЛЁГКИХ дыхательная; обмен воды: за сутки через лёгкие из организма выводится 500-600 мл воды в спокойном состоянии, при нагрузке - больше; терморегуляция - образование и выделение тепла депо крови второго порядка (20-25 % всей циркулирующей крови)
Дыхательные (респираторные) бронхиолы, альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки с альвеолами образуют главную структурно-функциональную единицу легкого — ацинус, в котором происходит газообмен между воздухом и кровью
Альвеола (лат. alveolus — ячейка, углубление, пузырёк) — концевая часть дыхательного аппарата в лёгком, имеющая форму пузырька, открытого в просвет альвеолярного хода. Альвеолы участвуют в акте дыхания, осуществляя газообмен с легочными капиллярами
Общая дыхательная поверхность альвеол у взрослого человека составляет около 120 квадратных метров. Кислород через стенки альвеол и капилляров попадает в кровь, а углекислый газ перемещается в противоположном направлении
В альвеолах обмен газами происходит через несколько легочных мембран (аэрогематический барьер) Состав легочных мембран: сурфактант эпителий альвеол базальная мембрана альвеол базальная мембрана капилляров Эндотелиоциты Альвеолы обильно кровоснабжаются капиллярами малого круга кровообращения Каждый капилляр участвует в газообмене с несколькими альвеолами
Легкие снаружи покрыты тонкой соединительнотканной оболочкой – плеврой Наружный (париетальный) листок плевры примыкает к внутренней поверхности грудной стенки и диафрагме Внутренний (висцеральный) листок плевры покрывает легкое Щель между листками называется плевральной полостью При движении грудной клетки внутренний листок обычно легко скользит по наружному благодаря наличию тонкого слоя плевральной жидкости
Давление в плевральной полости всегда меньше атмосферного (отрицательное) Межплевральное пространство между легкими называется средостением; в нем находятся трахея, зобная железа (тимус) и сердце с большими сосудами, лимфатические узлы и пищевод ПЛЕВРАЛЬНАЯ ПОЛЬСТЬ
Плевральное давление - это давление жидкости в узкой щели между висцеральным и париетальным листками плевры В норме плевральное давление – слабо отрицательное (обусловлено постоянным всасыванием излишка жидкости в лимфатические каналы, обеспечивает слабое присасывание висцеральной поверхности плеврального листка легких к париетальному листку плевры) В начала вдоха нормальное плевральное давление составляет около – 5 см вод.ст
Альвеолярное давление это давление воздуха внутри альвеол При открытой гортани и отсутствии движения воздуха к легким или от них давление во всех частях дыхательных путей (вплоть до альвеол) равно атмосферному, которое считается нулевым уровне в дыхательных путях, т.е. равно 0 см вод. ст. Вдох – альвеолярное давление снижается до -1 см вод. ст. Выдох – альвеолярное давление повышается до +1 см вод.ст.
Транспульмональное давление – это разница между внутриплевральным и альвеолярным давлением Транспульмональное давление является мерой эластических сил в легких, стремящихся к уменьшению объема легких в любой фазе дыхания (давление коллапса)
ДЫХАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ поддержание нормального уровня газового гомеостазиса 0 2 и С0 2 организма в соответствии со скоростью тканевого метаболизма (дыхания)
НЕДЫХАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ метаболическая функция ( синтез (сурфактанта, гепарина, лейкотриенов, простагландинов), активация (ангиотензина II) и инактивация (серотонина, простагландинов, норадреналина) биологически активных веществ, при участии альвеолоцитов, тучных клеток и эндотелия капилляров легких) защитная функция (реснички эпителия дыхательных путей (мукоциллиарный транспорт), наличие в эпителии слизистой оболочки дыхательных путей иммунокомпетентных клеток (Т- и В-лимфоциты, макрофаги) и тучных клеток (синтез гистамина) участие в кровообращении (малый круг кровообращения) ФУНКЦИИ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
НЕДЫХАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ выделительная функция (выведение с выдыхаемым воздухом паров воды и молекул летучих веществ) терморегулирующая функция позно-тоническая функция (дыхательные мышцы грудной клетки участвуют в поддержании положения тела в пространстве) функция речеобразования (нервный аппарат дыхательной системы, мышцы голосовой щели и верхних дыхательных путей, а также мышцы грудной клетки участвуют в речевой деятельности человека) ФУНКЦИИ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Деятельность дыхательной системы регулируется собственным нервным аппаратом который включает: - соматические нервные волокна – управляющие дыхательными мышцами грудной клетки, - чувствительные и двигательные волокна нейронов вегетативной нервной системы, имеющие терминали в тканях органов дыхания
Газообмен между атмосферным воздухом и альвеолярным пространством легких происходит в результате циклических изменений объема легких в течение фаз дыхательного цикла ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ОБЕСПЕЧИВАЮТ ЛЕГОЧНУЮ ВЕНТИЛЯЦИЮ ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ
Дыхательный цикл состоит из 3-х фаз: вдох (инспирация) выдох (экспирация) дыхательная пауза Вдох короче выдоха и длится 0,9-4,7 с ( примерно 1/3 часть) Выдох длиннее вдоха и длится 1,2-6 с (связано с уменьшением просвета дыхательных путей) Нормальное дыхание ЧДД (частота дыхательных движений) 16-20 в минуту На 1 дыхание - 4-5 сердечных сокращений Частота дыхательных движений зависит от интенсивности физической нагрузки
В фазу вдоха объем легких увеличивается, воздух из внешней среды поступает в дыхательные пути и затем достигает альвеол В фазу выдоха происходит уменьшение объема легких и воздух из альвеол через дыхательные пути выходит во внешнюю среду Увеличение и уменьшение объема легких обусловлены биомеханическими процессами изменения объема грудной полости при вдохе и выдохе ХАРАКТЕРИСТИКА ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦИКЛА
изменение объема грудной полости (и тем самым объема легких) обеспечивают дыхательные мышцы ВСЕ МЫШЦЫ, ВЫПОЛНЯЮЩИЕ ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ЯВЛЯЮТСЯ СКЕЛЕТНЫМИ Инспираторные мышцы - возбуждаются под действием импульсов от инспираторных нейронов центральной нервной системы, они обеспечивают вдох Экспираторные мышцы - осуществляют выдох
ОСНОВНЫЕ ИНСПИРАТОРНЫЕ МЫШЦЫ: диафрагма - при ее сокращении увеличивается вертикальный размер грудной клетки наружные межреберные - сокращаясь, поднимают передние края ребер, увеличивают переднезадний и поперечный размеры грудной клетки
наиболее значимая роль принадлежит диафрагме сокращение диафрагмы приводит к уплощению ее купола органы брюшной полости оттесняются вниз в результате этого увеличиваются вертикальные размеры грудной клетки
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ИНСПЕРАТОРНЫЕ МЫШЦЫ: передние грудные, зубчатые, разгибающие позвоночник Не участвуют в спокойном дыхании Обеспечивают осуществление глубокого форсированного дыхания ИНСПИРАТОРНЫЕ МЫШЦЫ
ОСНОВНЫЕ ЭКСПИРАТОРНЫЕ МЫШЦЫ: внутренние межреберные ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭКСПИРАТОРНЫЕ МЫШЦЫ: мышцы брюшного пресса, мышцы сгибающие позвоночник ВЫДОХ при спокойном дыхании происходит ПАССИВНО Легкие и грудная клетка обладают упругостью, поэтому после вдоха, когда они активно растягиваются, стремятся вернуться в прежнее положение Выдох становиться активным при физической нагрузке, когда повышено сопротивление воздухоносных путей ЭКСПИРАТОРНЫЕ МЫШЦЫ
Расширять и сжимать легкие можно двумя способами: Движением диафрагму вниз и вверх, что удлиняет или укорачивает грудную клетку Поднятием и опусканием ребер, что увеличивает или сокращает переднезадний диаметр грудной клетки
Грудной тип дыхания - в основном за счёт работы межреберных мышц. Размеры грудной клетки увеличиваются в переднезаднем и поперечном направлении. Диафрагма в дыхании не участвует. При спокойном дыхании участвуют лишь межрёберные мышцы 3-4 верхних промежутков. При этом типе дыхания плохо вентилируются нижние отделы легких. Встречается у детей и (иногда) женщин Брюшной тип - за счёт работы диафрагмы. Размер грудной клетки увеличивается в вертикальном направлении. Плохо вентилируются верхушки лёгких. Характерен для мужчин, тренированных людей, певцов. Смешанный тип - размеры грудной клетки увеличиваются во всех направлениях. При физических и эмоциональных нагрузках
вязкое (неэластическое) сопротивление тканей эластическое (упругое) сопротивление легкого и тканей силы гравитации, препятствующие подъему грудной клетки СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЫХАНИЮ
ОБУСЛОВЛЕНО на 90% аэродинамическим сопротивлением воздухоносных путей (возникает при прохождении воздуха через трахею, бронхи и бронхиолы; сужение воздухоносных путей увеличивает сопротивление) вязким сопротивлением тканей за счет внутреннего трения их и неупругой деформации трением сочленяющихся суставов
ОБУСЛОВЛЕНО возникновением напряжения, связанного с растяжением эластических элементов легочной ткани (коллагеновые и эластические волокна стенки альвеол создают эластическое сопротивление легких, которое стремится уменьшить объем альвеол) силами поверхностного натяжения (на границе раздела между воздухом и жидкостью, покрывающей тонким слоем эпителий альвеол возникают силы, которые стремятся уменьшить площадь этой поверхности)
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), продуцируемы в в поверхностный слой жидкости альвеол пневмоцитами II типа Представляют собой комплекс фосфолипидов, белков и полисахаридов с периодом полувыведения 12-16 ч ФУНКЦИИ способны снижать поверхностное натяжение и препятствовать спадению альвеол способствуют очищению альвеол способствуют сохранению сухости поверхности альвеол участвуют в активации противомикробных и противовирусных механизмов защиты легких
Вдох является активным процессом и требует расхода энергии при сокращении инспираторных мышц, которая затрачивается на преодоление эластического сопротивления относительно ригидных тканей грудной клетки эластического сопротивления легко растяжимой легочной ткани аэродинамического сопротивления дыхательных путей потоку воздуха на повышение внутриабдоминального давления и возникающего при этом смещения органов брюшной полости книзу
В результате сокращения дыхательных мышц объем грудной полости увеличивается Внутриплевральное давление уменьшается от -5 до -7 мм вод.ст. Легкие пассивно расширяются Объем альвеол увеличивается Давление в альвеолах уменьшается Атмосферный воздух под действие градиента давления поступает по дыхательным путям к альвеолам
Выдох в покое осуществляется пассивно в результате расслабления дыхательных мышц грудная клетка под действием силы тяжести опускается и возвращается в исходное положение диафрагма под действием давления в брюшной полости поднимается вверх и принимает форму купола легкие под действием эластической тяги, которая возвращает объем легких к исходной величине БИОМЕХАНИКА ДЫХАНИЯ
В результате расслабления дыхательных мышц объем грудной полости уменьшается Внутриплевральное давление увеличивается Объем легких уменьшается Объем альвеол уменьшается Давление в альвеолах увеличивается Альвеолярный воздух под действие градиента давления выходит по дыхательным путям в атмосферный БИОМЕХАНИКА ДЫХАНИЯ
механический аппарат вентиляции, который, в первую очередь, зависит от активности дыхательных мышц, их нервной регуляции и подвижности стенок грудной клетки эластичность и растяжимость легочной ткани проходимость дыхательных путей внутрилегочное распределение газа и адекватность этого распределения перфузии различных отделов легкого
Статичные показатели Динамичные (или функциональные) показатели
Дыхательный объем (ДО) – количество воздуха, поступающего в легкие за один спокойный вдох или выдыхаемого за один выдох (ДО-500 мл) Резервный объем вдоха (Ровд) – максимальное количество воздуха, которое человек может вдохнуть дополнительно после нормального вдоха (Ровд – 2000-2500 мл) Резервный объем выдоха (РОвыд) - максимальное количество воздуха, которое человек может выдохнуть дополнительно после нормального выдоха (РОвыд – 1500) Остаточный объем (ОО) – воздух оставшийся в легких после максимально глубокого выдоха (ОО – 1000-1200 мл)
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – наибольшее количество воздуха, которое человек может выдохнуть после максимально глубокого вдоха ЖЕЛ = ДО + РОвд + РОвыд Общая емкость легких (ОЕЛ) – количество воздуха, содержащегося в легких на высоте максимального вдоха ОЕЛ = ЖЕЛ + ОО Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) – количество воздуха, которое остается в легких в конце спокойного выдоха ФОЕ = РОвыд + ОО СТАТИЧНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Частота дыхательных движений (ЧДД) Минутный объем дыхания (МОД) – количество воздуха, поступающего в легкие за минуту МОД = ДО х ЧДД Альвеолярная минутная вентиляция (АВ) характеризует вентиляцию альвеол АВ = (ДО – МП) х ЧДД Максимальная вентиляция легких (МаксВЛ) – количество воздуха которое можно вдохнуть и выдохнуть при максимальной глубине и частоте дыхания Резерв дыхания: разница между МаксВЛ и МОД Коэффициент легочной вентиляции (КЛВ) – та часть воздуха, которая обменивается в легких при каждом вдохе КЛВ = (ДО – МП) : ФОЕ Коэффициент альвеолярной вентиляции: отношение альвеолярной минутной вентиляции к легочному кровотоку (АВ:ЛК = 4:5 = 0,8л)
