Этапы дыхания.
Дыхание представляет собой сложный многоэтапный процесс доставки кислорода к тканям, окисление органических веществ c высвобождением энергии и выведение образовавшейся углекислоты из организма. Дыхательная функция является одной из основных и непосредственно обеспечивает само существование живого организма.
Выделяют несколько этапов дыхания:
1.Внешнее дыхание – газообмен между атмосферным и альвеолярным воздухом.
2.Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью.
3.Транспорт газов кровью.
4.Газообмен между кровью и клетками тканей организма.
5.Внутреннее или тканевое дыхание.
Первый этап. Внешнее дыхание.
Газовые среды. К газовым средам относятся: атмосферный воздух, выдыхаемый воздух и альвеолярный воздух.
Каждый газ в смеси оказывает давление в соответствии с его процентным содержанием.
Обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом происходит на основе только физических закономерностей – разности парциальных давлений газов.
|
|
Свойства альвеолярного воздуха:
· Объем и газовый состав альвеолярного воздуха в норме постоянен.
· Газовый состав альвеолярного воздуха отличается от атмосферного.
· Постоянство газового состава альвеолярного воздуха регулируется содержанием СО2.
Следует отметить, что в выдыхаемом воздухе количество углекислого газа меньше, чем в альвеолярном. Это связано с тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху присоединяется воздух мертвого пространства, содержащий низкое количество углекислого газа.
Дыхательные объёмы. При спокойном вдохе в легкие поступает 500 см3 воздуха – дыхательный объем. Минутный объём дыхания – объём воздуха, проходящий через легкие за минуту – в среднем равен 8 л. в минуту. При форсированном вдохе в легкие входят еще 1500 см3 воздуха – дополнительный объем (резервный объем вдоха). При форсированном выдохе выдыхается 1500 см3 воздуха – резервный объем (резервный объем выдоха).Указанные объемы легочной вентиляции составляют в целом жизненную емкость легких. Функциональная остаточная ёмкость – объем воздуха в легких после спокойного выдоха. Максимальная вентиляция легких – объём воздуха, который проходит через легкие за одну минуту при максимальной частоте и глубине дыхательных движений – 150 – 200 л. в минуту. Дыхательные объемы измеряются методом спирометриис помощью спирометров. Около 1000 см3 воздуха, содержащегося в легких и воздухоносных путях – остаточный воздух – нельзя выдохнуть. Его определяют методом разведения. Испытуемые после глубокого выдоха в течение 5-10 мин дышат 3 л смеси, содержащей 1 л аргона. После выдоха до 3 л определяют разведение смеси и содержание в ней аргона.
|
|
Биомеханика внешнего дыхания. Трахея человека имеет диаметр 15-30 мм. и на уровне 5 грудного позвонка делится на два бронха. Каждое последовательное деление бронхиального дерева образует 16 генераций бронхов, которые относятся к проводящей зоне легкого и создают не участвующее в газообмене. анатомическое мертвое пространство объёмом 150-180 мл. Последующие три генерации бронхиол составляют переходную зону. Последние четыре генерации (20 - 23) образуются альвеолярными ходами и альвеолярными мешочками, которые переходят в отдельные альвеолы. Вентиляция воздухоносных путей осуществляется при внешнем дыхании конвективным путем, а начиная с 20 генерации – путем диффузии. Кроме анатомического, в легких выделяют физиологическое (функциональное) мертвое пространств, к которому относят объем альвеол, где имеется вентиляция, но нет перфузии кровью.
Под влиянием нервных импульсов из дыхательного центра наружные межреберные мышцы сокращаются. При косом расположении этих мышц плечо поворота и момент силы у верхнего ребра меньше, чем у нижнего. По этой причине ребра поднимаются и поперечное, а также передне-заднее сечения грудной клетки увеличиваются. Энергия мышц затрачивается на эластическое сопротивление грудной клетки, эластическое сопротивление легких, вязкое сопротивление перемещаемых тканей, аэродинамическое сопротивление дыхательных путей, тяжесть перемещаемой грудной клетки и верхних конечностей. При сокращении диафрагмы последняя несколько уплощается и грудная клетка увеличивается в нижнем направлении. Это приводит к увеличению объёма плевральной полости с последующим уменьшением давления внутри неё. В результате этого воздух в легких расширяется, а давление его становится ниже атмосферного. Вследствие перепада давления между атмосферой и легким воздух пассивно заполняет альвеолы. В плевральных полостях грудной клетки имеется о трицательное давление. У новорожденного легкие заполняют всю грудную клетку. При этом в легких имеет место слегка субатмосферное давление. В онтогенезе грудная клетка растет быстрее ткани легких. Однако легкие все время поджимаются к грудной стенке атмосферным воздухом. В результате даже при выдохе легкие растянуты. Растяжение легких составляет эластическую тягу легочной ткани. Разница между атмосферным давлением и эластической тягой легких составляет отрицательное давление в плевральной полости: Ратм – Рэл тяги = Р отр. Величина отрицательного давления в плевральной полости заставляет легкие следовать за движениями грудной клетки. Величину отрицательного давления в плевральной полости можно измерить, если в плевральную полость ввести иглу, связанную с манометром. При вдохе оно составляет 9 мм рт. ст., при выдохе – 6 мм рт. ст. Во время вдоха общая скорость воздушного потока, проходящего через дыхательные пути Q, связана с перепадом давления ΔР и сопротивлением дыхательных путей R по формуле
ΔР
Q = ―, где ΔР = Р атмосферное – Р альвеолярное давление..
R
Следует отметить, что сопротивление воздухоносных путей уменьшается с увеличением объема легкого при вдохе. Поскольку число бронхов каждого последующего уровня значительно увеличивается, то основное сопротивление воздушному потоку создается в верхних дыхательных путях. Активный контроль сопротивления дыхательных путей регулируется вегетативной нервной системой: симпатические влияния на гладкие мышцы бронхов вызывают их расширение, а парасимпатические - сужение. При вдохе с закрытым носом и ртом (опыт Мюллера) отрицательное давление в плевральной полости возрастает до 53-63 мм рт. ст.. В плевральной полости в норме содержится только межплевральная жидкость и нет воздуха. Под влиянием силы отрицательного давления в плевральной полости легкие при вдохе пассивно следуют за несколько опережающим расширением объема грудной клетки. Это – создает динамическую «засасывающую» силу. При введении воздуха в плевральную полость легкие под влиянием силы пластической тяги спадаются (пневмоторакс). При каждом вдохе в альвеолы, за вычетом воздуха так называемого вредного пространства – ротовой полости, трахеи и крупных бронхов – поступает 500 см3 – 170 см3 = 340 см3 воздуха. Число альвеол в легких человека приблизительно 300 млн. При наличии в альвеолах 1000 см3 остаточного и 1500 см3 резервного воздуха в альвеолах содержится около 3000 см3 воздуха. При каждом вдохе обменивается около 1/10 альвеолярного воздуха. Растяжению альвеол легких препятствуют находящиеся в клетках альвеолярного эпителия сурфактанты, поверхностно-активные вещества, которые снижают поверхностное натяжение альвеол. По своему составу сурфактанты легких представляют смесь белков и липидов. Сурфактанты стабилизируют состояние альвеол. При вдохе они предохраняют альвеолы от перерастяжения благодаря тому, что молекулы сурфактантов располагаются далеко друг от друга, что сопровождается повышением величины поверхностного натяжения.
|
|
При выдохе имеет место та же последовательность перечисленных процессов, но с обратным знаком. Силами, обеспечивающими спокойный выдох, являются: вес грудной клетки, эластическая тяга легких, давление органов брюшной полости, эластическая тяга растянутых во время вдоха хрящей. При активном форсированном выдохе (физическая нагрузка, выдох под водой) к перечисленным силам присоединяется сокращение внутренних межреберных мышц и мышц брюшного пресса. При выдохе сурфактанты предохраняют альвеолы от спадения: их молекулы располагаются близко друг к другу, в результате чего величина поверхностного натяжения снижается. Среди факторов эластичности легкого выделяют характер скрепления альвеол друг с другом. Так, при сжатии альвеол большого размера наблюдается растяжение, связанных с ними альвеол меньшего размера. Подобные взаимные влияния обеспечивают поддержание просвета мелких бронхов, препятствуя их спадению.
|
|