Физиология дыхания

Сущность и значение процессов дыхания
Дыхание является наиболее древним процессом, основная задача которого-регенерация газового состава крови, за счет чего происходят снабжение внутренних органов и тканей кислородом и удаление углекислого газа. Кислород принимает участие в окислительных процессах, в ходе которых происходит образование энергии. Эта энергия расходуется на рост, развитие и жизнедеятельность организма.

Основная задача дыхательных путей-контакт легких с внешней средой. Они начинаются носовыми ходами, продол-жаются гортанью, трахеей, бронхами. Бронхи крупного калибра имеют хрящевую основу, которая обеспечивает постоянную доступность дыхательных путей для воздуха. В состав главных бронхов также входят гладко - мышечные волокна, изменение тонуса которых приводит к изменению просвета дыхательных путей.

Дыхательные пути имеют разветвленную сеть кровеносных капилляров, за счет которых осуществляется регуляция температуры вдыхаемого воздуха и происходит испарение жидкости из дыхательных путей.
Слизистая оболочка дыхательных путей выстлана мерцательным эпителием, который задерживает пылевые частицы, микроорганизмы и обеспечивает их удаление вместе со слизью.

Легкие выполняют 2 основные функции-дыхательную (обмен газов между организмом и внешней средой) и недыхательную.
К нeдыхательным функциям относятся:
1) удаление углекислого газа в виде паров (экскреторная функция);
2) обмена воды в организме (с поверхности регуляция легких постоянно происходят испарение жидкости и отдача тепла);
3) депонирование крови (легкие-депо крови II порядка);

4) участие в метаболизме жиров(липидов являются составной частью сурфактанта);
5) защита организма от вредных микроорганизмов путем выделения слизи;
6) синтез факторов свертывания крови и компонентов плазминогенной системы;
7) образование биологически активных веществ гормонов (серотонина, бамбезина);
8) инактивация различных веществ.

Грудная клетка вместе с вспомогательной дыхательной мускулатурой образует мешок для легких. За счет сокращения мышц во время вдоха и выдоха происходит изменение размеров грудной клетки. Инспираторные мышцы приподнимают передний отдел ребер, приводя к увеличению переднезаднего и бокового размера. В осуществлении глубокого вдоха принимают участие и вспомогательные мышцы (лестничная, большая и малая грудные, мышцы разгибающие позвоночник).

Акт вдоха – активный процесс и сопровождается затратой энергии, которая расходуется на преодоление:
1.тяжести грудной клетки ;
2.сопротивления органов брюшной полости;
3.аэродинамического сопротивления;
4.эластической тяги легких (сила, с которой легочная ткань стремится сжаться).
При глубоком (форсированном) вдохе дополнительно сокращаются мышцы шеи, груди и плечевого пояса.

Акт выдоха – экспирация – процесс пассивный, хотя и участвуют диафрагма (приобретает форму купола) и внутренние межреберные мышцы. Ребра опускаются, грудная клетка сужается, объем легких уменьшается (в том числе, за счет эластической тяги), увеличивается внутрилегочное давление и воздух изгоняется из легких. При форсированном выдохе дополнительно сокращаются мышцы живота, или брюшного пресса.

Экспираторные мышцы при сокращении вызывают уменьшение объема грудной полости. В максимальном выдохе принимают участие мышцы передней брюшной стенки и мышцы, сгибающие позвоночник.

Внутригрудное отрицательное давление.
Легкие отделены от стенок грудной клетки плевральной полостью, которая образована 2-мя листками. Между ними имеется щель, объем которой меняется при вдохе и выдохе. При рождении ребенка давление в плевральной щели равно атмосферному. С возрастом грудная клетка растет быстрее, чем легкие, и плевральная щель увеличивается, а давление в ней, в силу герметичности, становится меньше атмосферного, т.е. становится отрицательным = -6 – 9 мм РТ.ст.

При вдохе оно делается более отрицательным, поэтому воздух легко поступает в легкие. При выдохе растянутая легочная ткань сжимается (хотя и не до конца), внутрилегочное давление увеличивается, что способствует выдоху. Таким образом, отрицательное внутригрудное давление помогает осуществлять вдох, а эластическая тяга легких облегчает выдох.

Пневмоторакс
Если по разным причинам атмосферный воздух попадает в плевральную щель, то возникает пневмоторакс. Это – тяжелое состояние, так легкие сжимаются и не участвуют в газообмене. Различают 3 вида пневмоторакса: 1.закрытый, 2.открытый, 3.клапанный – наиболее тяжелая форма, когда воздух с каждым вдохом накапливается в плевральной щели и поджимает легкое.

Мертвое пространство дыхательных путей.
Объем воздухоносных путей = 120-150 мл. Воздух, который, не участвует в газообмене и поэтому называется мертвым. «Физиологическое» мертвое пространство больше «анатомического», так как сюда включают и все невентилируемые альвеолы (которых с возрастом и после перенесенных здесь находится заболеваний легких становится больше).

Барьер, через который происходит обмен газов между альвеолами и капиллярами, называется аэрогематическим.
В его образовании участвуют:
1) сурфактант;
2) альвеолярный эпителий;
3) базальная мембрана альвеол;
4) базальная мембрана капилляров;
5) эндотелий капилляров.

Вентиляция легких.
В состоянии покоя частота дыхания = 12-20 за 1 минуту. У новорожденных до 40 в 1 минуту. Произведение ДО на ЧД составляет минутный объем дыхания (МОД). МОД зависит от характера работы, а также от возраста, пола и положения тела (сидя, лежа). Степень вентиляции легких зависит от глубины дыхания. Частое, поверхностное дыхание (тахипноэ) дает меньшую вентиляцию легких, чем глубокое и редкое дыхание (гиперпноэ).

Существует также понятие о минутном объеме легочной вентиляции (МОЛВ), который рассчитывают с учетом объема мертвого пространства: МОЛВ = (ДО – О мертвого пространства) х ЧД. У спортсменов легочная вентиляция при физической работе увеличивается за счет увеличения ДО, не ЧД, как у нетренированных людей.

Газообмен на уровне легких
происходит за счет капилляров, которые окружают альвеолы легких. Основной фактор, обеспечивающий газообмен, - это градиент парциального давления кислорода и углекислого газа в альвеолах и в крови. Скорость диффузии газов на уровне легких обеспечивают:
крови в виде угольной кислоты и ее солей – бикарбонатов.

В венозной крови СО2 составляет 46 мм РТ.ст., в артериальной = 40 мм РТ.ст. (разность всего 6 мм РТ.ст.). О2 в артериальной крови = 100 мм РТ.ст., а в венозной крови – 40 мм РТ.ст. (разность = 60 мм РТ.ст.).

Транспорт газов кровью
Парциальное давление газа в крови называется напряжением. Газы в крови могут находиться в физически растворенном или химически связанном виде. Кислород почти весь связан с гемоглобином – оксиНв, а СО2 – часть с Нв – карбНв, часть – с бикарбонатами.

Максимальное количество кислорода, которое содержится в 100 мл крови. Называется кислородной емкостью. Эта величина зависит от количества Нв в крови, так как 1г Нв связывает 1,34 мл О2. Соединения Нв с газами крови непрочные, т.к. Нв легко отдает кислород в тканях и СО2 в легких.

Газообмен в тканях
Происходит в силу разности парциальных давлений О2 и СО2 в крови и тканях. СО2 в тканях = 46 мм РТ.ст., а в притекающей крови – 40, поэтому кровь становится (из-за перехода в нее СО2) венозной. Напряжение О2 в тканях - от 20 до 40 мм РТ.ст., а в артериальной крови – 100 мм РТ.ст. , поэтому ткани получают О2. То количество кислорода (в%), которое получают ткани, называется коэффициентом утилизации кислорода – КУК. В покое КУК = 30-40%, а при мышечной работе = 60%.