Занятие 14. Механизмы дыхательных движений. Легочные объемы и емкости

Дыхание – совокупность процессов, обеспечивающих поступление во внутреннюю среду организма кислорода, использование его для окислительных процессов, и удаление из организма углекислого газа.

Потребление кислорода – количество О₂, поглощаемое организмом в течение единицы времени (в покое 200-400 мл/мин). Потребность тканей в кислороде определяется скоростью обменных процессов. Наиболее высока чувствительность к недостатку кислорода нервной ткани. Через 15-20 сек, после прекращения кровотока в мозге человек теряет сознание. Клетки коры головного мозга сохраняют жизнеспособность 5-7 мин., нейроны спинного мозга 20 мин.; мышечная ткань – 2 часа; еще менее чувствительна соединительная ткань, связки, суставы и кости – 4-6 часов; волосы, ногти – 8-10 часов. Запасы О₂ в организме ограничены - около 2,6 л: в альвеолярной смеси газов, крови, тканевой жидкости, в связи с миоглобином скелетных мышц и миокарда (до 14% общего количества О₂). При прекращении дыхания этого запаса хватает на 5-6 минут. Затем наступает гибель клеток, прежде всего нервных. В то же время без воды человек может прожить около 12 дней, а без пищи - около 50 суток. В состоянии физического покоя человек за 1 минуту поглощает 250 мл О₂ и выделяет 200 мл СО₂. При нагрузке потребление О₂ может возрастать до 6 л в минуту.СИСТЕМА ДЫХАНИЯ:

• Внешнее звено:

1. Воздухоносные пути и легкие.

2. Грудная клетка и мышцы (костно-мышечный каркас)

• Внутреннее звено

1. Кровь

2. Сердечно-сосудистая система

3. Органелы клеток (тканевое дыхание)

• Нейрогуморальный механизм регуляции

Физиологическая роль дыхательных путей и легких

Дыхательная система состоит из тканей и органов, обеспечивающих легочную вентиляцию и легочное дыхание (воздухоносные пути, легкие и элементы костно-мышечной системы). К воздухоносным путям, управляющим потоком воздуха, относятся: верхние дыхательные пути (полость носа, носоглотка, ротовая часть глотки) и нижние (гортань ниже голосовых связок, трахея, вне- и внутрилегочные бронхи и бронхиолы). Легкие состоят из бронхиол и альвеолярных мешочков, а также из артерий, капилляров и вен малого круга кровообращения. К элементам костно-мышечной системы, связанным с дыханием, относятся ребра, межреберные мышцы, диафрагма и вспомогательные дыхательные мышцы. Воздухоносный путь- это пространство, которое обеспечивает доставку атмосферного воздуха в газообменную область. Он начинается с отверстий носа и рта и включает полость рта (при ротовом дыхании), носоглотку с придаточными пазухами, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы до 16 генерации включительно. Трахея

человека приблизительно равна 15 см и делится на два главных бронха (бифуркация): правый и левый. Правый бронх обычно короче и шире левого, расположен более вертикально, поэтому при аспирации инородного тела оно легче попадает в правый главный бронх. От бифуркации трахеи начинается собственно «трахеобронхиальное дерево», образуемое за счет дихотомического деления бронхов. Максимальное число генераций, начиная от главного бронха и заканчивая альвеолярными мешочками, достигает 23-28. Главные бронхи разветвляются на более мелкие бронхи, а последние – на бронхиолы (главные; долевые; сегментарные; дольковые; ацинарные (терминальные) ;респираторные). Общее число бронхиол приблизительно равно 250 млн. Бронхиола ветвится на альвеолярные ходы, а они заканчиваются слепыми мешочками - альвеолами. До 16-ой генерации включительно бронхи и бронхиолы не имеют альвеол, поэтому непосредственного газообмена между ними и кровью не происходит – они выполняют проводящую функцию. Последующие три генерации (17,18,19) называют дыхательными бронхиолами (переходная зона – транзиторная). На дыхательных бронхиолах имеются альвеолы, однако они составляют всего2 % от общего их числа. Ветвление трахеобронхиального дерева: кондукгивная зона (1-16);транзиторная зона (17-19); респираторная зона (20-23).

Последние четыре генерации (20-23) представляют собой альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки, они несут на себе основное количество альвеол, где происходит обмен между альвеолярной газовой смесью и кровью (дыхательная зона).

Диаметр просвета бронхов уменьшается (от 12 мм в главном бронхе до 1,3 мм в бронхе 10-й генерации), при этом увеличивается общая площадь поперечного сечения [12 000 см² в 23-й генерации]. Площадь поперечного сечения трахеи – 2-4,5 см².

Трахея и главные бронхи состоят из U-образных хрящей, которые замыкают прикрепляющиеся к ним сзади гладкие мышцы. Стенку долевых, сегментарных и мелких бронхов укрепляют хрящевые пластинки неправильной формы и спиралевидные гладкомышечные пучки. Бронхиолы начинаются на уровне ветвления 12-го порядка, хрящевые пластинки в их стенке отсутствуют. Бронхиолы погружены в ткань легких, которая поддерживает их в расправленном состоянии подобно оттяжкам шатра.

Кроме подачи воздуха в газообменную область, воздухоносные пути обеспечивают:

• защитную функцию (очищение воздуха);

• увлажнение воздуха;

• кондиционирующую и терморегуляторную функцию;

• артикуляцию.

Защитная функция:

Дыхательные пути на всем протяжении (до бронхиол) выстланы изнутри реснитчатым (мерцательным) эпителием. Бокаловидные клетки и подслизистые железы секретируют слизь. Благодаря синхронным движениям ресничек слизь вместе с содержащимися в ней остатками клеток и инородных частиц перемещаются в направлении полости рта (мукоцилиарный клиренс).

Объем секреции слизи 150 мл в сутки. В состав слизи входят вода, гликопротеины, липиды, протеогликаны, муцин, бактерицидное вещество лизоцим, глобулины. Т.о., слизь играет роль химического, физического и биологического барьера. При курении и частых бронхитах защитные свойства слизи нарушаются.

Кондиционирующая и терморегулирующая функции. В полости носа, слизистая оболочка которой богата поверхностно расположенными кровеносными сосудами, вдыхаемый воздух нагревается до температуры 31-32⁰С и увлажняется до относительной влажности 95-98%. После прохождения бронхов 8-12 порядка (всего существует 23 генерации дихотомического деления бронхиального дерева) воздух имеет температуру тела и насыщен водяными парами уже на 100%. Методом респираторной термографии установлено, что при вдохе через нос температура воздуха в альвеолах на 1,5-2⁰С выше, чем при вдохе через рот. Следовательно, свободное носовое дыхание можно рассматривать как один из факторов профилактики воспалительных заболеваний дыхательных путей и легких. Испарение воды легкими играет определенную роль в теплоотдаче (для испарения 1 мл воды необходимо 2,4 кДж). Значение этой функции особенно велико у животных, покрытых шерстью и потому неспособных к потоотделению. При повышении температуры тела у них развивается тепловая одышка.

Дыхательные пути участвуют в генерации звуков и придании им определенной окраски. Звук возникает при прохождении воздуха через голосовую щель, вызывая вибрацию голосовых связок.

Физиологическая роль и свойства легких. Снаружи легкие покрыты тонкой, серозной оболочкой - плеврой. В правом легком различают три доли (рис.1.3.): верхняя (верхушечная), средняя (сердечная), нижняя (диафрагматическая). В левом легком две доли (верхняя и нижняя).

Структурно-функциональной единицей легкого является ацинус: разветвление одной терминальной бронхиолы, включающее ее респираторные бронхиолы, альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки. Ацинусов в обоих легких около 300 тыс (один А-400-600альвеол).

Альвеолы внутри выстланы особыми плоскими эпителиальными клетками – альвеоцитами, расположенными на базальной мембране, с другой стороны которой лежит капилляр. Альвеоциты делятся на клетки 1-го типа (собственно эпителий) и 2-го типа (клетки с макрофагальной активностью, продуценты сурфактанта). Таким образом, формируется аэрогематический барьер. Толщина альвеолярно-капиллярной мембраны не превышает 1 мкм.