ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ
Дыхание человека включает в себя:
Обмен воздуха между внешней средой и альвеолами легких (внешнее дыхание/вентиляция легких).
Обмен газов между альвеолами и кровью легочных капилляров (аэрогематический барьер; диффузия газов в легкие)
Транспорт газов кровью
Обмен газов между клетками ткани и кровью (диффузия газов в тканях)
Клеточное дыхание (внутреннее дыхание) – изучается на биохимии
Анатомо - функциональные особенности легочного аппарата высших животных и человека:
Легкие являются эластическим образованием
Внутренняя альвеолярная поверхность легких свободно сообщается с атмосферой ч/з воздухоносные пути
Наружная поверхность легких герметически отделена от внешней среды посредством плевральной полости
Объем нерастянуты легких меньше объема грудной полости в которой они располагаются
Внешнее дыхание
Растянутым легким присуща эластическая тяга (растянутые легкие стремятся сжаться). Эластические качества легкому придают эластические структуры ткани. Раньше считали, что легкие подобны «резиновому образованию». Если это так, то на графике зависимости между внутрилегочным (растягивающем их давлении) будет иметь прямо пропорциональную зависимость.
В реальности оказалось не так. При некотором изменении внутрилегочного давления увеличение объема легких не происходит. При дальнейшем приросте внутрилегочного давления объем начинает вяло увеличиваться, но при какой-то критической точке увеличения давление, происходит резкое увеличение объема.
В свою очередь при снижении внутрилегочного давления (воздух выходит из легких) первоначально уменьшение объема легких то же не происходит затем медленно снижается, а затем резко уменьшается в критической точке. На графике это выглядит как петля гистерезиса.
Исследования показали, что эластические свойства легких в основном зависят не от наличия эластических образований – тканей (они обеспечивают лишь 30% эластических свойств), а на 70% обеспечиваются поверхностным натяжением пленки жидкости покрывающей внутреннюю поверхность альвеол. Поверхностное натяжения обеспечено силами межмолекулярного взаимодействия (силой сцепления).
В соответствии с законом Ла Пласа – сила создаваемая поверхностным натяжением обратно пропорциональна радиусу сфер, поэтому мало заполненные (спавшиеся) воздухом альвеолы (в этом состоянии имеют малый радиус) трудно расправляются (смотри начало петли гистерезиса).
При некотором избыточном внутриальвеолярном давлении силы межмолекулярного взаимодействия разрываются, и альвеола становится податливой к растяжению, и быстро увеличивается в объеме.
При выходе воздуха из растянутой альвеолы (снижении внутрилегочного давления) взаимодействия между молекулами практически нет поэтому эластическая тяга слаба и уменьшение объема идет вяло. Однако при выходе на определенную точку, как только молекулы сблизятся и появятся силы сцепление. Дальнейшее уменьшение объема идет с большой скоростью. В результате расчета так же выяснили, что суммарная величина поверхностного натяжения в альвеолах очень велика и силы дыхательных мышц было бы недостаточно, что бы растянуть легкие во время вдоха – альвеолы попросту спались и слиплись – не расправились. Этого не происходит в норме потому что пневмоциты выделяют специфический фосфолипид – сурфактант.
Сурфактант располагается на поверхности жидкой пленки покрывающей альвеолы. Это вещество способно уменьшать силу поверхностного натяжения этой пленки. Активность силы сурфактанта напрямую зависит от его концентрации на единицу площади альвеол. Чем концентрация больше, тем выше активность фосфолипида и наоборот, чем меньше концентрация, тем меньше активность и больше проявляется сила поверхностного натяжения.
Таким образом при малом объеме альвеол, сурфактант препятствует развитию слипания легких (ателектаз), поскольку уменьшая поверхностное натяжение в какой то момент альвеола перестает уменьшатся. На высоте вдоха сурфактант наоборот, уменьшая свою активность способствует проявлению сил поверхностного натяжения, что предотвращает альвеолу от перерастяжения и разрыв. Роль сурфактанта – стабилизация альвеолярного пространства.