Дыхание (лекция)
Дыхание осуществляется дыхательной системой, в которой выделяют воздухоносные пути (ВП) и органы дыхания - легкие.
Функции дыхательной системы:
а) газообменные;
б) негазообменные: осаждение примесей, увлажнение, согревание вдыхаемого воздуха в полости носа; депонирование крови; превращение ангиотензина I в ангиотензин II; синтез тромбопластина, гепарина и другие функции.
Дыхание - это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм О2, использование его для окисления органических веществ с освобождением энергии и выделение СО2 в окружающую среду.
ВП включают полость носа, носовую, ротовую и гортанную часть глотки, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы. Левая и правая половины полости носа открываются хоанами в носоглотку. Гортань состоит из трёх непарных (перстневидного, щитовидного, надгортанного) и трёх парных (черпаловидных, клиновидных, рожковидных) хрящей, а также суставов, связок и поперечнополосатых мышц. Гортань участвует в проведении воздуха и образовании звука, так как на боковых её стенках расположены голосовые связки. Гортань переходит в трахею. На уровне IV-V грудных позвонков трахея делится на 2 главных бронха, которые входят в лёгкие и ветвятся, образуя бронхиальное дерево. Через левый бронх перегибается дуга аорты, а над правым бронхом проходит непарная вена.
Лёгкие расположены в грудной клетке и основаниями прилегают к диафрагме. С внутренней вогнутой стороны каждого лёгкого имеются ворота, куда входят главный бронх, лёгочная и бронхиальная артерии, нервы, а выходят лёгочные вены и лимфатические сосуды. Все образования, входящие и выходящие из легкого, называются корнем легкого. Борозды делят правое легкое на 3 доли, левое - на 2. Доли легкого делятся на сегменты, а сегменты на дольки. Главные бронхи входят в лёгкие и делятся на долевые, сегментарные, дольковые, концевые и дыхательные бронхиолы.
В верхушку каждой дольки входит дольковая бронхиола. В дольке она разветвляется на 3-7 концевых (терминальных) бронхиол, а каждая концевая бронхиола делится на 14-16 дыхательных (респираторных) бронхиол. Стенки трахеи и главных бронхов состоят из хрящевых полуколец, бронхи других порядков приобретают хрящевые кольца. В дольковых бронхиолах хрящевые элементы постепенно исчезают и в концевых и дыхательных их нет совсем. Но в них увеличивается количество гладких мышц и волокон, особенно эластических. Слизистая оболочка выстлана однослойным кубическим реснитчатым эпителием. В дыхательных бронхиолах клетки утрачивают реснички и железы.
Функциональная единица лёгкого - ацинус. Он включает одну концевую бронхиолу с её разветвлениями (дыхательными бронхиолами), альвеолярные ходы, альвеолы и мешочки. В одном лёгком 300-400 млн. альвеол. Общая поверхность альвеол двух лёгких при вдохе составляет 80-120 м2. Каждая альвеола окружена капиллярами малого круга кровообращения.
Стенка альвеолы состоит из 1 слоя эпителиальных клеток, расположенных на базальной мембране. Одни клетки участвуют в газообмене, другие вырабатывают на внутреннюю поверхность альвеол сурфактант. Сурфактант содержит белки, полисахариды, фосфолипиды и другие вещества. Он снижает поверхностное натяжение жидкости, покрывающей альвеолы (особенно при вдохе), предотвращает слипание (ателектаз) альвеол, важен при первом вдохе новорождённого, обладает бактерицидными свойствами, защищает альвеолы от действия перекисей и окислителей, облегчает диффузию кислорода из альвеол в кровь, увеличивает ЖЕЛ.
Опорным каркасом лёгкого являются хрящи, гладкие мышцы и волокна.
Кровообращение в лёгких осуществляется по двум кругам. Артериальная кровь из большого круга кровообращения поступает по бронхиальным артериям в лёгкие и питает их артериальной кровью; капилляры малого круга несут к альвеолам венозную кровь. Здесь осуществляется газообмен с альвеолярным воздухом. Лёгкие - единственный орган, через который проходит весь минутный объем крови. В горизонтальном положении объем крови (600 мл) в сосудах лёгких выше, чем в положении стоя. Лёгочные сосуды - малого давления: систолическое давление 20-25, диастолическое - 10-15 мм рт. ст. Поэтому на кровоток лёгких в вертикальном положении влияет гидростатическое давление столба крови.
Лёгкие и стенки грудной полости покрыты серозной оболочкой - плеврой. Лёгочная плевра (висцеральная) плотно срастается с лёгочной тканью каждого лёгкого. В области ворот лёгкого висцеральная плевра переходит в пристеночную (париетальную). Между листками легочной и пристеночной плевры имеется узкая щель (5-10 мкм), содержащая серозную жидкость (похожую на лимфу).
Между двумя лёгкими находится средостение. Оно заполнено клетчаткой, содержит сердце, трахею, пищевод, главные бронхи, тимус, сосуды, нервы.
Регуляция просвета дыхательных путей
1.Нервная регуляция:
А) Парасимпатическая НС (Х пара черепных нервов):
- через АХ и М-холинорецепторы суживает бронхи;
- через пептид Р суживает бронхи;
- через медиатор ВИП расширяет бронхи.
Б) Симпатическая НС через адреналин надпочечников (в2-адренорецепторы) расширяет бронхи.
2.Гуморальная регуляция:
Гистамин (через Н1 рецепторы), серотонин, брадикинин суживают бронхи; гистамин (через Н2 рецепторы),глюкокортикоиды, адреналин – расширяют.
Этапы дыхания
1. Вентиляция лёгких (лёгочное дыхание) – внешнее дыхание.
2. Обмен газов в лёгких между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения.
3. Транспорт газов кровью.
4. Обмен газов в тканях между кровью капилляров большого круга кровообращения и клетками тканей.
5. Тканевое дыхание.
1.Внешнее дыхание, или вентиляция лёгких, осуществляется в результате периодических изменений объема грудной клетки. Грудной отдел позвоночника и грудины с укрепленными на них 12 парами рёбер и дыхательными мышцами вместе с диафрагмой образуют жёсткий, подвижный, эластичный футляр для лёгких.
Вдох – это инспирация, выдох – экспирация. Вдох и выдох совершаются за счёт сокращений дыхательных поперечнополосатых мышц. Они на протяжении всей жизни ритмически сокращаются. Основные дыхательные мышцы ‑ это диафрагма, наружные косые межрёберные и межхрящевые. В результате спокойного вдоха верхняя часть диафрагмы смещается вниз, и объём грудной полости увеличивается в вертикальном направлении. Сокращение наружных межрёберных и межхрящевых мышц приводит к увеличению объема грудной полости в сагиттальном и фронтальном направлениях. При глубоком дыхании в акте вдоха участвует ряд вспомогательных дыхательных мышц (мышцы шеи, груди, спины). Давление в плевральной щели ниже атмосферного (4 мм рт.ст.) и его называют отрицательным. К концу спокойного вдоха оно снижается до 5-7 мм рт.ст. При максимальном вдохе оно снижается до 15-20 мм рт.ст. В результате понижения давления в плевральной полости воздух в лёгких расширяется, а его давление в альвеолах становится ниже атмосферного. Из-за разности между давлением в окружающей среде и в альвеолах наружный воздух поступает по ВП в альвеолы.
Отрицательное давление в плевральной полости обусловлено эластической тягой легких – силой, с которой легкие постоянно стремятся уменьшить свой объем. Этому способствует наличие в альвеолах эластических волокон и наличие сурфактанта.
Отрицательное внутриплевральное давление и увеличение его во время вдоха имеет большое физиологическое значение. За счет него альвеолы всегда находятся в растянутом состоянии, оно обеспечивает венозный возврат крови к сердцу и улучшает кровообращение в легочном круге, особенно в фазу вдоха. Оно способствует продвижению пищевого комка по пищеводу, в нижнем отделе которого давление ниже атмосферного.
Выдох при спокойном дыхании происходит пассивно, при этом инспираторные мышцы расслабляются. Силы, обеспечивающие спокойный выдох: масса грудной клетки, которая возвращается к исходному состоянию под действием силы тяжести; эластическая тяга легких; давление органов брюшной полости; эластическая тяга скрученных во время вдоха реберных хрящей. В результате воздух в альвеолах сжимается, его давление становится выше атмосферного, и он начинает выходить наружу. Когда эластическая тяга лёгких уравновесится понижающим давлением в плевральной полости, выдох заканчивается. На выдохе давление в плевральной полости составляет 2-3 мм рт.ст., а при максимальном выдохе равно 0 - 1-2 мм рт. ст. В активном выдохе участвуют экспираторные мышцы: внутренние межреберные, мышцы живота.
При попадании в плевральную полость воздуха легкие сжимаются и газообмен прекращается – наступает пневмоторакс. Если попадает немного воздуха, то легкое частично сжимается. Это закрытый пневмоторакс. Вскоре воздух всасывается и легкое расправляется. При ранениях или грудных операциях давление вокруг легких выравнивается с атмосферным и легкие спадаются полностью. Это открытый пневмоторакс, несовместимый с жизнью.
Объемы вентиляции легких:
1. Дыхательный объем (ДО) – 500 мл воздуха за один спокойный вдох или выдох.
2. Резервный объем вдоха – 2000-2500 мл –максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после нормального вдоха.
3. Резервный объем выдоха – 1500 мл – максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после спокойного вдоха.
4. Остаточный объем – 1000-1200 мл – объем воздуха в легких после максимального выдоха.
5. Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) – 3500-4000 мл – наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимально глубокого вдоха.
6. Минутный объем дыхания (МОД) – количество воздуха, поступившее в легкие за 1 минуту.
МОД = ДО * ЧДД.
Воздух, находящийся в ВП (кроме дыхательных бронхиол), не участвует в газообмене. Поэтому эти пути называют анатомически мертвым пространством. Объем воздуха здесь равен 150 мл, или 1/3 от дыхательного объема.