  ФІЗІОЛОГІЯ ЛЮДИНИ

Лекція № 4 Фізіологія дихання, механізм його регуляції

5.1. Будова та функції системи дихання, значення для організму. Основні етапи процесу дихання. Зовнішнє дихання. Дихальний цикл. Біомеханіка вдиху і видиху. Тиск у плевральній порожнині, його зміни при диханні. Еластичні властивості легень і стінок грудної клітки. Сурфактант, його значення. Статичні та динамічні показники функції зовнішнього дихання.

5.2. Склад повітря, що вдихається, видихається, альвеолярного. Парціальний тиск газів (РСО₂, РО₂) в альвеолярному повітрі, їх напруга в крові. Механізм обміну газів між повітрям, що вдихається, та альвеолярною сумішшю газів; між альвеолами та кров’ю у легеневих капілярах. Дифузійна здатність легень. Співвідношення легеневого кровообігу та вентиляції легень. Анатомічний та фізіологічний “мертвий простір”.

5.3. Крива дисоціації оксигемоглобіну, фактори, що її змінюють. Киснева ємність крові. Газообмін між кров’ю та тканинами.

5.4. Структури ЦНС, що регулюють ритм дихання: дихальний, пневмотаксичний та апнейстичний центри заднього мозку. Вплив газового складу та рН артеріальної крові на частоту та глибину дихання. Роль центральних і периферійних рецепторів у забезпеченні газового гомеостазу.

5.5. Дихання під час фізичної роботи, при підвищеному та зниженому барометричному тиску. Механізм першого вдиху новонародженої дитини.

5.1. Будова та функції системи дихання, значення для організму. Основні етапи процесу дихання. Зовнішнє дихання. Дихальний цикл. Біомеханіка вдиху і видиху. Тиск у плевральній порожнині, його зміни при диханні. Еластичні властивості легень і стінок грудної клітки. Сурфактант, його значення. Статичні та динамічні показники функції зовнішнього дихання.

Біологічні процеси на рівні окремої клітини або цілого організ­му здійснюються з використанням енергії. Для утворення її пот­рібно забезпечити постійне надходження кисню до мітохондрій клітин. Шляхи надходження кисню, використання його в окислю­вальних процесах і механізм зворотного транспорту вуглекислого газу складають єдину систему дихання (транспорту газів). Традиційно вважають, що клітинне (внутрішнє) дихання вивчає біохімія, а інші процеси — фізіологія.

Під системою дихання розуміють комплекс структур, які беруть участь у газообміні, і механізми їх регуляції.

Споживання кисню. Завдання системи транспорту газів поля­гає у забезпеченні організму такою кількістю кисню, яка адекват­на його енергетичним потребам. Сумарним показником активності дихальної системи є споживання кисню (СК) за 1 хв. У дорослої людини у стані спокою СК становить близько 3,5 мл (хв.кг). Підвищення функціонального стану будь-якого органа супроводжує­ться зростанням СК. Особливо значно збільшується СК під час роботи м'язів. Виконання фізич­ної роботи потребує посилення функції всіх органів системи транспорту газів. З'являється за­дишка. Вона виникає і при бага­тьох захворюваннях, які порушу­ють функцію системи дихання.

Механізм транспорту газів. На окремих етапах процесу дихання перенесення газів забезпечують два основних механізми: дифузія і конвекція. Рушійною силою ди­фузії є градієнт концентрації га­зу (Р₁—Р₂): що він вищий, то інтенсивніший газообмін. Фізико-хімічні закономірності, що визначають цей вид транспорту, забез­печують газообмін без використання енергії. Проте при дифузії швидкість руху газів порівняно низька, внаслідок чого вони пере­міщуються на невеликі відстані. Таким чином відбувається газо-перенос між повітрям, що надійшло у повітроносні шляхи, і аль­веолами, альвеолярним повітрям і кров'ю, кров'ю і тканинами.

Інший шлях газопереносу — конвекція — оснований на градієн­ті тиску. Для створення градієнта тиску потрібно затратити енер­гію. Струмінь повітря переміщується із зовнішнього середовища у дихальні шляхи, 0₂ з кров'ю — від легенів до тканини, а СО₂—із тканин до легенів.

Можна виділити п'ять основних етапів газопереносу в системі дихання:

1) конвекційне надходження повітря в повітроносні шляхи і ди­фузія газів між повітроносними шляхами та альвеолами (зовніш­нє дихання);

2) дифузія газів між альвеолами і кров'ю;

3) перенос газів кров'ю;

4) дифузія газів між капілярною кров'ю і тканинами;

5) внутрішнє, або тканинне, дихання.

Зовнішнє дихання

Під зовнішнім диханням розуміють обмін газів між зовнішнім середовищем і альвеолами.

Дихальні рухи

Перший етап дихання відбувається шляхом чергування вдихів (інспірацій) і видихів (експірацій). Під час вдиху порція повітря надходить у легені, а під час видиху виводиться з них. Повітря переміщується завдяки черговому збільшенню та зменшенню роз­мірів грудної порожнини.

Розміри грудної порожнини змінюються під час руху ребер і сплощення діафрагми. Ребра, утворюючи рухомі сполучення з ті­лами і поперечними відростками хребців, під час руху обертаються навколо осей, які проходять через місце фіксації. Причому верхні ребра обертаються майже впоперек, і під час їх руху збільшуються головним чином передньозадні розміри грудної порожнини. Вісь обертання нижніх ребер більш сагітальна, і від їх рухів залежать переважно бічні розміри грудної порожнини. Амплітуда рухів за­лежить від сили скорочення м'язів. Але тут визначну роль віді­грають рухомість сполучень передніх кінців ребер з грудиною, еластичність реберних хрящів. Вікове зменшення еластичності хря­щів утруднює дихальні екскурсії грудної клітки.

Дихальні м'язи

Спокійне дихання від форсованого відрізняється багатьма па­раметрами. У першу чергу, у здійсненні дихальних рухів бере участь різна кількість м'язів. Усі м'язи, що виконують дихальні рухи, скелетні. У стані спокою на 4/5 інспірацію здійснює діафраг­ма. Скорочення м'язів діафрагми, передаючись на сухожильний центр, призводить до сплощення її купола і збільшення вертикаль­них розміргв грудної порожнини. При цьому органи черевної по­рожнини відтісняються вниз, і при розслабленні м'язи черевної стінки розтягують її вперед і вбік. Такий тип дихання називають черевним.

Рух ребер можуть здійснювати практично всі м'язи, що до них прикріплюються. Основні м'язи виконують спокійне дихання, а до­поміжні приєднуються до них при глибшому форсованому дихан­ні. Крім діафрагми основними дихальними м'язами є зовнішні і внутрішні міжреберні. При скороченні вони тягнуть обидва ребра одне до одного.

Власне дихальна зона складається приблизно із 300 млн альве­ол, які мають форму зрізаної сфери діаметром 0,15—0,3 мм.

У немовлят діаметр альвеол приблизно такий же, як і у дорослих. У їх легенях нараховується близько 30 млн альвеол, легені виповнюють усю грудну порожнину. З віком грудна стінка росте швидше, ніж легені. Тому легені постійно перебувають у роз­тягнутому стані.

Еластичість і поверхневий натяг легенів

Колагенові й еластичні волокна стінок альвеол здійснюють еластичний опір, який спрямований на зменшення об'єму альвеол. Крім того, у ділянці розділу повітря з рідиною виникають сили, які також спрямовані на зменшення поверхні — це сили поверхне­вого натягу. До того ж, що менший діаметр альвеол, то більший поверхневий натяг. Якби ці сили діяли без перешкод, то завдяки сполученню між окремими альвеолами повітря з малих альвеол переходило б у більші, а найменші альвеоли повинні бу­ли б зникнути.

Проте у організмі існує біологічне пристосування, що протидіє цим силам. Це сурфактанти (поверхнево-активні речовини — ПАР), які містяться у поверхневому шарі рідини. Вони виробляю­ться пневмоцитами II типу. Що менший діаметр альвеол і більша сила поверхневого натягу, то активніші сурфактанти. У присутнос­ті ПАР поверхневий натяг знижується майже в 10 разів. Якщо змити водою рідину, котра містить сурфактанти й покриває тон­ким шаром епітелій альвеол, то альвеоли спадуться.

Функції сурфактантів - збереження розмірів і форми альвеол. Головним елементом ПАР є дипальмітилфосфатидилхолін(ДПФХ), який синтезується із жирних кислот. Ці кислоти приносить до ле­гень кров. Вважають, що поверхневий натяг знижується завдяки особливостям молекули ДПФХ. Вона з одного краю гідрофобна, а з другого — гідрофільна, завдяки цьому молекула розтікається по поверхні води тонким шаром. За рахунок здатності відштовхуван­ня сурфактанти протидіють притягуванню молекул води, які забез­печують поверхневий натяг.