Глава 7.1.2. Анатомо-физиологические аспекты потребности дышать.

ДЫХАНИЕ

Это совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа.

1. Кислород используется тканями для окисления органических веществ, в результате которого освобождается энергия, нужная для жизни организма. Прекращение дыхания ведет к гибели прежде всего нервных, а затем и других клеток. Надо отметить, что энергию можно извлечь и без кислорода. Это анаэробный тип дыхания. При этом молекула органического вещества расщепляется и окисляется за счет кислорода, содержащегося в самих молекулах; 90 % энергии в данном случае уходит с недоокисленными продуктами. Так, при интенсивной мышечной работе из-за недостатка кислорода глюкоза окисляется бескислородным и накапливается способом лишь до молочной кислоты, которая не окисляется, а накаливается. В результате возникает одышка. Такое дыхание наблюдается и в клетках опухолей.

2. Дыхание поддерживает постоянную реакцию внутренней среды организма.

3. Дыхание участвует в регуляции температуры тела.

4. Дыхание также участвует в голосообразовании, обонянии, выработке некоторых гормонов и иммунной защите.

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ

Состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. Вдох короче выдоха. Продолжительность вдоха и выдоха зависит от рефлекторных влияний со стороны легочной ткани. Продолжительность вдоха у взрослого 0,9-4,7 с, выдоха – 1,2-6 с, пауза различна и может отсутствовать. Частоту и ритм дыхания определяют по числу экскурсий грудной клетки в 1 мин. В покое взрослый человек делает 16-18 дыханий в 1 минуту. Чем чаще и глубже дыхание, тем больше кислорода поступает в легкие и больше углекислого газа выводится. При редком и поверхностном дыхании клетки недостаточно снабжаются кислородом, и их функции снижаются. Глубина дыхательных движений определяют по амплитуде экскурсий грудной клетки и приборами для исследования легочных объемов.

ЭТАПЫ ДЫХАНИЯ (3)

I. Внешнее (легочное) дыхание.

Газообмен между легкими и окружающей средой

II. Транспорт газов кровью.

Перенос О₂ к тканям и СО₂ от них.

III Внутреннее или тканевое дыхание.

Газообмен между тканями и кровью.

I. Внешнее дыхание

Делят на 2 этапа: 1) обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом; 2) – между кровью легочных капилляров и альвеолярным воздухом.

Структуры, осуществляющие внешнее дыхание: трахея, бронхи, бронхиолы и альвеолы.

Газообмен осуществляется за счет вдоха и выдоха. Механизм вдоха и выдоха (Рис. 7/3.).

Вдох (инспирация) совершается вследствие увеличения объема грудной клетки за счет сокращения дыхательных мышц (процесс активный). При вдохе легкие пассивно следуют за увеличивающейся в размерах грудной клеткой. Дыхательная поверхность легких увеличивается, давление в них понижается и становится ниже атмосферного. Это способствует поступлению воздуха в легкие.

Выдох (экспирация) осуществляется в результате расслабления наружных межреберных мышц и поднятия купола диафрагмы; дыхательная поверхность легких уменьшается и воздух выдавливается из легких. В спокойном состоянии выдох осуществляется пассивно за счет тяжести грудной клетки и расслабления диафрагмы. Форсированный выдох происходит вследствие сокращений внутренних межреберных мышц, частично — за счет мышц плечевого пояса и брюшного пресса.

Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха

Газ

Атмосферный воздух

Выдыхаемый воздух

Альвеолярный воздух

Кислород

20,94 %

16,3 %

14,2-14,6 %

Углекислый газ

0,03 %

4 %

5,2-5,7 %

Азот

79,03 %

79,7 %

79,7-80 %

Альвеолярный воздух отличается по составу от выдыхаемого воздуха, так как выдыхаемый воздух представляет собой смесь газов из альвеол и вредного пространства, то есть пространства, заключенного в дыхательных путях, где газообмен не происходит.

Переход О2 из альвеолярного воздуха в кровь и С0₂ из крови в альвеолы происходит только путем диффузии. Движущей силой диффузии являются разности (градиенты) парциальных давлений (на-пряжений) О₂и С0₂ по обе стороны альвеолярно-капиллярной мембраны .Кислород и углекислый газ диффундируют только в растворенном состоянии, что обеспечивается наличием в воздухоносных путях водяных паров, слизи и сурфактантов. В ходе диффузии молекулы растворенного газа преодолевают большое сопротивление, обусловленное слоем сурфактанта, альвеолярным эпителием, мембранами альвеол и капилляров, эндотелием сосудов, а также плазмой крови и мембраной эритроцитов.

Диффузионная способность легких для кислорода очень велика. Это обусловлено огромным числом альвеол и большой их газообменной поверхностью, а также малой толщиной альвеолярно-капиллярной мембраны.

Диффузия СО₂ из венозной крови в альвеолы даже при сравнительно небольшом градиенте рСО₂ происходит достаточно легко, так как растворимость СО₂ в жидких средах в 20-25 раз больше, чем у кислорода. Поэтому после прохождения крови через легочные капилляры рСО₂ в ней оказывается равным альвеолярному и составляет около 40 мм рт. ст.

II Транспорт газов кровью

.Дыхательная функция крови прежде всего обеспечивается доставкой к тканям необходимого им количества О_2. Движение газов из жидкости в окружающую среду и из окружающей среды в жидкость благодаря разности их парциального давления: газ диффундирует из среды с высоким давлением в среду с меньшим давлением. Кислород в крови находится в двух агрегатных состояниях: растворенный в плазме (0.3 об. %) и связанный с гемоглобином (около 20 об. %) — оксигемоглобин.

Отдавший кислород гемоглобин считают восстановленным или дезоксигемоглобином. Поскольку молекула гемоглобина содержит 4 частицы тема (железосодержащего вещества), она может связать четыре молекулы О₂. Количество О₂, связанного гемоглобином в 100 мл крови, носит название кислородной емкости крови и составляет около 20 мл О₂. Кислородная емкость всей крови человека, содержащей примерно 750 г гемоглобина, приблизительно равна 1 л. Каждому значению р О2 в крови соответствует определенное процентное насыщение гемоглобина кислородом.

Образующийся в тканях СО₂ диффундирует в тканевые капилляры, откуда переносится венозной кровью в легкие, где переходит в альвеолы и удаляется с выдыхаемым воздухом. Углекислый газ в крови (как и О₂) находится в двух состояниях: растворенный в плазме (около 5% всего количества) и химически связанный с другими веществами (95%). СО₂ в виде химических соединений имеет три формы: угольная кислота (Н₂СО₃), соли угольной кислоты (КНСО₃) и в связи с гемоглобином (НвНСО₃).

В крови тканевых капилляров одновременно с поступлением СО₂ внутрь эритроцитов и образованием в них угольной кислоты происходит отдача О₂ оксигемоглобином. Восстановленный Нв венозной крови способствует связыванию СО₂, а оксигемоглобин, образующийся в легочных капиллярах, облегчает его отдачу.

III Внутреннее дыхание

Обмен газов между кровью и тканями осуществляется также путем диффузии. На обмен О₂ и СО₂ в тканях влияют площадь обменной поверхности, количество эритроцитов в крови, скорость кровотока, коэффициенты диффузии газов в тех средах, через которые осуществляется их перенос.

В снабжении мышц О₂ при тяжелой работе имеет определенное значение внутримышечный пигмент миоглобин, который связывает дополнительно 1.0-1.5 л О_2. Связь О₂ с миоглобином более прочная, чем с гемоглобином.

ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ОБЪЕМЫ. ЛЕГОЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ.

Используют для определения функционального состояния внешнего дыхания. Применяют приборы: спирометр и спирограф. Исследуемый вдыхает и выдыхает через трубку, соединенную с прибором, определяющим объемы вдыхаемого и выдыхаемого воздуха и записывает создающиеся при этом колебания на бумажную ленту (спирограмма).

1, Дыхательный объем

(ДО)

Количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании. 300-700 мл.

2. Резервный объем вдоха (РОвд)

Объем воздуха, который можно вдохнуть дополнительно после обычного вдоха.1500-3000 мл (по современным данным)

3. Резервный объем выдоха (РОвыд)

Объем воздуха, который удаляется из легких, если вслед за обычным вдохом и выдохом произвести максимальный выдох. 1500-2000мл.

4. Остаточный объем

(ОО)

Объем воздуха, который остается в легких после максимально глубокого выдоха. 1000-1500 мл.

5. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ)

Самое глубокое дыхание, на которое способен данный человек: ДО+РОвд+РОвыд. 3000-4500мл; зависит о пола. возраста, положения тела, состояния дыхательных мышц и др.

6. Общая емкость легких (ОЕЛ)

ЖЕЛ+ОО. Это количество воздуха, находящегося в легких после максимального вдоха. 4000-6000 мл.

7. Легочная вентиляция или минутный объем дыхания (МОД)

ДО х Число дыханий в 1 мин. 6-8 л в 1мин. Легочная вентиляция имеет большое значение: обновляет состав альвеолярного газа. Она зависит от глубины и частоты дыхания и обеспечивается работой дыхательных мышц. Эта работа связана с преодолением эластического сопротивления легких и сопротивления дыхательному потоку воздуха (неэластическое сопротивление).

МЕРТВОЕ ПРОСТРАНСТВО

Это пространство, где газообмен не происходит и состав воздуха не меняется.

Анатомическое

Физиологическое

Заключено в дыхательных путях (в полости рта, носа, глотки, гортани, трахеи и бронхов). Пространство еще называют вредным (около 150 мл ДО). Однако заполняющий это пространство воздух играет положительную роль в поддержании оптимальной влажности и температуры альвеолярного газа.

В настоящее время установлено, что не все альвеолы имеют контакт с капиллярами и, следовательно, не участвуют в газообмене.

Физиологическое мертвое пространство образуется из совокупности анатомически мертвого пространства и неомываемых кровью альвеол.

РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ

Дыхательный центр

Ритмическая деятельность дыхательной мускулатуры обеспечивается ЦНС. Последовательность вдоха и выдоха регулирует дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге на дне IY желудочка. В дыхательном центре имеется 2 группы нейронов: инспираторные и экспираторные. При возбуждении инспираторных нейронов, обеспечивающих вдох, деятельность экспираторных Неронов, обеспечивающих выдох, заторможена, и наоборот.

Регуляция деятельности дыхательного центра

1.Гуморальная

2. Рефлекторная

3. Влияние ЦНС

Специфический регулятор активности нейронов дыхательного центра – углекислый газ, который действует на них непосредственно и опосредованно. Высокое содержание CO2 (гиперкапния) в крови возбуждает инспираторные нейроны. Незначительное влияние оказывает гипоксия (снижение концентрации O2).

А. Постоянные рефлекторные влияния: раздражение рецепторов растяжения альвеол, корня легкого, плевры, хеморецепторов дуги аорты и сонных синусов, проприорецепторов дыхательных мышц.

Б. Непостоянные рефлекторные влияния: Возбуждение разнообразных экстеро- и интерорецепторов (Например, задержка дыхания при вдыхании паров аммиака, табачного дыма и др.)

Большую роль играет кора головного мозга. Человек произвольно регулирует дыхание при разговоре, пении.

Симпатический отдел ВНС расширяет бронхи, усиливает дыхание.

Парасимпатический отдел ВНС суживает бронхи, уряжает дыхание.

МЕХАНИЗМ ПЕРВОГО ВДОХА НОВОРОЖДЕННОГО

В организме матери обмен газов плода происходит через пупочные сосуды, тесно контактирующие с кровью матери. У новорожденного эта связь нарушается, обмен веществ в организме приводит к накоплению СО2 в крови; гиперкапния раздражает дыхательный центр. Другой механизм первого вдоха – возбуждение экстеро- и проприорецепторов в связи с новыми условиями существования ребенка.

ДЫХАНИЕ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ

1. При повышенном атмосферном давлении. Люди, работающие на глубине под водой, находятся в условиях повышенного атмосферного давления. На глубине 60-80 м в крови и тканях людей растворяется большое количество газов, особенно опасен азот. При быстром переходе от повышенного давления к нормальному газы выделяются в виде пузырьков, закупоривают капилляры и нарушают кровообращение (кессонная болезнь). При постепенной декомпрессии, например при медленном подъеме водолаза из глубины моря, газы по мере падения давления выделяются с выдыхаемым воздухом и организму опасность не угрожает. Углекислота и кислород как газы, которые химически связываются кровью, представляют меньшую опасность, чем азот, который, хорошо растворяясь в жирах и липоидах, накапливается в большом количестве в мозгу и нервных стволах, особенно богатых этими веществами. Кессонная болезнь сопровождается болями в суставах и рядом мозговых явлений: головокружением, рвотой, одышкой, потерей сознания. Для ее лечения необходимо вновь быстро подвергнуть пострадавшего действию высокого давления, чтобы снова растворить пузырьки газа

2. При пониженном атмосферном давлении (при высотных полетах, подъемах на горные вершины). На высоте 4000—6000 м парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе снижается в 2 раза, и могут возникнуть симптомы высотной болезни, которая характеризуется признаками тяжелой гипоксии (одышка, головная боль, тошнота и т.д.), а на высоте 7000-8000 м дыхание становится опасным для жизни без употребления газовой смеси с кислородом. Кроме недостатка кислорода, организм на высотах страдает также от недостатка углекислоты в крови и тканях, т. е. от гипокапнии. Последняя возникает потому что недостаток кислорода в крови, раздражая хеморецепторы каротидного синуса, вызывает учащение дыхания, что к вымыванию углекислоты. Ее недостаток понижает возбудимость центра, поэтому дыхание не усиливается настолько, насколько это требуется для удовлетворения потребности организма в кислороде. Прибавка к вдыхаемому воздуху некоторого количества С02 (до 3%) вызывает заметное улучшение состояния организма при высотной болезни.

При длительном пребывании на больших высотах, например при жизни в высокогорных местностях, наблюдается акклиматизация к пониженному парциальному давлению кислорода. Она обусловлена рядом факторов: 1) увеличением числа эритроцитов в крови, следовательно, повышением кислородной емкости крови 2) усилением легочной вентиляции; 3) понижением чувствительности тканей организма, в частности ЦНС, к недостаточному снабжению кислородом.

ОСОБЕННОСТИ ДЫХАНИЯ ПРИ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЕ

Поскольку дыхание вместе с кровообращением обеспечивает организм кислородом в соответствии с его потребностями и освобождает организм от образующейся в нем углекислоты, понятно, что интенсивность тесно связана с интенсивностью окислительных процессов: глубина и частота дыхательных движений уменьшаются при покое и увеличиваются при работе, притом тем сильнее, чем напряженнее работа. Одновременно с усилением дыхания во время работы наступает усиление деятельности сердца: увеличивается минутный объем сердца. У человека потребление кислорода составляет в покое 250-350 мл в минуту, а во время работы может достигать 4500-5000мл. Увеличению транспорта кислорода при работе способствует выбрасывание эритроцитов из кровяных депо и обеднение крови водой вследствие потения, что ведет к некоторому сгущению крови и повышению концентрации гемоглобина, а следовательно, и к увеличению кислородной емкости крови. Значительно увеличивается при работе коэффициент утилизации кислорода. Из каждого литра крови, протекающей по большому кругу, клетки организма утилизируют в покое 60—80 мл кислорода, а во время работы - до 120 мл. Это объясняется тем, что понижение напряжения кислорода в работающих мышцах, увеличение напряжения углекислого газа и концентрации Н-ионов в крови способствуют увеличению диссоциации оксигемоглобина, а также раскрытием большого количества капилляров.Одной из причин увеличения легочной вентиляции и минутного объема крови при интенсивной мышечной работе является накопление молочной кислоты в тканях и переход ее в кровь. Молочная кислота вытесняет угольную кислоту из ее связей с ионами натрия и калия, что приводит к повышению напряжения углекислого газа в крови и к непосредственному и рефлекторному возбуждению дыхательного центра. Накопление молочной кислоты при мышечной работе возникает потому, что интенсивно работающие клетки испытывают недостаток в кислороде и часть молочной кислоты не может окислиться до конечных продуктов распада углекислого газа и воды. Такое состояние А. Хилл назвал кислородной задолженностью. Оно возникает при очень интенсивной мышечной работе, например у спортсменов во время крайне тяжелых соревнований. Окисление образовавшейся во время работы мышц молочной кислоты и ресинтез из нее глюкозы завершается уже после окончания работы — во время восстановительного периода, в течение которого сохраняется интенсивное дыхание, достаточное для того, чтобы были ликвидированы излишние количества накопившейся в организме молочной кислоты. Также дыхание изменяется в результате раздражения проприорецепторов мышц (рефлекторно) и условнорефлекторно: при действии сигналов, предшествующих привычной работе, возникает комплекс реакций, усиливающих снабжение тканей кислородом и препятствующих накоплению молочной кислоты.

Таким образом, усиление вентиляции при мышечной работе обусловлено, с одной стороны, химическими изменениями, происходящими в организме,— накоплением углекислоты и недоокисленных продуктов обмена, а с другой стороны, рефлекторными влияниями.

АУСКУЛЬТАЦИЯ (ВЫСЛУШИВАНИЕ) ЛЕГКИХ

Выслушивание звуковых явлений, связанных с деятельностью легких. Используют фонендоскоп, при помощи которого чувствительная мембрана прикладывается к телу исследуемого, а трубки раздельно подводят звук к каждому уху.

1 При вдохе над поверхностью легких выслушивается везикулярное (везикула, пузырек, альвеола) дыхание: слышен звук, напоминающий мягко звучащее «ф». Звук образуется в результате напряжения и колебания стенок альвеол при поступлении в них воздуха во время вдоха и спадении их во время выдоха.

2. Бронхиальное дыхание рождается завихрениями воздуха в трахее и крупных бронхах, он грубее и напоминает звук «х»; в фазу выдоха он выражен сильнее и более продолжительный, так как во время выдоха голосовая щель становится более узкой. В норме оно выслушивается над гортанью и не проводится на грудную клетку, так как везикулярное дыхание его заглушает. Когда альвеолы заполняются кровью или гноем (патология), то над легкими выслушивается бронхиальное дыхание ( сквозняк в бронхах, по которым мечется воздух, не попадая в альвеолы)