16. Дыхание – физиологическая функция, обеспечивающая газообмен между окружающей средой и организмом в соответствии с его метаболическими потребностями.

Внешнее дыхания – обмен газов между внешней средой и кровью легочных капилляров. Можно разделить на два процесса: газообмен между внешней средой и альвеолами легких, что обозначается как «легочная вентиляция»; газообмен между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров.

Структурные компоненты внешнего дыхания: воздухоносные пути и альвеолы легких; костно-мышечный каркас грудной клетки и плевральная полость; малый круг кровообращения; нейрогуморальный аппарат регуляции.

Биомеханика дыхательных движений.

Объем грудной клетки увеличивается во время вдоха и уменьшается во время выдоха. Известно два биомеханизма, которые изменяют объем грудной клетки: поднятие и опускание ребер и движения диафрагмы; оба механизма осуществляются дыхательными мышцами.

Движения ребер. Во время вдоха верхние отделы грудной клетки расширяются преимущественно в переднезаднем направлении, т.к. ось вращения расположена практически поперечно относительно грудной клетки, нижние отделы больше расширяются в боковых направлениях, т.к. ось вращения занимает более сагиттальное положение. Каждое ребро способно вращаться вокруг оси, проходящей через две точки подвижного соединения с телом и поперечным отростком позвонка. Во время вдоха инспираторные мышцы поднимают ребра, а во время вдоха опускают. Но их сближения не происходи из-за разного момента сил на каждое ребро. На нижележащее ребро действует больший момент сил, поскольку длин плеча у него больше, по сравнению с вышележащим (вдох).

Движение диафрагмы

Во время вдоха купол диафрагмы уплощается, а во время выдоха поднимается вверх.

Колебания давления.

Альвеолярное давление – давление внутри легочных альвеол. Во время задержки дыхания при открытых верхних дыхательных путях давление равно атмосферному. Изменения альвеолярного давления на вдохе и выдохе вызывает движение воздуха в альвеолы и обратно. Согласно закону Бойля-Мариотта, альвеолярное давление уменьшается и воздух входит в легкие из внешней среды.

Внутриплевральное давление – давление в герметично замкнутой плевральной полости между висцеральным и париетальным листками плевры. В норме это давление отрицательно. Во время инспирации на 6-8 см вод. ст. ниже атмосферного, а в экспирацию – 4-5 см. вод. ст. Оно возникает и поддерживается в результате взаимодействия грудной клетки с тканью легких за счет их эластической тяги. При этом развивается эластическая тяга, которая всегда стремится уменьшить объем грудной клетки.

Разница между альвеолярным и внутриплевральным давлениями называется транспульмональным.

Изменения альвеолярного давления взаимосвязаны с внутриплевральным. Альвеолярное выше внутриплеврального и относительно барометрического давления является положительным на выдохе и отрицательным на вдохе. Внутриплевральное всегда ниже альвеолярного и всегда отрицательно в инспирацию.

На движение воздуха из внешней среды к альвеолам и обратно влияет градиент давления, возникающий на вдохе и на выдохе между альвеолярным и атмосферным воздухом.

17. Дыхательные мышцы можно классифицировать на инспираторные и экспираторные.

Инспираторными мышцами являются диафрагма, наружные межреберные и межхрящевые мышцы. Вспомогательными являются трапециевидные, передние лестничные и грудино-ключично-сосцевидные мышцы. Лестничные поднимают два верхних ребра и активны при спокойном дыхании. Грудино-ключично-сосцевидные поднимают грудину и увеличивают сагиттальный диаметр грудной клетки.

Экспираторными мышцами являются внутренние межреберные и мышцы брюшной стенки. Они опускают ребра.

18. Эластическая тяга легких – упругая сила, обусловленная эластическими волокнами, тонусом гладких мышц и сурфактантом. Эта тяга препятствует перерастяжению альвеол во время вдоха и их спадению во время выдоха.

Растяжимость легких служит показателем эластических свойств системы внешнего дыхания. Величину растяжимости измеряют в виде зависимости давление – объем и рассчитывают по формуле: С = V/дельтаP. Нормальная величина растяжимости составляет около 200 мл*см.вод.ст. Снижение растяжимости вызывают следующие факторы: повышение давления в сосудах легких или переполнение сосудов легких кровью, длительное отсутствие вентиляции легких или их отделов; не тренированность дыхательной функции; снижение упругих свойств ткани с возрастом.

Поверхностным натяжением называется сила, действующая в поперечном направлении на границу жидкости. Поверхность альвеол покрыта тонким слоем воды. Причем сила здесь может вызвать спадение. Ему препятствует сурфактант. Его функции: снижает поверхностное натяжение альвеол, увеличивает растяжимость легких, обеспечивает стабильность легочных альвеол, препятствует транссудации.

Сопротивление легких включает в себя сопротивление ткани легких и дыхательных путей. В свою очередь сопротивление дыхательных путей подразделяют на сопротивление верхних, нижних и мелких дыхательных путей. При этом сопротивление дыхательных путей обратно пропорционально их диаметру. Т.е. мелкие создают большее сопротивление потоку воздуха. Кроме того, на этот показатель влияют вязкость и плотность газа.

19. Легочные объемы:

• Дыхательный объем = 500мл;

• Резервный объем вдоха = 1500-1800мл;

• Резервный объем выдоха = 1000-1400 мл;

• Остаточный объем = 1000-1500мл.

Легочные емкости:

• Общая емкость легких = 6000мл;

• Жизненная емкость легких = 3500-5000мл; ДО+РО_вдоха+РО_выдоха;

• Функциональная остаточная емкость легких = РО_выдоха+ОО = 1800-2500мл;

• Емкость вдоха = 1800-2600 мл. ДО+РО_вдоха

20. Параметры вентиляции легких:

• Частота дыхания = 14-20/мин;

• Минутный объем дыхания = ДО*ЧД = 6-9л;

• Минутная альвеолярная вентиляции легких (МВЛ) = (ДО-МП)*ЧД = 3,5-4,5;

• Объем анатомически мертвого пространства (МП) = 140мл;

• Дыхательный альвеолярный объем (ДАО) = ДО-МП = 360мл;

• Коэффициент вентиляции альвеол = ДАО/ФОЕ = 1/7.

21. Альвеолярная вентиляция – газообмен между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров. В каждой альвеоле состав воздуха определяется соотношением многих факторов: физико-химические, величина анатомического мертвого пространства, перфузии легочных капилляров.

Анатомическое мертвое пространство – кондуктивная зона легкого, которая не участвует в газообмене. Функции: нагревает воздух, задерживает примерно 30% выдыхаемого тепла и воды.

Альвеолярное мертвое пространство – часть альвеол нормально вентилируется, но частично или полностью не перфузируется. В физиологических условиях может возникать: при снижении минутного объема крови, уменьшения давления в артериальных сосудах.

Диффузия – пассивный транспорт веществ по градиенту концентрации.

В организме обмен кислорода и углекислого газа через альвеолярно-капиллярную мембрану происходит с помощью диффузии. Диффузия через аэрогематический барьер зависит от: вентиляции дыхательных путей; смешивания и диффузии газов в альвеолярных протоках и альвеолах; химической реакции газов с различными компонентами крови; от перфузии кровью легочных капилляров.

Состав аэрогематического барьера:

• Слой жидкости, содержащей сурфактант;

• Альвеолярный эпителий;

• Эпителиальная базальная мембрана;

• Интерстициальное пространство между альвеолярным эпителием и мембраной капилляра;

• Базальная мембрана капилляра;

• Эндотелий капилляра;

• Мембрана эритроцита.

Согласно закону Фика, газообмен кислорода между альвеолярным воздухом и кровью происходит благодаря наличию концентрационного градиента между этими средами. В альвеолах легких парциальное давление кислорода составляет 100 мм.рт.ст., а в притекающей венозной крови 40 мм.рт.ст, соответственно в оттекающей артериальной 100 мм. Градиент составляет около 60 мм.рт.ст. По такому же принципу происходит газообмен углекислого газа. Парциальное давление в альвеолах 40 мм.рт.ст. а в венозной крови 47 мм.рт.ст. В этом случает концентрационный градиент составляет меньшую величину.

Закон Фика: объем газа, проходящий через аэрогематический барьер, прямо пропорционален площади барьера, диффузинному коэффициенту, градиенту парциальных давлений, и обратно пропорционально толщине барьера. Диффузионный коэффициент для углекислого газа значительно превышает такой коэффициент для кислорода.

22. Транспорт кислорода начинается после его химического связывания с гемоглобином. Гемоглобин переносит кислород от легких к тканям, и эта функция зависит от 2 свойств гемоглобина: способности изменяться от восстановленной формы до окисленной с высокой скоростью; способности отдавать кислород в тканях в зависимости от метаболических потребностей.

Зависимость степени оксигенации гемоглобина от парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе графически представляется на кривой диссоциации гемоглобина.

На сродство влияют факторы: pH, температура, концентрация 2,3-дифосфоглицерата. При снижении pH возникает сдвиг кривой диссоциации вправо, т.е. снижение сродства гемоглобина к кислороду; при повышении pH – сдвиг влево. Рост температуры уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, например, в работающих мышцах повышение температуры способствует отдачи кислорода. Снижение температуры или концентрации 2,3-дифосфоглицерата вызывает увеличение сродства гемоглобина к кислороду.

Кислородная емкость крови – количество кислорода, которое связывается кровью до полного насыщения гемоглобина.

Обмен между кровью капилляров и клетками тканей также осуществляется путем диффузии. Концентрационный градиент составляет около 60 мм.рт.ст. Изменение градиента может быть обусловлено содержанием кислорода в артериальной крови, так и коэффициентом утилизации. Коэффициент утилизации – количество кислорода, отданное при прохождении крови через тканевые капилляры, отнесенное к кислородной емкости крови.

Углекислый газ, в отличие от кислорода, транспортируется в основном в растворенном состоянии в плазме крови, но большая часть его транспортируется в виде гидрокарбонатов и карбаминовых соединений, что увеличивает время обмена углекислого газа.