- •В.И.Павлова, н.В.Мамылина, ю.Г.Камскова Анатомо-физиологические и возрастные особенности дыхательной системы человека. Челябинск
- •Введение
- •1.Анатомическое строение органов дыхания
- •Возрастные особенности полости носа
- •Возрастные особенности гортани
- •Возрастные особенности трахеи и главных бронхов
- •Возрастные особенности легких
- •Возрастные границы легких
- •2. Физиологические аспекты функционирования дыхательной системы человека.
- •Биомеханика дыхательных движений
- •Механизм вдоха и выдоха
- •Механизмы газообмена и транспорта газов
- •Взаимоотношения давлений в дыхательной системе
- •Координация дыхания с другими функциями организма
- •Метаболизм биологически активных веществ в легких
- •3. Система внешнего дыхания у плода и факторы риска.
- •4. Система внешнего дыхания у новорожденных и факторы риска
- •5. Система внешнего дыхания у детей и подростков и факторы риска
- •6. Особенности резервирования системы внешнего дыхания у людей зрелого возраста и факторы риска
- •7. Система дыхания в пожилом и старческом возрастах и факторы риска
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Оглавление
Механизм вдоха и выдоха
Благодаря ритмичному сокращению диафрагмы (16-18 раз в минуту) и других дыхательных мышц объем грудной клетки то увеличивается (при вдохе), то уменьшается (при выдохе). При расширении грудной клетки легкие пассивно растягиваются, расширяются. При этом давление в легких понижается и становится ниже атмосферного (на 3-4 мм рт. ст.). Поэтому воздух через дыхательные пути извне устремляется в легкие. Так происходит вдох. При глубоком вдохе, форсированном дыхании сокращаются не только дыхательные мышцы, но и вспомогательные. Выдох осуществляется при расслаблении мышц вдоха и сокращении мышц выдоха, которые рассмотрены выше. Приподнятая и расширенная при вдохе грудная клетка в силу своей тяжести и при действии ряда мышц опускается. Растянутые легкие благодаря своей эластичности уменьшаются в объеме. При этом давление в легких резко возрастает и воздух покидает легкие. Так происходит выдох. При кашле, чихании, в быстром выдохе участвуют мышцы живота, брюшного пресса, ребра (грудная клетка) опускаются, диафрагма резко поднимается.
Рассмотрим легочные объемы и емкости. В процессе легочной вентиляции непрерывно обновляется газовый состав альвеолярного воздуха. Величина легочной вентиляции определяется глубиной дыхания, или дыхательным объемом, и частотой дыхательных движений. Во время дыхательных движений легкие человека заполняются вдыхаемым воздухом, объем которого является частью общего объема легких. Для количественного описания легочной вентиляции общую емкость легких разделили на несколько компонентов или объемов. При этом легочной емкостью называется сумма двух и более объёмов.
Легочные объемы подразделяют на статические и динамические. Статические легочные объемы измеряют при завершенных дыхательных движениях без лимитирования их скорости. Динамические легочные объемы измеряют при проведении дыхательных движений с ограничением времени на их выполнение.
Объем воздуха в легких и дыхательных путях зависит от следующих показателей: 1) антропометрических индивидуальных характеристик человека и дыхательной системы; 2) свойств легочной ткани; 3) поверхностного натяжения альвеол; 4) силы, развиваемой дыхательными мышцами.
Измеряют статические и динамические легочные объемы.
Рис.10. Легочные объемы и емкости.
Схематическое изображение статических легочных объемов и емкостей представлено на рис. 10.
Дыхательный объем (ДО) - объем воздуха, который вдыхает и выдыхает человек во время спокойного дыхания. У взрослого человека ДО составляет примерно 500 мл. Величина ДО зависит от условий измерения (покой, нагрузка, положение тела). ДО рассчитывают как среднюю величину после измерения примерно шести спокойных дыхательных движений.
Резервный объем вдоха (РОвд) - максимальный объем воздуха, который способен вдохнуть испытуемый после спокойного вдоха. Величина РОвд составляет 1,5-1,8 л.
Резервный объем выдоха (РОвыд)-максимальный объем воздуха, который человек дополнительно может выдохнуть с уровня спокойного выдоха. Величина РОвыд ниже в горизонтальном положении, чем в вертикальном, уменьшается при ожирении. Она равна в среднем 1,0-1,4 л.
Остаточный объем (ОО) - объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Величина остаточного объема равна 1,0-1,5 л.
После того как человек выдохнет 500 мл воздуха (дыхательный объем), а затем еще сделает глубокий выдох (1500 мл), в его легких все еще остается примерно 1200 мл остаточного объема воздуха, удалить который из легких практически невозможно. Дышавшее легкое всегда содержит воздух, поэтому легочная ткань в воде не тонет.
Рассмотрим легочные емкости. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) включает в себя дыхательный объем, резервный объем вдоха, резервный объем выдоха. У мужчин среднего возраста ЖЕЛ варьирует в пределах 3,5-5,0 л и более. Для женщин типичны более низкие величины (3,0-4,0 л). У тренированных, физически развитых людей жизненная емкость легких может достигать 7000-7500 мл.
В зависимости от методики измерения ЖЕЛ различают ЖЕЛ вдоха, когда после полного выдоха производится максимально глубокий вдох и ЖЕЛ выдоха, когда после полного вдоха производится максимальный выдох.
Емкость вдоха (Евд) равна сумме дыхательного объема и резервного объема вдоха. У человека Евд составляет в среднем 2,0-2,3 л.
Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) -объем воздуха в легких после спокойного выдоха. ФОЕ является суммой резервного объема выдоха и остаточного объема. ФОЕ измеряется методами газовой дилюции, или разведения газов, и плетизмографически. На величину ФОЕ существенно влияет уровень физической активности человека и положение тела: ФОЕ меньше в горизонтальном положении тела, чем в положении сидя или стоя. ФОЕ уменьшается при ожирении вследствие уменьшения общей растяжимости грудной клетки.
Общая емкость легких (ОЕЛ) - объем воздуха в легких по окончании полного вдоха. ОЕЛ рассчитывают двумя способами: ОЕЛ = ОО + ЖЕЛ или ОЕЛ = ФОЕ + Евд. ОЕЛ может быть измерена с помощью плетизмографии или методом газовой дилюции.
Измерение легочных объемов и емкостей имеет клиническое значение при исследовании функции легких у здоровых лиц и при диагностике заболевания легких человека.
В течение 1 минуты человек вдыхает и выдыхает 5-8 л воздуха. Это минутный объем дыхания, который при интенсивной физической нагрузке может достигать 80-120 л в минуту.
Из 500 мл вдыхаемого воздуха (дыхательный объем) только 360 мл проходит в альвеолы и отдает кислород в кровь. Остальные 140 мл остаются в воздухоносных путях и в газообмене не участвуют. Поэтому воздухо-носные пути называют «мертвым» пространством.
Анатомическим «мёртвым» пространством называют кондуктивную, или воздухопроводящую, зону легкого, которая не участвует в газообмене (верхние дыхательные пути, трахея, бронхи и терминальные бронхиолы). Анатомическое «мёртвое» пространство выполняет ряд важных функций: нагревает вдыхаемый атмосферный воздух, задерживает примерно 30% выдыхаемых тепла и воды. Последнее предупреждает высушивание альвеолярно-капиллярной мембраны легких. Как указано выше, воздухоносные пути каждого легкого человека имеют 23 генерации, или деления, бронхиального дерева по типу дихотомии от трахеи до альвеол. После прохождения через бронхи 8-12 порядка температура вдыхаемого воздуха достигает 37°С, а влажность - 100%. Анатомическое «мёртвое» пространство практически соответствует кондуктивной зоне легких, объем которой варьирует от 100 до 200 мл, а в среднем составляет 2 мл на 1 кг массы тела, т. е. 150 мл при массе тела 75 кг.
В процессе внешнего дыхания ряд факторов может изменять объем анатомического «мёртвого» пространства. Например, увеличение дыхательного объема сопровождается растяжением дыхательных путей. На объем анатомического «мёртвого» пространства влияют частота дыхания, которая изменяет время, необходимое для диффузии газов, а также ритмические сокращения сердца и пульсация крупных сосудов. Наконец, анатомическое «мёртвое» пространство варьирует при изменении тонуса гладких мышц бронхов (например, ацетилхолин повышает, а атропин напротив, понижает тонус гладких мышц дыхательных путей).
В анатомическом «мёртвом» пространстве воздушный поток имеет наибольшую линейную скорость. По направлению к альвеолярным ходам и альвеолярным мешочкам линейная скорость движения воздуха уменьшается до величин весьма незначительных для конвентивного воздухопроведения. Это объясняется тем, что вследствие многократных ветвлений бронхиального дерева общее поперечное сечение воздухоносных путей настолько возрастает, что поступательное перемещение газов становится незначительным.
Существует точка зрения, что в пределах переходной зоны легких (от кондуктивной к респираторной), а также респираторной или альвеолярной зоны легкого кислород и углекислый газ переносятся к альвеолярной мембране в основном с помощью диффузии. Это способствует быстрому выравниванию концентрации дыхательных газов на огромной диффузионной поверхности легких.
В здоровом легком некоторое количество апикальных альвеол вентилируется нормально, но частично или полностью не перфузируется кровью. Подобное физиологическое состояние обозначают как «альвеолярное мёртвое пространство». В физиологических условиях оно может появляться в случае снижения минутного объема крови, уменьшения давления в артериальных сосудах легких, а в патологических состояниях – при анемии, легочной эмболии или эмфиземе. В подобных зонах легких не происходит газообмена.
Сумма объемов анатомического и альвеолярного «мёртвых» пространств называется физиологическим, или функциональным, «мёртвым» пространством.
Анатомическое «мёртвое» пространство снижает эффективность альвеолярной вентиляции. Во время спокойного вдоха объемом 500 мл в альвеолы поступает только 350 мл вдыхаемого, или атмосферного, воздуха. Остальные 150 мл вдыхаемого воздуха представляют собой альвеолярный воздух, который после газообмена задерживается в анатомическом «мёртвом» пространстве в конце каждого выдоха. Анатомическое «мёртвое» пространство, составляющее в среднем 1/3 дыхательного объема, снижает на эту величину эффективность альвеолярной вентиляции при спокойном дыхании.