Лекции по физе / Лекция8
.docЛекция 8. ЛЕГОЧНАЯ ВЕНТОЛЯЦИЯ И ЛЕГОЧНАЯ ДИФФУЗИЯ. ГАЗООБМЕН В ЛЕГКИХ И ТКАНЯХ
Основные вопросы: Значение дыхания для организма. Основные этапы процесса дыхания. Дыхательный цикл. Основные и вспомогательные дыхательные мышцы. Механизм вдоха и выдоха. Физиология дыхательных путей. Легочные объемы. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Минутный объем дыхания и минутная вентиляция легких. Анатомическое и физиологическое дыхательное мертвое пространство. Типы легочной вентиляции. Напряжение газов, растворенных в крови. Парциальное давление газов в альвеолярном воздухе. Газообмен в тканях и легких.
Роль дыхательного тракта в речеобразовательной функции.
Совокупность процессов, которые обеспечивают поступление во внутреннюю среду О2, используемого для окисления органических веществ и удаление из организма СО2, образовавшегося в результате тканевого метаболизма, называют дыханием.
Выделяют три этапа дыхания:
1) внешнее дыхание,
2) транспорт газов,
3) внутреннее дыхание.
I этап - внешнее дыхание - это газообмен в легких, включающий в себя легочную вентиляцию и легочную диффузию.
Легочная вентиляция - это процесс обновления газового состава альвеолярного воздуха, обеспечивающий поступление в легкие О2 и выведение из них СО2.
Легочная диффузия - это процесс обмена газов между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров.
II этап - транспорт газов заключается в переносе кровью кислорода от легких к тканям и углекислоты - от тканей к легким.
III этап - внутреннее тканевое дыхание – это процесс обновления газового состава в тканях, состоящий из газообмена между кровью тканевых капилляров и тканями, а также из клеточного дыхания.
Полный дыхательный цикл состоит из трех фаз:
1) фаза вдоха (инспирация),
2) фаза выдоха (экспирация),
3) дыхательная пауза.
Изменения объема грудной полости в процессе дыхательного цикла обусловлены сокращением и расслаблением дыхательных мышц. Они подразделяются на инспираторные и экспираторные. Различают основные и вспомогательные инспираторные мышцы.
К основным инспираторным мышцам относятся:
1) диафрагма,
2) наружные косые межреберные и межхрящевые мышцы.
При глубоком форсированном дыхании в акте вдоха участвуют вспомогательные инспираторные мышцы:
1) грудино-ключично-сосцевидная,
2) мышцы грудной клетки - большая и малая грудные, трапециевидные, ромбовидные, мышца, поднимающая лопатку.
Легкие находятся внутри грудной клетки и отделены от ее стенок плевральной щелью - герметически замкнутой полостью, которая располагается между париетальным и висцеральным листками плевры.
Давление в плевральной полости ниже атмосферного. Отрицательное , по сравнению с атмосферным, давление в плевральной щели обусловлено эластической тягой легочной ткани, направленной на спадение легких. Увеличение объема грудной полости во время спокойного вдоха последовательно вызывает:
1) снижение давления в плевральной щели до -6 -9 мм рт ст,
2) расширение воздуха в легких и их растяжение,
3) снижение внутрилегочного давления до -2 мм рт ст по сравнению с атмосферным,
4) поступление воздуха в легкие по градиенту между атмосферным и альвеолярным давлением.
Уменьшение объема грудной полости во время спокойного выдоха последовательно вызывает:
1) повышение давления в плевральной щели с -6 -9 мм рт ст до -3 мм рт ст,
2) уменьшение объема легких за счет их эластической тяги,
3) повышение внутрилегочного давления до +2 мм рт ст по сравнению с атмосферным,
4) выход воздуха из легких в атмосферу по градиенту давления.
Объем воздуха, который находится в легких после максимально глубокого вдоха, называется общей емкостью легких (ОЕЛ).
У взрослого человека ОЕЛ составляет от 4200 до 6000 мл и состоит из двух частей:
1) жизненной емкости легких (ЖЕЛ) - 3500-5000 мл,
2) остаточного объема легких (ООЛ) - 1000-1200 мл.
Остаточный объем легких - это количество воздуха, которое остается в легких после максимально глубокого выдоха.
Жизненная емкость легких - это объем воздуха, который можно максимально выдохнуть после максимально глубокого вдоха.
ЖЕЛ состоит из трех частей:
1) дыхательный объем (ДО) - 400-500 мл,
2) резервный объем вдоха - около 2500 мл,
3) резервный объем выдоха - около 1500 мл.
Дыхательный объем - это количество воздуха, удаляемого из легких при спокойном выдохе после спокойного вдоха.
Резервный объем вдоха - это максимальное количество воздуха, которое можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха.
Резервный объем выдоха - это максимальное количество воздуха, которое можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха.
Резервный объем выдоха и остаточный объем составляют функциональную остаточную емкость (ФОЕ) - количество воздуха, остающееся в легких после спокойного выдоха (2000-2500 мл).
Легочная вентиляция характеризуется минутным объемом дыхания (МОД) - количеством воздуха, который вдыхается или выдыхается за 1 мин. МОД зависит от величины дыхательного объема и частоты дыхания: МОД = ДО х ЧД.
В обычных условиях человек дышит атмосферным воздухом, в составе которого содержится: О2 - 21%, СО2 - 0,03%, N2 - 79%.
В выдыхаемом воздухе: О2 - 16,0%, СО2 - 4%, N2 -79,7%.
В альвеолярном воздухе: О2 - 14,0%, СО2 - 5,5%, N2 - 80%.
Различие в составе выдыхаемого и альвеолярного воздуха обусловлено смешиванием альвеолярного газа с воздухом дыхательного мертвого пространства.
Различают анатомическое и физиологическое мертвое пространство.
Анатомическое дыхательное мертвое пространство - это объем воздухопроводящих путей (от полости носа до бронхиол) в которых не происходит газообмена между воздухом и кровью.
Физиологическое дыхательное мертвое пространство (ФМП) - это объем всех участков дыхательной системы, в которых не происходит газообмен.
Количество воздуха, который участвует в обновлении альвеолярного газа за 1 мин, называется минутной вентиляцией легких (МВЛ). МВЛ определяется как произведение разности дыхательного объема легких и объема дыхательного мертвого пространства на частоту дыхания: МВЛ = (ДО - ДМП) х ЧД.
Перенос газов в воздухоносных путях происходит в результате конвекции и диффузии.
Конвективный способ переноса в воздухоносных путях обусловлен движением смеси газов по градиенту их общего давления.
В ходе ветвления воздухоносных путей их суммарное сечение значительно возрастает. Линейная скорость потока вдыхаемого воздуха по мере приближения к альвеолам постепенно падает со 100 см/с до 0,02 см/с. Поэтому к конвективному способу переноса газов присоединяется диффузионный обмен.
Диффузия газа - это пассивное движение молекул газа из области большего парциального давления или напряжения в зону меньшего.
Парциальное давление газа - это часть общего давления, которая приходится на какой-либо газ, смешанный с другими газами.
Парциальное давление газа, растворенного в жидкости, которое уравновешивается давлением этого же газа над жидкостью, называют напряжением газа.
Градиент давления О2 направлен в альвеолы, где его парциальное давление ниже, чем во вдыхаемом воздухе. Молекулы СО2 движутся в обратном направлении. Чем медленнее и глубже дыхание , тем интенсивнее идет внутрилегочная диффузия О2 и СО2.
Постоянство состава альвеолярного воздуха и соответствие его потребностям метаболизма обеспечивается регуляцией вентиляции легких.
Различают десять основных типов вентиляции легких:
1) нормовентиляция,
2) гипервентиляция,
3) гиповентиляция,
4) эйпноэ,
5) гиперпноэ,
6) тахипноэ,
7) брадипноэ,
8) апноэ,
9) диспноэ,
10) асфиксия.
Нормовентиляция - это газообмен в легких, который соответствует метаболическим потребностям организма.
Гипервентиляция – это газообмен в легких, который превышает метаболические потребности организма.
Гиповентиляция - это газообмен в легких, который не достаточен для обеспечения метаболических потребностей организма.
Эйпноэ – это нормальная частота и глубина дыхания в покое, которые сопровождаются ощущением комфорта.
Гиперпноэ - это увеличение глубины дыхания выше нормы.
Тахипноэ - это увеличение частоты дыхания выше нормы.
Брадипноэ - это уменьшение частоты дыхания ниже нормы.
Диспноэ (одышка) - это недостаточность или затрудненность дыхания, которые сопровождаются неприятными субъективными ощущениями.
Апноэ - это остановка дыхания, обусловленная отсутствием физиологической стимуляции дыхательного центра.
Асфиксия - это остановка или угнетение дыхания, связанные с нарушением поступления воздуха в легкие вследствие непроходимости дыхательных путей.
Перенос О2 из альвеолярного газа в кровь и СО2 из крови в альвеолы происходит пассивно путем диффузии за счет разности парциального давления и напряжения этих газов по обе стороны аэрогематического барьера. Аэрогематический барьер образован альвеолокапиллярной мембраной, которая включает в себя слой сурфактанта, альвеолярный эпителий, две базальные мембраны и эндотелий кровеносного капилляра.
Парциальное давление О2 в альвеолярном воздухе 100 мм рт ст. Напряжение О2 в венозной крови легочных капилляров 40 мм рт ст. Градиент давления, составляющий 60 мм рт ст, направлен из альвеолярного воздуха в кровь.
Парциальное давление СО2 в альвеолярном воздухе 40 мм рт ст. Напряжение СО2 в венозной крови легочных капилляров 46 мм рт ст. Градиент давления, составляющий 6 мм рт ст, направлен из крови в альвеолы.
Малый градиент давления СО2 связан с его высокой диффузионной способностью , которая в 24 раза больше, чем для кислорода. Это обусловлено высокой растворимостью углекислоты в солевых растворах и мембранах.
Время протекания крови через легочные капилляры составляет около 0,75 с. Этого достаточно для практически полного выравнивания парциального давления и напряжения газов по обе стороны аэрогематического барьера. При этом кислород растворяется в крови, а двуокись углерода переходит в альвеолярный воздух. Поэтому венозная кровь превращается здесь в артериальную.
Напряжение О2 в артериальной крови 100 мм рт ст, а в тканях менее 40 мм рт ст. При этом градиент давления, составляющий более 60 мм рт ст, направлен из артериальной крови в ткани.
Напряжение СО2 в артериальной крови 40 мм рт ст, а в тканях - около 60 мм рт ст. Градиент давления, составляющий 20 мм рт ст, направлен из тканей в кровь. Благодаря этому артериальная кровь в тканевых капиллярах превращается в венозную.
Таким образом, звенья газотранспортной системы характеризуются встречными потоками дыхательных газов: О2 перемещается из атмосферы к тканям, а СО2 - в обратном направлении.
Роль дыхательного тракта в речеобразовательной функции
Человек может волевым усилием изменять частоту и глубину дыхания и даже на время остановить его. Это особенно важно в связи с тем, что дыхательный тракт используется человеком для осуществления речевой функции.
У человека отсутствует специальный звукообразующий речевой орган. К звукопроизводящей функции приспособлены органы дыхания – легкие, бронхи, трахея и гортань, которые вместе с органами ротового отдела формируют речевой тракт.
Воздух, проходящий во время выдоха по речевому тракту, заставляет вибрировать голосовые связки, расположенные в гортани. Вибрация голосовых связок является причиной звука, который называется голосом. Высота голоса зависит от частоты колебания голосовых связок. Сила голоса определяется амплитудой колебаний, а его тембр определяется функцией резонаторов – глотки, полости рта, полости носа и его придаточных пазух.
В функции формирование речевых звуков – произношении, участвуют: язык, губы, зубы, твердое и мягкое небо. Дефекты речевой звукоформирующей функции – дислалии, могут быть связаны с врожденными и приобретенными аномалиями органов ротового отдела – расщелинами твердого и мягкого неба, с аномалиями формы зубов и их расположения в альвеолярных дугах челюстей, полными или частичными адентиями. Дислалии появляются также при нарушении секреторной функции слюнных желез, жевательной и мимической мускулатуры, височно-нижнечелюстных суставов.