Внешнее дыхание.

• Физиологическая роль дыхания.

• Дыхание и его функции, этапы газообмена в организме.

Дыхание – совокупность процессов, обеспечивающих обмен О₂ и СО₂ между организмом и внешней средой.

Дыхательная система – совокупность органов, выполняющих воздухопроводимую и газообменную функцию.

Система дыхание включает в себя: полость носа, носоглотку, гортань, трахею, бронхи, бронхиолы, лёгочную ткань.

Трахея – трубка 8-10 см.

Альвеола – тонкостенный пузырёк (состоит из соединительной ткани), который покрыт изнутри эпителиальными клетками, наполненными воздухом, оплетённый сетью капилляров (примерно 700 млн в обеих лёгких). Площадь их поверхности 100 м².

В полости носа происходит увлажнение, согревание, очищение воздуха, в альвеолах – газообмен между альвеолярным воздухом и венозной кровью.

Лёгкие – парный конусообразный орган, удаляющий из организма СО₂ и обеспечивающий свежие порции О₂. Занимают большую часть грудной клетки. Верхняя часть ограничена рёбрами и межрёберными мышцами, основание – диафрагмой – плоская пластина ткани, образующая стенку между грудной клеткой и животом.

Внутри лёгких располагается плотная разветвлённая сеть трубочек. Бронхи (большие) соединены с основание трахеи. В лёгких бронхи рассоединяются на множество мелких ветвей, образуя бронхиальное дерево. Каждая веточка (бронхиола) заканчивается альвеолой (воздушный мешочек).

Этапы газообмена в организме:

- внешнее дыхание (лёгочная вентиляция) – поступление воздуха и удаление его из лёгких;

- газообмен между альвеолярным воздухом и кровью;

- транспорт газов кровью, перенос О₂ из лёгких к тканям и СО₂ наоборот.

- газообмен между кровью и тканями;

- тканевое дыхание (внутреннее дыхание) – потребление О₂ клетками и тканями в метаболическом отношении.

• Дыхательный цикл. Механизм вдоха и выдоха. Частота и глубина дыхания.

В акте дыхания выделяют 3 части:

- фаза вдоха – инспирация;

- фаза выдоха – экспирация;

- дыхательная пауза.

Выдох на 10-20% больше вдоха. Частота дыхания (пластичная константа гомеостазиса) человека измеряется количеством дыхательных циклов в течение 1 мин и ее величина в покое у взрослого человека варьирует от 12 до 20 в 1 мин. Этот показатель внешнего дыхания возрастает при физической работе, повышении температуры окружающей среды (максимально 80 актов/мин), а также изменяется с возрастом. Например, у новорожденных частота дыхания равна 60—70 в 1 мин, а у людей в возрасте 25—30 лет — в среднем 16 в 1 мин. У спортсменов дыхание глубокое, редкое.

Глубина дыхания определяется по объему вдыхаемого и выдыхаемого воздуха в течение одного дыхательного цикла.

Вдох осуществляется активно за счёт сокращения дыхательных мышц диафрагмы и наружных рёберных мышц, в следствие чего диафрагма опускается, увеличиваются размеры грудной клетки, увеличивается объём лёгких.

Лёгкие легко растягиваются (повышенная эластичность), а также в связи с уменьшением дыхания в плевральной полости – щель, заключённая между 2-мя листками плевры (тонкая растяжимая плёнка, покрывающая снаружи лёгкие, внутренний листок, и переходящий на внутреннюю поверхность грудной клетки – наружный листок). Оба листка плотно прилегают друг к другу, между ними – тонкий капиллярный слой (несколько мм) плевральной жидкости. Давление в плевральной полости отрицательное, ниже атмосферного на 3-6 мм рт ст. Оно формируется за счёт того, что лёгкие находятся в растянутом состоянии и, следовательно, сжаться за счёт собственной эластичной тяги, т.е. силы, с которой лёгкие стремятся сократиться и которой противодействует атмосферное давление. Но их небольшое сжатие приводит к разряжению в собственной плевральной полости. В результате этого возникает градиент давления ( со стороны альвеол равен атмосферному, а в плевральной полости – отрицательный).

Атмосферное давление со стороны альвеол давит на них, поддерживая лёгкие в растянутом состоянии. Т.о., увеличение объёма грудной клетки при сокращении инспираторных мышц приводит к увеличению отрицательного давления в плевральной полости за счёт того, что лёгкие растяжены и усиливается эластическая тяга, стремящаяся их сжать.

При растяжении лёгких давление внутри них понижается (ниже атмосферного), после чего засасывается атмосферный воздух в дыхательные пути. Т.о. осуществляется вдох.

Выдох осуществляется пассивно в результате расслабления инспираторных мышц. Давление плевральной полости растёт, объём грудной клетки уменьшается, альвеолы уменьшаются в размерах, повышается эластическая тяга лёгких. При этом увеличивается давление воздуха в лёгких и воздух выходит наружу.

Выделяют 2 типа дыхания:

- грудное (преобладает у женщин, дыхание осуществляется за счёт сокращения межрёберных мышц);

- брюшное (за счёт сокращения диафрагмы, преобладает у мужчин).

В случае повреждения грудной клетки или разрыве внутреннего листка плевры, когда атмосферное давление попадает в плевральную полость наблюдается плевматорекс, лёгкие спадаются в результате выравнивания давления внутри лёгких им в плевральной полости.

В случае 2-сторонней пневмонии дыхание невозможно, в результате удушья наступает смерть.

• Лёгочные объёмы и ёмкости.

Объём – общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) – максимальное количество воздуха, которое может поместиться в лёгких при глубоком вдохе. ОЕЛ составляет 4,5 – 6,5л.

Факторы, влияющие на ОЕЛ: рост, возраст, пол, образ жизни.

ОЕЛ складывается из следующих объёмов:

- Остаточный объём (ОО) – объём, который остаётся в лёгких после максимально глубокого выдоха. Не выдыхается. Составляет 1,2л.

- Дыхательный объём (ДО) – глубина дыхания; объём воздуха, который поступил в лёгкие во время спокойного вдоха, в норме 300-800мл (пластичная константа).

- Резервный объём вдоха (РОВД) – максимальный объём, который можно вдохнуть после спокойного вдоха. В норме 1,5 – 2л.

- Резервный объём выдоха (РОВЫД) – максимальный объём, который можно выдохнуть после спокойного выдоха. В норме 1,5 – 2л.

ДО и РОВД составляют ёмкость лёгких (60% от ОЕЛ).

РОВЫД и ОО составляют функциональную остаточную ёмкость (ФОЕ= 1,8-3л, 40% от ОЕЛ).

ДО+РОВД+РОВЫД= жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ). ЖЕЛ – пластичная константа гомеостазиса, в норме составляет 3-4л (у обычных людей; у мужчин больше, чем у женщин), до 12л (спортсмены). ЖЕЛ в положении стоя больше, чем сидя и лёжа.

Т.о. различают 4 первичных статичных объёма лёгких:

-ДО

-РОВД

-РОВЫД

-ОО

Различают 4 статичных ёмкости лёгких:

-ОЕЛ

-ЖЕЛ

-ФОЕ

-ЕВ (ёмкость вдоха).

У мужчин лёгочные объёмы на 10% меньше, чем у женщин. У спортсменов на 20% больше, чем у не спортсменов.

• Альвеолярная вентиляция.

После спокойного вдоха следует спокойный выдох. При этом в лёгких остаётся РОВД и ОО, составляющие ФОЕ (альвеолярный воздух).

Повышение ФОЕ ухудшает газообмен, т.е. при каждом спокойном вдохе в дыхательные пути в среднем поступает 500мл воздуха, из которого в лёгкие поступает около 360мл, 140мл – анатомическое мёртвое пространство.

Отношение вдыхаемого воздуха к альвеолярному – это коэффициент вентиляции.

Та часть лёгких, в которой нет вентиляции или снижен капиллярный кровоток – физиологическое мёртвое пространство – не происходит газообмен. Увеличивается при глубоком вдохе.

• Лёгочная вентиляция (минутный объём дыхания) и мёртвое пространство.

Лёгочная вентиляция, минутный объём дыхания (МОД) – объём воздуха, проходящего через лёгкие за 1 минуту.

МОД = ДО*ЧД (частота дыхания).

МОД (пластичная константа) зависит от обмена веществ, от интенсивности окислительных процессов в организме. В норме 5-8л/мин ( в покое), 150-180л/мин (максимально).

При максимальной работе не превышает 50-60% ЖЕЛ.

Увеличение МОД происходит за счёт увеличения частоты и глубины дыхания.

Не весь вдыхаемый воздух достигает альвеол. Просвет воздухоносных путей, в которых газообмен не происходит, называется анатомическим мёртвым пространством (АМП).

Объём (АМП) составляет 140-160мл.

Мёртвое пространство: полость носа, рта, гортани, трахеи, бронхов.

Но заполняющий пространство воздух играет положительную роль в поддержании влажности и температуры.

Во время вдоха первая порция воздуха поступает в альвеолы из мёртвого пространства. Эффективность дыхания уменьшается при уменьшении ДО, и повышается, т.к. при этом повышается доля мёртвого пространства.

• Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Парциальное давление газов.

Атмосферный воздух (вдыхаемый) содержит 20,94% О₂, 0,3% СО₂, 79% азот.

Выдыхаемый: 16,4 О₂, 4% СО₂, 79,6% азот.

Альвеолярный воздух: 14,5% О₂, 5,5% СО₂, 80% азот.

В альвеолярном воздухе меньше О₂ и больше СО₂, чем в выдыхаемом. Более высокий процент О₂ и низкий СО₂ в выдыхаемом воздухе, т.к. СО₂ является смесью альвеолярного воздуха и воздуха мёртвого пространства, не участвующего в газообмене (во время вдоха и выдоха).

Движущие силы диффузии газов – разность между парциальным давлением этих газов в альвеолярном воздухе и напряжением в крови.

Парциальное давление (ПД) газов в воздухе – часть давления, которая приходится на долю данного газа в смеси газов.

Так, в альвеолярном воздухе парциальное давление О₂=110мм рт ст, а его напряжение в венозной крови – 40 мм рт ст.

Разница 70 мм рт ст способствует перемещению О₂ их альвеолярного воздуха в кровь.

ПД СО₂ в альвеолярном воздухе составляет 40 мм рт ст, а его напряжение в венозной крови – 47 мм рт ст.

Разница в 7 мм рт ст определяет перемещение СО₂ из лёгочных капилляров в альвеолярный воздух.

Скорость диффузии газов зависит от площади альвеол. При увеличении глубины дыхания и соответственно повышенной растяжимости альвеол, увеличивается газообмен.

Скорость диффузии СО₂ из альвеолярного воздуха в кровь в 20 раз выше скорости диффузии О₂ , это связано с тем, что у СО₂ примерно в 20 раз больше растворимость в крови.

Во время мышечной работы увеличивается использование О₂ тканями, повышается образование СО₂ в следствие чего в венозной крови уменьшается напряжение О₂ до 20 мм рт ст, повышается напряжение СО₂ до 60 мм рт ст.

Одновременно в альвеолярном воздухе повышается парциальное давление О₂ до 130 мм рт ст за счёт гипервентиляции лёгких, после чего усиливается газообмен в лёгких.