Физиология дыхания

Лекция 24.

Физиология дыхания 1.

План.

1. Сущность дыхания. Механизм вдоха и выдоха.

2. Возникновение отрицательного давления в окололегочном пространстве. Пневмоторакс, ателектаз.

3. Типы дыхания.

4. Жизненная емкость легких и их вентиляция.

1. Сущность дыхания. Механизм вдоха и выдоха. Совокупность процессов, обеспечивающих обмен кислородом и углекислым газом между внешней средой и тканями организма, называется дыханием, а совокупность органов, обеспечивающих дыхание, — системой органов дыхания. Виды дыхания: Клеточное – у одноклеточных через всю поверхность клетки. Кожное – у многоклеточных организмов (черви) через всю поверхность тела. Трахейное – у насекомых через специальные трахеи, проходящие вдоль боковой поверхности тела. Жаберное – у рыб через жабры. Легочное – у земноводных через легкие. У млекопитающих через специализированные органы дыхания: носоглотка, гортань, трахея, бронхи, легкие, а также участвуют грудная клетка, диафрагма и группа мышц: инспираторы и экспираторы.

Легкие (0,6-1,4% массы тела) – парные органы, имеют доли (правое – 3, левое – 2), делящиеся на дольки (в каждой по 12-20 ацинусов), бронхи разветвляются на бронхиолы, заканчиваются альвеолами. Морфологическая и функциональная единица легкого - ацинус (лат. acinus — виноградная ягода) - разветвление респираторной бронхиолы на альвеолярные ходы, заканчивающиеся 400-600 альвеолярными мешочками. Альвеолы заполнены воздухом  и не спадаются благодаря присутствию на их стенках поверхностно-активных веществ - сурфактантов (фосфолипопротеины или липополисахариды). Этапы дыхания: а) легочная вентиляция - газообмен между легкими и внешней средой; б) обмен газов в легких между альвеолярным воздухом и капиллярами малого круга кровообращения; в) транспорт О2 и СО2 кровью; г) обмен газов между кровью капилляров большого круга кровообращения и тканевой жидкостью; д) внутриклеточное дыхание — многоступенчатый ферментативный процесс окисления субстратов в клетках. Основной физический процесс, который обеспечивает перемещение О2 из внешней среды к клеткам и СО2 в обратном направлении, — это диффузия, т. е. движение газа в виде растворенного вещества по градиентам концентрации. Вдох – инспирация. Движение воздуха в легкие и из легких в окружающую среду обусловлено изменением давления внутри легких. Когда легкие расширяются, давление в них становится ниже атмосферного (на 5-8 мм рт. ст.) и воздух насасывается в легкие. Сами легкие не имеют мышечной ткани. Изменение объема легких зависит от изменения объема грудной клетки, т. е. легкие пассивно следуют за изменениями грудной клетки. При вдохе грудная клетка расширяется в вертикальном, сагиттальном и фронтальном направлениях. При сокращении мышц–инспираторов (вдыхатели) - наружные межреберные и диафрагмы, ребра поднимаются вверх, при этом расширяется грудная клетка. Диафрагма принимает конусообразную форму. Все это способствует снижению давления в легких и засасыванию воздуха. Толщина альвеол мала, поэтому газы легко диффундируют через стенку альвеол. Выдох – экспирация. При выдохе расслабляются мышцы-инспираторы и грудная клетка в силу своей тяжести и эластичности реберных хрящей возвращается в исходное положение. Диафрагма расслабляется, куполоообразной формы. Таким образом, в покое выдох происходит пассивно, вследствие окончания вдоха. При форсированном дыхании выдох становится активным - усиливается за счет сокращения мышц-экспираторов (выдыхателей) - внутренние межреберные мышцы, мышцы живота — наружные и внутренние косые, поперечные и прямые брюшные, дорсальный зубчатый выдыхатель. Повышается давление в брюшной полости, что выталкивает диафрагму в грудную полость, ребра опускаются, приближаются друг к другу, что уменьшает объем грудной клетки. Когда легкие спадаются, воздух выжимается, давление в них становится выше атмосферного (на 3-4 мм рт. ст.).

2. Возникновение отрицательного давления в окололегочном пространстве. Пневмоторакс, ателектаз

Легкие в грудной клетке отделяются плевральными листками: висцеральный – прилегает к легким, париетальный – выстилает грудную клетку изнутри. Между листками – плевральная полость. Она заполнена плевральной жидкостью. Давление в плевральной полости всегда ниже атмосферного на 4-10 мм рт. ст. (в легких 760 мм рт. ст.). Это обусловлено: 1) более быстрым ростом грудной клетки в сравнении с легкими в постнатальном онтогенезе; 2) эластической тягой (упругим напряжением) легких, т. е. силой, противодействующей их растяжению воздухом. Плевральная полость герметична от окружающей среды. При попадании воздуха в плевральную полость (пр. при ранении) выравнивается давление в плевральной полости с атмосферным – пневмоторакс, при этом легкое спадается - ателектаз и дыхание может прекратиться. Отрицательное давление плевральной полости образуется при рождении. При первом вдохе грудная клетка расширяется, легкие расправляются, т. к. они герметично отделены - в плевральной полости образуется отрицательное давление. У плода легкие находятся в спавшемся состоянии, грудная клетка уплощена, головка ребер вне суставной ямки. При рождении в крови у плода накапливается углекислый газ, он возбуждает дыхательный центр. Отсюда импульсы поступают к мышцам – инспираторам, которые сокращаются, головки ребер входят в суставные ямки. Грудная клетка увеличивается в объеме, легкие расправляются.

Взаимоотношения между объемом грудной клетки и объемом легкого в процессе дыхания обычно иллюстрируют с помощью физической модели Дондерса:

1. Стеклянный колпак, 2. Сверху - пробка с отверстием, 3. Дно – эластичная пленка с кольцом, 4. Внутри колпака – легкие кролика.

При увеличении объема внутри колпака за счет растягивания эластичной пленки, давление в полости колпака снижается, в легкие поступает воздух через отверстие в пробке, они расширяются и наоборот. 3. Типы дыхания. 1. Грудной или реберный– изменение объема грудной клетки происходит главным образом за счет межреберных мышц (экспираторов и инспираторов). Характерен для собак и женщин. 2. Брюшной или диафрагмальный– изменение объема грудной клетки происходит главным образом за счет диафрагмы и мышц брюшного пресса. Характерен для мужчин. 3. Смешанный или грудобрюшной – изменение объема грудной клетки происходит в равной степени при сокращении межреберных мышц, диафрагмы и мышц брюшного пресса. Характерен для сельскохозяйственных животных. Типы дыхания имеют диагностическое значение: при повреждении органов брюшной или грудной полости изменяются. 4. Жизненная емкость легких и их вентиляция. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) состоит из 3-х объемов воздуха, поступающих и выделяющихся из легких при дыхании: 1. Дыхательный – объем воздуха при спокойном вдохе и выдохе. У мелких животных (собаки, МРС) – 0,3-0,5 л, у крупных (КРС, лошадь) – 5-6 л. 2. Дополнительный или резервный объем вдоха – объем воздуха, который попадает в легкие при максимальном вдохе после спокойного вдоха. 0,5-1 и 5-15 л. 3. Резервный объем выдоха – объем воздуха при максимальном выдохе после спокойного выдоха. 0,5-1 и 5-15 л. ЖЕЛ определяется путем измерения объема максимального выдоха после предшествующего максимального вдоха методом спирометрии. У животных ее определяют при вдыхании газовой смеси с высоким содержанием двуокиси углерода.

Остаточный объем – объем воздуха, который остается в легких даже после максимального выдоха. Воздух «вредного»  или «мертвого» пространства – объем воздуха, который не участвует в газообмене и находится в верхней части дыхательного аппарата – носовая полость, глотка, трахея (20-30%). Значение «вредного» пространства: 1) воздух согревается (обильное снабжение кровеносными сосудами), что препятствует переохлаждению легких; 2) воздух очищается, увлажняется (альвеолярные макрофаги, много слизистых желез); 3) при раздражении ресничек мерцательного эпителия происходит чихание – рефлекторное удаление вредных веществ; 4) рецепторы обонятельного анализатора («обонятельный лабиринт»); 5) регуляция объема вдыхаемого воздуха. Процесс обновления газового состава альвеолярного воздуха при вдохе и выдохе – вентиляция легких. Интенсивность вентиляции определяется глубиной вдоха и частотой дыхательных движений. Глубину вдоха определяют по амплитуде движений грудной клетки, а также измеряя легочные объемы. Частоту дыхательных движений подсчитывают по числу экскурсий грудной клетки за определенный промежуток времени (в 4-5 раз меньше частоты сердечных сокращений) . Лошадь (в мин)– 8-16; КРС – 12-25; МРС – 12-16; свинья – 10-18; собака – 14-24; кролик – 15-30; пушные – 18-40. Минутный объем дыхания – это произведение дыхательного объема воздуха на частоту дыхательных движений в мин. Пр.: лошадь: 5 л х 8 = 40 л Методы изучения дыхания: 1. Пневмография – регистрация дыхательных движений с помощью пневмографа. 2. Спирометрия – измерение дыхательных объемов при помощи спирометров.