Семинарское занятие «Гемодинамика и дыхание»
Цель – изучить особенности гемодинамики и дыхания организма человека.
Задачи:
Рассмотреть закономерности гемодинамики по кругам кровообращения. Изучить факторы, осуществляющие и обеспечивающие процесс гемодинамики. Охарактеризовать этапы процесса дыхания. Изучить биомеханизм внешнего дыхания и газообмена в лёгких. Определить роль микроциркуляторного русла в процессе гемодинамики и газообмена. Изучить методики оценки функционального состояния кровообращения и дыхания. Рассмотреть механизмы регуляции гемодинамики и внешнего дыхания в организме человека. Оценить роль функциональных систем в процессе поддержания гомеостаза гемодинамики и газового состава крови в организме человека.Ответьте на вопросы в заданной последовательности:
Что такое система кровообращения?
Охарактеризуйте каждую из особенностей гемодинамики в организме человека.
Перечислите группы факторов гемодинамики. Укажите особенности каждой из групп.
Что такое тоны сердца, верхушечный толчок? Как определить данные показатели?
Что такое электрокардиограмма, артериальное давление, пульс?
Объясните механизм регуляции уровня артериального давления в организме человека.
Что такое процесс дыхания?
Охарактеризуйте этапы дыхания.
Объясните биомеханизм внешнего дыхания. Сравните механизмы акта вдоха и выдоха. Почему они являются антогонистами.
Охарактеризуйте основные легочные объемы и показатели деятельности дыхательной системы.
Как происходит процесс газообмена в легких.
Объясните механизм саморегуляции дыхания.
Как осуществляется произвольная регуляция дыхания? В чем ее значение?
II Заполните таблицу
№ п. п | Параметр | Вдох | Выдох |
| Межреберные мышцы | |||
| Положение диафрагмы | |||
| Положение ребер | |||
| Объем грудной клетки | |||
| Объем плевральной полости | |||
| Давление в плевральной полости | |||
| Давление в легких относительно атмосферного давления | |||
| Направление воздуха |
Теоретическая справка.
Закономерности гемодинамики по кругам кровообращения
Система кровообращения - это замкнутая система, осуществляющая процесс гемодинамики по кругам кровообращения. Движение крови по кругам кровообращения подчиняется определённым закономерностям:
1. Наличие односторонней гемодинамика – кровь по сосудам течёт в одном направлении: артериальная система – микроциркуляторное русло - венозная система.
2. Гемодинамика всегда начинается от желудочков сердца и заканчивается предсердиями сердца. Малый круг или лёгочный начинается от правого желудочка и заканчивается левым предсердием. Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка и заканчивается правым предсердием.
3. В каждом круге кровообращения в результате обмена происходит переход крови из одного вида в другой: в малом круге кровообращения в результате газообмена происходит переход венозной крови в артериальную. В связи с этим по артериям в малом круге кровообращения течёт венозная кровь, а в венах - артериальная. В большом круге в результате обмена веществ и газообмена артериальная кровь переходит в венозную.
4. В кругах кровообращения гемодинамика осуществляется под различным давлением. Самое высокое давление в артериальной системе, а далее оно снижается и достигает минимума в венозной системе. Это обеспечивает одностороннюю гемодинамику
5. В артериальной системе кровь под максимальным артериальным давлением движется с определённой скоростью от сердца в микроциркуляторное русло самым коротким путём по сосудам эластического, мышечного и смешанного типов.
6. Все обменные процессы осуществляются через гематические барьеры микроциркуляторного русла. МЦР представлено в основном капиллярной системой и располагается только внутриорганно. Является самой многочисленной ёмкостной системой, суммарный диаметр капиллярного русла на много превышает суммарный диаметр всего остального сосудистого русла. В связи с чем, большая часть капилляров находится в закрытом состоянии. Соотношение открытых и закрытых капилляров зависит от функционального состояния организма человека.
7. В процессе гемодинамики, при определённых условиях, может происходить поступление артериальной крови из артериальной системы в венозную, минуя микроциркуляторное русло через систему шунтирующих сосудов, соединяющих артерии и вены.
8. Кровь по сосудистой системе движется с определённой скоростью (линейной и объёмной). Зависит скорость от вида сосудов, их местоположения, состояния крови.
9. В основе регуляция гемодинамики лежит механизм нейрогуморальной регуляции, обеспечивающий процессы саморегуляции и комплексной регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы. Механизм саморегуляции реализуется на основе принципа круговой рефлекторной связи, Комплексная регуляция включается при изменении функционального состояния организма человека и изменении гомеостаза и реализуется за счёт формирования специфических функциональных систем.
Процесс гемодинамики реализуется за счёт факторов гемодинамики:
1. Кровяные факторы: состав, свойства, объём циркулирующей крови, состояние гематокрита. Данные факторы влияют на скорость кровотока, уровень кровяного давления, свёртываемость крови.
2. Сосудистые факторы: характеризуют морфо-функциональное состояние стенок сосудов - это эластичность сосудов, состояние тонуса сосудов, соотношение открытых и закрытых капилляров. Эластичность - это способность сосудов растягиваться, увеличивая диаметр, и возвращаться в исходное состояние (характерна для сосудов эластического и смешанного типов). Тонус - это свойство сосудов мышечного типа изменять за счёт мышечного слоя степень напряжения (сосуды уменьшают диаметр и возвращаются в исходное положение).
3. Сердечные факторы: связаны с особенностями работы сердца. На гемодинамику влияет величина ударного объёма крови, которая зависит: от силы систолы левого желудочка, наполняемости кровью левого желудочка, частоты сердечных сокращений, которые взаимосвязаны друг с другом.
4. Регуляторные факторы: нервные вегетативные и гуморальные факторы, влияющие на гемодинамику. Вегетативное влияние на гемодинамику осуществляется в первую очередь за счёт симпатической нервной системы. Все периферические артерии и артерии центральной нервной системы иннервируются только симпатической нервной системой и в норме не переходят в состояние полного расслабления (дилатации), а только изменяют степень своего напряжения. Сосуды внутренних органов иннервируются симпатической и парасимпатической нервной системой.
5.Вспомагательные факторы: - это факторы, улучшающие гемодинамику. К ним относят мышечную систему, деятельность которой улучшает гемодинамику по телу человека, обеспечивает изменение давления в грудной и брюшной полости, что формирует феномен насоса для системы кровооттока.
Основными показателями, характеризующими состояние кровообращения являются: пульс, артериальное давление, скорость кровотока, ударный объём крови, электрокардиограмма.
Тоны сердца - это звуковые явления, обусловленные работой сердца.
Верхушечный толчок - это удары верхушки сердца в зону её проекции на переднюю грудную стенку. Определяется пальпаторно.
Электрокардиограмма (ЭКГ) - это графическое изображение биоэлектрических потенциалов сердца во время систолы и диастолы сердца.
Артериальное давление - это давление артериальной крови на стенки артериальных сосудов во время систолы и диастолы сердца.
Пульс - это колебания стенок артерий при прохождении по ним ударной волны крови, обусловленной систолой левого желудочка.
Регуляция уровня АД.
Механизм саморегуляции уровня артериального давления основан на функционировании реципрокного рефлекторного сосудодвигательного центра, расположенного в ромбовидной ямке продолговатого мозга. Сущность данного механизма заключается в изменении тонуса артериальных сосудов мышечного типа при прохождении ударного объёма крови по ним и после прохождения ударной волны крови. В момент прохождения ударной волны артерии снижают напряжение за счёт снижения тонуса симпатического влияния и расширяются. При этом формируется систолическое артериальное давление. После прохождения ударной волны крови напряжение артериальных сосудов повышается за счёт восстановления симпатической иннервации и просвет их суживается. Это обеспечивает формирование диастолического, или сосудистого артериального давления.
При отклонении уровня артериального давления от нормы, что наблюдается при различных функциональных состояниях человека, включается механизм формирования функциональных систем поддержания уровня артериального давления, которые обеспечивают возвращение артериального давления к норме при достижении человеком полезного действия.
Физиологическая характеристика процесса дыхания:
Процесс дыхания – это совокупность реакций, направленных на удовлетворение клеточных потребностей организма человека в кислороде. Данный процесс многоэтапный, комплексный. Основная задача заключается в доставке экзогенного кислорода клеткам и выведении из организма углекислого газа. Основными этапами процесса дыхания являются этапы внешнего и внутреннего дыхания.
1-й этап. Внешнее дыхание. Сущность данного этапа заключается в газообмене между атмосферным воздухом и альвеолярным воздухом лёгких. Осуществляется за счёт актов вдоха и выдоха. Благодаря внешнего дыхания обеспечивается оптимальный уровень парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе на уровне 100 мм. рт. ст.
2-й этап. Газообмен в лёгких. Осуществляется между альвеолярным воздухом лёгких и венозной кровью малого круга кровообращения через аэрогематический барьер. В основе газообмена лежит разность парциального давления кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и венозной крови малого круга кровообращения. В результате газообмена происходит переход венозной крови малого круга кровообращения в артериальную кровь.
3-й этап. Транспорт кислорода кровью. Основан на физиологических свойствах крови и закономерностях гемодинамики. Осуществляется транспорт кислорода в микроциркуляторное русло большого круга кровообращения и обеспечивается необходимый уровень парциального давления кислорода в капиллярном русле.
4-й этап. Газообмен в микроциркуляторном русле или тканевое дыхание. Осуществляется между артериальной кровью большого круга кровообращения тканями и клетками, в результате чего происходит переход артериальной крови в венозную кровь. Осуществляется газообмен через гистогематические барьеры. В основе газообмена в МЦР лежит разность парциального давления кислорода и углекислого газа в артериальной крови, тканевой и целлюлярной жидкости. Происходит газообмен за счёт высокой избирательной проводимости для газов гистогематических барьеров.
5-й этап. Утилизация кислорода органеллами клетки. Осуществляется на основе окислительно-восстановительных процессов, происходящих в клетках и тканях. Происходит удовлетворение клеточных потребностей в кислороде, образование и выведение углекислого газа. Образуемый углекислый газ регулирует поддержание в организме человека кислотно-основного баланса и является важным элементом в регуляции активности дыхательного центра.
2. Биомеханизм процесса внешнего дыхания: заключается в постоянно совершаемых актах вдоха и выдоха.
Акт вдоха – это активный акт, осуществляемый за счёт работы дыхательных мышц в несколько этапов:
1. Сокращение дыхательных мышц и увеличение объёма грудной полости за счёт уплощения диафрагмы и переход рёбер в горизонтальное положение.
2. В связи с увеличением объёма грудной клетки происходит увеличение в объёме плевральной полости и формирование вокруг лёгких разряжённого пространства.
3. В связи со снижением давления в плевральной полости относительно давления в лёгких, происходит расширение альвеолярного воздуха и соответственно расширение лёгких.
4. В результате расширения лёгких происходит снижение давления альвеолярного воздуха лёгких относительно атмосферного. В связи с этим атмосферный воздух поступает из зоны высокого давления в зону низкого, то есть в лёгкие.
Акт выдоха: пассивный акт, формируемый в результате расслабления дыхательных мышц и возвращения грудной клетки и диафрагмы в исходное положение. Лёгкие подвергаются компрессии, давление альвеолярного воздуха растёт и превышает атмосферное давление. В связи с этим воздух из лёгких выходит наружу. Чем выше степень компрессии лёгких, тем больше объём выдыхаемого воздуха.
Акты вдоха и выдоха: - осуществляются за счёт работы основных и вспомогательных дыхательных мышц. Типы внешнего дыхания: грудной, брюшной, смешанный.
Основные лёгочные объёмы и показатели деятельности:
Дыхательный объём - это объём воздуха вдыхаемый и выдыхаемый в состоянии полного покоя (500 – 600 мл.). Резервный вдох и резервный выдох – это объём воздуха дополнительно вдыхаемый и выдыхаемый после спокойного вдоха и выдоха (1,5 – 2,0 л) Жизненная ёмкость лёгких (ЖЁЛ) – это объём воздуха выдыхаемый человеком при максимальном выдохе после максимального вдоха (2,5 – 3,5 л) Остаточный объём - объём воздуха, который остаётся в лёгких после максимального выдоха (500мл). Общий дыхательный объём – Это сумма жизненной ёмкости лёгких и остаточного объёма (4-5 л). Лёгочная вентиляция – это объём воздуха вдыхаемый и выдыхаемый человеком за единицу времени (1 минута). Равна частота дыхания х дыхательный объём. Воздух мёртвого пространства: объём воздуха дыхательных путей, не участвующий в газообмене. Частота дыхания – количество дыхательных актов за одну минуту. В норме составляет от 16 до 20 актов в минуту. Менее 16 актов в минуту – это брадипноэ, а более 20 актов – тахипноэ.Газообмен в лёгких - этап процесса дыхания, происходящий в ацинусах лёгких на уровне аэрогематических барьеров между альвеолярным воздухом лёгких и венозной кровью малого круга кровообращения. В основе газообмена лежит разность парциального давления кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и венозной крови и движения газов из зоны высокого давления в зону низкого давления. Так как парциальное давление кислорода в артериальной крови равно 100 мм рт ст., а в венозной крови 40 мм рт ст., то кислород поступает из альвеолярного воздуха в венозную кровь, пока давление его станет равным 100мм рт ст. Такая кровь называется артериальной. Парциальное давление углекислого газа равно в венозной крови равен 46 мм. рт. ст., а в альвеолярном воздухе – 38 мм рт ст. Так как парциальное давление углекислого газа в венозной крови превышает парциальное давление в альвеолярном воздухе, то углекислый газ поступает из венозной крови в альвеолярный воздух. При этом парциальное давление углекислого газа не должно в норме снижаться ниже 40 мм рт ст.
Виды и механизмы регуляции вдоха и выдоха. Регуляция внешнего дыхания осуществляется за счёт механизмов нейрогуморальной регуляции. Выделяют механизм непроизвольной регуляции или саморегуляции и произвольной регуляции процесса внешнего дыхания.
Центральным звеном рефлекторной саморегуляции является дыхательный центр ромбовидной ямки продолговатого мозга, функционирующий по принципу соотношения. Он состоит из двух антогонистических центров: экспираторного или выдоха и инспираторного или вдоха. Эти два центра никогда не бывают одновременно в состоянии возбуждения. Центр вдоха связан с дыхательными центрами спинного мозга и регулирует их активность. Центр выдоха или экспираторный осуществляет контроль за функциональным состоянием рабочих органов, осуществляющих процесс внешнего дыхания.
Пусковым моментом в саморегуляции внешнего дыхания является пороговая концентрация в крови углекислого газа и угольной кислоты. Эти химические вещества и газы являются активаторами инспираторной части дыхательного центра, что приводит к активации дыхательных центров спинного мозга. Активные дыхательные центры спинного мозга иннервируют дыхательные мышцы, тем самым осуществляя акт вдоха.
В результате акта вдоха происходит раздражение механорецепторов лёгких и дыхательных мышц с образованием нервных импульсов. Эти импульсы идут по чувствительным нервам к центру выдоха или экспираторному и переводят его в состояние возбуждения. Возбуждённый экспираторный центр тормозит центр вдоха или инспираторный центр, что приводит к расслаблению дыхательных мышц и осуществлению акта выдоха.
Произвольная регуляция внешнего дыхания осуществляется за счёт пирамидной системы регуляции произвольных движений. Высшие корковые центры регуляции внешнего дыхания локализуются в зоне коры прецентральной извилины лобных долей конечного мозга. Произвольная регуляция внешнего дыхания позволяет осознанно изменять её активность и обеспечивать фонетические процессы и адаптационные.
