Цикл лекций (основные положения) «физиология и патология системы органов внешнего дыхания, транспорт

Дыхательный цикл

ПЛАН

Тема: Физиология дыхательной системы.

Лекция № 11

1. Газообмен в легких и транспорт кислорода и углекислого газа кровью.

2. Дыхательный центр, его локализация и строение.

3. Гуморальные механизмы регуляции дыхания.

4. Рефлекторные механизмы регуляции дыхания.

5. Дыхательный цикл. Механизмы вдоха и выдоха.

6. Легочные объемы. Легочная вентиляция.

7. Дыхание в разных условиях. Искусственное дыхание

ЦЕЛЬ: знатьэтапы процесса дыхания, механизм дыхательных движений, механизм 1-го вдоха новорожденного, структуры, участвующие в процессе дыхания, состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Газообмен в легких совершается между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров путем диффузии в результате разницы парциального давления дыхательных газов. Парциальным (т.е. частичным) давлением называется та часть общего давления, которая приходится на общую долю каждого газа на долю смеси. Эта часть зависит от процентного содержания газа в смеси. Чем она больше, тем выше парциальное давление данного газа.

Пониженное давление кислорода в тканях организма заставляет этот газ двигаться к ним. Для углекислого газа градиент давления направлен в обратную сторону и углекислый газ переходит в окружающую среду.

Поскольку парциальное давление О2 в альвеолярном воздухе (106 мм рт.ст.) больше, чем в притекающей венозной крови (40 мм рт.ст.), то О2 диффундирует через альвеолы в капилляры. Напротив, напряжение СО2 в венозной крови (47 мм рт.ст.) больше, чем в альвеолярном воздухе (40 мм рт.ст.), поэтому СО2 диффундирует в альвеолы. Скорость диффузии для СО2 в 20-25 раз выше, чем для О2. Поэтому обмен СО2 происходит в легких достаточно полно, несмотря на небольшую разницу парциального давления этого газа (7 мм рт.ст.). Скорость диффузии О2 через альвеолярную мембрану составляет только 1/20-1/25 скорости диффузии СО2. Поэтому полного выравни­вания давления О2 между артериальной кровью и альвеолярным воздухом не происходит, и оттекающая от легких артериальная кровь имеет напряжение О2 на 6 мм рт.ст. ниже, чем в альвеолах. Заметим при этом, что весь О2 должен пройти через стадию растворения в плазме крови.

В целом напряжение дыхательных газов в оттекающей артери­альной крови становится практически таким же, как их парциальное давление в альвеолах легких.

Человек в покое потребляет в минуту около 250 мл кислорода и выделяет при этом в среднем 200 мл углекислого газа. В крови О2 и СО2 могут находиться в двух состояниях: в физически растворенном и в химически связанном виде.

В 100 мл крови в растворенном состоянии в плазме находится 0.3 мл О2, 2.5-3 мл СО2; в химически связанном виде — 19-20 мл О2 и 48-51 мл СО2.

1 г гемоглобина связывает 1.34 мл О2. Кислородная емкость всей крови человека, содержащей примерно 750 г гемоглобина, составляет около 1000 мл.

Транспорт О2 обеспечивается в основном за счет химической связи его с гемоглобином эритроцитов. Одна молекула гемоглобина присоединяет 4 молекулы О2, при этом гемоглобин превращается в оксигемоглобин, а кровь из вишневой — венозной становится ярко-алой — артериальной. Насыщение гемоглобина О2 зависит в первую очередь от парциального давления газа в атмосферном и альвеоляр­ном воздухе и совершается не линейно, а по 8-образной кривой, полу­чившей название кривой связывания или диссоциации оксигемоглобина.

При низком парциальном давлении О2 (до 20 мм рт.ст.) скорость образования оксигемоглобина невелика. Максимальное количество гемоглобина (45-80%) связывается с О2 при его напряжении 26-46 мм рт.ст. Дальнейшее повышение напряжения О2 приводит к снижению скорости образования оксигемоглобина.

На диссоциацию (расщепление) оксигемоглобина и переход О2 из крови в ткани влияют 3 фактора:

1) парциальное давление (напряжение) О2 в тканях (0-20 мм рт.ст.);

2) кислотность среды, в частности, СО2;

3) температура тела человека.

Действие этих факторов проявляется и в покое, но особенно с усиливается при физической работе.

Образовавшийся в тканях углекислый газ вследствие разности напряжения диффундирует в межтканевую жидкость, плазму крови, а из нее — в эритроциты. В эритроцитах около 10% СО2 соединяется с гемоглобином, образуя карбгемоглобин. Остальная часть СО2 соединяется с водой и превращается в угольную кислоту (в эритроцитах).

Эта реакция ускоряется в 20000 раз особым ферментом — карбоангидразой, находящейся в эритроцитах (в тканевых капиллярах). В легочных капиллярах, где давление СО2 сравнительно низкое карбоангидраза ускоряет в 300 раз расщепление угольной кислоты на воду и СО2, который диффундирует в альвеолярный воздух. Угольная кислота в тканевых капиллярах реагирует с ионами натрия и калия и образует бикарбонаты (МаНСО3, КНСО3).

Читайте также:  Что купить от кашля при остром и хроническом состоянии выбор препаратов

Таким образом, СО2 транспортируется к легким в физически растворенном виде и в непрочном химическом соединении в виде карбгемоглобина, угольной кислоты и бикарбонатов натрия и калия. Две трети СО2 находится в плазме и одна треть — в эритроцитах. Важная роль в сложных механизмах транспорта СО2 принадлежит карбоангидразе эритроцитов.

Дыхательным центром называется совокупность нейронов, обеспечивающих деятельность аппарата дыхания и его приспособление к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. Эти нейроны находятся в спинном, продолговатом мозге, варолиевом мосту, гипоталамусе и коре большого мозга. Основной структурой задающей ритм и глубину дыхания, является продолговатый мозг, который посылает импульсы к мотонейронам спинного мозга, иннервирующим дыхательные мышцы. Мост, гипоталамус и кора контролируют и корригируют автоматическую деятельность нейронов вдоха и выдоха продолговатого мозга. Функции дыхательного центра подробно исследовал в 1885 году отечественный физиолог Н.А.Миславский.

Дыхательный центр продолговатого мозга является парным, симметрично расположенным на дне ромбовидной ямки образованием. В его состав входят две группы нейронов: инспираторные, обеспечивающие вдох, и экспираторные, обеспечивающие выдох. Между этими нейронами существуют реципрокные (сопряженные) соотношения. Это значит, что возбуждение нейронов вдоха сопровождается торможением нейронов выдоха и, наоборот, возбуждение нейронов выдоха сочетается с торможением нейронов вдоха. Мотонейроны, иннервирующие диафрагму, расположены в III -1У шейных сегментах, иннервирующие межреберные дыхательные мышцы, — в III -ХП грудных сег­ментах спинного мозга. При перерезке на границе между продол­говатым и спинным мозгом наблюдается полное прекращение дыха­ния, между мостом и продолговатым мозгом — дыхание сохраняется. Повреждение нейронов вдоха и выдоха продолговатого мозга прекращает дыхание.

Дыхательный центр очень чувствителен к избытку уг­лекислого газа, который является его главным естественным возбуди­телем. При этом избыток СО2 действует на дыхательные нейроны как непосредственно (через кровь и спинномозговую жидкость), так и рефлекторно (через хеморецепторы сосудистого русла и продолго­ватого мозга).

Роль избытка СО2 на деятельность дыхательного центра была впервые доказана бельгийским физиологом Леоном Фредериком в 1890 г. в опытах с перекрестным кровообращением собак. В этих опытах прекращение искусственного дыхания у собаки-донора усили­вало дыхание у реципиента, а при усилении вентиляции легких донора у собаки-реципиента наблюдалась остановка дыхания. Роль СО2 в регуляции дыхания выявляется при вдыхании газовых смесей, содержащих 5-7% СО2. При этом происходит увеличение легочной вентиляции в 6-8 раз (Дж.Холден). Вот почему при угнетении функции дыхательного центра и остановке дыхания наиболее эффективным является вдыхание не чистого О2, а карбогена, т.е. смеси 5-7% СО2 и 95-93% О2. Повышенное содержание и напряжение кислорода в среде обитания, крови и тканях организма (гипероксия) может привести к угнетению дыхательного центра.

После предварительной гипервентиляции, т.е. произвольного увеличения глубины и частоты дыхания, обычная 40-секундная за­держка дыхания может возрасти до 3-3.5 минут, что указывает не только на увеличение количества кислорода в легких, но и на уменьшение СО2 в крови и снижение возбуждения дыхательного центра вплоть до остановки дыхания. При мышечной работе в тканях и крови возрастает количество молочной кислоты, СО2, которые явля­ются мощными стимуляторами дыхательного центра. Снижение на­пряжения О2 в артериальной крови (гипоксемия) сопровождается увеличением вентиляции легких (при подъеме на высоту, при легочной патологии).

Механизм первого вдоха новорожденного.

У родившегося ребенка после перевязки пуповины прекращается газообмен через пупочные сосуды, контактирующие в плаценте с кро­вью матери. В крови новорожденного накапливается углекислый газ, который, так же как и недостаток кислорода, гуморально возбуждает его дыхательный центр и вызывает первый вдох.

Рефлекторная регуляция дыхания осуществляется постоян­ными и непостоянными рефлекторными влияниями на функцию дыха­тельного центра.

Постоянные рефлекторные влияния возникают в результате раздражения следующих рецепторов:

1) механорецепторов альвеол — рефлекс Э.Геринга-И.Брейера (1868);

2) механорецепторов корня легкого и плевры плевропульмональный рефлекс;

3) хеморецепторов сонных синусов — рефлекс К.Гейманса (1930);

4) проприорецепторов дыхательных мышц.

1) Рефлекс Э.Геринга-И.Брейера называют рефлексом торможе­ния вдоха при растяжении легких. Суть его: при вдохе в легких возникают импульсы, рефлекторно тормозящие вдох и стимулирую­щие выдох, а при выдохе — импульсы, рефлекторно стимулирующие вдох. Он является примером регуляции по принципу обратной связи. Перерезка блуждающих нервов выключает этот рефлекс, дыхание ста­новится редким и глубоким. У спинального животного, у которого произведена перерезка спинного мозга на границе с продолговатым, после исчезновения спинального шока дыхание и температура тела не восстанавливаются совсем.

Читайте также:  ПЕРСЕН таблетки - инструкция по применению, дозировки, аналоги, противопоказания - Здоровье

2) Плевропульмональный рефлекс возникает при возбуждении механорецепторов легких и плевры при растяжении последних. В ко­нечном итоге он изменяет тонус дыхательных мышц, увеличивая или уменьшая дыхательный объем легких.

3) Рефлекс КГейманса заключается в рефлекторном усилении дыхательных движений при повышении напряжения СО2 в крови омывающей сонные синусы.

4) К дыхательному центру постоянно поступают нервные им­пульсы от проприорецепторов дыхательных мышц, которые при вдохе тормозят активность нейронов вдоха и способствуют наступлении выдоха.

Непостоянные рефлекторные влияния на активность дыхательного центра связаны с возбуждением экстеро- и интерорецепторов:

— слизистой оболочки верхних дыхательных путей;

— температурных и болевых рецепторов кожи;

— проприорецепторов скелетных мышц.

Например, при вдыхании аммиака, хлора, дыма и т.д. наблюдается рефлекторный спазм голосовой щели и задержка дыхания; при раздражении слизистой оболочки носа пылью — чихание; гортани трахеи, бронхов — кашель.

Кора большого мозга, посылая импульсы к дыхательному центру, принимает активное участие в регуляции нормального дыхания. Именно благодаря коре осуществляется приспособление дыхания при разговоре, пении, спорте, трудовой деятельности человека. Она участ­вует в выработке условных дыхательных рефлексов, в изменении дыха­ния при внушении и т.д. Так, например, если человеку, находящемуся в состоянии гипнотического сна, внушить, будто он выполняет тяжелую физическую работу, дыхание усиливается, несмотря на то, что он продолжает оставаться в состоянии полного физического покоя.

По М.В.Сергиевскому регуляция активности дыхательного центра представлена тремя уровнями.

Первый уровень регуляции активности дыхательного центра включает спинной мозг. В нем располагаются центры диафрагмальных и межреберных нервов, обусловливающие сокращение дыхательных мышц. Этот уровень регуляции не может обеспечивать ритмичную смену фаз дыхательного цикла, так как афферентные импульсы от дыхательного аппарата, минуя спинной мозг, направляются не­посредственно в продолговатый мозг.

Второй уровень регуляции активности дыхательного центра включает продолговатый мозг. Здесь находится дыхательный центр, который воспринимает и перерабатывает различные афферентные импульсы от дыхательного аппарата и рефлексогенных сосудистых зон. Этот уровень обеспечивает ритмичную смену фаз дыхания и ак­тивность спинномозговых мотонейронов, аксоны которых иннервируют дыхательную мускулатуру.

Третий уровень регуляции активности дыхательного центра включает верхние отделы головного мозга, включая кору. Этот уро­вень обеспечивает адекватное приспособление дыхания к изменяю­щимся условиям окружающей среды.

Дыхательный цикл состоит из вдоха, выдоха и паузы. Обычно вдох короче выдоха. Длительность вдоха у взрослого человека составляет от 0.9 до 4.7 с, длительность выдоха — 1.2-6 с. Дыхательная пауза различна по величине и может даже отсутствовать. Частота дыхания, определяемая по числу экскурсий грудной клетки в минуту, составляет в норме у взрослых 12-18 в минуту, у новорож­денных — 60, у пятилетних детей — 25 экскурсий в минуту. В любом возрасте частота дыхания меньше частоты сердечных сокращений примерно в 4-5 раз.

На частоту и глубину дыхания влияют многие факторы: физичес­кая нагрузка, степень тренированности организма, температурный фактор, эмоциональное состояние, интенсивность обмена веществ и т.д. Чем чаще и глубже дыхание, тем больше кислорода поступает в легкие и соответственно больше углекислого газа выводится из организма.

Вдох (инспирация) совершается вследствие увеличения объема грудной клетки в трех направлениях: вертикальном, сагиттальном, фронтальном в основном за счет сокращения наружных межреберных мышц и уплощения купола диафрагмы. При вдохе легкие пассивно следуют за увеличивающейся в размерах грудной клеткой. Дыхательная поверхность легких увеличивается, давление же в них понижается и становится на 2-4 мм рт.ст. ниже атмосферного. Это способствует поступлению воздуха через дыхательные пути в легкие. Быстрому выравниванию давления в легких препятствует голосовая щель, так как в этом месте воздухоносные пути сужены. Только на высоте вдоха происходит полное заполнение воздухом расширенных альвеол легких.

Выдох (экспирация) осуществляется в результате расслабления наружных межреберных мышц и поднятия купола диафрагмы. При этом грудная клетка возвращается в исходное положение, и дыхательная поверхность легких уменьшается. Растянутые легкие благодаря своей эластичности уменьшаются в объеме. Давление воздуха в легких становится на 3-4 мм рт.ст. выше атмосферного, что облегчает выход воздуха из них в окружающую среду. Медленному выходу воздуха из легких способствует сужение голосовой щели.

Читайте также:  Как лечить расстройство кишечника - таблетки от расстройства желудка

Механизм изменения объема легких при дыхании может быть продемонстрирован с помощью модели Ф.Дондерса. Она доказывает, что непосредственной причиной изменения объема легких при вдохе и выдохе является изменение размеров грудной клетки и давления в плевральной полости.

В повседневной клинической практике широко используют определение четырех легочных объемов и четырех емкостей легких. Для этой цели применяют специальные приборы: спирометры, спирографы и др.

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 4531 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Дыхательный цикл

Для того чтобы понять нейронные процессы, лежащие в основе дыхания, необходимо вспомнить о том, что дыхание — это ритмическое сокращение и расслабление дыхательных мышц. При спокойном дыхании это сокращение мышечной части диафрагмы и прекращение этого сокращения. Явления, происходящие в аппарате внешнего дыхания между началом следующих друг за другом вдохов (инспираций), называются дыхательным циклом. Длительность дыхательного цикла у человека от 3 до 5 секунд. Важно учесть, что дыхательный цикл состоит не из двух, а из трех фаз.

Первая фаза дыхательного цикла — инспирация. В эту фазу возникает возбуждение диафрагмальных мотонейронов. Вслед за инспираторной активностью появляется ток воздуха в легкие. Далее наблюдается повышение активности инспирации, в это время воздух с постоянной скоростью поступает в легкие. Возбуждение постепенно усиливается в течение 1 — 2,5 секунд (при спокойном дыхании) за счет подключения дополнительных мотонейронов. В диафрагмальном нерве содержится около 1000 аксонов мотонейронов, которые возбуждаются не одновременно. Затем возбуждение диафрагмальных мотонейронов резко ослабляется, прекращается инспираторная активность. Это прекращение инспираторной активности, которое является началом экспирации, приводит к расслаблению инспираторных мышц.

Экспирация состоит из двух фаз. Упругие силы, накопившиеся в легких во время инспирации (растяжение эластических компонентов легочной ткани), обеспечивают ток воздуха из легких. Следует обратить внимание на то, что в конце инспирации силы растяжения легких настолько велики, что им требуется противодействие (в противном случае выдох будет слишком быстрым). Инспираторные мышцы на некоторое время остаются сокращенными. Эта фаза называется постинспирация. Постинспираторная активность противодействует упругим силам и делает выдох более медленным и плавным. Во время второй фазы экспирации импульсная активность диафрагмальных мотонейронов отсутствует. При спокойном дыхании не наблюдается и активности мотонейронов экспираторных мышц. При углублении дыхания появляется активность экспираторных нейронов и мышц, и выдох становится активным.

Основными параметрами дыхательного цикла, которые можно измерить, являются: дыхательный объем, общая длительность цикла, длительность инспирации, длительность экспирации. Совокупность параметров, характеризующих объемно — временные отношения дыхательного цикла принято называть паттерном дыхания (от слова pattern — образец, модель).

Фазы дыхательного цикла

Фазы дыхательного цикла

Состояние дыхательных мышц

Возникновение инспирации и ее усиление

Сокращение диафрагмы и межреберных мышц

Постинспираторная активность — первая фаза экспирации

Сокращение инспираторных мышц небольшой интенсивности

Экспирация — вторая фаза экспирации

Расслабление инспираторных мышц при спокойном дыхании

Расслабление инспираторных мышц и сокращение экспираторных при форсированном дыхании

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ.

Дыхательный цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. Длительность вдоха у взрослого человека от 0,9 до 4,7 с, длительность выдоха — 1,2—6 с. Дыхательная пауза различна по величине и даже может отсутствовать.

Дыхательные движения совершаются с определенным ритмом и частотой, которые определяют по числу экскурсий грудной клетки в 1 мин. У взрослого человека частота дыхательных движений составляет 12—18 в 1 мин.

Глубину дыхательных движений определяют по амплитуде экскурсий грудной клетки и с помощью специальных методов, позволяющих исследовать легочные объемы.

Механизм вдоха. Вдох обеспечивается расширением грудной клетки вследствие сокращения дыхательных мышц – наружных межреберных и диафрагмы. При этом увеличивается объем легких, давление заключенного в них воздуха становится ниже атмосферного, и воздух засасывается в легкие.

Механизм выдоха. Выдох (экспирация) осуществляется в результате расслабления дыхательной мускулатуры, а также вследствие эластической тяги легких, стремящихся занять исходное положение. Эластические силы легких представлены тканевым компонентом и силами поверхностного натяжения, которые стремятся сократить альвеолярную сферическую поверхность до минимума. Однако альвеолы в норме никогда не спадаются. Причина этого – наличие в стенках альвеол поверхностно-активного стабилизирующего вещества – сурфактанта, вырабатываемого альвеолоцитами.

Ссылка на основную публикацию
Цетрин® (таблетки, 10 мг) инструкция по применению, показания
Цитрин — таблетки от аллергии, инструкция по применению и побочные действия Цитрин – таблетки от аллергии 2-го поколения, противоаллергическое средство...
Центр стоматологии «ИНТАН» на Луначарского, Россия, Санкт-Петербург, пр
Центр имплантации и стоматологии Интан на Луначарского Страница создана 14.03.2017 и обновлена 14.11.2018 Выберите тип маршрута и кликните на карте...
Центр стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Информационный каталог Обнинска и его окрестностей
Челюстно лицевая хирургия обнинск отзывы Сейчас пациента интересует не столько лечение конкретного зуба, сколько состояние ротовой полости в целом, удобство...
Цефабол купить в Москве, цены в аптеках, заказать цефабол с доставкой на дом или аптеку, инструкция
Клафоран - инструкция по применению, аналоги, отзывы и формы выпуска (порошок для приготовления раствора антибиотика для уколов в ампулах 1...
Adblock detector