Вентиляция легких и внутрилегочный объем газов

Легочной вентиляцией называют объем воздуха, вдыхаемого за единицу времени (обычно используют минутный объем дыхания).

Таким образом, вентиляция — это произведение дыхательного объема на частоту дыхательных циклов. Однако в легочном газообмене участвует не весь вентилируемый воздух, а лишь та его часть, которая достигает альвеол.

Дело в том, что примерно 1/3 дыхательного объема покоя приходится на вентиляцию так называемого мертвого пространства, заполненного воздухом, который непосредственно не участвует в газообмене и лишь перемещается в просвете воздухоносных путей при вдохе и выдохе (рис. 10.17). Следовательно, вентиляция альвеолярных пространств — альвеолярная вентиляция — представляет собой легочную вентиляцию за вычетом вентиляции мертвого пространства. Именно альвеолярная вентиляция обеспечивает обмен газов в легких.

 

количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха, называется остаточнымобъемом, его величина равна примерно 1200 мл.

Функциональная остаточная ёмкость (ФОЕ) — объём воздуха в лёгких и дыхательных путях после спокойного выдоха.

Функциональная остаточная емкость включает остаточный объем и резервный объем выдоха (FRC — = RV + ERV); ее можно также рассматривать как разность между общей емкостью легких.

частота дыхания человека
Обычно человек делает около 16 вдохов в минуту, получая 8 л воздуха. В зависимости от того, спит человек или бодрствует, находится в состоянии относительного покоя или физической активности, у него происходит изменение частоты и глубины дыхания. Во время сна частота дыхания — 12 вдохов в минуту, при усиленной работе мышц она возрастает в два и более раза.
При максимальном произвольном усилении дыхания частота вдохов и выдохов может возрасти до 50—60 в минуту, объем потребляемого воздуха — до 2 л на один вдох, соответственно, за минуту-до 100-200 л.

 

Спирометрия (спирография) - доступный и очень информативный метод диагностики заболеваний органов дыхания.

Данный метод позволяет оценивать функциональное состояние легких и бронхов, в частности жизненную ёмкость легких, проходимость дыхательных путей, выявлять обструкцию (спазм бронхов) и степень выраженности патологических изменений.

С помощью компьютерной спирометрии можно:

· точно выявить скрытый спазм бронхов - основной симптом легочных заболеваний - бронхиальной астмы и хронического обструктивного бронхита

· провести точную дифференциальную диагностику между этими заболеваниями

· оценить степень тяжести болезни

· подобрать оптимальную тактику лечения и определить эффективность проводимой терапии в динамике

 

Показания к проведению спирографии:

· длительный и затяжной беспричинный кашель (в течение 3-4 недель и более, часто после перенесенных ОРВИ и острого бронхита)

· возникает одышка, ощущение «заложенности» в грудной клетке

· возникает «сипящее» и «свистящее» дыхание преимущественно при выдохе

· возникает ощущение затрудненного выдоха и вдоха

 

5. «Мертвое» пространство, его объем и физиологическое значение. Распределение дыхательного объема между «мертвым» пространством и легочными альвеолами. Степень обновления альвеолярного воздуха. Зависимость альвеолярной вентиляции от глубины и частоты дыхания.

Мертвое пространство - часть дыхательного тракта, в котором газ не участвует в обмене.

Объем мертвого пространства составляет около 150 мл.

 

6. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Относительное постоянство газового состава альвеолярного воздуха, его причины. Обмен газов в легких, факторы, способствующие газообмену (поверхность контакта, градиент напряжения дыхательных газов, диффузионная способность легких). Значение соотношения между альвеолярной вентиляцией и кровотоком в легочных капиллярах (перфузией капилляров). Функциональное «мертвое» пространство.

При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха. Этот объем воздуха называется дыхательным объемом. После спокойного вдоха человек может еще максимально вдохнуть некоторое количество воздуха - это резервный объем вдоха, он равен 2500-3000 мл. После спокойного выдоха можно еще максимально выдохнуть некоторое количество воздуха - это резервный объем выдоха, он равен 1300-1500 мл.

 

Вдыхаемый воздух содержит 20,93% кислорода и 0,03% углекислого газа, выдыхаемый воздух - кислорода 16%, углекислого газа 4,5% и в альвеолярном воздухе содержится 14% кислорода и 5,5% углекислого газа. В выдыхаемом воздухе углекислого газа содержится меньше, чем в альвеолярном. Это связано с тем, что к выдыхаемому воздуху примешивается воздух мертвого пространства с низким содержанием углекислого газа и его концентрация уменьшается.

 

При выдохе альвеолярный воздух смешивается с воздухом мертвого пространства, состав которого соответствует атмосферному. Поэтому в выдыхаемом воздухе 16% кислорода, 4,5% углекислого газа и 79,4% азота. Дыхательные газы обмениваются в легких через альвеолокапиллярную мембрану. Это область контакта альвеолярного эпителия и эндотелия капилляров. Переход газов через мембрану происходит по законам диффузии. Скорость диффузии прямо пропорциональна разнице парциального давления газов. Согласно закону Дальтона, парциальное давление каждого газа в их смеси, прямо пропорционально его содержанию в ней.

 

По методу Бора определяется объем тех отделов легких, в которых не происходит удаление СО₂ из крови, поскольку этот показатель связан с работой органа, он называется функциональным (физиологическим) мертвым пространством. У здоровых лиц эти объемы практически одинаковы. Однако у больных с поражениями легких второй показатель может значительно превышать первый в связи с неравномерностью кровотока и вентиляции в разных отделах легких.

 

7. Транспорт кислорода кровью. Кривая диссоциации оксигемоглобина, ее анализ. Факторы, влияющие на диссоциацию оксигемоглобина в тканях. Значение напряжения углекислого газа (эффект Бора). Содержание и напряжение кислорода в артериальной и венозной крови. Кислородная емкость крови и коэффициент утилизации кислорода в покое и нагрузке.

Транспорт кислорода кровью

Кислород переносится кровью в двух формах. Большая часть связывается с гемоглобином (рисунок 2b), но также имеется очень небольшая доля кислорода, растворенного в плазме. Каждый грамм гемоглобина при полном насыщении способен переносить 1,31 мл кислорода. Таким образом, каждый литр крови с концентрацией гемоглобина 15 г/дл (150 г/л – пер.) может переносить около 200 мл кислорода при полном насыщении (РО₂ >100 мм Hg). При этом РО₂ всего 3 мл кислорода растворится в каждом литре плазмы.

Если РаО₂ значительно повышено (при дыхании 100% кислородом), небольшое количество кислорода растворится в плазме (0,003 мл О₂/100 мл крови/мм Hg РО₂), но при этом гемоглобин при сатурации > 95% не способен продолжать связываться с кислородом. При рассмотрении адекватности доставки кислорода тканям следует иметь в виду три фактора: концентрация гемоглобина, сердечный выброс и оксигенация.

 

Нормальная кривая диссоциации оксигемоглобина представлена. В исходной ее точке, когда РаО2 гемоглобин не содержит кислорода и SaО2 также равняется нулю. По мере по­вышения Ра02 гемоглобин начинает быстро насыщаться кисло­родом, превращаясь в оксигемоглобин: небольшого увеличения напряжения кислорода оказывается достаточно для существен­ного прироста содержания НЬО2. При 40 мм рт. ст. содержание НЬО2 достигает уже 75 %. Затем наклон кривой становится все более и более пологим. На этом участке кривой гемоглобин уже менее охотно присоединяет к себе кислород, и для насыщения оставшихся 25 % НЬ требуется поднять Ра02 с 40 до 150 мм рт. ст. Впрочем, в естественных условиях гемоглобин артериальной Крови никогда не насыщается кислородом полностью, потому чТО при дыхании атмосферным воздухом Ра02 не превышает 100 мм рт. ст.

 

8. Транспорт углекислого газа кровью. Процессы, протекающие в капиллярах тканей и легких. Значение карбоангидразы. Факторы, увеличивающие способность крови связывать углекислый газ (эффект Холдейна). Содержание и напряжение углекислого газа в венозной и артериальной крови.

Транспорт углекислого газа кровью. Большая часть углекислого газа переносится кровью в химически связанном состоянии. Из 60 объемных процентов углекислого газа только 3 объемных процента растворено в плазме крови. Процессы связывания и отдачи углекислого газа сложны и многообразны. Большая роль в связывании углекислого газа принадлежит белкам крови, в частности гемоглобину. Следовательно, гемоглобин не только является переносчиком кислорода, но и участвует в транспорте углекислого газа. Значительная часть его переносится в виде особых соединений бикарбонатов (натриевые и калиевые соли угольной кислоты). Часть углекислого газа транспортируется в виде Н2СО3.

 

Карбоангидраза

угольная ангидраза, карбонат-гидролиаза, фермент класса лиаз, катализирует обратимую реакцию гидратации двуокиси углерода. Обнаружена у животных, человека, растений, бактерий. Содержит в качестве кофактора атом Zn. Мол. м. 28 000—30 000. Регулятор кислотно-щелочного равновесия в тканях и биол. жидкостях; играет важную роль в физиол. процессах при необходимости быстрого связывания или освобождения СО2, напр. при дыхании (К. эритроцитов обеспечивает связывание СО2 кровью в тканях и освобождение СО2 в лёгких или жабрах), при подкислении мочи в почках, секреции кислого желудочного сока, образовании бикарбонатов в соке поджелудочной железы, СаСО3 скорлупы яиц в яйцеводах птиц и др.

 

Эффект Холдейна можно объяснить следующим образом. Присоединение кислорода в легких к гемоглобину превращает гемоглобин в более сильную кислоту, что вытесняет двуокись углерода из крови в альвеолы двумя способами: (1) более кислый гемоглобин имеет меньшую тенденцию связываться с двуокисью углерода и образовывать карбаминогемоглобин, в результате из крови вытесняется большая часть находившейся там в карбаминовых формах двуокиси углерода; (2) повышение кислотности гемоглобина приводит к высвобождению излишка ионов водорода, которые связываются с ионами бикарбоната, образуя угольную кислоту; последняя диссоциирует, образуя воду и двуокись углерода, затем двуокись углерода переходит из крови в альвеолы и далее — в атмосферу.

 

В венозной крови содержится 50 - 58 об% двуокиси углерода, причем наибольшая ее часть содержится в плазме. Напряжение углекислого газа вартериальной крови, поступающей в тканевые капилляры, составляет 40 мм рт. ст.

9. Газообмен между кровью и тканями. Напряжение кислорода и углекислого газа в тканях. Факторы, способствующие диффузии газов (градиент напряжения, площадь обменной поверхности, диффузионноное расстояние).

Перенос O₂ и СO₂ между кровью системных капилляров и клетками тканей осуществляется путем простой диффузии, т. е. так же, как между кровью легочных капилляров и альвеолярным воздухом. Скорость переноса газа через слой ткани прямо пропорциональна площади слоя и разнице парциального давления газа по обе его стороны и обратно пропорциональна толщине слоя.

При газообмене между тканями и кровью толщина диффузионного барьера менее 0,5 мкм, однако в мышцах в состоянии покоя расстояние между открытыми капиллярами составляет около 50 мкм.

При работе, когда потребление кислорода мышцами увеличивается, открываются добавочные капилляры, что уменьшает диффузионное расстояние и увеличивает диффузионную поверхность. Поскольку СO₂ диффундирует в тканях примерно в 20 раз быстрее, чем O₂, удаление углекислого газа происходит гораздо легче, чем снабжение кислородом.

диффузионные коэффициенты других газов, необходимых для дыхания, составляют: углекислый газ -- 20,3; окись углерода -- 0,81; азот --0,53...

 

10. Дыхательный центр, его расположение. Инспираторные и экспираторные

нейроны. Автоматия бульбарного отдела дыхательного центра. Реципрокные

взаимоотношения между инспираторным и экспираторным отделами. Роль варолиева моста и коры головного мозга.

Выделяют следующие части дыхательного центра.
1. Высшие отделы, расположенные вышествола головного мозга, организуют взаимодействиенижележащих частей дыхательного центра, управляют произвольным дыханием и организуютвзаимодействие системы дыхания с другими системами.
2. Пневмотаксический центр переднего моста (сапнейстическим центром) организует взаимодействие двух других структур

следующего, нижнего уровня.
3. Медуллярные инспираторный иэкспираторный центры (центры вдоха и выдоха), в соответствии с названием, посредством пейсмекерной ритмическойактивности обеспечивают чередование вдоха и выдоха. Это происходит путем организации взаимодействия элементовнижележащего уровня (иерархии структур) дыхательного центра. См. статью функциональные группы дыхательных нейронов ствола головного мозга.
4. Мотонейроны спинного мозга, аксоны которых образуют нервы, идущие к дыхательным мышцам. Сами по себе мотонейроны не обладают способностью к осуществлению целостных актов дыхания. Дыхание возможно только при наличии связей совокупности мотонейронов спинного мозга, по крайней мере, с инспираторным и экспираторным центрами продолговатого мозга. При нарушении связей с отделами, расположенными выше продолговатого мозга, ухудшаются приспособительные возможности дыхания. Причем, чем выше локализация нарушения, тем более тонкиеадаптационные возможности дыхания утрачиваются.

Инспираторные нейроны - те нервные клетки, которые возбуждаются за 0,01 - 0,02с до возникновения активного вздоха. В этих нейронах во время вздоха увеличивается частота импульсов, а затем импульсация мгновенно прекращается.

Виды инспираторных нейронов:

По способности регулировать активность других нейронов:

1. инспираторные - тормозные - JL;
2. инспираторные - облегчающие - JB.

JL при своем возбуждении тормозят активность инспираторных нейронов и прекращают вздох. JB - наоборот.

По времени возбуждения:

1. ранние - за несколько сотых секунды до вздоха;
2. поздние - в процессе вздоха.

По связям с экспираторными нейронами:

1. инспираторно-эскпираторные - обеспечивают связь в ДЦ;
2. инспираторные нейроны - значительная часть нейронов ретикулярной формации
3. продолговатого мозга.

Экспираторные нейроны - возбуждение возникает за несколько сотых секунд до возникновения активного выдоха.

Виды нейронов:

1. экспираторные - ранние и поздние;
2. экспираторно -инспираторные нейроны.

Они расположены в ретикулярной формации продолговатого мозга: 5 % - в дорсальном ядре, 50 % - в вентральном ядре.

Таким образом, в продолговатом мозге инспираторных нейронов больше, чем экспираторных. При возбуждении этого отдела ЦНС возникает активный вдох. Инспираторные и экспираторные нейроны находятся в реципрокных взаимоотношениях, что обеспечивает координированность вдоха и выдоха, их смене друг другом.

Инспираторные и экспираторные нейроны обладают выраженной способностью к автоматии. Автоматией обладают комплексы 4-х нейронов ДЦ с обязательным наличием тормозных нейронов. Автоматия поддерживается импульсами от различных рецепторов.

Инспираторные и экспираторные нейроны тесно связаны с другими ядрами продолговатого мозга. Например, при возбуждении ДЦ тормозится центр глотания, возбуждаются сосудодвигательный центр и центр регуляции сердечной деятельности.

Варолиев мост (от имени Констанзо Варолия), или мост — отдел головного мозга, является вместе с мозжечком частью заднего мозга. Принадлежит стволу мозга, рострален к продолговатому мозгу (medulla oblognata), каудален к среднему мозгу и вентрален к мозжечку.

 

11. Саморегуляция дыхания. Значение механорецепторов легких (рефлекс Геринга-Брейера).

Геринга — Брёйера рефлексы, дыхательные рефлексы, возникающие во время вдоха и выдоха; существенное звено саморегуляции дыхания. Описаны немецими физиологами Э. Герингом и И. Брёйером (J. Breuer) в 1868. Во время вдоха происходит растяжение лёгких, которое вызывает раздражение механорецепторов (чувствительных к механическим раздражениям нервных окончаний), расположенных в альвеолах, а также в межрёберных мышцах и диафрагме. От механорецепторов нервные импульсы по блуждающему нерву поступают в дыхательный центр продолговатого мозга и приводят к возбуждению нейронов, вызывающих расслабление мышц и выдох. Чем сильнее растяжение лёгких, тем больше поступает в дыхательный центр импульсов, ведущих к прекращению вдоха и возникновению выдоха. Прекращение этих импульсов вновь стимулирует вдох.

 

12. Роль периферических и сосудистых хеморецепторов в регуляции дыхания, влияние изменения напряжения в крови кислорода и углекислого газа (гипоксия, гиперкапния).

периферические сосудистые хеморецепторы расположены в артериальной части системы кровообращения.

Периферические хеморецепторы находятся в каротидных тельцах, расположенных в области бифуркации общих сонных артерий, и в аортальных тельцах, залегающих на верхней и нижней поверхностях дуги аорты. У человека наибольшую роль играют каротидные тельца. В них содержатся две или несколько разновидностей гломерулярных клеток, интенсивно флюоресцирующих при специальной обработке благодаря содержанию допамина.

Периферические хеморецепторы реагируют на снижение Р_O2 и рН и на увеличение Р_CO2 артериальной крови. По сравнению с другими клетками организма они обладают уникальной способностью «чувствовать» изменения Р_O2 в артериальной крови, начиная примерно с 500 мм рт. ст.

Гипокси́я (др.-греч. ὑπό — под, внизу и лат. oxygenium — кислород) — состояние кислородного голодания как всего организма в целом, так и отдельных органов и тканей, вызванное различными факторами: задержкой дыхания, болезненными состояниями, малым содержанием кислорода в атмосфере. Вследствие гипоксии в жизненно важных органах развиваются необратимые изменения. Наиболее чувствительными к кислородной недостаточности являются центральная нервная система, мышца сердца, ткани почек, печени. Может вызывать появление необъяснимого чувства эйфории, приводит к головокружениям, низкому мышечному тонусу.

Гиперкапни́я (др.-греч. ὑπερ- — чрезмерно; καπνός — дым) — состояние, вызванное избыточным количеством CO₂ в крови; отравлениеуглекислым газом. Является частным случаем гипоксии.

Гиперкапния может возникнуть в следующих случаях:

§ При пользовании неисправных дыхательных аппаратов замкнутого цикла (ребризеров)

§ В плохо вентилируемых барокамерах, где содержат группу людей.

§ При забивке баллонов акваланга

§ При использовании компрессора с плохими фильтрами в душном непроветриваемом помещении.

 

13. Регуляция дыхания. Влияние головного мозга (двигательных центров),

лимбической системы, механорецепторов скелетных мышц, неспецифических факторов (боли, изменения температуры, гормонов и др.).

 

В соответствии с метаболическими потребностями дыхательная система обеспечивает газообмен О2 и СО2 между окружающей средой и организмом.

Активирующие влияния служат физиологической основой возникновения мотивационного возбуждения головного мозга. … Высшим центром регуляции вегетативных функций является лимбическая система, иногда называемая висцеральным мозгом.

Нисходящие регулирующие влияния головного мозга на скелетные мышцы осуществляются через сегментные механизмы спинного мозга.

 

 

ПИЩЕВАРЕНИЕ.

1. Основные функции пищеварительного аппарата. Виды пищеварения.