Оглавление
- Строение дыхательной системы
- Вентиляция легких
- Частота дыхания
- Объемы и возможности легких
- Диффузия газов между альвеолярным воздухом и кровью
- Транспорт газов через кровь
- Диффузия газов между кровью и клетками
- Диффузия газов между кровью и клетками
- a>
- Внутреннее дыхание
- Регуляция дыхания
Дыхательная система человека должна обеспечивать дыхание – процесс обмена газами, в частности кислородом и углекислым газом, между телом и окружающей средой. Каждая клетка нашего тела нуждается в кислороде для правильного функционирования и производства энергии. Процесс дыхания делится на:
<ул>Внешнее дыхание происходит за счет синхронизации дыхательной системы с нервными центрами и разделяется на ряд процессов:
<ул>Структура дыхательной системы
Дыхательные пути состоят из:
<ул>Конечный отдел дыхательных путей ведет к альвеолам (alveoli pulmonales). Вдыхаемый воздух, проходя через дыхательные пути, очищается от пыли, бактерий и других мелких примесей, увлажняется и нагревается. Однако строение бронхов благодаря сочетанию хрящевых, эластических и гладкомышечных элементов позволяет регулировать их диаметр. Горло – это место пересечения дыхательной и пищеварительной систем. По этой причине при глотании дыхание останавливается и дыхательные пути закрываются надгортанником.
<ул>Анатомически и функционально легкие делятся на доли (левое легкое на две доли, правое легкое на три), доли делятся на сегменты, сегменты на дольки, а дольки на ацинусы.
>Каждое легкое окружено двумя слоями соединительной ткани — париетальной плеврой (pleura parietalis) и легочной плеврой (pleura pulmonalis). Между ними имеется плевральная полость (cavum pleurae), и содержащаяся в ней жидкость позволяет легкому, покрытому легочной плеврой, прилегать к париетальной плевре, сросшейся с внутренней грудной стенкой. В месте перехода бронхов в легкие имеются легочные полости, в которые рядом с бронхами впадают также легочные артерии и вены. процесс дыхания.
Вентиляция легких
Сущность вентиляции заключается в втягивании атмосферного воздуха в альвеолы. Поскольку воздух всегда течет от более высокого давления к более низкому, при каждом вдохе и выдохе задействуются соответствующие группы мышц, обеспечивая сосательные и нажимающие движения грудной клетки.
В конце выдоха давление в альвеолах равно атмосферному, но при вдохе воздуха диафрагма (diaphragma) и наружные межреберные мышцы (musculi intercostales externi ) сокращается, это увеличивает объем грудной клетки и создает отрицательное давление, которое втягивает воздух.
Когда потребность в вентиляции увеличивается, активируются дополнительные мышцы вдоха: грудино-ключично-сосцевидные мышцы (musculi sternocleidomastoidei), малые грудные мышцы (musculi pectorales majores), передние зубчатые мышцы ( musculi serrati anteriores), трапециевидные мышцы (musculitrapezii), мышцы, поднимающие лопатку (musculi levatores scapulae), большие и малые ромбовидные мышцы (musculi levatores scapulae). >musculi rhomboidei maiores et majores) и лестничные мышцы (musculi Scaleni).
Следующий этап – выдох. Оно начинается, когда инспираторные мышцы расслабляются на вершине вдоха. Обычно это пассивный процесс, поскольку сил, создаваемых растянутыми эластичными элементами в легочной ткани, достаточно для уменьшения ее объема. Давление в альвеолах поднимается выше атмосферного, и возникающая разница давлений приводит к вытеснению воздуха наружу.
Ситуация немного другая при интенсивном выдохе. С ним мы имеем дело, когда дыхательный ритм замедлен, когда выдох требует преодоления повышенного дыхательного сопротивления, например при некоторых заболеваниях легких, а также при голосовой деятельности, особенно при пении или игре на духовых инструментах. Стимулируются двигательныенейроны мышц выдоха, к которым относятся: внутренние межреберные мышцы (musculi intercostales interni) и мышцы передней брюшной стенки, прежде всего прямые мышцы живота (musculi recti abdominis).
Частота дыхания
Частота дыхания сильно варьируется и зависит от множества различных факторов. Взрослый человек в состоянии покоя должен дышать 7-20 раз в минуту. К факторам, вызывающим увеличение частоты дыхания, технически называемое тахипноэ, относятся: физические нагрузки, заболевания легких и нарушения дыхания внелегочного происхождения. Однако брадипноэ, т. е. значительное уменьшение числа вдохов, может быть следствием неврологических заболеваний или центральных побочных эффектов наркотических средств. В этом дети отличаются от взрослых: чем меньше малыш, тем выше физиологическая частота дыхания.
Объемы и возможности легких
<ул>Во время свободного вдоха дыхательный объем составляет 500 мл. Однако не весь этот объем достигает альвеол. Примерно 150 мл заполняет дыхательные пути, не имеющие условий для газообмена между воздухом и кровью, т. е. полость носа, глотку, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы. Это так называемый анатомическое респираторное мертвое пространство. Остальные 350 мл смешиваются с воздухом, составляющим функциональную остаточную емкость, и одновременно нагреваются и насыщаются водяным паром. В альвеолах газообмену подвергается опять же менее всего воздуха. В капиллярах стенок некоторых альвеол кровь не течет или течет слишком мало, чтобы использовать весь воздух для газообмена. Это физиологическое дыхательное мертвое пространство, которое у здоровых людей невелико. К сожалению, при болезненных состояниях он может значительно увеличиваться.
Частота дыхания в покое составляет в среднем 16 в минуту, а дыхательный объем — 500 мл. Умножая эти два значения, получаем минутную вентиляцию легких (легочную вентиляцию). Это означает, что в минуту вдыхается и выдыхается примерно 8 литров воздуха. При быстрых и глубоких вдохах значение может значительно увеличиться, даже от десятка до двадцати раз.
Все эти сложные параметры: емкость и объем были введены не просто для того, чтобы нас запутать, а имеют важное применение в диагностике легочных заболеваний. Существует тест - спирометрия, который позволяет измерить: ЖЕЛ, ОФВ1, ОФВ1/ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ИК, ТВ, ЭРВ и ИРВ. Необходимо диагностировать и контролировать течение таких заболеваний, как бронхиальная астма и ХОБЛ.
Диффузия газа между альвеолярным воздухом и кровью
Основной структурой легких являются альвеолы. Их примерно 300-500 миллионов, каждый диаметром от 0,15 до 0,6 мм, а общая площадь от 50 до 90 м².
Стенки альвеол состоят из тонкого однослойного плоского эпителия. Помимо клеток, составляющих эпителий, в альвеолах есть еще два типа клеток: макрофаги (поедающие клетки) и альвеолярные клетки II типа, вырабатывающие сурфактант. Это смесь белков, фосфолипидов и углеводов, образующихся из жирных кислот в крови. Уменьшая поверхностное натяжение, сурфактант предотвращает слипание пузырьков и уменьшает силы, необходимые для расширения легких. Снаружи альвеолы покрыты сетью капилляров. Попадая в альвеолы, капилляры несут кровь, богатую углекислым газом и водой, но с небольшим содержанием кислорода. Однако в альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода высокое, а парциальное давление углекислого газа низкое. Диффузия газа происходит в соответствии с градиентом давления молекул газа, поэтому эритроциты капилляров захватывают кислород из воздуха и избавляются от углекислого газа. Молекулы газа должны проходить через альвеолярную стенку и стенку капилляра, в частности через слой жидкости, покрывающий поверхность альвеол, альвеолярный эпителий, базальную мембрану и эндотелий капилляров.
Перенос газа через кровь
<ул>Сначала кислород физически растворяется в плазме, но затем диффундирует через оболочку в эритроциты, где связывается с гемоглобином, образуя оксигемоглобин (оксигенированный гемоглобин). Гемоглобин играет очень важную роль в транспортировке кислорода, поскольку каждая его молекула соединяется с 4 молекулами кислорода, тем самым увеличивая способность крови переносить кислород почти в 70 раз. Количество кислорода, транспортируемого в растворенном виде в плазме, настолько мало, что не имеет значения при дыхании. Благодаря кровеносной системе насыщенная кислородом кровь достигает каждой клетки организма.
<ул>Углекислый газ из тканей поступает в капилляры и транспортируется в легкие:
<ул> <ли>ок. 6% физически растворено в плазме и цитоплазме эритроцитов. <ли>ок. 6 % связано со свободными аминогруппами белков плазмы и гемоглобином (в виде карбаматов)Диффузия газов между кровью и клетками
В тканях молекулы газа опять-таки проникают по градиенту давления: кислород, выделяющийся из гемоглобина, диффундирует в ткани, а углекислый газ диффундирует в обратном направлении - из клеток в плазму. Из-за различий в потребности разных тканей в кислороде существуют и различия в его давлении. В тканях с интенсивным обменом напряжение кислорода низкое, поэтому они потребляют больше кислорода, а оттекающая от них венозная кровь содержит меньше кислорода и больше углекислого газа. Артериовенозная разница содержания кислорода является параметром, определяющим степень потребления кислорода тканями. В каждую ткань поступает артериальная кровь с одинаковым количеством кислорода, тогда как венозная кровь может содержать его в большем или меньшем количестве.
Внутреннее дыхание
Дыхание на клеточном уровне — это многоэтапный биохимический процесс, включающий окисление органических соединений, в результате которого образуется биологически полезная энергия. Это основной процесс, который происходит даже при остановке других метаболических процессов (альтернативные анаэробные процессы неэффективны и имеют ограниченное значение).
Ключевую роль играют митохондрии – клеточные органеллы, которые получают молекулы кислорода, диффундирующие в клетку. Наружная мембрана митохондрий содержит все ферменты цикла Кребса (также известного как цикл трикарбоновых кислот), а внутренняя мембрана содержит ферменты дыхательной цепи.
В цикле Кребса метаболиты сахара, белков и жиров окисляются до углекислого газа и воды с высвобождением свободных атомов водорода или свободных электронов. Далее в дыхательной цепи — последней стадии внутриклеточного дыхания — синтезируются макроэргические соединения фосфора путем передачи электронов и протонов последующим переносчикам. Важнейшим из них является АТФ, то есть аденозин-5'-трифосфат, универсальный химический носитель энергии, используемый в клеточном метаболизме. Он используется многочисленными ферментами в таких процессах, как биосинтез, движение и деление клеток. Переработка АТФ в живых организмах происходит постоянно, и, по оценкам, каждый день человек преобразует количество АТФ, сравнимое с массой его тела.
Регуляция дыхания
В продолговатом мозге находится дыхательный центр, регулирующий частоту и глубину дыхания. Он состоит из двух центров с противоположными функциями, построенных двумя типами нейронов. Оба расположены в ретикулярной формации. Инспираторный центр расположен в одиночном ядре и в передней части заднедвусмысленного ядра блуждающего нерва, посылающего нервные импульсы в спинной мозг к мотонейронам инспираторных мышц. Однако в двойном ядре блуждающего нерва и в задней части двойного ядра блуждающего нерва находится центр выдоха, который стимулирует мотонейроны экспираторных мышц.
Нейроны инспираторного центра несколько раз в минуту посылают залп нервных импульсов, которые проходят по нисходящей ветви к мотонейронам спинного мозга и одновременно по восходящей ветви аксона к нейроны ретикулярной формации моста. Имеется пневмотаксический центр, угнетающий центр вдоха на 1-2 секунды, после чего центр вдоха снова стимулируется. Благодаря последовательным периодам стимуляции и торможения центра вдоха обеспечивается ритмичность дыхания. Центр вдоха регулируется нервными импульсами, возникающими в:
<ул>
