Външно белодробно дишане. Физиология на дишането. Външно и вътрешно дишане. Регулация на дишането

Външно дишане. Газообмен в белите дробове и тъканите.

Дишането е набор от процеси, които осигуряват навлизането на кислород във вътрешната среда и отстраняването му от тялото. въглероден двуокис. Има три етапа на дишане:

външно дишане

Транспорт на газ

вътрешно дишане

Характеристики на външното дишане:

външно дишане - това е обмен на газ в белите дробове, включително белодробна вентилация и белодробна дифузия.

Белодробна вентилация - това е процесът на актуализиране на газовия състав на въздуха в белодробните торбички, алвеолите.

Белодробна дифузия - това е процесът на обмен на дихателни газове между белодробните алвеоли и кръвта на белодробните капиляри.

Транспорт на газ - Това е преносът на кислород от белите дробове към тъканите и въглероден диоксид от тъканите към белите дробове.

Вътрешно тъканно дишане - това е процесът на актуализиране на газовия състав в тъканите, той включва:

Обменът на дихателни газове между кръвта на тъканните капиляри и клетките.

Биохимични окислителни процеси в клетките

Белодробната вентилация се осигурява чрез възвратно-постъпателни движения на въздуха в лумена респираторен тракт, това се случва в резултат на периодични промени в обема гръдна кухинапо време на дихателния цикъл. Дихателният цикъл включва три основни фази:

Инспираторна фаза (вдъхновение)

Фаза на издишване (издишване)

Дихателна пауза

Промяната в обема на гръдната кухина по време на дихателния цикъл се дължи на свиването и отпускането на дихателните мускули, те се делят на инспираторни и експираторни дихателни мускули.

Основни инспираторни мускули:

Диафрагма, при свиване куполът се изравнява и гръдната кухина се увеличава (при вдишване)

Външни междуребрени мускули, повдигащи и разгъващи ребрата.

По време на вдишване инспираторните мускули преодоляват еластичното съпротивление на тъканите гръден кош, коремни органи и бели дробове. Еластичното съпротивление на белите дробове се дължи на:

Еластично опънни свойства на еластичните влакна на белите дробове.

Наличието на повърхностноактивно вещество (комплекс от вещества с липопротеинова природа, покриващи вътрешността на белодробните торбички - алвеоли), повърхностноактивното вещество осигурява:

1. Стабилизиране на сферичната форма на алвеолите

   Противодействие на свръхразтягането на алвеолите по време на вдишване

   Предотвратяване на алвеоларен колапс по време на издишване

   Почистване на повърхността на алвеолите

Белите дробове са разположени вътре в гръдния кош и са отделени от стените му с херметически затворена кухина, наречена плеврална фисура. Налягането на плевралната фисура под атмосферното увеличение на обема на гръдната кухина по време на тихо дишане постоянно причинява:

Намаляване на налягането на плевралната фисура до -6, -9 mm Hg. Изкуство. в сравнение с атмосферното

Разрастване на белодробната тъкан

Намаляване на вътребелодробното налягане до -2 mm Hg. Изкуство. в сравнение с атмосферното

Потокът на въздух в белите дробове по градиента между атмосферното и алвеоларното налягане

Намаляването на обема на гръдната кухина по време на тихо издишване постоянно причинява:

Повишено налягане в плевралната кухина от -6, -9 до -3

Намаляване на обема на белите дробове поради тяхната еластична тяга (те са склонни да се свиват)

Повишаване на вътребелодробното налягане до +2 mm Hg. Изкуство. в сравнение с атмосферното

Изпускането на въздух от белите дробове в атмосферата по градиент на налягането

Обемът на въздуха, който е в белите дробове след максимално дълбоко вдишване, се нарича общ белодробен капацитет (TLC) от 4200 до 6000 ml. OEL се състои от две части:

Жизненият капацитет на белите дробове (VC) 3500-5000 ml е обемът въздух, който може да се издиша възможно най-много след възможно най-дълбокото вдишване.

1. Дихателен обем (TO) 400-500 ml е количеството въздух. Което се вдишва или издишва по време на тихо дишане, по време на всяка фаза на дихателния цикъл

   Инспираторният резервен обем ROVd от 2500 ml е максималното количество вдишване, което може да бъде допълнително вдишано след нормално вдишване.

   Експираторният резервен обем EVR от 1500 ml е максималното количество въздух, което може да бъде допълнително издишано след тихо издишване.

Експираторният резервен обем и остатъчният обем съставляват резервно-функционалния остатъчен белодробен капацитет (FRC) - това е количеството въздух, оставащо в белите дробове след тихо издишване (2000-2500 ml).

Остатъчен белодробен обем (RLV) от 1000-1200 ml е количеството въздух, което остава в белите дробове след възможно най-дълбокото издишване.

Има два начина за изследване на външното дишане:

Спирометрия - метод за измерване белодробни обеми.

Спирографията е метод за графично регистриране на показателите на фазите на дихателния цикъл.

За да се оценят фазите на дихателния цикъл, измерените обеми се сравняват с нормалните стойности, индивидуална тарифа VC, наречен подходящ жизнен капацитет (JEL), стойността зависи от антропометричните показатели:

3. От възрастта

Белодробната вентилация се характеризира с минутен респираторен обем (MOD) - това е количеството въздух, което се вдишва или издишва за една минута. Изчислява се по формулата:

MOD=TO*BH

Дихателната честота при възрастен е от 12-16, така че MOD е 6-10 l / min. По време на тренировка MOD може да се увеличи до 100-120 l / min.

IN нормални условиячовек диша атмосферен въздух, който съдържа 21% кислород, 3,03% въглероден диоксид и около 79% азот. Издишаният въздух съдържа 16% кислород. Въглероден диоксид 4%, азот 79,7%. Алвеоларният въздух съдържа 14% кислород, 5,5% въглероден диоксид и 80% азот.

Разликите в състава на издишания и алвеоларния въздух се дължат на смесването на алвеоларния газ с въздуха на респираторното мъртво пространство - мъртво пространство се нарича пространство, което не участва в обновяването газов съставвенозна кръв на белодробни капиляри. Разграничаване на анатомично и физиологично мъртво дихателно пространство.

анатомичен - това е обемът на въздуха на проводимите пътища (от носната кухина до бронхиолите, в които не се извършва обмен на газ с кръвта на белодробните капиляри) около 150 ml.

Физиологично респираторно мъртво пространство е обемът на всички части на дихателната система, в които се извършва обмен на газ венозна кръв, белодробни капиляри.

Въздухът, който запълва мъртвото пространство, действа като буфер, който изглажда колебанията в състава на алвеоларната газова смес по време на дихателния цикъл. Това създава условия за газообмен във всяка фаза на дихателния цикъл. Количеството въздух, което участва в обновяването на алвеоларния газ за една минута, се нарича минутна вентилация (MVL). Изчислява се по формулата:

MVL=(DO-DMP)*BH

Транспортирането на газове в дихателните пътища се осъществява в резултат на конвекция и дифузия. Конвективният метод се дължи на движението на смес от газове по градиента на тяхното общо налягане.

Дифузията на газове е пасивното движение на неговите молекули от зона с по-високо парциално налягане или напрежение към зона с по-ниско.

Парциалното налягане на газ е частта от общото налягане, което се създава от всеки газ, смесен с други. Газовото напрежение е парциалното налягане, създадено от газ, разтворен в течност.

Трансфер на кислород от белодробните алвеоли към кръвта. А въглеродният диоксид от кръвта към алвеолите се получава пасивно чрез дифузия поради разликата в парциалното налягане и напрежението на тези газове от двете страни на въздушно-хемолитичната бариера. AGB - включва слой от сърфактант, алвеоларен епител, ендотел на кръвоносен съд и базални мембрани.

Парциалното налягане на кислорода в алвеоларния въздух е 100 mm Hg. Изкуство. напрежение на кислорода във венозната кръв на белодробните капиляри 40 mm Hg. Изкуство. градиент на налягането 60 mm Hg. Изкуство. насочени от алвеоларния въздух в кръвта.

Парциалното налягане на въглеродния диоксид в алвеоларния въздух е 40 mm Hg. Изкуство. Напрежението на CO2 във венозната кръв на белодробните капиляри е 46 mm Hg. Изкуство. градиент на налягане от 6 mm Hg. st се насочва от кръвта към алвеолите.

Кислородно напрежение в артериална кръв 100 mmHg Чл., И в тъканите под 40 mm Hg. Чл., градиентът е 60 mm Hg. чл., изпратен от артериалната кръв към тъканта.

Напрежението на въглеродния диоксид в артериалната кръв е 40 mm Hg. Чл., А в тъканите около 60 mm Hg. Арт., градиент на налягането 20 mm Hg. st, насочена от тъканите към кръвта.

От белите дробове артериална кръв към тъканите. Венозната кръв се издишва от тъканите в белодробните торбички и в процеса на белодробна вентилация в атмосферата.

Структурата на дихателните пътища (ВП) и белодробния паренхим. Дихателните пътища (или дихателните) се делят на горни и долни според разположението им в тялото. Горните ОзВ включват носната кухина, носната част на фаринкса, устната част на фаринкса, а долните ОзВ включват ларинкса, трахеята, бронхите, включително вътребелодробните разклонения на бронхите. В горните дихателни пътища (нос, уста и гърло) се извършва овлажняване и филтриране на вдишания въздух.

Долните дихателни пътища са система от дихотомно разклонени тръби (всеки бронх се разклонява на два по-малки бронха). Въпреки че диаметърът на всеки дъщерен клон е по-малък от диаметъра на родителската тръба, от която произхожда, общата площ на напречното сечение на всяко следващо поколение на VP се увеличава поради значително увеличение на общ бройклонове.

Ориз. 3.1. Опростена диаграма на човешките дихателни пътища (според E. R. Weibel, 1963)

IN човешки бял дробима средно 23 поколения ЕР (фиг. 3.1). Първите 16 се наричат ​​проводими, тъй като осигуряват газ в областите на белите дробове, където се извършва обмен на газ. Тъй като в проводящите дихателни пътища няма алвеоли и следователно те не могат да участват в газообмена, образуваният от тях капацитет се нарича общо анатомично мъртво пространство. Обемът му е около 150 мл. Провеждащите ОзВ включват бронхите, бронхиолите и терминалните бронхиоли. Последните седем поколения EP се състоят от респираторни бронхиоли, алвеоларни канали и алвеоларни торбички. Всяка от тези формации дава началото на алвеолите. Респираторната бронхиола от първи порядък (Z=17) и всички разположени дистално от нея газообменни ЕП образуват белодробния ацинус.

Вдишваният въздух се движи приблизително до крайните бронхиоли според механизма на обемния поток, но поради увеличаването на общата площ на напречното сечение на ЕП, поради множество клонове, транслационното движение на газовете става много малко. Основният механизъм на вентилация в респираторната зона е дифузията на газове.

Стените на трахеята и бронхите се състоят от три основни слоя: вътрешна лигавица; гладкомускулен слой, отделен от лигавицата чрез субмукозен слой на съединителната тъкан; и външния слой на съединителната тъкан, съдържащ хрущял в големите бронхи и трахеята.

Бронхиалният епител е псевдостратифициран, състоящ се от високи и ниски базални клетки, всяка от които е прикрепена към базалната мембрана. С всяко разделяне на елементите на трахеята бронхиално дървоестеството на епитела на тяхната лигавица и подлежащите структури постепенно се променя. Епителът се променя от ресничест колонен в кубовиден и след това в плоскоклетъчен алвеоларен. Обменът на газ може да се осъществи само през плосък епител, който се появява в респираторните бронхиоли (бронхи от 17-19-ти ред). Епителните клетки на VP носят на апикалната си повърхност реснички, които са важни елементимукоцилиарна система. Ресничките на колонния и кубичния епител осцилират синхронно в посока на назофаринкса, придвижвайки защитния слой от слуз, секретиран от бокалните клетки, разположени между ресничестите епителни клетки.

Гладките мускули на ЕП, събрани в непрекъснати снопове в субмукозния слой на съединителната тъкан, се простират от главните бронхи до респираторните бронхиоли. Мускулните снопове също проникват в газообменните зони, разположени в стените на входа на алвеолите.

Стените на дихателните пътища постепенно губят хрущялната си основа (в бронхиолите) и гладката мускулатура. Загубата на хрущялната основа води до факта, че с намаляване на диаметъра проходимостта на дихателните пътища става зависима от радиалното разтягане, причинено от еластичните структури на околните тъкани. В резултат на това диаметърът на малките дихателни пътища се определя от общия обем на белите дробове.

От общия капацитет на белите дробове (5 l) повечето (около 3 l) се падат на дихателната (газообменна) зона. Включва около 300 милиона алвеоли. Повърхността на алвеоло-капилярната бариера е 50-100 m2, а дебелината е 0,5 µm. Епителът, покриващ вътрешната повърхност на алвеолата, се състои от два вида клетки: плоска обвивка (тип I) и секреторна (тип II).Клетките от първия тип заемат до 95% от площта на алвеоларната повърхност. Клетките от втория тип произвеждат и отделят повърхностно активно вещество, състоящо се от протеини и фосфолипиди. Разпределя се по алвеоларната повърхност и намалява повърхностното напрежение. Капилярният ендотел също се състои от слой от плоски клетки, разположени върху ендотелната базална мембрана. В алвеоларната зона базалните мембрани на епитела и ендотела са запоени една с друга, което създава ултратънка бариера за обмен на газ. За разлика от близкия контакт на съседните епителни клетки, които образуват непроницаема бариера, връзките между ендотелните клетки са доста слаби. Това позволява на водата и разтворените в нея вещества да се движат между плазмата и интерстициалното пространство (фиг. 3.2).

Фиг.3.2. Алвеоларно-капилярна мембрана. Белодробното интерстициално пространство е показано с капиляр, преминаващ между две алвеоли. Капилярът излиза в лумена на алвеолата, разположена отдясно през тънката (газообменна) стена. Интерстициалното пространство се слива с дебелата стена на лявата алвеола (според J. F. Nunn, 1987)

Дихателната механика е област от респираторната физиология, която разглежда силите, отговорни за движението на въздушния поток в и извън гръдния кош.

За да се осигури поглъщането на кислород и отделянето на въглероден диоксид, свеж въздух трябва непрекъснато да се подава към алвеолите от дихателната помпа. Разбирането на механизма на действие на дихателната помпа, която осигурява притока на газ към белите дробове, изисква разглеждане на функцията на дихателните мускули, свойствата на ЕР, гърдите и белите дробове, които определят импеданса на дихателната система, както и причини за неравномерна вентилация и други фактори.

При спонтанното дишане е необходима активността на дихателните (инспираторните) мускули за преодоляване на импеданса дихателната система(еластичност? устойчивост). Най-важният мускул на вдъхновение е диафрагмата. До него се приближават нервите от 3-ти, 4-ти и 5-ти шиен сегмент гръбначен мозък. Когато диафрагмата се свие коремна кухинасе движат надолу и напред, в резултат на което се увеличават вертикалните размери на гръдната кухина. Освен това, в същото време ребрата се издигат и се разминават, което води до увеличаване на диаметъра му. При спокойно дишане диафрагмата се измества с около 1 см, а при форсирано дишане амплитудата на движенията й може да достигне 10 см. Тъй като диафрагмата има куполообразна форма, връзката между налягането, напрежението и радиуса на нейната кривина е от особено значение. В съответствие със закона на Лаплас той се описва със следното уравнение:

Р=2Т/r (3.1),

Където: P е налягането, създадено от мускула,

Т - мускулно напрежение,

R е радиусът на кривината.

Когато диафрагмата се сплеска, нейният радиус на кривина се увеличава и генерираното налягане намалява. Това явление, например, заедно със скъсяване на мускула, причинява намаляване на силата на диафрагмата при пациенти с хронична обструктивна белодробна болест.

При тихо дишане диафрагмата е единственият активен инспираторен мускул. Ако вентилацията трябва да се увеличи, като например по време на тренировка или болестни състояния, подобен бронхиална астмаи други мускули се активират. Те включват външен интеркостален, скалариформен и стерноклеидомастоиден. Последните две мускулни групи се наричат ​​допълнителни дихателни мускули.

За разлика от вдишването, издишването нормални условияв покой е пасивен. Еластичното отдръпване на белите дробове и гръдната стена осигурява градиент на налягането, достатъчен за експираторен поток. При запушване на VP издишването се превръща в активен процес, който изисква работата на експираторните мускули, включително вътрешните междуребрени и коремни мускули (външен и вътрешен наклонен, напречен коремен и ректус абдоминис).

Свиването на инспираторните мускули създава градиент на налягането между атмосферата и алвеолите, което води до въздушен поток. Този градиент преодолява: (1) еластичното отдръпване на дихателната система, (2) съпротивлението на триене на ЕР спрямо въздушния поток и (3) инерционното съпротивление на трахеобронхиалния въздушен стълб, белите дробове и гръдната стена. Връзката на тези три елемента се изразява чрез уравнението на движението на белите дробове:

P = (E ?V) + (R V ’)+(I + V’’) (3.2),

Където: P - задвижващо налягане;

E - еластичност;

V - промяна в белодробния обем;

R - съпротивление;

V ’- обемен дебит на въздуха;

I - инерция;

V'' - скоростта на изменение на обемната скорост на въздушния поток (ускорение).

Така механичните свойства на дихателната система, от които зависи еластичното и нееластичното съпротивление на въздушния поток, определят необходимото задвижващо налягане.

Обикновено основната работа на дихателните мускули се изразходва за преодоляване на еластичното съпротивление на белите дробове и гърдите. Освен това връзката между налягането и промяната в белодробния обем не остава постоянна в целия диапазон от белодробни обеми. С малката си стойност това съотношение може да се изрази като:

Където: E - еластичност;

Промяна в белодробния обем.

Еластичността е мярка за еластичност белодробна тъкан. Колкото по-голяма е еластичността на тъканта, толкова по-голям натиск трябва да се приложи, за да се постигне дадена промяна в белодробния обем. Еластичното сцепление на белите дробове се дължи на високото съдържание на еластин и колагенови влакна в тях. Еластинът и колагенът се намират в алвеоларните стени около бронхите и кръвоносните съдове. Възможно е еластичността на белите дробове да се дължи не толкова на удължаването на тези влакна, колкото на промяна в тяхното геометрично разположение, както се наблюдава при разтягане на найлонова тъкан: въпреки че самите нишки не променят дължината, тъканта лесно се разтегнати поради специалната им тъкан.

Определена част от еластичната тяга на белите дробове се дължи и на действието на силите на повърхностното напрежение на границата газ-течност в алвеолите. Повърхностното напрежение е силата, упражнена върху повърхност, разделяща течност и газ. Това се дължи на факта, че междумолекулната кохезия вътре в течността е много по-силна от силите на сцепление между молекулите на течната и газовата фаза. В резултат на това повърхността на течната фаза става минимална. Силите на повърхностно напрежение в белите дробове взаимодействат с естествения еластичен откат, за да предизвикат колапс на алвеолите.

Специално вещество (повърхностно активно вещество), състоящо се от фосфолипиди и протеини и облицоващо алвеоларната повърхност, намалява вътреалвеоларното повърхностно напрежение. Повърхностно активното вещество се секретира от алвеоларните епителни клетки тип II и изпълнява няколко важни физиологични функции. Първо, чрез намаляване на повърхностното напрежение, той увеличава разтегливостта на белия дроб (намалява еластичността). Това намалява работата, извършвана по време на вдишване. Второ, осигурява се стабилността на алвеолите. Налягането, създадено от силите на повърхностното напрежение в мехур (алвеола), е обратно пропорционално на неговия радиус, следователно, при същото повърхностно напрежение в малки мехурчета (алвеоли), то е по-голямо, отколкото в големите. Тези сили също се подчиняват на закона на Лаплас, споменат по-рано (1), с известна модификация: "T" е повърхностното напрежение, а "r" е радиусът на мехура.

При липса на естествен детергент, малките алвеоли биха имали тенденция да изпомпват въздуха си в по-големите (фиг. 3.3.). Тъй като структурата на слоя на повърхностно активното вещество се променя с промяна в диаметъра, неговият ефект за намаляване на силите на повърхностно напрежение е по-голям, колкото по-малък е диаметърът на алвеолите. Последното обстоятелство изглажда ефекта от по-малък радиус на кривина и повишено налягане. Това предотвратява колапса на алвеолите и появата на ателектаза при издишване (диаметърът на алвеолите е минимален), както и движението на въздуха от по-малките алвеоли в големите алвеоли (поради изравняването на силите на повърхностното напрежение в алвеолите на различни диаметри).

Ориз. 3.3. За дадено повърхностно напрежение газът от по-малка алвеола ще се премести в по-голяма, тъй като по-малък радиус на кривина (r1?r2) създава по-високо налягане (P1?P2) в по-малък мехур (закон на Лаплас)

Синдромът на неонатален респираторен дистрес се характеризира с дефицит на нормално сърфактант. При болните деца белите дробове стават твърди, неподатливи, склонни към колапс. Дефицитът на сърфактант е налице и при респираторен дистрес синдромвъзрастни обаче неговата роля в развитието на този вариант дихателна недостатъчностпо-малко очевидно.

Натискът, упражняван от еластичния паренхим на белия дроб, се нарича еластично налягане на отката (Pel). Като мярка за еластична тяга обикновено се използва разтегливостта (C - от англ. compliance), която е в реципрочна връзка с еластичността:

C \u003d 1 / E \u003d? V /? P (3.4),

Където: C - разширяемост (съответствие);

E е еластичност (виж 3.3).

Ориз. 3.4. Крива обем-налягане

Разтегливостта (промяна в обема на единица налягане) се отразява от наклона на кривата обем-налягане. Фигура 3.4 показва, че такива криви по време на надуване и колапс на белите дробове не са еднакви - при същото налягане обемът на колабиращите бели дробове е по-голям, отколкото по време на тяхното надуване. Подобни разлики между директни и обратен процеснаречен хистерезис. Освен това може да се види, че кривите не произхождат от началото. Това показва, че белият дроб съдържа малък, но измерим обем газ, дори когато върху него не се прилага натиск на опън.

Съответствието обикновено се измерва при статични условия (Cstat), т.е. в състояние на равновесие или, с други думи, при липса на движение на газ в дихателните пътища. Динамичният комплайанс (Cdyn), който се измерва на фона на ритмично дишане, също зависи от съпротивлението на дихателните пътища. На практика Cdyn се измерва чрез наклона на линията, начертана между точките на вдишване и издишване върху динамичната крива налягане-обем (фиг. 3.5).

Ориз. 3.5. Крива "динамично налягане-обем"

IN физиологични условиястатичната разтегливост на човешките бели дробове при ниско налягане (5-10 cm H2O) достига приблизително 200 ml / cm вода. Изкуство. С повече високи налягания(обеми), обаче намалява. Това съответства на по-плоска част от кривата налягане-обем. Съгласието на белите дробове е донякъде намалено с алвеоларен оток и колапс, с повишено налягане в белодробните вени и преливане на белите дробове с кръв, с увеличаване на обема на екстраваскуларната течност, наличие на възпаление или фиброза. При белодробен емфизем разтегливостта се увеличава, както се казва, поради загубата или преструктурирането на еластичните компоненти на белодробната тъкан (фиг. 3.6).

Фиг.3.6. Криви налягане-обем при здрави и болни хора

Тъй като промените в налягането и обема са нелинейни, за оценка на еластичните свойства на белодробната тъкан често се използва "нормализираната" разтегливост, отнасяща се до единица белодробен обем - специфична разтегливост. Изчислява се чрез разделяне на статичното съответствие на белодробния обем, при който е измерено. В клиниката статичният белодробен комплайанс се измерва чрез получаване на крива налягане-обем за промени в обема на 500 ml от функционалния остатъчен капацитет (FRC).

Разтегливостта на гръдния кош обикновено е около 200 ml/cm вода. Изкуство. Еластичното сцепление на гръдния кош се обяснява с наличието на структурни компоненти, които противодействат на деформацията, вероятно от мускулния тонус на гръдната стена. Поради наличието на еластични свойства гръдният кош в покой има тенденция да се разширява, а белите дробове - да се спускат, т.е. на нивото на функционалния остатъчен капацитет (FRC), еластичното отдръпване на белия дроб навътре се балансира от еластичното отдръпване навън на гръдната стена. Тъй като обемът на гръдната кухина се разширява от нивото на FRC до нивото на неговия максимален обем (общ белодробен капацитет, TLC), отдръпването на гръдната стена навън намалява. При 60% инспираторен витален капацитет (максималното количество въздух, което може да се вдиша, започвайки от остатъчния белодробен обем), обемът на гръдния кош пада до нула. При по-нататъшно разширяване на гръдния кош връщането на стената му е насочено навътре. Голям брой клинични разстройства, включително тежко затлъстяване, обширна плеврална фиброза и кифоскалиоза, се характеризират с промени в разтегливостта на гръдния кош (фиг. 3.7.)

Ориз. 3.7. Посока на вектора на еластичния откат на гърдите в зависимост от дихателния обем

IN клинична практикаобикновено се оценява цялостното съответствие на белите дробове и гръдния кош (общо). Обикновено тя е около 0,1 cm/вода. Изкуство. и се описва със следното уравнение:

1/Общи = 1/C гръден кош + 1/ Бели дробове (3.5).

Именно този индикатор отразява налягането, което трябва да се създаде от дихателните мускули (или вентилатора) в системата, за да се преодолее статичното еластично отдръпване на белите дробове и гръдната стена при различни белодробни обеми. IN хоризонтално положениеразтегливостта на гръдния кош намалява поради натиска на коремните органи върху диафрагмата (фиг. 3.8).

Когато смес от газове се движи през дихателните пътища, възниква допълнително съпротивление, обикновено наричано нееластично. Нееластичното съпротивление се дължи главно (70%) на аеродинамиката (триене въздушна струяоколо стените на дихателните пътища) и в по-малка степен вискозни (или деформация, свързана с движението на тъканите по време на движение на белите дробове и гръдния кош) компоненти. Делът на вискозното съпротивление може да се увеличи значително със значително увеличение на дихателния обем. И накрая, незначителна част е инерционното съпротивление, упражнявано от масата на белодробните тъкани и газа по време на произтичащите ускорения и забавяния на честотата на дишане. Много малко при нормални условия, това съпротивление може да се увеличи с често дишане или дори да стане основно по време на вентилация с висока честота на дишане.

Ориз. 3.8. Криви "налягане-обем" за гърди, бели дробове и комплекс "гърди + бели дробове" във вертикално (А) и хоризонтално (В) положение (по: Scurr S., Feldman S., 1982.)

В зависимост от редица обстоятелства газовият поток през тръбната система може да бъде три вида: ламинарен, турбулентен или преходен. Ламинарният поток се характеризира със слоеве движещ се газ, които са успоредни един на друг и на стените на тръбите. Скоростта на газа е най-висока в центъра на потока и постепенно намалява към периферията. За ламинарен поток има следната връзка (пряка аналогия със закона на Ом):

Където: V - обемна скорост на кръвния поток;

P - задвижващо налягане;

R е съпротивление.

Ламинарният поток преобладава при ниски скорости на газа и се описва от закона на Поазей:

V=P?r 4/8?l (3.7),

където: V е обемният дебит,

P - налягане,

R е радиусът на тръбата,

Вискозитет на газа

L е дължината на тръбата.

Преобразувайки уравнението, получаваме:

P = 8?lV/?r4 = kV (3.8).

По този начин задвижващото налягане е пропорционално на скоростта на потока. Намаляването на радиуса на тръбата наполовина намалява скоростта на потока с коефициент 16, докато удвояването на дължината на тръбата води до само двукратно увеличение на съпротивлението. Също така е важно връзката между налягането и скоростта на потока да се влияе от вискозитета, а не от плътността на течността. Една особеност на напълно развит ламинарен поток е, че газовите частици в центъра на тръбата се движат с двойна средна скорост. Разпределението на скоростите на частиците по диаметъра на тръбата се нарича профил на скоростта (фиг. 3.9).

Ориз. 3.9. Видове въздушен поток. А. Ламинарен поток. Б. Преходен тип (с вихри в областта на разклоненията). Б. Турбулентен поток

Турбулентен поток - преобладава по-хаотично движение на газ по тръбата високи скоростиобемен поток. В допълнение, движещото налягане за турбулентен поток е пропорционално на квадрата на неговата скорост (P=kV 2). Съпротивлението на потока е право пропорционално на плътността на газа и обратно пропорционално на радиуса на петата степен:

Където: d - плътност на газа,

R е радиусът на тръбата.

От това следва, че зависимостта на турбулентния газов поток от радиуса на дихателните пътища е много голяма. Освен това вискозитетът в този режим не играе съществена роля, но увеличаването на плътността на газа води до увеличаване на съпротивлението. Профил на скоростта с максимум в областта на оста на тръбата не е типичен за турбулентно течение. Турбулентно движение възниква при големи течения, на места с остри завои и разклонения, както и при рязка промянадиаметър на дихателните пътища.

Преходният поток се характеризира с вихри, които възникват при бифуркацията на тръбата. В условията на дихотомично разклоняване на трахеобронхиалното дърво, преходният поток е важен модел на потока в белите дробове.

Дали потокът през система от тръби ще бъде турбулентен или ламинарен може да се предвиди чрез изчисляване на числото на Рейнолдс (Re) - безразмерно число, свързващо средната скорост на потока, плътността и вискозитета на газа и радиуса на тръбата:

Re = 2rVd/? (3.10),

Където: V- средна скорост на потока

D е плътността на газа.

Когато Re надвишава 20000, потокът е турбулентен; когато Re е по-малко от 2000, потокът е ламинарен. От уравнението може да се види, че турбулентният поток възниква по-лесно при високи скорости и в широки тръби. Освен това газовете с ниска плътност (като хелий) обикновено са по-малко турбулентни. Вдишването на хелиево-кислородна смес намалява риска от турбулентен поток и също така намалява съпротивлението на дихателните пътища, когато се появи. Обикновено общото съпротивление на дихателните пътища е 0,5-2 cm воден стълб. st./l/s.

Големината на съпротивлението на ЕР зависи от няколко фактора: диаметъра и дължината на бронхите и бронхиолите; плътност и вискозитет на вдишаната смес от газове; скорост и естество на газовия поток и др. В допълнение, един от важни факторие белодробният обем. Колкото е по-голям, толкова по-голям е опънният ефект на паренхима върху ЕП. В резултат на това площта на напречното сечение на всеки от VP се увеличава. Голямата площ на напречното сечение води до намаляване на съпротивлението.

При белодробната патология няколко механизма могат да причинят повишаване на съпротивлението. Така например при бронхиална астма стесняването на ЕР и съответно повишаването на съпротивлението може да бъде свързано със свиване на гладката мускулатура на бронхите, подуване на бронхиалната лигавица или запушване с секрет. Причината за стесняването на VP и увеличаването на съпротивлението на потока може да бъде и неоплазма, гнойни храчки с инфекциозни заболявания. При емфизем, загубата на еластичност на тъканите и намаляването на ефекта на опън на белодробния паренхим върху ЕР намалява техния лумен и повишава устойчивостта.

При големи обеми скоростта на експираторния поток също е пряко зависима от плевралното налягане, което се определя от еластичното налягане на отката на гръдната стена и мускулното усилие. Движението на газ от белите дробове се осигурява от наличието на градиент на налягането в алвеолите и на входа на ЕР (атмосферно налягане). Алвеоларното налягане (Palv) е сумата от еластичното налягане на отката на белите дробове (Pel) и плевралното налягане (Ppl):

Palv = Pel + Ppl (3.11).

На свой ред, еластичното налягане на отдръпване на белите дробове зависи от еластичните свойства на белодробната тъкан и степента на разтягане на белите дробове (т.е. от обема на белите дробове). Съответно, колкото по-голям е белодробният обем, толкова по-голяма е скоростта на експираторния поток.

Въпреки това, когато се достигне определена стойност на плевралното налягане в условия на малки белодробни обеми (когато еластичното налягане на отката на белите дробове стане малко), скоростта на потока остава постоянна, въпреки по-нататъшното увеличаване на мускулното усилие (фиг. 3.10).

Ориз. 3.10. Газов поток (A) по време на форсирано издишване след максимално вдишване с различно усилие и (B) с максимално усилие след вдишвания с различна дълбочина; крайният експираторен поток не зависи от усилията на дихателните мускули за всеки първоначален белодробен обем (според J. F. Nunn, 1987)

Това ограничение на скоростта на издишване е свързано с компресия на дисталния ЕР от интраторакално налягане (Ppl). На фиг. 3.11 показва, че Рalv превишава Рpl само с размера на еластичното налягане на отката на белите дробове, независимо от стойността на Рpl. Докато газът се движи по дисталната VP, налягането намалява поради съпротивлението на триене срещу стените на VP. Може да дойде момент, когато налягането вътре и извън въздухопроводящия сегмент се изравни (трансмуралното налягане е нула - точката на равно налягане). Отвъд точката на равно налягане трансмуралното налягане става отрицателно и може да настъпи стесняване на този ЕР сегмент и намаляване на скоростта на експираторния поток. Пълен спад на EP обаче не настъпва, тъй като общата оклузия отново повишава интрамуралното налягане до нивото на алвеоларното налягане в точката пред оклузирания сегмент. В резултат на това сегментът се разширява отново, тъй като Palv винаги надвишава Ppl при издишване и трансмуралното налягане отново става положително (т.е. налягането вътре в тръбата е по-голямо от външното). Общият резултат от взаимодействието на тези сили е резистор на Старлинг, система, в която свиващият се сегмент, критично стесняващ се, ограничава потока.

Фиг.3.11. Диаграма, илюстрираща принудителна експираторна компресия на дихателните пътища

Ограничаването на въздушния поток поради този механизъм се засилва допълнително от няколко фактора. Например, увеличаването на съпротивлението на периферните дихателни пътища увеличава спада на налягането в тези пътища и следователно намалява интрабронхиалното експираторно налягане. Друг фактор е ниското еластично налягане на отката при малки първоначални белодробни обеми. Това намалява движещата се разлика между интраалвеоларното и интраплевралното налягане. В допълнение, тази разлика намалява с увеличаване на белодробния комплайънс (т.е. намаляване на еластичното налягане на отката), като например при емфизем. От друга страна, при малки обеми, точката на равно налягане е по-близо до алвеолите, т.е. при лесно сгъваеми ЕР, лишени от хрущялна рамка. При здрави хора механизмите за ограничаване на въздушния поток действат само при форсирано издишване, а при пациенти с тежко белодробно увреждане дори при спокойно дишане. Преждевременното приключване на издишването води до факта, че FRC започва да надвишава нормални стойности(„автоматичен PEEP“).

За осъществяването на дихателните движения е необходимо да се преодолее еластичното съпротивление на гръдния кош и белите дробове, нееластичното съпротивление на дихателните пътища на газовия поток и съпротивлението на тъканите. В този случай дихателните мускули извършват определена работа. Около 50% от енергията, изразходвана за това, се съхранява в еластичните структури на белите дробове. По време на издишване той се освобождава, което ви позволява да преодолеете съпротивлението на дихателните пътища. Увеличаването на съпротивлението при вдишване или издишване се компенсира от допълнително усилие на инспираторните мускули.

Най-често срещаните начини за измерване на работата на дишането са обща плетизмография или пневмотахография с измерване на обемната дихателна честота и интраезофагеално налягане. Работата обикновено се изразява в килограм метри и се изчислява или за един дихателен цикъл, или за 1 минута, или за 1 литър вентилация. При нормални условия енергийната "цена" на спокойно дишане при възрастен е средно 0,5 kgm/min.

Работата често се измерва индиректно чрез количеството кислород, погълнато от дихателните мускули. При здрав възрастен човек това е много малка част (3 - 4%) от общата консумация на кислород. Въпреки това, при значително увеличаване на съпротивлението, кислородната "цена" на дишането рязко се увеличава и става критична.

От многото комбинации от честота и дихателен обем тялото "избира" тази, при която необходимият обем алвеоларна вентилация се осигурява от минималната работа на дишането. За възрастен без патологични промениразтегливост и аеродинамично съпротивление, работата на дишането ще бъде минимална при дихателен обем от около 0,5 литра и дихателна честота 14-16 в минута.

При повишено аеродинамично съпротивление на дихателните пътища се наблюдава характерно намаляване на честотата на спонтанното дишане и увеличаване на дихателния обем. Обратното явление възниква при увеличаване на еластичното съпротивление, когато дихателната честота се увеличава значително и може да стане 2-3 пъти по-висока от нормалната с намаляване на дихателния обем.

Белодробна вентилация и белодробни обеми. Вентилацията на белите дробове е смяна на въздуха в белите дробове, извършвана циклично по време на вдишване и издишване. Белодробната вентилация се характеризира предимно с четири основни белодробни обема: дихателен обем, инспираторен резервен обем, експираторен резервен обем и остатъчен обем. Заедно те образуват общия белодробен капацитет. Сумата от всички изброени обеми е равна на максималния обем, до който белите дробове могат да бъдат разширени. Капацитетът на белия дроб е сумата от два или повече обема.

Обемът на въздуха в белите дробове и дихателните пътища зависи от конституционните, антропологичните и възрастовите характеристики на човека, свойствата на белодробната тъкан, повърхностното напрежение на алвеолите и силата, развивана от дихателните мускули. За да се оцени вентилационната функция на белите дробове, състоянието на дихателните пътища, се използва изследването на модела на дишане различни методиизследвания: пневмография, спирометрия, спирография и др. С помощта на спирограф можете да определите и запишете стойностите на белодробните въздушни обеми, преминаващи през човешките дихателни пътища (фиг. 3.12).

Фигура 3.12. Спирограма, показваща статични белодробни обеми и капацитет. (според Nunn J.F., 1987)

При спокойно вдишване и издишване през белите дробове преминава сравнително малък обем въздух (около 500 ml), който обикновено се нарича дихателен обем (TO).

При принудително (дълбоко) дишане човек може допълнително да вдиша определено количество въздух. Този инспираторен резервен обем (IRV) е максималния обем въздух, който човек може да вдиша след тихо вдишване. Стойността на инспираторния резервен обем при възрастен е приблизително 1,8-2,0 литра.

След спокойно издишване човек може допълнително да издиша определено количество въздух. Това е експираторният резервен обем (ROvyd), чиято стойност е средно 1,2 - 1,4 литра.

Обемът въздух, който остава в белите дробове след максимално издишване и в белите дробове мъртвец- остатъчен белодробен обем (ВР). Стойността на остатъчния обем е 1,2 -1,5 литра.

Различават се следните белодробни капацитети.

1. Общ белодробен капацитет (TLC) - обемът на въздуха в белите дробове след максимално вдишване.

2. Жизненият капацитет (VC) включва дихателен обем, инспираторен резервен обем и експираторен резервен обем. VC е обемът на въздуха, издишан от белите дробове след максимално вдишване при максимално издишване (VC = OEL - OO); VC при мъжете е 3,5 - 5,0 литра, при жените - 3,0-4,0 литра.

3. Инспираторният капацитет (Evd) е равен на сумата от дихателния обем и инспираторния резервен обем, средно 2,0 - 2,5 литра.

4. Функционален остатъчен капацитет (FRC) - обемът на въздуха в белите дробове след тихо издишване. В белите дробове по време на спокойно вдишване и издишване постоянно се съдържат приблизително 2500 ml въздух, който изпълва алвеолите и долните дихателни пътища. Благодарение на това газовият състав на алвеоларния въздух се поддържа на постоянно ниво.

Обемът на белодробната вентилация е удобно да се дефинира като обемът газ, влизащ и излизащ от дихателните пътища за определен период от време. Минутен дихателен обем (MOD) - обемът въздух, преминаващ през белите дробове за една минута. Стойността на белодробната вентилация се определя от дълбочината на дишане и честотата на дихателните движения. В покой дихателната честота на човек е приблизително 16 в минута („eipnea“ или „добър дъх“), а обемът на издишания въздух е около 500 ml. Умножавайки дихателната честота на минута по стойността на дихателния обем, получаваме MOD, който при човек в покой е средно 8 l / min. В този случай актът на вдишване е малко по-бърз от акта на издишване.

Максимална вентилация на белите дробове (MVL) - обемът въздух, който преминава през белите дробове за една минута по време на максималната честота и дълбочина на дихателните движения. Максималната вентилация се получава при интензивна работа, с липса на O2 (хипоксия) и излишък на CO2 (хиперкапния) във вдишания въздух. При тези условия МОД може да достигне 150 - 200 л/мин.

Преди потокът от вдишван въздух да достигне алвеоларно-капилярната мембрана, той преминава през огромен брой ЕР, разположени между помпата или устната кухинаи алвеоли. Разпределението на приливния обем през проводимите ЕР и газообменните зони има дълбок ефект върху дихателна функция. Само тази част от респираторния обем въздух, който навлиза в нормално перфузираните алвеоли, може да участва в газообмена. Следователно най важен показателбелодробната вентилация е обемът на алвеоларната вентилация (VA). Останалата част от общия обем е вентилацията на така нареченото мъртво пространство (VD). Обемът на алвеоларното пространство може да се изчисли по формулата:

VA = BH? (VT-VD); (3.12).

Мъртвото пространство включва обема на дихателните пътища, в който не се извършва обмен на газ (анатомично мъртво пространство) и обема на неперфузираните алвеоли (алвеоларно мъртво пространство). Сумата от анатомично и алвеоларно мъртво пространство се нарича физиологично мъртво пространство. Нормално при възрастен в изправено положение тяло мъртвопространството е 150 ml (приблизително 2 ml/kg) и практически се състои само от анатомично мъртво пространство. Трябва да се има предвид, че действителният обем на анатомичното мъртво пространство може да варира в зависимост от метода на вентилация (чрез маска, мундщук, трахеална тръба, канюла за трахеостома) и от обема на използваните части.

При здрав човек в покой алвеоларното мъртво пространство е много малко, но с малко патологични състояния- при хиповолемия, белодробна емболия или емфизем могат да се появят огнища - зони на алвеоларно мъртво пространство. Основната причина за увеличаването на съотношението на мъртвото пространство към дихателния обем в такива ситуации е значително намаляване или пълна липса на кръвен поток във вентилирани алвеоли:

VD/VT = Paco2 - Peco2/Paco2 (3.13).

Уравнение 3.13, известно като уравнение на Бор, показва, че съотношението на мъртвото пространство към дихателния обем може да се изчисли като частното на алвеоларно издишния въздух PCO2 (PeCO2), разделено на алвеоларния PCO2. Тъй като алвеоларният PCO2 е почти идентичен с артериалния PCO2, VD/VT може да се изчисли чрез едновременно измерване на артериалната кръв (PaCO2) и издишания PCO2.

Скоростта на образуване на CO2 (VCO2) при здрав човек с тегло 70 kg в покой е около 200 ml за 1 min. Напрежението на алвеоларния въглероден диоксид (PACO2) отразява баланса между общото производство (производство) на въглероден диоксид (VCO2) и алвеоларната вентилация (елиминиране на CO2):

PACO2 \u003d K? VCO2 / VA, (3.14),

Където: VA - алвеоларна вентилация,

K е константа, равна на 0,863.

Системата за контрол на дишането е „настроена“ да поддържа артериален PCO2 при 40 mmHg. Изкуство. Уравнението показва, че при постоянна скорост на производство на въглероден диоксид, PCO2 се променя обратно пропорционално на алвеоларната вентилация.

Точно както PaCO2 се определя от баланса между производството на CO2 и алвеоларната вентилация, алвеоларният PO2 е функция на скоростта на поемане на кислород през алвеоларно-капилярната мембрана и алвеоларната вентилация. Тъй като парциалните налягания на азота и водните пари в алвеолите са постоянни, PAO2 и PACO2 се променят реципрочно един спрямо друг, в зависимост от промените в алвеоларната вентилация.

Сумата от парциалните налягания на O2, CO2, N2 и водните пари е постоянна, парциалното налягане на O2 или CO2 може да се изчисли, ако едно от тях е известно. Изчислението се основава на уравнението на алвеоларния газ:

PAO2 \u003d PIO2 - PACO2 (FiO2 + 1-FiO2 / R) (3.15),

Където: РiО2 - налягане на кислорода във вдишания газ,

FiO2 - фракционна концентрация на O2 във вдишания газ,

R е коефициентът на респираторен газообмен.

R е коефициентът на респираторен газообмен, изразява скоростта на освобождаване на CO2, спрямо скоростта на абсорбция на O2, т.е. R=VCO2/VO2. В стационарно състояние коефициентът на дихателен газообмен е равен на респираторния коефициент (RQ), който описва съотношението на производството на въглероден диоксид към консумацията на кислород за клетъчно ниво. Това съотношение зависи от това какво основно се използва в организма като енергиен източник – въглехидрати или мазнини. По време на метаболизма на 1 g въглехидрати се отделя повече CO2.

Белите дробове са доста разнородни по отношение на регионалните механични свойства на ЕП и паренхима, което е причината за неравномерното разпределение на въздуха в тях. Здрав човек в изправено положение има градиент на плевралното налягане между върха и основата на белия дроб. Плевралното налягане е най-голямо (т.е. най-отрицателно) на върха на белите дробове и най-малко (т.е. най-малко отрицателно) в основата. Наклонът е около 0,25 см вода. Изкуство. за всеки сантиметър височина. Тъй като транспулмоналното налягане е равно на Palv-Ppl, стойността му на върха е по-голяма, отколкото в основата на белите дробове. В резултат на това се намират алвеоли от различни зони различни точкикрива налягане-обем. Алвеолите в горните отдели на белите дробове, поради по-високото транспулмонално налягане, са почти максимално разширени, относително неразтегливи и значително по-малко увеличават обема си при вдишване. Обратно, алвеолите в долната част на белия дроб, поради по-ниското транспулмонално налягане, са по-разтегливи и се разширяват повече по време на вдишване. С други думи, при нисък първоначален обем, белите дробове са по-лесни за надуване, отколкото при висок, тъй като с разширяването им, съответствието намалява. Статичното съответствие е по-високо в долните части на белите дробове, те заемат повече обем и съответно там се разпределя по-голямата част от дихателния обем. Всъщност това обстоятелство повишава ефективността на газообмена, тъй като белодробният кръвен поток също преобладава в основата на белите дробове.

Съпротивлението на дихателните пътища също допринася за регионалните различия в белодробната вентилация. Крайният алвеоларен обем по време на вдишване се определя единствено от съответствието само в хипотетичния случай, ако времето на вдишване не е ограничено. В действителност времето за вдишване е ограничено от честотата на дишане и времето, необходимо за издишване. Следователно също кратко времевдишването няма да позволи на алвеолите да достигнат очаквания обем. Поради разликата в съответствието на различните алвеоли, както и съпротивлението на дихателните пътища в различните области на белия дроб, регионалното време за пълнене на алвеолите е различно.

Разширяването на белите дробове по време на вдишване може да се опише математически с помощта на времевата константа - "?":

° С? R = 0,1 l/cm? 2 cm H2O / (l? s) = 0,2 s (3,16).

Времето, съответстващо на 1? е времето, необходимо на алвеолите да се разширят до приблизително 60% от максималния си обем. Разпространението до 99% изисква време равно на 4?.

Регионалното намаляване на белодробния комплайънс или увеличаването на съпротивлението на дихателните пътища води до увеличаване на неравномерната вентилация и може също да причини асинхронно пълнене на алвеолите по време на вдишване. Някои алвеоли продължават да се пълнят дори когато газът вече е започнал да излиза от други алвеоли.

Белодробна циркулация. Белодробната циркулация е верига с голям обем и ниско съпротивление, "функционално" разположена между дясната и лявата половина на сърцето. За разлика от кръвообращението на всеки друг орган, малкият кръг трябва да се намеси в целия обем сърдечен дебиткакто в покой, така и при стрес. От 5 литра кръв, преминаващи през белите дробове за една минута, само 70-100 ml се намират едновременно в белодробните капиляри и участват в газообмена. Този малък обем кръв образува филм върху алвеолокапилярната мембрана с площ от 50-100 m2 и дебелина на един еритроцит. Капилярният капацитет на белите дробове е относително постоянен, но общият вътребелодробен кръвен обем може да варира от 500 до 1000 ml. Вътребелодробният кръвен обем леко се увеличава с всяко вдишване (по време на спонтанно дишане) и по време на сърдечна систола.

Повечето белодробни вени имат тънки, свиваеми и опънати стени, които лесно се повлияват както от вътресъдово, така и от екстраваскуларно налягане. При напрежение се получава разширяване на функциониращи съдове и включване в кръвообращението на преди това нефункциониращи съдове. Това позволява на съдовото легло на белите дробове да премине увеличения сърдечен дебит при много леко увеличениеналягане в белодробна артерия. При здрав възрастен в покой на морското равнище средното налягане в белодробната артерия обикновено е 9-15 mmHg. Изкуство. Систолно и диастолично налягане - от 15 до 25 mm Hg. Изкуство. и 5 до 10 mm Hg. Изкуство. съответно.

Увеличаването на сърдечния дебит или налягането в белодробната артерия е придружено от намаляване на съпротивлението на белодробните съдове. Това намаление е нелинейно: степента му зависи от вазомоторния тонус, който е съществувал преди увеличаването на сърдечния дебит, както и от нивото на налягане в белодробната артерия и количеството на кръвния поток.

Белодробният кръвоток е толкова неравномерен, колкото и вентилацията. По-специално, разпространението му се влияе от промени в позата и физическата активност. Към по-ниските части на белите дробове тече повече кръв, отколкото към по-високите. Например във вертикално положение кръвният поток е минимален във върховете, в легнало положение - във вентралните части на белите дробове. Неравномерното разпределение на белодробния кръвен поток може да се обясни с разликите в хидростатичното налягане в кръвоносни съдове. Ако вземем предвид белодробната артериална системакато единичен кръвен стълб с височина около 30 cm, тогава разликата в налягането между върха и основата му ще бъде около 30 cm вода. Чл., Или 23 mm Hg. Изкуство. Тъй като кръвното налягане в малкия кръг е малко, тази разлика е доста значителна. В резултат на действието на гравитацията се създава градиент на вътресъдово налягане от 1 cm воден ъгъл. Изкуство. за всеки сантиметър височина на белия дроб.

При умерено физическо натоварване кръвният поток в горната и долната част се увеличава и регионалните различия в разпределението му се изглаждат.

Във всеки бял дроб е обичайно да се разграничават три зони - в зависимост от съотношението на алвеоларното (Palv), артериалното (Pa) и венозното (Pv) налягане (фиг. 3.13).

Първата зона (горната) се определя като зоната, където алвеоларното налягане (Palv) е по-голямо от налягането в белодробната артерия (Ppa), което от своя страна надвишава белодробното венозно налягане (Palv?Pa?Pv). Тази зона се намира в горните части на белите дробове и представлява алвеоларното мъртво пространство, тъй като тук налягането в алвеолите притиска белодробните капиляри и кръвотокът е минимален. Върхът на вертикално разположения бял дроб се перфузира само поради пулсиращия характер на кръвния поток в белодробната артерия.

В средната зона (зона 2) налягането в белодробната артерия превишава алвеоларното налягане, което от своя страна е по-голямо от налягането във венозното русло на белодробната циркулация (Ppa?Palv?Ppv). В резултат на това кръвният поток не се определя от обичайния градиент между средното налягане в белодробната артерия и алвеоларното налягане. Променящата се връзка между алвеоларното и васкуларното налягане последователно измества изходящото налягане в диапазона между алвеоларното и венозното, създавайки така наречения резистор на Старлинг. Следователно, потокът през капилярите на зона 2 изглежда непостоянен поради канали, които са отворени, когато венозното налягане превишава алвеоларното налягане и затворени, когато алвеоларното налягане надвишава белодробното венозно налягане.

Фиг.3.13. Модел, демонстриращ неравномерно разпределение на белодробния кръвен поток в три зони на белия дроб

В зона 3 белодробният капилярен кръвоток е непрекъснат и се определя от градиента на артериално-венозното налягане. В този случай обичайните изчисления на белодробното съдово съпротивление стават валидни.

При малък обем на белите дробове съпротивлението на екстра-алвеоларните съдове е от голямо значение. При тези условия регионалният кръвен поток намалява и главно в областта на основите на белите дробове, където белодробният паренхим е най-малко разширен. Това дава основание да се говори за четвърта зона, в която се смята, че съпротивлението на кръвния поток се създава от екстраалвеоларни, а не от алвеоларни съдове. Изчезва с дълбоко вдишване, вероятно поради изправянето на тези съдове, когато белите дробове се разширяват.

Описаните зони са функционални, а не анатомични структури. Повърхностите, разделящи зоните, не са фиксирани топографски и се движат по вертикалата на белите дробове в съответствие с промените в съотношението между белодробното артериално, белодробното венозно и алвеоларното налягане.

В регулацията на съдовия тонус участват както автономната нервна система, така и локални фактори, като последните са по-значими. Най-мощният стимул за белодробна вазоконстрикция е хипоксията (за разлика от съдоразширяващо действиехипоксия в голям кръгтираж). Хипоксичната белодробна вазоконстрикция, като реакция на алвеоларната хипоксия, води до изразено стесняване на прекапилярните мускулни белодробни артерии и артериоли, съседни на алвеолите. Вазоконстрикция възниква както при хипоксия в белодробната артерия (при смесена венозна кръв), така и при алвеоларна хипоксия. Въпреки това, стимулиращият ефект на последния е по-изразен. Медиаторите, участващи в хипоксичната белодробна вазоконстрикция, все още не са напълно идентифицирани. Това явление възниква или поради пряко действиехипоксия на белодробните съдове или поради преобладаването на производството на вазоконстриктивни левкотриени над производството на вазодилататорни простагландини (простагландин I2). Възможно е хипоксията да потиска образуването на азотен оксид (NO). В случай на локална алвеоларна хипоксия (както при пневмония или регионална ателектаза), белодробната вазоконстрикция също е локализирана, отклонявайки кръвния поток от хипоксичните зони и намалявайки степента на вентилационно-перфузионно несъответствие. Въпреки това, с дифузния характер на алвеоларната хипоксия, получената белодробна вазоконстрикция засяга белия дроб като цяло. Например, при хронична обструктивна белодробна болест, хипоксичната белодробна вазоконстрикция е компонент на повишеното белодробно съдово съпротивление.

Хипероксията няма значителен ефект върху белодробна циркулацияпри здрави хора. Значителна ацидемия (pH?7,2) причинява белодробна вазоконстрикция. При хората ацидемията действа синергично с хипоксията. Значителна алкалиемия (pH?7,5) намалява вазоконстрикцията в отговор на хипоксия. За разлика от хипоксемията, изглежда, че хиперкапнията допринася за белодробната хипертония, като причинява ацидемия, а не директно вазоконстрикция.

връзка вентилация-перфузия. Количествената връзка между вентилация и перфузия се изразява чрез съотношението вентилация-перфузия. Нормално алвеоларната вентилация (V) е 4 l/min, белодробният капилярен кръвоток (Q) е 5 l/min, а съотношението им V/Q е съответно 0,8. Апикално-базалните градиенти на кръвния поток и вентилацията съвпадат по посока, но величината на промените във вентилацията и перфузията от върха към основата е различна. Притокът на кръв към основата се увеличава в по-голяма степен, следователно в апикалните участъци на белите дробове V / Q е по-висок, отколкото в базалния. Алвеолите с V/Q по-малко от единица осигуряват нормална разлика между идеалната средна PAO2 и PaO2, т.е. алвеоларно-артериална кислородна разлика. Обикновено тази разлика е от 5 до 10 mm Hg. Изкуство. при здрави млади хора и може да се увеличи до 20 mm Hg. Изкуство. при здрави възрастни хора.

Грубо нарушение на съответствието между вентилация и перфузия е придружено от развитие на дихателна недостатъчност. Дълбочината на патофизиологичните ефекти върху артериалната оксигенация на нарушените вентилационно-перфузионни връзки далеч надхвърля ефектите на други механизми за развитие на хипоксемия, включително хиповентилация, дифузионен блок и шунтиране.

За единична белодробна единица (алвеоло-капилярен комплекс), V/Q може да варира от 0 (липса на вентилация) до безкрайност V/Q= ? (липса на кръвен поток). Първото състояние е интрапулмонален шънт, второто е алвеоларно мъртво пространство.

Във физиологията на дишането шунтирането се разбира като връщане на десатурирана смесена венозна кръв от дясното сърце в лявото без насищане с кислород в белите дробове. Този тип шънт се нарича дясно-ляв шънт и води до намаляване ("разреждане") на кислорода в артериалната кръв. Физиологичният шунт е термин, използван за количествено определяне на ефектите както на абсолютния (анатомичен) шунт, така и на зоните с нисък V/Q. Обикновено физиологичният шънт е по-малък от 5% от сърдечния дебит. Под абсолютни шънтове се разбират анатомичните шънтове и онези белодробни единици, при които V/Q е нула. Относителен шунт - област на белия дроб с ниска, но не нулева стойност на V/Q. От практическа гледна точка, хипоксемията, дължаща се на относително шунтиране, може да бъде частично коригирана чрез увеличаване на концентрацията на кислород в инхалираната смес. При абсолютен шънт хипоксемията не може да бъде намалена по този начин.

Физиологичният шунт се изчислява с помощта на уравнението на шунт:

Qs / Qt \u003d (Cs "O2 - CaO2) / (Cs" O2 - CvO2), 3.17),

Където: Qs/Qt - фракция на шунтирана кръв,

Шунтираната кръвна фракция (Qs/Qt) може да се изчисли с помощта на клинична обстановка, ако измервате парциалното налягане на кислорода и насищането на хемоглобина с кислород в артериалната и смесената венозна кръв. Необходима е катетеризация на белодробната артерия, за да се получи проба от смесена венозна кръв. За изчисляване на парциалното налягане на кислорода в кръвта на терминалните белодробни капиляри се използва алвеоларното газово уравнение. Приема се, че когато FiO2 > 0,21, кръвта на терминалните белодробни капиляри е 100% наситена с кислород.

Въпреки че ниските V/Q алвеоларни единици обикновено причиняват намаляване на PaO2, в редки случаи те допринасят за повишаване на PaCO2. Това явление не е свързано с по-голяма разтворимост CO2 в сравнение с O2, тъй като обикновено няма дифузионни пречки за абсорбцията на O2. Индивиди с умерено увеличение на висока V/Q алвеоларна фракция нямат затруднения при увеличаване на общата вентилация и изхвърляне на повече CO2 от други белодробни единици, като по този начин компенсират допълнителното мъртво пространство. Този ефект е възможен поради линейността на кривата на дисоциация CO2-хемоглобин (т.е. съдържанието на CO2 в кръвта е линейно свързано с PaCO2).

Няма такъв компенсаторен отговор на хипоксемия поради наличието на ниски V/Q алвеоли. Въпреки че увеличаването на общата вентилация повишава PAO2 в алвеолите с V/Q?1, увеличението на O2 в капилярна кръвминимум. Той не компенсира приноса на десатурирана кръв, изтичаща от алвеолите с нисък V/Q.

Теоретично, физиологичният ефект на алвеолите с V/Q по-голям от едно, но не безкраен, може да се опише като функционален еквивалент на допълнително мъртво пространство, т.е. „алвеоларно мъртво пространство“. Въздействието на високи V/Q единици се изчислява с помощта на уравнението на Бор (3.13).

Газообмен в белите дробове. Кинетичната енергия на всички атмосферни газови молекули създава атмосферно или барометрично налягане. Плевралното или алвеоларното налягане обикновено се изразява спрямо атмосферното налягане и се нарича манометрично налягане.

Атмосферният въздух е смес от газове: азот, кислород, въглероден диоксид, водна пара. Количеството аргон и въглероден диоксид в него е много малко, а налягането на водните пари при нормални условия на околната среда е малко. Следователно за практически цели атмосферният въздух може да се разглежда като смес от 21% кислород и 79% азот (FiO2 - 0,21 и FiN2 - 0,79 - фракционни концентрации съответно на кислород и азот).

В газова смес кинетичната енергия на всеки газ създава налягане, известно като парциално налягане на газа. Сместа от газове в резервоара упражнява върху стените му общо налягане, равно на сумата от парциалните налягания на всички газове от газовата смес (закон на Далтон).

Налягането на водните пари във вдишвания въздух, който е загрят до телесна температура и напълно овлажнен, е 47 mm Hg. Обикновено фракционната концентрация на газ се изчислява след изваждане на налягането на водните пари (т.е. като "сух газ"). Парциалното налягане на газ е произведение от неговата фракционна концентрация и общо налягане"суха" смес.

Движението на газ през алвеоларно-капилярната мембрана става чрез дифузия, съгласно закона на Фик. В съответствие с този закон скоростта на пренос на газ през тъканна повърхност или „мембрана“ е право пропорционална на разликата в парциалното налягане на газа от двете страни на мембраната и константата на мембраната, известна като дифузивност (Dm):

VG = Dm? (P1-P2), (3.18),

Където: VG е скоростта на пренос на газ през тъканната повърхност,

P1 - парциално газово налягане от едната страна на тъканната повърхност,

P2 е парциалното налягане на газа от другата страна на тъканната повърхност.

Дифузионният капацитет от своя страна се състои от няколко компонента, включително разтворимостта на газа в тъканта (?), площта на тъканната повърхност (A), нейната дебелина (d) и молекулното тегло на газа ( MW).

Възрастен човек прави от четиринадесет до двадесет вдишвания всяка минута, а децата, в зависимост от възрастта, могат да направят до шестдесет дихателни движения за същия период от време. което помага на тялото да оцелее. Изпълнението му е извън нашия контрол и разбиране. Външното и вътрешното дишане имат така наречената комуникация помежду си. Работи на принципа на обратната връзка. Ако клетките нямат достатъчно кислород, тогава тялото ускорява дишането и обратно.

Определение

Дишането е сложен рефлекторен непрекъснат акт. Осигурява постоянството на газовия състав на кръвта. Състои се от три етапа или връзки: външно дишане, транспорт на газ и насищане на тъканите. Провалът може да възникне на всеки етап. Това може да доведе до хипоксия и дори смърт. Външното дишане е първият етап, при който се извършва обмен на газ между човек и заобикаляща среда. Атмосферният въздух навлиза първо в алвеолите. И на следващия етап дифундира в кръвта за транспортиране до тъканите.

Механизмът на навлизане на кислород в кръвта се основава на разликата в парциалното налягане на газовете. Обменът се извършва по градиент на концентрация. Тоест кръв високо съдържаниевъглеродният диоксид лесно поема достатъчно кислород и обратно. В същото време същността на тъканното дишане е следната: кислородът от кръвта навлиза в цитоплазмата на клетката и след това преминава през верига от химични реакции, наречени Накрая въглеродният диоксид и други метаболитни продукти навлизат в периферния канал.

Състав на въздуха

Външното дишане е силно зависимо от състава на атмосферния въздух. Колкото по-малко кислород съдържа, толкова по-рядко стават вдишванията. Обикновено съставът на въздуха е приблизително следният:

• азот - 79,03%;
• кислород - 20%;
• въглероден диоксид - 0,03%;
• всички останали газове - 0,04%.

При издишване съотношението на частите се променя донякъде. Въглеродният диоксид се повишава до 4%, а кислородът намалява със същото количество.

Устройството на дихателния апарат

Системата за външно дишане е серия от тръби, свързани една с друга. Преди да попадне в алвеолите, въздухът изминава дълъг път, за да стане топъл и чист. Всичко започва с носните проходи. Те са първата бариера за прах и мръсотия. Космите, разположени на носната лигавица, задържат големи частици, а плътно разположените съдове затоплят въздуха.

Следват назофаринкса и орофаринкса, след тях - ларинкса, трахеята, главните бронхи. Последните се делят на десни и ляв лоб. Те се разклоняват, образувайки най-малките бронхиоли, в края имат еластична торбичка - алвеолите. Въпреки факта, че лигавицата покрива всички дихателни пътища, обменът на газ се извършва само в самия им край. Неизползваното пространство се нарича мъртво пространство. Обикновено размерът му достига до сто и петдесет милилитра.

Дихателен цикъл

При здрав човек дишането протича на три етапа: вдишване, издишване и пауза. Във времето целият този процес отнема от две и половина до десет секунди или повече. Това са много индивидуални настройки. Външното дишане до голяма степен зависи от условията, в които живее тялото и от неговото здравословно състояние. И така, има такива понятия като ритъм и честота на дишане. Те се определят от броя на движенията на гръдния кош в минута, тяхната редовност. Дълбочината на дишане може да се определи чрез измерване на обема на издишания въздух или обиколката на гръдния кош по време на вдишване и издишване. Процесът е доста прост.

Вдишването се извършва по време на свиването на диафрагмата и междуребрените мускули. Отрицателното налягане, което се създава в този момент, сякаш "изсмуква" атмосферния въздух в белите дробове. В този случай гръдният кош се разширява. Издишването е обратното действие: мускулите се отпускат, стените на алвеолите са склонни да се отърват от преразтягането и да се върнат в първоначалното си състояние.

Белодробна вентилация

Това помогна на учените да разберат по-добре механизма на развитие на значителен брой заболявания. Те дори отделиха отделен клон на медицината - пулмология. Има няколко критерия, по които се анализира работата на дихателната система. Индикаторите за външно дишане не са твърда стойност. Те могат да варират в зависимост от конституцията на лицето, възрастта и здравословното състояние:

1. Дихателен обем (TO). Това е количеството въздух, което човек вдишва и издишва в покой. Нормата е от триста до седемстотин милилитра.
2. Инспираторен резервен обем (IRV). Това е въздухът, който все още може да се добави към белите дробове. Например, ако след спокоен дъх, помолете човек да поеме дълбоко въздух.
3. Експираторен резервен обем (ERV). Това е обемът въздух, който ще напусне белите дробове, ако след нормално издишване се поеме дълбоко въздух. И двата показателя са около литър и половина.
4. Остатъчен обем. Това е количеството въздух, което остава в белите дробове след дълбоко издишване. Стойността му е от хиляда до една и половина хиляди милилитра.
5. Четирите предишни индикатора заедно съставляват жизнен капацитетбели дробове. За мъжете тя е равна на пет литра, за жените - три и половина.

Белодробната вентилация е общият обем въздух, който преминава през белите дробове за една минута. При възрастен здрав човек в покой тази цифра варира около шест до осем литра. Изследването на функцията на външното дишане е необходимо не само за хора с патологии, но и за спортисти, както и за деца (особено недоносени новородени). Често такива познания са необходими в интензивното лечение, когато пациентът се премества или извежда от него.

Видове нормално дишане

Функцията на външното дишане до голяма степен зависи от вида на процеса. А също и от конституцията и пола на човек. Според метода на разширяване на гръдния кош могат да се разграничат два вида дишане:

• Гръден, по време на който ребрата се издигат. Преобладава при жените.
• Коремна, когато диафрагмата е сплескана. Този е по-скоро за мъже.

Все още има смесен типкогато участват всички мускулни групи. Този показател е индивидуален. Това зависи не само от пола, но и от възрастта на човека, тъй като подвижността на гръдния кош намалява с годините. Професията също му влияе: колкото по-трудна е работата, толкова повече преобладава коремният тип.

Патологични видове дишане

Показателите за външно дишане се променят драстично при наличие на синдром на дихателна недостатъчност. Това не е отделно заболяване, а само следствие от патологията на други органи: сърцето, белите дробове, надбъбречните жлези, черния дроб или бъбреците. Cidrom преминава както в остър, така и в хронична форма. В допълнение, той е разделен на видове:

1. Обструктивна. При вдъхновение се появява недостиг на въздух.
2. Ограничителен тип. При издишване се появява недостиг на въздух.
3. Смесен тип. Обикновено е и включва първите две опции.

Освен това има няколко вида необичайно дишанекоито не са свързани с конкретно заболяване:

• Дишане на Чейн-Стокс. Започвайки от плитък дъх, дъхът постепенно се задълбочава и на петия или седмия дъх достига нормални показатели. След това отново става рядък и плитък. Накрая винаги има пауза - няколко секунди без дъх. Среща се при новородени, с нараняване на главата, интоксикация, хидроцефалия.
• Дъхът на Кусмаул. То е дълбоко, шумно и рядко дишане. Среща се при хипервентилация, ацидоза, диабетна кома.

Патология на външното дишане

Дихателна недостатъчност възниква при нормално функциониранеорганизъм и в критични ситуации:

1. Тахипнея е състояние, при което дихателната честота надвишава двадесет пъти в минута. Това се случва както физиологично (след тренировка, в задушна стая), така и патологично (при заболявания на кръвта, треска, истерия).
2. Брадипное - рядко дишане. Обикновено се комбинира с неврологични заболявания, нараства вътречерепно налягане, мозъчен оток, кома, интоксикация.
3. Апнея е липсата или спирането на дишането. Може да бъде свързано с парализа на дихателните мускули, отравяне, травматично увреждане на мозъка или мозъчен оток. Има и симптом на спиране на дишането по време на сън.
4. Диспнея - задух (нарушение на ритъма, честотата и дълбочината на дишането). Възниква при прекомерна физическа активност, бронхиална астма, хронична обструктивен бронхит, хипертония.

Къде са необходими знания за характеристиките на външното дишане?

Изследването на външното дишане трябва да се извърши за диагностични цели, за да се оцени функционално състояниецялата система. При пациенти в риск, като пушачи или работници в опасни производства, тенденция към професионални заболявания. За хирурзите и анестезиолозите състоянието на тази функция е важно при подготовката на пациента за операция. Провежда се динамично изследване на външното дишане, за да се потвърди групата на увреждане и да се оцени способността за работа като цяло. А също и при диспансерно наблюдениепациенти с хронични сърдечни или белодробни заболявания.

Видове изследвания

Спирометрията е начин за оценка на състоянието на дихателната система чрез обема на нормалното и принудителното издишване, както и издишването за 1 секунда. Понякога в диагностични целинаправете тест с бронходилататор. Същността му се състои в това, че пациентът първо се подлага на изследване. След това получава инхалация на лекарство, което разширява бронхите. И след 15 минути изследването се провежда отново. Резултатите се сравняват. Прави се заключение за обратимостта или необратимостта на патологията на дихателните пътища.

Бодиплетизмография - извършва се за оценка на общия белодробен капацитет и аеродинамичното съпротивление на дихателните пътища. За да направите това, пациентът трябва да вдиша въздух. Намира се в запечатана камера. В този случай се записва не само количеството газ, но и силата, с която се вдишва, както и скоростта на въздушния поток.

А. принудително дишане Осигурява се чрез включване на редица допълнителни мускули в свиването, извършва се с голям разход на енергия, тъй като в този случай нееластичното съпротивление рязко се увеличава. При вдишване спомагателна роля играят всички мускули, прикрепени към костите на раменния пояс, черепа или гръбначния стълб и способни да повдигат ребрата - това са стерноклеидомастоида, трапец, двата гръдни мускула, мускулът, който повдига лопатката, скален мускул, предния назъбен мускул. Принудителното издишване също се извършва с допълнителен директен разход на енергия, първо,в резултат на съкращаване на вътрешните междуребрени мускули. Тяхната посока е противоположна на посоката на външните междуребрени мускули, следователно в резултат на тяхното свиване ребрата се спускат. второ,най-важните спомагателни експираторни мускули са коремните мускули, по време на свиването на които ребрата се спускат надолу, а коремните органи се компресират и изместват нагоре заедно с диафрагмата. Задните назъбени мускули също допринасят за принудителното издишване. Естествено, при принудително вдишване и издишване действат и всички сили, с помощта на които се осъществява спокойно дишане.

б. Тип дъх зависи от пола и вида работа. При мъжете дишането е предимно коремно, а при жените - торакално. При предимно физическа работа и при жените се формира предимно коремен тип дишане. Гръдният тип дишане се осигурява главно поради работата на междуребрените мускули. При коремен тип, в резултат на мощно свиване на диафрагмата, коремните органи се изместват надолу, поради което при вдишване стомахът „изпъква“.

IN. Обеми вентилация бели дробове зависи от дълбочината на вдишване и издишване. Вентилация на белите дробове - обмен на газ между атмосферния въздух и белите дробове. Интензивността и същността му се изразяват в два термина. Хипервентилация - произволно учестяване на дишането, което не е свързано с метаболитните нужди на тялото, и хиперпнея, неволно учестяване на дишането във връзка с реалните нужди на тялото. Има обеми на вентилация на белите дробове "и техния капацитет, докато терминът" капацитет "се разбира като комбинация от няколко обема (фиг. 7.5).

1. Дихателен обем(DO) е обемът въздух, който човек вдишва и издишва по време на тихо дишане, докато продължителността на един дихателен цикъл е 4-6 s, актът на вдишване преминава малко по-бързо. Такова дишане се нарича epnoe (добро дишане).

2. Инспираторен резервен обем(Inspiratory RO) е максималният обем въздух, който човек може допълнително да вдиша след тихо вдишване.

3. експираторен резервен обем(експираторен RO) - максималният обем въздух, който може да се издиша след тихо издишване.

4. Остатъчен обем(00) - обем на оставащия въздух
белите дробове след максимално издишване.

5. Жизнен капацитет на белите дробове(VC) е най-големият обем въздух, който може да се издиша след максимално вдишване. При младите хора правилната стойност на VC може да се изчисли по формулата: VC \u003d Височина (m) 2,5 литра.

6. Функционален остатъчен капацитет(FOE) - количеството въздух, оставащо в белите дробове след тихо издишване, е равно на сумата от остатъчния обем и експираторния резервен обем.

7. Общ белодробен капацитет(OEL) - обемът на въздуха, съдържащ се в белите дробове на височината на максимално вдишване, е равно на сумата VC плюс остатъчен обем. Общият белодробен капацитет, подобно на други обеми и капацитети, е силно променлив и зависи от пола, възрастта и височината. Така при млади хора на възраст 20-30 години тя е равна средно на 6 литра, при мъже на възраст 50-60 години - средно около 5,5 литра.

В случай на пневмоторакс по-голямата част от остатъчния въздух се изхвърля, оставяйки това, което е известно като минимален обем въздух. Този въздух се задържа в така наречените въздушни капани, тъй като част от бронхиолите се свиват преди алвеолите (терминалните и респираторните бронхиоли не съдържат хрущял). Ето защо бял дроб на възрастенчовек и дишащо новородено дете не потъва във вода (тест за определяне чрез съдебномедицинска експертиза дали детето е родено живо: белият дроб на мъртвородено потъва във вода, тъй като не съдържа въздух).

Минутен въздушен обем(MOV) е обемът въздух, преминаващ през белите дробове за 1 минута. В покой е 6-8 литра, дихателната честота е 14-18 за 1 минута. При интензивно мускулно натоварване MOB може да достигне 100 литра.

Максимална вентилация(MVL) е обемът въздух, който преминава през белите дробове за 1 минута при максимална възможна дълбочина и дихателна честота. MVL може да достигне млад мъж 120-150 л/мин, а за спортисти - 180 л/мин, зависи от възрастта, ръста, пола. Ceteris paribus, MVL характеризира проходимостта на дихателните пътища, както и еластичността на гръдния кош и разтегливостта на белите дробове.

Ж. Често се обсъжда въпросът как да дишате с увеличаване на нуждата на тялото от обмен на газ: по-рядко, но по-дълбоко или по-често, но по-малко дълбоко? Дълбокото дишане е по-ефективно за обмена на газ в белите дробове, тъй като част от въздуха може да бъде изтеглен конвективно директно в алвеолите. Дишайте обаче дълбоко с интензивен мускулно натоварванестава трудно, тъй като нееластичното съпротивление (аеродинамично съпротивление на дихателните пътища, съпротивление на вискозната тъкан и инерционно съпротивление) се увеличава значително. Следователно, при принудително дишане, консумацията на енергия за осигуряване на работата на външната дихателна връзка се увеличава от 2% от общата консумация в покой до 20% при тежки физическа работа. В същото време, при обучени лица, увеличаването на белодробната вентилация по време на физическа активност се извършва главно поради задълбочаване на дишането, а при нетренирани лица, главно поради увеличено дишане до 40-50 в минута. Обикновено обаче честотата и дълбочината на дишането се определят от самата физическа активност. Самото тяло (непро-

доброволно) настройва режима на дишане според неговия физически възможностии нужди от този момент. Освен това, по време на интензивна физическа работа, човек неусетно често преминава от назално дишане към дишане през устата, тъй като назалното дишане създава около половината от съпротивлението на въздушния поток. Съзнателното желание за по-рядко, но по-дълбоко дишане по време на интензивна физическа активност също води до увеличаване на мускулната работа за преодоляване на нарастващия ETL по време на дълбоко вдишване. По този начин се извършва по-малко дихателна работа с плитко бързо дишане, въпреки че вентилацията е по-добра с дълбоко дишане. Полезен резултатза тялото повече с повърхностно често дишане. Режимът на дишане се задава неволно както по време на физическа работа, така и в покой. Човек съзнателно (доброволно) обикновено не контролира честотата и дълбочината на дишането, въпреки че това е възможно.

Д. Алвеоларна вентилация конвективен път (директен вход свеж въздухв алвеолите) възниква само при много интензивна физическа работа. Много по-често вентилацията на алвеолите се извършва чрез дифузия. Това се обяснява с факта, че многократното дихотомично разделяне на бронхиолите води до увеличаване на общото напречно сечение на дихателните пътища в дистална посока и, естествено, до увеличаване на неговия обем. Времето на дифузия на газовете в областта на газообмена и подреждането на състава на газовата смес в алвеоларните канали и алвеолите е около 1 s. Съставът на газовете на преходната зона се доближава до този на алвеоларните канали за приблизително същото време - 1 s.

външно дишане

Белите дробове са непроточен резервоар и следователно тяхната вентилация, тоест обменът на въздух между алвеолите на белите дробове и външна среда, може да се извърши само в резултат на ритмични дихателни движения на гръдния кош. Дихателните мускули се свиват ритмично и причиняват спадове на налягането в различни части на дихателните пътища и белодробния апарат, като по този начин създават възвратно-постъпателни газови потоци, които осъществяват вентилацията на белите дробове. Въздухът, постъпващ в белите дробове при вдишване през носа, трахеята и бронхите, изпълва дихателните пътища, а кислородът му достига чрез дифузия до алвеолите, където се смесва с алвеоларния въздух. Чрез стените на алвеолите и белодробните капиляри се осъществява газообменът между въздуха и кръвта. Част от въздуха остава в така нареченото мъртво пространство, в което не се извършва обмен на газове с кръв. Белите дробове за красота, удобство и защита са заобиколени от ребра. Дихателният процес протича на три етапа – външно (белодробно) дишане, транспортиране на газове по кръвен път и вътрешно (тъканно) дишане. Белодробното дишане е обмен на газ между атмосферата и кръвта на белодробните капиляри, което води до артериализация на кръвта (увеличаване на съдържанието на кислород - O 2 - и намаляване на съдържанието на въглероден диоксид - CO 2). Това е основната функция на дишането.
Кислородът в състава на въздуха навлиза в тялото главно през малките отвори на носа и относително тесни проходи на носната кухина, а понякога и през устата и устната кухина.
Ноздрите служат като основна врата за въздух, докато устата е за хранене и говорене. За дишане те трябва да се използват само в специални случаикато допълнителен резервен въздушен канал. Трябва да вдишате въздух през носа. Стените на носната кухина образуват неравен релеф, поради което повърхността на облицоващата я мембрана се увеличава и площта на контакт на въздуха с външния слой на клетките на лигавицата, много от които имат реснички (косми ). Вдишаният въздух преминава през носната кухина, се нагрява от кръвта, протичаща през множеството кръвоносни съдове, проникващи в мембраната, и освен това при контакт с лигавицата се овлажнява и почиства от прахови частици, микроби и токсични газови примеси.
Въздухът преминава в назофаринкса, оттук през ларинкса - в дихателната тръба, трахеята и бронхите (фиг. 1). Тези органи изграждат дихателните пътища и служат за транспортиране на въздух. Те не обменят газове с кръвта. Ларинксът, трахеята и бронхите, разположени под фаринкса, съдържат хрущял в стените си, който им придава еластичност и ги предпазва от падане.

Ориз. 1.Схематично представяне на дихателните органи. 1 - носната кухина; 2 – плътно небе; 3 - меко небце (увула); 4 - устна кухина; 5 - назофаринкса; 6 - устна част на фаринкса; 7 - епиглотис; 8 - кухината на ларинкса; 9 - хранопровод; 10 - трахея; 11 - главни ляв и десен бронх; 12 - клонове на бронхите (бронхиоли); 13 - белодробни везикули (алвеоли); 14 - ляв и десен бял дроб

Атмосферният въздух, преминал през горните дихателни пътища, загрят, овлажнен и пречистен, навлиза в бронхите. Двата главни бронха, излизащи от трахеята, подобно на клоните на дърво, многократно се разделят на по-малки и по-малки, достигайки до най-тънките и тънки клони - бронхиоли, чийто диаметър не надвишава части от милиметър. Те завършват с групи от малки мехурчета, така наречените белодробни алвеоли, оформени като миниатюрна гроздова четка.
Стените на алвеолите са много тънки и са оплетени с гъсти мрежи от най-тънките кръвоносни съдове - капиляри. Отвътре алвеолите са облицовани с повърхностноактивно вещество - повърхностно активно вещество, което отслабва ефекта на повърхностното напрежение и по този начин предотвратява колапса на алвеолите и белите дробове при издишване. Общата дебелина на стените на алвеолите и капилярите, които отделят кръвта от въздуха, обикновено не надвишава хилядни от милиметъра. Благодарение на тази структура газовете лесно проникват през стените на алвеолите и капилярите: кислород от алвеоларния въздух в кръвта и въглероден диоксид от кръвта във въздуха.
Процесът на обмен на газ в белите дробове е изключително бърз поради огромния брой алвеоли, равен на няколкостотин милиона, и това е напълно достатъчно, за да се установи баланс на кислород и въглероден диоксид между въздуха на алвеолите и кръвта.
Белите дробове изпълват двете половини на гръдния кош. В съответствие с местоположението им се разграничават десният и левият бял дроб. Всеки от тях има формата на половин вертикално изрязан конус със заоблен връх и леко вдлъбната основа, която пасва на диафрагмата. Диафрагмата (коремна обструкция) е широк плосък мускул с плътна куполообразна издигната среда с форма на сухожилие, която разделя гръдната кухина от коремната кухина.
Белите дробове са покрити тънка черупка- плевра, която също покрива стените на гръдната кухина. Между белодробния и париеталния слой на плеврата се образува цепнато херметично затворено пространство, наречено плеврална кухина. Съдържа малко количество серозна течностотделя се от плеврата, но няма въздух. Тъй като тази кухина е затворена и не е свързана с атмосферен въздух, и силата атмосферно налягане, действайки едностранно, се изразходва до известна степен за преодоляване на еластичната тяга на белодробната тъкан, след което повърхността на белите дробове се притиска към гръдната стена с малко по-малка сила от силата на атмосферното налягане. В резултат на това налягането в плевралната кухина е по-малко от атмосферното (поради което се нарича отрицателно) с размера на еластичния откат на белите дробове.
Целта на белодробния апарат е осъществяването на външно дишане и пренос на газове между външната среда и алвеолите, в които се извършва обмен на газ с кръвта.

Дихателни движения

В системата се формира периодът на дихателните движения или ритъмът на дишане нервни клетки продълговатия мозък, което осигурява работата на дихателната система в режим на неволно дишане. От дихателния център, разположен в продълговатия мозък, се предават команди на дихателната мускулатура. Информацията за последователността, продължителността и силата на свиването отива към двигателните неврони (моторните неврони) на дихателните мускули. Това установява степента на свиване на дихателната мускулатура и текущия обем на белите дробове при спонтанно дишане. Кортикалните клетки участват в доброволния контрол на дихателните движения полукълбамозък. Промяната в състава на газа в белите дробове или вентилацията на белите дробове се дължи на работата на дихателните мускули. Дихателният акт (цикъл) се състои от вдишване и издишване.
В продълговатия мозък се намира дихателният център, от който периодично се получават команди към дихателната мускулатура. Тази централна нервна формация, съставена от функционално различни нервни клетки, осигурява работата на дихателната система в неволен автоматичен режим (поради което обикновено не забелязваме собственото си дишане). Дихателният център определя реда на включване, силата и продължителността на съкращението на различните мускули в зависимост от газообменните нужди на организма. Залпове от възбудни импулси се предават от дихателния център по диафрагмалния нерв към диафрагмата и по междуребрените нерви към междуребрените мускули.
При вдишване, по команда на дихателния център, главният инспираторен мускул - диафрагмата - и външните междуребрени мускули се свиват. В резултат на свиването на инспираторните мускули куполът на диафрагмата се сплесква и спада, а ребрата се издигат, в резултат на което обемът на гръдния кош се увеличава. Плеврална кухина, повтаряме, той е херметичен и налягането в него е отрицателно спрямо атмосферното. Поради това белите дробове пасивно се разширяват в гръдната кухина и под въздействието на силата на атмосферното налягане се пълнят с въздух през дихателните пътища. Така става вдишването.
Инспираторните мускули преодоляват редица съпротивления, най-важните от които са еластичното съпротивление на ребрените хрущяли и самата белодробна тъкан, повдигането на масата на гръдния кош и съпротивлението на коремните вътрешности и коремните стени, избутани назад от диафрагмата, когато се сплеска по време на контракция.
Когато вдишването приключи и инхалаторните мускули се отпуснат, общото действие на изброените съпротивления връща гръдния кош в първоначалното му положение: ребрата, поради еластичността на техните връзки, падат, диафрагмата изпъква нагоре. В резултат на това обемът на гръдния кош намалява и съответно обемът на белите дробове. Освен това излишният въздух, влязъл по време на вдишване, се изтласква поради повишаване на вътребелодробното налягане. Така че в спокойно състояниепасивно, без активното участие на дихателната мускулатура, се извършва издишване. Само при учестено или затруднено дишане издишването става активно: подпомага се от съкращаването на експираторните мускули (експираторни мускули) - коремни, вътрешни и част от външни междуребрени.
След издишване дихателният цикъл се повтаря ритмично. И така цял живот. От първия дъх до последния...
С произволно желание за промяна дихателни движенияНапример, за да задържите дъха си по време на гмуркане или да координирате ритъма на спортните движения с дихателните, висшите части на мозъка, които контролират работата на всички мускули на тялото (соматични мускули), са включени в регулацията на дишането.
Обикновено човек не забелязва каква работа извършват дихателните му мускули всяка секунда. Въпреки това, всяка физическа активност, водеща до учестено дишане, прави движенията на гръдния кош много забележими. А при спокойно дишане се изразходва много енергия. Следователно задачата на дихателната система е да доставя кислород на тялото с най-малък разход на енергия за самото дишане. Запазването на минималната енергийна "цена" на кислорода е едно от най-важните условия за живота на организма. При прекомерна консумация на кислород за функционирането на самия дихателен апарат, както се случва при различни заболяванияили със затруднено дишане, тялото страда от кислородно гладуване. В критични случаи дишането престава да бъде условие за живот и се превръща в самоцел: оказва се, че пациентът живее само за да диша, вместо да диша пълноценно.
Жизненият капацитет - общият обем въздух, който може да се издиша при максимално издишване след най-дълбокото вдишване - е един от показателите физическо развитиечовек. Спортът и дихателните упражнения увеличават жизнения капацитет, а всички причини, които затрудняват дихателните движения, го намаляват и по този начин влошават снабдяването на тялото с кислород (фиг. 2).
Тя е средно 3500 мл при мъжете и 2700 мл при жените, а при добре тренираните може да достигне до 6000 мл. В същото време, дори след много интензивно издишване, в белите дробове винаги остават около 1500 ml от така наречения остатъчен въздух.
Обемът въздух, преминаващ през белите дробове за една минута, се нарича респираторен минутен обем. Обикновено е 4000 - 6000 мл. При мускулна работаувеличава се например при спортисти при бягане - до 30 литра.
В покой възрастен прави около 16 вдишвания в минута. За всяко вдишване в белите дробове влизат около 50 ml въздух. При най-дълбокото вдишване можете допълнително да вдишате около 1500 ml въздух, а при най-дълбокото издишване можете да издишате още 1500 ml резервен въздух, но дори и след това в дихателната система ще остане около 1500 ml въздух.
Не цялото количество вдишван въздух участва в газообмена. При всяко вдишване около 150 ml от него остават в носната кухина, орофаринкса, назофаринкса, ларинкса, трахеята и бронхите. Този обем въздух се нарича вредно пространство.
И така, по време на вдишване въздухът навлиза в белите дробове, който през дихателните пътища достига до малките клони на бронхите. Освен това кислородът достига до алвеолите чрез дифузия и се смесва с алвеоларния въздух. В алвеолите се извършва интензивен обмен на газове, но химичният състав на алвеоларния въздух се променя много слабо, въпреки че се различава значително от атмосферния. Съставът му остава сравнително постоянен по време на вдишване и издишване поради факта, че кислородните молекули непрекъснато дифундират в алвеолите от дихателните пътища и молекулите на въглеродния диоксид се отстраняват. Това има страхотно физиологично значениеза поддържане на последователност вътрешна средаорганизъм. Благодарение на алвеоларния въздух, който действа като посредник, кръвта не влиза директно в контакт с въздуха около нас.

Ориз. 2.Белодробни обеми и капацитет

Белодробната вентилация се определя от дълбочината на дишане (дихателен обем) и дихателната честота. В покой дихателният обем е малък в сравнение с общия обем въздух в белите дробове. Така човек може както да вдишва, така и да издишва голям допълнителен обем. Въпреки това, дори и при най-дълбоко издишване, малко въздух остава в алвеолите и дихателните пътища на белите дробове.

Обмен на газ

Газообменът между въздуха и кръвта през стените на алвеолите и белодробните капиляри и между кръвта и клетките през стените на тъканните капиляри се осъществява чрез дифузия. В алвеолите на белите дробове кислородът дифундира в кръвта, а въглеродният диоксид дифундира от кръвта във въздуха. Артериалната кръв се движи от белите дробове към тъканните капиляри, където протичат обратните процеси на обмен на газ между тъканите и кръвта.
При здрав човек при нормални условия налягането на кислорода в алвеоларния въздух е по-високо, отколкото във венозната кръв, която тече към белодробните капиляри. По отношение на въглеродния диоксид се наблюдава точно обратното: налягането му в алвеоларния въздух е по-малко, отколкото във венозната кръв, и още повече в тъканите, където постоянно се образува в резултат на жизнената дейност на клетките. Разликите в налягането, съществуващи между кислорода в алвеоларния въздух и във венозната кръв и между въглеродния диоксид във входящата кръв и в алвеоларния въздух са физическата причина за преноса на кислород от въздуха към кръвта и въглероден диоксид от кръвта към алвеоларен въздух. Газовете дифундират в посока, определена от разликата в налягането (стрес) вътре и извън капилярните стени. Поради дифузия (спонтанно проникване на газови молекули от място с високо налягане до място, където налягането на газа е по-ниско), кислородът от алвеоларния въздух преминава в кръвта, а въглеродният диоксид, внесен в белите дробове от кръвта, преминава от него в алвеоларния въздух и се отстранява в атмосферата.
Скоростта на дифузия в белодробните капиляри е доста висока и по време на движението на кръвта през тях (около 2 секунди) налягането на газовете вътре и извън капилярите има време да се изравни. Следователно можем да приемем, че напрежението (налягането) на газовете в алвеолите и артериалната кръв е еднакво. В тъканните капиляри скоростта на дифузия на газа на границата кръв-тъкан е относително ниска и налягането на газа в кръвта няма време да достигне стойност, равна на налягането в тъканите. Следователно налягането на газовете във венозната кръв се различава с известна стойност от налягането на газовете в тъканите.

Пренасяне на газове в кръвта

Преносът на газове чрез кръвта е доставката на O 2 до тъканите и обратният транспорт на CO 2 . Кръвта се движи порочен кръг, осигурява преноса на газове между белите дробове и тъканите. Газовете се транспортират от кръвта частично в свободно състояние, разтворени в плазмата, но предимно в свързана форма чрез образуване на обратими химични съединения с хемоглобина. Това е кръвният хемоглобин, който осигурява химичното свързване и транспорт на кислород и въглероден диоксид, които навлизат в кръвната плазма по време на дифузия.
Газообменът в белите дробове и тъканите на тялото става възможен благодарение на транспортна системакръв, която циркулира в порочен кръг, съдържащ две части от капиляри: белодробни и тъканни. Не е необходимо да се доказва, че функцията на дихателната система е неотделима от дейността на сърдечно-съдовата система, а и двете са неделими, когато се изпълняват. първостепенна задача: доставка на кислород до органите и тъканите и отстраняване на излишния въглероден диоксид.
Процесът на прехвърляне на газове чрез кръв също не е прост. Кислородните молекули, които са проникнали от алвеолите в кръвната плазма, не остават свободни за дълго, тъй като се свързват с хемоглобина, разположен в червено кръвни клетки- еритроцити. Респираторният протеин хемоглобин, когато се комбинира с кислород, образува оксихемоглобин и по този начин кръвта пренася много повече кислород, отколкото ако газът просто се разтвори в нейната плазма. В артериалната кръв, изтичаща от белите дробове, почти целият хемоглобин се свързва с кислород и се превръща в оксихемоглобин. Нестабилно съединение на кислород с хемоглобин в концентрирана форма в еритроцитите се доставя до тъканите.
Доставя се и на най-малките кръвоносни капилярипрониквайки във всички органи и тъкани на тялото, оксихемоглобинът лесно освобождава кислород. Химическият афинитет (способността да държи кислородна молекула) на хемоглобина с кислород също зависи от съдържанието на въглероден диоксид: колкото повече е, толкова по-бързо се разделя оксихемоглобинът.
Освободеният кислород прониква по-нататък през клетъчната мембрана и участва в тъканното дишане. Към този процес протича друг, взаимосвързан с него: въглеродният диоксид навлиза в кръвта от клетката. Хемоглобинът, който е отделил кислорода от себе си, веднага влиза в контакт с въглеродния диоксид: колкото по-малко кислород има в кръвта, толкова повече е химически свързан въглероден диоксид.
Кислородът, пренесен с кръвния поток до различни тъкани и органи, започва да преминава от кръвта в клетките на тези тъкани и органи, тъй като поради непрекъсната работаклетките непрекъснато консумират кислород и отделят въглероден диоксид. Концентрацията на кислород в клетките винаги е по-ниска, отколкото във входящата кръв, а концентрацията на въглероден диоксид винаги е по-висока.
Така по целия си път от белите дробове през кръвта до тъканите кислородът се движи от нейното повече висока концентрациякъм долната област и накрая се използва (използва) в клетките.
Приблизително същото се случва с въглеродния диоксид, който се движи от работните органи (т.е. местата с по-висока концентрация) през кръвта до белите дробове, където концентрацията му е минимална.
Въглеродният диоксид във венозната кръв, изтичаща от тъканите, се съдържа в разтворено и свързано състояние: под формата на бикарбонати и съединения с хемоглобина - карбохемоглобин. В тази форма по-голямата част от въглеродния диоксид се доставя от кръвта в белите дробове. Тъй като карбохемоглобинът е крехко съединение и се разгражда толкова по-лесно повече съдържаниекислород, след което в капилярите на белите дробове той много бързо се разпада и освободеният въглероден диоксид се освобождава в алвеоларния въздух и впоследствие се отстранява от тялото.
Количеството химически свързан газ, от една страна, съответства на съдържанието му в кръвната плазма, а от друга страна, зависи от съдържанието на конкуриращия се газ: колкото повече кислород, толкова по-малко карбохемоглобин и повече въглероден диоксид, толкова по-малко оксихемоглобин. Хемоглобинът работи без прекъсване и се зарежда постоянно, прехвърляйки последователно или кислород, или въглероден диоксид. Дишането се случва, когато молекулите на кислорода се доставят до всяка клетка, окисляването се извършва в митохондриите и се получава енергия, а ненужният метаболитен продукт, въглеродният диоксид, се отстранява от тялото. Клетката живее и действа.

вътрешно дишане

Вътрешното, тъканно дишане е комплекс от биохимични процеси на вътреклетъчно окисление. Клетките на тялото са малка клетка на живота и център на неговата енергия. Енергията е необходима, за да живееш, да възпроизвеждаш себеподобните си, да се движиш, да чувстваш, да мислиш. IN човешкото тялосе получава енергия от органична материясинтезирани от растенията и консумирани от животни. За да се използва енергията на слънцето, първоначално затворена от растенията в молекулите на органичните вещества, тя трябва да се освободи чрез окисляване на тези вещества. Кислородът от въздуха се използва като окислител, който трябва да бъде доведен до всяка клетка. При биологично окислениепротеини, мазнини или въглехидрати, от тях се отнема водород, който от своя страна възстановява кислорода, образувайки вода. В резултат на окисляването на органичните вещества се образува и въглероден диоксид. Такава е схемата на тъканно дишане в компресирана форма, тоест получаване на енергия чрез отделяне и прехвърляне на водород към кислород.
Както знаете, клетките на зелените растения, използвайки светлинната енергия, излъчвана от слънцето, образуват вещества, съдържащи енергия. Например в нашия случай енергията се съхранява в глюкоза в химична форма и може да се освободи при определени условия. Получената глюкоза се превръща частично от растенията в органични киселини и след това, добавяйки към тях азот и други елементи от почвата, те създават протеини и мазнини в тъканите си. Ето как слънчевата енергия се запазва в сложни молекули под формата на химически връзки.
В природата отдавна е установен определен баланс: в хода на живота си животните консумират кислород и отделят въглероден диоксид, а растенията абсорбират въглероден диоксид и вода, за да образуват въглехидрати. Въглехидратите, получени чрез фотосинтеза, се превръщат от зелените растения в мазнини, протеини и други вещества.
В крайна сметка животните и хората получават готови органични вещества от растенията и съхраняваната в тях енергия, която освобождават чрез бавно окисляване с кислород, разграждане химически връзкивътре в молекулите на въглехидратите, протеините и мазнините, приети с храната.
По време на изгарянето на органични вещества извън тялото (например дърва за огрев в огън), атмосферният кислород директно се свързва с окисленото вещество, което води до образуването на първоначални продукти (въглероден диоксид и вода). В животинските и човешките клетки глюкозата се преработва постепенно и енергията се освобождава на етапи, а не наведнъж.
Нека разгледаме в съкратена версия последователността на процеса на тъканно дишане. Клетъчните стени, които изграждат нашето тяло, са полупропускливи мембрани. През тях селективно преминават молекули и йони различни веществаи газове. В протоплазмата на клетките (в допълнение към ядрото и съдържащото се в него ядро) има тела с различни размери и форми. Сравнително големи образувания, които като правило имат удължена форма, се наричат ​​митохондрии; по-малки заоблени структури се наричат ​​микрозоми.
Митохондриите са основните енергийни станции на клетката, нейните дихателни органи. Тук протичат окислителни процеси.
Митохондриите имат две черупки. Вътрешният образува многобройни гънки, които създават прегради и, така да се каже, разделят съдържанието на митохондриите на няколко камери. Дихателните ензими са концентрирани в гънките на мембраните. Това са много активни биологични катализатори, които ускоряват химична реакция. Те са подредени в строг ред, благодарение на който процесът клетъчно дишанене се случва случайно, а в правилна последователност.
Катализаторите първо разграждат глюкозата и след това отделят водорода и прехвърлят водородни електрони към кислорода, което го прави реактивен отрицателно зареден йон. И едва след такива сложни трансформации, окислителните процеси в клетката завършват с образуването крайни продукти: вода и въглероден диоксид.
Процесът на преработка на глюкозата във въглероден диоксид и вода преминава през около 30 етапа, като на всеки етап се освобождава малка част от енергията, така че в крайна сметка тялото получава на порции същата енергия, която може да се получи от глюкозата веднага чрез изгаряне то на кладата.
По този начин се извършва постепенна многоетапна обработка на глюкозата в живата клетка. кислород, така че желана клеткаелемент, без който буквално се задушава, участва в една от многото реакции, а именно, към последна стъпкаизвличане на енергия.
Както можете да видите, кислородът е най-важното звено в цялата дълга верига - тази верига се нарича дихателна верига. Ако кислородът не влезе в клетката, тогава последният респираторен ензим не може да се отърве от допълнителния си електрон. Предавателната верига замръзва - клетката спира да диша.
В резултат на поетапна обработка хранителни веществав клетката постепенно, но непрекъснато се освобождава енергия, която е постоянно необходима за живота на организма.
Окислителните процеси, протичащи в митохондриите, също са забележителни с това, че тук се образуват и натрупват вещества с крехки връзки, чието разкъсване е придружено от освобождаване на енергия. Натрупването на молекули с високоенергийни връзки създава енергиен резерв на тялото. Аденозинтрифосфорната киселина (АТФ) е едно от тези акумулиращи вещества. Забележителен имотна това съединение, което има три остатъка от фосфорна киселина, се крие във факта, че когато се разкъса високоенергийна фосфатна връзка, се освобождава огромна енергия. Неговата енергия е винаги готова за използване, лесно е да се извлече, ако високоенергийната връзка се разруши чрез окисление, като по този начин ATP се превръща в аденозин дифосфорна киселина. АТФ, образуван в митохондриите, в зависимост от функционалното предназначение на клетката, може да се използва за различни нужди на тялото: движение, възпроизвеждане, мислене и др.

Защитни механизми

За безпрепятствено преминаване на въздуха и защита срещу вредни ефектидихателният апарат за газова среда е въоръжен с различни устройства. Една от постоянно действащите естествени линии на самозащита на тялото са ресничестите клетки на дихателните пътища, които пречистват въздуха и, ритмично осцилирайки, отстраняват излишната слуз от дихателните пътища и чужди теламикроскопични размери. Друга мощна вродена техника за самозащита, като кихане и кашляне, се използва понякога от тялото, когато дихателните пътища са раздразнени.
Разгледахме процеса на дишане, чиято основна цел е да осигури на тялото кислород и по този начин да създаде основното условие за получаване на енергия и поддържане на живота. Процесът на външно дишане обаче е изключително чувствителен към различен видвлияния, тъй като дихателният апарат служи и като своеобразна защитна бариера между външната и вътрешната среда на организма. Това е свързано с изпълнението на много други функции, като почистване на дихателните пътища и защита на тялото от чужди тела, които дразнят и токсични вещества. Почти всеки стимул, който засяга човек, причинява промяна в дишането или кратко забавяне на дихателните движения. Това може да бъде остър или неочакван звук, силна или внезапна светлина, химическо (миризми) и механично дразнене на носната мембрана и горните дихателни пътища, кожата, коремни органи, болков ефект и др. Голямо значениеимат разклонени окончания на сетивни нерви в носната кухина, които осъществяват вид качествен анализвдишван въздух.
Говорейки за регулирането на дихателния акт, трябва да споменем така наречените защитни рефлекси на дихателната система. Те включват рефлексно спиране на дишането по време на преглъщане, което предотвратява навлизането на храна в трахеята, както и кашлица и кихане, които са насочени към отстраняване на чужди тела или излишна слуз от дихателните пътища.
Кихането и кашлянето се появяват, когато епитела на дихателните пътища е раздразнен от натрупване на слуз, както и химически дразнители и чужди тела, навлизащи в дихателните пътища.
Кашлицата и кихането започват с рефлекторно дълбоко вдишване. След това идва спазъмът гласни струникоето води до затваряне на глотиса и едновременно рязко свиване на мускулите, които осигуряват принудително издишване. В резултат на това налягането на въздуха в алвеолите, бронхите и трахеята рязко се повишава. Незабавното отваряне на глотиса, което следва, води до изтласкване на въздуха от белите дробове в горните дихателни пътища и през носа (при кихане) или през устата (при кашляне). Прах, слуз, чужди тела се отнасят от този бърз въздушен поток и се изхвърлят от белите дробове и дихателните пътища.
Рефлексът, лежащ в основата на кашлицата, започва с чувствителни окончания на блуждаещия нерв, разположен в стените (лигавицата) на трахеята и бронхите, или от горния ларингеален нерв, разположен в стената (лигавицата) на ларинкса. Особено много от тях има в областта на разделянето на трахеята на два бронха и местата на разделяне на бронхите. Дразненето достига до центъра на кашлицата в продълговатия мозък по вагусния и горния ларингеален нерв и оттам, разпространявайки се по двигателните влакна на долния ларингеален нерв, предизвиква затваряне на глотиса и достигане на двигателните влакна на диафрагмалния нерв до мускулите на диафрагмата и по влакната на междуребрените нерви към експираторните мускули, предизвиква бързо и шумно издишване. Тъй като по това време глотисът е затворен, има значително повишаване на въздушното налягане в дихателните пътища, което, достигайки определена степен, отваря глотиса със сила. Въздухът, излизащ с висока скорост през глотиса, отнася със себе си храчки, гной и други чужди вещества в дихателните пътища. В повечето случаи струя въздух носи храчки в устата и човекът ги изплюва. В други случаи се задържа в ларинкса и след това се отстранява чрез експекторация.
Най-чувствителната зона на кашлица е интераритеноидната област, задна стеналаринкса и зоната на разделяне (бифуркация) на трахеята. Лигавицата на големите и малките бронхи е по-малко чувствителна.
Центърът за кашлица може да се възбуди под въздействието на дразнения, идващи от места, разположени извън дихателните пътища (стомах, черен дроб и др.). Кашлицата може произволно да се забави и възпроизведе.
Кихането е сложно координирано свиване на дихателните мускули и мускулите на фаринкса, т.е. принудително спазматично издишване, при което увеличеният въздушен поток, преминаващ главно през носа, извежда навън дразнителии отхвърля слузта, като същевременно произвежда експлозивни звукови ефекти.
Рефлексната зона на кихане е лигавицата на носната кухина, а именно чувствителните окончания на втория клон тригеминален нерв. Централният нервен апарат за кихане се намира в ретикуларната формация на продълговатия мозък и неговите центробежни пътища преминават по двигателните влакна към диафрагмалните, междуребрените и мускулите на фаринкса, езика и лицето.
Механизмите на кихането са в много отношения подобни на тези на кашлицата. Вярно ли е, скрит периодрефлексът на кихане с еквивалентни стимули е по-дълъг от кашличен рефлекс. По време на принудително издишване мускулите, изтласкващи въздуха, се свиват по-бързо при кихане, отколкото при кашляне, създавайки по-висок градиент на налягане от двете страни на глотиса.
Като безусловен рефлекторен акт, кихането е добре изразено още в човешкия плод. Рефлексът на кихане продължава по време на сън и при обща анестезия.
Всеки знае също, че кашлицата и кихането обикновено са спътници и признаци на възпаление в дихателните органи и винаги възстановяват в по-голяма или по-малка степен функциите им на дихателните пътища.
Повишава устойчивостта на дихателните органи към настинкии инфекции следва не само чрез закаляване на организма, но и чрез извършване на специални дихателни упражненияи решителна борба срещу злоупотребата с алкохол и тютюн. И двата навика са тясно свързани с дишането. Наистина, в допълнение към общия вреден ефектвърху тялото, причинявайки дълбоки дисфункции на нервната система и много други органи, алкохолът има пряко вредно въздействие върху тъканта на белите дробове и лигавиците на дихателните пътища, тъй като се отделя от тялото чрез органите на дихателната система . Това, между другото, обяснява характерната миризма от устата след пиене на алкохолни напитки.
Що се отнася до пушенето, което е неразривно свързано с дишането, това е лошо влияниеНа дихателни органиможе би все още по-лошо от алкохола. Пушенето инхибира синтеза на сърфактант и по този начин повишава повърхностното напрежение на алвеолите, поради което пушачът в сравнение с непушачинеобходимо е да се положат големи усилия при вдъхновение, за да се напълнят белите дробове със същия обем въздух. Повечето пушачи страдат хроничен бронхит. В допълнение, съставът на тютюневия дим, в допълнение към никотин, амоняк, циановодородна киселина и много други дразнещи токсични вещества, съдържа бензопирен, възпитателенраков тумор.
Така се предпазва системата от първостепенно жизнено значение – дишането възможни нарушенияспециализирани устройства, но напълно беззащитни пред нашето невнимание.

Нервна регулация на дишането

Дишането се счита за адекватно, нормално и следователно може да се нарече "правилно", когато осигурява доставка на O 2 до тъканите (и отстраняване на CO 2 от тялото) в съответствие с текущите нужди на тялото с минимален разход на енергия за самообучение. достатъчност дихателен процес.
Всички промени в дихателните движения в рамките на пълноценно газоснабдяване на тялото се считат за нормални. Дишането става ненормално, неадекватно, патологично и, може да се каже, "нетрадиционно", когато не осигурява нуждата на тялото от O 2 или се изразходва твърде много енергия, за да се поддържа минимално съответствие с газовите изисквания на тялото.
За непрекъснато осигуряване на човешкия живот нервната регулация на дихателния процес непрекъснато се извършва автоматично. Това е нервната система, която обединява всички части на дихателния апарат в едно цяло, което изпълнява дихателната функция.
Външното дишане е ритмичен процес, който може да се характеризира главно с продължителността на цикъла, измерен от началото на един дъх до началото на следващия дъх. Друг важен параметър на външното дишане е честотата, която е обратно пропорционална на продължителността на дихателния цикъл.
На практика всякакви външни вътрешно въздействиезасяга дейността на дихателната система. Дихателният център получава импулси от хемо-, термо- и механорецептори, работата му се влияе от зрителни, слухови и други соматични стимули, активността му се променя от психогенни фактори, активността му се модулира от протеини и други биологично активни вещества (фиг. 3). ).
Особено важни са възприемащите крайни нервни апарати - хеморецептори, разположени в стените на аортата и в местата на разклонение на общите каротидни артерии. Те възприемат промените в газовия състав на кръвта и изпращат съответните сигнали към дихателния център.
Увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид и намаляването на концентрацията на кислород в кръвта води до възбуждане на дихателния център, до учестяване на дишането и увеличаване на вентилацията на белите дробове.
Намаляването на концентрацията на въглероден диоксид потиска дихателния център, докато вентилацията на белите дробове намалява.
Ако изкуствено, чрез увеличени и чести вдишвания и издишвания, вентилацията на белите дробове се увеличи максимално, тогава съдържанието на въглероден диоксид в кръвта ще намалее и може да настъпи временно спиране на дишането.
Вярно е, че сигнализирането от специални хеморецептори не достига до нашето съзнание, по-високи ниварегулиране в мозъчната кора и не се възприема директно от хората.
Дихателният център, който произвежда ритмични стимули, които предизвикват свиване на дихателната мускулатура, е локализиран в продълговатия мозък. Работи под непрекъснато въздействие на алармата химичен съставвътрешната среда, идваща от хеморецепторите на артериалните съдове и самия мозъчен ствол, както и механичните условия на белодробната вентилация, осигурени от механорецепторите на белите дробове и дихателните пътища. Тази система за обратна връзка определя съответствието между белодробна вентилацияи нуждите на тялото в обмяната на газове и така установява оптималния, най-икономичен режим на дишане. И накрая, влиянието на центровете на главния мозък може да промени дихателните движения в зависимост от различни обстоятелства: мускулна активност, телесна температура, различни сигнали от външната среда.

Ориз. 3.Регулатор на дишането - дихателен център

Промените в дишането могат да причинят силен шумили проблясък на светлина, болка от изгаряне, или емоционални преживявания. Освен това импулсите постоянно идват в дихателния център от специални чувствителни клетки, разположени в кръвоносните съдове на белите дробове, други органи и тъкани. На първо място, те реагират на промени в състава на кръвта (хеморецептори). Други клетки реагират на свиване и отпускане на мускулите или разтягане на белите дробове (механорецептори), докато други реагират на охлаждане или прегряване. Цялата тази многостранна информация се обработва в дихателния център, който след това формира команда към дихателните мускули: да променят ритъма и дълбочината на дихателните движения в съответствие с нуждите на тялото.
По този начин вентилацията на белите дробове е в крайна сметка оптимизирана по отношение на газообмена и дихателната биомеханика. Осигуряването на клетките с кислород и отстраняването на въглероден диоксид от тялото са основната, но не и единствената цел на дихателната система, която е свързана в много връзки с други функционални системи на тялото. Работата на дихателната мускулатура протича в тясно взаимодействие и координация с общата двигателна активност. Процесите на газообмен по време на дишането са взаимосвързани с функционирането на сърдечно-съдовата система. Вентилаторът осигурява работата на обонятелния анализатор, както и звуковата експресия при животните и речта при хората. Редовното ритмично въвеждане на импулси от рецепторите на носната лигавица и рецепторните образувания на дихателния апарат, както и разпределението (облъчването) на ритмичната активност от дихателния център имат огромен тонизиращ ефект върху централната нервна система.
Дихателната система съдържа два основни регулаторни механизма: хеморецептор и механорецептор. Механизмът на механорецепторната регулация включва дихателния център, еферентните (двигателни) пътища, дихателните мускули, вентилационния апарат, белодробните и мускулните механорецептори и аферентните (механочувствителни) пътища. Механизмът на хеморецепторната (газообменната) регулация включва дихателния център, вентилационния апарат, газотранспортната система, хеморецепторите и центростремителните, аферентни (хемочувствителни) пътища (фиг. 4).

Ориз. 4.Автоматичен контрол на дишането

Дихателната система се регулира по две вериги – хеморецепторна (CRC) и механорецепторна (MRC). В някои органи (например в стената на аортата и при бифуркацията на общата каротидна артерия) има клетки (хеморецептори), които реагират на промени в състава на кръвта - съдържанието на кислород и въглероден диоксид. От тях до чувствителни нервисе изпращат сигнали към дихателния център на продълговатия мозък. В отговор се изпраща импулс към дихателните мускули, осигурявайки вдъхновение и обмен на газ в белите дробове.
Има оптимално регулиране на дишането в съответствие с минимизиране на работата на дишането или минимизиране на мускулното усилие, т.е. осигуряване на необходимата вентилация на белите дробове при най-ниски енергийни разходи. Минималният разход на енергия се постига чрез избор на най-добрата комбинация от дълбочина и честота на дихателните движения, както и чрез промяна на съотношението на вдишване и издишване, т.е. чрез насочени промени в мускулната (механорецепторна) подсистема на контрол.
Здрав човек, изпълнявайки необходимия минимум физическа дейност, обикновено диша в оптималния (най-добрия) режим – спокойно и равномерно, без напрежение и усилие. И не само защото системата за автоматичен контрол на дишането неволно поддържа такъв обем на белодробна вентилация, който гарантира необходимото ниво на кислород и въглероден диоксид в кръвта. Но и защото същата система осигурява работата на дихателните мускули с най-малко енергийни разходи. Опитите показват, че човек диша в такъв ритъм и с такава дълбочина на всяко вдишване, че изразходва най-малкото усилие на дихателната мускулатура за 1 литър въздух, преминал през белите дробове.
Ако доброволно дишате по-дълбоко или по-често, отколкото при естественото неволно дишане, тогава консумацията на кислород за работата на дихателните мускули веднага се увеличава и дихателните движения стават неикономични. Не се насилвайте да дишате тежко изкуственонепрекъснато, за да не се наруши нормалната работа на системата за автоматичен контрол на дишането.

Нереспираторни функции на дихателния апарат

В допълнение към решаването на основната си задача, дихателният апарат участва в изпълнението на много негазообменни функции. Контракциите на дихателната мускулатура са тясно свързани и координирани с общите двигателна активност: труд, спорт и др. Дихателните движения активно допринасят за функционирането на сърдечно-съдовата система. Вентилационният апарат осигурява разпознаване на миризми, както и звуково изразяване и говор. Белите дробове изпълняват почистваща (филтрираща) функция, участват активно в енергийния баланс, водно-солевия, протеиновия и метаболизма на мазнините, активността на системите за кръвосъсирване и антикоагулация и синтеза на някои биологични активни вещества. Равномерното ритмично получаване на сигнали от рецепторите на носната лигавица, дихателните пътища и чувствителните образувания на белите дробове, плеврата и мускулите, заедно с разпространението на ритмични импулси от дихателния център, има огромен тонизиращ и стабилизиращ ефект върху дейността на нервна система и психическо състояниечовек.
Трябва да се подчертае, че в белите дробове се извършва не само обмяната на газове. Всъщност те са най-голямата многофункционална жлеза в тялото и изпълняват някои негазообменни и отделителни функции. В белите дробове венозната кръв се пречиства от механични примеси. Ролята на обемното легло на белодробните съдове в кръвоносната система е изключително важна. Те участват в дейността на системата за кръвосъсирване и синтеза на някои протеини и мазнини. Пълната регулация е немислима без бели дробове водно-солевия метаболизъми поддръжка киселинно-алкален балансв организма. Значителен дял от белите дробове в общото производство на топлина и пренос на топлина на тялото.
Малко проучена, но доказано важна е нереспираторната (нереспираторна, негозообменна) функция на белите дробове, които участват активно в обмяната на биологично активни вещества.
Защитни механизми на бронхиалното дърво, връзката на морфологични, биохимични, имунологични факторив работата на външните защитна бариерахарактеризират основно отношението към приемането чужди веществапрез дихателните пътища. Примесите, които влизат с вдишания въздух, могат да се задържат, да се обвият в слуз и да се изхвърлят от тялото. Има още сложни механизминеутрализация, свързана със специфични ензими, които осигуряват детоксикация на газови примеси, неутрализиране на вирусни и бактериални агенти. Така се създават условия, при които се осигурява стерилността на бронхиалния тракт.
Работата на такава бариера се разглежда като набор от защитни механизми срещу проникването на чужди частици и газове директно в белите дробове и след това в кръвния поток. отделителна функцияобхваща отделянето на метаболитни продукти, излишък от биологично активни вещества, лекарствени и други съединения от ендогенен (вътрешен) и екзогенен (външен) произход.
Способността на ендотела (тъкан вътрешна обвивка) за синтеза на редица вещества, включително хормони. На повърхността на ендотела възникват реакции, свързани с метаболизма на аденозин, нуклеотиди и техните съединения, кинини и ангиотензин.
Най-малко десет биологично активни протеина се намират в белите дробове и съдържат голям комплектензими, необходими за биосинтезата и разграждането на липидите.
Антиоксидантите (вещества, които неутрализират излишъка от активна форма на кислород) на белодробната тъкан участват активно в адаптивните реакции. Ролята на антиоксидантната система също е значителна в модулирането на имунологичните реакции.
И колко важна е такава функция на дихателния апарат като звукова експресия! В крайна сметка хората говорят, пеят и свирят на духови инструменти по време на фазата на издишване. Въздишка, прозяване, свирене, писък и други видове звукова експресия се произвеждат от модифицирани контракции на дихателните мускули.
Всички човешки преживявания се наблюдават лесно от характерна промянадишане. Всъщност, обективна проява на радост или забавление, смехът не е нищо друго освен кратки, прекъсващи издишвания, които бързо следват едно след друго. Риданията, от друга страна, са бързо повтарящи се, стакатни и къси вдишвания, причинени главно от енергични контракции на диафрагмата.
И пием с помощта на дихателни движения. В същото време с лек дъхпоради разреждането на въздуха (понижаване на налягането му в устната кухина), течността, доведена до устните под въздушно налягане отвън, навлиза в устата. Дихателният апарат участва в преглъщането и повръщането, хълцането и прозяването, както и в такива важни действия като уриниране, дефекация, раждане (контракции) и др.
В черупката на носната кухина са положени сензорни окончания на нервите, които реагират на миризливи и дразнещи летливи вещества, които се смесват с вдишания въздух. По този начин човек разграничава миризмите. И това не само предпазва дихателния апарат от възможното навлизане на вредни и токсични газообразни вещества в дихателните пътища, но също така насърчава вкусовата чувствителност, като помага да се направи разлика между приятно и обидно (лоша миризма) хранителни продукти. В допълнение, дишане през носа голямо влияниеза цялото тяло като цяло. В лигавицата, както и на външната повърхност на носа и в близост до него кожаталокализирана е рецепторната зона, чието дразнене от въздушен поток, влага, механични, електрически, температурни и химични стимули предизвиква множество рефлекси. Дразненето на рецепторната зона на носните кухини засяга функцията различни органии функционални системи (фигури 5 и 6). Уместно е да се припомни, че продължителното спиране на носното дишане, например при деца в резултат на заболяване на носа и фаринкса, често е придружено от тежко увреждане на жизнената дейност, включително умствена изостаналост. Дълбоките, бавни ритмични дихателни движения имат благоприятен ефект върху общо благосъстояниечовек. Периодичният поток от импулси към мозъка от чувствителните окончания на горните дихателни пътища, белите дробове, плеврата и дихателните мускули рационализира и стабилизира дейността на цялата нервна система, която играе специална роля в дихателните упражнения.

Ориз. 5.Блокова схема на дихателната система. милиарди - нерв вагус; VA - вентилаторен апарат; DfN, диафрагмен нерв; DC - дихателен център; ZdK - задни корени гръднигръбначен мозък; MR, механорецептори; MRC, механорецепторна верига; МрН – междуребрени нерви; PM, продълговатия мозък; SBO - супрабулбарни (разположени над продълговатия мозък) отдели на ЦНС; SMN - спинални (моторни) неврони; STG - кръвно-газова транспортна система; Т - телесни тъкани. ChR, хеморецептори; CRC, хеморецепторна верига; GGN - глософарингеален нерв.

Ориз. 6. Влияние на дразненето на носната кухина върху някои органи и функционални системи на човек (Михайлов, 1983).

От дихателния център се разпространява навсякъде нервна системаритмични въздействия, които действат тонизиращо и успокояващо не само върху физическо състояниено и върху човешката психика.
Така че осигуряването на клетките с кислород и отстраняването на излишния въглероден диоксид са основната, но не и единствената цел на дихателната система, която е органично свързана с други функционални системи в различни връзки.