Respirația pulmonară externă. Fiziologia respirației. Respirația externă și internă. Reglarea respirației

Respirația externă. Schimbul de gaze în plămâni și țesuturi.

Respirația este un set de procese care asigură intrarea oxigenului în mediul intern și îndepărtarea din organism. dioxid de carbon. Există trei etape ale respirației:

Respirația externă

Transportul gazelor

Respirația internă

Caracteristicile respirației externe:

Respirația externă este schimbul de gaze în plămâni, inclusiv ventilația pulmonară și difuzia pulmonară.

Ventilatie pulmonara este procesul de actualizare a compoziției gazoase a aerului în sacii pulmonari și alveole.

Difuzia pulmonară este procesul de schimb de gaze respiratorii între alveolele pulmonare și sângele capilarelor pulmonare.

Transportul gazelor - Acesta este transferul de oxigen de la plămâni la țesuturi de către sânge și de dioxid de carbon de la țesuturi la plămâni.

Respirația țesuturilor interne este procesul de actualizare a compoziției gazului în țesuturi, acesta include:

Schimb de gaze respiratorii între sângele capilarelor tisulare și celule.

Procese de oxidare biochimică în celule

Ventilația pulmonară este asigurată prin mișcări alternative ale aerului în lumen tractului respirator, acest lucru se întâmplă din cauza modificărilor periodice ale volumului cavitatea toracicăîn timpul ciclului respirator. Ciclul respirator include trei faze principale:

Faza de inhalare (inspirație)

Faza de expirație (expirație)

Pauza de respiratie

Modificările în volumul cavității toracice în timpul ciclului respirator sunt cauzate de contracția și relaxarea mușchilor respiratori; aceștia sunt împărțiți în mușchi respiratori inspiratori și expiratori.

Mușchii inspiratori principali:

Diafragma, când este contractată, cupola se aplatizează și cavitatea toracică crește (în timpul inhalării)

Mușchii intercostali externi, ridicarea și extinderea coastelor.

În timpul inspirației, mușchii inspiratori înving rezistența elastică a țesuturilor cufăr, organele abdominale și plămânii. Rezistența elastică a plămânilor este determinată de:

Proprietăți elastice de tracțiune ale fibrelor elastice ale plămânilor.

Prin prezența surfactantului (un complex de substanțe lipoproteice care căptușesc interiorul sacilor pulmonari - alveole), surfactantul oferă:

1. Stabilizarea formei sferice a alveolelor

   Contracararea supradistensiunii alveolelor în timpul inhalării

   Contracararea colapsului alveolelor în timpul expirației

   Curățarea suprafeței alveolelor

Plămânii sunt localizați în interiorul toracelui și sunt separați de pereții acestuia printr-o cavitate închisă ermetic numită fisura pleurală. Presiunea fisurii pleurale sub presiunea atmosferică, o creștere a volumului cavității toracice în timpul inspirației liniștite, provoacă în mod constant:

Scăderea presiunii fisurii pleurale la -6, -9 mm Hg. Artă. comparativ cu atmosferica

Expansiunea țesutului pulmonar

Reducerea presiunii intrapulmonare la -2 mmHg. Artă. comparativ cu atmosferica

Fluxul de aer în plămâni de-a lungul unui gradient între presiunea atmosferică și presiunea alveolară

O scădere a volumului cavității toracice în timpul expirației liniștite provoacă în mod constant:

Creșterea presiunii în fisura pleurală de la -6, -9 la -3

Reducerea volumului plămânilor datorită tracțiunii lor elastice (au tendința de a se micșora)

Creșterea presiunii intrapulmonare până la +2 mmHg. Artă. comparativ cu atmosferica

Eliberarea aerului din plămâni în atmosferă de-a lungul unui gradient de presiune

Volumul de aer care se află în plămâni după o respirație profundă maximă se numește capacitate pulmonară totală (TLC) de la 4200 la 6000 ml. OEL este format din două părți:

Capacitatea vitală a plămânilor (VC) 3500-5000 ml este volumul de aer care poate fi expirat maxim după ce a respirat cel mai adânc posibil.

1. Volumul curent (VT) 400-500 ml este cantitatea de aer. Care este inhalat sau expirat în timpul respirației liniștite, în fiecare fază a ciclului respirator

   Volumul de rezervă inspiratorie ROVd 2500 ml este cantitatea maximă de inhalare care poate fi inhalată suplimentar după o inhalare liniștită.

   Volumul de rezervă expirator ROvyd 1500 ml este cantitatea maximă de aer care poate fi expirată suplimentar după o expirație liniștită.

Volumul de rezervă al expirației și volumul rezidual alcătuiesc capacitatea reziduală funcțională de rezervă a plămânilor (FRC) - aceasta este cantitatea de aer rămasă în plămâni după o expirație liniștită (2000-2500 ml).

Volumul pulmonar rezidual (RLV) de la 1000-1200 ml este cantitatea de aer care rămâne în plămâni după cea mai profundă expirație.

Există două moduri de a studia respirația externă:

Spirometria - metoda de masurare volumele pulmonare.

Spirografia este o metodă de înregistrare grafică a indicatorilor fazelor ciclului respirator.

Pentru a evalua fazele ciclului respirator, volumele măsurate sunt comparate cu valorile normale, normă individuală VC se numește capacitatea vitală adecvată a plămânilor (VLC), valoarea depinde de indicatorii antropometrici:

3. De la varsta

Ventilația pulmonară se caracterizează prin volumul minut al respirației (MRV) - aceasta este cantitatea de aer care este inhalată sau expirată într-un minut. Calculat folosind formula:

MOD=DO*BH

Frecvența respiratorie a unui adult este de 12-16, deci RMR este de 6-10 l/min. În timpul activității fizice, MOD poate crește la 100-120 l/min.

ÎN conditii normale o persoană respiră aer atmosferic care conține 21% oxigen, 3,03% dioxid de carbon și aproximativ 79% azot. Aerul expirat conține 16% oxigen. Dioxid de carbon 4%, azot 79,7%. Aerul alveolar conține 14% oxigen, 5,5% dioxid de carbon și 80% azot.

Diferențele în compoziția aerului expirat și alveolar se datorează amestecării gazului alveolar cu aerul spațiului mort respirator - spațiul mort este un spațiu care nu este implicat în reînnoire. compozitia gazelor sânge venos al capilarelor pulmonare. Există spațiu respirator mort anatomic și fiziologic.

Anatomic – acesta este volumul de aer în căile conductoare (de la cavitatea nazală până la bronhiole, în care nu au loc schimburi de gaze cu sângele capilarelor pulmonare) este de aproximativ 150 ml.

Spațiu mort respirator fiziologic este volumul tuturor părților sistemului respirator cu care nu are loc schimbul de gaze sânge venos, capilarele pulmonare.

Aerul care umple spațiul mort joacă rolul unui tampon, care netezește fluctuațiile în compoziția amestecului de gaze alveolare în timpul ciclului respirator. Acest lucru creează condiții pentru schimbul de gaze în orice fază a ciclului respirator. Cantitatea de aer care participă la reînnoirea gazului alveolar într-un minut se numește ventilație minute (MVL). Calculat folosind formula:

MVL=(DO-DMP)*BH

Transferul gazelor în căile respiratorii are loc ca urmare a convecției și difuziei. Metoda convectivă este cauzată de mișcarea unui amestec de gaze de-a lungul gradientului presiunii lor totale.

Difuzia gazelor este mișcarea pasivă a moleculelor sale dintr-o zonă cu presiune sau tensiune parțială mai mare într-o zonă inferioară.

Presiunea parțială a unui gaz este partea din presiunea totală care este creată de un gaz amestecat cu alții. Tensiunea gazului este presiunea parțială creată de un gaz dizolvat într-un lichid.

Transferul de oxigen din alveolele pulmonare în sânge. Iar dioxidul de carbon din sânge în alveole apare pasiv prin difuzie datorită diferenței de presiune și tensiune parțială a acestor gaze pe ambele părți ale barierei aerohemotice. AGB - include stratul de surfactant, epiteliul alveolar, endoteliul vaselor de sânge și membranele bazale.

Presiunea parțială a oxigenului în aerul alveolar este de 100 mmHg. Artă. tensiunea oxigenului în sângele venos al capilarelor pulmonare este de 40 mm Hg. Artă. gradient de presiune 60 mm Hg. Artă. direcționat din aerul alveolar în sânge.

Presiunea parțială a dioxidului de carbon în aerul alveolar este de 40 mm Hg. Artă. Tensiunea CO2 în sângele venos al capilarelor pulmonare este de 46 mm Hg. Artă. gradient de presiune de 6 mm Hg. arta este îndreptată de la sânge către alveole.

Tensiunea oxigenului sânge arterial 100 mmHg Art., iar în țesuturi mai mici de 40 mm Hg. Art., gradientul este de 60 mm Hg. Art., direcționat din sângele arterial în țesuturi.

Tensiunea de dioxid de carbon din sângele arterial este de 40 mm Hg. Art., iar în țesuturi aproximativ 60 mm Hg. Art., gradient de presiune 20 mm Hg. Artă, direcționată din țesuturi în sânge.

Sângele arterial de la plămâni în țesuturi. Din țesuturi, sângele venos intră în sacii pulmonari și este expirat în atmosferă în timpul ventilației pulmonare.

Structura căilor respiratorii (AP) și parenchimul pulmonar. Căile respiratorii (sau căile respiratorii) sunt împărțite în superioare și inferioare în funcție de poziția lor în organism. VP superioară include cavitatea nazală, partea nazală a faringelui, partea bucală a faringelui, VP inferioară include laringele, traheea, bronhiile, inclusiv ramurile intrapulmonare ale bronhiilor. Umidificarea și filtrarea aerului inhalat are loc în tractul respirator superior (nas, gură și gât).

Căile respiratorii inferioare sunt un sistem de tuburi ramificate dihotomic (fiecare bronhie se ramifică în două bronhii mai mici). Deși diametrul fiecărei ramuri fiice este mai mic decât diametrul tubului părinte din care provine, aria totală a secțiunii transversale a fiecărei generații ulterioare de VP crește datorită creșterii semnificative. numărul total ramuri.

Orez. 3.1. Diagrama simplificată a căilor respiratorii umane (conform E. R. Weibel, 1963)

ÎN plămânul uman există în medie 23 de generații VP (Fig. 3.1). Primele 16 sunt numite conductoare, deoarece asigură fluxul de gaz către zonele plămânilor unde are loc schimbul de gaze. Deoarece nu există alveole în căile respiratorii conducătoare și, prin urmare, nu pot participa la schimbul de gaze, în mod colectiv capacitatea pe care o formează se numește spațiu mort anatomic. Volumul său este de aproximativ 150 ml. VP conducătoare includ bronhiile, bronhiolele și bronhiolele terminale. Ultimele șapte generații de VP constau din bronhiole respiratorii, canale alveolare și saci alveolari. Fiecare dintre aceste formațiuni dă naștere la alveole. Bronhiola respiratorie de ordinul întâi (Z=17) și toate VP-urile schimbătoare de gaze situate distal de aceasta formează acinul pulmonar.

Aerul inhalat se deplasează aproximativ către bronhiolele terminale în funcție de mecanismul fluxului volumetric, cu toate acestea, datorită creșterii ariei totale a secțiunii transversale a VP, datorită ramificării multiple, mișcarea înainte a gazelor devine foarte nesemnificativă. Principalul mecanism de ventilație în zona respiratorie este difuzia gazelor.

Pereții traheei și bronhiilor sunt formați din trei straturi principale: membrana mucoasă interioară; strat de mușchi netezi separat de membrana mucoasă printr-un strat submucos de țesut conjunctiv; și stratul exterior de țesut conjunctiv care conține cartilaj în bronhiile mari și trahee.

Epiteliul bronșic este pseudostratificat, constând din celule bazale înalte și joase, fiecare fiind atașată de membrana bazală. Cu fiecare diviziune a elementelor traheale arbore bronșic natura epiteliului mucoasei lor și a structurilor subiacente se schimbă treptat. Epiteliul trece de la columnar ciliat la cubic și apoi la alveolar plat. Schimbul de gaze poate avea loc numai prin epiteliul scuamos, care apare în bronhiolele respiratorii (bronhiile de ordinul 17-19). Celulele epiteliale VP poartă cili pe suprafața lor apicală, care sunt elemente importante sistemul mucociliar. Cilii epiteliului columnar și cuboidal oscilează sincron către nazofaringe, propulsând un strat protector de mucus secretat de celulele caliciforme situate între celulele epiteliale ciliate.

Mușchii netezi ai VP, adunați în fascicule continue în stratul submucos al țesutului conjunctiv, se extind de la bronhiile principale până la bronhiolele respiratorii. Fasciculele musculare pătrund și în zonele de schimb de gaze, situate în pereții de la intrarea în alveole.

Pereții căilor respiratorii își pierd treptat baza cartilaginoasă (în bronhiole) și mușchiul neted. Pierderea bazei cartilajului duce la faptul că odată cu scăderea diametrului, permeabilitatea căilor respiratorii devine dependentă de întinderea radială cauzată de structurile elastice ale țesuturilor din jur. Ca urmare, diametrul căilor respiratorii mici este determinat de volumul total al plămânilor.

Din capacitatea pulmonară totală (5 l), majoritatea (aproximativ 3 l) se află în zona respiratorie (schimb gazos). Include aproximativ 300 de milioane de alveole. Suprafața barierei alveolo-capilare este de 50-100 m2, iar grosimea este de 0,5 microni. Epiteliul care căptușește suprafața interioară a alveolelor este format din două tipuri de celule: căptușeală plană (tip I) și secretoare (tip II).Celulele de primul tip ocupă până la 95% din suprafața alveolară. Celulele de al doilea tip produc și secretă surfactant, constând din proteine ​​și fosfolipide. Este distribuit pe suprafața alveolară și reduce tensiunea superficială. Endoteliul capilar constă, de asemenea, dintr-un strat de celule de căptușeală plate situate pe membrana bazală endotelială. În zona alveolară, membranele bazale ale epiteliului și endoteliului sunt fuzionate între ele, ceea ce creează o barieră ultra-subțire pentru schimbul de gaze. Spre deosebire de contactul strâns dintre celulele epiteliale adiacente care formează o barieră impermeabilă, conexiunile dintre celulele endoteliale sunt destul de slabe. Acest lucru permite apei și substanțelor dizolvate să se deplaseze între plasmă și spațiul interstițial (Fig. 3.2).

Fig.3.2. Membrana alveolo-capilara. Se prezintă spațiul interstițial pulmonar cu un capilar care trece între cele două alveole. Capilarul iese în lumenul alveolelor situate în dreapta prin peretele său subțire (de schimb de gaze). Spațiul interstițial se contopește cu peretele gros al alveolei stângi (după J. F. Nunn, 1987)

Mecanica respiratorie este o zonă a fiziologiei respiratorii care examinează forțele responsabile pentru mișcarea fluxului de aer în și în afara pieptului.

Pentru a asigura absorbția oxigenului și eliberarea de dioxid de carbon, aerul proaspăt trebuie livrat constant în alveole cu ajutorul unei pompe respiratorii. Înțelegerea mecanismului de acțiune al pompei respiratorii care asigură fluxul de gaz către plămâni necesită luarea în considerare a funcției mușchilor respiratori, proprietățile căilor respiratorii, toracelui și plămânilor care determină impedanța sistemului respirator, precum și cauzele ventilație neuniformă și alți factori.

În timpul respirației spontane, activitatea mușchilor respiratori (inspiratori) este necesară pentru a depăși impedanța. sistemul respirator(elasticitate? rezistență). Cel mai important mușchi al inspirației este diafragma. Nervii din segmentele 3, 4 și 5 cervicale se apropie de el măduva spinării. Când diafragma se contractă, organele cavitate abdominală se deplasează în jos și înainte, ca urmare a creșterii dimensiunilor verticale ale cavității toracice. În plus, coastele se ridică și diverg, ceea ce duce la o creștere a diametrului său. În timpul respirației liniștite, diafragma se mișcă cu aproximativ 1 cm, iar în timpul respirației forțate, amplitudinea mișcărilor sale poate ajunge la 10 cm. Deoarece diafragma are formă de cupolă, relația dintre presiune, tensiune și raza de curbură este de o importanță deosebită. În conformitate cu legea lui Laplace, aceasta este descrisă de următoarea ecuație:

Р=2Т/r (3.1),

Unde: P este presiunea creată de mușchi,

T - tensiunea musculară,

R - raza de curbură.

Pe măsură ce diafragma se aplatizează, raza sa de curbură crește și presiunea generată scade. Acest fenomen, de exemplu, împreună cu scurtarea musculară, determină o scădere a rezistenței diafragmei la pacienții cu boală pulmonară obstructivă cronică.

În timpul respirației liniștite, diafragma este singurul mușchi inspirator activ. Dacă este necesară o ventilație crescută, cum ar fi în timpul exercițiilor fizice sau conditii dureroase, asemănător astm bronsic, sunt activați și alți mușchi. Acestea includ intercostal extern, scalen și sternocleidomastoid. Ultimele două grupe musculare se numesc mușchi respiratori accesorii.

Spre deosebire de inspirație, expirație conditii normaleîn repaus apare pasiv. Reculul elastic al plămânilor și al peretelui toracic asigură un gradient de presiune suficient pentru fluxul expirator. Cu obstrucția VP, expirația devine un proces activ care necesită munca mușchilor expiratori, inclusiv a mușchilor intercostali și abdominali interni (oblic extern și intern, abdominal transversal și rect abdominal).

Contracția mușchilor inspiratori creează un gradient de presiune între atmosferă și alveole, rezultând un flux de aer. Acest gradient depășește: (1) recul elastic al sistemului respirator, (2) rezistența la frecare a VP la fluxul de aer și (3) rezistența inerțială a coloanei de aer traheobronșică, plămânilor și peretelui toracic. Relația dintre aceste trei elemente este exprimată prin ecuația de mișcare a plămânilor:

P = (E ?V) + (R V ’)+(I +V’’) (3.2),

Unde: P - presiunea de antrenare;

E - elasticitate;

V - modificarea volumului pulmonar;

R - rezistenta;

V ’ - viteza volumetrice a fluxului de aer;

I - inerție;

V’’ - rata de modificare a vitezei debitului volumetric de aer (accelerație).

Astfel, proprietățile mecanice ale sistemului respirator, de care depinde rezistența elastică și neelastică la fluxul de aer, determină presiunea de antrenare necesară.

În mod normal, munca principală a mușchilor respiratori este cheltuită pentru depășirea rezistenței elastice a plămânilor și a pieptului. Mai mult, relația dintre presiune și modificări ale volumului pulmonar nu rămâne constantă pe întreaga gamă de volume pulmonare. Când valoarea lor este mică, acest raport poate fi exprimat astfel:

Unde: E - elasticitate;

Modificarea volumului pulmonar.

Elasticitatea este o măsură a elasticității țesut pulmonar. Cu cât elasticitatea țesutului este mai mare, cu atât este necesară o presiune mai mare pentru a obține o anumită modificare a volumului pulmonar. Tracțiunea elastică a plămânilor are loc datorită conținutului ridicat de elastină și fibre de colagen din ei. Elastină și colagen se găsesc în pereții alveolari din jurul bronhiilor și vaselor de sânge. Poate că elasticitatea plămânilor se datorează nu atât alungirii acestor fibre, ci unei modificări a aranjamentului lor geometric, așa cum se observă la întinderea țesăturii de nailon: deși firele în sine nu își schimbă lungimea, țesătura se întinde ușor datorită la țesătura lor specială.

O anumită proporție a tracțiunii elastice a plămânilor se datorează și acțiunii forțelor de tensiune superficială la interfața gaz-lichid din alveole. Tensiunea superficială este forța care are loc la suprafața care separă un lichid și un gaz. Se datorează faptului că coeziunea intermoleculară în interiorul unui lichid este mult mai puternică decât forțele adezive dintre moleculele fazei lichide și gazoase. Ca rezultat, suprafața fazei lichide devine minimă. Forțele de tensiune superficială din plămâni interacționează cu recul elastic natural pentru a provoca colapsul alveolelor.

O substanță specială (surfactant), constând din fosfolipide și proteine ​​și care căptușește suprafața alveolară, reduce tensiunea de suprafață intra-alveolară. Surfactantul este secretat de celulele epiteliale alveolare de tip II și are câteva funcții importante. funcții fiziologice. În primul rând, prin scăderea tensiunii superficiale, crește complianța plămânului (scade elasticitatea). Acest lucru reduce munca efectuată în timpul inhalării. În al doilea rând, se asigură stabilitatea alveolelor. Presiunea creată de forțele de tensiune superficială într-o bule (alveole) este invers proporțională cu raza acesteia, prin urmare, cu aceeași tensiune superficială în bulele mici (alveole), este mai mare decât în ​​cele mari. Aceste forțe respectă, de asemenea, legea lui Laplace menționată mai devreme (1), cu unele modificări: „T” este tensiunea superficială, iar „r” este raza bulei.

În absența unui detergent natural, alveolele mici ar avea tendința de a-și pompa aerul în altele mai mari (Fig. 3.3.). Deoarece structura stratului de surfactant se modifică atunci când se modifică diametrul, efectul său în reducerea forțelor de tensiune superficială este mai mare, cu cât diametrul alveolelor este mai mic. Această din urmă împrejurare atenuează efectul unei raze de curbură mai mici și al presiunii crescute. Acest lucru previne prăbușirea alveolelor și apariția atelectaziei în timpul expirației (diametrul alveolelor este minim), precum și mișcarea aerului din alveolele mai mici în alveolele mai mari (datorită egalizării forțelor de tensiune superficială în alveolele diferite). diametre).

Orez. 3.3. La o anumită tensiune de suprafață, gazul din alveolele mai mici se va muta în cea mai mare, deoarece raza de curbură mai mică (r1?r2) creează o presiune mai mare (P1?P2) în bula mai mică (legea lui Lapplace)

Sindromul de detresă respiratorie neonatală se caracterizează printr-o deficiență de surfactant normal. La copiii bolnavi, plămânii devin rigizi, insolubili și predispuși la colaps. Deficitul de surfactant apare și atunci când sindrom de detresă respiratorie adulţilor însă rolul său în dezvoltarea acestei variante insuficiență respiratorie mai putin evidenta.

Presiunea creată de parenchimul elastic al plămânului se numește presiune de recul elastic (Pel). Ca măsură a tracțiunii elastice, extensibilitatea (C - din conformitatea engleză), care este într-o relație reciprocă cu elasticitatea, este de obicei utilizată:

C = 1/E = ?V/?P (3.4),

Unde: C – extensibilitate (conformitate);

E – elasticitate (vezi 3.3).

Orez. 3.4. Curba volum-presiune

Distensibilitatea (modificarea volumului pe unitatea de presiune) este reflectată de panta curbei volum-presiune. Din figura 3.4 este clar că astfel de curbe în timpul umflarii și colapsului plămânilor nu sunt aceleași - la aceeași presiune, volumul plămânilor care se prăbușește este mai mare decât în ​​timpul inflației lor. Diferențe similare între direct și proces invers se numesc histerezis. În plus, este clar că curbele nu provin de la origine. Acest lucru indică faptul că plămânul conține un volum mic, dar măsurabil de gaz, chiar și atunci când nu este supus unei presiuni distensibile.

Conformitatea este de obicei măsurată în condiții statice (Cstat), adică într-o stare de echilibru sau, cu alte cuvinte, în absența mișcării gazelor în tractul respirator. Conformitatea dinamică (Cdyn), care este măsurată pe fundalul respirației ritmice, depinde și de rezistența căilor respiratorii. În practică, Cdyn este măsurat prin panta unei linii trasate între punctele de pornire ale inspirației și expirației pe curba dinamică presiune-volum (Fig. 3.5).

Orez. 3.5. Curba dinamica presiune-volum

ÎN conditii fiziologice Conformitatea statică a plămânilor umani la presiune joasă (5-10 cm H2O) ajunge la aproximativ 200 ml/cm apă. Artă. Cu mai mult presiuni mari(volume) ea însă scade. Aceasta corespunde unei secțiuni mai plate a curbei presiune-volum. Complianța plămânilor este ușor redusă cu edem alveolar și colaps, cu creșterea presiunii în venele pulmonare și debordarea plămânilor cu sânge, cu creșterea volumului de lichid extravascular, prezența inflamației sau fibrozei. Cu emfizemul pulmonar, complianța crește, se crede, din cauza pierderii sau restructurării componentelor elastice ale țesutului pulmonar (Fig. 3.6).

Fig.3.6. Curbele presiune-volum la persoanele sănătoase și bolnave

Deoarece modificările presiunii și volumului sunt neliniare, pentru a evalua proprietățile elastice ale țesutului pulmonar, este adesea folosită complianța „normalizată” pe unitatea de volum a plămânilor - complianta specifică. Se calculează împărțind complianța statică la volumul pulmonar la care este măsurată. În clinică, complianța pulmonară statică se măsoară prin obținerea unei curbe presiune-volum pentru modificări de volum de 500 ml de la nivelul capacității funcționale reziduale (FRC).

Distensibilitatea normală a toracelui este de aproximativ 200 ml/cm apă. Artă. Tracțiunea elastică a toracelui se explică prin prezența componentelor structurale care contracarează deformarea, eventual tonusul muscular al peretelui toracic. Datorită prezenței proprietăților elastice, toracele în repaus tinde să se extindă, iar plămânii tind să se prăbușească, adică. la nivelul capacităţii reziduale funcţionale (FRC), recul elastic al plămânului, îndreptat spre interior, este echilibrat de recul elastic al peretelui toracic, îndreptat spre exterior. Pe măsură ce volumul cavității toracice se extinde de la nivelul FRC la volumul său maxim (capacitatea pulmonară totală, TLC), reculul exterior al peretelui toracic scade. La 60% din capacitatea vitală măsurată în timpul inspirației (cantitatea maximă de aer care poate fi inhalată pornind de la nivelul volumului pulmonar rezidual), recul toracic scade la zero. Odată cu extinderea în continuare a pieptului, recul peretelui său este îndreptat spre interior. Un numar mare de tulburări clinice, inclusiv obezitatea severă, fibroza pleurală extinsă și cifoscaloza, sunt caracterizate prin modificări ale complianței toracice (Fig. 3.7.)

Orez. 3.7. Direcția vectorului de împingere elastică a toracelui în funcție de volumul curent

ÎN practica clinica Conformitatea globală a plămânilor și a toracelui (Total) este de obicei evaluată. În mod normal este de aproximativ 0,1 cm/apă. Artă. și este descrisă de următoarea ecuație:

1/Total= 1/C torace + 1/Plămâni (3,5).

Acest indicator reflectă presiunea care trebuie creată de mușchii respiratori (sau de ventilator) în sistem pentru a depăși recul elastic static al plămânilor și al peretelui toracic la diferite volume pulmonare. ÎN pozitie orizontala distensibilitatea toracelui scade din cauza presiunii organelor abdominale asupra diafragmei (Fig. 3.8).

Când un amestec de gaze se deplasează prin tractul respirator, apare o rezistență suplimentară, numită de obicei inelastică. Rezistența inelastică se datorează în principal (70%) aerodinamicii (frecării). jet de aer despre pereții tractului respirator), și într-o măsură mai mică componente vâscoase (sau deformare, asociate cu mișcarea țesuturilor în timpul mișcării plămânilor și toracelui). Proporția de rezistență vâscoasă poate crește semnificativ cu o creștere semnificativă a volumului curentului. În cele din urmă, o mică proporție este rezistența inerțială exercitată de masa țesutului pulmonar și a gazului în timpul accelerărilor și decelerațiilor ritmului respirator. Foarte mică în condiții normale, această rezistență poate crește odată cu respirația frecventă sau chiar poate deveni principala în timpul ventilației mecanice cu o frecvență mare a ciclurilor respiratorii.

Orez. 3.8. Curbele presiune-volum pentru torace, plămâni și complexul torace + plămâni în poziție verticală (A) și orizontală (B) (conform: Scurr S., Feldman S., 1982.)

În funcție de un număr de circumstanțe, fluxul de gaz printr-un sistem de tuburi poate fi de trei tipuri: laminar, turbulent sau tranzitoriu. Fluxul laminar se caracterizează prin straturi de gaz în mișcare paralele atât între ele, cât și cu pereții tuburilor. Viteza de mișcare a gazului este cea mai mare în centrul fluxului; spre periferie scade treptat. Pentru fluxul laminar există următoarea relație (analogie directă cu legea lui Ohm):

Unde: V - viteza volumetrice a fluxului sanguin;

P - presiunea de antrenare;

R - rezistenta.

Fluxul laminar predomină la viteze mici ale gazului și este descris de legea lui Poiseuille:

V=Pr 4/8pl (3,7),

Unde: V - debitul volumetric,

P - presiune,

R este raza tubului,

Vâscozitatea gazului,

L este lungimea tubului.

Transformând ecuația, obținem:

P = 8 1 V/r4 = kV (3,8).

Astfel, presiunea de antrenare este proporțională cu debitul. Reducerea razei tubului la jumătate reduce debitul de 16 ori, iar dublarea lungimii tubului duce doar la o creștere de două ori a rezistenței. De asemenea, este important ca relația dintre presiune și debit să fie influențată de vâscozitatea, nu de densitate, a fluidului. Una dintre caracteristicile fluxului laminar complet dezvoltat este că particulele de gaz din centrul tubului se mișcă cu de două ori viteza medie. Distribuția vitezelor particulelor de-a lungul diametrului tubului se numește profil de viteză (Figura 3.9).

Orez. 3.9. Tipuri de fluxuri de aer. A. Flux laminar. B. Tip tranzițional (cu vârtejuri în zona de ramificare). B. Curgerea turbulentă

Flux turbulent - mișcarea mai haotică a gazului de-a lungul tubului, predomină când viteze mari debitul volumetric. În plus, presiunea de antrenare pentru un flux turbulent este proporțională cu pătratul vitezei sale (P=kV 2). Rezistența la curgere este direct proporțională cu densitatea gazului și invers proporțională cu raza celei de-a cincea puteri:

Unde: d - densitatea gazului,

R este raza tubului.

De aici rezultă că dependența fluxului de gaz turbulent de raza tractului respirator este foarte mare. În plus, vâscozitatea în acest mod nu joacă un rol semnificativ, dar o creștere a densității gazului duce la o creștere a rezistenței. Profilul de viteză cu un maxim în regiunea axei tubului nu este tipic pentru un flux turbulent. Mișcarea turbulentă are loc la debite mari, în locuri cu coturi și ramuri ascuțite, precum și atunci când schimbare bruscă diametrul căilor respiratorii.

Fluxul de tranziție este caracterizat de vârtejuri care apar la bifurcația tubului. În cadrul ramificării dihotomice a arborelui traheobronșic, fluxul tranzitoriu este un model important de flux în plămâni.

Dacă fluxul printr-un sistem de tuburi va fi turbulent sau laminar poate fi prezis prin calcularea numărului Reynolds (Re), un număr adimensional care raportează viteza medie de curgere, densitatea și vâscozitatea gazului și raza tubului:

Re = 2rVd/? (3.10),

Unde: V este viteza medie a curgerii

D - densitatea gazului.

Când Re depășește 20.000, fluxul este turbulent; când Re este mai mic de 2000, fluxul este laminar. Ecuația arată că fluxul turbulent are loc mai ușor la viteze mari și în tuburi largi. În plus, gazele cu densitate scăzută (cum ar fi heliul) au o tendință mai mică de a experimenta turbulențe. Inhalarea unui amestec de heliu-oxigen reduce riscul formării fluxului turbulent și, de asemenea, reduce rezistența căilor respiratorii atunci când apare. În mod normal, rezistența totală a căilor respiratorii este de 0,5-2 cmH2O. st./l/s.

Mărimea rezistenței VP depinde de mai mulți factori: diametrul și lungimea bronhiilor și bronhiolelor; densitatea și vâscozitatea amestecului de gaz inhalat; viteza și natura fluxului de gaz etc. În plus, unul dintre factori importanți este volumul pulmonar. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mare efectul de tracțiune pe care parenchimul îl are asupra VP. Ca rezultat, aria secțiunii transversale a fiecărui VP crește. Suprafața mare a secțiunii transversale are ca rezultat o rezistență mai mică.

În patologia pulmonară, mai multe mecanisme pot determina creșterea rezistenței. De exemplu, în astmul bronșic, o îngustare a VP și, în consecință, o creștere a rezistenței pot fi asociate cu o contracție a mușchilor netezi bronșici, umflarea mucoasei bronșice sau cu obstrucția de către secreții. Cauza îngustării VP și a rezistenței crescute la flux poate fi, de asemenea, neoplasmul, spută purulentă în timpul boli infecțioase. În cazul emfizemului, pierderea elasticității țesuturilor și scăderea efectului de tracțiune al parenchimului pulmonar asupra VP reduce lumenul acestora și crește rezistența.

La volume mari, viteza fluxului expirator este, de asemenea, direct dependentă de presiunea pleurală, care este determinată de presiunea elastică de recul a peretelui toracic și de forța musculară. Mișcarea gazelor din plămâni este asigurată de prezența unui gradient de presiune în alveole și la intrarea în VP (presiune atmosferică). Presiunea alveolară (Palv) este suma presiunii elastice de recul a plămânilor (Pel) și a presiunii pleurale (Ppl):

Palv= Pel + Ppl (3.11).

La rândul său, presiunea elastică de recul a plămânilor depinde de proprietățile elastice ale țesutului pulmonar și de gradul de întindere a plămânilor (adică de volumul plămânilor). În consecință, cu cât volumul pulmonar este mai mare, cu atât viteza fluxului expirator este mai mare.

Totuși, când se atinge o anumită valoare a presiunii pleurale în condiții de volume pulmonare mici (când presiunea elastică de recul a plămânilor devine mică), debitul rămâne constant, în ciuda unei creșteri suplimentare a efortului muscular (Fig. 3.10).

Orez. 3.10. Fluxul de gaz (A) în timpul expirației forțate după inhalare maximă cu efort variabil și (B) cu efort maxim după inhalare de adâncime variabilă; fluxul expirator final nu depinde de eforturile muşchilor respiratori la orice volum pulmonar iniţial (după J. F. Nunn, 1987)

Această limitare a fluxului expirator se datorează comprimării VP distale prin presiunea intratoracică (Ppl). În fig. 3.11 arată că Palv depășește Ppl numai cu cantitatea de presiune elastică de recul a plămânilor, indiferent de valoarea lui Ppl. Pe măsură ce gazul se mișcă de-a lungul VP distal, presiunea scade din cauza rezistenței la frecare împotriva pereților VP. Poate veni un moment în care presiunea din interiorul și din exteriorul segmentului conducător de aer se egalizează (presiunea transmurală este zero - punctul de presiune egală). Dincolo de punctul de presiune egală, presiunea transmurală devine negativă și poate apărea o îngustare a acestui segment al VP și o scădere a ratei debitului expirator. Cu toate acestea, colapsul complet al VP nu are loc, deoarece ocluzia generală crește din nou presiunea intramurală la nivelul alveolar în punctul din fața segmentului oclus. Ca urmare a acestui fapt, segmentul se extinde din nou, deoarece Palv la expirație depășește întotdeauna Ppl, iar presiunea transmurală devine din nou pozitivă (adică presiunea din interiorul tubului este mai mare decât în ​​exterior). Rezultatul total al interacțiunii acestor forțe este un rezistor Starling, un sistem în care segmentul prăbușit, îngustându-se critic, limitează fluxul.

Fig.3.11. Diagrama care ilustrează compresia căilor respiratorii în timpul expirației forțate

Restricția fluxului de aer datorită acestui mecanism este sporită și mai mult de mai mulți factori. De exemplu, o creștere a rezistenței căilor respiratorii periferice crește scăderea presiunii în aceste căi respiratorii și, prin urmare, reduce presiunea expiratorie intrabronșică. Un alt factor este presiunea elastică scăzută de recul cu volume inițiale mici ale plămânilor. Aceasta reduce diferența de mișcare dintre presiunea intraalveolară și cea intrapleurală. În plus, această diferență scade odată cu creșterea complianței pulmonare (adică scăderea presiunii elastice de recul), cum ar fi în emfizem. Pe de altă parte, la volume mici, punctul de presiune egală este mai aproape de alveole, adică în VP ușor pliabile, lipsite de un cadru cartilaginos. La persoanele sănătoase, mecanismele de limitare a fluxului de aer funcționează numai în timpul expirației forțate și la pacienții cu leziuni pulmonare severe, chiar și în timpul respirației liniștite. Încetarea prematură a expirației determină depășirea FRC valori normale(„auto-PEEP”).

Pentru a efectua mișcări respiratorii, este necesar să depășiți rezistența elastică a toracelui și plămânilor, rezistența inelastică a tractului respirator la fluxul de gaz și rezistența țesuturilor. În acest caz, mușchii respiratori efectuează anumite lucrări. Aproximativ 50% din energia cheltuită pentru aceasta se acumulează în structurile elastice ale plămânilor. În timpul expirației, este eliberat, ceea ce îi permite să depășească rezistența tractului respirator. Creșterea rezistenței la inspirație sau expirație este compensată de efortul suplimentar al mușchilor inspiratori.

Cele mai comune metode de măsurare a muncii respiratorii sunt pletismografia generală sau pneumotahografia cu măsurarea frecvenței respiratorii volumetrice și a presiunii intraesofagiene. Munca este de obicei exprimată în kilograme și se calculează fie pe ciclu respirator, fie pe 1 minut, fie pe 1 litru de ventilație. În condiții normale, „costul” energetic al respirației liniștite la un adult este în medie de 0,5 kgm/min.

Munca este adesea evaluată indirect prin cantitatea de oxigen absorbită de mușchii respiratori. La un adult sănătos, acesta constituie o proporție foarte mică (3 - 4%) din consumul total de oxigen. Cu toate acestea, cu o creștere semnificativă a rezistenței, „costul” cu oxigen al respirației crește brusc și devine critic.

Din numeroasele combinații de frecvență și volum curent, corpul „selectează” pe cel în care volumul necesar de ventilație alveolară este asigurat cu o muncă minimă de respirație. Pentru un adult fără modificări patologice complianță și rezistență aerodinamică, munca de respirație va fi minimă cu un volum curent de aproximativ 0,5 l și o frecvență respiratorie de 14 - 16 pe minut.

Cu o rezistență aerodinamică crescută a tractului respirator, se observă o scădere caracteristică a frecvenței respirației spontane și o creștere a volumului curent. Fenomenul opus apare cu o creștere a rezistenței elastice, când ritmul respirator crește considerabil și poate deveni de 2-3 ori mai mare decât în ​​mod normal când volumul curent scade.

Ventilatia pulmonara si volumele pulmonare. Ventilația pulmonară este o schimbare a aerului în plămâni, efectuată ciclic în timpul inhalării și expirației. Ventilația pulmonară se caracterizează în primul rând prin patru volume pulmonare principale: volumul curent, volumul de rezervă inspirator, volumul de rezervă expirator și volumul rezidual. Împreună alcătuiesc capacitatea pulmonară totală. Suma tuturor volumelor enumerate este egală cu volumul maxim la care plămânii pot fi extinși. Capacitățile pulmonare sunt suma a două sau mai multe volume.

Volumul de aer din plămâni și căile respiratorii depinde de caracteristicile constituționale, antropologice și de vârstă ale persoanei, de proprietățile țesutului pulmonar, de tensiunea superficială a alveolelor, precum și de forța dezvoltată de mușchii respiratori. Pentru a evalua funcția de ventilație a plămânilor, starea tractului respirator și pentru a studia modelul de respirație, acestea sunt utilizate diverse metode studii: pneumorafie, spirometrie, spirografie etc. Cu ajutorul unui spirografi, puteți determina și înregistra valorile volumelor de aer pulmonare care trec prin căile respiratorii umane (Fig. 3.12).

Figura 3.12. Spirograma care arată volumele și capacitățile pulmonare statice. (după Nunn J.F., 1987)

În timpul inhalării și expirării liniștite, un volum relativ mic de aer (aproximativ 500 ml) trece prin plămâni, care este denumit în mod obișnuit volumul curent (TI).

Cu o inhalare forțată (profundă), o persoană poate inspira în plus o anumită cantitate de aer. Acest volum de rezervă inspirator (IRV) este volumul maxim de aer pe care o persoană îl poate inspira după o respirație liniștită. Volumul de rezervă inspiratorie la un adult este de aproximativ 1,8-2,0 litri.

După o expirație calmă, o persoană poate expira suplimentar o anumită cantitate de aer. Acesta este volumul de rezervă expiratorie (VRE), a cărui valoare medie este de 1,2 - 1,4 litri.

Volumul de aer care rămâne în plămâni după expirarea maximă și în plămâni persoană moartă- volumul pulmonar rezidual (RL). Volumul rezidual este de 1,2 -1,5 litri.

Se disting următoarele capacități pulmonare.

1. Capacitate pulmonară totală (TLC) - volumul de aer din plămâni după inspirația maximă.

2. Capacitatea vitală (VC) include volumul curent, volumul de rezervă inspirator și volumul de rezervă expiratorie. Capacitatea vitală este volumul de aer expirat din plămâni după inhalare maximă cu expirație maximă (VC = OEL - OO); Capacitatea vitală este de 3,5 - 5,0 l la bărbați, 3,0-4,0 l la femei.

3. Capacitatea inspiratorie (EIV) este egală cu suma volumului curent și a volumului de rezervă inspiratorie, având o medie de 2,0 - 2,5 litri.

4. Capacitate reziduală funcțională (FRC) - volumul de aer din plămâni după o expirație liniștită. În timpul inhalării și expirării liniștite, plămânii conțin în mod constant aproximativ 2500 ml de aer, umplând alveolele și tractul respirator inferior. Datorită acestui fapt, compoziția gazoasă a aerului alveolar este menținută la un nivel constant.

Volumul ventilației pulmonare este definit convenabil ca volumul de gaz care intră și iese din tractul respirator într-o anumită perioadă de timp. Volumul de respirație pe minut (MRV) este volumul de aer care trece prin plămâni într-un minut. Cantitatea de ventilație pulmonară este determinată de adâncimea respirației și de frecvența mișcărilor respiratorii. În repaus, ritmul respirator al unei persoane este de aproximativ 16 pe minut („eipnee” sau „respirație bună”), iar volumul de aer expirat este de aproximativ 500 ml. Înmulțind frecvența respiratorie pe minut cu volumul curent, obținem MVR, care la o persoană în repaus este în medie de 8 l/min. În acest caz, actul de inhalare are loc ceva mai repede decât actul de expirare.

Ventilația pulmonară maximă (MVL) este volumul de aer care trece prin plămâni într-un minut în timpul frecvenței și adâncimii maxime a mișcărilor respiratorii. Ventilația maximă are loc în timpul muncii intense, cu o lipsă de O2 (hipoxie) și un exces de CO2 (hipercapnie) în aerul inhalat. În aceste condiții, MOR poate ajunge la 150 - 200 l/min.

Înainte ca fluxul de aer inhalat să ajungă în membrana alveolo-capilară, acesta trece printr-un număr mare de VP situate între pompă sau cavitatea bucalăși alveole. Distribuția volumului de maree în zonele conductoare de VP și de schimb de gaze are un impact profund asupra functia respiratorie. Doar acea parte a volumului curent de aer care intră în alveolele perfuzate normal poate participa la schimbul de gaze. Prin urmare, majoritatea indicator important Ventilația pulmonară este volumul ventilației alveolare (AV). Restul volumului total este ventilația așa-numitului spațiu mort (VD). Volumul spațiului alveolar poate fi calculat folosind formula:

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

Spațiul mort include volumul căilor respiratorii în care nu are loc schimbul de gaze (spațiul mort anatomic) și volumul alveolelor neperfuzate (spațiul mort alveolar). Suma spațiului mort anatomic și alveolar se numește spațiu mort fiziologic. Normal pentru un adult în poziție verticală cadavrele moarte spațiul este de 150 ml (aproximativ 2 ml/kg) și constă în esență numai din spațiu mort anatomic. Trebuie avut în vedere că volumul real al spațiului mort anatomic poate varia în funcție de metoda de ventilație mecanică (prin mască, muștiuc, tub traheal, canulă de traheostomie) și de volumul acestor părți utilizate.

La o persoană sănătoasă în repaus, spațiul mort alveolar este foarte mic, dar în unele cazuri stări patologice- cu hipovolemie, embolie pulmonara sau emfizem pot aparea focare - zone de spatiu mort alveolar. Motivul principal pentru creșterea raportului spațiului mort față de volumul mare în astfel de situații este o scădere semnificativă sau absența completă a fluxului sanguin în alveolele ventilate:

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

Ecuația 3.13, cunoscută sub numele de ecuația Bohr, arată că raportul dintre spațiul mort și volumul mare poate fi calculat prin împărțirea diferenței dintre PCO2 alveolar și aer expirat (PeCO2) la PCO2 alveolar. Deoarece PCO2 alveolară este în esență aceeași cu PCO2 arterială, VD/VT poate fi calculată prin măsurarea simultană a PCO2 în sângele arterial (PaCO2) și în probele de gaz expirat.

Rata de formare a CO2 (VCO2) la o persoană sănătoasă care cântărește 70 kg în repaus este de aproximativ 200 ml pe minut. Tensiunea alveolară de dioxid de carbon (PACO2) reflectă echilibrul dintre producția totală (producția) de dioxid de carbon (VCO2) și ventilația alveolară (eliminarea CO2):

PACO2 = K?VCO2/VA, (3,14),

Unde: VA - ventilație alveolară,

K este o constantă egală cu 0,863.

Sistemul de control respirator este „setat” să mențină PCO2 în sângele arterial la un nivel de 40 mmHg. Artă. Ecuația arată că la o rată constantă de producție de dioxid de carbon, PCO2 variază invers cu ventilația alveolară.

Așa cum PaCO2 este determinată de echilibrul dintre producția de CO2 și ventilația alveolară, PO2 alveolară este o funcție a ratei de absorbție a oxigenului prin membrana capilară alveolară și ventilația alveolară. Deoarece presiunile parțiale ale azotului și vaporilor de apă din alveole sunt constante, PAO2 și PACO2 se schimbă reciproc unul față de celălalt, în funcție de modificările ventilației alveolare.

Suma presiunilor parțiale ale O2, CO2, N2 și vaporilor de apă este constantă; presiunea parțială a O2 sau CO2 poate fi calculată dacă se cunoaște una dintre ele. Calculul se bazează pe ecuația gazului alveolar:

PAO2 = PIO2 - PACO2(FiO2 + 1-FiO2/R) (3,15),

Unde: PiO2 – presiunea oxigenului în gazul inhalat,

FiO2 este concentrația fracțională de O2 din gazul inhalat,

R - raportul de schimb de gaze respirator.

R - raportul de schimb de gaz respirator, exprimă rata de eliberare a CO2 relativă la rata de absorbție a O2, adică. R = VCO2/VO2. La starea de echilibru, raportul de schimb de gaz respirator este egal cu coeficientul respirator (RQ), care descrie raportul dintre producția de dioxid de carbon și consumul de oxigen pe nivel celular. Acest raport depinde de ceea ce este folosit în mod predominant în organism ca surse de energie - carbohidrați sau grăsimi. În timpul metabolismului a 1 g de carbohidrați, se eliberează mai mult CO2.

Plămânii sunt destul de eterogeni în ceea ce privește proprietățile mecanice regionale ale VP și parenchimului, ceea ce este motivul distribuției neuniforme a aerului în ei. La o persoană sănătoasă, când stă în picioare, există un gradient de presiune pleurală între vârful și baza plămânului. Presiunea pleurală este cea mai mare (adică, cea mai negativă) la vârful plămânilor și cea mai scăzută (adică, cea mai puțin negativă) la bază. Gradientul este de aproximativ 0,25 cm apă. Artă. pentru fiecare centimetru de înălțime. Deoarece presiunea transpulmonară este egală cu Palv-Ppl, valoarea sa la vârf este mai mare decât la baza plămânilor. Ca rezultat, alveolele din diferite zone ajung în puncte diferite curba presiune-volum. Alveolele din părțile superioare ale plămânilor, datorită presiunii transpulmonare mai mari, sunt extinse aproape la maxim, sunt relativ inextensibile și cresc semnificativ mai puțin în volum în timpul inspirației. Dimpotrivă, alveolele din părțile inferioare ale plămânilor, datorită presiunii transpulmonare mai scăzute, sunt mai distensibile și se extind mai mult în timpul inspirației. Cu alte cuvinte, cu un volum inițial scăzut, plămânii sunt mai ușor de umflat decât cu unul mare, deoarece pe măsură ce se extind, complianța lor scade. Conformitatea statică este mai mare în regiunile inferioare ale plămânilor, ei ocupă un volum mai mare și, în consecință, o parte mai mare a volumului curent este distribuită acolo. De fapt, această circumstanță crește eficiența schimbului de gaze, deoarece fluxul sanguin pulmonar predomină și la baza plămânilor.

Rezistența căilor respiratorii contribuie, de asemenea, la diferențele regionale în ventilația pulmonară. Volumul alveolar final în timpul inspirației este determinat numai de complianță numai în cazul ipotetic dacă timpul inspirator nu este limitat. În realitate, timpul de inhalare este limitat de frecvența respirației și de timpul necesar expirării. Prin urmare, de asemenea un timp scurt inhalarea nu va permite alveolelor să atingă volumul scontat. Datorită diferențelor în complianța diferitelor alveole, precum și a rezistenței căilor respiratorii în diferite zone ale plămânului, timpul de umplere regională al alveolelor este diferit.

Expansiunea plămânilor în timpul inhalării poate fi descrisă matematic folosind o constantă de timp - „?”:

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

Timpul corespunzător lui 1? - acesta este timpul necesar pentru ca alveolele să se extindă la aproximativ 60% din volumul maxim. Îndreptarea 99% necesită un timp de 4?.

O scădere regională a complianței pulmonare sau o creștere a rezistenței căilor respiratorii duce la o creștere a ventilației neuniforme și poate provoca, de asemenea, umplerea asincronă a alveolelor în timpul inspirației. Unele alveole continuă să se umple chiar și atunci când gazul a început deja să scape din alte alveole.

Circulatia pulmonara. Circulația pulmonară este un circuit de volum mare, cu rezistență scăzută, situat „funcțional” între jumătatea dreaptă și stângă a inimii. Spre deosebire de circulația sanguină a oricărui alt organ, cercul mic trebuie să intervină întregul volum debitul cardiac atât în ​​repaus, cât și în condiții de stres. Din cei 5 litri de sânge care curg prin plămâni într-un minut, doar 70-100 ml sunt prezenți simultan în capilarele pulmonare și participă la schimbul de gaze. Acest volum mic de sânge formează o peliculă pe membrana alveolocapilară cu o suprafață de 50-100 m2 și grosimea unei celule roșii din sânge. Capacitatea capilară a plămânilor este relativ constantă, dar volumul total de sânge intrapulmonar poate varia de la 500 la 1000 ml. Volumul sanguin intrapulmonar crește ușor cu fiecare inspirație (în timpul respirației spontane) și în timpul sistolei cardiace.

Majoritatea venelor pulmonare au pereți subțiri compresibili și încordați, care sunt ușor susceptibili atât la presiunea intravasculară, cât și la cea extravasculară. Când apare tensiunea, vasele funcționale se extind și vasele care anterior nefuncționau intră în circulație. Acest lucru permite patului vascular al plămânilor să treacă debitul cardiac crescut la foarte mult crestere usoara presiune in artera pulmonara. La un adult sănătos aflat în repaus la nivelul mării, presiunea medie în artera pulmonară este de obicei de 9-15 mmHg. Artă. Presiunea sistolică și diastolică - de la 15 la 25 mm Hg. Artă. si de la 5 la 10 mm Hg. Artă. respectiv.

O creștere a debitului cardiac sau a presiunii arteriale pulmonare este însoțită de o scădere a rezistenței vasculare pulmonare. Această scădere este neliniară: gradul ei depinde de tonusul vasomotor care exista înainte de creșterea debitului cardiac, precum și de nivelul presiunii arteriale pulmonare și al fluxului sanguin.

Fluxul sanguin pulmonar este la fel de neuniform ca și ventilația. În special, distribuția sa este afectată de schimbările de postură și de activitatea fizică. Părțile inferioare ale plămânilor primesc mai mult sânge decât părțile superioare. De exemplu, în poziție verticală, fluxul de sânge este minim în vârfuri, în decubit dorsal - în secțiunile ventrale ale plămânilor. Distribuția neuniformă a fluxului sanguin pulmonar poate fi explicată prin diferențele de presiune hidrostatică în vase de sânge. Dacă luăm în considerare cel pulmonar sistemul arterial Deoarece o singură coloană de sânge are aproximativ 30 cm înălțime, diferența de presiune între partea superioară și la bază va fi de aproximativ 30 cm de apă. Art., sau 23 mm Hg. Artă. Deoarece tensiunea arterială în cercul pulmonar este scăzută, această diferență este destul de semnificativă. Ca urmare a gravitației, se creează un gradient de presiune intravasculară de 1 cm de apă. Artă. pentru fiecare centimetru de înălțime pulmonară.

Cu o activitate fizică moderată, fluxul de sânge în secțiunile superioare și inferioare crește, iar diferențele regionale în distribuția sa sunt netezite.

În fiecare plămân, este convențional să se distingă trei zone - în funcție de raportul dintre presiunile alveolare (Palv), arteriale (Pa) și venoase (Pv) (Fig. 3.13).

Prima zonă (superioară) este definită ca regiunea în care presiunea alveolară (Palv) este mai mare decât presiunea arterei pulmonare (Ppa), care la rândul său depășește presiunea venoasă pulmonară (Palv?Pa?Pv). Această zonă este situată în părțile superioare ale plămânilor și reprezintă spațiul mort alveolar deoarece aici presiunea din alveole comprimă capilarele pulmonare și fluxul sanguin este minim. Apexul unui plămân situat vertical este perfuzat numai datorită naturii pulsatile a fluxului sanguin în artera pulmonară.

În zona de mijloc (zona 2), presiunea din artera pulmonară depășește presiunea alveolară, care la rândul ei este mai mare decât presiunea din patul venos al circulației pulmonare (Ppa?Palv?Ppv). Ca urmare, fluxul sanguin nu este determinat de gradientul obișnuit dintre presiunea medie în artera pulmonară și presiunea alveolară. Relația schimbătoare dintre presiunile alveolare și vasculare schimbă alternativ presiunea de ieșire între alveolară și venoasă, creând așa-numitul rezistor Starling. În consecință, fluxul sanguin prin capilarele din zona 2 apare intermitent datorită canalelor care sunt deschise atunci când presiunea venoasă depășește presiunea alveolară și închise când presiunea alveolară depășește presiunea venoasă pulmonară.

Fig.3.13. Model care demonstrează distribuția neuniformă a fluxului sanguin pulmonar în trei zone ale plămânului

În zona 3, fluxul sanguin capilar pulmonar este continuu și este determinat de gradientul de presiune arterial-venos. În acest caz, calculele convenționale ale rezistenței vasculare pulmonare devin valabile.

Cu un volum pulmonar mic, rezistența vaselor extra-alveolare este de mare importanță. În aceste condiții, fluxul sanguin regional scade, în principal în zona bazelor plămânilor, unde parenchimul pulmonar este cel mai slab. Acest lucru dă motive să vorbim despre o a patra zonă, în care se crede că rezistența la fluxul sanguin este creată de vasele extra-alveolare, mai degrabă decât alveolare. Dispare cu o respirație adâncă, probabil din cauza îndreptării acestor vase atunci când plămânii se extind.

Zonele descrise sunt funcționale, nu structuri anatomice. Suprafețele care separă zonele nu sunt fixate topografic și se deplasează de-a lungul verticală a plămânilor în funcție de modificările relației dintre presiunile arteriale pulmonare, venoase pulmonare și alveolare.

Atât sistemul nervos autonom, cât și factorii locali participă la reglarea tonusului vascular, iar cei din urmă sunt mai semnificativi. Cel mai puternic stimul pentru vasoconstricția pulmonară este hipoxia (spre deosebire de efect vasodilatator hipoxie în cerc mare circulatia sangelui). Vasoconstricția pulmonară hipoxică, ca reacție la hipoxia alveolară, duce la o îngustare vizibilă a arterelor pulmonare musculare precapilare și a arteriolelor adiacente alveolelor. Vasoconstricția apare atât în ​​timpul hipoxiei în artera pulmonară (în sângele venos mixt), cât și în timpul hipoxiei alveolare. Totuși, efectul stimulator al acestuia din urmă este mai pronunțat. Mediatorii implicați în vasoconstricția pulmonară hipoxică nu au fost încă pe deplin identificați. Acest fenomen apare fie din cauza acțiune directă hipoxie pe vasele pulmonare, sau datorită predominării producției de leucotriene vasoconstrictoare asupra producției de prostaglandine vasodilatatoare (prostaglandine I2). Este posibil ca hipoxia suprima formarea de oxid nitric (NO). În cazul hipoxiei alveolare locale (ca în pneumonie sau atelectazie regională), vasoconstricția pulmonară este și ea localizată, deturnând fluxul sanguin din zonele hipoxice și reducând gradul de nepotrivire ventilație-perfuzie. Cu toate acestea, cu natura difuză a hipoxiei alveolare, vasoconstricția pulmonară rezultată afectează plămânul în ansamblu. De exemplu, în boala pulmonară obstructivă cronică, vasoconstricția pulmonară hipoxică este o componentă a rezistenței vasculare pulmonare crescute.

Hiperoxia nu are un efect semnificativ asupra circulatia pulmonara la oameni sanatosi. Acidemia semnificativă (pH 7,2) determină vasoconstricție pulmonară. La om, acidemia acționează sinergic cu hipoxia. Alcalemia semnificativă (pH? 7,5) reduce vasoconstricția ca răspuns la hipoxie. Spre deosebire de hipoxemia, hipercapnia pare să contribuie la hipertensiunea pulmonară, provocând acidemia mai degrabă decât vasoconstricția directă.

Relații ventilație-perfuzie. Relația cantitativă dintre ventilație și perfuzie este exprimată prin raportul ventilație-perfuzie. În mod normal, ventilația alveolară (V) este de 4 l/min, fluxul sanguin capilar pulmonar (Q) este de 5 l/min, iar raportul lor V/Q este de 0,8, respectiv. Gradienții apical-bazali ai fluxului sanguin și ventilației sunt aceleași ca direcție, dar amploarea modificărilor ventilației și perfuziei de la apex la bază este diferită. Fluxul de sânge la bază crește într-o măsură mai mare, prin urmare, în părțile apicale ale plămânilor, V/Q este mai mare decât în ​​părțile bazale. Alveolele cu V/Q mai mic de unu oferă o diferență normală între PAO2 medie ideală și PaO2, adică. diferența alveolo-arterială de oxigen. În mod normal, această diferență este de la 5 la 10 mm Hg. Artă. la tinerii sănătoși și poate crește până la 20 mmHg. Artă. la persoanele în vârstă sănătoase.

O încălcare gravă a corespondenței dintre ventilație și perfuzie este însoțită de dezvoltarea insuficienței respiratorii. Profunzimea efectelor fiziopatologice asupra oxigenării arteriale a relațiilor afectate ventilație-perfuzie depășește cu mult efectele altor mecanisme de hipoxemie, inclusiv hipoventilația, blocarea difuziei și șuntarea.

Pentru o unitate pulmonară individuală (complex alveolar-capilar), V/Q poate varia de la 0 (fără ventilație) la infinit V/Q= ? (lipsa fluxului sanguin). Prima condiție este șuntul intrapulmonar, a doua este spațiul mort alveolar.

În fiziologia respiratorie, șuntarea se referă la întoarcerea sângelui venos mixt desaturat din partea dreaptă a inimii spre stânga fără saturație de oxigen în plămâni. Acest tip de șunt este denumit șunt de la dreapta la stânga și are ca rezultat o scădere („diluție”) a oxigenului în sângele arterial. Șuntul fiziologic este un concept utilizat pentru a cuantifica efectele atât ale șuntului absolut (anatomic) cât și ale zonelor V/Q scăzute. În mod normal, șuntul fiziologic reprezintă mai puțin de 5% din debitul cardiac. Șunturile absolute se referă la șunturile anatomice și acele unități pulmonare în care V/Q este zero. Șuntul relativ este o zonă a plămânului cu o valoare V/Q scăzută, dar nu zero. Din punct de vedere practic, hipoxemia cauzată de un șunt relativ poate fi parțial corectată prin creșterea concentrației de oxigen din amestecul inhalat. Cu un șunt absolut, hipoxemia nu poate fi redusă în acest fel.

Șuntul fiziologic este calculat utilizând ecuația șuntului:

Qs/Qt = (Cs"O2- CaO2)/(Cs"O2- CvO2), 3,17),

Unde: Qs/Qt este fracția de sânge șuntat,

Fracția de sânge șuntat (Qs/Qt) poate fi calculată în setarile clinice, dacă măsurați presiunea parțială a oxigenului și a saturației de oxigen a hemoglobinei în sângele arterial și venos mixt. Cateterizarea arterei pulmonare este necesară pentru a obține o probă mixtă de sânge venos. Ecuația gazului alveolar este utilizată pentru a calcula presiunea parțială a oxigenului din sângele capilarelor pulmonare terminale. Se acceptă că atunci când FiO2 > 0,21, sângele capilarelor pulmonare terminale este 100% saturat cu oxigen.

Deși unitățile alveolare cu V/Q scăzut provoacă de obicei o scădere a PaO2, în cazuri rare ele contribuie la creșterea PaCO2. Acest fenomen nu are legătură cu solubilitate mai mare CO2 comparativ cu O2, deoarece în mod normal nu există bariere de difuzie în calea absorbției O2. Persoanele cu o creștere moderată a fracției alveolare cu V/Q mare cresc cu ușurință ventilația generală și elimină mai mult CO2 din alte unități pulmonare pentru a compensa spațiul mort suplimentar. Acest efect este posibil datorită liniarității curbei de disociere CO2-hemoglobină (adică conținutul de CO2 din sânge este legat liniar de PaCO2).

Nu există un astfel de răspuns compensator la hipoxemie care rezultă din prezența alveolelor V/Q scăzute. Deși o creștere a ventilației generale crește PAO2 în alveole cu V/Q?1, o creștere a conținutului de O2 desigur sânge capilar minim. Nu compensează contribuția sângelui desaturat care curge din alveole cu V/Q scăzut.

Teoretic, efectul fiziologic al alveolelor cu V/Q mai mare de unu, dar nu infinit, poate fi descris ca echivalentul funcțional al spațiului mort suplimentar, i.e. „spațiu mort alveolar”. Impactul unităților V/Q ridicate este calculat folosind ecuația lui Bohr (3.13).

Schimbul de gaze în plămâni. Energia cinetică a tuturor moleculelor de gaz atmosferice creează presiunea atmosferică sau barometrică. Presiunea pleurală sau alveolară este de obicei exprimată în raport cu presiunea atmosferică și se numește presiune manometrică.

Aerul atmosferic este un amestec de gaze: azot, oxigen, dioxid de carbon, vapori de apă. Cantitatea de argon și dioxid de carbon din el este foarte mică, iar presiunea vaporilor de apă în condiții normale de mediu este scăzută. Prin urmare, în scopuri practice, aerul atmosferic poate fi considerat ca un amestec de 21% oxigen și 79% azot (FiO2 - 0,21 și FiN2 - 0,79 - concentrații fracționale de oxigen și respectiv azot).

Într-un amestec de gaze, energia cinetică a fiecărui gaz creează o presiune cunoscută sub numele de presiune parțială a gazului. Amestecul de gaze situat în rezervor exercită pe pereții săi o presiune totală egală cu suma presiunilor parțiale ale tuturor gazelor din amestecul de gaze (legea lui Dalton).

Presiunea vaporilor de apă din aerul inspirat, care este încălzit la temperatura corpului și complet umidificat, este de 47 mmHg. De obicei, concentrația fracțională a unui gaz este calculată după scăderea presiunii vaporilor de apă (adică, ca „gaz uscat”). Presiunea parțială a unui gaz este produsul concentrației sale fracționale și presiune totală amestec „uscat”.

Mișcarea gazului prin membrana alveolo-capilară are loc prin difuzie, conform legii lui Fick. Conform acestei legi, viteza de transfer de gaz de-a lungul unei suprafețe de țesut sau „membrană” este direct proporțională cu diferența de presiune parțială a gazului de pe ambele părți ale membranei și cu o constantă a membranei cunoscută sub numele de difuzivitate (Dm):

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

Unde: VG este viteza de transfer a gazului prin suprafața țesutului,

P1 este presiunea parțială a gazului pe o parte a suprafeței țesutului,

P2 este presiunea parțială a gazului de pe cealaltă parte a suprafeței țesutului.

Difuzivitate, la rândul său, constă din mai multe componente, inclusiv solubilitatea gazului în țesut (?), aria suprafeței țesutului (A), grosimea țesutului (d) și greutatea moleculară a gazului (MW).

Un adult face de la paisprezece până la douăzeci de respirații în fiecare minut, iar copiii, în funcție de vârsta lor, sunt capabili să facă până la șaizeci de mișcări de respirație în aceeași perioadă de timp. care ajută organismul să supraviețuiască. Implementarea sa depășește limitele controlului și înțelegerii noastre. Respirația externă și cea internă au o așa-numită comunicare între ele. Funcționează pe principiul feedback-ului. Dacă celulele nu au suficient oxigen, organismul crește respirația și invers.

Definiție

Respirația este un act reflex complex și continuu. Asigură constanța compoziției gazelor din sânge. Constă din trei etape sau verigi: respirația externă, transportul gazelor și saturația tisulară. Eșecul poate apărea în oricare dintre etape. Poate duce la hipoxie și chiar la moarte. Respirația externă este prima etapă în care are loc schimbul de gaze între o persoană și mediu inconjurator. În primul rând, aerul atmosferic intră în alveole. Și în etapa următoare difuzează în sânge pentru a fi transportat la țesuturi.

Mecanismul de intrare a oxigenului în sânge se bazează pe diferența de presiune parțială a gazelor. Schimbul are loc de-a lungul unui gradient de concentrație. Adică sânge de la continut ridicat dioxidul de carbon acceptă cu ușurință o cantitate suficientă de oxigen și invers. În același timp, esența respirației tisulare este următoarea: oxigenul din sânge intră în citoplasma celulei, iar apoi trece printr-un lanț de reacții chimice numite.În cele din urmă, dioxidul de carbon și alți produși metabolici intră în canalul periferic.

Compoziția aerului

Respirația externă are o dependență puternică de compoziția aerului atmosferic. Cu cât conține mai puțin oxigen, cu atât respirațiile devin mai puțin frecvente. Compoziția normală a aerului este aproximativ următoarea:

• azot - 79,03%;
• oxigen - 20%;
• dioxid de carbon - 0,03%;
• toate celelalte gaze - 0,04%.

Pe măsură ce expirați, raportul dintre părți se schimbă ușor. Dioxidul de carbon crește la 4%, iar oxigenul scade cu aceeași cantitate.

Structura aparatului respirator

Sistemul respirator extern este o serie de tuburi conectate între ele. Înainte de a ajunge la alveole, aerul parcurge un drum lung pentru a se încălzi și a se purifica. Totul începe cu căile nazale. Sunt prima barieră împotriva prafului și murdăriei. Firele de păr situate pe mucoasa nazală rețin particule mari, iar vasele din apropiere încălzesc aerul.

Apoi urmează nazofaringe și orofaringe, după ele - laringele, traheea și bronhiile principale. Acestea din urmă sunt împărțite în drept și lobul stâng. Se ramifică, formând.Cele mai mici bronhiole au la capăt un sac elastic - alveola. În ciuda faptului că membrana mucoasă căptușește toate căile respiratorii, schimbul de gaze are loc doar la sfârșit. Spațiul nefolosit se numește spațiu mort. În mod normal, dimensiunea sa ajunge la o sută cincizeci de mililitri.

Ciclul respirator

La o persoană sănătoasă, respirația are loc în trei etape: inspirație, expirație și pauză. În ceea ce privește timpul, întregul proces durează de la două secunde și jumătate până la zece secunde sau mai mult. Aceștia sunt parametri foarte individuali. Respirația externă depinde în mare măsură de condițiile în care se află corpul și de starea lui de sănătate. Deci, există concepte precum ritmul și frecvența respirației. Ele sunt determinate de numărul de mișcări ale pieptului pe minut și de regularitatea acestora. Adâncimea respirației poate fi determinată prin măsurarea volumului de aer expirat sau a circumferinței toracice în timpul inhalării și expirării. Procesul este destul de simplu.

Inhalarea are loc în timpul contracției diafragmei și a mușchilor intercostali. Presiunea negativă care se creează în acest moment „aspiră” aerul atmosferic în plămâni. În același timp, pieptul se extinde. Expirația este efectul opus: mușchii se relaxează, pereții alveolelor se străduiesc să scape de supraextensie și să revină la starea inițială.

Ventilatie pulmonara

A ajutat oamenii de știință să înțeleagă mai bine mecanismul de dezvoltare a unui număr semnificativ de boli. Ei au identificat chiar și o ramură separată a medicinei - pneumologia. Există mai multe criterii după care se analizează funcționarea aparatului respirator. Indicatorii de respirație externă nu sunt o valoare rigidă. Acestea pot varia în funcție de constituția, vârsta și starea de sănătate a persoanei:

1. Volumul curent (VT). Aceasta este cantitatea de aer pe care o persoană o inspiră și o expiră în repaus. Norma este de la trei sute la șapte sute de mililitri.
2. Volumul de rezervă inspiratorie (IRV). Acesta este aer care poate fi încă adăugat în plămâni. De exemplu, dacă după o respirație calmă îi ceri unei persoane să respire adânc.
3. Volumul de rezervă expirator (VRE). Acesta este volumul de aer care va părăsi plămânii dacă respiri adânc după o expirație normală. Ambele cifre sunt de aproximativ un litru și jumătate.
4. Volumul rezidual. Aceasta este cantitatea de aer care rămâne în plămâni după o expirație profundă. Dimensiunea sa este de la o mie la o mie și jumătate de mililitri.
5. Cei patru indicatori anteriori împreună reprezintă capacitate vitala plămânii. Pentru bărbați este egal cu cinci litri, pentru femei - trei și jumătate.

Ventilația pulmonară este întregul volum de aer care trece prin plămâni într-un minut. La o persoană adultă sănătoasă în repaus, această cifră fluctuează în jurul a șase până la opt litri. Studiul funcției respirației externe este necesar nu numai pentru persoanele cu patologii, ci și pentru sportivi, precum și pentru copii (în special nou-născuții prematuri). Adesea, astfel de cunoștințe sunt necesare în terapie intensivă atunci când un pacient este transferat sau îndepărtat din el.

Tipuri de respirație normală

Funcția respirației externe depinde în mare măsură de tipul procesului. Și, de asemenea, despre constituția și genul unei persoane. Pe baza metodei de expansiune a pieptului, se pot distinge două tipuri de respirație:

• Toracică, timp în care coastele se ridică. Predomină la femei.
• Abdominal, când diafragma se aplatizează. Acest lucru este mai tipic pentru bărbați.

De asemenea este si tip mixt când sunt implicate toate grupele musculare. Acest indicator este individual. Depinde nu numai de sex, ci și de vârsta persoanei, deoarece mobilitatea pieptului scade de-a lungul anilor. O influenteaza si profesia: cu cat munca este mai grea, cu atat predomina mai mult tipul abdominal.

Tipuri patologice de respirație

Indicatorii respirației externe se modifică brusc în prezența sindromului de insuficiență respiratorie. Aceasta nu este o boală separată, ci doar o consecință a patologiei altor organe: inima, plămânii, glandele suprarenale, ficatul sau rinichii. Sindromul apare atât în ​​acut cât și forma cronica. În plus, este împărțit în tipuri:

1. Obstructiv. Dificultățile de respirație apare la inspirație.
2. Tip restrictiv. Dificultăți de respirație apare la expirație.
3. Tip mixt. De obicei este și include primele două opțiuni.

În plus, există mai multe tipuri respirație patologică, care nu sunt asociate cu o anumită boală:

• Cheyne-Stokes respirând. Pornind de la o respirație superficială, respirația se adâncește treptat și la a cincea până la a șaptea inhalare ajunge indicatori normali. Apoi devine din nou rar și superficial. La sfârșit există întotdeauna o pauză - câteva secunde fără a respira. Apare la nou-născuți, cu traumatism cranian, intoxicație, hidrocefalie.
• Respirația lui Kussmaul. Aceasta este o respirație profundă, zgomotoasă și rară. Apare cu hiperventilație, acidoză, comă diabetică.

Patologia respirației externe

Respirația externă afectată apare atât în functionare normala organism, iar în situații critice:

1. Tahipneea este o afecțiune când ritmul respirator depășește de douăzeci de ori pe minut. Poate fi atât fiziologic (după efort, într-o cameră înfundată), cât și patologic (cu boli de sânge, febră, isterie).
2. Bradipnee - respirație rară. De obicei combinat cu boli neurologice, crește presiune intracraniană, edem cerebral, comă, intoxicație.
3. Apneea este absența sau încetarea respirației. Poate fi asociat cu paralizia mușchilor respiratori, intoxicații, leziuni cerebrale traumatice sau edem cerebral. Există, de asemenea, un simptom de apnee în somn.
4. Dispneea - dificultăți de respirație (ritmul, frecvența și profunzimea respirației afectate). Apare cu activitate fizică excesivă, astm bronșic, cronic bronșită obstructivă, hipertensiune.

Unde sunt necesare cunoștințe despre caracteristicile respirației externe?

Examinarea respirației externe trebuie efectuată în scopuri de diagnostic pentru evaluare stare functionalaîntregul sistem. La pacienții cu risc, de exemplu fumătorii sau lucrătorii din industriile periculoase, o tendință de a boli profesionale. Pentru chirurgi și anestezisti, starea acestei funcții este importantă atunci când se pregătește un pacient pentru o intervenție chirurgicală. Se efectuează o examinare dinamică a respirației externe pentru a confirma grupul de dizabilități și pentru a evalua capacitatea de muncă în general. Și de asemenea când observarea dispensarului pacienți cu boli cronice cardiace sau pulmonare.

Tipuri de cercetare

Spirometria este o modalitate de a evalua starea sistemului respirator pe baza volumului expirației normale și forțate, precum și a expirației în 1 secundă. Uneori în scopuri de diagnostic efectuați un test cu un bronhodilatator. Esența sa constă în faptul că pacientul este supus mai întâi unui studiu. Apoi primește inhalarea unui medicament care dilată bronhiile. Și după 15 minute studiul are loc din nou. Rezultatele sunt comparate. Se face o concluzie despre reversibilitatea sau ireversibilitatea patologiei tractului respirator.

Pletismografia corporală este efectuată pentru a evalua capacitatea pulmonară totală și rezistența aerodinamică a tractului respirator. Pentru a face acest lucru, pacientul trebuie să inspire aer. Este situat într-o cameră etanșă. În acest caz, se înregistrează nu numai cantitatea de gaz, ci și forța cu care este inhalat, precum și viteza fluxului de aer.

A. Respirație forțată este asigurată prin implicarea unui număr de mușchi suplimentari în contracție; se efectuează cu o cheltuială mare de energie, deoarece în acest caz rezistența inelastică crește brusc. La inhalare, un rol auxiliar îl joacă toți mușchii atașați de oasele centurii umărului, craniului sau coloanei vertebrale și capabili să ridice coastele - acestea sunt sternocleidomastoidul, trapezul, ambii mușchi pectorali, mușchiul ridicător al omoplatului, mușchiul scalen. , mușchiul serratus anterior. Expirația forțată se efectuează și cu cheltuială suplimentară de energie directă, In primul rand, ca urmare a contracției mușchilor intercostali interni. Direcția lor este opusă direcției mușchilor intercostali externi, prin urmare, ca urmare a contracției lor, coastele sunt coborâte. În al doilea rând, Cei mai importanți mușchi auxiliari expiratori sunt mușchii abdominali, cu contracția cărora coastele sunt coborâte, iar organele abdominale sunt comprimate și deplasate în sus împreună cu diafragma. La expirația forțată contribuie și mușchii serratus posterior. Desigur, cu inhalarea și expirația forțată, acționează și toate forțele cu ajutorul cărora se realizează o respirație calmă.

B. Tipul de respirație depinde de sex și de tipul activității de muncă. Bărbații au un tip de respirație preponderent abdominal, în timp ce femeile au un tip preponderent toracic. În cazul muncii preponderent fizice, și la femei, se formează un tip de respirație predominant abdominal. Respirația de tip toracic este asigurată în principal datorită lucrului mușchilor intercostali. Cu tipul abdominal, ca urmare a unei contracții puternice a diafragmei, organele abdominale se deplasează în jos, astfel încât atunci când inhalați, stomacul „iese în afară”.

ÎN. Volumele ventilare plămânii depind de adâncimea inspirației și expirației. Ventilația este schimbul de gaze între aerul atmosferic și plămâni. Intensitatea și esența sa sunt exprimate în două concepte. Hiperventilația - creşterea voluntară a respiraţiei, care nu este legată de nevoile metabolice ale organismului, şi hiperpnee, respirație crescută involuntară din cauza nevoilor reale ale organismului. Se face o distincție între volumele de ventilație pulmonară și capacitățile acestora, în timp ce termenul „capacitate” este înțeles ca o combinație a mai multor volume (Fig. 7.5).

1. Volumul mareelor(DO) este volumul de aer pe care o persoană îl inspiră și expiră în timpul unei respirații liniștite, în timp ce durata unui ciclu de respirație este de 4-6 s, actul de inhalare este ceva mai rapid. Acest tip de respirație se numește eipnoe (respirație bună).

2. Volumul de rezervă inspiratorie(PO inspirator) - volumul maxim de aer pe care o persoană îl poate inspira suplimentar după o inhalare liniștită.

3. Volumul de rezervă expiratorie(Expirație RO) - volumul maxim de aer care poate fi expirat după o expirație liniștită.

4. Volumul rezidual(00) - volumul de aer rămas în interior
plamanii dupa expiratie maxima.

5. Capacitatea vitală a plămânilor(VC) este cel mai mare volum de aer care poate fi expirat după inhalarea maximă. La tineri, valoarea adecvată a capacității vitale poate fi calculată folosind formula: capacitate vitală = Înălțime (m) 2,5 l.

6. Capacitate reziduala functionala(FRC) - cantitatea de aer rămasă în plămâni după o expirație liniștită este egală cu suma volumului rezidual și a volumului de rezervă expirator.

7. Capacitate pulmonară totală(OEL) - volumul de aer conținut în plămâni la înălțimea inspirației maxime, egal cu suma Capacitatea vitală plus volumul rezidual. Capacitatea pulmonară totală, ca și alte volume și capacități, este foarte variabilă și depinde de sex, vârstă și înălțime. Astfel, la tinerii de 20-30 de ani este în medie de 6 litri, la bărbații de 50-60 de ani este în medie de 5,5 litri.

În cazul pneumotoraxului, cea mai mare parte a aerului rezidual scapă, lăsând așa-numitul volum minim de aer. Acest aer este reținut în așa-numitele capcane de aer, deoarece o parte din bronhiole se prăbușește înaintea alveolelor (bronhiolele terminale și respiratorii nu conțin cartilaj). De aceea plămânul adult o persoană și un nou-născut care respiră nu se îneacă în apă (un test pentru a determina prin examinare medico-legală dacă un copil s-a născut viu: plămânul unui născut mort se îneacă în apă deoarece nu conține aer).

Volum de aer pe minut(MOV) este volumul de aer care trece prin plămâni într-un minut. Este de 6-8 litri în repaus, ritmul respirator este de 14-18 pe minut. Cu o sarcină musculară intensă, ROM-ul poate ajunge la 100 de litri.

Ventilatie maxima(MVL) este volumul de aer care trece prin plămâni în 1 minut la adâncimea și frecvența maximă posibilă a respirației. MVL poate ajunge tânăr 120-150 l/min, iar pentru sportivi - 180 l/min, depinde de varsta, inaltime, sex. Toate celelalte lucruri fiind egale, MVL caracterizează permeabilitatea căilor respiratorii, precum și elasticitatea toracelui și complianța plămânilor.

G. Întrebarea cum să respirați atunci când nevoia organismului de schimb de gaze crește este adesea discutată: mai rar, dar mai profund sau mai des, dar mai puțin profund? Respirația profundă este mai eficientă pentru schimbul de gaze în plămâni, deoarece o parte din aer poate curge convectiv direct în alveole. Cu toate acestea, respirați profund în timpul intens sarcina musculara devine dificilă, deoarece rezistența inelastică crește foarte mult (rezistența aerodinamică a căilor respiratorii, rezistența vâscoasă a țesuturilor și rezistența inerțială). Prin urmare, în cazul respirației forțate, consumul de energie pentru asigurarea activității componentei respiratorii externe crește de la 2% din consumul total în repaus la 20% în perioadele severe. munca fizica. În același timp, la persoanele antrenate, creșterea ventilației pulmonare în timpul activității fizice se realizează în principal datorită aprofundării respirației, iar la persoanele neantrenate - în principal datorită creșterii respirației până la 40-50 pe minut. Cu toate acestea, de obicei, frecvența și profunzimea respirației sunt determinate de activitatea fizică în sine. Organismul în mod independent (neprodus)

voluntar) stabileşte tiparul de respiraţie conform lui abilităților fizice si nevoi pentru acest moment. În plus, în timpul muncii fizice intense, o persoană trece adesea neobservată de la respirația nazală la respirația bucală, deoarece respirația nazală creează aproximativ jumătate din rezistența la fluxul de aer. Dorința conștientă de a respira mai rar, dar mai profund în timpul unei activități fizice intense duce, de asemenea, la o creștere a muncii musculare pentru a depăși creșterea ETL în timpul inspirației profunde. Astfel, se face mai puțină muncă de respirație cu respirația superficială, rapidă, deși ventilația plămânilor este mai bună cu respirația profundă. Rezultat util pentru organism mai mult cu respirație superficială, frecventă. Modelul de respirație se stabilește involuntar atât în ​​timpul muncii fizice, cât și în repaus. De obicei, o persoană nu controlează în mod conștient (voluntar) frecvența și profunzimea respirației, deși acest lucru este posibil.

D. Ventilatie alveolara mod convectiv (intrare directă aer proaspatîn alveole) apare numai cu muncă fizică foarte intensă. Mult mai des, ventilația alveolelor se realizează prin difuzie. Acest lucru se explică prin faptul că diviziunea dihotomică repetată a bronhiolelor duce la o creștere a secțiunii transversale totale a căilor aeriene în direcția distală și, în mod natural, la o creștere a volumului acesteia. Timpul de difuzie a gazelor în zona de schimb de gaze și de egalizare a compoziției amestecului de gaze în canalele alveolare și alveole este de aproximativ 1 s. Compoziția gazelor din zona de tranziție se apropie de cea a canalelor alveolare în aproximativ același timp - 1 s.

Respirația externă

Plămânii sunt un rezervor stagnant și, prin urmare, ventilația lor, adică schimbul de aer între alveolele plămânilor și Mediul extern, poate fi efectuată numai ca urmare a mișcărilor respiratorii ritmice ale toracelui. Mușchii respiratori se contractă ritmic și provoacă diferențe de presiune în diferite părți ale tractului respirator și ale aparatului pulmonar, creând astfel fluxuri alternative de gaz care ventilează plămânii. În timpul inhalării, aerul pătrunde în plămâni prin nas, trahee și bronhii, umple căile respiratorii, iar oxigenul acestuia ajunge prin difuzie în alveole, unde se amestecă cu aerul alveolar. Prin pereții alveolelor și ai capilarelor pulmonare are loc schimbul de gaze între aer și sânge. O parte din aer rămâne în așa-numitul spațiu mort, în care nu are loc schimbul de gaze cu sângele. Plămânii sunt înconjurați de coaste pentru frumusețe, comoditate și protecție. Procesul respirator are loc în trei etape – respirație externă (pulmonară), transportul gazelor prin sânge și respirație internă (țesut). Respirația pulmonară reprezintă schimbul de gaze între atmosferă și sângele capilarelor pulmonare, având ca rezultat arterializarea sângelui (creșterea conținutului de oxigen - O 2 - și scăderea conținutului de dioxid de carbon - CO 2). Aceasta este funcția de bază a respirației.
Oxigenul din aer pătrunde în organism în principal prin deschiderile mici ale nasului și pasajele relativ înguste ale cavității nazale și, uneori, prin gură și cavitatea bucală.
Nările servesc ca poartă principală pentru aer, iar gura este pentru hrănire și vorbire. Pentru respirație, acestea trebuie folosite numai când cazuri speciale ca pasaj suplimentar de aer de rezervă. Trebuie să inhalați aer prin nas. Pereții cavității nazale formează un relief neuniform, datorită căruia suprafața membranei de căptușeală și zona de contact a aerului cu stratul exterior de celule mucoase, dintre care multe au cili (pări), cresc. Aerul inhalat care trece cavitatea nazală, este încălzit de sângele care curge prin numeroase vase care pătrund în membrană și, în plus, în contact cu membrana mucoasă, este umezit și curățat de particule de praf, microbi și impurități gazoase toxice.
Aerul trece în nazofaringe, de aici prin laringe în trahee, trahee și bronhii (Fig. 1). Aceste organe alcătuiesc căile respiratorii și servesc la transportul aerului. Ei nu fac schimb de gaze cu sângele. Laringele, traheea și bronhiile situate sub faringe conțin cartilaj în pereții lor, ceea ce le conferă elasticitate și îi protejează de colaps.

Orez. 1. Reprezentarea schematică a organelor respiratorii. 1 - cavitatea nazală; 2 – cer solid; 3 – palatul moale (uvula); 4 - cavitatea bucală; 5 – nazofaringe; 6 – partea bucală a faringelui; 7 – epiglotă; 8 – cavitatea laringiană; 9 – esofag; 10 – trahee; 11 – bronhiile principale stanga si dreapta; 12 – ramuri ale bronhiilor (bronhiole); 13 – vezicule pulmonare (alveole); 14 – plămânul stâng și drept

Aerul atmosferic care trece prin căile respiratorii superioare, încălzit, umidificat și purificat, pătrunde în bronhii. Cele două bronhii principale, care se extind din trahee, ca ramurile unui copac, sunt împărțite în mod repetat în altele din ce în ce mai mici, ajungând la cele mai subțiri ramuri - bronhiole, al căror diametru nu depășește fracțiuni de milimetru. Se termină în ciorchini de vezicule minuscule, așa-numitele alveole pulmonare, în formă de ciorchine de struguri în miniatură.
Pereții alveolelor sunt foarte subțiri și sunt împletite cu rețele dense ale celor mai fine vase de sânge - capilare. Interiorul alveolelor este căptușit cu un surfactant - surfactant, care slăbește efectul tensiunii superficiale și, prin urmare, previne colapsul alveolelor și plămânilor în timpul expirației. Grosimea totală a pereților alveolelor și capilarului care separă sângele de aer, de obicei, nu depășește miimi de milimetru. Datorită acestei structuri, gazele pătrund ușor prin pereții alveolelor și capilarelor: oxigenul din aerul alveolar în sânge și dioxidul de carbon din sânge în aer.
Procesul de schimb de gaze în plămâni are loc extrem de rapid datorită numărului mare de alveole, egal cu câteva sute de milioane, iar acest lucru este suficient pentru a stabili echilibrul de oxigen și dioxid de carbon între aerul alveolelor și sânge.
Plămânii umplu ambele jumătăți ale pieptului. După locația lor, plămânii drept și stângi se disting. Fiecare dintre ele arată ca jumătate dintr-un con tăiat vertical, cu un vârf rotunjit și o bază ușor deprimată, plasată pe diafragmă. Diafragma (bariera toraco-abdominală) este un mușchi larg plat cu un tendon dens în formă de cupolă în mijloc ridicat, care separă cavitatea toracică de cavitatea abdominală.
Plămânii acoperiți coajă subțire– pleura, care căptușește și pereții cavității toracice. Între straturile pulmonare și parietale ale pleurei se formează un spațiu închis ermetic, asemănător unei fante, numit cavitate pleurală. Conține o cantitate mică lichid seros secretat de pleura, dar nu exista aer. Deoarece această cavitate este închisă și nu este conectată la aerul atmosferic, și puterea presiune atmosferică, acționând unilateral, se cheltuiește într-o oarecare măsură pentru depășirea tracțiunii elastice a țesutului pulmonar, apoi suprafața plămânilor este presată pe peretele toracic cu o forță puțin mai mică decât forța presiunii atmosferice. Ca urmare, presiunea din cavitatea pleurală este mai mică decât cea atmosferică (de aceea este numită negativă) prin cantitatea de tracțiune elastică a plămânilor.
Scopul aparatului pulmonar este de a efectua respirația externă și de a transfera gaze între mediul extern și alveole, în care are loc schimbul de gaze cu sângele.

Mișcări de respirație

Perioada mișcărilor respiratorii, sau ritmul respirației, se formează în sistem celule nervoase medular oblongata, care asigură funcționarea sistemului respirator în regim de respirație involuntară. Din centrul respirator situat în medula oblongata, comenzile sunt transmise muşchilor respiratori. Informațiile despre secvența, durata și forța contracției sunt trimise motoneuronii (neuronii motori) ai mușchilor respiratori. Aceasta stabilește gradul de contracție a mușchilor respiratori și volumul actual al plămânilor în timpul respirației spontane. Celulele corticale participă la controlul voluntar al mișcărilor respiratorii emisfere cerebrale creier. O modificare a compoziției gazelor din plămâni sau ventilația plămânilor are loc din cauza lucrului mușchilor respiratori. Actul (ciclul) respirator constă în inhalare și expirație.
În medula oblongata există un centru respirator, de la care revin periodic comenzile către mușchii respiratori. Această formațiune nervoasă centrală, compusă din celule nervoase funcțional diferite, asigură funcționarea sistemului respirator într-un mod automat involuntar (de aceea, de obicei, nu observăm propria respirație). Centrul respirator determină ordinea activării, forța și durata contracției diverșilor mușchi, în funcție de nevoile de schimb gazos ale organismului. Saloane de impulsuri excitante sunt transmise de la centrul respirator de-a lungul nervului frenic la diafragmă și de-a lungul nervilor intercostali la mușchii intercostali.
La inhalare, conform comenzii centrului respirator, muschiul inspirator principal - diafragma - si muschii intercostali externi se contracta. Ca urmare a contracției mușchilor inspiratori, cupola diafragmei se aplatizează și coboară, iar coastele se ridică, rezultând o creștere a volumului toracelui. Cavitatea pleurala, repetăm, este sigilat, iar presiunea din el este negativă în raport cu presiunea atmosferică. Prin urmare, plămânii se extind pasiv în cavitatea toracică și, sub influența presiunii atmosferice, sunt umpluți cu aer prin căile respiratorii. Așa are loc inhalarea.
Mușchii inspiratori depășesc o serie de rezistențe, dintre care cele mai importante sunt rezistența elastică a cartilajelor costale și a țesutului pulmonar însuși, masa toracelui ridicat și rezistența viscerelor abdominale și a pereților abdominali, împinse la o parte de diafragmă. deoarece se aplatizează în timpul contracției.
Când inhalarea este finalizată și mușchii inspiratori se relaxează, efectul total al rezistențelor enumerate readuce pieptul în poziția inițială: coastele, datorită elasticității conexiunilor lor, sunt mai jos, diafragma iese în sus. Ca urmare, volumul toracelui și, în consecință, volumul plămânilor scad. Mai mult, excesul de aer care intră în timpul inhalării este împins afară din cauza creșterii presiunii intrapulmonare. Deci in stare calmă Expirația se efectuează pasiv, fără participarea activă a mușchilor respiratori. Doar cu o respirație crescută sau dificilă expirația devine activă: este ajutată de contracția mușchilor expiratori (mușchii expiratori) - presa abdominală, internă și parțială a mușchilor intercostali externi.
După expirare, ciclul respirator se repetă ritmic. Și așa toată viața mea. De la prima până la ultima suflare...
Cu o dorință arbitrară de schimbare mișcări de respirație, de exemplu, ținându-ți respirația în timpul scufundării sau coordonând ritmul mișcărilor sportive cu mișcările respiratorii, părțile superioare ale creierului sunt incluse în reglarea respirației, care controlează munca tuturor mușchilor corpului (mușchii somatici).
De obicei, o persoană nu observă ce muncă efectuează mușchii săi respiratori în fiecare secundă. Cu toate acestea, orice activitate fizică, care duce la creșterea respirației, face ca mișcările pieptului să fie foarte vizibile. Iar respirația calmă consumă multă energie. Prin urmare, sarcina sistemului respirator este de a furniza oxigen organismului cu cea mai mică cheltuială de energie pentru respirația în sine. Menținerea unui „cost” energetic minim al oxigenului este una dintre cele mai importante condiții pentru viața organismului. Dacă există un consum excesiv de oxigen pentru funcționarea aparatului respirator în sine, așa cum se întâmplă cu diverse boli sau dificultăți de respirație, corpul suferă lipsa de oxigen. În cazurile critice, respirația încetează să mai fie o condiție a vieții și devine un scop în sine: se dovedește că pacientul trăiește doar pentru a respira, în loc să respire pentru o viață plină.
Capacitatea vitală - volumul total de aer care poate fi expirat la expirația maximă după cea mai profundă inspirație - servește ca unul dintre indicatori dezvoltarea fizică persoană. Sportul și exercițiile de respirație cresc capacitatea vitală, iar toate motivele care împiedică mișcările respiratorii o reduc și, prin urmare, înrăutățesc aportul de oxigen al organismului (Fig. 2).
Este în medie de 3500 ml la bărbați și 2700 ml la femei, iar la persoanele bine antrenate poate ajunge la 6000 ml. Mai mult, chiar și după o expirație foarte intensă, aproximativ 1500 ml de așa-zis aer rezidual rămân mereu în plămâni.
Volumul de aer care trece prin plămâni într-un minut se numește volumul minut al respirației. În mod normal este de 4000 - 6000 ml. La munca musculara crește, de exemplu, la sportivi la alergare - până la 30 de litri.
În repaus, un adult face aproximativ 16 respirații pe minut. Pentru fiecare respirație, aproximativ 50 ml de aer intră în plămâni. Cu cea mai profundă inspirație, puteți inspira în plus aproximativ 1500 ml de aer, iar cu cea mai profundă expirație, puteți expira încă 1500 ml de aer de rezervă, totuși, chiar și după aceasta, aproximativ 1500 ml de aer vor rămâne în sistemul respirator.
Nu întregul volum de aer inhalat participă la schimbul de gaze. La fiecare inhalare, aproximativ 150 ml rămân în cavitatea nazală, partea bucală a faringelui, nazofaringe, laringe, trahee și bronhii. Acest volum de aer se numește spațiu dăunător.
Deci, în timpul inhalării, aerul pătrunde în plămâni, care prin tractul respirator ajunge la ramurile mici ale bronhiilor. Apoi, oxigenul ajunge la alveole prin difuzie și se amestecă cu aerul alveolar. În alveole are loc un schimb intens de gaze, dar compoziția chimică a aerului alveolar se modifică foarte ușor, deși diferă semnificativ de aerul atmosferic. Compoziția sa rămâne destul de constantă în timpul inhalării și expirației datorită faptului că moleculele de oxigen difuzează continuu în alveolele din căile respiratorii și moleculele de dioxid de carbon sunt îndepărtate. Asta are grozav semnificație fiziologică pentru a menține consistența mediu intern corp. Datorită aerului alveolar, care acționează ca mediator, sângele nu intră direct în contact cu aerul din jurul nostru.

Orez. 2. Volumele și capacitățile pulmonare

Ventilația pulmonară este determinată de adâncimea respirației (volumul curent) și de frecvența mișcărilor respiratorii. În repaus, volumul curent este mic în comparație cu volumul total de aer din plămâni. Astfel, o persoană poate atât inspira, cât și expira un volum suplimentar mare. Cu toate acestea, chiar și la cea mai profundă expirație, o parte de aer rămâne în alveole și căile respiratorii ale plămânilor.

Schimb de gaze

Schimbul de gaze între aer și sânge prin pereții alveolelor și capilarelor pulmonare și între sânge și celule prin pereții capilarelor tisulare are loc prin difuzie. În alveolele plămânilor, oxigenul difuzează în sânge, iar dioxidul de carbon difuzează din sânge în aer. Sângele arterial din plămâni se deplasează către capilarele tisulare, unde au loc procese inverse de schimb de gaze între țesuturi și sânge.
La o persoană sănătoasă, în condiții normale, presiunea oxigenului în aerul alveolar este mai mare decât în ​​sângele venos care curge către capilarele pulmonare. În ceea ce privește dioxidul de carbon, se observă exact invers: presiunea sa în aerul alveolar este mai mică decât în ​​sângele venos și cu atât mai mult în țesuturi, unde se formează în mod constant ca urmare a activității vitale a celulelor. Diferențele de presiune care există între oxigenul din aerul alveolar și din sângele venos și dintre dioxidul de carbon din sângele care aflu și din aerul alveolar sunt cauza fizică a tranziției oxigenului din aer în sânge și dioxidului de carbon din sânge. în aerul alveolar. Gazele difuzează în direcția determinată de diferența de presiune (stres) în interiorul și în exteriorul pereților capilari. Datorită difuziei (penetrarea spontană a moleculelor de gaz dintr-un loc cu presiune ridicată într-un loc unde presiunea gazului este mai mică), oxigenul din aerul alveolar trece în sânge, iar dioxidul de carbon adus în plămâni de sânge trece din acesta. în aerul alveolar și este îndepărtat în atmosferă.
Rata de difuzie in capilarele pulmonare este destul de mare, iar in timpul in care sangele se deplaseaza prin ele (aproximativ 2 secunde), presiunea gazului in interiorul si exteriorul capilarelor reuseste sa se egaleze. Prin urmare, putem presupune că tensiunea (presiunea) gazelor din alveole și din sângele arterial este aceeași. În capilarele tisulare, viteza de difuzie a gazului la interfața sânge-țesut este relativ mică, iar presiunea gazelor din sânge nu are timp să atingă o valoare egală cu presiunea din țesuturi. Prin urmare, presiunea gazelor din sângele venos diferă într-o anumită măsură de presiunea gazelor din țesuturi.

Transferul de gaze prin sânge

Transferul de gaze prin sânge reprezintă livrarea de O2 către țesuturi și transportul invers al CO2. Sânge care trece cerc vicios, asigura transferul de gaze intre plamani si tesuturi. Gazele sunt transportate de sânge parțial în stare liberă dizolvată în plasmă, dar în principal sub formă legată prin formarea de compuși chimici reversibile cu hemoglobina. Este hemoglobina din sânge cea care asigură legarea chimică și transferul de oxigen și dioxid de carbon, care intră în plasma sanguină în timpul procesului de difuzie.
Schimbul de gaze în plămâni și țesuturile corpului devine posibil datorită sistem de transport sânge care circulă într-un cerc vicios care conține două secțiuni de capilare: pulmonară și tisulară. Nu este necesar să se demonstreze că funcția sistemului respirator este inseparabilă de activitatea sistemului cardiovascular și ambele sunt inseparabile atunci când se efectuează. sarcina prioritară: livrarea de oxigen către organe și țesuturi și îndepărtarea excesului de dioxid de carbon.
Procesul de transfer al gazelor în sânge nu este, de asemenea, simplu. Moleculele de oxigen care pătrund din alveole în plasma sanguină nu rămân libere mult timp, deoarece se leagă de hemoglobina situată în globulele roșii. celule de sânge- globule rosii. Hemoglobina proteică respiratorie, atunci când este combinată cu oxigen, formează oxihemoglobină și, prin urmare, sângele transportă mult mai mult oxigen decât dacă gazul s-ar fi dizolvat pur și simplu în plasmă. În sângele arterial care curge din plămâni, aproape toată hemoglobina este combinată cu oxigenul și transformată în oxihemoglobină. Compusul instabil de oxigen cu hemoglobina în formă concentrată în globule roșii este livrat la țesuturi.
Fiind livrat celor mai mici capilare sanguine, pătrunzând toate organele și țesuturile corpului, oxihemoglobina eliberează ușor oxigen. Afinitatea chimică (capacitatea de a reține o moleculă de oxigen) a hemoglobinei cu oxigenul depinde și de conținutul de dioxid de carbon: cu cât este mai mult, cu atât oxihemoglobina se descompune mai repede.
Oxigenul eliberat pătrunde mai departe prin membrana celulară și participă la respirația tisulară. Opus acestui proces, are loc un alt proces, interconectat cu acesta: dioxidul de carbon intră în sânge din celulă. Hemoglobina, rupând oxigenul de la sine, intră imediat în contact cu dioxidul de carbon: cu cât este mai puțin oxigen în sânge, cu atât mai mult dioxid de carbon legat chimic.
Oxigenul, transportat de sânge către diferite țesuturi și organe, începe să treacă din sânge în celulele acestor țesuturi și organe, deoarece datorită operație continuă celulele consumă continuu oxigen și eliberează dioxid de carbon. Concentrația de oxigen în celule este întotdeauna mai mică decât în ​​sângele care vine, iar concentrația de dioxid de carbon este întotdeauna mai mare.
Astfel, pe parcursul întregului său drum de la plămâni prin sânge la țesuturi, oxigenul se mișcă din zona mai multor sale. concentrație mareîntr-o zonă inferioară și în cele din urmă este utilizat (consumat) în celule.
Aproximativ același lucru se întâmplă și cu dioxidul de carbon, care se deplasează din organele de lucru (adică locurile de concentrație mai mare) prin sânge către plămâni, unde concentrația sa este minimă.
Dioxidul de carbon din sângele venos care curge din țesuturi este conținut în stare dizolvată și legată: sub formă de bicarbonați și un compus cu hemoglobină - carbohemoglobină. În această formă, cea mai mare parte a dioxidului de carbon este livrat de sânge către plămâni. Deoarece carbohemoglobina este un compus fragil și se descompune cu atât mai ușor cu atât mai mult mai mult conținut oxigen, apoi se dezintegrează foarte repede în capilarele plămânilor, iar dioxidul de carbon eliberat este eliberat în aerul alveolar și ulterior este îndepărtat din organism.
Cantitatea de gaz legat chimic, pe de o parte, corespunde conținutului său în plasma sanguină și, pe de altă parte, depinde de conținutul gazului concurent: cu cât mai mult oxigen, cu atât mai puțină carbohemoglobină și cu atât mai mult dioxid de carbon, cu atât mai puțină oxihemoglobină. Hemoglobina funcționează fără întreruperi și este întotdeauna încărcată, transportând alternativ oxigen și dioxid de carbon. Respirația are loc atunci când moleculele de oxigen sunt livrate fiecărei celule, oxidarea are loc în mitocondrii și se obține energie, iar un produs metabolic inutil, dioxidul de carbon, este îndepărtat din organism. Celula trăiește și funcționează.

Respirația internă

Respirația tisulară internă este un complex de procese biochimice de oxidare intracelulară. Celulele corpului reprezintă o mică celulă a vieții și centrul energiei sale. Este nevoie de energie pentru a trăi, a se reproduce, a se mișca, a simți, a gândi. ÎN corpul uman se extrage energia din materie organică, sintetizat de plante și consumat tot de animale. Pentru a folosi energia soarelui, conținută inițial de plante în moleculele de substanțe organice, aceasta trebuie eliberată prin oxidarea acestor substanțe. Oxigenul aerului este folosit ca agent oxidant, care trebuie furnizat fiecărei celule. La oxidare biologică proteine, grăsimi sau carbohidrați, din acestea se ia hidrogen, care, la rândul său, restabilește oxigenul, formând apă. Ca urmare a oxidării substanțelor organice, se formează și dioxid de carbon. Aceasta este, într-o formă condensată, schema respirației tisulare, adică obținerea energiei prin despărțirea și transferul hidrogenului în oxigen.
După cum se știe, celulele plantelor verzi, folosind energia luminoasă emisă de soare, formează substanțe care conțin energie. De exemplu, în cazul nostru, în glucoză, energia este stocată sub formă chimică și poate fi eliberată în anumite condiții. Plantele transformă parțial glucoza rezultată în acizi organici, iar apoi, adăugând azot și alte elemente care provin din sol, creează proteine ​​și grăsimi în țesuturile lor. Acesta este modul în care energia solară este conservată în interiorul moleculelor complexe sub formă de legături chimice.
Un anumit echilibru a fost stabilit de mult în natură: animalele, în procesul activității lor vitale, consumă oxigen și emit dioxid de carbon, iar plantele absorb dioxid de carbon și apă pentru a forma carbohidrați. Plantele verzi transformă carbohidrații obținuți prin fotosinteză în grăsimi, proteine ​​și alte substanțe.
În cele din urmă, animalele și oamenii primesc de la plante substanțe organice gata preparate și energia ambalata în ele, pe care o eliberează oxidându-se lent cu oxigen, rupând legături chimiceîn interiorul moleculelor de carbohidrați, proteine ​​și grăsimi luate cu alimente.
Când substanțele organice ard în afara corpului (de exemplu, lemnul la foc), oxigenul atmosferic se alătură direct substanței oxidate, rezultând formarea produselor inițiale (dioxid de carbon și apă). În celulele animale și umane, glucoza este procesată treptat, iar energia este eliberată în etape, și nu deodată.
Să luăm în considerare într-o versiune prescurtată secvența procesului de respirație tisulară. Pereții celulari care alcătuiesc corpul nostru sunt membrane semi-permeabile. Moleculele și ionii trec selectiv prin ele diverse substanțeși gaze. În protoplasma celulelor (pe lângă nucleu și nucleolul închis în acesta) există corpuri de diferite dimensiuni și forme. Formatiunile relativ mari, avand de obicei o forma alungita, se numesc mitocondrii; structurile mai mici de formă rotundă sunt microzomi.
Mitocondriile sunt principalele stații energetice ale celulei, organele sale respiratorii. Procesele oxidative au loc în principal aici.
Mitocondriile au două membrane. Cel interior formează numeroase pliuri care creează partiții și, parcă, împart conținutul mitocondriilor în mai multe camere. Enzimele respiratorii sunt concentrate în pliurile membranelor. Aceștia sunt catalizatori biologici foarte activi care accelerează reacții chimice. Ele sunt aranjate într-o ordine strictă, datorită căreia procesul respirație celulară nu are loc aleatoriu, ci într-o secvență naturală.
Catalizatorii descompun mai întâi glucoza și apoi extrag hidrogenul și transferă electroni din hidrogen în oxigen, făcându-l un ion reactiv încărcat negativ. Și numai după astfel de transformări complexe procesele oxidative din celulă culminează cu formarea produse finale: apă și dioxid de carbon.
Procesul de transformare a glucozei în dioxid de carbon și apă trece prin aproximativ 30 de etape, iar în fiecare etapă se eliberează o mică parte de energie, astfel încât în ​​final organismul să primească în porțiuni aceeași energie care ar putea fi obținută din glucoză imediat prin ardere. e pe foc.
În acest fel, într-o celulă vie are loc o procesare graduală în mai multe etape a glucozei. Oxigen, deci nevoie de cușcă elementul, fără de care ea se sufocă literalmente, participă la una dintre numeroasele reacții, și anume la ultima etapă producere de energie.
După cum puteți vedea, oxigenul este cea mai importantă verigă din întregul lanț lung - acest lanț se numește lanț respirator. Dacă oxigenul nu intră în celulă, atunci ultima enzimă respiratorie nu se poate elibera de electronul suplimentar. Lanțul emițătorului îngheață - celula nu mai respira.
Ca rezultat al prelucrării treptate nutriențiîn celulă, energia este eliberată treptat, dar continuu, ceea ce este necesar în mod constant pentru viața corpului.
Procesele oxidative care au loc în mitocondrii sunt de asemenea remarcabile prin faptul că aici se formează și se acumulează substanțe cu legături slabe, a căror ruptură este însoțită de eliberarea de energie. Acumularea de molecule cu legături de înaltă energie creează o rezervă de energie pentru organism. Aceste substanțe acumulatoare includ în principal acid adenozin trifosforic (ATP). Proprietate minunată Acest compus, care are trei reziduuri de acid fosforic, este că atunci când o legătură de fosfat foarte energetică este ruptă, se eliberează o energie enormă. Energia sa este întotdeauna gata de utilizare, este ușor de extras dacă o legătură de înaltă energie este ruptă prin oxidare, transformând astfel ATP în acid adenozin difosforic. ATP, format în mitocondrii, în funcție de scopul funcțional al celulei, poate fi utilizat pentru diverse nevoi ale organismului: mișcare, reproducere, gândire etc.

Mecanisme de apărare

Pentru fluxul neobstrucționat de aer și protecție împotriva efecte nocive mediu gazos, aparatul de respirat este echipat cu diverse dispozitive. Una dintre liniile naturale de autoapărare ale corpului care funcționează constant sunt celulele ciliate ale căilor respiratorii, care purifică aerul și, oscilând ritmic, îndepărtează excesul de mucus și corpuri străine dimensiuni microscopice. O altă tehnică puternică înnăscută de autoapărare, cum ar fi strănutul și tusea, este folosită ocazional de organism atunci când tractul respirator este iritat.
Ne-am uitat la procesul de respirație, al cărui scop principal este de a oferi corpului oxigen și, prin urmare, de a crea condiția de bază pentru obținerea energiei și menținerea vieții. Cu toate acestea, procesul de respirație externă în sine este extrem de sensibil la diferite feluri influențează, deoarece aparatul respirator servește și ca un fel de barieră de protecție între mediul extern și cel intern al organismului. Acest lucru este asociat cu multe alte funcții, cum ar fi curățarea căilor respiratorii și protejarea organismului de corpurile străine care irită și substante toxice. Aproape orice iritant care afectează o persoană provoacă o schimbare a respirației sau o întârziere pe termen scurt a mișcărilor respiratorii. Acesta poate fi un sunet ascuțit sau neașteptat, lumină puternică sau bruscă, iritație chimică (mirosuri) și mecanică a mucoasei nasului și a tractului respirator superior, a pielii, organele abdominale, durere etc. Mare importanță au terminații ramificate ale nervilor senzitivi în cavitatea nazală care efectuează un fel de analiza calitativa aer inhalat.
Vorbind despre reglarea actului de respirație, este necesar să menționăm așa-numitele reflexe de protecție ale sistemului respirator. Acestea includ oprirea reflexă a respirației în timpul înghițirii, care împiedică intrarea alimentelor în trahee, precum și tusea și strănutul, care au ca scop îndepărtarea corpurilor străine sau excesul de mucus din tractul respirator.
Strănutul și tusea apar atunci când epiteliul căilor respiratorii este iritat prin acumularea de mucus, precum și prin iritanții chimici și corpurile străine care pătrund în tractul respirator.
Tusea și strănutul încep cu o respirație profundă reflexă. Apoi apare un spasm corzi vocale, ducând la închiderea glotei și la o contracție bruscă simultană a mușchilor care asigură expirarea forțată. Ca urmare, presiunea aerului în alveole, bronhii și trahee crește brusc. Deschiderea imediată ulterioară a glotei duce la eliberarea aerului din plămâni în tractul respirator superior și afară prin nas (când strănut) sau prin gură (când tuse). Praful, mucusul și corpurile străine sunt transportate de acest curent rapid de aer și expulzați din plămâni și tractul respirator.
Tusea subiacentă reflexă începe cu terminațiile senzoriale ale nervului vag, situate în pereții (mucoasa) traheei și bronhiilor, sau nervul laringian superior, situat în peretele (mucoasa) laringelui. Există mai ales multe dintre ele în zona diviziunii traheei în două bronhii și locurile de divizare a bronhiilor. Iritația ajunge la centrul tusei în medula oblongata de-a lungul nervilor vagi și laringieni superiori și de acolo, răspândindu-se de-a lungul fibrelor motorii ale nervului laringian inferior, provoacă închiderea glotei și ajungând la fibrele motorii ale nervului frenic la mușchii diafragma și de-a lungul fibrelor nervilor intercostali până la mușchii expiratori, provoacă o expirație rapidă și zgomotoasă. Deoarece glota este închisă în acest moment, în căile respiratorii are loc o creștere semnificativă a presiunii aerului, care, după ce a atins un anumit grad, deschide forțat glota. Aerul, care scapă cu viteză mare prin glotă, poartă cu el spută, puroi și alte materii străine situate în tractul respirator. În cele mai multe cazuri, un curent de aer transportă flegma la gură, iar persoana o scuipă. În alte cazuri, persistă în laringe și apoi este îndepărtat prin expectorație.
Zona de tuse cea mai sensibilă este regiunea interaritenoidă, zidul din spate laringelui și regiunea de diviziune (bifurcație) a traheei. Membrana mucoasă a bronhiilor mari și mici este mai puțin sensibilă.
Centrul de tuse poate fi excitat sub influența iritațiilor venite din locuri situate în afara căilor respiratorii (stomac, ficat etc.). Tusea poate fi întârziată și reprodusă în mod arbitrar.
Strănutul este o contracție coordonată complex a mușchilor respiratori și ai mușchilor faringelui, adică o expirație spasmodică forțată, în care fluxul de aer crescut, care curge în principal prin nas, efectuează iritantiși respinge mucusul în timp ce produce efecte sonore explozive.
Zona reflexă a strănutului este mucoasa nazală și anume terminațiile sensibile ale celei de-a doua ramuri nervul trigemen. Aparatul nervos central al strănutului este situat în formațiunea reticulară a medulei oblongate, iar căile sale centrifuge trec de-a lungul fibrelor motorii către diafragma, intercostal și mușchii faringelui, limbii și feței.
Mecanismele strănutului sunt în multe privințe similare cu mecanismele tusei. Este adevarat, perioada latenta reflexul strănutului cu stimulare egală este mai lung decât reflex de tuse. În timpul expirației forțate în timpul strănutului, mușchii de expulzare se contractă mai repede decât în ​​timpul tusei, ceea ce ajută la crearea unui gradient de presiune mai mare pe ambele părți ale glotei.
Fiind un act reflex neconditionat, stranutul este deja bine exprimat la fatul uman. Reflexul strănutului persistă în timpul somnului și în timpul anesteziei generale.
De asemenea, toată lumea știe că tusea și strănutul sunt de obicei însoțitori și semne de inflamație la nivelul organelor respiratorii și le restabilește întotdeauna funcțiile de conducere a aerului într-o măsură mai mare sau mai mică.
Creșterea rezistenței sistemului respirator la raceli iar infectiile nu trebuie facute doar prin intarirea corpului, ci si prin efectuarea speciala exerciții de respirațieși o luptă decisivă împotriva abuzului de alcool și tutun. Ambele obiceiuri sunt strâns legate de respirație. La urma urmei, pe lângă general acțiune dăunătoare asupra organismului, provocând disfuncții profunde ale sistemului nervos și ale multor alte organe, alcoolul are un efect dăunător direct asupra țesutului plămânilor și mucoaselor tractului respirator, deoarece este eliminat din organism tocmai prin organele căilor respiratorii. sistem. Acest lucru, apropo, explică mirosul caracteristic din gură după consumul de băuturi alcoolice.
În ceea ce privește fumatul, care este indisolubil legat de respirație, acesta influenta negativa pe organele respiratorii, poate încă mai rău decât alcoolul. Fumatul inhibă sinteza surfactantului și astfel crește tensiunea superficială a alveolelor, motiv pentru care fumătorul, în comparație cu nefumători Este necesar să faceți eforturi mari atunci când inhalați pentru a umple plămânii cu același volum de aer. Majoritatea fumătorilor suferă bronșită cronică. În plus, fumul de tutun, pe lângă nicotină, amoniac, acid cianhidric și multe alte substanțe toxice iritante, conține benzopiren, educativ tumoră canceroasă.
Astfel, sistemul de importanță vitală primordială - respirația - este protejat de posibile încălcări dispozitive specializate, dar este complet neînarmat în fața neatenției noastre.

Reglarea nervoasă a respirației

Respirația este considerată adecvată, normală și de aceea poate fi numită „corectă” atunci când asigură livrarea de O 2 către țesuturi (și eliminarea CO 2 din organism) în conformitate cu nevoile actuale ale organismului cu un consum minim de energie pentru sine. -suficienta procesul respirator.
Toate modificările mișcărilor respiratorii în cadrul alimentării complete cu gaze a corpului sunt considerate normale. Respirația devine anormală, inadecvată, patologică și, s-ar putea spune, „neconvențională” atunci când nu satisface nevoile organismului de O 2 sau se cheltuiește prea multă energie pentru menținerea respectării minime a cerințelor organismului de gaze.
Pentru a asigura în mod continuu viața umană, reglarea nervoasă a procesului respirator se realizează constant în mod automat. Este sistemul nervos care unește toate părțile aparatului respirator într-un singur întreg care implementează funcția respiratorie.
Respirația externă este un proces ritmic care poate fi caracterizat în primul rând prin durata ciclului, măsurată de la începutul unei respirații până la începutul următoarei respirații. Un alt parametru important al respirației externe este frecvența, care este invers legată de durata ciclului respirator.
Aproape orice extern și influență internă afectează activitatea sistemului respirator. Centrul respirator primește impulsuri de la chimio-, termo- și mecanoreceptori, activitatea sa este influențată de stimuli vizuali, auditivi și alți somatici, activitatea sa este modificată de factori psihogene, activitatea sa este modulată de proteine ​​și alte substanțe biologic active (Fig. 3). ).
De o importanță deosebită sunt aparatele nervoase terminale perceptive - chemoreceptori localizați în pereții aortei și în locurile de ramificare a arterelor carotide comune. Ei percep modificări ale compoziției de gaze a sângelui și trimit semnale adecvate centrului respirator.
O creștere a concentrației de dioxid de carbon și o scădere a concentrației de oxigen în sânge duc la excitarea centrului respirator, creșterea respirației și creșterea ventilației plămânilor.
O scădere a concentrației de dioxid de carbon deprimă centrul respirator, iar ventilația plămânilor scade.
Dacă în mod artificial, prin inhalări și expirații crescute și frecvente, ventilația plămânilor este maximizată, atunci conținutul de dioxid de carbon din sânge va scădea și poate apărea o oprire temporară a respirației.
Adevărat, semnalizarea de la chemoreceptori speciali nu ajunge în conștiința noastră, până când niveluri superioare reglare în cortexul cerebral și nu este perceput direct de oameni.
Centrul respirator, care produce stimuli ritmici care determină contracția mușchilor respiratori, este localizat în medula oblongata. Funcționează sub influența constantă a alarmelor compoziție chimică mediul intern provenit din receptorii chimio ai vaselor arteriale și trunchiul cerebral însuși, precum și condițiile mecanice de ventilație pulmonară asigurate de mecanoreceptorii plămânilor și căilor respiratorii. Acest sistem de feedback determină corespondența dintre ventilatie pulmonarași nevoile organismului de schimb de gaze și astfel se stabilește modul optim de respirație, cel mai economic. Și, în sfârșit, influențele din centrii superiori ai creierului pot modifica mișcările respiratorii în funcție de anumite circumstanțe: activitatea musculară, temperatura corpului, diverse semnale din mediul extern.

Orez. 3. Regulator de respirație - centru respirator

Modificări ale respirației pot provoca zgomot puternic sau un fulger de lumină, durere de la o arsură sau experiențe emoționale. În plus, centrul respirator primește în mod constant impulsuri de la celulele sensibile speciale situate în vasele de sânge ale plămânilor și din alte organe și țesuturi. În primul rând, ele răspund la modificările compoziției sângelui (chemoreceptori). Alte celule răspund la contracția și relaxarea mușchilor sau la întinderea plămânilor (mecanoreceptori), în timp ce altele răspund la răcire sau supraîncălzire. Toate aceste informații cu mai multe fațete sunt procesate în centrul respirator, care formează apoi o comandă pentru mușchii respiratori: modificați ritmul și profunzimea mișcărilor respiratorii în funcție de nevoile corpului.
În acest fel, ventilația este în cele din urmă optimizată în raport cu schimbul de gaze și biomecanica respiratorie. Furnizarea celulelor cu oxigen și eliminarea dioxidului de carbon din organism este principalul, dar nu singurul scop al sistemului respirator, care este conectat în multe legături cu alte sisteme funcționale ale corpului. Munca mușchilor respiratori are loc în strânsă interacțiune și coordonare cu activitatea motorie generală. Procesele de schimb de gaze în timpul respirației sunt interconectate cu funcționarea a sistemului cardio-vascular. Aparatul de ventilație asigură funcționarea analizorului olfactiv, precum și exprimarea sunetului la animale și vorbirea la om. Intrarea ritmică regulată a impulsurilor de la receptorii mucoasei nazale și formațiunile receptorilor aparatului respirator, precum și răspândirea (iradierea) activității ritmice din centrul respirator au un efect tonic imens asupra sistemului nervos central.
Sistemul respirator conține două mecanisme de reglare principale: chemoreceptor și mecanoreceptor. Mecanismul de reglare a mecanoreceptorilor include centrul respirator, căile eferente (motorii), mușchii respiratori, aparatul ventilator, mecanoreceptorii plămânilor și mușchilor și căile aferente (mecanosensibile). Mecanismul de reglare a chemoreceptorilor (schimbului de gaze) include centrul respirator, aparatul ventilator, sistemul de transport al gazelor, chemoreceptorii și căile centripete, aferente (chemosensibile) (Fig. 4).

Orez. 4. Reglarea automată a respirației

Reglarea sistemului respirator are loc prin două circuite - chemoreceptor (CRC) și mecanoreceptor (MRK). În unele organe (de exemplu, în peretele aortei și la locul ramificării comunului artera carotida) există celule (chemoreceptori) care răspund la modificările compoziției sângelui - conținutul de oxigen și dioxid de carbon. De la ei nervii senzoriali semnalele sunt trimise către centrul respirator al medulei oblongate. Ca răspuns, un impuls este trimis către mușchii respiratori, permițând inhalarea și schimbul de gaze în plămâni.
Există o reglare optimă a respirației în conformitate cu minimizarea muncii de respirație, sau minimizarea efortului muscular, adică asigurarea ventilației necesare a plămânilor la cele mai mici costuri energetice. Costurile minime de energie se realizează prin alegerea celei mai bune combinații de adâncime și frecvență a mișcărilor respiratorii, precum și prin modificarea raportului dintre inhalare și expirație, adică prin modificări țintite ale subsistemului de control al mușchilor (mecanoreceptori).
om sanatos, realizând minimul necesar activitate fizica, respiră de obicei în modul optim (cel mai bun) - calm și uniform, fără tensiune sau efort. Și nu numai pentru că sistemul automat de control al respirației menține involuntar un volum de ventilație al plămânilor care garantează nivelul necesar de oxigen și dioxid de carbon în sânge. Dar și pentru că același sistem asigură funcționarea mușchilor respiratori cu cel mai mic consum de energie. Experimentele au arătat că o persoană respiră într-un asemenea ritm și la o astfel de adâncime a fiecărei respirații încât depune cel mai mic efort al mușchilor respiratori la 1 litru de aer care trece prin plămâni.
Dacă respiri voluntar mai adânc sau mai des decât în ​​cazul respirației naturale involuntare, atunci consumul de oxigen pentru munca mușchilor respiratori crește imediat, iar mișcările respiratorii devin neeconomice. Nu te forța să respiri prea greu artificialîn mod constant pentru a nu perturba funcționarea normală a sistemului automat de control al respirației.

Funcțiile non-respiratorii ale aparatului respirator

Pe lângă rezolvarea sarcinii sale principale, aparatul de respirație este implicat în îndeplinirea multor funcții care nu sunt de schimb gazos. Contracțiile mușchilor respiratori sunt strâns legate și coordonate cu cele generale activitate motorie: muncă, sport, etc. Mișcările de respirație contribuie activ la funcționare a sistemului cardio-vascular. Aparatul de ventilație asigură recunoașterea mirosurilor, precum și exprimarea sunetului și vorbirea. Plămânii îndeplinesc o funcție de curățare (filtrare), participă activ la echilibrul energetic, apă-sare, proteine ​​și metabolismul grăsimilor, activitatea sistemelor de coagulare și anticoagulare a sângelui și sinteza unor substanțe biologice substanțe active. Primirea regulată ritmică a semnalelor de la receptorii mucoasei nazale, căilor respiratorii și formațiunilor sensibile ale plămânilor, pleurei și mușchilor, împreună cu răspândirea impulsurilor ritmice din centrul respirator, are un efect tonic și stabilizator imens asupra activității sistemul nervos și starea psihica persoană.
Trebuie subliniat faptul că gazele nu sunt schimbate doar în plămâni. Ele sunt de fapt cea mai mare glandă multifuncțională din organism și îndeplinesc unele funcții non-gazoase și de excreție. În plămâni, sângele venos este purificat de impuritățile mecanice. Rolul patului încăpător al vaselor pulmonare în sistemul circulator este extrem de important. Ele sunt implicate în activitatea sistemului de coagulare a sângelui și în sinteza anumitor proteine ​​și grăsimi. Fără plămâni, reglarea completă este de neconceput metabolismul apă-sare si intretinere echilibrul acido-bazicîn organism. Ponderea plămânilor în producția totală de căldură și transferul de căldură al corpului este semnificativă.
Puțin studiată, dar dovedită importantă, este funcția non-respiratorie (non-respiratorie, non-gaz de schimb) a plămânilor, care sunt implicați activ în metabolismul substanțelor biologic active.
Mecanisme de protecție ale arborelui bronșic, legătura dintre morfologic, biochimic, factori imunologiciîn munca de extern bariera de protectie caracterizează în principal atitudinea faţă de admitere substanțe străine prin tractul respirator. Impuritățile străine care intră cu aerul inhalat pot fi reținute, învăluite în mucus și excretate din organism. Mai sunt mecanisme complexe neutralizarea asociată cu enzime specifice care asigură detoxifierea impurităților gazoase, neutralizarea agenților virali și bacterieni. Astfel, se creează condiții în care este asigurată sterilitatea tractului bronșic.
Funcționarea unei astfel de bariere este văzută ca un set de mecanisme de protecție împotriva pătrunderii particulelor străine și gazelor direct în plămâni și mai departe în fluxul sanguin. Funcția excretorie acoperă eliminarea produselor metabolice, a excesului de substanțe biologic active, a compușilor medicinali și a altor compuși de origine endogenă (internă) și exogenă (externă).
Capacitatea endoteliului (țesutului) este cunoscută înveliș interior) la sinteza unui număr de substanțe, inclusiv hormoni. La suprafața endoteliului au loc reacții asociate cu metabolismul adenozinei, nucleotidelor și compușilor acestora, kinine și angiotensină.
Cel puțin zece proteine ​​biologic active se găsesc în plămâni și le conțin set mare enzime necesare biosintezei și descompunerii lipidelor.
Antioxidanții (substanțe care neutralizează excesul de specii reactive de oxigen) din țesutul pulmonar sunt implicați activ în reacțiile de adaptare. De asemenea, este semnificativ rolul sistemului antioxidant în modularea reacțiilor imunologice.
Și cât de importantă este o astfel de funcție a aparatului respirator precum expresia sunetului! La urma urmei, oamenii vorbesc, cântă și cântă la instrumente de suflat în timpul fazei de expirare. Oftat, căscat, șuierat, țipete și alte tipuri de expresie sonoră sunt produse de contracțiile modificate ale mușchilor respiratori.
Toate experiențele umane sunt ușor observate de schimbare caracteristică respiraţie. De fapt, o manifestare obiectivă de bucurie sau distracție, râsul nu este altceva decât expirații scurte, intermitente, care se succed rapid. Suspinele, dimpotrivă, sunt inhalări repetate rapid, bruște și scurte, produse în principal de contracții viguroase ale diafragmei.
Și bem cu ajutorul mișcărilor de respirație. În același timp cu inspira usor Din cauza rarefierii aerului (scăderea presiunii sale în cavitatea bucală), lichidul adus la buze sub presiunea aerului din exterior intră în gură. Aparatul respirator este implicat în înghițire și vărsături, sughiț și căscat, precum și în acte atât de importante precum urinarea, defecarea, nașterea (contracții) etc.
Membrana cavității nazale conține terminații nervoase sensibile care reacționează la substanțe volatile mirositoare și iritante amestecate cu aerul inhalat. În acest fel, o persoană distinge mirosurile. Și acest lucru nu numai că protejează aparatul respirator de posibila intrare a substanțelor gazoase dăunătoare și otrăvitoare în tractul respirator, dar promovează și sensibilitatea la gust, ajutând la distingerea dintre substanțele plăcute și fetide (urât mirositoare). Produse alimentare. În plus, respirația pe nas are influență mare pentru întregul corp ca întreg. În membrana mucoasă, precum și pe suprafața exterioară a nasului și cele situate în apropierea acesteia piele este localizată o zonă receptoră, a cărei iritare prin fluxul de aer, umidificare, stimuli mecanici, electrici, de temperatură și chimici determină numeroase reflexe. Iritarea zonei receptorului a cavităților nazale afectează funcția diferite organeși sisteme funcționale (Fig. 5 și 6). Este oportun să ne amintim că întreruperea prelungită a respirației nazale, de exemplu la copii, ca urmare a unor boli ale nasului și faringelui, este adesea însoțită de tulburări severe în viață, inclusiv retard mintal. Mișcările de respirație profunde, lente, ritmice au un efect benefic asupra sanatatea generala persoană. Fluxul periodic de impulsuri în creier de la terminațiile sensibile ale căilor respiratorii superioare, plămânilor, pleurei și mușchilor respiratori fluidizează și stabilizează activitatea întregului sistem nervos, care joacă un rol deosebit la efectuarea exercițiilor de respirație.

Orez. 5. Schema bloc a sistemului respirator. BlN – nervul vag; VA – ventilator; DfN – nervul frenic; DC – centru respirator; ZdK - rădăcini dorsale toracic măduva spinării; MR – mecanoreceptori; MRC – circuit mecanoreceptor; МрН – nervii intercostali; PM – medulla oblongata; SBO – suprabulbare (situate deasupra medulei oblongate) părți ale sistemului nervos central; SMN – neuroni spinali (motori); STG – sistem de transport al gazelor din sânge; T – țesuturile corpului. CR – chemoreceptori; CRC – circuit chemoreceptor; LGN – nervul glosofaringian.

Orez. 6. Influența iritației cavității nazale asupra unor organe și sisteme funcționale umane (Mikhailov, 1983).

Din centrul respirator s-au răspândit peste tot sistem nervos influențe ritmice care au un efect tonic și calmant nu numai asupra stare fizică, dar și asupra psihicului uman.
Așadar, furnizarea de oxigen a celulelor și eliminarea excesului de dioxid de carbon sunt scopul principal, dar nu singurul, al sistemului respirator, care este conectat organic la diferite niveluri cu alte sisteme funcționale.