Лекция 15. Физиология органов дыхания
1. Дыхательная система человека.
2. Внешнее дыхание.
3. Количественные показатели внешнего дыхания.
4. Газообмен в тканях.
5. Регуляция процессов дыхания.
6. Возрастные изменения системы дыхания.
7. Дыхание при различных функциональных состояниях.
8. Дыхание в необычных условиях (для самостоятельного изучения).
Дыхательная система человека
Дыхание – это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих поступление кислорода в организм и использование его для окисления органических веществ с освобождением энергии и выделением углекислого газа в окружающую среду.
К системе органов дыхания относятся:
1. Воздухоносные (дыхательные) пути: полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи, выполняющие воздухоносную функцию. Дыхательные пути имеют твердый скелет (в полости носа - кости и хрящи, в остальных отделах - хрящи). Между хрящами гортани натянуты голосовые связки, которые образуют голосовую щель. Гортань переходит в трахею (около 12 см). Трахея делится на 2 бронха, древовидно ветвящихся в легких на бронхи различных порядков, а затем на бронхиолы.
Кашель и чихание являются защитными рефлексами, их центры лежат в продолговатом мозге. Чихание - это быстрый рефлекторный выдох через нос, происходящий при раздражении рецепторов носовой полости. Кашель - резкий рефлекторный выдох через рот, возникающий при раздражении рецепторов гортани, трахеи и бронхов.
2. Легкие, выполняющие дыхательную и газообменную функцию. Легкие - парный орган, помещенный в грудной клетке в замкнутой плевральной полости. Правое легкое состоит из 3-х долей, левое - из 2-х.
Структурная единица легкого - ацинус - система последовательных разветвлений одной концевой бронхиолы, заканчивающаяся отдельными альвеолами (d=0,2-0,3 мм; количество 300-400 млн; общая дыхательная поверхность легких - 100-120 м2).
Альвеолы плотно оплетены капиллярами, входящими в состав малого круга кровообращения, обеспечивая газообмен.
Дыхание объединяет следующие процессы:
1. Внешнее дыхание:
а. легочная вентиляция (дыхание) – процессы передвижения воздуха в легкие и из легких.
б. легочное дыхание - газообмен между легкими и кровью.
2. Транспорт газов кровью.
3. Внутреннее дыхание – газообмен между кровью и тканями.
Внешнее дыхание
Легочная вентиляция или дыхание - это процесс перемещения воздуха в легкие и из легких.
Во вдыхаемом воздухе содержится около 21% кислорода, в выдыхаемом -около 16%. Разница (5%) составляет около четверти от исходного содержания.
Внешнее дыхание осуществляется в результате ритмических дыхательных движений дыхательных мышц, в результате которых происходит расширение легких и их наполнение атмосферным воздухом, а затем благодаря преимущественно собственной упругой силе легкие сжимаются, вытесняя "отработанный воздух". Главная роль в вентиляции легких принадлежит диафрагме, благодаря которой обеспечивается некоторая автономия функции дыхания.
Дыхательный акт (в спокойном состоянии) состоит из вдоха и выдоха:
1. Акта вдоха (инспирация) - активный процесс, совершающийся вследствие увеличения объема грудной клетки в трех направлениях из-за поднятия ребер и опускания диафрагмы (сухожильно-мышечная перегородка, разделяющая грудную и брюшную полость). Поднятие ребер осуществляется в результате сокращения наружных межреберных мышц, межреберные промежутки при этом расширяются. Диафрагма в спокойном состоянии куполообразная, но, сокращаясь, принимает более плоскую форму и увеличивается объем грудной полости. При этом, создается эластическая тяга и легкие расширяются, в них проникает воздух. Воздух самопроизвольно поступает в легкие: движется из места с большим давлением (из окружающей среды) в место с меньшим давлением (в легкие). При этом давление в легких уменьшается.
2. Акт выдоха (экспирация) - пассивный процесс. После прекращения возбуждения в межреберных мышцах и их расслабления ребра пассивно возвращаются в исходное положение, грудная клетка уменьшается в размере; прекращение сокращения диафрагмы приводит ее опять в куполообразную форму. Воздух силой давления альвеол и бронхов выталкивается наружу; давление в легких увеличивается.
При форсированном дыхании акт вдоха – процесс пассивный, а акт выдоха - активный.
Существует несколько типов дыхания: грудной (реберный); брюшной (диафрагмальный); смешанный.
Глубокое дыхание - это активный процесс, который осуществляется при участии сознания. В глубоком дыхании задействованы мышцы туловища:
- в глубоком вдохе - мышцы груди и плечевого пояса;
- в глубоком выдохе - мышцы живота (брюшной стенки).
Акты вдоха и выдоха ритмически сменяют друг друга. Обычно вдох несколько короче выдоха: у человека их соотношение равно в среднем 1:1,3. Соотношение компонентов дыхательного цикла (длительность фаз, глубина дыхания, динамика давления и потоков в воздухоносных путях) характеризует так называемый паттерн дыхания.
Примерно 2/3 энергии дыхательных мышц при вдохе тратится на преодоление эластического сопротивления тканей легких и грудной клетки. Неэластическое сопротивление дыханию связано с прохождением воздуха через дыхательные пути и зависит от просвета воздухоносных путей, в частности голосовой щели и бронхов.
Сопротивление дыханию при прочих равных условиях зависит от его паттерна. Чем глубже вдох, т.е. чем больше растягиваются легкие, тем больше эластический компонент этого сопротивления. Неэластический его компонент, наоборот, возрастает с увеличением скорости вдоха и выдоха, т.е. с учащением дыхательных циклов. Отсюда следует, что работа дыхательных мышц увеличивается при слишком глубоком и при чрезмерно частом дыхании.
Благодаря рефлекторным механизмам саморегуляции организм, как правило, избирает оптимальный паттерн дыхания — такой, при котором затраты энергии на каждый литр вентилируемого воздуха наименьшие. Поэтому работа, выполняемая респираторными мышцами в покое, относительно невелика и составляет у человека всего 2 – 3 % от общих энергозатрат. Однако при форсированном дыхании (например, при физической нагрузке) она резко возрастает за счет увеличения эластического сопротивления избыточно растягиваемых легких и возникновения турбулентных потоков в воздухоносных путях, достигая 10 % и более от суммарного расхода энергии.
Показатели внешнего дыхания измеряются спирометром. Взрослый человек делает 15-20 дыхательных движений в минуту. Дыхание более тренированных людей более редкое (до 8-12 дыхательных движений в минуту) и глубокое.
Перенос углекислого газа.
Только от 3 до 6 % общего количества продуцируемого тканями углекислого газа переносится плазмой крови в физически растворенном состоянии. Остальная часть вступает в химические связи, образуя угольную кислоту Н2СО3 и гидрокарбонат-ион НСОз-.
Существуют три пути переноса CO2 кровью:
1. Перенос в растворенном в воде виде. В растворённом виде переносится около 5% всего углекислого газа.
2. Перенос в соединении с белком. Примерно 10 – 20% присоединяется к аминогруппам гемоглобина. Чем меньше кислорода, тем больше углекислого газа переносится таким способом.
3. Перенос угольной кислоты. 75% всего углекислого газа переносится внутри эритроцитов, углекислый газ превращается в угольную кислоту.
Газообмен в тканях
При интенсивной работе парциальное давление кислорода в тканях, например, в мышцах, может быть равным нулю. Поэтому кислород в силу разности напряжений диффундирует из артериальной крови в ткани. Напряжение углекислого газа в артериальной крови значительно меньше, чем в тканевой жидкости, из которой он поступает в плазму крови, связывается и превращается в угольную кислоту и переносится к легким венозной кровью.
Таким образом, транспорт кислорода в ткани зависит от его содержания в крови, величины кровотока в тканях и локальных условий.
Кровь, проходя по капиллярам большого круга, отдает не весь кислород: артериальная содержит 20%, венозная - 12% кислорода. То его количество (в процентах от общего содержания в артериальной крови), которое получают ткани, называется коэффициент утилизации кислорода (КУК). В покое он составляет 35 – 40 %, а при физической работе – 60 – 70%. Причиной увеличения коэффициента утилизации является снижение парциального давления и ускорение газообмена в тканях.
Регуляция процессов дыхания
Регуляция дыхания может происходить произвольным и непроизвольным путем.
Непроизвольная регуляция осуществляется дыхательным центром, основным компонентами которого являются центры вдоха и центры выдоха, расположенные в продолговатом мозге. Парасимпатическая часть нервной системы контролирует вдох и выдох, а симпатические нервы вызывают растяжение стенок альвеол и их сужение. Таким образом, процесс дыхания происходит рефлекторно, когда вдох стимулирует выдох и наоборот.
Главным гуморальным фактором, контролирующим частоту дыхания является концентрация углекислого газа в крови. При повышении концентрации углекислого газа в крови специальные рецепторы посылают сигнал в центр вдоха. От центра вдоха через диафрагмальные и грудные нервы импульс поступает в диафрагму и межреберные мышцы. что ведет к их сокращению. Таким образом, автоматически стимулируется вдох. При вдохе альвеолы расширяются и рецепторы, находящиеся в них, посылают импульсы в центр выдоха. Так стимулируется выдох. Весь этот цикл непрерывно и ритмично повторяется на протяжении всей жизни организма.
Произвольная регуляция частоты и глубины дыхания осуществляется под контролем коры больших полушарий. но через дыхательный центр.
В настоящее время показано, что концентрация кислорода также играет роль при регуляции дыхания. Однако это, по-видимому, резервный механизм, влияние которого на процесс в целом относительно невелико.
Орган
Этап дыхательного акта
2. Используя дополнительные источники информации, подготовьте сообщение и электронную презентацию (в соответствии с требованиями к написанию сообщений, докладов, рефератов в техникуме) по теме "Дыхание в необычных условиях".
Лекция 15. Физиология органов дыхания
1. Дыхательная система человека.
2. Внешнее дыхание.
3. Количественные показатели внешнего дыхания.
4. Газообмен в тканях.
5. Регуляция процессов дыхания.
6. Возрастные изменения системы дыхания.
7. Дыхание при различных функциональных состояниях.
8. Дыхание в необычных условиях (для самостоятельного изучения).
Дата: 2019-02-25, просмотров: 224.
