1. Дыхание обеспечивает газообмен в организме, являющийся необходимым звеном обмена веществ. В основе лежат процессы окисления углеводов, жиров и белков, в результате чего освобождается энергия, обеспечивающая жизнедеятельность. Газообмен происходит в альвеолах легких. Воздух попадает в них по дыхательным путям: сначала в носовую полость, глотку, затем по дыхательной системе — гортани, дыхательному горлу, бронхам. Последние, разветвляясь, несут кислород в легочные альвеолы. Условно процесс дыхания делится на 3 этапа:Внешнее дыхание. Диффузия кислорода и его транспортировка к тканям. Тканевое дыхание.1.В процессе внешнего дыхания кислород из внешней среды доставляется в альвеолы легких. Процесс внешнего дыхания начинается с верхних дыхательных путей, которые очищают, согревают и увлажняют вдыхаемый воздух. Дыхательные пути подразделяются на:верхние дыхательные пути: нос, рот, глотка, гортань; и нижние дыхательные пути: трахея, бронхи. Емкость верхних дыхательных путей образует анатомически мертвое пространство, воздух которого не участвует в газообмене. Объем анатомически мертвого пространства приблизительно равен 150 см3. Вентиляция легких зависит от дыхательного обмена и частоты дыхания. 2.Диффузия кислорода осуществляется через ацинус который состоит из дыхательной бронхиолы и альвеол. Диффузия кислорода осуществляется за счет парциальной разности содержания кислорода в альвеолярном воздухе и венозной крови. Альвеолы изнутри покрыты сурфактантом, кот препятствует спадению терминальных бронхиол, играет важную роль в регуляции водного баланса, оказывает защитное действие за счет противоокислительной активности.3. Кислород утилизируется в цикле Кребса - биологическое окисление белков, жиров и углеводов, с целью выработки энергии. Молекулярной основой клеточного дыхания является окисление углерода до углекислого газа и перенос атома водорода на атом кислорода с образованием молекулы воды. Дыхательный цикл (ДЦ) как промежуток, времени, между двумя последовательными вдохами. включает две фазы: вдох (инспирацию) и выдох (экспирацию). 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.
В исполнительных органов системы дыхания относят:Грудная клетка - жесткий каркас, который защищает легкие. Движение грудной клетки обеспечивает осуществление вдоха и выдоха - элементарных актов, обеспечивающих вентиляцию легких и обновление газового состава воздуха.Дыхательные мышцы - за счет их сокращения и расслабления происходят движения грудной клетки вдох и выдох.Плевра и плевральная полость, которая образуется ее двумя листками - герметичность плевральной полости является необходимым условием для вдоха и выдоха.Воздухоносные (дыхательные) пути - полость носа и пазухи, носоглотка, гортань, трахея, главные бронхи и все их генерации (20-25). Его объем у взрослого человека составляет 150 мл. Легкие - в альвеолах легких осуществляется газообмен между воздухом. Проходя по капиллярам легких венозная кровь превращается в артериальную.
2. Воздух заходит при вдохе из-за отрицательного давления в легких. при вдохе сжимается диафрагма и в результате напряжения межрёберных мышц приподнимается грудина, таким образом увеличивается пространство, занимаемое лёгкими. Благодаря атмосферному давлению воздух поступает внутрь. Затем вышеуказанные мышцы расслабляются, грудина с рёбрами и органы брюшной полости сдавливают лёгкие - вот вам и выдох. Всем этим управляет дыхательный центр и комплекс рецепторов - механорецепторы в лёгких, рецепторы кислотности крови в сосудах.
В процессе своей работы дыхательные мышцы преодолевают определенное сопротивление. Примерно около 2/3 его приходится на эластическое сопротивление тканей легких и грудной стенки. В свою очередь, около 2/3 эластического сопротивления легких создается за счет поверхностно—активных веществ — сурфактантов, тонким слоем выстилающих изнутри альвеолы. Сурфактанты препятствуют их перерастяжению на вдохе и спадению на выдохе. Остальная часть усилий, развиваемых дыхательными мышцами, тратится главным образом на преодоление неэластического сопротивления газовому потоку в воздухоносных путях.
3. Вентиляция легких осуществляется благодаря вдоху и выдоху. Тем самым в альвеолах поддерживается относительно постоянный газовый состав. Человек дышит атмосферным воздухом с содержанием кислорода (20,9 %) и содержанием углекислого газа (0,03 %), а выдыхает воздух, в котором кислорода 16,3 %, углекислого газа – 4 %. В альвеолярном воздухе кислорода – 14,2 %, углекислого газа – 5,2 %.В легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови поступает в легкие. Движение газов обеспечивает диффузия. В легких газообмен совершается между воздухом, содержащимся в альвеолах, и кровью. Связывание кислорода кровью. В крови кислород соединяется с гемоглобином, образуя нестабильное соединение – оксигемоглобин. В альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода равняется 100–110 мм рт. ст. В виде оксигемоглобина кислород от легких переносится кровью к тканям. Здесь парциальное давление кислорода низкое, и оксигемоглобин диссоциирует, высвобождая кислород, что обеспечивает снабжение тканей кислородом. Связывание углекислого газа кровью. Углекислый газ переносится кровью в химических соединениях гидрокарбоната натрия и гидрокарбоната калия. Часть его транспортируется гемоглобином. В капиллярах тканей происх образование угольной кислоты и карбоксигемоглобина. В легких карбоангидраза, содержащаяся в эритроцитах, способствует дегидратации, что приводит к вытеснению углекислого газа из крови. В тканях происходит обратный процесс: кислород за счет диффузии переходит из крови в ткани, а углекислый газ, наоборот, переходит из тканей в кровь. Это происходит до тех пор, пока. их< концентрации не сравняются.
4. Кислород транспортируется в виде оксигемоглобина. Оксигемоглобин-это комплекс гемоглобина и молекулярного кислорода. Гемоглобин содержится в эритроцитах.
В 1 л артериальной крови содержится 180-200 мл кислорода. Венозная кровь в состоянии покоя содержит около 120 мл/л кислорода.
Кислородная ёмкость крови, количество кислорода, которое может быть связано кровью при её полном насыщении; выражается в объёмных процентах; зависит от концентрации в крови гемоглобина. Сосот около 18—20 об%.
5. Кривые диссоциации оксигемоглобина справедливы для нормальной крови со средними показателями. Однако существует ряд факторов, которые могут сдвигать эту кривую в одну или другую сторону. На рисунке видно, что при некотором закислении крови со снижением рН от нормального уровня 7,4 до 7,2 кривая диссоциации смещается в среднем на 15% вправо, а повышение уровня рН от нормального уровня 7,4 до 7,6 смещает кривую на такое же расстояние влево.
6.Регуляция дыхания. Дыхательный центр
В 1885 году Казгюкий физиолог НА. Миславский обнаружил, что в продолговатом мозге находится центр обеспечивающий смену фаз дыхания. Этот бульбарный дыхательный центр расположен в медиальной части ретикулярной формации продолговатого мозга. Его верхняя граница находится ниже ядра лицевого нерва, а нижняя выше писчего пера. Этот центр состоит из инспираторных и экспираторных нейронов. В первых: нервные импульсы начинают генерироваться незадолго до вдоха и продолжаются в течение всего вдоха. Несколько ниже расположенные экспираторные нейроны. Они возбуждаются к концу вдоха и находятся в возбужденном состоянии в течение всего выдоха. В инспираторном центре имеется 2 группы нейронов. Это респираторные а - и Р-нейроны. Первые возбуждаются при вдохе. Одновременно к Р-респираторным нейронам поступают импульсы от экспираторных. Они активируются одновременно с а-респираторными нейронами и обеспечивают их торможение в конце вдоха. Благодаря этим связям нейронов дыхательного центра они находятся в реципрокных отношениях (т. е. при возбуждении инспираторных нейронов экспираторные тормозятся и наоборот). Кроме того, нейронам бульбарного дыхательного центра свойственно явление автоматии. Это их способность даже в отсутствии нервных импульсов от периферических рецепторов генерировать ритмические разряды биопотенциалов. Благодаря автоматии дыхательного центра происходит самопроизвольная—смена фаз дыхания. Автоматия нейронов объясняется ритмическими колебаниями обменных процессов в них, а также воздействием на них углекислого газа. Эфферентные пути от бульбарного дыхательного центра идут к мотонейронам дыхательных межреберных и диафрагмальных мышц. Мотонейроны диафрагмальных мышц находятся в передних рогах 3-4 шейных сегментов спинного мозга, а межреберных в передних рогах грудных сегментов. Вследствие этого перерезка на уровне 1-2 шейных сегментов ведет к прекращению сокращений дыхательных мышц. В передней части варолиева моста также имеются группы нейронов участвующих в регуляции дыхания. Эти нейроны имеют восходящие и нисходящие связи с нейронами бульбарного центра. К ним идут импульсы от его инспираторных нейронов, а от них к экспираторным. За счет этого обеспечивается плавный переход от вдоха к выдоху, а также координация длительности фаз дыхания. Поэтому при перерезке ствола выше моста дыхание практически не изменяется. Если он перерезается ниже моста, то возникает гаспинг - длительный вдох сменяется короткими выдохами. При перерезке между верхней и средней третью моста - апнейзис. Дыхание останавливается на вдохе, прерываемом короткими выдохами. Раньше считали что в МОСТУ находится пневмотоксический центр. Сейчас этот термин не применяется. Кроме этих отделов ЦНС в регуляции дыхания участвуют гипоталамус, лимбическая система, кора больших полушарий. Они осуществляют более ТОНКУЮ регуляцию дыхания.
7.Влияние факторов на дыхание.
Атмосферное давление понижается при подъеме на высоту. Это сопровождается одновременным снижением парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе. На уровне моря оно составляет 105 мм. рт. ст. На высоте 4000 м уже в 2 раза меньше. В результате уменьшается напряжение кислорода в крови. Возникает гипоксия. При быстром падении атмосферного давления наблюдается острая гипоксия. Она сопровождается эйфорией, чувством ложного благополучия, я скоротечной лотерей сознания. При медленном подъеме гипоксия нарастает медленно. Развиваются симптомы горной болезни. Первоначально появляется слабость, учащение и углубление дыхания, головная боль. Затем начинаются тошнота, рвота, резко усиливаются слабость и одышка. В итоге также наступает потеря сознания, отек мозга и смерть. До высоты 3 км у большинства людей симптомов горной болезни не бывает. На высоте 5 км наблюдаются изменения дыхания, кровообращения, высшей нервной деятельности. На высоте 7 км эти явления резко усиливаются. Высота 8 км является предельной для жизнедеятельности высоте организм страдает, не только от гипоксии, но и от гипокапнии. В результате снижения напряжения кислорода в крови возбуждаются хеморецепторы сосудов. Дыхание учащается и углубляется. Из крови выводится углекислый газ и его напряжение падает ниже нормы. Это приводит к угнетению дыхательного центра. Несмотря на гипоксию дыхание становится редким и поверхностным. В процессе адаптации к. хронической гипоксии..выделяют 3-стадии. На первой аварийной, компенсация достигается за счет увеличения легочной вентиляции, усилении кровообращения, повышения кислородной емкости крови и т. д. На стадии относительной стабилизации происходят такие изменения систем, организма, которые обеспечивают более высокий, У выгодный уровень адаптации. В стабильной стадии физиологические показатели организма становятся устойчивыми за счет ряда компенсаторных механизмов. Так кислородная емкость крови увеличивается не только за счет возрастания количества эритроцитов, но и 2,3-фосфоглицерата в них;
За счет 2,3-фосфоглидерата улучшается диссоциация оксигемоглобина в тканях. Появляется фетальный гемоглобин. имеющий более высокую способность связывать кислород. Одновременно повышается диффузионная способность легких и возникает "функциональная эмфизема". Т. е. в дыхание включаются резервные альвеолы, и увеличивается функциональная остаточная емкость. Энергетический обмен понижается, но повышается интенсивность обмена углеводов.
8.Хеморецепторы. Гипоксия.
В гуморальной регуляции дыхания принимают участие хеморецепторы, расположенные в сосудах и продолговатом мозге. Периферические хеморецепторы находятся в стенке дуги аорты и каротидных синусов. Они реагируют на напряжение углекислого газа и кислорода в крови. Повышение напряжения углекислого газа называется гиперкапнией, понижение гипокапнией. Даже при нормальном напряжении углекислого газа рецепторы находятся в возбужденном состоянии. При гиперкапнии частота нервных импульсов идущих от них к бульбарному центру возрастает. Частота и глубина дыхания увеличиваются. При снижении напряжения кислорода в крови, т. египоксгмии, хеморецепторы также возбуждаются и дыхание усиливается. Причем периферические хеморецепторы более чувствительны к недостатку кислорода, чем избытку углекислоты.
Центральные или медуллярные хеморецепторные нейроны располагаются на переднебоковых поверхностях продолговатого мозга. От них идут волокна к нейронам дыхательного центра. Эти рецепторные нейроны чувствительны к катионам водорода. Гематоэнцефалический барьер хорошо проницаем для углекислого газа и лишь незначительно для протонов. Поэтому рецепторы реагируют на протоны, которые накапливаются в межклеточной и спинномозговой жидкости в результате поступления в них углекислого газа. Под влиянием катионов водорода на центральные хеморецепторы резко усиливается биоэлектрическая активность инспираторных и экспираторных нейронов. Дыхание учащается и углубляется. Медуллярные рецепторные нейроны более чувствительны к повышению напряжения углекислого газа.
Механизм активации инспираторных нейронов дыхательного центра лежит в основе первого вдоха новорожденного. После перевязки пуповины в его крови накапливается углекислый газ и снижается содержание кислорода. Возбуждаются хеморецепторы сосудистых рефлексогенных зон, активируются инспираторные нейроны, сокращаются инспираторные мышцы, происходит вдох. Начинается ритмическое дыхание.
Гипоксия это недостаточное снабжение тканей кислородом. Формы гипоксии:
1. Гипокосемическая гипоксия. Возникает при снижении напряжения кислорода в крови (уменьшение атмосферного давления, диффузионной способности легких и т. д.).
2. Анемическая гипоксия. Является следствием понижения способности крови транспортировать кислород (анемии, угарное отравление).
3. Циркуляторная гипоксия. Наблюдается при нарушениях системного и местного кровотока (болезни сердца и сосудов).
4. Гистотоксическая гипоксия. Возникает при нарушении тканевого дыхания (отравление цианидами). Дыхание при повышенном атмосферном давлении. Кессонная болезнь Дыхание при повышенном атмосферном давлении имеет место во время водолазных и кессонных (колокол-кессон) работ. В этих условиях дыхание уряжается до 2-4 раз в минуту. Вдох укорачивается, а выдох удлиняется и затрудняется. Газообмен в легких немного ускоряется. При обычном атмосферном давлении в плазме крови находятся в растворенном состоянии около 1 об.% азота. Чем выше атмосферное давление, тем выше его растворимость, тем больше его накапливается, а крови. Увеличивается количество растворенного азота и по мере удлинения времени подводных работ. При быстром снижении давления, например экстренном подъеме водолаза. растворимость азота резко гадает. Он переходит в газообразную форму и образует в сосудах пузырьки - эмболы. Они закупоривают просвет мелких сосудов. Возникает газовая эмболия, и кровоснабжение тканей нарушается. Развивается кессонная болезнь, сопровождающаяся сильными болями в суставах, мышцах, головной болью ("залом"). Появляются рвота, параличи, пострадавший теряет сознание. Для ее лечения пострадавшего помешают в декомпрессионную камеру, где давление вновь поднимают до полного растворения азота. Затем очень медленно снижают его чтобы азот успевал выходить через легкие. Профилактика этого состояния проводится путем использования ступенчатой декомпрессии. Т. е. когда водолаза поднимают на поверхность, то через каждые Юм подъема делают остановки на строго определенное время. Для дыхания на глубине применяют также газовую смесь, в которой—азот замешается на гелий. Он практически не растворяется в плазме крови. Кроме этого азот на глубине больше 70 м, а кислород 90 м приобретают наркотические свойства. Поэтому в гелиевой смеси всего 5% кислорода.
9.
Механорецепторы легких:
-возбуждаеются при растяжении легких
-Импульсы идут по вагусу. Если перерезать вагус, то вдох затянется, дыхание станет редким и глубоким.
3 вида рецепторов:
1- медленноадаптирующиеся - реагируют на незначительные степени растяжения лёгких.
2-быстроадаптирующиеся. Ирритантные – возбуждаются при глубоком дыхании (реагируют на пыль, дым, пары амияка, эфиры и др).
3-Юкстаальвелоенарные рецепторы капилляров – находятся в интерстиции легких.
Рефлекс Геринга-Брейера - запускается значительным объемом вдыхаемого воздуха. Развивающееся при этом увеличение объема легких усиливает импульсацию от рецепторов растяжения, находящихся в дыхательных путях, и приводит к прекращению вдоха.
10.
-Пневмотаксический центр – находится в варолиевом мосту – способствует смене вдоха на выдох.
- Гипоталамус – высший центр регуляции вегетативных функций.
- Кора БП – произвольное влияние на дыхание (воля).
Рефлекторная регуляция дыхания
- рефлексы со слизистой носа – при попадании пыли, воды и тд. На время останавливается дыхание.
- рефлексы глотки – при раздражении рецепторов слизистой глотки происходит сильное сокращение диафрагмы и сильный вдох.
- Рефлексы гортани и трахеи – при раздр. их слизистых газами, частицами происходит кашлевый рефлекс.
- рефлексы с рецеп. Бронхиол – происходит сокращение гортани, бронхов, гиперсекреция, кашель. (дым).
- рефлекс геринга – брейера. запускается значительным объемом вдыхаемого воздуха. Развивающееся при этом увеличение объема легких усиливает импульсацию от рецепторов растяжения, находящихся в дыхательных путях, и приводит к прекращению вдоха.
11.
Дыхание во время физ. нагрузки:
При тяжелой физической нагрузке потребление кислорода и образование двуокиси углерода могут увеличиваться до 20 раз.
Усиление вентиляции во время физической нагрузки обычно склонны объяснять повышением количества двуокиси углерода и ионов водорода в крови, а также снижением содержания кислорода в ней
Дыхание при пониженном атм. давлении: Атмосферное давление понижается при подъеме на высоту. Это сопровождается одновременным снижением парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе. В результате уменьшается напряжение кислорода в крови. Возникает гипоксия. При быстром падении атмосферного давления наблюдается острая гипоксия. Она сопровождается эйфорией, чувством ложного благополучия, я скоротечной лотерей сознания.
Дыхание при пониженном атм. давлении: Под повышенным давлением воздуха человеку приходится находиться во время водолазных и кессонных работ. При погружении под воду в водолазных костюмах человек может дышать только воздухом под соответствующим погружению повышенным давлением. В этих условиях увеличивается количество газов, растворенных в крови, кислорода и особенно азота.
Защитные дыхательные рефлексы:
-чихание – с рец. Слизистой носа.
- кашель – с рец. Слиз. Гортани, трахеи, бронхов.
- рефлексы со слизистой носа – при попадании пыли, воды и тд.
- остановка дыхание во время акта глотания.
12
