Краткие теоретические сведения. Дыхание - совокупность физиологических процессов, обеспечивающих снабжение организма кислородом и выделение из него двуокиси углерода

Дыхание - совокупность физиологических процессов, обеспечивающих снабжение организма кислородом и выделение из него двуокиси углерода. Поступление кислорода в клетки необходимо для биологического окисления органических веществ, в ходе которого, освобождается энергия необходимая для жизни и обеспечения организма (поддержания гомеостаза). Прекращение дыхания ведет к гибели организма. Дыхание человека включает следующие процессы: внешнее дыхание (вентиляция легких); обмен газов в легких (между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения); транспорт газов кровью; обмен газов в тканях (между кровью капилляров большого круга кровообращения и клетками тканей); внутреннее дыхание (биологическое окисление в митохондриях клеток).

Вентиляция легких осуществляется в результате периодических изменений объема грудной клетки, включающих ее увеличение вдох (инспирацию) и уменьшение – выдох (экспирацию). Вдох и выдох составляют дыхательный цикл. Вдох – активный процесс, обеспечиваемый сокращением наружных межреберных мышц и диафрагмы, в результате чего легкие увеличиваются в объеме на 200-300 мл. Вдоху способствует отрицательное давление по отношению к атмосферному воздуху в плевральной полости. Выдох пассивный акт, осуществляется за счет тяжести грудной клетки и расслабления диафрагмы. Форсированному выдоху способствуют внутренние межреберные мышцы, мышцы, плечевого пояса и брюшной стенки. У взрослых людей выделяют брюшной, грудной и смешанный тип дыхания. Брюшной более характерен для мужчин, грудной – для женщин, чаще встречается смешанный тип.

У новорожденных грудная клетка мягкая, податливая, сжата с боков и имеет форму усеченной пирамиды, ребра расположены почти перпендикулярно позвоночнику, что ограничивает экскурсию грудной клетки и обуславливает у детей диафрагмальный тип дыхания, у грудных детей – грудно-брюшное.

В покое число дыхания (ЧД) у взрослого человек составляет 10-14 дыхательных циклов в 1 минуту. Исходя из того, что дыхательный объем равен в среднем 0,4 – 0,5 л минутный объем дыхания (МОД) составит 6-7 л. При мышечной работе дыхание учащается, а во время сна становится более редким. У детей первых месяцев жизни дыхание аритмичное, глубокое дыхание сменяется поверхностным, паузы между вдохом и выдохом неравномерны, число дыхательных движений составляет 40–60 в мин.

Важной характеристикой функционирования дыхательной системы служит общая емкость легких (ОЕЛ), т.е. наибольшее количество воздуха, которое полностью заполняет легкие. Она включает жизненную емкость легких (ЖЕЛ) и остаточный объем (ОО) воздуха. У взрослых она составляет 4-6 л.

Важной функциональной характеристикой дыхания является ЖЕЛ, тот максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. Она слагается из дыхательного объема равного 0,4-0,5 л воздуха, резервного объема вдоха - 1,5-3,0 л и резервного объема выдоха – 1,0 –1,5 л. В состоянии покоя во время каждого дыхательного цикла обменивается небольшая часть находящегося в легких воздуха – это дыхательный объем (ДО). При усиленном вдохе можно еще дополнительно вдохнуть воздух - это резервный объем вдоха (РО вд), после спокойного выдоха можно усиленно выдохнуть еще воздух - это резервный объем выдоха (РО выд). ЖЕЛ меняется с возрастом, зависит от длины тела, развития грудной клетки и дыхательных мышц, пола и самочувствия индивида. Даже после максимального выдоха в легких остается объем воздуха, который всегда их заполняет, ¾ это остаточный объем (ОО) - 1-1,2 л. Сумма дыхательного объема и резервного объема вдоха характеризует емкость вдоха (Е ев). То количество воздуха, которое остается в легких после спокойного выдоха, называется функциональной остаточной емкостью (ФОЕ). Она состоит из ОО воздуха и РО выд. В состав дыхательного воздуха также входит воздух мертвого (вредного) пространства (120-150 л), образованного воздухоносными путями (полость рта, носоглотка, гортань, трахея, бронхи), не участвующими в газообмене.

Обычно ЖЕЛ оценивают по так называемому жизненному показателю, т.е. отношению ЖЕЛ к массе тела в кг. Более объективную картину дает сопоставление фактической ЖЕЛ с должной, которая вычисляется умножением должного основного обмена на эмпирический коэффициент. Должный основной обмен устанавливается по таблицам Гаррис- Бенедикта, исходя из возраста, пола, роста и веса ребенка. Коэффициент пересчета: для детей 4 лет – 1,4; 16–17 лет – 2,2.

У человека в покое потребление кислорода составляет 250-350 мл в 1 мин, при ходьбе до 2,5 л, а при чрезмерной физической работе до 4 л в 1 мин, достигая 120-150 л мин.

Газообмен в легких происходит путем диффузии кислорода из альвеолярного воздуха в кровь (около 500 л в сутки) и двуокиси углерода из крови в альвеолярный воздух (около 430 л в сутки). Состав атмосферного воздуха: кислород – 20,94%, углекислый газ –0,03%, азот и инертный газ (аргон и др.) – 79,03%. Состав выдыхаемого воздуха следующий: кислород –16,3%, углекислый газ – 4% и азот –78,7%. Диффузия происходит вследствие разности парциальных давлений этих газов в альвеолярном воздухе и их напряжением в крови (аэрогематический барьер). Кислород в крови транспортируется в виде оксигемоглобина. Напряжение кислорода в тканях зависит от ряда факторов: скорости тока крови, диаметра капилляров, расположения клеток по отношению к ним и интенсивности окислительных процессов. Отдавший кислород гемоглобин считают восстановленным или дезоксигемоглобином. Одна молекула гемоглобина связывает 4 молекулы кислорода. Количество кислорода связанного гемоглобином в 100 мл составляет около 20 мл кислорода. Эта величина представляет собой кислородную емкость крови. Кислородная емкость всей крови, содержащей примерно 750 мл гемоглобина, соответствует приблизительно 1 л кислорода. Кривая зависимости процентного насыщения гемоглобина кислородом от величины парциального напряжения называют кривой диссоциации. В различных условиях деятельности может возникать острое снижение насыщенности крови кислородом – гипоксемия. Она может возникнуть вследствие задержки дыхания, низкой концентрации кислорода в воздухе, при физических нагрузках. Образующийся в тканях СО2 диффундирует через тканевые капилляры в кровь, доставляется в легкие и удаляется с выдыхаемым воздухом. СО2 в крови находится в свободном и связанном с другими веществами состоянии (в виде угольной кислоты, натриевой соли угольной кислоты и в связи с гемоглобином – карбогемоглобином).

Обмен газов между кровью и тканями осуществляется также путем диффузии. Артериальная ткань отдает тканям не весь кислород. Разность между об.% кислорода в притекающей к тканям артериальной крови (около 20 об. %) и оттекающей от них венозной кровью (примерно 13 об. %) называется артерио-венозной разностью по кислороду (7 об. %). Эта величина служит показателем дыхательной функции крови, указывая на уровень утилизации кислорода тканями из 100 мл. Она характеризуется коэффициентом утилизации кислорода путем деления артерио-венозной разницы на содержание кислорода в артериальной крови и умножая на 100. В покое коэффициент утилизации кислорода равен 30-40%, при тяжелой физической нагрузке достигает 80-90 %. В снабжении мышц кислородом при тяжелой работе имеет определенное значение внутримышечный пигмент миоглобин, который связывает дополнительно 1,0 – 1,5 л кислорода.

Существует ряд определений, характеризующих насыщенность крови кислородом и двуокиси углерода. Для повышенного, нормального и сниженного напряжения кислорода в крови служат обозначения гипероксия, нормоксия и гипоксия. Для двуокиси углерода – гиперкапния, нормокапния и гипокапния. Состояние, при котором гиперкапния и гипоксия существуют одновременно, называется асфиксией. Во время выраженной асфиксии дыхание становится максимально глубоким, возникают неприятные ощущения удушья, развивается диспное. Регуляция дыхания. Центральный аппарат регуляции дыхания дыхательный центр, находится в мосту и продолговатом мозге, Он носит название бульбопонтинного дыхательного центра. Представления о дыхательном центре сводятся к тому, что дыхательные нейроны объединяются в латеральную и медиальную зоны. Латеральная зона содержит преимущественно инспираторные мотонейроны, идущие к диафрагмальным ядрам шейного отдела спинного мозга и в медиальную зону к экспираторным нейронам, для снижения их функциональной активности. В медиальной зоне располагаются как инспираторные, так экспираторные нейроны. Большая часть нейронов медиальной зоны посылает свои аксоны к спинномозговым ядрам дыхательных мышц (межреберных и мышц живота). Третье компактное скопление дыхательных нейронов обнаружено в передней части моста, сразу за четверохолмием. Дыхательное ядро переднего моста носит название пневмотаксического центра. В спинном мозге располагается спинномозговой центр дыхания (ядра дыхательных мышц). В частности, мтонейроны, иннервирующие диафрагму, находятся в спинном мозге на уровне III и IV шейных сегментов спинного мозга, а мотонейроны межреберных мышц и мышц живота расположены в грудных сегментах спинного мозга.

Дыхательный центр обладает автоматизмом, имеющим ряд особенностей: его работа обусловлена взаимодействием многих нейронов; связана с постоянным поступлением сигналов от хеморецепторов и ретикулярной формации; находится под сильно выраженным произвольным контролем; подчинена газовому составу крови, в первую очередь концентрации двуокиси углерода.

Регуляция газового состава крови происходит за счет двух групп хеморецепторов: центральных (медуллярных) и периферических рецепторов (артериальных).

Центральные хеморецепторы оказывают более сильное влияние на деятельность дыхательного центра, чем периферические. Они находятся в продолговатом мозге в виде двух рецепторных полей М и L. Между ними находится небольшое поле S. В обычных условиях рецепторы продолговатого мозга постоянно стимулируются ионами Н, находящимися в спинномозговой жидкости, концентрация которых зависит от их содержания в артериальной крови.

Периферические хеморецепторы, вызывают рефлекторное увеличение кислорода крови на увеличение в ней концентрации двуокиси углерода. Данные рецепторы находятся в каротидных синусах и дуге аорты. Они расположены в специальных маленьких тельцах, состоят из эпителиоидных клеток, окруженных интерстициальными клетками. Аортальные хеморецепторы на дыхание влияют слабо, имеют большее значение для регуляции кровообращения. Их чувствительность находится под контролем парасимпатической и симпатической нервной систем, снижающих и увеличивающих функциональную активность. В регуляции дыхания принимают участие также несколько групп механорецепторов легких. Рецепторы растяжения легких находятся в гладких мышцах трахеи и бронхов. Ирритантные рецепторы, располагающиеся в эпителии и субэпителиальном слое воздухоносных путей. Особенно их много в корнях легких. Они обладают свойствами механо- и хеморецепторов. Пороги их адаптации выше. Поэтому они относятся к рецепторам быстрой адаптации. Они стимулируются накапливающейся в дыхательных путях слизью, пылевыми частицами, парами едких газов (аммиак, эфир, двуокись серы, табачный дым). Сильное возбуждение ирритантных рецепторов происходит при заболеваниях (бронхиальная астма, отек легких, пневмоторакс, застой крови в малом круге кровообращения). Раздражение ирритантных рецепторов трахеи вызывает кашель. Роль ирритантных рецепторов проявляется в поддержании ритмичности дыхания. Глубокий вдох, который делает каждый человек 3 раза в час, способствует растяжению ткани легких, увеличению вентиляции. Этим восстанавливается равномерность, расправляет легких. В легких имеется еще два типа рецепторов J-рецепторы, контролирующие, как предполагают, уровень интерстициальной жидкости. Они находятся в состоянии слабого тонического возбуждения, которое резко возрастает при пневмониях, воспалении легких, отеке, эмболии мелких сосудов. Роль рецепторов плевры в дыхательном акте невелико, но она содержит много болевых рецепторов. Кроме этого в регуляции дыхания принимают участие проприорецепторы дыхательных мышц.

У новорожденных в связи с незрелостью нервных центров и рецепторного аппарата каротидного синуса, дуги аорты возбудимость дыхательного центра значительно снижена. Она достигает зрелого уровня лишь к школьному периоду.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: