А. И. КИЕНЯ
ФИЗИОЛОГИЯ
ДИШАНЕ
Министерство на здравеопазването на Република Беларус
Гомелски държавен медицински институт
Катедра по физиология на човека
А. И. КИЕНЯ
Доктор на биологичните науки, професор
ФИЗИОЛОГИЯ
ДИШАНЕ
Рецензенти:
Рузанов Д.Ю., кандидат на медицинските науки, ръководител на катедрата по фтизиопулмология, Гомелски държавен медицински институт.
Киеня А.И.
K38Физиология на дишането: Учебник - Gomel.-2002.- p.
Ръководството се основава на материала на лекциите по раздела „Физиология на дишането“ от нормалната физиология, изнесени от автора на студенти от Медицинския факултет и Факултета за обучение на специалисти за чужбина.
За студенти, учители, студенти от медицински и биологични университети и сродни специалности.
© A. I. Kienya
ПРЕДГОВОР
Това ръководство е обобщение на лекциите по раздела „Физиология на дишането“ от нормалната физиология, изнесени от автора на студенти от Гомелския държавен медицински институт. Материалът на ръководството е представен в съответствие с Програмата по нормална физиология за студенти от Медико-профилактичния факултет на ВМИ образователни институции№ 08-14/5941, одобрен от Министерството на здравеопазването на Република Беларус на 3 септември 1997 г.
Помагалото представя съвременна информация за дишането като система, обслужваща метаболитните процеси в организма. Основните етапи на дишането, механизмите на дихателните движения (вдишване и издишване), ролята на отрицателното налягане в плеврална кухина, вентилация на белите дробове и белодробни обеми и капацитети, анатомично и функционално мъртво пространство, техните физиологично значение, газообменни процеси в белите дробове, транспорт на газове (O 2 и CO 2) чрез кръвта, фактори, влияещи върху образуването на хемоглобинови съединения с O 2 и CO 2 и тяхната дисоциация, обмен на газ между кръвта и тъканите. Разглеждат се неврохуморалните механизми на регулация на дишането, анализира се структурната организация на дихателния център, ролята на газовия състав и различните рецептори в регулацията на дишането. Описва характеристиките на вдишването различни условия. Очертани са механизмът и теориите за появата на първото вдишване на новороденото. Разглеждат се възрастови характеристикидишане.
Отделно се разглеждат възрастовите характеристики на дихателната система.
В края на ръководството са представени основните кръвни константи на здрав човек.
В същото време авторът е наясно, че в това ръководство, поради малкия му обем, не беше възможно да се обхванат подробно всички аспекти на респираторната физиология, поради което някои от тях са представени в обобщена форма, по-обширна информация за която може можете да намерите в литературните източници, дадени в края на ръководството.
Авторът ще бъде много благодарен на всеки, който сметне за възможно да изрази своите критични коментари към предложеното ръководство, което ще се възприеме като израз на желание да съдейства за подобряването му при следващо преиздание.
ВЪНШНО ДИШАНЕ
Генерирането на енергия, необходима за осигуряване на жизнените функции на човешкото тяло, се извършва на базата на окислителни процеси. За тяхното изпълнение е необходим постоянен приток на O 2 от външната среда и непрекъснато отстраняване на CO 2 от него, образуван в тъканите в резултат на метаболизма.
Наборът от процеси, които осигуряват навлизането на O 2 в тялото, доставката и консумацията на неговите тъкани и освобождаването на крайния продукт на дишането CO 2 в външна среда, се нарича дишане. Това е физиологична система.
Човек може да живее без:
храна за по-малко от месец,
· вода - 10 дни,
· кислород - 4-7 минути (без резерв). В този случай на първо място настъпва смъртта на нервните клетки.
Сложният процес на газообмен с околната среда се състои от редица последователни процеси.
Външно дишане (белодробно):
1. Обмен на газове между белодробния въздух и атмосферния въздух (белодробна вентилация).
2. Обмен на газове между белодробния въздух и кръвта на капилярите на белодробното кръвообращение.
Вътрешен:
3. Транспорт на O 2 и CO 2 по кръвен път.
4. Обмен на газове между кръвта и клетките (тъканно дишане), т.е. консумация на O 2 и освобождаване на CO 2 по време на метаболизма.
функция външно дишанеи обновяването на газовия състав на кръвта при хората се извършва от дихателните пътища и белите дробове.
Дихателни пътища: назален и устната кухина, ларинкс, трахея, бронхи, бронхиоли, алвеоларни канали. Трахеята при човека е приблизително 15 см и е разделена на два бронха: десен и ляв. Те се разклоняват на по-малки бронхи, а последните на бронхиоли (до 0,3 - 0,5 mm в диаметър). Общият брой на бронхиолите е приблизително 250 млн. Бронхиолата се разклонява на алвеоларни канали, а те завършват със слепи торбички - алвеоли. Алвеолите са облицовани отвътре с респираторен епител. Повърхността на всички алвеоли при хората достига 50-90 m2.
Всяка алвеола е преплетена с гъста мрежа от кръвоносни капиляри.
В лигавицата на дихателните пътища има два вида клетки:
а) ресничести епителни клетки;
б) секреторни клетки.
Отвън белите дробове са покрити с тънка, серозна мембрана - плеврата.
IN десен бял дробИма три дяла: горен (апикален), среден (сърдечен), долен (диафрагмален). Левият бял дроб има два лоба (горен и долен).
За извършване на газообменни процеси в структурата на белите дробове има редица адаптивни характеристики:
1. Наличие на въздушен и кръвен канал, разделени един от друг с тънък филм, състоящ се от двоен слой - самите алвеоли и капиляра (сечението на въздуха и кръвта - дебелина 0,004 mm). Дифузията на газовете става през тази въздушно-хематична бариера.
2. Обширната респираторна площ на белите дробове, 50-90 m2, е приблизително равна на увеличението на телесната повърхност (1,7 m20) с няколко десетки пъти.
3. Наличие на специално - белодробно кръвообращение, специфично изпълняващо окислителна функция (функционален кръг). Една кръвна частица преминава през малък кръг за 5 секунди, а времето за контакт с алвеоларната стена е само 0,25 - 0,7 секунди.
4. Наличието на еластична тъкан в белите дробове, която насърчава разширяването и свиването на белите дробове по време на вдишване и издишване. Белите дробове са в състояние на еластично напрежение.
5. Наличие на поддържаща хрущялна тъкан в дихателните пътища под формата на хрущялни бронхи. Това предотвратява свиването на дихателните пътища и позволява на въздуха да преминава бързо и лесно.
Дихателни движения
Вентилацията на алвеолите, необходима за обмен на газ, се осъществява чрез редуване на вдишване (вдъхновение) и издишване (издишване). Когато вдишвате, въздухът, наситен с O2, навлиза в алвеолите. При издишване от тях се отстранява въздух, беден на O 2, но по-богат на CO 2. Фазата на вдишване и последващата фаза на издишване са дихателен цикъл.
Движението на въздуха се причинява от променливо увеличаване и намаляване на обема гръден кош.
Механизмът на вдишване (вдъхновение).
Разширяване на гръдната кухина във вертикална, сагитална, фронтална равнина. Това се осигурява чрез: повдигане на ребрата и сплескване (спускане) на диафрагмата.
Движение на ребрата. Ребрата образуват подвижни връзки с телата и напречните израстъци на прешлените. През тези две точки минава оста на въртене на ребрата. Оста на въртене на горните ребра е почти хоризонтална, така че когато ребрата са повдигнати, размерът на гръдния кош се увеличава в предно-задната посока. Оста на въртене на долните ребра е разположена по-сагитално. Следователно, когато ребрата са повдигнати, обемът на гръдния кош се увеличава странично.
Тъй като движението на долните ребра има по-голямо влияние върху обема на гръдния кош, долните лобове на белия дроб са по-добре вентилирани от върховете.
Повдигането на ребрата се дължи на свиване на инспираторните мускули. Те включват: външни междуребрени мускули, вътрешни междухрущялни мускули. Техните мускулни влакна са ориентирани по такъв начин, че тяхната точка на закрепване към долното ребро е разположена по-далеч от центъра на въртене, отколкото точката на закрепване към надлежащото ребро. Тяхната посока: отзад, отгоре, напред и надолу.
В резултат на това гърдите се увеличават по обем.
При здрав млад мъж разликата между гръдната обиколка в позициите на вдишване и издишване е 7-10 см, при жените е 5-8 см. По време на принудително дишане се активират спомагателните инспираторни мускули:
· - голям и малък гръден мускул;
· - стълбище;
· - стерноклеидомастоиден;
· - (частично) назъбени;
· - трапецовидни и др.
Свързването на спомагателните мускули възниква, когато белодробната вентилация е над 50 l/min.
Движение на блендата. Диафрагмата се състои от сухожилен център и мускулни влакна, простиращи се от този център във всички посоки и прикрепени към гръдния отвор. Има форма на купол, изпъкнал в гръдната кухина. Когато издишате, той е в съседство с вътрешната стена на гръдния кош с дължина, приблизително равна на 3 ребра. Когато вдишвате, диафрагмата се сплесква в резултат на свиване на мускулните влакна. В същото време тя се отдалечава от вътрешната повърхност на гръдния кош и се отварят костофреничните синуси.
Инервацията на диафрагмата се осъществява от диафрагмални нерви от C3-C5. Едностранно пресичане на диафрагмалния нерв от същата страна, диафрагмата е силно издърпана в гръдната кухина под въздействието на натиска на вътрешностите и натиска на белите дробове. Движението на долните части на белите дробове е ограничено. Следователно вдъхновението е активендействайте.
Механизъм на издишване (издишване)се осигурява чрез:
· Тежест в гърдите.
· Еластичност на ребрените хрущяли.
· Еластичност на белите дробове.
· Натиск на коремните органи върху диафрагмата.
В покой се получава издишване пасивно.
При принудително дишане се използват експираторни мускули: вътрешни междуребрени мускули (тяхната посока е отгоре, отзад, отпред, надолу) и спомагателни експираторни мускули: мускули, които огъват гръбначния стълб, коремни мускули (наклонени, прави, напречни). Когато последният се свие, коремните органи оказват натиск върху отпуснатата диафрагма и тя излиза в гръдната кухина.
Видове дишане.В зависимост главно от това кой компонент (повдигане на ребрата или диафрагмата) настъпва увеличаването на обема на гръдния кош, се разграничават 3 вида дишане:
· - гръдни (костални);
· - коремна;
· - смесени.
В по-голяма степен видът на дишането зависи от възрастта (мобилността на гръдния кош се увеличава), облеклото (стегнати корсажи, повиване), професията (при хора, занимаващи се с физически труд, се увеличава коремният тип дишане). Коремното дишане става трудно последните месецибременност, а след това допълнително се включва кърмене.
Най-ефективният тип дишане е коремното:
· - по-дълбока вентилация на белите дробове;
· - улеснява връщането на венозна кръв към сърцето.
Коремният тип дишане преобладава при физически работници, скални катерачи, певци и др. При детето след раждането първо се установява коремният тип дишане, а по-късно, до 7-годишна възраст, гръдното дишане.
Налягане в плевралната кухина и неговата промяна по време на дишане.
Белите дробове са покрити с висцерална плевра, а филмът на гръдната кухина е покрит с париетална плевра. Между тях има серозна течност. Те прилягат плътно един към друг (разстояние 5-10 микрона) и се плъзгат един спрямо друг. Това плъзгане е необходимо, за да могат белите дробове да следват сложните промени на гръдния кош, без да се деформират. При възпаление (плеврит, сраствания) вентилацията на съответните области на белите дробове намалява.
Ако вкарате игла в плевралната кухина и я свържете с воден манометър, ще установите, че налягането в нея е:
· при вдишване - с 6-8 cm H 2 O
· при издишване - 3-5 cm H 2 O под атмосферното.
Тази разлика между вътреплевралното и атмосферното налягане обикновено се нарича плеврално налягане.
Отрицателното налягане в плевралната кухина се причинява от еластична тяга на белите дробове, т.е. склонност на белите дробове към колапс.
При вдишване увеличаването на гръдната кухина води до повишаване на отрицателното налягане в плевралната кухина, т.е. транспулмоналното налягане се увеличава, което води до разширяване на белите дробове (демонстрация с помощта на апарата Donders).
Когато инспираторните мускули се отпуснат, транспулмоналното налягане намалява и белите дробове се свиват поради еластичността.
Ако в плевралната кухина се въведе малко количество въздух, той ще се разтвори, тъй като в кръвта на малките вени на белодробната циркулация напрежението на разтворените газове е по-малко, отколкото в атмосферата.
Натрупването на течност в плевралната кухина се предотвратява от по-ниското онкотично налягане на плевралната течност (по-малко протеини), отколкото в плазмата. Намаляването на хидростатичното налягане в белодробната циркулация също е важно.
Промените в налягането в плевралната кухина могат да бъдат измерени директно (но могат да увредят белодробна тъкан). Затова е по-добре да го измерите, като вкарате в хранопровода (в гръдната част) балон с дължина 10 см. Стените на хранопровода са много еластични.
Еластичното сцепление на белите дробове се причинява от 3 фактора:
1. Повърхностно напрежение на филма от течност, покриващ вътрешната повърхност на алвеолите.
2. Еластичността на тъканта на стените на алвеолите (съдържат еластични влакна).
3. Тонус на бронхиалната мускулатура.
На всяка граница между въздух и течност действат междумолекулни кохезионни сили, стремящи се да намалят размера на тази повърхност (сили на повърхностно напрежение). Под въздействието на тези сили алвеолите са склонни да се свиват. Силите на повърхностно напрежение създават 2/3 от еластичното сцепление на белите дробове. Повърхностното напрежение на алвеолите е 10 пъти по-малко от теоретично изчисленото за съответната водна повърхност.
Ако вътрешната повърхност на алвеолите е покрита воден разтвор, тогава повърхностното напрежение трябва да е 5-8 пъти по-голямо. При тези условия ще има колапс на алвеолите (ателектаза). Но това не се случва.
Това означава, че в алвеоларната течност на вътрешната повърхност на алвеолите има вещества, които намаляват повърхностното напрежение, т.е. повърхностноактивни вещества. Техните молекули са силно привлечени една към друга, но имат слабо взаимодействие с течността, в резултат на което се събират на повърхността и по този начин намаляват повърхностното напрежение.
Такива вещества се наричат повърхностни активни вещества(ПАВ), чиято роля в в такъв случайизвършват така наречените повърхностно активни вещества. Те са липиди и протеини. Те се образуват от специални клетки на алвеолите - пневмоцити тип II. Подплатата е с дебелина 20-100 nm. Но производните на лецитина имат най-голяма повърхностна активност от компонентите на тази смес.
Когато размерът на алвеолите намалява. молекулите на сърфактанта се сближават, тяхната плътност на единица повърхност е по-голяма и повърхностното напрежение намалява - алвеолата не колабира.
Тъй като алвеолите се уголемяват (разширяват), тяхното повърхностно напрежение се увеличава, тъй като плътността на повърхностно активното вещество на единица повърхност намалява. Това засилва еластичната тяга на белите дробове.
В процеса на дишане се увеличава дихателни мускулисе изразходва за преодоляване не само на еластичното съпротивление на белите дробове и гръдните тъкани, но и за преодоляване на нееластичното съпротивление на газовия поток в дихателните пътища, което зависи от техния лумен.
Нарушеното образуване на сърфактанти води до колапс на голям брой алвеоли - ателектаза - липса на вентилация на големи участъци от белите дробове.
При новородени сърфактантите са необходими за разширяване на белите дробове по време на първите дихателни движения.
Има заболяване на новородените, при което повърхността на алвеолите е покрита с фибринова утайка (геалинови мембрани), което намалява активността на повърхностноактивните вещества - намалена. Това води до непълно разширяване на белите дробове и тежко нарушениеобмен на газ.
При навлизане на въздух (пневмоторакс) в плевралната кухина (през повредена гръдна стенаили бели дробове) поради еластичността на белите дробове - колабират и се притискат към корена, като заемат 1/3 от обема им.
При едностранен пневмоторакс белият дроб от неувредената страна може да осигури достатъчно насищане на кръвта с O 2 и отстраняване на CO 2 (в покой). За двустранно - ако не е изпълнено изкуствена вентилациябели дробове, или запечатване на плевралната кухина - до смърт.
Едностранният пневмоторакс понякога се използва за терапевтични цели: въвеждане на въздух в плевралната кухина за лечение на туберкулоза (кухини).
Белите дробове и стените на гръдната кухина са покрити със серозна мембрана - плеврата, състояща се от висцерален и париетален слой. Между слоевете на плеврата има затворено цепнато пространство, съдържащо серозна течност - плевралната кухина.
Атмосферното налягане, действайки върху вътрешните стени на алвеолите през дихателните пътища, разтяга белодробната тъкан и притиска висцералния слой към париеталния слой, т.е. белите дробове са постоянно в разтегнато състояние. С увеличаване на обема на гръдния кош в резултат на свиване на инспираторните мускули, париеталният слой ще последва гръдния кош, това ще доведе до намаляване на налягането в плевралната фисура, така че висцералният слой, а с него и бели дробове, ще последва париеталния слой. Налягането в белите дробове ще стане по-ниско от атмосферното налягане и въздухът ще навлезе в белите дробове - възниква вдишване.
Налягането в плевралната кухина е по-ниско от атмосферното, така че плевралното налягане се нарича отрицателен, условно приемане Атмосферно наляганеза нула. Колкото повече се разтягат белите дробове, толкова по-висока става тяхната еластична тяга и толкова по-ниско пада налягането в плевралната кухина. Размерът на отрицателното налягане в плевралната кухина е равен на: в края на тихо вдишване – 5-7 mm Hg., в края на максимално вдишване – 15-20 mm Hg., в края на тихо издишване. – 2-3 mm Hg до края на максималното издишване - 1-2 mm Hg.
Отрицателното налягане в плевралната кухина се предизвиква от т.нар еластична тяга на белите дробове– силата, с която белите дробове непрекъснато се стремят да намалят обема си.
Еластичното сцепление на белите дробове се причинява от три фактора:
1) наличието на голям брой еластични влакна в стените на алвеолите;
2) тонус на бронхиалната мускулатура;
3) повърхностно напрежение на течния филм, покриващ стените на алвеолите.
Веществото, покриващо вътрешната повърхност на алвеолите, се нарича сърфактант (фиг. 5).
Ориз. 5. Повърхностно активно вещество. Разрез на алвеоларния септум с натрупване на сърфактант.
Повърхностно активно вещество- това е повърхностно активно вещество (филм, който се състои от фосфолипиди (90-95%), четири протеина, специфични за него, както и малко количество въглероден хидрат), образуван от специални клетки, тип II алвеоло-пневмоцити. Неговият полуживот е 12-16 часа.
Функции на повърхностно активното вещество:
· при вдишване предпазва алвеолите от преразтягане поради факта, че молекулите на повърхностно активното вещество са разположени далеч една от друга, което е съпроводено с увеличаване на повърхностното напрежение;
· при издишване предпазва алвеолите от колапс: молекулите на сърфактанта са разположени близо една до друга, в резултат на което повърхностното напрежение намалява;
· създава възможност за разширяване на белите дробове при първото вдишване на новороденото;
· повлиява скоростта на дифузия на газовете между алвеоларния въздух и кръвта;
· регулира интензивността на изпарението на водата от алвеоларната повърхност;
· има бактериостатично действие;
· има деконгестант (намалява изтичането на течност от кръвта в алвеолите) и антиоксидантен ефект (защитава стените на алвеолите от увреждащото действие на оксиданти и пероксиди).
Изследване на механизма на промени в белодробния обем с помощта на модела на Дондерс
Физиологичен експеримент
Промените в белодробния обем възникват пасивно, поради промени в обема на гръдната кухина и колебания на налягането в плевралната фисура и вътре в белите дробове. Механизмът на промяна на белодробния обем по време на дишане може да се демонстрира с помощта на модела на Donders (фиг. 6), който представлява стъклен резервоар с гумено дъно. Горният отвор на резервоара се затваря със запушалка, през която е прекарана стъклена тръба. В края на тръба, поставена вътре в резервоара, белите дробове са прикрепени към трахеята. Чрез външния край на тръбата белодробната кухина се свързва с атмосферния въздух. Когато гуменото дъно се издърпа надолу, обемът на резервоара се увеличава и налягането в резервоара става по-ниско от атмосферното, което води до увеличаване на капацитета на белите дробове.
Белите дробове са разположени в геометрично затворена кухина, образувана от стените на гръдния кош и диафрагмата. Вътрешността на гръдната кухина е облицована с плевра, състояща се от два слоя. Единият лист е в съседство с гръдния кош, другият с белите дробове. Между слоевете има прорезно пространство или плеврална кухина, изпълнена с плеврална течност.
Гръдният кош в маточния период и след раждането расте по-бързо от белите дробове. В допълнение, плевралните листове имат висока абсорбционна способност. Поради това в плевралната кухина се установява отрицателно налягане. И така, в алвеолите на белите дробове налягането е равно на атмосферното налягане - 760, а в плевралната кухина - 745-754 mm Hg. Изкуство. Тези 10-30 мм осигуряват разширяването на белите дробове. Ако пробиете гръдната стена, така че въздухът да навлезе в плевралната кухина, белите дробове веднага ще се срутят (ателектаза). Това ще се случи поради натиска атмосферен въздухна външната и вътрешната повърхност на белите дробове ще бъдат равни.
Белите дробове в плевралната кухина винаги са в малко разтегнато състояние, но по време на вдишване тяхното разтягане се увеличава рязко, а по време на издишване намалява. Този феномен е добре демонстриран от модела, предложен от Дондерс. Ако изберете бутилка, която съответства по обем на размера на белите дробове, като предварително сте ги поставили в тази бутилка и вместо дъното опънете гумено фолио, което действа като диафрагма, тогава белите дробове ще се разширяват с всяко издърпване на гумено дъно. Размерът на отрицателното налягане вътре в бутилката ще се промени съответно.
Отрицателното налягане може да се измери чрез вкарване на инжекционна игла, свързана с живачен манометър в плевралното пространство. При едрите животни при вдишване достига 30-35, а при издишване намалява до 8-12 mmHg. Изкуство. Колебанията в налягането по време на вдишване и издишване влияят на движението на кръвта през вените, разположени в гръдната кухина. Тъй като стените на вените са лесно разтегливи, към тях се предава отрицателно налягане, което допринася за разширяването на вените, напълването им с кръв и връщането на венозна кръв в дясното предсърдие; при вдишване кръвта се движи към сърцето. се увеличава.
Видове дишане , При животните има три вида дишане: ребрено или гръдно - по време на вдишване преобладава свиването на външните междуребрени мускули; диафрагмен или коремен - разширяването на гръдния кош се дължи главно на свиването на диафрагмата; eber-abdominal - вдишването се осигурява еднакво от междуребрените мускули, диафрагмата и коремните мускули. Последният тип дишане е характерен за селскостопанските животни. Промяната в модела на дишане може да показва заболяване на гръдния кош или коремните органи. Например при заболяване на коремните органи преобладава ребреният тип дишане, тъй като животното защитава болните органи.
Витален и общ белодробен капацитет.В покой големи кучетаи овцете издишват средно 0,3-0,5, коне
5-6 литра въздух. Този обем се нарича въздух за дишане.В допълнение към този обем кучетата и овцете могат да вдишват още 0,5-1, а конете - 10-12 литра - допълнителен въздух.След нормално издишване животните могат да издишат приблизително същото количество въздух - резервен въздух.По този начин при нормално повърхностно дишане при животните гръдният кош не се разширява до максимална граница, но е на определено оптимално ниво; ако е необходимо, обемът му може да бъде увеличен поради максимално свиване на инспираторните мускули. Дихателните, допълнителните и резервните въздушни обеми са жизнен капацитет на белите дробове.При кучетата е така 1.5 -3 л, за коне - 26-30, за големи говеда- 30-35 литра въздух. При максимално издишване в белите дробове все още остава малко въздух, този обем се нарича остатъчен въздух.Жизненият капацитет на белите дробове и остатъчният въздух са общ белодробен капацитет.величина жизнен капацитетбелодробният капацитет може да намалее значително при някои заболявания, което води до нарушен газообмен.
Определяне на жизнения капацитет на белите дробове има голямо значениеда се изяснят физиологично състояниетяло в нормални и патологични състояния. Може да се определи с помощта на специално устройство, наречено воден спирометър (устройство Spiro 1-B). За съжаление, тези методи са трудни за прилагане в производствена среда. При лабораторни животни жизненият капацитет се определя под анестезия, чрез вдишване на смес с високо съдържание на CO2. Големината на най-голямото издишване приблизително съответства на жизнения капацитет на белите дробове. Жизненият капацитет варира в зависимост от възрастта, продуктивността, породата и други фактори.
Белодробна вентилация.След тихо издишване в белите дробове остава резервен или остатъчен въздух, наричан още алвеоларен въздух. Около 70% от вдишания въздух навлиза директно в белите дробове, останалите 25-30% не участват в газообмена, тъй като остават в горните дихателни пътища. Обемът на алвеоларния въздух при конете е 22 литра. Тъй като по време на тихо дишане конят вдишва 5 литра въздух, от които само 70%, или 3,5 литра, влизат в алвеолите, тогава при всяко вдишване само 1/6 от въздуха се вентилира в алвеолите (3,5:22). на вдишания въздух към алвеоларния се нарича коефициент на белодробна вентилация,а количеството въздух, преминаващо през белите дробове за 1 минута е минутен обем на белодробна вентилация.Минутен обем е променлива стойност в зависимост от дихателната честота, жизнения капацитет на белите дробове, интензивността на работа, естеството на диетата, патологично състояниебелите дробове и други фактори.
Дихателните пътища (ларинкс, трахея, бронхи, бронхиоли) не участват пряко в газообмена, поради което се наричат вредно пространство.Те обаче са от голямо значение в процеса на дишане. Лигавицата на носните проходи и горните дихателни пътища съдържа серозни мукозни клетки и ресничест епител. Слузта улавя праха и овлажнява дихателните пътища. Реснички епителчрез движение на власинките си помага за отстраняване на слуз с частици прах, пясък и други механични примеси в назофаринкса, откъдето се изхвърля. Горните дихателни пътища съдържат много сензорни рецептори, чието дразнене предизвиква защитни рефлекси като кашлица, кихане и смъркане. Тези рефлекси помагат за отстраняването на частици прах, храна, микроби и токсични вещества, които представляват опасност за тялото от бронхите. В допълнение, поради обилното кръвоснабдяване на лигавицата на носните проходи, ларинкса и трахеята, вдишаният въздух се затопля.
Обемът на белодробната вентилация е малко по-малък от количеството кръв, преминаваща през белодробната циркулация за единица време. На върха на белите дробове алвеолите се вентилират по-малко ефективно, отколкото в основата, съседна на диафрагмата. Следователно в областта на върха на белите дробове вентилацията относително преобладава над кръвния поток. Наличието на вено-артериални анастомози и намаленото съотношение на вентилация към кръвен поток в определени части на белите дробове е основната причина за по-ниското напрежение на кислорода и по-високото напрежение на въглеродния диоксид в артериална кръвв сравнение с парциалното налягане на тези газове в алвеоларния въздух.
Състав на вдишвания, издишван и алвеоларен въздух Атмосферният въздух съдържа 20,82% кислород, 0,03% въглероден диоксид и 79,03% азот. Въздухът в животновъдните помещения обикновено съдържа повече въглероден диоксид, водни пари, амоняк, сероводород и др. Количеството кислород може да бъде по-малко, отколкото в атмосферния въздух.
Издишаният въздух съдържа средно 16,3% кислород, 4% въглероден диоксид, 79,7% азот (тези цифри са дадени като сух въздух, т.е. минус водната пара, с която е наситен издишаният въздух). Съставът на издишания въздух не е постоянен и зависи от интензивността на метаболизма, обема на белодробната вентилация, температурата на околния въздух и др.
Алвеоларният въздух се различава от издишания с по-високо съдържание на въглероден диоксид - 5,62% и по-малко кислород - средно 14,2-14,6, азот - 80,48%. Издишаният въздух съдържа въздух не само от алвеолите, но и от „вредното пространство“, където има същия състав като атмосферния въздух.
Азотът не участва в газообмена, но процентното му съдържание във вдишания въздух е малко по-ниско от това в издишания и алвеоларния въздух. Това се обяснява с факта, че обемът на издишания въздух е малко по-малък от този на вдишания.
Максимално допустимата концентрация на въглероден диоксид в плевни дворове, обори, телета - 0,25%; но вече 1% C02 причинява забележим задух, а белодробната вентилация се увеличава с 20%. Нива на въглероден диоксид над 10% водят до смърт.
ДИШАНЕТО е набор от процеси, които гарантират, че тялото консумира кислород (O2) и освобождава въглероден диоксид (CO2).
СТЪПКИ НА ДИШАНЕ:
1. Външно дишане или вентилация на белите дробове - обмен на газове между атмосферния и алвеоларния въздух
2. Обмен на газове между алвеоларния въздух и кръвта на капилярите на белодробната циркулация
3. Пренос на газове чрез кръв (O 2 и CO 2)
4. Обмен на газове в тъканите между кръвта на капилярите на системното кръвообращение и тъканните клетки
5. Тъканно или вътрешно дишане - процесът на тъканна абсорбция на O 2 и освобождаване на CO 2 (окислително-редукционни реакции в митохондриите с образуването на АТФ)
ДИХАТЕЛНАТА СИСТЕМА
Набор от органи, които доставят на тялото кислород, премахват въглеродния диоксид и освобождават енергия, необходима за всички форми на живот.
ФУНКЦИИ НА ДИХАТЕЛНАТА СИСТЕМА:
Ø Осигуряване на организма с кислород и използването му в редокс процеси
Ø Образуване и освобождаване на излишния въглероден диоксид от тялото
Ø Окисляване (разлагане) органични съединенияс освобождаване на енергия
Ø Освобождаване на летливи метаболитни продукти (водна пара (500 ml на ден), алкохол, амоняк и др.)
Процеси, лежащи в основата на изпълнението на функциите:
а) вентилация (проветряване)
б) газообмен
СТРУКТУРА НА ДИХАТЕЛНАТА СИСТЕМА
Ориз. 12.1. Структура дихателната система
1 – Носен проход
2 – Носна раковина
3 – Фронтален синус
4 – Сфеноидален синус
5 – Гърло
6 – Ларинкс
7 – Трахея
8 – Ляв бронх
9 – Десен бронх
10 – Ляво бронхиално дърво
11 – Дясно бронхиално дърво
12 – Ляв бял дроб
13 – Десен бял дроб
14 – Апертура
16 – Хранопровод
17 – Ребра
18 – гръдна кост
19 – ключица
органът на обонянието, както и външният отвор на дихателните пътища: служи за затопляне и пречистване на вдишания въздух
НОСНАТА КУХИНА
Първоначалният отдел на дихателните пътища и в същото време органът на миризмата. Простира се от ноздрите до фаринкса, разделен от преграда на две половини, които са отпред през ноздритеобщуват с атмосферата, а отзад с помощта Джоан– с назофаринкс
Ориз. 12.2.Структура на носната кухина
Ларинкса
част от дихателна тръба, която свързва фаринкса с трахеята. Намира се на нивото на IV-VI шийни прешлени. Това е входен отвор, който предпазва белите дробове. Гласните струни се намират в ларинкса. Зад ларинкса се намира фаринкса, с който той комуникира със своите горна дупка. Под ларинкса преминава в трахеята
Ориз. 12.3.Устройство на ларинкса
Глотис- пространството между дясната и лявата гласна гънка. Когато позицията на хрущяла се промени, под действието на мускулите на ларинкса, ширината на глотиса и напрежението на гласните струни могат да се променят. Издишваният въздух вибрира гласните струни ® произвеждат се звуци
Трахеята
тръба, която комуникира с ларинкса в горната част и завършва с разделяне в долната част ( раздвоение ) в два главни бронха
Ориз. 12.4.Главни дихателни пътища
Вдишаният въздух преминава през ларинкса в трахеята. Оттук се разделя на два потока, всеки от които отива към своя бял дроб през разклонена система от бронхи
БРОНХИ
тръбести образувания, представляващи разклоненията на трахеята. Те се отклоняват от трахеята почти под прав ъгъл и отиват до портите на белите дробове
Десен бронхпо-широк, но по-къс налявои е като продължение на трахеята
Бронхите са подобни по структура на трахеята; те са много гъвкави поради хрущялни пръстени в стените и са облицовани с респираторен епител. Основата на съединителната тъкан е богата на еластични влакна, които могат да променят диаметъра на бронхите
Главни бронхи(първа поръчка) се разделят на собствен капитал (втора поръчка): три в десния бял дроб и два в левия - всеки отива към собствения си лоб. След това те се разделят на по-малки, преминавайки в собствени сегменти - сегментен (трети ред), които продължават да се делят, образувайки "бронхиално дърво"бял дроб
БРОНХИАЛНО ДЪРВО– бронхиалната система, през която въздухът от трахеята навлиза в белите дробове; включва главни, лобарни, сегментни, субсегментни (9-10 поколения) бронхи, както и бронхиоли (лобуларни, терминални и респираторни)
В бронхопулмоналните сегменти бронхите се разделят последователно до 23 пъти, докато завършат в задънена улица на алвеоларни торбички
Бронхиоли(диаметър на дихателните пътища по-малък от 1 mm) се разделят, докато се образуват край (терминал) бронхиоли, които са разделени на най-тънките къси дихателни пътища - респираторни бронхиоли, превръща се в алвеоларни канали, по чиито стени има мехурчета - алвеоли (въздушни торбички). Основната част от алвеолите е концентрирана в клъстери в краищата на алвеоларните канали, образувани по време на разделянето на респираторните бронхиоли
Ориз. 12.5.Долни дихателни пътища
Ориз. 12.6.Дихателни пътища, газообменна площ и техните обеми след тихо издишване
Функции на дихателните пътища:
1. Газообмен -доставка на атмосферен въздух до обмен на газплощ и провеждане на газовата смес от белите дробове в атмосферата
2. Обмен без газ:
§ Пречистване на въздуха от прах и микроорганизми. Защитен дихателни рефлекси(кашлица, кихане).
§ Овлажняване на вдишания въздух
§ Затопляне на вдишания въздух (на ниво 10-то поколение до 37 0 C
§ Рецепция (възприемане) на обонятелни, температурни, механични стимули
§ Участие в процесите на терморегулация на тялото (топлопроизводство, изпарение на топлина, конвекция)
§ Те са периферен звукогенериращ апарат
Ацинус
структурна единицабелия дроб (до 300 хиляди), при който се извършва обмен на газ между кръвта, разположена в капилярите на белия дроб, и въздуха, изпълващ белодробните алвеоли. Представлява комплекс от началото на респираторните бронхиоли, наподобяващ на външен вид чепка грозде
Ацините включват 15-20 алвеоли, в белодробния лобул - 12-18 ацини. Лобовете на белия дроб са изградени от лобули
Ориз. 12.7.Белодробен ацинус
Алвеоли(в белите дробове на възрастен има 300 милиона, общата им повърхност е 140 m2) - отворени везикули с много тънки стени, чиято вътрешна повърхност е облицована с еднослоен плосък епител, лежащ върху основната мембрана, към която преплитащите се алвеоли са съседни кръвоносни капиляри, образувайки заедно с епителните клетки бариера между кръвта и въздуха (въздушно-кръвна бариера)Дебелина 0,5 микрона, която не пречи на обмена на газове и отделянето на водни пари
Открива се в алвеолите:
§ макрофаги(защитни клетки), които абсорбират чужди частици, влизащи в дихателните пътища
§ пневмоцити- клетки, които секретират повърхностно активно вещество
Ориз. 12.8.Ултраструктура на алвеолите
ПОВЪРХНОСТНО АКТИВНО ВЕЩЕСТВО– белодробно сърфактант, съдържащ фосфолипиди (по-специално лецитин), триглицериди, холестерол, протеини и въглехидрати и образуващ слой с дебелина 50 nm вътре в алвеолите, алвеоларните канали, торбичките, бронхиолите
Стойност на повърхностно активното вещество:
§ Намалява повърхностното напрежение на течността, покриваща алвеолите (почти 10 пъти) ® улеснява вдишването и предотвратява ателектазата (слепване) на алвеолите по време на издишване.
§ Улеснява дифузията на кислород от алвеолите в кръвта поради добрата разтворимост на кислорода в нея.
§ Изпълнява защитна роля: 1) има бактериостатично действие; 2) предпазва стените на алвеолите от вредното въздействие на окислители и пероксиди; 3) осигурява обратен транспорт на прах и микроби през дихателните пътища; 4) намалява пропускливостта на белодробната мембрана, което предотвратява развитието на белодробен оток поради намаляване на ексудацията на течност от кръвта в алвеолите
БЕЛИ ДРОБОВЕ
Десният и левият бял дроб са два отделни обекта, разположени в гръдната кухина от двете страни на сърцето; покрити със серозна мембрана - плеврата, което образува около тях две затворени плеврален сак.Имат неправилна конусовидна форма с основата към диафрагмата и върхът стърчащ 2-3 см над ключицата в областта на шията
Ориз. 12.10.Сегментна структура на белите дробове.
1 – апикален сегмент; 2 – заден сегмент; 3 – преден сегмент; 4 – страничен сегмент ( десен бял дроб) и горен лингуларен сегмент (ляв бял дроб); 5 – медиален сегмент (десен бял дроб) и долен лингуларен сегмент (ляв бял дроб); 6 – апикален сегмент на долния лоб; 7 – базален медиален сегмент; 8 – базален преден сегмент; 9 – основен страничен сегмент; 10 – базален заден сегмент
ЕЛАСТИЧНОСТ НА БЕЛИТЕ дробове
способността да се реагира на натоварване чрез увеличаване на напрежението, което включва:
§ еластичност– способност за възстановяване на формата и обема си след прекратяване на действието външни сили, причинявайки деформация
§ твърдост– способността да се съпротивлява на по-нататъшна деформация при превишаване на еластичността
Причини за еластичните свойства на белите дробове:
§ напрежение на еластичните влакнабелодробен паренхим
§ повърхностно напрежениетечност, покриваща алвеолите - създадена от повърхностноактивно вещество
§ кръвонапълване на белите дробове (колкото по-високо е кръвонапълването, толкова по-малка е еластичността
Разширяемост– обратното свойство на еластичността се свързва с наличието на еластични и колагенови влакна, които образуват спираловидна мрежа около алвеолите
Пластмаса– свойство, противоположно на твърдостта
ФУНКЦИИ НА БЕЛИТЕ дробове
Обмен на газ– обогатяване на кръвта с кислород, използван от телесните тъкани и отстраняване на въглероден диоксид от нея: постига се чрез белодробна циркулация. Кръвта от органите на тялото се връща към правилната странасърца и белодробни артерииотива в белите дробове
Обмен без газ:
Ø З защитен – образуване на антитела, фагоцитоза от алвеоларни фагоцити, производство на лизозим, интерферон, лактоферин, имуноглобулини; Микробите, агрегатите от мастни клетки и тромбоемболите се задържат и унищожават в капилярите
Ø Участие в процесите на терморегулация
Ø Участие в процесите на разпределение – отстраняване на CO 2, вода (около 0,5 l/ден) и някои летливи вещества: етанол, етер, азотен оксид, ацетон, етил меркаптан
Ø Инактивиране на биологично активни вещества – повече от 80% от брадикинина, въведен в белодробния кръвен поток, се унищожава по време на еднократно преминаване на кръвта през белия дроб, ангиотензин I се превръща в ангиотензин II под въздействието на ангиотензиназа; 90-95% от простагландините от групи Е и Р са инактивирани
Ø Участие в производството на биологично активни вещества – хепарин, тромбоксан B 2, простагландини, тромбопластин, фактори на кръвосъсирването VII и VIII, хистамин, серотонин
Ø Те служат като въздушен резервоар за производство на глас
ВЪНШНО ДИШАНЕ
Процесът на вентилация на белите дробове, осигуряващ обмен на газ между тялото и околната среда. Осъществява се поради наличието на дихателния център, неговите аферентни и еферентни системи и дихателни мускули. Оценява се по отношение алвеоларна вентилациядо минутен обем. За характеризиране на външното дишане се използват статични и динамични показатели на външното дишане
Дихателен цикъл– ритмично повтаряща се промяна в състоянието на дихателния център и изпълнителни органидишане
Ориз. 12.11.Дихателни мускули
Диафрагма- плосък мускул, който разделя гръдната кухина от коремната кухина. Той образува два купола, ляв и десен, с издутини, насочени нагоре, между които има малка вдлъбнатина за сърцето. Той има няколко дупки, през които много важни структури на тялото преминават от гръдната област към коремната област. Свивайки се, той увеличава обема на гръдната кухина и осигурява въздушен поток в белите дробове
Ориз. 12.12.Положението на диафрагмата по време на вдишване и издишване
налягане в плевралната кухина
физическо количество, характеризиращ състоянието на съдържанието на плевралната кухина. Това е количеството, с което налягането в плевралната кухина е по-ниско от атмосферното налягане ( отрицателно налягане); при тихо дишане е равно на 4 mm Hg. Изкуство. в края на издишването и 8 mmHg. Изкуство. в края на вдишването. Създаден от силите на повърхностното напрежение и еластичната тяга на белия дроб
Ориз. 12.13.Промени в налягането по време на вдишване и издишване
ВДИШАЙТЕ(вдъхновение) е физиологичният акт на изпълване на белите дробове с атмосферен въздух. Осъществява се поради активната дейност на дихателния център и дихателните мускули, което увеличава обема на гръдния кош, което води до намаляване на налягането в плевралната кухина и алвеолите, което води до навлизане на въздух заобикаляща средав трахеята, бронхите и респираторните зони на белия дроб. Възниква без активното участие на белите дробове, тъй като в тях няма контрактилни елементи
ИЗДИШВАНЕ(издишване) е физиологичен акт на отстраняване от белия дроб на част от въздуха, който участва в газообмена. Първо се отстранява въздухът от анатомичното и физиологично мъртво пространство, който се различава малко от атмосферния въздух, след това алвеоларният въздух, обогатен с CO 2 и беден на O 2 в резултат на обмен на газ. В условия на покой процесът е пасивен. Осъществява се без разход на мускулна енергия, благодарение на еластичната тяга на белия дроб, гръдния кош, гравитационните сили и отпускането на дихателната мускулатура.
При принудително дишане дълбочината на издишване се увеличава с помощта на коремни и вътрешни междуребрени мускули.Коремните мускули се свиват коремна кухинаотпред и засилват повдигането на диафрагмата. Вътрешните междуребрени мускули придвижват ребрата надолу и по този начин намаляват напречното сечение на гръдната кухина и следователно нейния обем
При раждането на дете белите дробове все още не съдържат въздух и собственият им обем съвпада с обема на гръдната кухина. Свива се при първото вдишване скелетни мускулипри вдишване обемът на гръдната кухина се увеличава.
Натискът върху белите дробове от външната страна на руда клетката намалява в сравнение с атмосферното налягане. Поради тази разлика въздухът свободно навлиза в белите дробове, разтягайки ги и ги притискайки външна повърхностбелите дробове към вътрешната повърхност на гръдния кош и към диафрагмата. В същото време разтегнатите бели дробове, притежаващи еластичност, се съпротивляват на разтягане. В резултат на това на височината на вдишване белите дробове вече не упражняват атмосферно налягане върху гръдния кош отвътре, а по-малко от размера на еластичната тяга на белите дробове.
След раждането на бебето гръдният кош расте по-бързо от белодробната тъкан. защото
белите дробове са под въздействието на същите сили, които ги разтягаха по време на първото вдишване; те напълно изпълват гръдния кош както по време на вдишване, така и по време на издишване, като постоянно са в разтегнато състояние. В резултат на това налягането на белите дробове върху вътрешната повърхност на гръдния кош винаги е по-малко от налягането на въздуха в белите дробове (със степента на еластична тяга на белите дробове). Когато дишането спре по всяко време по време на вдишване или издишване, в белите дробове незабавно се установява атмосферно налягане. Когато гърдите и париеталната плевра на възрастен се пробият за диагностични цели с куха игла, свързана с манометър, и краят на иглата навлезе в плевралната кухина, налягането в манометъра веднага спада под атмосферното. Манометърът регистрира отрицателно налягане в плевралната кухина спрямо атмосферното налягане, взето за нула.Тази разлика между налягането в алвеолите и налягането на белите дробове върху вътрешната повърхност на гръдния кош, т.е.налягането в плевралната кухина, е наречено транспулмонално налягане.
Още по темата НАЛЯГАНЕ В ПЛЕВРАЛНАТА КУХИНА. МЕХАНИЗЪМ НА ПОЯВАТА МУ:
- КОЛЕБАНИЯ НА НАЛЯГАНЕТО В ПЛЕВРАЛНАТА КУХИНА ПО ВРЕМЕ НА ДИШАНЕ. МЕХАНИЗЪМ ИМ.
- ДИХАТЕЛНА УПРАЖНЕНИЕ № I. МЕХАНИЗМИ НА ВЪЗДЕЙСТВИЕТО МУ ЗДРАВЕТО. “СИЛНИ СТРАНИ” И “СЛАБОСТИ” СТРАНИ НА УПРАЖНЕНИЕТО.
