A. I. KIENYA
FYZIOLOGIE
DÝCHÁNÍ
Ministerstvo zdravotnictví Běloruské republiky
Státní lékařský ústav Gomel
Ústav fyziologie člověka
A. I. KIENYA
Doktor biologických věd, profesor
FYZIOLOGIE
DÝCHÁNÍ
Recenzenti:
Ružanov D.Yu., kandidát lékařských věd, vedoucí katedry ftizeiopulmonologie, Gomel State Medical Institute.
Kienya A.I.
K38 Fyziologie dýchání: Učebnice - Gomel.-2002.- str.
Příručka vychází z materiálu přednášek k části „Fyziologie dýchání“ normální fyziologie, které autor poskytl studentům lékařské fakulty a fakulty odborné přípravy pro zahraničí.
Pro studenty, učitele, postgraduální studenty lékařských a biologických univerzit a příbuzných oborů.
© A. I. Kienya
PŘEDMLUVA
Tato příručka je souhrnem přednášek o sekci „Fyziologie dýchání“ normální fyziologie, které autor poskytl studentům Státního zdravotního ústavu Gomel. Materiál příručky je předkládán v souladu s Programem normální fyziologie pro studenty Lékařské a profylaktické fakulty vyšších lékařských věd vzdělávací instituceč. 08-14/5941, schválené Ministerstvem zdravotnictví Běloruské republiky dne 3.9.1997.
Příručka přináší moderní informace o dýchání jako systému, který slouží metabolickým procesům v těle. Hlavní fáze dýchání, mechanismy dýchacích pohybů (nádech a výdech), role podtlaku v pleurální dutina, ventilace plic a plicních objemů a kapacit, anatomický a funkční mrtvý prostor, jejich fyziologický význam, procesy výměny plynů v plicích, transport plynů (O 2 a CO 2) krví, faktory ovlivňující tvorbu sloučenin hemoglobinu s O 2 a CO 2 a jejich disociaci, výměna plynů mezi krví a tkáněmi. Jsou zvažovány neurohumorální mechanismy regulace dýchání, strukturní organizace dýchacího centra, role složení plynů a různých receptorů v regulaci dýchání. Popisuje rysy dýchání různé podmínky. Je nastíněn mechanismus a teorie výskytu prvního nádechu novorozence. jsou zvažovány věkové charakteristiky dýchání.
Charakteristiky dýchacího systému související s věkem jsou posuzovány samostatně.
Na konci příručky jsou uvedeny hlavní krevní konstanty zdravého člověka.
Zároveň si je autor vědom toho, že v této příručce nebylo pro svůj malý objem možné podrobně postihnout všechny aspekty fyziologie dýchání, proto jsou některé z nich uvedeny v souhrnné podobě, obsáhlejší informace o kterých lze naleznete v literárních zdrojích uvedených na konci příručky.
Autor bude velmi vděčný všem, kteří uznají za možné vyjádřit své kritické připomínky k navrhovanému manuálu, které budou vnímány jako projev vůle napomoci jeho vylepšení při následném vydání.
VNĚJŠÍ DÝCHÁNÍ
K tvorbě energie potřebné k zajištění životních funkcí lidského těla dochází na základě oxidačních procesů. Pro jejich realizaci je nutný neustálý přísun O 2 z vnějšího prostředí a neustálé odvádění CO 2 z něj, vznikajícího ve tkáních v důsledku metabolismu.
Soubor procesů, které zajišťují vstup O 2 do těla, dodávání a spotřebu jeho tkání a uvolňování konečného produktu dýchání CO 2 do vnější prostředí, se nazývá dýchání. Toto je fyziologický systém.
Člověk může žít bez:
jídlo na méně než měsíc,
· voda - 10 dní,
· kyslík - 4-7 minut (bez rezervy). V tomto případě dochází především ke smrti nervových buněk.
Složitý proces výměny plynů s okolím se skládá z řady po sobě jdoucích procesů.
Zevní dýchání (plicní):
1. Výměna plynů mezi plicním vzduchem a atmosférickým vzduchem (plicní ventilace).
2. Výměna plynů mezi plicním vzduchem a krví kapilár plicního oběhu.
Vnitřní:
3. Transport O 2 a CO 2 krví.
4. Výměna plynů mezi krví a buňkami (tkáňové dýchání), tedy spotřeba O 2 a uvolňování CO 2 při metabolismu.
Funkce vnější dýchání a obnova plynného složení krve u lidí se provádí dýchacími cestami a plícemi.
Dýchací cesty: nosní a ústní dutina, hrtan, průdušnice, průdušky, bronchioly, alveolární vývody. Průdušnice u lidí je přibližně 15 cm a je rozdělena na dvě průdušky: pravou a levou. Rozvětvují se na menší průdušky a ty na průdušinky (do průměru 0,3 - 0,5 mm). Celkový počet bronchiolů je přibližně 250 mil. Průdušky se větví do alveolárních vývodů a ty končí slepými váčky - alveoly. Alveoly jsou vnitřně vystlány respiračním epitelem. Plocha všech alveolů u lidí dosahuje 50-90 m2.
Každý alveolus je propleten hustou sítí krevních kapilár.
Ve sliznici dýchacích cest jsou dva typy buněk:
a) řasinkové epiteliální buňky;
b) sekreční buňky.
Na vnější straně jsou plíce pokryty tenkou serózní membránou - pleurou.
V pravá plíce Existují tři laloky: horní (apikální), střední (kardiální), dolní (brániční). Levá plíce má dva laloky (horní a dolní).
K provádění procesů výměny plynu ve struktuře plic existuje řada adaptivních funkcí:
1. Přítomnost vzduchového a krevního kanálu, oddělené od sebe tenkým filmem skládajícím se z dvojité vrstvy - samotných alveolů a kapiláry (část vzduchu a krve - tloušťka 0,004 mm). Přes tuto vzducho-hematickou bariéru dochází k difúzi plynů.
2. Rozsáhlá dýchací plocha plic, 50-90 m2, se přibližně rovná několika desítkámnásobnému zvětšení tělesného povrchu (1,7 m20).
3. Přítomnost speciálního - plicního oběhu, specificky vykonávajícího oxidační funkci (funkční kruh). Krevní částice projde malým kruhem za 5 sekund a doba jejího kontaktu s alveolární stěnou je pouze 0,25 - 0,7 sekundy.
4. Přítomnost elastické tkáně v plicích, která podporuje expanzi a kolaps plic při nádechu a výdechu. Plíce jsou ve stavu elastického napětí.
5. Přítomnost podpůrné chrupavčité tkáně v dýchacím traktu ve formě chrupavčitých průdušek. To zabraňuje kolapsu dýchacích cest a umožňuje rychlý a snadný průchod vzduchu.
Dýchací pohyby
Větrání alveolů, nezbytné pro výměnu plynů, se provádí střídavým nádechem (nádechem) a výdechem (výdechem). Při nádechu se do alveolů dostává vzduch nasycený O2. Při výdechu je z nich odstraněn vzduch chudý na O 2, ale bohatší na CO 2. Fáze nádechu a následující fáze výdechu jsou dýchacího cyklu.
Pohyb vzduchu je způsoben střídavým zvětšením a zmenšením objemu hruď.
Mechanismus inhalace (inspirace).
Zvětšení hrudní dutiny ve vertikální, sagitální, frontální rovině. To je zajištěno: zvednutím žeber a zploštěním (snížením) bránice.
Pohyb žeber. Žebra tvoří pohyblivá spojení s těly a příčnými výběžky obratlů. Těmito dvěma body prochází osa rotace žeber. Osa rotace horních žeber je téměř vodorovná, takže při zvednutí žeber se zvětšuje velikost hrudníku v předozadním směru. Osa rotace dolních žeber je umístěna více sagitálně. Proto při zvednutí žeber se objem hrudníku laterálně zvětšuje.
Vzhledem k tomu, že pohyb dolních žeber má větší dopad na objem hrudníku, jsou dolní laloky plic lépe ventilovány než vrcholy.
Ke zvednutí žeber dochází v důsledku kontrakce inspiračních svalů. Patří sem: vnější mezižeberní svaly, vnitřní mezichrupavčité svaly. Jejich svalová vlákna jsou orientována tak, že jejich bod připojení k dolnímu žebru je umístěn dále od středu otáčení než bod připojení k překrývajícímu se žebru. Jejich směr: za, nad, dopředu a dolů.
V důsledku toho hrudník zvětšuje svůj objem.
U zdravého mladého muže je rozdíl mezi obvodem hrudníku v poloze nádechu a výdechu 7-10 cm, u žen 5-8 cm.Při nuceném dýchání se aktivují pomocné nádechové svaly:
· - velký a malý prsní sval;
· - schody;
· - sternocleidomastoideus;
· - (částečně) ozubený;
· - lichoběžníkové atd.
K připojení pomocných svalů dochází při plicní ventilaci nad 50 l/min.
Pohyb clony. Bránice se skládá ze středu šlachy a svalových vláken vybíhajících z tohoto středu do všech stran a jsou připojena k hrudnímu otvoru. Má tvar kopule, vyčnívající do hrudní dutiny. Při výdechu přiléhá k vnitřní stěně hrudníku v délce přibližně rovné 3 žebrům. Při nádechu se bránice zplošťuje v důsledku kontrakce jejích svalových vláken. Zároveň se vzdaluje od vnitřního povrchu hrudníku a otevírají se kostofrenické sinusy.
Inervace bránice je bráničními nervy z C3-C5. Jednostranná transekce bráničního nervu na stejné straně, bránice je vlivem tlaku útrob a tahu plic silně vtažena do hrudní dutiny. Pohyb dolních částí plic je omezen. Inspirace tedy je aktivní Akt.
Mechanismus výdechu (výdech) je zajištěno prostřednictvím:
· Těžkost hrudníku.
· Elasticita žeberních chrupavek.
· Elasticita plic.
· Tlak břišních orgánů na bránici.
V klidu dochází k výdechu pasivně.
Při nuceném dýchání se uplatňují výdechové svaly: vnitřní mezižeberní svaly (jejich směr je shora, zezadu, zepředu, dolů) a pomocné výdechové svaly: svaly ohýbající páteř, břišní svaly (šikmé, přímé, příčné). Když se stáhne, břišní orgány vyvíjejí tlak na uvolněnou bránici a ta vyčnívá do hrudní dutiny.
Typy dýchání. V závislosti především na tom, u které složky (zvedání žeber nebo bránice) dochází ke zvýšení objemu hrudníku, se rozlišují 3 typy dýchání:
· - hrudní (kostální);
· - břišní;
· - smíšené.
Typ dýchání ve větší míře závisí na věku (zvyšuje se pohyblivost hrudníku), oděvu (těsné živůtky, zavinování), povolání (u lidí zabývajících se fyzickou prací se zvyšuje břišní typ dýchání). Břišní dýchání se stává obtížným posledních měsících těhotenství, a pak kojení je navíc zahrnuto.
Nejúčinnějším typem dýchání je břišní:
· - hlubší ventilace plic;
· - usnadňuje návrat žilní krve do srdce.
U manuálně pracujících, horolezců, zpěváků atd. převažuje břišní typ dýchání. U dítěte se po narození ustavuje nejprve břišní typ dýchání a později do 7 let hrudní dýchání.
Tlak v pleurální dutině a jeho změna při dýchání.
Plíce jsou pokryty viscerální pleurou a film hrudní dutiny je pokryt parietální pleurou. Mezi nimi je serózní tekutina. Přiléhají těsně k sobě (mezera 5-10 mikronů) a kloužou vůči sobě. Toto klouzání je nezbytné, aby plíce mohly sledovat složité změny hrudníku bez deformace. Se zánětem (pleurisy, adheze) se ventilace odpovídajících oblastí plic snižuje.
Pokud vložíte jehlu do pleurální dutiny a připojíte ji k tlakoměru vody, zjistíte, že tlak v ní je:
· při nádechu - o 6-8 cm H2O
· při výdechu - 3-5 cm H 2 O pod atmosférou.
Tento rozdíl mezi intrapleurálním a atmosférickým tlakem se obvykle nazývá pleurální tlak.
Negativní tlak v pleurální dutině je způsoben elastickým tahem plic, tzn. tendence plic ke kolapsu.
Při nádechu vede zvětšení dutiny hrudní ke zvýšení podtlaku v pleurální dutině, tzn. zvyšuje se transpulmonální tlak, což vede k expanzi plic (demonstrace pomocí Dondersova aparátu).
Když se inspirační svaly uvolní, sníží se transpulmonální tlak a plíce se zhroutí v důsledku elasticity.
Pokud je do pleurální dutiny zavedeno malé množství vzduchu, dojde k jeho rozpuštění, protože v krvi malých žil plicního oběhu je napětí rozpuštěných plynů menší než v atmosféře.
Hromadění tekutiny v pleurální dutině brání nižší onkotický tlak pleurální tekutiny (méně bílkovin) než v plazmě. Důležitý je také pokles hydrostatického tlaku v plicním oběhu.
Změny tlaku v pleurální dutině lze měřit přímo (ale může dojít k poškození plicní tkáně). Proto je lepší jej změřit zavedením balónku o délce 10 cm do jícnu (do hrudní části) Stěny jícnu jsou velmi poddajné.
Elastická trakce plic je způsobena 3 faktory:
1. Povrchové napětí filmu kapaliny pokrývajícího vnitřní povrch alveol.
2. Pružnost tkáně stěn alveolů (obsahují elastická vlákna).
3. Tonus bronchiálních svalů.
Na jakémkoli rozhraní mezi vzduchem a kapalinou působí intermolekulární kohezní síly, které mají tendenci zmenšovat velikost tohoto povrchu (síly povrchového napětí). Pod vlivem těchto sil mají alveoly tendenci se stahovat. Síly povrchového napětí vytvářejí 2/3 elastické trakce plic. Povrchové napětí alveol je 10x menší, než je teoreticky vypočteno pro odpovídající vodní hladinu.
Pokud byl vnitřní povrch alveolů pokryt vodný roztok, pak by mělo být povrchové napětí 5-8x větší. Za těchto podmínek by došlo ke kolapsu alveolů (atelektáze). Ale to se neděje.
To znamená, že v alveolární tekutině na vnitřním povrchu alveolů jsou látky snižující povrchové napětí, tedy povrchově aktivní látky. Jejich molekuly jsou k sobě silně přitahovány, ale mají slabou interakci s kapalinou, v důsledku čehož se shromažďují na povrchu a tím snižují povrchové napětí.
Takové látky se nazývají povrchové účinné látky(povrchově aktivní látky), jejichž role v v tomto případě provádět tzv. povrchově aktivní látky. Jsou to lipidy a proteiny. Jsou tvořeny speciálními buňkami alveolů – pneumocyty II. typu. Podšívka má tloušťku 20-100 nm. Ale největší povrchovou aktivitu ze složek této směsi mají deriváty lecitinu.
Když se velikost alveolů zmenšuje. molekuly tenzidu se k sobě přibližují, jejich hustota na jednotku plochy je větší a povrchové napětí klesá – alveola se nezhroutí.
Jak se alveoly zvětšují (roztahují), jejich povrchové napětí se zvyšuje, zatímco hustota povrchově aktivní látky na jednotku plochy klesá. To zvyšuje elastickou trakci plic.
V procesu dýchání se zvyšuje dýchací svaly se vynakládá na překonání nejen elastického odporu plic a hrudních tkání, ale také na překonání neelastického odporu proudění plynu v dýchacích cestách, který závisí na jejich průsvitu.
Porucha tvorby povrchově aktivních látek vede ke kolapsu velkého počtu alveolů – atelektáza – nedostatečná ventilace velkých ploch plic.
U novorozenců jsou povrchově aktivní látky nezbytné pro expanzi plic při prvních dýchacích pohybech.
Dochází k onemocnění novorozenců, kdy je povrch alveolů pokryt fibrinovou sraženinou (gealinovými membránami), která snižuje aktivitu povrchově aktivních látek – snižuje. To vede k neúplné expanzi plic a závažné porušení výměna plynu.
Když vzduch vstoupí (pneumotorax) do pleurální dutiny (přes poškozené hrudní stěna nebo plíce) v důsledku pružnosti plic - kolabují a jsou přitlačovány ke kořeni, zabírají 1/3 jejich objemu.
Při jednostranném pneumotoraxu může plíce na nepoškozené straně zajistit dostatečné nasycení krve O 2 a odstranění CO 2 (v klidu). Pro oboustranné - pokud se neprovádí umělá ventilace plíce, nebo těsnění pleurální dutiny - k smrti.
Jednostranný pneumotorax se někdy používá k terapeutickým účelům: zavádění vzduchu do pleurální dutiny k léčbě tuberkulózy (dutin).
Plíce a stěny hrudní dutiny jsou pokryty serózní membránou - pleurou, skládající se z viscerálních a parietálních vrstev. Mezi vrstvami pleury je uzavřený štěrbinovitý prostor obsahující serózní tekutinu – pleurální dutina.
Atmosférický tlak, působící na vnitřní stěny alveolů přes dýchací cesty, napíná plicní tkáň a přitlačuje viscerální vrstvu k vrstvě parietální, tzn. plíce jsou neustále v roztaženém stavu. Se zvětšením objemu hrudníku v důsledku kontrakce inspiračních svalů bude parietální vrstva následovat hrudník, to povede ke snížení tlaku v pleurální štěrbině, tedy viscerální vrstvě a s ní i plíce, bude následovat parietální vrstvu. Tlak v plicích bude nižší než atmosférický tlak a vzduch vstoupí do plic - dojde k inhalaci.
Tlak v pleurální dutině je nižší než atmosférický tlak, proto se nazývá pleurální tlak negativní, podmíněně přijímá Atmosférický tlak za nulu. Čím více se plíce natahují, tím vyšší je jejich elastická trakce a tím nižší je tlak v pleurální dutině. Velikost podtlaku v pleurální dutině se rovná: na konci tichého nádechu – 5-7 mm Hg., na konci maximálního nádechu – 15-20 mm Hg., na konci tichého výdechu – 2-3 mm Hg do konce maximálního výdechu - 1-2 mm Hg.
Negativní tlak v pleurální dutině je způsoben tzv elastická trakce plic– síla, kterou se plíce neustále snaží zmenšit svůj objem.
Elastická trakce plic je způsobena třemi faktory:
1) přítomnost velkého počtu elastických vláken ve stěnách alveolů;
2) tonus bronchiálních svalů;
3) povrchové napětí kapalného filmu pokrývajícího stěny alveol.
Látka pokrývající vnitřní povrch alveol se nazývá surfaktant (obr. 5).
Rýže. 5. Povrchově aktivní látka. Řez alveolární přepážky s akumulací surfaktantu.
Povrchově aktivní látka- jedná se o povrchově aktivní látku (film, který se skládá z fosfolipidů (90-95%), čtyř pro ni specifických proteinů, jakož i malého množství hydrátu uhlíku), tvořený speciálními buňkami, alveolo-pneumocyty typu II. Jeho poločas rozpadu je 12–16 hodin.
Funkce povrchově aktivní látky:
· při nádechu chrání alveoly před přetažením vzhledem k tomu, že molekuly tenzidu jsou umístěny daleko od sebe, což je doprovázeno zvýšením povrchového napětí;
· při výdechu chrání alveoly před kolapsem: molekuly surfaktantu jsou umístěny blízko sebe, v důsledku čehož klesá povrchové napětí;
· vytváří možnost expanze plic při prvním nádechu novorozence;
· ovlivňuje rychlost difúze plynů mezi alveolárním vzduchem a krví;
· reguluje intenzitu odpařování vody z alveolárního povrchu;
· má bakteriostatickou aktivitu;
· má dekongestant (snižuje únik tekutiny z krve do alveol) a antioxidační účinek (chrání stěny alveolů před škodlivými účinky oxidantů a peroxidů).
Studium mechanismu změn objemu plic pomocí Dondersova modelu
Fyziologický experiment
Ke změnám objemu plic dochází pasivně, v důsledku změn objemu hrudní dutiny a kolísání tlaku v pleurální štěrbině a uvnitř plic. Mechanismus změny objemu plic při dýchání lze demonstrovat pomocí modelu Donders (obr. 6), což je skleněný zásobník s pryžovým dnem. Horní otvor rezervoáru je uzavřen zátkou, kterou prochází skleněná trubička. Na konci trubice umístěné uvnitř rezervoáru jsou plíce připojeny k průdušnici. Prostřednictvím vnějšího konce trubice komunikuje dutina plic s atmosférickým vzduchem. Když je pryžové dno staženo dolů, objem rezervoáru se zvětší a tlak v zásobníku se sníží pod atmosférický tlak, což vede ke zvýšení kapacity plic.
Plíce jsou umístěny v geometricky uzavřené dutině tvořené stěnami hrudníku a bránicí. Vnitřek hrudní dutiny je vystlán pleurou, skládající se ze dvou vrstev. Jeden list přiléhá k hrudníku, druhý k plicím. Mezi vrstvami je štěrbinovitý prostor neboli pleurální dutina, vyplněná pleurální tekutinou.
Hrudník v děložním období a po porodu roste rychleji než plíce. Pleurální fólie mají navíc vysokou absorpční kapacitu. V pleurální dutině se proto vytváří podtlak. V plicních alveolech se tedy tlak rovná atmosférickému tlaku - 760 a v pleurální dutině - 745-754 mm Hg. Umění. Těchto 10-30 mm zajišťuje expanzi plic. Pokud propíchnete hrudní stěnu tak, aby vzduch vnikl do pleurální dutiny, plíce se okamžitě zhroutí (atelektáza). To se stane kvůli tlaku atmosférický vzduch na vnějším a vnitřním povrchu plic budou stejné.
Plíce v pleurální dutině jsou vždy v poněkud nataženém stavu, ale během nádechu se jejich natažení prudce zvyšuje a při výdechu se snižuje. Tento jev dobře demonstruje model navržený Dondersem. Pokud vyberete láhev, která objemem odpovídá velikosti plic, když jste je předtím umístili do této láhve, a místo dna natáhnete gumovou fólii, která funguje jako bránice, plíce se rozšíří při každém zatažení gumové dno. Velikost podtlaku uvnitř láhve se odpovídajícím způsobem změní.
Negativní tlak lze měřit vložením injekční jehly napojené na rtuťový manometr do pleurálního prostoru. U velkých zvířat dosahuje při nádechu 30-35 a při výdechu klesá na 8-12 mmHg. Umění. Kolísání tlaku při nádechu a výdechu ovlivňuje pohyb krve žilami umístěnými v hrudní dutině. Jelikož jsou stěny žil snadno roztažitelné, přenáší se na ně podtlak, který přispívá k rozšíření žil, jejich naplnění krví a návratu žilní krve do pravé síně, při nádechu proudí krev k srdci zvyšuje.
Typy dýchání U zvířat existují tři typy dýchání: žeberní, neboli hrudní, - při nádechu převládá kontrakce zevních mezižeberních svalů; brániční, nebo břišní, - expanze hrudníku nastává hlavně kvůli kontrakci bránice; eber-abdominální - nádech zajišťují rovnoměrně mezižeberní svaly, bránice a břišní svaly. Poslední typ dýchání je charakteristický pro hospodářská zvířata. Změna dechového vzoru může ukazovat na onemocnění hrudníku nebo břišních orgánů. Například při onemocnění břišních orgánů převažuje žeberní typ dýchání, protože zvíře chrání nemocné orgány.
Vitální a celková kapacita plic.V klidu velcí psi a ovce vydechnou průměrně 0,3-0,5, koně
5-6 litrů vzduchu. Tento svazek se nazývá dýchat vzduch. Kromě tohoto objemu mohou psi a ovce vdechnout dalších 0,5-1 a koně - 10-12 litrů - vzduch navíc. Po normálním výdechu mohou zvířata vydechnout přibližně stejné množství vzduchu - rezervní vzduch. Při normálním, mělkém dýchání u zvířat se tedy hrudník nerozšíří do maximální limit, ale je na určité optimální úrovni, v případě potřeby lze její objem zvětšit díky maximální kontrakci nádechových svalů. Respirační, přídavný a rezervní objem vzduchu jsou vitální kapacita plic. U psů to tak je 1.5 -3 l, pro koně - 26-30, pro velké dobytek- 30-35 litrů vzduchu. Při maximálním výdechu v plicích ještě zbývá nějaký vzduch, tento objem se nazývá zbytkový vzduch. Vitální kapacita plic a zbytkový vzduch jsou celkovou kapacitu plic. Velikost vitální kapacita kapacita plic se může u některých onemocnění výrazně snížit, což vede k poruše výměny plynů.
Stanovení vitální kapacity plic má velká důležitost objasnit fyziologický stav tělo v normálním i patologickém stavu. Lze ji určit pomocí speciálního přístroje zvaného vodní spirometr (přístroj Spiro 1-B). Bohužel tyto metody je obtížné aplikovat v produkčním prostředí. U laboratorních zvířat se vitální kapacita zjišťuje v narkóze, inhalací směsi s vysokým obsahem CO2. Velikost největšího výdechu přibližně odpovídá vitální kapacitě plic. Vitální kapacita se liší v závislosti na věku, produktivitě, plemeni a dalších faktorech.
Plicní ventilace Po tichém výdechu zůstává v plicích rezervní nebo zbytkový vzduch, nazývaný také alveolární vzduch. Asi 70% vdechovaného vzduchu vstupuje přímo do plic, zbývajících 25-30% se neúčastní výměny plynů, protože zůstává v horních cestách dýchacích. Objem alveolárního vzduchu u koní je 22 litrů. Vzhledem k tomu, že při klidném dýchání kůň vdechne 5 litrů vzduchu, z toho pouze 70%, neboli 3,5 litru, vstupuje do plicních sklípků, pak při každém nádechu je v plicních sklípcích ventilována pouze 1/6 vzduchu (3,5:22). vdechovaného vzduchu do alveolárních se nazývá koeficient plicní ventilace, a množství vzduchu procházejícího plícemi za 1 minutu je minutový objem plicní ventilace. Minutový objem je proměnná hodnota v závislosti na dechové frekvenci, vitální kapacitě plic, intenzitě práce, povaze stravy, patologický stav plíce a další faktory.
Dýchací cesty (hrtan, průdušnice, průdušky, bronchioly) se přímo nepodílejí na výměně plynů, proto se nazývají škodlivý prostor. Mají však velký význam v procesu dýchání. Sliznice nosních cest a horních cest dýchacích obsahuje serózní slizniční buňky a řasinkový epitel. Hlen zachycuje prach a zvlhčuje dýchací cesty. Řasinkový epitel pohybem chloupků pomáhá odstraňovat hlen s částicemi prachu, písku a jiných mechanických nečistot do nosohltanu, odkud je vymrštěn. Horní cesty dýchací obsahují mnoho smyslových receptorů, jejichž podráždění vyvolává ochranné reflexy, jako je kašel, kýchání a smrkání. Tyto reflexy pomáhají odstraňovat z průdušek částice prachu, potravin, mikrobů a toxických látek, které pro tělo představují nebezpečí. Kromě toho se vdechovaný vzduch ohřívá díky bohatému prokrvení sliznice nosních cest, hrtanu a průdušnice.
Objem plicní ventilace je o něco menší než množství krve protékající plicním oběhem za jednotku času. Na vrcholu plic jsou alveoly ventilovány méně efektivně než na bázi přiléhající k bránici. V oblasti apexu plic proto ventilace relativně převažuje nad průtokem krve. Přítomnost venoarteriálních anastomóz a snížený poměr ventilace k průtoku krve v určitých částech plic je hlavním důvodem nižšího napětí kyslíku a vyššího napětí oxidu uhličitého v plicích. arteriální krev ve srovnání s parciálním tlakem těchto plynů v alveolárním vzduchu.
Složení vdechovaného, vydechovaného a alveolárního vzduchu Atmosférický vzduch obsahuje 20,82 % kyslíku, 0,03 % oxidu uhličitého a 79,03 % dusíku. Vzduch v budovách pro hospodářská zvířata obvykle obsahuje více oxidu uhličitého, vodní páry, čpavku, sirovodíku atd. Množství kyslíku může být menší než v atmosférickém vzduchu.
Vydechovaný vzduch obsahuje v průměru 16,3 % kyslíku, 4 % oxidu uhličitého, 79,7 % dusíku (tyto údaje jsou uvedeny jako suchý vzduch, tedy bez vodní páry, kterou je vydechovaný vzduch nasycen). Složení vydechovaného vzduchu není konstantní a závisí na intenzitě metabolismu, objemu plicní ventilace, teplotě okolního vzduchu atd.
Alveolární vzduch se od vydechovaného liší vyšším obsahem oxidu uhličitého – 5,62 % a méně kyslíku – v průměru 14,2–14,6, dusíku – 80,48 %. Vydýchaný vzduch obsahuje vzduch nejen z alveol, ale také ze „škodlivého prostoru“, kde má stejné složení jako atmosférický vzduch.
Dusík se nepodílí na výměně plynů, ale jeho procento ve vdechovaném vzduchu je o něco nižší než ve vydechovaném a alveolárním vzduchu. To je vysvětleno skutečností, že objem vydechovaného vzduchu je o něco menší než objem vdechovaného vzduchu.
Maximální přípustná koncentrace oxidu uhličitého v chlévy, stáje, telata - 0,25 %; ale již 1 % C02 způsobuje znatelnou dušnost a plicní ventilace se zvyšuje o 20 %. Hladina oxidu uhličitého nad 10 % vede ke smrti.
DÝCHÁNÍ je soubor procesů, které zajišťují, že tělo spotřebovává kyslík (O2) a uvolňuje oxid uhličitý (CO2).
KROKY DÝCHÁNÍ:
1. Zevní dýchání nebo ventilace plic - výměna plynů mezi atmosférickým a alveolárním vzduchem
2. Výměna plynů mezi alveolárním vzduchem a krví kapilár plicního oběhu
3. Transport plynů krví (O 2 a CO 2)
4. Výměna plynů ve tkáních mezi krví kapilár systémového oběhu a tkáňovými buňkami
5. Tkáňové, neboli vnitřní, dýchání - proces tkáňové absorpce O 2 a uvolňování CO 2 (redoxní reakce v mitochondriích s tvorbou ATP)
DÝCHACÍ SYSTÉM
Soubor orgánů, které zásobují tělo kyslíkem, odvádějí oxid uhličitý a uvolňují energii potřebnou pro všechny formy života.
FUNKCE DÝCHACÍHO SYSTÉMU:
Ø Poskytování tělu kyslíkem a jeho využití v redoxních procesech
Ø Tvorba a uvolňování přebytečného oxidu uhličitého z těla
Ø oxidace (rozklad) organické sloučeniny s výdejem energie
Ø Uvolňování těkavých produktů metabolismu (vodní pára (500 ml denně), alkohol, čpavek atd.)
Procesy, které jsou základem provádění funkcí:
a) ventilace (větrání)
b) výměna plynu
STRUKTURA DÝCHACÍHO SYSTÉMU
Rýže. 12.1. Struktura dýchací systém
1 – Nosní průchod
2 – Nosní lastura
3 – Čelní dutina
4 – Sfénoidní sinus
5 – Hrdlo
6 – Hrtan
7 – Průdušnice
8 – Levá průduška
9 – Pravá průduška
10 – vlevo bronchiální strom
11 – Pravý bronchiální strom
12 – Levá plíce
13 – Pravá plíce
14 – Clona
16 – Jícen
17 – Žebra
18 – hrudní kost
19 – Klíční kost
orgán pachu a také vnější otvor dýchacích cest: slouží k ohřívání a čištění vdechovaného vzduchu
NOSNÍ DUTINA
Počáteční úsek dýchacích cest a zároveň orgán čichu. Táhne se od nosních dírek k hltanu, rozdělený přepážkou na dvě poloviny, které jsou vpředu průchozí nosní dírky komunikovat s atmosférou a vzadu s pomocí joan– s nosohltanem
Rýže. 12.2. Stavba nosní dutiny
Hrtan
kus dýchací trubice, která spojuje hltan s průdušnicí. Nachází se na úrovni IV-VI krčních obratlů. Je to vstupní otvor, který chrání plíce. Hlasivky se nacházejí v hrtanu. Za hrtanem je hltan, se kterým komunikuje s jeho horní otvor. Pod hrtanem přechází do průdušnice
Rýže. 12.3. Stavba hrtanu
Glottis- prostor mezi pravou a levou hlasivkou. Při změně polohy chrupavky se působením svalů hrtanu může změnit šířka glottis a napětí hlasivek. Vydechovaný vzduch rozechvívá hlasivky ® vznikají zvuky
Průdušnice
trubice, která komunikuje s hrtanem nahoře a končí předělem dole ( rozdvojení ) do dvou hlavních průdušek
Rýže. 12.4. Hlavní dýchací cesty
Vdechovaný vzduch prochází hrtanem do průdušnice. Odtud se dělí na dva proudy, z nichž každý jde do vlastních plic rozvětveným systémem průdušek
PRŮDUŠKY
tubulární útvary představující větve průdušnice. Odcházejí z průdušnice téměř v pravém úhlu a jdou k branám plic
Pravý průdušekširší, ale kratší vlevo, odjet a je jako pokračování průdušnice
Průdušky mají podobnou strukturu jako průdušnice; jsou velmi flexibilní díky chrupavčitým prstencům ve stěnách a jsou vystlány respiračním epitelem. Základ pojivové tkáně je bohatý na elastická vlákna, která mohou měnit průměr bronchu
Hlavní průdušky(první objednávka) se dělí na spravedlnost (druhá objednávka): tři v pravé plíci a dva v levé – každý jde do svého laloku. Poté jsou rozděleny na menší, jdoucí do vlastních segmentů - segmentový (třetí řád), které se dále rozdělují, tvoří "bronchiální strom" plíce
BRONCHIÁLNÍ STROM– bronchiální systém, kterým vzduch z průdušnice vstupuje do plic; zahrnuje hlavní, lobární, segmentální, subsegmentální (9-10 generací) bronchy a také bronchioly (laločnaté, terminální a respirační)
V bronchopulmonálních segmentech se průdušky postupně dělí až 23krát, dokud neskončí ve slepém konci alveolárních váčků
Bronchioles(průměr dýchacího traktu menší než 1 mm) se dělí, dokud nevzniknou konec (terminál) bronchioly, které se dělí na nejtenčí krátké dýchací cesty - respirační bronchioly, měnící se na alveolárních kanálků, na jejichž stěnách jsou bubliny - alveoly (vzduchové vaky). Hlavní část alveolů je soustředěna do shluků na koncích alveolárních kanálků, které se tvoří při dělení respiračních bronchiolů
Rýže. 12.5. Dolní dýchací cesty
Rýže. 12.6. Dýchací cesty, oblast výměny plynů a jejich objemy po tichém výdechu
Funkce dýchacích cest:
1. Výměna plynu - dodávka atmosférického vzduchu do výměna plynu oblast a vedení směsi plynů z plic do atmosféry
2. Neplynová výměna:
§ Čištění vzduchu od prachu a mikroorganismů. Ochranný dýchací reflexy(kašel, kýchání).
§ Zvlhčování vdechovaného vzduchu
§ Oteplení vdechovaného vzduchu (na úrovni 10. generace až na 37 0 C
§ Příjem (vnímání) čichových, teplotních, mechanických podnětů
§ Účast na procesech termoregulace těla (výroba tepla, odpařování tepla, konvekce)
§ Jsou to periferní zařízení pro generování zvuku
Acinus
konstrukční jednotka plíce (až 300 tisíc), při kterých dochází k výměně plynů mezi krví umístěnou v kapilárách plic a vzduchem vyplňujícím plicní alveoly. Jedná se o komplex z počátku respiračního bronchiolu, připomínající svým vzhledem hrozen hroznů
Mezi acini patří 15-20 alveolů do plicního lalůčku - 12-18 acini. Laloky plic jsou tvořeny laloky
Rýže. 12.7. Plicní acinus
Alveoly(v plicích dospělého člověka je jich 300 milionů, jejich celková plocha je 140 m2) - otevřené vezikuly s velmi tenkými stěnami, jejichž vnitřní povrch je vystlán jednovrstvým dlaždicovým epitelem ležícím na hlavní membráně, ke kterému propletené alveoly sousedí krevní kapiláry, tvořící spolu s epiteliálními buňkami bariéru mezi krví a vzduchem (vzduch-krev bariéra) Tloušťka 0,5 mikronu, která nenarušuje výměnu plynů a uvolňování vodní páry
Nalezeno v alveolech:
§ makrofágy(ochranné buňky), které absorbují cizí částice vstupující do dýchacího traktu
§ pneumocyty- buňky, které vylučují povrchově aktivní látka
Rýže. 12.8. Ultrastruktura alveolů
POVRCHově aktivní látka– plicní surfaktant obsahující fosfolipidy (zejména lecitin), triglyceridy, cholesterol, proteiny a sacharidy a tvořící vrstvu o tloušťce 50 nm uvnitř alveol, alveolárních kanálků, váčků, bronchiolů
Hodnota povrchově aktivní látky:
§ Snižuje povrchové napětí tekutiny pokrývající alveoly (téměř 10x) ® usnadňuje inhalaci a zabraňuje atelektáze (slepení) alveol při výdechu.
§ Usnadňuje difúzi kyslíku z alveolů do krve díky dobré rozpustnosti kyslíku v nich.
§ Plní ochrannou roli: 1) má bakteriostatickou aktivitu; 2) chrání stěny alveolů před škodlivými účinky oxidačních činidel a peroxidů; 3) zajišťuje zpětný transport prachu a mikrobů dýchacími cestami; 4) snižuje propustnost plicní membrány, což zabraňuje rozvoji plicního edému v důsledku snížení exsudace tekutiny z krve do alveolů
PLÍCE
Pravá a levá plíce jsou dva samostatné objekty umístěné v hrudní dutině na obou stranách srdce; pokrytá serózní membránou - pohrudnice, který kolem nich tvoří dva uzavřené pleurální vak. Mají nepravidelný kuželovitý tvar se základnou obrácenou k bránici a vrcholem vyčnívajícím 2-3 cm nad klíční kostí v oblasti krku
Rýže. 12.10. Segmentová struktura plic.
1 – apikální segment; 2 – zadní segment; 3 – přední segment; 4 – boční segment ( pravá plíce) a horní lingulární segment (levá plíce); 5 – mediální segment (pravá plíce) a dolní lingulární segment (levá plíce); 6 – apikální segment dolního laloku; 7 – bazální mediální segment; 8 – bazální přední segment; 9 – bazální laterální segment; 10 – bazální zadní segment
ELASTICITA PLIC
schopnost reagovat na zatížení zvýšením napětí, což zahrnuje:
§ pružnost– schopnost obnovit svůj tvar a objem po ukončení působení vnější síly, což způsobuje deformaci
§ tuhost– schopnost odolávat další deformaci při překročení elasticity
Důvody elastických vlastností plic:
§ napětí elastického vlákna plicního parenchymu
§ povrchové napětí tekutina vystýlající alveoly – vytvořená povrchově aktivní látkou
§ krevní náplň plic (čím vyšší krevní náplň, tím menší elasticita
Rozšiřitelnost– inverzní vlastnost elasticity je spojena s přítomností elastických a kolagenových vláken, která tvoří spirální síť kolem alveol
Plastický– vlastnost opačná než tuhost
FUNKCE PLIC
Výměna plynu– obohacení krve kyslíkem využívaným tělesnými tkáněmi a odstranění oxidu uhličitého z ní: dosaženo plicní cirkulací. Krev z tělesných orgánů se vrací do pravá strana srdce a plicní tepny jde do plic
Neplynová výměna:
Ø Z ochranný – tvorba protilátek, fagocytóza alveolárními fagocyty, produkce lysozymu, interferonu, laktoferinu, imunoglobulinů; Mikroby, agregáty tukových buněk a tromboembolie jsou zadržovány a ničeny v kapilárách
Ø Účast na termoregulačních procesech
Ø Účast na alokačních procesech – odstranění CO 2, vody (cca 0,5 l/den) a některých těkavých látek: etanol, éter, oxid dusný, aceton, ethylmerkaptan
Ø Inaktivace biologicky aktivních látek – více než 80 % bradykininu zavedeného do plicního krevního řečiště je zničeno během jediného průchodu krve plícemi, angiotenzin I se vlivem angiotenzinázy přemění na angiotenzin II; 90-95 % prostaglandinů skupiny E a P je inaktivováno
Ø Podílení se na produkci biologicky aktivních látek – heparin, tromboxan B 2, prostaglandiny, tromboplastin, krevní koagulační faktory VII a VIII, histamin, serotonin
Ø Slouží jako vzduchojem pro tvorbu hlasu
VNĚJŠÍ DÝCHÁNÍ
Proces ventilace plic zajišťující výměnu plynů mezi tělem a prostředím. Provádí se díky přítomnosti dýchacího centra, jeho aferentních a eferentních systémů a dýchacích svalů. Ohodnoceno poměrem alveolární ventilace na minutovou hlasitost. K charakterizaci zevního dýchání se používají statické a dynamické ukazatele zevního dýchání
Dýchací cyklus– rytmicky se opakující změna stavu dechového centra a výkonné orgány dýchání
Rýže. 12.11. Dýchací svaly
Membrána- plochý sval, který odděluje dutinu hrudní od dutiny břišní. Tvoří dvě kopule, levou a pravou, s jejich vybouleninami směřujícími vzhůru, mezi nimiž je malá prohlubeň pro srdce. Má několik otvorů, kterými procházejí velmi důležité struktury těla z hrudní oblasti do břišní oblasti. Stahováním zvětšuje objem hrudní dutiny a zajišťuje proudění vzduchu do plic
Rýže. 12.12. Poloha bránice při nádechu a výdechu
tlak v pleurální dutině
Fyzické množství, charakterizující stav obsahu pleurální dutiny. Toto je množství, o které je tlak v pleurální dutině nižší než atmosférický tlak ( podtlaku); při klidném dýchání se rovná 4 mm Hg. Umění. na konci výdechu a 8 mmHg. Umění. na konci inhalace. Vzniká silami povrchového napětí a elastickým tahem plic
Rýže. 12.13. Při nádechu a výdechu se mění tlak
INHALOVAT(inspirace) je fyziologický akt naplnění plic atmosférickým vzduchem. Provádí se díky aktivní činnosti dechového centra a dýchacích svalů, čímž se zvětšuje objem hrudníku, což má za následek snížení tlaku v pleurální dutině a alveolách, což vede ke vstupu vzduchu životní prostředí do průdušnice, průdušek a dýchacích zón plic. Vyskytuje se bez aktivní účasti plic, protože v nich nejsou žádné kontraktilní prvky
VÝDECH(výdech) je fyziologický akt odstranění části vzduchu z plic, která se účastní výměny plynů. Nejprve je odstraněn vzduch anatomického a fyziologického mrtvého prostoru, který se jen málo liší od atmosférického vzduchu, poté alveolární vzduch, obohacený o CO 2 a chudý na O 2 v důsledku výměny plynů. Za klidových podmínek je proces pasivní. Provádí se bez vynaložení svalové energie díky elastickému tahu plic, hrudníku, gravitačním silám a relaxaci dýchacích svalů
Při nuceném dýchání se hloubka výdechu zvyšuje pomocí o břišní a vnitřní mezižeberní svaly. Břišní svaly se stlačují břišní dutina vpředu a zesilují vzestup bránice. Vnitřní mezižeberní svaly posouvají žebra dolů a tím zmenšují průřez dutiny hrudní, a tím i její objem
Při narození dítěte plíce ještě neobsahují vzduch a jejich vlastní objem se shoduje s objemem hrudní dutiny. Kontrakty při prvním vdechnutí kosterní svalstvo nádechem se zvětšuje objem hrudní dutiny.
Tlak na plíce zvenčí z rudné buňky se oproti atmosférickému tlaku snižuje. Díky tomuto rozdílu vzduch volně vstupuje do plic, protahuje je a tlačí vnější povrch plíce k vnitřnímu povrchu hrudníku a k bránici. Současně natažené plíce, které mají pružnost, odolávají natahování. Výsledkem je, že ve výšce nádechu již plíce nevyvíjejí na hrudník zevnitř atmosférický tlak, ale menší o míru elastického tahu plic.
Po narození dítěte hrudník roste rychleji než plicní tkáň. Protože
plíce jsou pod vlivem stejných sil, které je napínaly při prvním nádechu, zcela vyplňují hrudník jak při nádechu, tak při výdechu, jsou neustále v nataženém stavu. V důsledku toho je tlak plic na vnitřní povrch hrudníku vždy menší než tlak vzduchu v plicích (o velikosti elastického tahu plic). Když se kdykoli během nádechu nebo výdechu zastaví dýchání, v plicích se okamžitě nastaví atmosférický tlak. Když se pro diagnostické účely propíchne hrudník a temenní pleura dospělého člověka dutou jehlou spojenou s tlakoměrem a konec jehly se dostane do pleurální dutiny, tlak v tlakoměru okamžitě klesne pod atmosférický tlak. Tlakoměr registruje podtlak v pohrudniční dutině vzhledem k atmosférickému tlaku braný jako nulový.Tento rozdíl mezi tlakem v alveolech a tlakem plic na vnitřním povrchu hrudníku, tedy tlakem v pohrudniční dutině, je tzv. transpulmonální tlak.
Více k tématu TLAK V PLEURNÍ DUTINCE. MECHANISMUS JEHO VZHLEDU:
- KOLÍSÁNÍ TLAKU V PLEURÁLNÍ DUTINĚ PŘI DÝCHÁNÍ. JEJICH MECHANISMUS.
- DECHOVÉ CVIČENÍ č. I. MECHANISMY JEHO VLIVU NA ZDRAVÍ. „SILNÉ“ A „SLABÉ“ STRÁNKY CVIČENÍ.
