A. I. KIENYA
FISIOLOGÍA
RESPIRACIÓN
Ministerio de Salud de la República de Bielorrusia
Instituto Médico Estatal de Gomel
Departamento de Fisiología Humana
A. I. KIENYA
Doctor en Ciencias Biológicas, Profesor
FISIOLOGÍA
RESPIRACIÓN
Revisores:
Ruzanov D. Yu., Candidato de Ciencias Médicas, Jefe del Departamento de Fisiopulmonología, Instituto Médico Estatal de Gomel.
Kienya A.I.
K38 Fisiología de la respiración: Libro de texto - Gomel.-2002.- p.
El manual se basa en el material de las conferencias sobre la sección "Fisiología de la respiración" de la fisiología normal, impartidas por el autor a estudiantes de la Facultad de Medicina y de la Facultad de Formación de Especialistas para Países Extranjeros.
Para estudiantes, docentes, estudiantes de posgrado de universidades médicas y biológicas y especialidades afines.
© AI Kienya
PREFACIO
Este manual es un resumen de las conferencias sobre la sección "Fisiología de la respiración" de la fisiología normal, impartidas por el autor a estudiantes del Instituto Médico Estatal de Gomel. El material del manual se presenta de acuerdo con el Programa de Fisiología Normal para Estudiantes de la Facultad de Medicina y Profilaxis de Ciencias Médicas Superiores. Instituciones educacionales No. 08-14/5941, aprobado por el Ministerio de Salud de la República de Bielorrusia el 3 de septiembre de 1997.
El manual presenta información moderna sobre la respiración como un sistema que atiende los procesos metabólicos en el cuerpo. Las principales etapas de la respiración, los mecanismos de los movimientos respiratorios (inhalación y exhalación), el papel de la presión negativa en cavidad pleural, ventilación de los pulmones y volúmenes y capacidades pulmonares, espacio muerto anatómico y funcional, sus significado fisiológico, procesos de intercambio de gases en los pulmones, transporte de gases (O 2 y CO 2) por la sangre, factores que influyen en la formación de compuestos de hemoglobina con O 2 y CO 2 y su disociación, intercambio de gases entre sangre y tejidos. Se consideran los mecanismos neurohumorales de regulación de la respiración, se analiza la organización estructural del centro respiratorio, el papel de la composición del gas y varios receptores en la regulación de la respiración. Describe las características de la inspiración. diferentes condiciones. Se describen el mecanismo y las teorías sobre la aparición del primer aliento de un recién nacido. están siendo considerados características de edad respiración.
Las características del sistema respiratorio relacionadas con la edad se consideran por separado.
Al final del manual se presentan las principales constantes sanguíneas de una persona sana.
Al mismo tiempo, el autor es consciente de que en este manual, debido a su pequeño volumen, no fue posible cubrir en detalle todos los aspectos de la fisiología respiratoria, por lo que algunos de ellos se presentan de forma resumida, sobre los cuales se puede obtener información más extensa. se puede encontrar en las fuentes bibliográficas que se encuentran al final del manual.
El autor estará muy agradecido con todas aquellas personas que consideren posible expresar sus comentarios críticos al manual propuesto, los cuales serán percibidos como una expresión del deseo de colaborar en su mejora durante su posterior reedición.
RESPIRACIÓN EXTERNA
La generación de energía necesaria para asegurar las funciones vitales del cuerpo humano se produce sobre la base de procesos oxidativos. Para su implementación, es necesaria una entrada constante de O 2 del ambiente externo y la eliminación continua del CO 2, formado en los tejidos como resultado del metabolismo.
El conjunto de procesos que aseguran la entrada de O 2 al organismo, la entrega y consumo de sus tejidos y la liberación del producto final de la respiración CO 2 en ambiente externo, se llama respiración. Este es un sistema fisiológico.
Una persona puede vivir sin:
comida por menos de un mes,
· agua - 10 días,
· oxígeno - 4-7 minutos (sin reserva). En este caso, en primer lugar, se produce la muerte de las células nerviosas.
El complejo proceso de intercambio de gases con el medio ambiente consta de una serie de procesos secuenciales.
Respiración externa (pulmonar):
1. Intercambio de gases entre el aire pulmonar y el aire atmosférico (ventilación pulmonar).
2. Intercambio de gases entre el aire pulmonar y la sangre de los capilares de la circulación pulmonar.
Interno:
3. Transporte de O 2 y CO 2 por la sangre.
4. Intercambio de gases entre sangre y células (respiración tisular), es decir, consumo de O 2 y liberación de CO 2 durante el metabolismo.
Función respiración externa y la renovación de la composición gaseosa de la sangre en los seres humanos se lleva a cabo mediante las vías respiratorias y los pulmones.
Vías respiratorias: nasal y cavidad oral, laringe, tráquea, bronquios, bronquiolos, conductos alveolares. La tráquea en el ser humano mide aproximadamente 15 cm y se divide en dos bronquios: derecho e izquierdo. Se ramifican en bronquios más pequeños y estos últimos en bronquiolos (hasta 0,3 - 0,5 mm de diámetro). El número total de bronquiolos es de aproximadamente 250 millones. Los bronquiolos se ramifican en conductos alveolares y terminan en sacos ciegos: los alvéolos. Los alvéolos están revestidos internamente por epitelio respiratorio. La superficie de todos los alvéolos en humanos alcanza los 50-90 m2.
Cada alvéolo está entrelazado con una densa red de capilares sanguíneos.
Hay dos tipos de células en la membrana mucosa del tracto respiratorio:
a) células epiteliales ciliadas;
b) células secretoras.
En el exterior, los pulmones están cubiertos por una fina membrana serosa: la pleura.
EN pulmón derecho Hay tres lóbulos: superior (apical), medio (cardíaco), inferior (diafragmático). El pulmón izquierdo tiene dos lóbulos (superior e inferior).
Para llevar a cabo procesos de intercambio de gases en la estructura de los pulmones, existen una serie de características adaptativas:
1. La presencia de canales de aire y sangre, separados entre sí por una fina película que consta de una doble capa: los propios alvéolos y el capilar (una sección de aire y sangre, de 0,004 mm de espesor). La difusión de gases se produce a través de esta barrera aire-hemática.
2. El área respiratoria extensa de los pulmones, 50-90 m2, es aproximadamente igual al aumento de la superficie corporal (1,7 m20) en varias decenas de veces.
3. La presencia de una circulación pulmonar especial, que realiza específicamente una función oxidativa (círculo funcional). Una partícula de sangre pasa a través de un pequeño círculo en 5 segundos y el tiempo de contacto con la pared alveolar es de solo 0,25 a 0,7 segundos.
4. La presencia de tejido elástico en los pulmones, que favorece la expansión y el colapso de los pulmones durante la inhalación y la exhalación. Los pulmones se encuentran en un estado de tensión elástica.
5. La presencia de tejido cartilaginoso de soporte en el tracto respiratorio en forma de bronquios cartilaginosos. Esto evita que las vías respiratorias colapsen y permite que el aire pase rápida y fácilmente.
Movimientos respiratorios
La ventilación de los alvéolos, necesaria para el intercambio de gases, se realiza alternando inhalación (inspiración) y exhalación (espiración). Al inhalar, el aire saturado de O2 ingresa a los alvéolos. Al exhalar se les extrae aire, pobre en O 2, pero más rico en CO 2. La fase de inhalación y la siguiente fase de exhalación son ciclo respiratorio.
El movimiento del aire es causado por un aumento y una disminución alternados de volumen. pecho.
El mecanismo de inhalación (inspiración).
Agrandamiento de la cavidad torácica en los planos vertical, sagital y frontal. Esto se consigue elevando las costillas y aplanando (bajando) el diafragma.
Movimiento de las costillas. Las costillas forman conexiones móviles con los cuerpos y las apófisis transversales de las vértebras. El eje de rotación de las costillas pasa por estos dos puntos. El eje de rotación de las costillas superiores es casi horizontal, por lo que cuando se elevan las costillas, el tamaño del tórax aumenta en dirección anteroposterior. El eje de rotación de las costillas inferiores se encuentra más sagital. Por tanto, cuando se elevan las costillas, el volumen del tórax aumenta lateralmente.
Dado que el movimiento de las costillas inferiores tiene un mayor impacto en el volumen del tórax, los lóbulos inferiores del pulmón están mejor ventilados que los vértices.
La elevación de las costillas se produce debido a la contracción de los músculos inspiratorios. Estos incluyen: músculos intercostales externos e intercartilaginosos internos. Sus fibras musculares están orientadas de tal manera que su punto de unión a la costilla inferior está ubicado más lejos del centro de rotación que el punto de unión a la costilla suprayacente. Su dirección: detrás, arriba, adelante y abajo.
Como resultado, el cofre aumenta de volumen.
En un hombre joven sano, la diferencia entre la circunferencia del pecho en las posiciones de inhalación y exhalación es de 7 a 10 cm, en las mujeres es de 5 a 8 cm. Durante la respiración forzada, se activan los músculos inspiratorios auxiliares:
· - pectoral mayor y menor;
· - escaleras;
· - esternocleidomastoideo;
· - (parcialmente) dentado;
· - trapezoidal, etc.
La conexión de los músculos auxiliares se produce cuando la ventilación pulmonar supera los 50 l/min.
movimiento de apertura. El diafragma consta de un centro tendinoso y fibras musculares que se extienden desde este centro en todas direcciones y están unidas a la abertura torácica. Tiene forma de cúpula y sobresale hacia la cavidad torácica. Cuando exhala, se encuentra adyacente a la pared interna del tórax en un área aproximadamente igual a 3 costillas. Al inhalar, el diafragma se aplana como resultado de la contracción de sus fibras musculares. Al mismo tiempo, se aleja de la superficie interna del tórax y se abren los senos costofrénicos.
La inervación del diafragma es por nervios frénicos de C 3 -C 5. Transección unilateral del nervio frénico en el mismo lado, el diafragma es empujado fuertemente hacia la cavidad torácica bajo la influencia de la presión de las vísceras y el empuje de los pulmones. El movimiento de las partes inferiores de los pulmones es limitado. Así, la inspiración es activo Acto.
Mecanismo de exhalación (espiración) se garantiza a través de:
· Pesadez del pecho.
· Elasticidad de los cartílagos costales.
· Elasticidad de los pulmones.
· Presión de los órganos abdominales sobre el diafragma.
En reposo, se produce la exhalación. pasivamente.
En la respiración forzada se utilizan los músculos espiratorios: músculos intercostales internos (su dirección es desde arriba, atrás, adelante, abajo) y músculos espiratorios auxiliares: músculos que flexionan la columna, músculos abdominales (oblicuo, recto, transverso). Cuando este último se contrae, los órganos abdominales ejercen presión sobre el diafragma relajado y éste sobresale hacia la cavidad torácica.
Tipos de respiración. Dependiendo principalmente de qué componente (elevación de las costillas o del diafragma) aumenta el volumen del tórax, existen 3 tipos de respiración:
· - torácico (costilla);
· - abdominales;
· - mezclado.
En mayor medida, el tipo de respiración depende de la edad (aumenta la movilidad del pecho), la ropa (corpiños ajustados, pañales), la profesión (para las personas que realizan trabajos físicos, aumenta el tipo de respiración abdominal). La respiración abdominal se vuelve difícil. meses recientes Se incluye adicionalmente el embarazo y luego la lactancia.
El tipo de respiración más eficaz es la abdominal:
· - ventilación más profunda de los pulmones;
· - facilita el retorno de la sangre venosa al corazón.
El tipo de respiración abdominal predomina entre los trabajadores manuales, escaladores, cantantes, etc. En un niño, después del nacimiento, se establece primero el tipo de respiración abdominal y, posteriormente, a los 7 años, la respiración torácica.
Presión en la cavidad pleural y su cambio durante la respiración.
Los pulmones están cubiertos por pleura visceral y la película de la cavidad torácica está cubierta por pleura parietal. Entre ellos hay líquido seroso. Se ajustan perfectamente entre sí (espacio de 5 a 10 micrones) y se deslizan entre sí. Este deslizamiento es necesario para que los pulmones puedan seguir los complejos cambios del tórax sin deformarse. Con la inflamación (pleuresía, adherencias), la ventilación de las áreas correspondientes de los pulmones disminuye.
Si inserta una aguja en la cavidad pleural y la conecta a un manómetro de agua, encontrará que la presión en ella es:
· al inhalar - de 6 a 8 cm de H 2 O
· al exhalar - 3-5 cm H 2 O por debajo de la atmosférica.
Esta diferencia entre la presión intrapleural y la atmosférica suele denominarse presión de la cavidad pleural.
La presión negativa en la cavidad pleural es causada por la tracción elástica de los pulmones, es decir. Tendencia de los pulmones a colapsar.
Al inhalar, un aumento en la cavidad torácica conduce a un aumento de la presión negativa en la cavidad pleural, es decir, La presión transpulmonar aumenta, lo que provoca la expansión de los pulmones (demostración mediante el aparato de Donders).
Cuando los músculos inspiratorios se relajan, la presión transpulmonar disminuye y los pulmones colapsan debido a la elasticidad.
Si se introduce una pequeña cantidad de aire en la cavidad pleural, se disolverá, ya que en la sangre de las pequeñas venas de la circulación pulmonar la tensión de los gases disueltos es menor que en la atmósfera.
La acumulación de líquido en la cavidad pleural se evita gracias a la menor presión oncótica del líquido pleural (menos proteínas) que en el plasma. También es importante una disminución de la presión hidrostática en la circulación pulmonar.
Los cambios de presión en la cavidad pleural se pueden medir directamente (pero pueden dañar Tejido pulmonar). Por tanto, es mejor medirlo insertando un globo de 10 cm de largo en el esófago (en la parte torácica. Las paredes del esófago son muy flexibles).
La tracción elástica de los pulmones está provocada por 3 factores:
1. Tensión superficial de la película de líquido que recubre la superficie interna de los alvéolos.
2. La elasticidad del tejido de las paredes de los alvéolos (contienen fibras elásticas).
3. Tono de los músculos bronquiales.
En cualquier interfaz entre aire y líquido actúan fuerzas de cohesión intermoleculares que tienden a reducir el tamaño de esta superficie (fuerzas de tensión superficial). Bajo la influencia de estas fuerzas, los alvéolos tienden a contraerse. Las fuerzas de tensión superficial crean 2/3 de la tracción elástica de los pulmones. La tensión superficial de los alvéolos es 10 veces menor que la calculada teóricamente para la superficie del agua correspondiente.
Si la superficie interna de los alvéolos estuviera cubierta solución acuosa, entonces la tensión superficial debería haber sido de 5 a 8 veces mayor. En estas condiciones se produciría el colapso de los alvéolos (atelectasia). Pero esto no sucede.
Esto significa que en el líquido alveolar de la superficie interna de los alvéolos hay sustancias que reducen la tensión superficial, es decir, tensioactivos. Sus moléculas se atraen fuertemente entre sí, pero tienen una interacción débil con el líquido, como resultado de lo cual se acumulan en la superficie y, por lo tanto, reducen la tensión superficial.
Estas sustancias se llaman superficiales. sustancias activas(tensioactivos), cuyo papel en en este caso realizar los llamados tensioactivos. Son lípidos y proteínas. Están formados por células especiales de los alvéolos: neumocitos de tipo II. El revestimiento tiene un espesor de 20-100 nm. Pero los derivados de lecitina tienen la mayor actividad superficial de los componentes de esta mezcla.
Cuando el tamaño de los alvéolos disminuye. Las moléculas de tensioactivo se acercan, su densidad por unidad de superficie es mayor y la tensión superficial disminuye: el alvéolo no colapsa.
A medida que los alvéolos se agrandan (expanden), su tensión superficial aumenta, a medida que disminuye la densidad del surfactante por unidad de superficie. Esto mejora la tracción elástica de los pulmones.
En el proceso de respiración aumenta. músculos respiratorios se dedica a superar no solo la resistencia elástica de los pulmones y los tejidos del tórax, sino también a superar la resistencia inelástica al flujo de gas en las vías respiratorias, que depende de su luz.
La formación deficiente de surfactantes conduce al colapso de una gran cantidad de alvéolos (atelectasia), falta de ventilación de grandes áreas de los pulmones.
En los recién nacidos, los surfactantes son necesarios para la expansión de los pulmones durante los primeros movimientos respiratorios.
Existe una enfermedad de los recién nacidos en la que la superficie de los alvéolos está cubierta con un precipitado de fibrina (membranas de gealina), lo que reduce la actividad de los tensioactivos. Esto conduce a una expansión incompleta de los pulmones y violación grave el intercambio de gases.
Cuando entra aire (neumotórax) en la cavidad pleural (a través de una lesión pared torácica o pulmones) debido a la elasticidad de los pulmones: colapsan y son presionados hacia la raíz, ocupando 1/3 de su volumen.
En caso de neumotórax unilateral, el pulmón del lado no dañado puede proporcionar una saturación suficiente de la sangre con O 2 y la eliminación de CO 2 (en reposo). Para doble cara - si no se realiza ventilación artificial pulmones o sellado de la cavidad pleural, hasta la muerte.
El neumotórax unilateral a veces se utiliza con fines terapéuticos: introducir aire en la cavidad pleural para tratar la tuberculosis (caries).
Los pulmones y las paredes de la cavidad torácica están cubiertos por una membrana serosa: la pleura, que consta de capas visceral y parietal. Entre las capas de la pleura hay un espacio cerrado en forma de hendidura que contiene líquido seroso: la cavidad pleural.
La presión atmosférica, que actúa sobre las paredes internas de los alvéolos a través de las vías respiratorias, estira el tejido pulmonar y presiona la capa visceral contra la capa parietal, es decir. los pulmones están constantemente en un estado distendido. Con un aumento en el volumen del tórax como resultado de la contracción de los músculos inspiratorios, la capa parietal seguirá al tórax, esto conducirá a una disminución de la presión en la fisura pleural, por lo que la capa visceral, y con ella la pulmones, seguirá la capa parietal. La presión en los pulmones será más baja que la presión atmosférica y el aire entrará en los pulmones: se produce la inhalación.
La presión en la cavidad pleural es menor que la presión atmosférica, por lo que se llama presión pleural. negativo, aceptando condicionalmente Presión atmosférica por cero. Cuanto más se estiran los pulmones, mayor es su tracción elástica y menor cae la presión en la cavidad pleural. La cantidad de presión negativa en la cavidad pleural es igual a: al final de una inhalación tranquila – 5-7 mm Hg., al final de una inhalación máxima – 15-20 mm Hg., al final de una exhalación tranquila – 2-3 mm Hg al final de la exhalación máxima - 1-2 mm Hg.
La presión negativa en la cavidad pleural es causada por el llamado tracción elástica de los pulmones– la fuerza con la que los pulmones se esfuerzan constantemente por reducir su volumen.
La tracción elástica de los pulmones es causada por tres factores:
1) la presencia de una gran cantidad de fibras elásticas en las paredes de los alvéolos;
2) tono de los músculos bronquiales;
3) tensión superficial de la película líquida que recubre las paredes de los alvéolos.
La sustancia que recubre la superficie interna de los alvéolos se llama surfactante (Fig. 5).
Arroz. 5. Surfactante. Sección del tabique alveolar con acumulación de surfactante.
tensioactivo- se trata de un tensioactivo (una película que consta de fosfolípidos (90-95%), cuatro proteínas específicas, así como una pequeña cantidad de hidrato de carbono), formado por células especiales, los alveoloneumocitos de tipo II. Su vida media es de 12 a 16 horas.
Funciones tensioactivas:
· al inhalar, evita que los alvéolos se estiren demasiado debido a que las moléculas de tensioactivo se encuentran alejadas unas de otras, lo que se acompaña de un aumento de la tensión superficial;
· al exhalar, protege los alvéolos contra el colapso: las moléculas de surfactante se encuentran cerca unas de otras, por lo que la tensión superficial disminuye;
· crea la posibilidad de expansión de los pulmones durante la primera respiración del recién nacido;
· afecta la tasa de difusión de gases entre el aire alveolar y la sangre;
· regula la intensidad de la evaporación del agua de la superficie alveolar;
· tiene actividad bacteriostática;
· tiene un efecto descongestionante (reduce la fuga de líquido de la sangre hacia los alvéolos) y un efecto antioxidante (protege las paredes de los alvéolos de los efectos dañinos de los oxidantes y peróxidos).
Estudiar el mecanismo de cambios en el volumen pulmonar mediante el modelo de Donders.
experimento fisiológico
Los cambios en el volumen pulmonar se producen de forma pasiva, debido a cambios en el volumen de la cavidad torácica y a las fluctuaciones de presión en la fisura pleural y en el interior de los pulmones. El mecanismo de cambio en el volumen pulmonar durante la respiración se puede demostrar utilizando el modelo Donders (Fig. 6), que es un depósito de vidrio con fondo de goma. El orificio superior del depósito se cierra con un tapón a través del cual se pasa un tubo de vidrio. Al final de un tubo colocado dentro del depósito, los pulmones están conectados a la tráquea. A través del extremo exterior del tubo, la cavidad pulmonar se comunica con el aire atmosférico. Cuando se baja el fondo de goma, el volumen del depósito aumenta y la presión en el depósito se vuelve más baja que la presión atmosférica, lo que conduce a un aumento de la capacidad pulmonar.
Los pulmones están situados en una cavidad geométricamente cerrada formada por las paredes del tórax y el diafragma. El interior de la cavidad torácica está revestido por pleura, que consta de dos capas. Una hoja está adyacente al pecho y la otra a los pulmones. Entre las capas hay un espacio en forma de hendidura, o cavidad pleural, lleno de líquido pleural.
El tórax durante el período uterino y después del nacimiento crece más rápido que los pulmones. Además, las láminas pleurales tienen una alta capacidad de absorción. Por tanto, se establece una presión negativa en la cavidad pleural. Por lo tanto, en los alvéolos de los pulmones la presión es igual a la presión atmosférica: 760, y en la cavidad pleural, 745-754 mm Hg. Arte. Estos 10-30 mm aseguran la expansión de los pulmones. Si se perfora la pared torácica para que el aire entre en la cavidad pleural, los pulmones colapsarán inmediatamente (atelectasia). Esto sucederá porque la presión aire atmosférico en las superficies exterior e interior de los pulmones serán iguales.
Los pulmones en la cavidad pleural siempre están algo estirados, pero durante la inhalación su estiramiento aumenta drásticamente y durante la exhalación disminuye. Este fenómeno está bien demostrado por el modelo propuesto por Donders. Si selecciona una botella que corresponde en volumen al tamaño de los pulmones, habiéndolas colocado previamente en esta botella, y en lugar del fondo, estira una película de goma que actúa como diafragma, entonces los pulmones se expandirán con cada tirón del fondo de goma. La cantidad de presión negativa dentro de la botella cambiará en consecuencia.
La presión negativa se puede medir insertando una aguja de inyección conectada a un manómetro de mercurio en el espacio pleural. En animales grandes alcanza 30-35 al inhalar y al exhalar disminuye a 8-12 mmHg. Arte. Las fluctuaciones de presión durante la inhalación y la exhalación afectan el movimiento de la sangre a través de las venas ubicadas en la cavidad torácica. Dado que las paredes de las venas son fácilmente extensibles, se les transmite presión negativa, lo que contribuye a la expansión de las venas, su llenado de sangre y el retorno de la sangre venosa a la aurícula derecha al inhalar, el flujo de sangre al corazón; aumenta.
Tipos de respiración En los animales, existen tres tipos de respiración: costal o torácica; durante la inhalación predomina la contracción de los músculos intercostales externos; diafragmático o abdominal: la expansión del tórax se produce principalmente debido a la contracción del diafragma; eber-abdominal: la inhalación la proporcionan igualmente los músculos intercostales, el diafragma y los músculos abdominales. Este último tipo de respiración es característico de los animales de granja. Un cambio en el patrón respiratorio puede indicar una enfermedad del tórax o de los órganos abdominales. Por ejemplo, en caso de enfermedad de los órganos abdominales, predomina el tipo de respiración costal, ya que el animal protege los órganos enfermos.
Capacidad pulmonar vital y total En reposo. perros grandes y las ovejas exhalan en promedio 0,3-0,5, los caballos
5-6 litros de aire. Este volumen se llama respirando aire. Además de este volumen, los perros y las ovejas pueden inhalar otros 0,5-1, y los caballos (10-12 litros). aire adicional. Después de una exhalación normal, los animales pueden exhalar aproximadamente la misma cantidad de aire. reservar aire. Así, durante la respiración normal y superficial de los animales, el tórax no se expande hasta límite máximo, pero está en un cierto nivel óptimo, si es necesario, su volumen se puede aumentar debido a la contracción máxima de los músculos inspiratorios. Los volúmenes de aire respiratorio, adicional y de reserva son Capacidad vital de los pulmones. En perros es 1.5 -3 l, para caballos - 26-30, para grandes ganado- 30-35 litros de aire. En la exhalación máxima, todavía queda algo de aire en los pulmones, este volumen se llama aire residual. La capacidad vital de los pulmones y el aire residual son capacidad pulmonar total. Magnitud capacidad vital La capacidad pulmonar puede disminuir significativamente en algunas enfermedades, lo que conduce a un intercambio de gases deficiente.
La determinación de la capacidad vital de los pulmones ha gran importancia para aclarar estado fisiológico cuerpo en condiciones normales y patológicas. Se puede determinar utilizando un dispositivo especial llamado espirómetro de agua (dispositivo Spiro 1-B). Desafortunadamente, estos métodos son difíciles de aplicar en un entorno de producción. En animales de laboratorio, la capacidad vital se determina bajo anestesia, inhalando una mezcla con un alto contenido de CO2. La magnitud de la mayor exhalación corresponde aproximadamente a la capacidad vital de los pulmones. La capacidad vital varía según la edad, la productividad, la raza y otros factores.
Ventilación pulmonar Después de una exhalación tranquila, queda aire de reserva o residual en los pulmones, también llamado aire alveolar. Aproximadamente el 70% del aire inhalado ingresa directamente a los pulmones, el 25-30% restante no participa en el intercambio de gases, ya que permanece en el tracto respiratorio superior. El volumen de aire alveolar en los caballos es de 22 litros. Dado que durante la respiración tranquila un caballo inhala 5 litros de aire, de los cuales solo el 70%, o 3,5 litros, ingresa a los alvéolos, con cada respiración solo se ventila 1/6 del aire en los alvéolos (proporción 3,5:22). del aire inhalado al alveolar se llama coeficiente de ventilación pulmonar, y la cantidad de aire que pasa por los pulmones en 1 minuto es Volumen minuto de ventilación pulmonar. El volumen minuto es un valor variable dependiendo de la frecuencia respiratoria, la capacidad vital de los pulmones, la intensidad del trabajo, la naturaleza de la dieta, condición patológica pulmones y otros factores.
Las vías respiratorias (laringe, tráquea, bronquios, bronquiolos) no participan directamente en el intercambio de gases, por eso se llaman espacio dañino. Sin embargo, son de gran importancia en el proceso respiratorio. La membrana mucosa de las fosas nasales y el tracto respiratorio superior contiene células mucosas serosas y epitelio ciliado. La mucosidad atrapa el polvo y humedece las vías respiratorias. epitelio ciliado moviendo sus pelos ayuda a eliminar la mucosidad con partículas de polvo, arena y otras impurezas mecánicas hacia la nasofaringe, desde donde es expulsada. El tracto respiratorio superior contiene muchos receptores sensoriales, cuya irritación provoca reflejos protectores, como toser, estornudar y resoplar. Estos reflejos ayudan a eliminar de los bronquios partículas de polvo, alimentos, microbios y sustancias tóxicas que suponen un peligro para el organismo. Además, debido al abundante suministro de sangre a la membrana mucosa de las fosas nasales, la laringe y la tráquea, el aire inhalado se calienta.
El volumen de ventilación pulmonar es ligeramente menor que la cantidad de sangre que fluye a través de la circulación pulmonar por unidad de tiempo. En la parte superior de los pulmones, los alvéolos se ventilan con menos eficacia que en la base adyacente al diafragma. Por tanto, en la región del vértice de los pulmones, la ventilación predomina relativamente sobre el flujo sanguíneo. La presencia de anastomosis venoarteriales y una relación reducida entre la ventilación y el flujo sanguíneo en ciertas partes de los pulmones es la razón principal de la menor tensión de oxígeno y la mayor tensión de dióxido de carbono en los pulmones. sangre arterial en comparación con la presión parcial de estos gases en el aire alveolar.
Composición del aire inhalado, exhalado y alveolar. El aire atmosférico contiene 20,82% de oxígeno, 0,03% de dióxido de carbono y 79,03% de nitrógeno. El aire de las naves ganaderas suele contener más dióxido de carbono, vapor de agua, amoníaco, sulfuro de hidrógeno, etc. La cantidad de oxígeno puede ser menor que la del aire atmosférico.
El aire exhalado contiene en promedio un 16,3% de oxígeno, un 4% de dióxido de carbono y un 79,7% de nitrógeno (estas cifras se dan en términos de aire seco, es decir, menos el vapor de agua con el que está saturado el aire exhalado). La composición del aire exhalado no es constante y depende de la intensidad del metabolismo, el volumen de ventilación pulmonar, la temperatura del aire ambiente, etc.
El aire alveolar se diferencia del aire exhalado por un mayor contenido de dióxido de carbono (5,62%) y menos oxígeno (en promedio 14,2-14,6) y nitrógeno (80,48%). El aire exhalado contiene aire no sólo de los alvéolos, sino también del “espacio nocivo”, donde tiene la misma composición que el aire atmosférico.
El nitrógeno no participa en el intercambio de gases, pero su porcentaje en el aire inhalado es ligeramente menor que en el aire exhalado y alveolar. Esto se explica por el hecho de que el volumen de aire exhalado es ligeramente menor que el de aire inhalado.
Concentración máxima permitida de dióxido de carbono en corrales, establos, establos para terneros: 0,25%; pero ya el 1% de CO2 provoca una notable dificultad para respirar y la ventilación pulmonar aumenta en un 20%. Niveles de dióxido de carbono superiores al 10% provocan la muerte.
LA RESPIRACIÓN es un conjunto de procesos que aseguran que el cuerpo consuma oxígeno (O2) y libere dióxido de carbono (CO2).
PASOS DE LA RESPIRACIÓN:
1. Respiración externa o ventilación de los pulmones: intercambio de gases entre el aire atmosférico y alveolar.
2. Intercambio de gases entre el aire alveolar y la sangre de los capilares de la circulación pulmonar.
3. Transporte de gases por la sangre (O 2 y CO 2)
4. Intercambio de gases en los tejidos entre la sangre de los capilares de la circulación sistémica y las células del tejido.
5. Respiración tisular o interna: el proceso de absorción tisular de O 2 y liberación de CO 2 (reacciones redox en las mitocondrias con formación de ATP)
SISTEMA RESPIRATORIO
Conjunto de órganos que suministran oxígeno al cuerpo, eliminan dióxido de carbono y liberan la energía necesaria para todas las formas de vida.
FUNCIONES DEL SISTEMA RESPIRATORIO:
Ø Proporcionar oxígeno al cuerpo y utilizarlo en procesos redox.
Ø Formación y liberación del exceso de dióxido de carbono del cuerpo.
Ø Oxidación (descomposición) compuestos orgánicos con liberación de energía
Ø Liberación de productos metabólicos volátiles (vapor de agua (500 ml por día), alcohol, amoniaco, etc.)
Procesos subyacentes a la ejecución de funciones:
a) ventilación (ventilación)
b) intercambio de gases
ESTRUCTURA DEL SISTEMA RESPIRATORIO
Arroz. 12.1. Estructura Sistema respiratorio
1 – Paso nasal
2 – cornete nasal
3 – Seno frontal
4 – Seno esfenoidal
5 – Garganta
6 – Laringe
7 – Tráquea
8 – Bronquio izquierdo
9 – Bronquio derecho
10 – Izquierda árbol bronquial
11 – Árbol bronquial derecho
12 – Pulmón izquierdo
13 – Pulmón derecho
14 – Apertura
16 – Esófago
17 – Costillas
18 – Esternón
19 – Clavícula
el órgano del olfato, así como la abertura externa del tracto respiratorio: sirve para calentar y purificar el aire inhalado.
CAVIDAD NASAL
La sección inicial del tracto respiratorio y al mismo tiempo el órgano del olfato. Se extiende desde las fosas nasales hasta la faringe, dividido por un tabique en dos mitades, que están al frente a través de fosas nasales comunicarse con la atmósfera, y detrás con la ayuda. joan- con nasofaringe
Arroz. 12.2. Estructura de la cavidad nasal.
Laringe
Un trozo de tubo respiratorio que conecta la faringe con la tráquea. Ubicado al nivel de las vértebras cervicales IV-VI. Es un orificio de entrada que protege los pulmones. Las cuerdas vocales se encuentran en la laringe. Detrás de la laringe se encuentra la faringe, con la que se comunica con su agujero superior. Por debajo la laringe pasa a la tráquea.
Arroz. 12.3. Estructura de la laringe
Glotis- el espacio entre las cuerdas vocales derecha e izquierda. Cuando cambia la posición del cartílago, bajo la acción de los músculos de la laringe, el ancho de la glotis y la tensión de las cuerdas vocales pueden cambiar. El aire exhalado hace vibrar las cuerdas vocales ® se producen sonidos
Tráquea
un tubo que se comunica con la laringe en la parte superior y termina con una división en la parte inferior ( bifurcación ) en dos bronquios principales
Arroz. 12.4. Vías aéreas principales
El aire inhalado pasa a través de la laringe hacia la tráquea. Desde aquí se divide en dos corrientes, cada una de las cuales va a su propio pulmón a través de un sistema ramificado de bronquios.
BRONQUIOS
formaciones tubulares que representan las ramas de la tráquea. Salen de la tráquea casi en ángulo recto y se dirigen a las puertas de los pulmones.
Bronquio derecho más ancho pero más corto izquierda y es como una continuación de la tráquea
Los bronquios tienen una estructura similar a la tráquea; son muy flexibles debido a los anillos cartilaginosos de las paredes y están revestidos con epitelio respiratorio. La base del tejido conectivo es rica en fibras elásticas que pueden cambiar el diámetro del bronquio.
Bronquios principales(primer orden) están divididos en equidad (segundo orden): tres en el pulmón derecho y dos en el izquierdo; cada uno va a su propio lóbulo. Luego se dividen en segmentos más pequeños y se dividen en sus propios segmentos. segmentario (tercer orden), que continúan dividiéndose, formando "árbol bronquial" pulmón
ÁRBOL BRONQUIAL– el sistema bronquial, a través del cual el aire de la tráquea ingresa a los pulmones; incluye bronquios principales, lobares, segmentarios, subsegmentarios (9-10 generaciones), así como bronquiolos (lobulillares, terminales y respiratorios)
Dentro de los segmentos broncopulmonares, los bronquios se dividen sucesivamente hasta 23 veces hasta desembocar en un callejón sin salida de sacos alveolares.
Bronquiolos(diámetro de la vía aérea inferior a 1 mm) dividir hasta que se formen fin (Terminal) bronquiolos, que se dividen en las vías respiratorias cortas más delgadas - bronquiolos respiratorios, conviertiéndose en conductos alveolares, en cuyas paredes hay burbujas - alvéolos (sacos de aire). La mayor parte de los alvéolos se concentra en grupos en los extremos de los conductos alveolares, formados durante la división de los bronquiolos respiratorios.
Arroz. 12.5. Tracto respiratorio inferior
Arroz. 12.6. Vías respiratorias, zona de intercambio de gases y sus volúmenes tras una exhalación tranquila.
Funciones de las vías respiratorias:
1. Intercambio de gases - entrega de aire atmosférico a el intercambio de gasesÁrea y conducción de la mezcla de gases desde los pulmones a la atmósfera.
2. Intercambio no gaseoso:
§ Purificación del aire de polvo y microorganismos. Protector reflejos respiratorios(tos, estornudos).
§ Humidificación del aire inhalado.
§ Calentamiento del aire inhalado (al nivel de la décima generación hasta 37 0 C
§ Recepción (percepción) de estímulos olfativos, térmicos y mecánicos.
§ Participación en los procesos de termorregulación del cuerpo (producción de calor, evaporación de calor, convección)
§ Son un aparato periférico de generación de sonido.
Acino
unidad estructural pulmón (hasta 300 mil), en el que se produce el intercambio de gases entre la sangre ubicada en los capilares del pulmón y el aire que llena los alvéolos pulmonares. Es un complejo del inicio del bronquiolo respiratorio, con apariencia de racimo de uvas.
Los acinos incluyen 15-20 alvéolos, en el lóbulo pulmonar - 12-18 ácinos. Los lóbulos del pulmón están formados por lóbulos.
Arroz. 12.7. acino pulmonar
Alvéolos(en los pulmones de un adulto hay 300 millones, su superficie total es de 140 m2): vesículas abiertas con paredes muy delgadas, cuya superficie interna está revestida con un epitelio escamoso de una sola capa que se encuentra en la membrana principal, a la que los alvéolos entrelazados son adyacentes capilares sanguíneos, formando, junto con las células epiteliales, una barrera entre la sangre y el aire. (barrera aire-sangre) 0,5 micras de espesor, que no interfiere con el intercambio de gases y la liberación de vapor de agua.
Encontrado en los alvéolos:
§ macrófagos(células protectoras) que absorben partículas extrañas que ingresan al tracto respiratorio
§ neumocitos-células que secretan surfactante
Arroz. 12.8. Ultraestructura de los alvéolos.
TENSIOACTIVO– un tensioactivo pulmonar que contiene fosfolípidos (en particular lecitina), triglicéridos, colesterol, proteínas y carbohidratos y que forma una capa de 50 nm de espesor en el interior de los alvéolos, conductos alveolares, sacos y bronquiolos.
Valor tensioactivo:
§ Reduce la tensión superficial del líquido que recubre los alvéolos (casi 10 veces) ® facilita la inhalación y previene la atelectasia (pegajosidad) de los alvéolos durante la exhalación.
§ Facilita la difusión de oxígeno desde los alvéolos hacia la sangre debido a la buena solubilidad del oxígeno en ella.
§ Realiza una función protectora: 1) tiene actividad bacteriostática; 2) protege las paredes de los alvéolos de los efectos dañinos de agentes oxidantes y peróxidos; 3) proporciona transporte inverso de polvo y microbios a través de las vías respiratorias; 4) reduce la permeabilidad de la membrana pulmonar, lo que previene el desarrollo de edema pulmonar debido a una disminución en la exudación de líquido de la sangre hacia los alvéolos
PULMONES
El pulmón derecho y el izquierdo son dos objetos separados ubicados en la cavidad torácica a cada lado del corazón; cubierto con una membrana serosa - pleura, que forma a su alrededor dos cerrados saco pleural. Tienen forma de cono irregular con la base mirando hacia el diafragma y el ápice sobresaliendo 2-3 cm por encima de la clavícula en la zona del cuello.
Arroz. 12.10. Estructura segmentaria de los pulmones.
1 – segmento apical; 2 – segmento posterior; 3 – segmento anterior; 4 – segmento lateral ( pulmón derecho) y segmento lingular superior (pulmón izquierdo); 5 – segmento medial (pulmón derecho) y segmento lingular inferior (pulmón izquierdo); 6 – segmento apical del lóbulo inferior; 7 – segmento medial basal; 8 – segmento anterior basal; 9 – segmento lateral basal; 10 – segmento posterior basal
ELASTICIDAD DE LOS PULMONES
la capacidad de responder a la carga aumentando el voltaje, que incluye:
§ elasticidad– la capacidad de restaurar su forma y volumen después del cese de acción Fuerzas externas, causando deformación
§ rigidez– la capacidad de resistir una mayor deformación cuando se excede la elasticidad
Razones de las propiedades elásticas de los pulmones:
§ tensión de la fibra elástica parénquima pulmonar
§ tensión superficial Líquido que recubre los alvéolos, creado por un surfactante.
§ llenado de sangre de los pulmones (cuanto mayor es el llenado de sangre, menos elasticidad
Extensibilidad– la propiedad inversa de la elasticidad está asociada con la presencia de fibras elásticas y de colágeno que forman una red en espiral alrededor de los alvéolos
El plastico– propiedad opuesta a la rigidez
FUNCIONES DE LOS PULMONES
El intercambio de gases– enriquecimiento de la sangre con el oxígeno utilizado por los tejidos del cuerpo y eliminación del dióxido de carbono del mismo: se logra a través de la circulación pulmonar. La sangre de los órganos del cuerpo regresa a lado derecho corazones y arterias pulmonares va a los pulmones
Intercambio no gaseoso:
Ø z protector – formación de anticuerpos, fagocitosis por fagocitos alveolares, producción de lisozima, interferón, lactoferrina, inmunoglobulinas; Los microbios, los agregados de células grasas y los tromboémbolos se retienen y destruyen en los capilares.
Ø Participación en procesos de termorregulación.
Ø Participación en procesos de asignación. – eliminación de CO 2, agua (aproximadamente 0,5 l/día) y algunas sustancias volátiles: etanol, éter, óxido nitroso, acetona, etilmercaptano
Ø Inactivación de sustancias biológicamente activas. – más del 80% de la bradicinina introducida en el torrente sanguíneo pulmonar se destruye durante un único paso de la sangre a través del pulmón, la angiotensina I se convierte en angiotensina II bajo la influencia de la angiotensinasa; El 90-95% de las prostaglandinas de los grupos E y P están inactivadas.
Ø Participación en la producción de sustancias biológicamente activas. –heparina, tromboxano B 2, prostaglandinas, tromboplastina, factores de coagulación sanguínea VII y VIII, histamina, serotonina
Ø Sirven como depósito de aire para la producción de voz.
RESPIRACIÓN EXTERNA
El proceso de ventilación de los pulmones, que proporciona el intercambio de gases entre el cuerpo y el medio ambiente. Se lleva a cabo debido a la presencia del centro respiratorio, sus sistemas aferente y eferente y músculos respiratorios. Evaluado por proporción ventilación alveolar al volumen minuto. Para caracterizar la respiración externa, se utilizan indicadores estáticos y dinámicos de la respiración externa.
ciclo respiratorio– cambio rítmicamente repetido en el estado del centro respiratorio y órganos ejecutivos respiración
Arroz. 12.11. músculos respiratorios
Diafragma- un músculo plano que separa la cavidad torácica de la cavidad abdominal. Forma dos cúpulas, izquierda y derecha, con sus protuberancias apuntando hacia arriba, entre las cuales hay una pequeña depresión para el corazón. Tiene varios orificios por donde pasan estructuras muy importantes del cuerpo desde la región torácica hasta la región abdominal. Al contraerse, aumenta el volumen de la cavidad torácica y proporciona flujo de aire hacia los pulmones.
Arroz. 12.12. Posición del diafragma durante la inhalación y la exhalación.
presión en la cavidad pleural
cantidad física, caracterizando el estado del contenido de la cavidad pleural. Esta es la cantidad por la cual la presión en la cavidad pleural es menor que la presión atmosférica ( Presión negativa); con respiración tranquila es igual a 4 mm Hg. Arte. al final de la espiración y 8 mmHg. Arte. al final de la inhalación. Creado por fuerzas de tensión superficial y tracción elástica del pulmón.
Arroz. 12.13. Cambios de presión durante la inhalación y la exhalación.
INHALAR(inspiración) es el acto fisiológico de llenar los pulmones con aire atmosférico. Se lleva a cabo debido a la actividad activa del centro respiratorio y los músculos respiratorios, lo que aumenta el volumen del tórax, lo que resulta en una disminución de la presión en la cavidad pleural y los alvéolos, lo que conduce a la entrada de aire. ambiente en la tráquea, los bronquios y las zonas respiratorias del pulmón. Ocurre sin la participación activa de los pulmones, ya que no contienen elementos contráctiles.
EXHALACIÓN(espiración) es el acto fisiológico de extraer del pulmón parte del aire que participa en el intercambio de gases. En primer lugar se elimina el aire del espacio muerto anatómico y fisiológico, que se diferencia poco del aire atmosférico, luego el aire alveolar, enriquecido en CO 2 y pobre en O 2 como consecuencia del intercambio gaseoso. En condiciones de reposo el proceso es pasivo. Se realiza sin gasto de energía muscular, debido a la tracción elástica del pulmón, tórax, fuerzas gravitacionales y relajación de los músculos respiratorios.
Con la respiración forzada, la profundidad de la exhalación aumenta con la ayuda de músculos abdominales e intercostales internos. Los músculos abdominales se contraen cavidad abdominal delante y potenciar la subida del diafragma. Los músculos intercostales internos mueven las costillas hacia abajo y, por tanto, reducen la sección transversal de la cavidad torácica y, por tanto, su volumen.
Cuando nace un niño, los pulmones aún no contienen aire y su propio volumen coincide con el volumen de la cavidad torácica. Contratos en la primera inhalación. músculos esqueléticos Al inhalar, aumenta el volumen de la cavidad torácica.
La presión sobre los pulmones desde el exterior de la celda de mineral disminuye en comparación con la presión atmosférica. Debido a esta diferencia, el aire entra libremente a los pulmones, estirándolos y presionándolos. Superficie exterior pulmones a la superficie interna del tórax y al diafragma. Al mismo tiempo, los pulmones estirados, al tener elasticidad, resisten el estiramiento. Como resultado, en el punto álgido de la inhalación, los pulmones ya no ejercen presión atmosférica sobre el pecho desde el interior, sino menos por la cantidad de tracción elástica de los pulmones.
Después de que nace un bebé, el tórax crece más rápido que el tejido pulmonar. Porque
los pulmones están bajo la influencia de las mismas fuerzas que los estiraron durante la primera inhalación; llenan completamente el pecho tanto durante la inhalación como durante la exhalación, estando constantemente en un estado estirado. Como resultado, la presión de los pulmones sobre la superficie interna del tórax es siempre menor que la presión del aire en los pulmones (por la cantidad de tracción elástica de los pulmones). Cuando la respiración se detiene en cualquier momento de la inhalación o exhalación, la presión atmosférica se establece inmediatamente en los pulmones. Cuando se perfora el tórax y la pleura parietal de un adulto con fines de diagnóstico con una aguja hueca conectada a un manómetro y el extremo de la aguja ingresa a la cavidad pleural, la presión en el manómetro disminuye inmediatamente por debajo de la presión atmosférica. El manómetro registra la presión negativa en la cavidad pleural con respecto a la presión atmosférica, tomada como cero. Esta diferencia entre la presión en los alvéolos y la presión de los pulmones en la superficie interna del tórax, es decir, la presión en la cavidad pleural, es. llamada presión transpulmonar.
Más sobre el tema PRESIÓN EN LA CAVIDAD PLEURAL. MECANISMO DE SU APARICIÓN:
- FLUCTUACIONES DE PRESIÓN EN LA CAVIDAD PLEURAL DURANTE LA RESPIRACIÓN. SU MECANISMO.
- EJERCICIO DE RESPIRACIÓN No. I. MECANISMOS DE SU IMPACTO EN LA SALUD. “FORTALEZAS” Y “DEBILIDADES” DEL EJERCICIO.
