Физа 5 тема. Физиология дыхательной системы. Внешнее дыхание
 Скачать 333.15 Kb.
|
|
Физиология дыхательной системы. Внешнее дыхание Дыхание - это совокупность процессов, благодаря которым организм потребляет кислород из окружающей среды и выделяет углекислый газ. Этапы дыхания: 1. Внешнее дыхание (вентиляция легких) - обмен газов между атмосферным воздухом и альвеолярным, легочная вентиляция. 2. Диффузия газов в легких - обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью в капиллярах легких. 3. Транспорт газов кровью - этот этап осуществляется за счет деятельности сердечно-сосудистой системы, в результате чего кислород доставляется к тканям, а углекислый газ - к легким. 4. Диффузия газов в тканях - обмен газов между кровью и тканями. 5. Тканевое дыхание - окислительно-восстановительные реакции, протекающие с потреблением кислорода и выделением углекислого газа. Первые 4 этапа изучает физиология, последний, 5-й - биохимия. Внешнее дыхание В обеспечении вентиляции легких участвуют три анатомо-физиологических образования: 1). Дыхательные пути: обладают небольшой растяжимостью и сжимаемостью, формируют поток воздуха; 2).Легочная ткань: обладает высокой растяжимостью и эластичностью; 3). Грудная клетка: пассивная костно–хрящевая основа, ригидная к внешним воздействиям, объединенная в целое связками и дыхательными мышцами, снизу отграничена подвижной диафрагмой. Взаимодействие грудной клетки и легких Грудная клетка и легкие разделены плевральной полостью, которая представляет собой герметичную щель, содержащую небольшое количество жидкости (5 мл). Объем грудной клетки больше, чем объем легких, поэтому легкие все время растянуты. Степень растяжения легких определяется транспульмональным давлением (разница между давлением в альвеолах и плевральной полости). В области диафрагмы это давление обозначается как трансдиафрагмальное. При этом в легких постоянно действует сила, стягивающая их, которая получила название "эластическая тяга легких". Она зависит не только от эластичности легких, но, в значительной степени, и от силы поверхностного натяжения слизи, покрывающей альвеолы. Жидкость покрывает огромную поверхность альвеол и тем самым стягивает их. Однако сила поверхностного натяжения альвеолуменьшаетсяза счет вырабатываемого в легких вещества сурфактанта. Благодаря этому легкие становятся более растяжимыми. Эластическая тяга легких создает отрицательное давление в плевральной полости. При спокойном выдохе оно равно -6 мм рт. ст. На вдохе при растяжении грудной клетки давление в плевральной полости становится еще более отрицательным-10 мм рт. ст. Положительным давление может стать лишь при очень резком, форсированном выдохе. Понятие о пневмотораксе. Попадание воздуха в плевральную полость извне или из полости легких уравновешивает давление в плевральной полости с атмосферным и легкое за счет эластической тяги спадается. Легкие максимально приспособлены для газообмена. Наличие газообмена между легкими и кровью постоянно требует обновления воздуха в легких (альвеолярного воздуха), т.к. газовый состав воздуха будет постоянно изменяться в сторону снижения концентрации О2 и накопления СО2. Вентиляция легких, т.е. обмен газов между внешней средой и альвеолярным воздухом обеспечивается за счет вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация), которые характеризуютсяглубиной вдоха и выдоха и частотой дыхания. Выделяют два вида дыхательных движений - спокойный вдох и выдох и форсированный вдох и выдох. Для нормального газообмена в спокойном состоянии необходимо 14-18 дыхательных движений в минуту (нормопноэ). Менее 14 – брадипноэ, более 18 – тахипноэ. Биомеханика спокойного вдоха В развитии спокойного вдоха играют роль: сокращение диафрагмы и сокращение наружных косых межреберных и межхрящевых мышц. Под влиянием нервного сигнала диафрагма сокращается игрудная клетка увеличивается в вертикальном размере. Движение диафрагмы обуславливает примерно 70-80% вентиляции легких в покое. Кроме того, сокращаются наружные косые межреберные и межхрящевые мышцы. Сокращение этих мышц приводит рёбра в более горизонтальное положение, увеличивается окружность грудной клетки. При вдохе париетальный листок плевры следует за расширяющейся грудной клеткой, тянет за собой висцеральный листок и тот растягивает ткань легкого, что приводит к увеличению их объема. В этих условиях воздух, находящийся в легких (альвеолах) распределяется в новом, большем объеме, что приводит к падению давления в легких. Возникает разница давлений между окружающей средой и легкими (трансреспираторное давление). Трансреспираторное давление (Ртрр) - это разница между давлением в альвеолах (Ральв)и внешним (атмосферным) давлением (Рвнеш). Ртрр= Ральв. - Рвнешн, Равняется на вдохе -4 мм рт. ст. Эта разница и заставляет войти порцию воздуха через воздухоносные пути в легкие при вдохе. Биомеханика спокойного выдоха Спокойных выдох осуществляется пассивно, без сокращения мышц, а грудная клетка спадается за счет сил, которые возникли при вдохе. Причины, вызывающие выдох: 1. Поднятые при вдохе ребра опускаются под действием силы тяжести. 2. Органы брюшной полости, оттесненные диафрагмой вниз при вдохе, поднимают диафрагму, уменьшая вертикальный размер грудной клетки. 3. За счет эластичности растянутых при вдохе тканей грудная клетка и легкие занимают исходное положение. Трансреспираторное давление в конце выдоха составляет +4 мм рт. ст. Биомеханика форсированного вдоха Форсированный вдох осуществляется за счет участия дополнительных мышц. Кроме диафрагмы и наружных косых межреберных мышц в нем участвуют мышцы шеи, мышцы позвоночника, лопаточные мышцы, зубчатые мышцы. Биомеханика форсированного выдоха Форсированный выдох активен. Он осуществляется за счет сокращения внутренних косых межреберных мышц и мышц брюшного пресса. Первый вдох. После рождения прекращается поступление кислорода из крови матери. Накопление углекислоты стимулирует дыхательный центр, в результате чего сокращаются инспираторные дыхательные мышцы. У плода грудная клетка находится в спавшемся состоянии, т.к. головки ребер расположены вне своих суставных ямок. При первом вдохе ребра не просто поднимаются, а головки занимают свои суставные ямки, грудная клетка меняет форму, она резко увеличивается в размере, легкие растягиваются и заполняются воздухом. Клинико-физиологическая оценка внешнего дыхания Показатели функции внешнего дыхания можно разделить на 2 группы: анатомо-физиологические и функциональные. Анатомо-физиологические показатели - легочные объемы определяются антропометрическими данными индивидуума: 1) росто-весовые показатели, 2) строение грудной клетки, 3) строение дыхательных путей, 4) строение и свойства легочной ткани (эластическая тяга легких, поверхностное натяжение альвеол), 5) сила дыхательных мышц. Легочные объёмы и ёмкости Легочные объемы: Общая емкость легких (ОЕЛ) - количество воздуха, находящееся в легких после глубокого вдоха. ОЕЛ колеблется в больших пределах (от 0,5 до 8 литров) и зависит от роста, возраста, пола, состояния легких и грудной клетки. ОЕЛ состоит из 2 частей: - жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - объем, который человек может выдохнуть при глубоком выдохе после глубокого вдоха, - остаточный объем (ОО) - объем воздуха, который остается в дыхательной системе даже после глубокого выдоха. Увеличение ОО снижает эффективность дыхания. Делится на коллапсный объем (выходит при спадении легкого) и минимальный объем (истинный остаточный). Увеличение ЖЕЛ свидетельствует о повышении функциональных возможностей дыхательного аппарата. ЖЕЛ подразделяют на 3 составные части: 1. Дыхательный объем (ДО) - это объем воздуха, который человек спокойно вдыхает после спокойного выдоха. В покое он составляет в среднем 20% от ЖЕЛ. 2. Резервный объем вдоха (РОвд) - воздух, который пациент может дополнительно вдохнуть, после спокойного вдоха. 3. Резервный объем выдоха (РОвд) - воздух, который пациент может максимально выдохнуть после спокойного выдоха. Соотношение составных частей ЖЕЛ очень изменчиво. При физической нагрузке ДО может увеличиться до 80%, что сопровождается уменьшением РОвд и РОвыд до 10 %. ДО является показателем глубины дыхания. Сумма ДО и РОвдполучила название емкость вдоха (ЕВд). Сумма ОО и РОвыд получила название функциональной остаточной емкости (ФОЕ). Величина ФОЕ отражает эффективность дыхания. Все легочные объемы имеют должные величины, которые представлены в специальных таблицах. В таблицах отражена зависимость показателей не толькоот антропометрических параметров, но такжеот пола и возраста. Объем мертвого пространства (ОМП) - это воздух, находящийся в носоглотке, трахее и бронхах и не участвующий в газообмене. Это анатомическое мертвое пространство. Этот объем не доходит до альвеол и не обменивается кислородом с кровью. ОМП у взрослого составляет в среднем 140-150 мл. Чем больше этот объем, тем менее эффективно дыхание. Есть понятие физиологического мертвого пространства - к нему относятся не только воздухоносные пути, но и альвеолы, которые не кровоснабжаются (альвеолярное мертвое пространство). Коэффициент альвеолярной вентиляции (КАВ) указывает на то, какая часть воздуха обменивается при одном дыхании: В спокойном состоянии КАВ равен 1/7, то есть в альвеолах при каждом вдохе обменивается на атмосферный седьмая часть воздуха. Методы измерения легочных объемов 1. Спирометрия - измерение легочных объемов. Позволяет определить ЖЕЛ, ДО, РОвд, РОвыд. 2. Спирография - регистрация легочных объемов. Позволяет документально зарегистрировать ЖЕЛ, ДО, РОвд, РОвыд, а также функциональные показатели внешнего дыхания (см. ниже): частоту дыхания (ЧД), минутный объем дыхания (МОД), максимальную вентиляцию лёгких (МВЛ), форсированную жизненную ёмкость лёгких (ФЖЕЛ) объем форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1сек) и резервы дыхания (РД). 3. Определение остаточного объема - с помощью спирографа с замкнутым контуром с использованием гелия (по степени разведениягелия). - Общая плетизмография тела (бодиплетизмография). Вышеуказанные показатели характеризуют не столько саму функцию дыхания, сколько потенциальную способность к выполнению этой функции. Функциональные показатели внешнего дыхания Функциональные показатели являются динамическими, т.к. характеризуют саму функцию внешнего дыхания во времени. 1. Минутный объем дыхания (МОД) - объем воздуха, который проходит через легкие за 1 минуту. Этот показатель можно определить двумя методами: с помощью спирографии (ДО умножается на частоту дыхания) и путем сбора воздуха в мешок Дугласа. В покое МОД составляет 4-6 литров в минуту. При физиологической нагрузке учащение и углубление дыхания приводит к возрастанию МОД до 30 л/мин. 2. Максимальная вентиляция легких (МВЛ). МВЛ - это максимальное количество воздуха, которое может вдохнуть и выдохнуть пациент за 1 минуту. В норме человек должен за минуту максимально провентилировать объем, равный ЖЕЛ * 40. 3. Резервы дыхания (РД). Резервные возможности дыхательной системы, которые могут быть мобилизованы при переходе от спокойного к форсированному дыханию. РД = МВЛ – МОД (в норме РД составляют не менее 60 % от МВЛ). 4. Форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ) - количество воздуха, которое пациент может выдохнуть за счет экспираторного маневра (максимально быстро и полно). Характеризуется объемом форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1сек). Нормируется как ОФВ1сек/ЖЕЛ, это индекс Тиффно. В норме он составляет не менее 80% от ЖЕЛ. Его снижение указывает на нарушение проходимости бронхиального дерева. 5. Основные показатели объемной скорости, регистрируемые при выполнении ФЖЕЛ в ходе Пневмотахографии с использованием Компьютерного спироанализа(подробнее о методе – см. ИНСТРУКЦИЮ ПО РАБОТЕ НА СПИРОГРАФЕ СМП-21/01-«Р-Д». «Основы оценки функций организма человека», С. 257-265.). - Пиковая экспираторная объемная скорость (ПОС) - максимальный показатель объемной скорости потока (л/сек) при выполнении ФЖЕЛ. Характеризует силу дыхательных мышц и калибр «главных» бронхов. - Максимальная объемная скорость потока на уровне 25%, 50%, 75% от ФЖЕЛ. (МОС25%, МОС50%, МОС75%). Определяется мгновенная скорость в данный момент форсированного маневра. Показатель характеризует уровень обструкции, т.е. уровень нарушения проходимостив бронхиальном дереве. МОС25% характеризует проходимость на уровне крупных бронхов, МОС50% - на уровне средних бронхов, МОС75% - на уровне мелких бронхов. Для ПОС и МОС существуют должные величины, с которыми проводится сопоставление полученных результатов. Показатели объемной скорости нельзя получить при спирографии, для этого используется Пневмотахография. Пневмотахография проводится с помощью приборов пневмотахометров, снабженных специальными датчиками – термоанемометрами. При прохождении струи выдыхаемого воздуха меняется электрическое сопротивление пропорционально объемной скорости воздушного потока, что позволяет по показаниям прибора вычислить основные параметры внешнего дыхания. Компьютерный анализ позволяет представить полученную информацию в виде кривой «поток-объем», которая отражает проходимость различных участков дыхательных путей. Внимание! Экзаменационный навык Работа 1.Спирометрия с использованием «электронного» спирометра. «Электронные» спирометры автоматически регистрируют параметры внешнего дыхания по степени изменения электрического сопротивления, пропорционально интенсивности воздушного потока выдыхаемого воздуха. Ход работы. Включить адаптер спирометра в сеть. Перевести сетевой тумблер в положение «вкл». Спирометр может работать в двух режимах: Определение ДО, РОвыд, ЖЕЛ (нижнее положение тумблера); Определение ФЖЕЛ (ОФВ) и ОФВ1 (верхнее положение тумблера). Работа в первом режиме осуществляется при нахождении тумблера в нижнем положении. Ход измерения легочных объемов. Пациент после дезинфекции мундштука и наложения зажима на нос: - Спокойно вдыхает из атмосферы и затем спокойно выдыхает в спирометр. При этом фиксируется величина дыхательного объема (ДО), которую сравнивают с нормой. - Спокойно выдыхает в атмосферу, затем глубоко выдыхает в спирометр. При этом фиксируется величина резервного объема выдоха (РОвыд) и сравнивается с нормой. - Глубоко вдыхает из атмосферы и затем глубоко выдыхает в спирометр. При этом фиксируется величина жизненной емкости легких (ЖЕЛ). Полученную ЖЕЛ сравнивают с ДЖЕЛ по таблице (см. «Основы оценки функций организма человека», С. 245). Для оценки показателей второго режима тумблер переводится в верхнее положение. Пациент глубоко вдыхает из атмосферы, затем максимально резко и глубоко выдыхает в спирометр. При этом фиксируется: - величина форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ, ОФВ). Полученную ФЖЕЛ сравнивают с должной ФЖЕЛ по таблице (см. «Основы оценки функций организма человека», С. 245). - объем форсированного выдоха за первую его секунду (ОФВ1). Полученную величину сравнивают с нормой. Внимание! Экзаменационный навык Работа 2. Спирография (регистрация). Ход работы. (см. также «Основы оценки функций организма человека», С. 241-242.) Спирограф имеет емкость, заполненную атмосферным воздухом, из которой дышит пациент. Изменение емкости спирографа в процессе дыхания приводит к перемещению писчика. Перемещение писчика пропорционально объему вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Движение бумажной ленты с заданной скоростью позволяет определить частоту дыхания и особенности дыхательных движений. После неоднократного принудительного вентилирования емкости спирографа и установки писчика в среднее положение осуществляют дезинфекцию загубника, после чего пациент начинает дышать из спирографа (на нос помещается зажим). Включают лентопротяжный механизм (50 мм/мин). Регистрация спирограммы включает в себя следующие этапы: 1. Спокойное дыхание (30—60 с). Определяется ДО, ЧД, МОД. 2. Глубокий вдох и выдох. Определяются РОВд, РОВыд и ЖЕЛ. 3. Форсированный (быстрый и глубокий) выдох после глубокого вдоха. Запись осуществляется на большой скорости движения бумажной ленты (1200 мм/мин или 600 мм/мин). Определяется ФЖЕЛ и ОФВ1. 4. Пациент в течение 20 с дышит как можно глубже и чаще (50—60 дыханий в минуту). Определив глубину (ДО1) и частоту (ЧД1) такого дыхания, по их произведению определяют МВЛ. Внимание! Экзаменационный навык. Работа 3. Анализ спирограммы(см. также «Основы оценки функций организма человека», С. 242-245) Порядок определения показателей системы дыхания: 1. Для определения частоты дыхания (ЧД) необходимо сосчитать количество дыхательных циклов и время, за которое они совершены. После этого составляется пропорция и производится расчет количества дыхательных циклов, сделанных за 1 минуту. Результат сравнивают с нормой: ЧД = 14-18/мин – нормопноэ, ЧД > 18 – тахипноэ, ЧД < 14 – брадипноэ. 2. Определяют дыхательный объем (ДО) путем измерения расстояния от точки спокойного вдоха до точки спокойного выдоха (см), умноженной на вертикальный масштаб (1 см = 0,2 л). Полученный результат сравнивают с нормой: ДО = 0,3-0,6 л – эупноэ; ДО > 0,6 л – гиперпноэ; ДО < 0,3 л – гипопноэ. 3. Минутный объем дыхания (МОД) рассчитывают по формуле: МОД = ДО х ЧД 4.Определяют резервный объем вдоха (РОвд) и резервный объем выдоха (РОвыд): - Для определения РОвдизмеряют по спирографической кривой расстояние от вершины инспираторного зубца до уровня верхней точки спокойного вдоха. – Для определения РОвыд измеряют расстояние от вершины экспираторного зубца до уровня нижней точки спокойного выдоха. Спирограмма 5. Определяют жизненную ёмкость лёгких (ЖЕЛ): которая складывается из 3 объемов: ЖЕЛ = ДО + РОвд + РОвыд. Полученный результат сравнивают с ДЖЕЛ по таблице. 6. Определяют объём форсированного выдоха (ОФВ1). Для этого необходимо отложить на графике 2 см вправо (такой путь проделает бумага за 1 с при скорости лентопротяжного механизма – 1200 мм/мин) от вершины инспираторного зубца глубокого вдоха и из найденной точки опустить перпендикуляр до пересечения с кривой спирограммы. Измеряют полученный вертикальный отрезок (см), переводят его в литры и сравнивают с нормой (в % от ЖЕЛ, индекс Тиффно). В норме ОФВ1 должен быть не менее 80 % от ЖЕЛ. 7. Определяют частоту (ЧД1) и глубину (ДО1) форсированного дыхания. При этом определяется максимальная вентиляция легких (МВЛ) аналогично расчету ЧД и ДО (см. выше), находим величину ЧД1 и ДО1 на участке спирограммы с форсированным дыханием. 8. Максимальную вентиляцию легких (МВЛ) определяют по формуле: МВЛ = ЧД1х ДО1. В норме МВЛ = ДЖЕЛ х 25. 9. Определяют тип нарушения дыхания: обструктивный (снижены ОФВ1 и МВЛ), рестриктивный (снижены ЖЕЛ и МВЛ), смешанный (снижены ЖЕЛ, МВЛ и ОФВ1). 10. Резервы дыхания (РД) вычисляют по формуле: РД = МВЛ – МОД и сравнивают с нормой. В норме РД составляют не менее 60 % от МВЛ. Формирование заключения по спирограмме Заключение должно включать в себя следующие элементы: - конкретную частоту ЧД в мин. (при спокойном дыхании) и её характеристику: нормо-, тахи-, брадипноэ; - характеристику ДО (при спокойном дыхании): эу-, гипер-, гипопноэ; - характеристику ЖЕЛ, МВЛ и ОФВ1 (каждого показателя отдельно): в норме, выше или ниже нормы; - тип нарушения дыхания: обструктивный, рестриктивный, смешанный; - характеристику РД: в норме либо снижены. Пример заключения: ЧД = 15/мин, тахипноэ, эупноэ. ЖЕЛ, МВЛ и ОФВ1 ниже нормы. Смешанный тип нарушения дыхания. Резервы дыхания снижены 2тема Газообмен. Регуляция дыхания В процессе внешнего дыхания происходит газообмен в легких.За счет этого формируется состав альвеолярного и выдыхаемого воздуха. Газовый состав вдыхаемого, альвеолярного и выдыхаемого воздуха
Процесс газообмена состоит из 3-х этапов дыхания: 2-й этап дыхания. Обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью. 3-й этап дыхания. Транспорт газов кровью. 4-й этап дыхания. Обмен газов между кровью и тканями. В основе 2 и 4 этапов дыхания лежат одни и те же механизмы, т.е. в основе обмена газов между альвеолами и кровью, а также кровью и тканямилежит одно физическое явление - процесс диффузии. Механизмы 2-го и 4-го этапов дыхания. Если газ находится над жидкостью, он также легко в неё переходит, растворяясь в ней. Интенсивность перехода газов в жидкость зависит от парциального давления газа над ней. Давление газа в смеси с другими газами, выраженное в мм рт. ст., принято называть "парциальным давлением". Давление газа, растворенного в жидкости, обозначают как "напряжение". При относительно длительном контакте газов и жидкости в определенный момент времени парциальное давление газа над жидкостью и напряжение газа в жидкости выравниваются. При резком снижении парциального давления одного из газов, либо снижении суммарного атмосферного давления жидкость с растворенными в ней газами начинает "кипеть" (до тех пор, пока вновь не выровняются парциальное давление и напряжение газов). Содержание дыхательных газов в альвеолярном воздухе, крови и тканях Примечание: стрелочкой указано направление диффузии. Аэрогематический барьер легких обладает определенной проницаемостью, которая характеризуется диффузионной способностью легких. Диффузионная способность легких (ДСЛ) - это количество газа (в мл), которое проходит за 1 минуту через легочную мембрану при разнице парциальных давлений по обе стороны мембраны в 1 мм рт. ст. Для О2ДСЛ составляет 20-25 мл, для СО2 она существенно больше (т.к. разница парциального давления по СО2 многократно меньше), а объем выделяемого СО2 такой же как и О2. 3-й этап. Транспорт газов кровью. Механизмы связывания газов кровью: 1. Физическое растворение 2. Химическое связывание 1. Физическое растворение. В жидкой части крови растворены газы воздуха: кислород, углекислый газ, азот. Растворение О2 и СО2 в воде не играет значимой физиологической роли. Основное значение приобретает растворенный в крови азот (79 %) при резком снижении Р атм. (особенно при предварительном повышении Р атм.: кессонная болезнь). 2. Химическое связывание. 2.1. Химическое связывание кислорода кровью Оксигемоглобин - основная транспортная форма О2 в крови. Гемоглобин присоединяет кислород с помощью непрочной водородной связи, с образованием оксигемоглобина. Эта реакция обратима:  Направленность реакции зависит от содержания кислорода: если количество кислорода в крови увеличивается, то реакция идет в сторону образования оксигемоглобина, если уменьшается - то в противоположную сторону. Динамика взаимодействия Нв и О2 отражается кривой диссоциации оксигемоглобина. Кривая диссоциации оксигемоглобина имеет S-образный вид. Это связанно с тем, что до 10 мм рт. ст. кислород связывается гемоглобином медленно, затем до 50-60 мм рт. ст. скорость реакции резко увеличивается, кривая круто поднимается вверх, при давлении 90 мм рт. ст., когда более 96% гемоглобина связано с кислородом, она вновь идет почти горизонтально. Избыток СО2 и ацидоз сдвигает кривую диссоциации вправо, а недостаток СО2 и алкалоз – влево (эффект Бора). 2.2. Химическое связывание СО2 Напряжение СО2 в тканях составляет 50-60 мм рт.ст., а впритекающей крови - 40 мм рт.ст. Благодаря этому СО2 переходит из ткани в кровь (46 мм рт.ст.). 2.2.1. В виде карбогемоглобина (соединение СО2 с гемоглобином) транспортируется лишь 10 % углекислого газа. 2.2.2. Основная форма связывания СО2 кровью - это образование гидрокарбонатов натрия и калия. А). В эритроцитах 35 % СО2 взаимодействуют с ионами калия, образуя гидрокарбонат К. Б). В плазме55 % всего СО2транспортируется в форме гидрокарбоната Na. Регуляция дыхания Главная задача регуляции дыхания - чтобы потребление кислорода, поставка его тканям за счет внешнего дыхания были адекватны функциональным потребностям организма. В регуляции дыхания можно выделить 3 группы механизмов: 1. Обеспечение организации дыхательного акта (последовательность вдоха и выдоха). 2. Перестройка дыхания в соответствии с потребностями организма - изменение частоты и глубины дыхания. 3. Регуляция тонуса кровеносных сосудов легких и бронхиального дерева. 1-ая группа. Механизмы организации дыхательного акта Чередование вдоха и выдоха организуется благодаря деятельности дыхательного центра. Дыхательный центр представляет собой совокупность нейронов, объединенных общей функцией организации и регуляции дыхания и расположенных в разных "этажах" центральной нервной системы. Выделяют 4 "этажа": - спинной мозг, - продолговатый мозг, - варолиев мост, - высшие отделы ЦНС (гипоталамус, лимбическая система, кора больших полушарий). Каждый из перечисленных отделов имеет определенную функцию. 1 этаж: Спинной мозг содержит двигательные центры дыхательной мускулатуры. Представлены мотонейронами передних рогов спинного мозга: - грудной отдел (Th1 - Th6 - nn. intercostales) - межреберные нервы иннервируют наружные косые межреберные мышцы. - шейный отдел (С3 - С5 - n. frenicus). Диафрагмальный нерв иннервирует диафрагму. При перерезке ЦНС между спинным и продолговатым мозгом процесс дыхания прекращается (т.к. центры спинного мозга не обладают автоматией). При перерезке спинного мозга между шейным и грудным отделами дыхание сохраняется за счет сокращения диафрагмы (диафрагмальное дыхание). 2 этаж: Дыхательный центр продолговатого мозга (собственно дыхательный центр) обеспечивает последовательную смену вдоха и выдоха. В составе дыхательного центра выделяют Экспираторный и Инспираторный центры. Между центрами - реципрокные взаимоотношения. Это обеспечивает чередование процессов вдоха и выдоха, т.к. активация нейронов одного отдела вызывает угнетение другого. Собственно дыхательный центр обладает автоматией с частотой 4-5 раз в минуту. Это обеспечивает автономность от других влияний и поддержание жизненно важной функции на базальном уровне. Таким образом, при пересечении ЦНС выше продолговатого мозга будет наблюдаться глубокое и редкое дыхание. Третий "этаж" дыхательного центра расположен в варолиевом мосту и назван пневмотаксическим. Он способствует переключению возбуждения с центра вдоха на центр выдоха и наоборот. Перерезка ЦНС выше Варолиева моста позволяет поддерживать частоту дыхания на уровне 14-18 в минуту. Четвертый этаж - высшие отделы ЦНС. Гипоталамус - регулирует дыхание во время простых поведенческих актов: - при общей защитной реакции организма (боль, физическая работа); - высший центр терморегуляции (при гипертермии учащается дыхание без изменения его глубины). Лимбическая система - регуляция дыхания при эмоциях. Кора больших полушарий принимает участие: - в выработке условных дыхательных рефлексов, - в приспособлении дыхания к изменяющимся условиям окружающей среды (глотание, пение, речь, ныряние, произвольное апное и гиперпное). 2-ая группа. Механизмы перестройки внешнего дыхания в соответствии с потребностями организма. Пусковым фактором будет являться воздействие на различные рецепторы организма. Как результат – изменение частоты и глубины дыхания. 1. Роль хеморецепторов: 1.1. Влияние углекислого газа (СО2) СО2 является мощным регулятором дыхания. Пути воздействия СО2: - Рефлекторно (через хеморецепторы сосудистого русла, прежде всего – каротидного синуса). - Прямое воздействие СО2 на нейроны ствола мозга, собственно ДЦ. Накопление СО2 в крови (гиперкапния) стимулирует дыхание. С другой стороны, после искусственного гиперпное возникает апное (т.к. СО2вымывается из крови (гипокапния) и должен накопиться для раздражения ДЦ). 1.2. Значение О2. Хеморецепторы каротидного синуса реагируют на изменение рО2, но менее выраженно, чем на СО2, гипоксия стимулирует дыхание, гипероксия снижает объем легочной вентиляции.. 1.3. Влияние ацидоза и алкалоза. Ацидоз стимулирует дыхание, алкалоз тормозит. 2.Роль механо- и барорецепторов: 2.1. Влияние на рецепторы растяжения в легких. В деятельности дыхательного центра имеет значение информация с рецепторного поля легких, о чем свидетельствует, в частности, рефлекс Геринга-Брейера: при вдохе легочная ткань растягивается, это вызывает возбуждение альвеолярных рецепторов, передающееся по чувствительным волокнам, идущим в составе блуждающего нерва (не имеют отношения к парасимпатике) в пневмотаксический центр. При этом центр вдоха тормозится, вдох сменяется на выдох. Интенсивность импульсации пропорциональна степени растяжения. Т.о. рефлекс Геринга-Брейера - защитный рефлекс, предохраняющий легкие от перерастяжения. 2.2.Влияние на ирритантные рецепторы верхних дыхательных путей, трахеи и бронхов. Проявляется в защитных дыхательных рефлексах - чихании и кашле. 2.3.Влияние на j-рецепторыинтерстиции альвеол и бронхиол. Возбуждаются при повышении давления в малом круге кровообращения и увеличении объема интерстициальной жидкости в легких. Вызывают частое поверхностное дыхание,нередко бронхоконстрикцию (при отеке легких). 2.4. Раздражение проприорецепторов скелетных мышц. Выполнение мышечной работы делает дыхание более глубоким и частым (рефлекторно, т.е. ещё до повышения уровня СО2 в крови). 2.5. Влияние на барорецепторы сосудистого русла - повышение гидростатического давления сопровождается снижением вентиляции. 2.6. Влияние на болевые рецепторы. Боль - стимулирует вентиляцию. 2.7.Влияние на терморецепторы - гипертермия и незначительная гипотермия стимулируют вентиляцию. 3.Гормональные воздействия - повышают вентиляцию, воздействуя непосредственно на Дыхательный Центр: - Адреналин (при физической и умственной работе), -Прогестерон - при беременности обеспечение кислородом организма матери и плода. 4.Участие коры головного мозга в регуляции дыхания. При этом дыхание заранее приспосабливается к определенной нагрузке. 3-я группа. Механизмы регуляции тонуса сосудов и бронхиол. 3.1. Регуляция тонуса сосудов легких: 1) Ведущая роль принадлежит газовому составу крови: - понижение содержания в крови СО2 приводит к повышению тонусалегочных сосудов; - увеличение СО2 уменьшает тонус легочных сосудов. 2) На тонус сосудов влияет газовый состав альвеолярного воздуха: При гипоксии и гиперкапнии альвеолярного воздуха повышается тонус сосудов легких, т.е. кровоток перераспределяется в пользу участков легочной ткани с лучшей оксигенацией. 3.2. Регуляция просвета бронхиального дерева. Сужение бронхов вызывают парасимпатические нервы, а также гормоны воспаления - гистамин, ацетилхолин, серотонин. Расширениебронхов вызывают симпатическая нервная система и адреналин. Практические работы Работа 1. Проба Штанге и Генчи (исследование особенностей устойчивости организма к смешанной гиперкапнии и гипоксии) Функциональные пробы на задержку дыхания – функциональная нагрузка с задержкой дыхания после вдоха (проба Штанге) или после выдоха (проба Генчи), измеряется время задержки в секундах. Проба Штанге позволяет оценить устойчивость организма человека к смешанной гиперкапнии и гипоксии, отражающую общее состояние кислородобеспечивающих систем организма при выполнении задержки дыхания на фоне глубокого вдоха, а проба Генчи – на фоне глубоко выдоха. Используются для суждения о кислородном обеспечении организма и оценки общего уровня тренированности человека. Оборудование: секундомер, зажим для носа. Проба Штанге. После 2-3 глубоких вдохов-выдохов человека просят задержать дыхание на глубоком вдохе на максимально возможное для него время. После проведения первой пробы необходим отдых 2-3 минуты. Проба Генчи. После 2-3 глубоких вдохов-выдохов человека просят глубоко выдохнуть и задержать дыхание на максимально возможное для него время. Оценка результатов тестирования проводится на основании таблиц. Хорошие и отличные оценки соответствуют высоким функциональным резервам системы кислородобеспечения человека. Таблица Оценка общего состояния обследуемого по параметру пробы Штанге и Генчи (усреднённые данные для взрослых пациентов)
Работа 2. Расчет парциального давления газов (задача) Учебно-исследовательская цель: теоретически рассчитывается влияние атмосферного давления и процентного содержания газа на величину парциального давления. Ход работы. Расчет производится по формуле:  Работа 3. Регистрация и анализ оксиспирограммы (см. также «Основы оценки функций организма человека», С. 252-254). Учебно-исследовательская цель: оценить эффективность внешнего дыхания по коэффициенту использования кислорода (КИК) в состоянии покоя и при физической нагрузке. Косвенно оценивается интенсивность энергетического обмена. Оксиспирография – метод регистрации потребления О2 и показателей внешнего дыхания (ДО, ЧД, МОД) при помощи спирографа, к которому подсоединяется баллон с кислородом и адсорбер (емкость с натронной известью) для поглощения выделяемого СО2. Регистрация. Прибор включают в сеть (нажимая кнопку «сеть» прибора), затем нажатием кнопки «кислород» заполняют емкость оксиспирографа кислородом. Скорость протяжки ленты устанавливают на 50 мм/мин и осуществляют запись дыхания. Масштаб по вертикали для разных модификаций оксиспирографов составляет 0,2 или 0,4 л О2 в 1 см.  А н а л и з. Дыхание из оксиспирографа сопровождается потреблением из него кислорода, которым заполнена емкость прибора. По уменьшению емкости оксиспирографа (при этом кривая оксиспирограммы поднимается вверх) можно определить количество потребленного О2. Эффективность дыхания (как в покое, так и при физической нагрузке) характеризуется коэффициентом использования кислорода (КИК), который показывает количество О2 (в мл), потребленного из 1 л вдыхаемого воздуха. При этом по оксиспирограмме определяют: ДО, ЧД (в покое); ДО1, ЧД1 (при физической нагрузке). Определение МОД и МВЛ производится по схеме, подробно описанной в работе 3 предыдущего занятия. Потребление кислорода в единицу времени (ПО2) рассчитывают за 1 минуту. Для этого берут участок оксиспирограммы длиной 5 см (что при скорости лентопротяжного механизма 50 мм/мин соответствует 1 минуте) и измеряют, насколько снизилось содержание О2 в дыхательном контуре за этот промежуток времени (по высоте подъема кривой). Расчет: а) Количество ПО2 выражают в литрах и определяют по формуле: ПО2 = А х 0,4 (0,2), где А – потребление О2, измеренное по величине подъема кривой оксиспирограммы (см) за 1 минуту; 0,4 или 0,2 – масштаб оксиспирограммы (1 см кривой по вертикали соответствует 0,4 или 0,2 л потребленного О2). б) КИК – количество кислорода (в мл), полученного из 1 л вдыхаемого воздуха: В норме КИК = 40 (допустимое отклонение ±10 %). Пример заключения: «Спокойное дыхание»: ПО2 = 610 мл, ДО = 0,6 л, ЧД = 16/мин, МОД = 9 л, КИК = 67 (выше нормы); «Форсированное дыхание»: ПО2 = 1100 мл, ДО1 = 1,36 л, ЧД1 = 25/мин, МОД = 34 л, КИК = 32 (ниже нормы). Работа 4. Оценка газообмена методом Дугласа-Холдена (задача) Учебно-исследовательская цель: вычислить объем потребленного кислорода, выделенного углекислого газа и КИК. Ход работы. По условиям задачи известно процентное содержание газов в выдыхаемом воздухе и объем воздуха, который выдохнул пациент за определенное время. Определяют, какое количество воздуха (л) выдохнул пациент за 1 мин. При этом находят МОД (л). Зная процентное содержание О2 во вдыхаемом воздухе (21%), находят ПО2 (мл) за 1 минуту. Зная МОД (л) и ПО2 (мл) за 1 минуту, вычисляют КИК по приведенной формуле и сравнивают его с нормой (40±10%):  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||