Физиология дыхания. Физиология
 Скачать 302.5 Kb.
|
|
Вентиляция легких. Легочные объемы Дыхательны объем (ДО) - количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании ( 0.3-0.9 л, среднее 500 мл ). Резервный объем вдоха (РОвд.) - количество воздуха, которое можно еще вдохнуть после спокойного вдоха (1.5 - 2.0 л). Резервный объем выдоха (РОвыд.) - количество воздуха, которое можно еще вдохнуть после спокойного выдоха (1.0 - 1.5 л). Остаточный объем (ОО) - объем воздуха, остающийся в легких после максимального выдоха (1.0 - 1.5 л). Повышается при эмфиземе, бронхитах, бронхоспазмах. Понижается при эксудатативном плеврите, пневомтораксе. Диагностика мертворожденности. Если новорожденный дышал, то кусочек легкого, помещенного в воду, плавает (в спавшемся легком образуется своеобразная "воздушная ловушка" - часть бронхиол спадается раньше альвеол и в альвеолах остается воздух). Если новорожденный был мертворожденныым и не сделал ни одного вдоха, то кусочек легкого тонет, т.к. в его альвеодах отсутствует остаточный воздух.Проба используется в криминалистике. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) = ДО + РОвд.+ РОвыд.(0.5 + 1.5 + 1.5) = 3.5 л. Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) или альвеолярный воздух - количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха ( 2.5 л). Общая емкость легких (ОЕЛ) - количество воздуха, содержащегося в легких на высоте максимального вдоха (4.5 - 6.0 л). Емкость вдоха - дыхательный объем + резервный объем вдоха (2.0 л) . Таким образом, различают 4 первичных легочных объема 4 емкости легких:
ЖЕЛ определяет собой максимальный объем воздуха, который может быть введен или выведен из легких в течение одного вдоха или выдоха. Она - показатель подвижности легких и грудной клетки. ЖЕЛ зависит от ряда факторов: Возраста. После 40 лет ЖЕЛ понижается (снижение эластичности легких и подвижности грудной клетки). Пола. У женщин ЖЕЛ в среднем на 25 % ниже, чем у мужчин. Размеров тела. Размер грудной клетки пропорционален остальным размерам тела. Положения тела. В вертикальном положении она выше, чем в горизонтальном (большее кровонаполнение сосудов легких). Степени тренированности. У тренированных лиц повышается (особенно у плавцов, гребцов, где необходима выносливость). ЖЕЛ - уменьшается при пневмотораксе, эксудативном плеврите, спазме бронхов, стенозе верхних дыхательных путей, нарушении движения диафрагмы и других дыхательных мышц. Эмпирически ЖЕЛ (л) = рост x 2,5. Для измерения легочных объемов используется спирограф. Для измерения ЖЕЛ - спирометр. Для исследования объемной скорости используют пневмотахометр. Мертвое пространство. анатомическое; функциональное (физиологическое). Анатомическое мертвое пространство - объем воздухоносных путей, в которых не происходит газообмена ( носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы, альвеолярные ходы). Физиологическая роль: очищение воздуха (слизистая улавливает мелкие частицы пыли, бактерии). Участие мерцательного эпителия. Поэтому лица, дышащие преимущественно через рот, больше подвержены воспалительным заболеваниям дыхательных путей; Улажнение воздуха (секрет железистых клеток эпителия). Согревание воздуха (t0 выдыхаемого воздуха приблизительно равна 37оС). Объем анатомического мертвого пространства в среднем равен 150 мл (140 - 170 мл). Следовательно, из 500 мл дыхательного объема в альвеолы поступит только 350 мл. Объем альвеолярного воздуха равен 2500 мл. Коэффициент легочной вентиляции при этом равняется 350 : 2500 = 1/7, т.е. в результате 1 дыхательного цикла обновляется только 1/7 воздуха ФОЕ или полное обновление его происходит в результате не менее 7 дыхательных циклов. Из общего объема анатомического мертвого пространства определенная часть приходится на долю объема бронхов. Их просвет зависит от ряда факторов: а) на стенки внутрилегочных бронхов действует эластическая тяга альвеолярной ткани. б) на стенки внелегочных бронхов - действует отрицательное давление в плевральной полости. Эти силы повышают просвет бронхов. Повышение тонуса мышц стенок бронхов приводит к сужению бронхов (при повышении тонуса парасимпатической нервной системы, гистамин, серотонин, простагландины). Симпатическая нервная система расширяет бронхи. Релаксационным действием на мышцы бронхов обладает т. н. недавно открытая "неадренергическая тормозная система". Особенностью данной системы является то, что в качестве посредников (медиаторов) в ней выступают нейропептиды. Нарушение тонуса бронхиальных мышц вызывет бронхоспазм, приводящий к обструкции (уменьшению проходимости воздухоносных путей) и повышению сопротивления току воздуха (бронхиальная астма, астмоидный бронхит). У таких больных со временем ФОЕ может увеличиваться, наступает чрезмерное расширение легких, снижение эластичности, исчезновение альвеолярных перегородок, обеднение капиллярной сети и т.д., что ведет к растяжению легких - эмфиземе. Функциональное мертвое пространство - это все те же участки дыхательной системы, в которых не происходит газообмена, т.е. к анатомическому мертвому пространству добавляются такие альвеолы, которые вентилируются, но не перфузируются кровью. В норме таких альвеол немного и поэтому в норме объем анатомического и функционального мертвого пространства совпадает. Однако при некоторых нарушениях функции легких, когда легкие неравномерно вентилируются и кровоснабжаются объем функционального мертвого пространства значительно возрастает. Альвеолярная вентиляция: Частота дыхания у человека в среднем = 14 (12-18) в мин. У детей чаще: у грудных - 30-40 в мин у новорожденных - 40-55 в мин 1 год 35 в мин 3 года - 28 в мин 6 лет - 26 в мин 14 лет - 17 в мин Минутный объем дыхания (МОД) = 500 мл х 14 = 7 литров. При физической нагрузке МОД достигает 120 л/мин. Сравним эффективность дыхания 2-х испытуемых, у которых МОД (одинаков)= 6000 мл 1-й испытуемый 2-й испытуемый Частота дыхания в 1 мин 15 20 Дыхательный объем 400 мл 300 мл Мертвое пространство у обоих 150 мл В альвеолы поступит воздуха 250 мл 150 мл Минутная вентиляция альвеол 3750 мл 3000 мл т.е. дыхание глубокое и редкое наиболее эффективно. Величина вентиляции регулируется так, чтобы обеспечить постоянный газовый состав альвеолярного воздуха. Если V дыхания нормальный (= 7 л/мин), но дыхание частое (35 в мин и поверхностное V = 0,2 л), то вентилироваться будет гл. образом мертвое пространство и вдыхаемый воздух почти не будет дости- гать альвеол. Такое состояние опасно. Для оценки резервов дыхательной системы определяют МВЛ (максимальная вентиляция легких) - объем воздуха, проходящего через легкие за определенный промежуток времени при дыхании с максимально воз- можной частотой и глубиной. C момента остановки дыхания и кровообращения человек находится в состоянии клинической смерти. Уже через 4-6 минут недостаток О2 и накопление СО2 - к необратимым повреждениям нервных клеток и наступает биологическая смерть. Если в этот промежуток времени провести реанимационные мероприятия, то человека можно вывести из состояния клинической смерти. После внезапной остановки дыхания пульс сохраняется на сонной артерии 3-5 мин. Пробу проводят на спирографе. Форсированную гипервентиляцию проводят с частотой дыхания 40-60 в минуту продолжительностью не более 10-12 с, т.к. в результате развития алкалоза могут быть осложнения). Расчет делают на 1 минуту. МВЛ зависит от возраста, пола, размера тела. В норме она равняется 120-170 л/мин. МВЛ снижается при: а) обструктивных нарушениях (сужение дыхательных путей при накоплении в дыхательных путях слизи, набухании слизистой оболочки или спазмах бронхиальных мышц). б) при рестриктивных нарушениях вентиляции (патологические состояния, при которых снижаются дыхательные экскурсии легких, например, при поражениях легочной паренхимы - фиброз легких, при плевральных спайках). Объем форсированного выдоха Объем форсированного выдоха (ОФВ) или тест Тиффно - максимальный объем воздуха, удаленный из легких при форсированном выдохе за единицу времени (1 сек). Применяется при диагностике обструктивных нарушений. В норме ОФВ равен примерно 3 литра, что приблизительно равно 70-80 % ЖЕЛ. Так как легочные объемы зависят от возраста, роста, веса, пола, то для суждения о соответствии полученных показателей нормальным величинам их сравнивают с так называемыми должными величинами. Должные величины были получены в результате обработки большого числа измерений, проведенных на здоровых людях и установления корреляционных связей этих величин с возрастом, ростом и другими показателями. Должные величины представлены в виде таблиц, номограмм, формул. Старческая инволюция легких. С возрастом закономерно снижается эластичность легочной ткани, наступает старческая эмфизема, перерастяжение альвеолярных ходов альвеол, склероз соединительнотканных прослоек между дольками. Сглаживается ячеистый рисунок легких. После 50 лет ЖЕЛ снижается (ограничивается подвижность реберных стенок и диафрагмы, окостенение реберных хрящей). Газообмен в легких Обмен газов происходит в альвеолах, где происходит диффузия О2 из альвеолярного воздуха в кровь, а СО2 из крови в альвеолярный воздух. В сутки в кровь из альвеолярного воздуха переходит примерно 500 л О2, а в обратном направлении - 450 л СО2. 1. Для газообмена в легких основное значение имеет парциальное давление газов. Состав воздуха в %
Диффузия газов происходит вследствие разности парциального давления этих газов в альвеолярном воздухе и их напряжения в крови. Парциальное давление газа в газовой смеси пропорционально % содержанию газа и общему давлению газа. Расчет: рО2 в атмосферном воздухе: 760 мм рт. ст. x 21.0 рО2 = ------------------------------ = 159 мм рт. ст. 100 760 мм рт. ст. x 0,03 рСО2 = ------------------------------ = 0,23 мм. Hg. 100 В альвеолярном воздухе содержится водяные пары. На их долю приходится 47 мм Hg. Следовательно, в альвеолярном воздухе: (760 мм рт. ст. - 47 мм рт. ст.) x 14 рО2 = ---------------------------------------------- = 100 мм Hg 100 (760 мм. рт. ст. - 47 мм. рт. ст.) x 5,5 рСО2 = --------------------------------------------- = 40 мм Hg. 100 В венозной крови напряжение: О2 = 40 мм Hg, СО2 = 46 мм Hg, т.е. существует разность напряжения для О2 равной 60 мм Hg, для СО2 - 6 мм Hg. В крови газы находятся в растворенном и химически связанном состояниях. Растворение газов происходит до наступления динамического равновесия между количеством растворяющихся и выходящих в газовую смесь молекул газа. Сила, с которой молекулы газа стремятся выйти в газовую среду называется напряжением газа в жидкости. Количество растворяющегося газа в жидкости зависит от: Состава жидкости; Объема и давления газа над жидкостью; Температуры жидкости; Природы газа. При атмосферном давлении 760 мм Hg и температуре 38 0С в крови растворяется О2 - 0,3 %, СО2 - 3,0 %. Постоянство альвеолярного воздуха - это своеобразная внутренняя газовая среда организма. Постоянство газового состава альвеолярного воздуха является необходимым условием нормального протекания газообмена. Оно мало зависит от фаз вдоха и выдоха, так как при каждом вдохе обновляется только 1/7 часть альвеолярного воздуха. В поддержании данного постоянства существенную роль играет мертвое пространство, оно выполняет функцию буфера, сглаживающего колебания состава альвеолярного воздуха в ходе дыхательного цикла. Газовый состав зависит от альвеолярной вентиляции: При гипервентиляции рО2 повышается, рСО2 понижается. При гиповентиляции рО2 понижается, рСО2 повышается. От вентиляционно-перфузионного отношения, т.е. соответствия минутного объема дыхания минутному объему крови, протекающей по малому кругу. В норме вентиляционно-перфузионный коэффициент равен: МОД ( л/мин) ------------------------ = 0,8 - 0,9 МОК ( л/мин) Соответствие кровотока объема вентиляции в различных участках легких достигается регуляторными механизмами, ограничивающими кровоток через недостаточно вентилируемые участки легких. В сосудах большого круга кровообращения гладкая мускулатура большинства сосудов при недостатке О2 расслабляется. В сосудах малого круга, наоборот, сокращается, что вызывает сужение сосудов в плохо вентилируемых участках легких и уменьшение в них кровотока (рефлекс Эйлера - Лильестранда -понижение рО2 в альвеолярном воздухе вызывает спазм легочных артериол). Легочной кровоток в целом зависит от величины сердечного выброса. Это обеспечивается тесной взаимосвязью между механизмами регуляции дыхания и кровообращения. Потребность человека в О2 составляет 350 мл/мин (при физической работе до 5000 мл). В легких же условия таковы, что разность в парциальном давлении в 1 мм Hg уже достаточна, чтобы в кровь из альвеол перешло 25 мл О2. А реально существует разность приблизительно 60 мм Hg (надежность биологической системы). Благодаря такому большому градиенту рО2 (приблизительно 60 мм Hg) обеспечивается почти уравновешивание напряжение О2 в крови и рО2 в альвеолярном воздухе за очень короткое время прохождения крови через капилляр (за время < 1 сек). 2. Сравнительно тонкий аэрогематический барьер (0,4 - 1,5 мкм ) между воздухносным и кровеносным руслами, включающий: Слой сурфактанта (при этом сурфактант является одним из факторов, способствующий диффузии О2, так как последний лучше растворяется в фосфолипидах, входящих в сурфактант, чем в воде. Альвеолярный эпителий. 2 базальные мембраны. Эндотелий капилляров. В ходе диффузии О2 кроме указанного барьера еще преодолевает: Слой плазмы крови. Мембрану эритроцитов. 3. Высокая диффузионная способность легких. Она определяется количеством газа, проникающего через легочную мембрану за одну минуту на 1 мм Hg градиента давления. Для О2 в норме она равна 25 мл/мин х мм Hg. Для СО2 диффузионная способность больше в 24 раза (т. к. СО2 обладает повышенной растяжимостью). 4. Большая общая поверхность альвеол приблизительно 90 м2. В области верхушек легких вентиляция альвеол менее эффективна, чем нижних долей. Но так как перфузия нижних долей более интенсивна, то рО2 в артериальной крови, оттекающей от верхушек, выше чем от нижних долей. Небольшая разница между рО2 и рСО2 в альвеолах и рО2, рСО2 в артериальной крови объясняется наличием веноартериальных шунтов, снижением вентиляционно-перфузионного коэффициента в отдельных участках легкого, а также примешиванием к артериальной крови ве-нозной из бронхиальных и коронарных сосудов (тебезиевы вены). Транспорт газов кровью О2 и СО2 переносятся кровью в двух формах: а) в свободной (растворенной) форме б) в связанной форме В виде простого физического растворения их содержится очень мало: О2 - 0,3 %, СО2 - 3,0 %. Азот в венозной и артериальной крови равен 1,2 V % = простому физическому растворению. А фактически из крови их можно извлечь: О2 - в 60 раз >, СО2 - в 18 раз >, т.е. это свидетельствует о том, что основная форма их переноса - связанная. Однако состояние физического растворения О2 и СО2 имеет огромное значение. Для того, чтобы связаться с теми или иными веществами, газы сначала должны раствориться в плазме крови, т.е. каждая молекула О2 и СО2 определенное время пребывает в растворенном состоянии, прежде чем она достигнет эритроцитов. |