Физиология: Исследования внешнего дыхания. Методы исследования внешнего дыхания. Обмен газов в организме
 Скачать 1.27 Mb.
|
|
Тема: Методы исследования внешнего дыхания. Обмен газов в организме. 1.Дыхание: определение, роль, этапы. Общий план строения системы внешнего дыхания. Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих поступление во внутреннюю среду организма кислорода, использование его для окислительных процессов, и удаление из организма образовавшегося углекислого газа. Роль: 1.Обеспечивает организм кислородом (О2 ). 2. Обеспечивает биологическое окисление пищевых веществ (белков, жиров, углеводов) при участии О2 для воспроизводства энергии, необходимой человеку для жизнедеятельности. 3. Обеспечивает удаление из организма углекислого газа. 4. Обеспечивает удаление из организма некоторых конечных продуктов обмена веществ (пары воды, аммиак, сероводород и т.д.). Не дыхательные функции легких и дыхательных путей 1. Участие в водном обмене Через дыхательные пути и легкие за сутки испаряется около 500 мл воды и таким образом осуществляется их участие в регуляции водно-солевого баланса. 2. Участие в терморегуляции. На испарение 1 г воды расходуется 0,58 ккал тепла и это один из путей участия дыхательнойсистемы в механизмах теплоотдачи. В условиях покоя за счет испарения воды с дыхательныхпутей из организма выводится около 25% суточного расхода воды и 15% продуцируемого тепла. 3. Участие в регуляции кислотно-щелочного состояния организма. Процессы газообмена между кровью и атмосферным воздухом, которые происходят в легких,очень тесно связаны с регуляцией кислотно-щелочного состояния (КАС) организма. Эта связь реализуется через гидрокарбонатную буферную систему крови, которая является вентиляционнооткрытой. 4. Защитная функция: иммунологическая, в легочной ткани задерживаются лейкоциты, образуются антитела, осуществляется фагоцитоз, вырабатывается лизоцим, интерферон, иммуноглобулины(IgG, IgM) 5. Депонирование крови (до 15% объема циркулирующей крови). При этом “депонированная” кровь продолжает участвовать в газообмене с альвеолярным воздухом. 6. Фильтрационная и гемостатическая функция – в легких задерживаются и удаляются из крови мелкие тромбы и эмболы. Тромбы разрушаются фибринолитической системой легких. 7. Регуляция агрегатного состояния крови (тромбопластин, тромбоксан В2 ,факторы VII, VIII). Интерстиций легких содержит большое количество тучных клеток, содержащих гепарин благодаря чему кровь, оттекающая от легких, свертывается медленнее, чем притекающая. 8. Экскреторная функция – через легкие удаляется более 200 летучих веществ. Эндогенных: углекислый газ, метан, ацетон и др.; экзогенных - этиловый спирт, фторотан, закись азота и т.д., испаряется вода. 9.Метаболическая. Эпителиоцитами синтезируются липиды и протеины, входящие в состав сурфактанта, коллаген и эластин, придающие упругость стенкам альвеол. 10. Выработка биологически активных веществ: - легкими синтезируется до 90% гепарина; - ангиотензин I превращается в высокоактивный сосудосуживающий фактор – ангиотензин II; - на 80% инактивируется брадикинин; - захватывается и депонируется серотонин, а также 30-40% норадреналина. В них инактивируется и накапливается гистамин, инактивируется до 25% инсулина, 90-95% простагландинов группы E и F; образуются простагландин I2 (сосудорасширяющий простациклин); оксид азота (NO); факторы свертывания крови VII и VIII, эритропоэтины. 11. Дыхательные пути участвуют в генерации звуков (голосообразование). В механизмах формирования устной речи и пения выделяют энергетический, генераторный и резонаторный компоненты. Дыхание включает пять этапов. 1-й этап. Вентиляция легких — обмен газами между альвеолярной газовой смесью и атмосферным воздухом. 2-й этап. Газообмен между альвеолярной газовой смесью и кровью. 3-й этап. Транспорт кислорода от легких к тканям, а углекислого газа от тканей к легким. 4-й этап. Газообмен между кровью и тканями. 5-й этап. Тканевое или внутреннее дыхание. Первые два этапа объединяют под общим названием «внешнее дыхание». Последний, 5-й этап дыхания — предмет изучения биологической химии и молекулярной биологии. Первые же четыре этапа дыхания традиционно служат предметом изучения физиологии.  2.Внешнее дыхание. Биомеханика вдоха и выдоха. Плевральное давление, его происхождение и значение для дыхания и кровообращения. Дыхание представляет собой непрерывный циклический процесс, состоящий из трех этапов: вдоха, выдоха, дыхательной паузы. Рассмотрим этот процесс, начиная с дыхательной паузы. Дыхательная пауза. Во время дыхательной паузы силы, действующие на легочную ткань, уравновешивают друг друга: со стороны дыхательных путей на легочную ткань действует сила атмосферного давления (Ратм), со стороны грудной полости сила плеврального давления (Рпл 0 ) и эластическая тяга легких (Fэл.т. 0 ). Во время дыхательной паузы легочная ткань находится без движения — легкие не увеличивают свой объем, но и не спадаются: Ратм = Рпл 0 + Fэл.т. 0 . Индекс 0 указывает, что указанные соотношения приняты за исходную точку отсчета. Процесс вдоха начинается с сокращения дыхательных мышц — диафрагмы и межреберных мышц. Диафрагма уплощается и опускается, что приводит к увеличению объема грудной полости в вертикальном размере. Сокращение наружных косых межреберных мышц приводит к поднятию ребер и расхождению во фронтальной плоскости. В результате грудная полость увеличивается во фронтальном и сагиттальном размерах. При увеличении объема грудной клетки происходит и увеличение объема плевральной полости, что приводит к уменьшению плеврального давления: Рпл 1 < Рпл 0 . Ранее рассмотренное выражение приобретает новый вид: Ратм > Рпл 1 + Fэл.т. 0 . В связи со сложившимся вектором сил легочная ткань начинает растягиваться, и легкие при этом увеличивают объем. В альвеолярном пространстве давление альвеолярной газовой смеси начинает падать, и атмосферный воздух из зоны высокого давления (из окружающего пространства) начинает поступать в зону более низкого давления, то есть в альвеолярное пространство. Окончание вдоха. При растяжении легочной ткани в процессе вдоха увеличивается эластическая тяга легких, то есть Fэл.т. 1 > Fэл.т. 0 . К тому же при увеличении объема легких уменьшается объем плевральной полости, что приводит к увеличению плеврального давления: Рпл 1 < Рпл 2 . Это обстоятельство приводит к тому, что в какой-то момент времени силы, действующие на легочную ткань со стороны грудной полости, вновь уравновешивают атмосферное давление воздуха, действующее на легочную ткань через дыхательные пути, и вдох прекращается: Ратм = Рпл 2 + Fэл.т. 1 . Процесс выдоха. Выдох начинается с расслабления дыхательных мышц. Диафрагма принимает куполообразную форму, ребра опускаются, и грудная клетка приобретает размеры, как до начала вдоха. Однако, поскольку легкие пока имеют максимальный объем, резко уменьшается в объеме плевральная полость и увеличивается плевральное давление: Рпл 3 >> Рпл 0 . Именно поэтому сумма сил, действующая на легочную ткань со стороны грудной клетки, начинает преобладать над атмосферным давлением: Ратм < Рпл 3 + Fэл.т. 1 Данное обстоятельство и приводит к тому, что легкие начинают спадаться до тех пор, пока не приобретут прежний объем, то есть пока не возникнут отношения, характерные для дыхательной паузы. При уменьшении объема легких в них возрастает давление альвеолярной газовой смести, и воздух начинает уходить из легких в соответствии с градиентом давления. Таким образом, вентиляция легких реализуется в соответствии с физическими законами. Основная причина изменения объема легких — сокращение дыхательных мышц, увеличение, в связи с этим, объема грудной клетки и изменение плеврального давления. Плевральная полость — пространство, заключенное между висцеральным и париетальным листками плевры. Плевральное давление — давление содержимого плевральной полости на органы грудной полости и стенки грудной клетки. В норме у здорового человека плевральное давление на несколько миллиметров ртутного столба ниже, чем атмосферное. Оно обусловлено эластической тягой легких, то есть, их постоянным стремлением спадаться, а также на отрицательное давление влияют активные силы, развиваемые дыхательными мышцами во время дыхательных движений. Расправленные легкие постоянно стремятся уменьшиться в объеме. Это обусловлено напряжением эластических волокон и поверхностным натяжением жидкости в альвеолах. Сила поверхностного натяжения тонкого слоя воды на поверхности альвеол всегда направлена на сжатие, и спадение альвеол Если сделать прокол грудной клетки и измерить внутри плевральное давление оно будет ниже атмосферного на 4-5 млм рт ст. Происхождение отрицательного давления в плевральной полости за счет неравномерного роста грудной клетки и легких легочная ткань отстает в росте от грудной клетки и поэтому легкие заполняясь воздухом старается спасться в результате эластической тяги и этим самым между париетальным и висцеральным листками образуется плевральная щель давление в которой ниже атмосферного. При повреждении грудной клетки или легких в плевральную полость может поступать воздух. При этом легкое спадается, попадание воздуха в плевральную полость называется пневмотораксом. Пневмоторакс может бать открытым, закрытым, клапанным односторонним и двусторонним двусторонний приводит к летальному исходу 3.Легочные объемы и емкости, методы их определения.  Спирометрия — метод измерения дыхательных объемов и емкостей. Различают следующие дыхательные объемы. Дыхательный объем — объем воздуха, который человек вдыхает и выдыхает в условиях относительного физиологического покоя. В норме этот показатель у здорового человека может колебаться в диапазоне 0,4–0,5 л. Резервный объем вдоха — максимальный объем воздуха, который человек может вдохнуть дополнительно после спокойного вдоха. Величина резервного объема вдоха составляет 1,5–1,8 л. Резервный объем выдоха — максимальный объем воздуха, который дополнительно может выдохнуть человек после спокойного выдоха. В норме это величина может составлять 1,0–1,4 л. Остаточный объем — объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. У здорового человека эта величина составляет 1,0– 1,5 л. Для характеристики функции внешнего дыхания нередко прибегают к расчету дыхательных емкостей, которые состоят из суммы тех или иных дыхательных объемов. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — состоит из суммы дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха. В норме колеблется от 3 до 5 л. У мужчин, как правило, этот показатель выше, чем у женщин. Общая Емкость вдоха — равна сумме дыхательного объема и резервного объема вдоха. В среднем составляет 2,0–2,3 л. Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) — сумма резервного и остаточного объема выдоха. Этот показатель может быть рассчитан методами газового разведения с использованием спирографов закрытого типа. Для определения ФОЕ используют инертный газ гелий, который включают в состав дыхательной смеси: Vсп × Сhe1 = Vсп × Сhe2 + ФОЕ × Сhe2, где Vсп — объем спирографа; Сhe1 —концентрация гелия в дыхательной смеси спирографа до начала испытания; Сhe2 —концентрация гелия в дыхательной смеси в ходе испытания. Отсюда: ФОЕ = Vсп (Сhe1 – Сhe2) / Сhe2. Общая емкость легких — сумма всех дыхательных объемов. Спирометрия реализуется с помощью специальных приборов — спирометров. Различают спирометры сухие и влажные. Спирография — метод, позволяющий регистрировать дыхательную кривую, спирограмму, а затем путем специальных измерений и расчетов оценивать дыхательные объемы и емкости Пневмотахометрия. Метод оценки скорости воздушных потоков. В качестве датчика используют трубку Флейша, которая соединяется с регистрирующим устройством. Этот показатель используют для оценки состояния дыхательных мышц. Оксигемометрия и оксигемография. Метод используют для оценки степени насыщения крови кислородом. При насыщении крови кислородом она приобретает ярко-алый цвет и хорошо проницаема для светового потока. Венозная кровь, насыщенная углекислым газом, имеет темный цвет и плохо проницаема для световых лучей. Оксигемометр содержит светочувствительный элемент и источник света, которые встроены в специальную клипсу и фиксируются на ушной раковине. Световой сигнал преобразуется в электрический ток, амплитуда которого соответствует интенсивности светового потока, прошедшего через ткани ушной раковины. Затем сигнал усиливают и преобразуют в цифру, которая и показывает степень насыщения крови кислородом. Капнометрия и капнография. Метод оценки содержания углекислого газа в выдыхаемом воздухе. Как правило, в современных спирографах встроены блоки для оценки содержания углекислого газа в выдыхаемом воздухе, поэтому при спирографии одновременно оценивают содержание кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе. Экспериментальное моделирование дыхания. Для уточнения механизмов дыхания нередко используют методы экспериментального моделирования. Одним из вариантов такого моделирования служит модель, предложенная Дондерсом. Функциональные пробы. Для характеристики эффективности газотранспортных механизмов и резервов дыхания прибегают к функциональным пробам. Проводятся в двух вариантах: задержка дыхания на вдохе (проба Штанге) и задержка дыхания на выдохе (проба Генча). 4.Обмен газов в легких и тканях. Понятие коэффициента утилизации кислорода. Коэффициент утилизации кислорода (KYO2) является показателем поглощаемого кислорода из капиллярного русла. KYO2 определяют как отношение потребления кислорода к показателю его доставки. (Первая часть вопроса в 5) 5.Транспорт газов кровью. Кривая диссоциации оксигемоглобина. Транспорт углекислого газа, роль карбангидразы. Процессы переноса кислорода из альвеолярной газовой смеси в венозную кровь и переноса углекислого газа из венозной крови в альвеолярную газовую смесь связаны с разностью парциального давления и парциального напряжения газов между альвеолярной газовой смесью и кровью. Разность парциального напряжения газов в крови и тканях вызывает направленное их движение в зоне капиллярного обмена.  Парциальное (лат. partialis — частичный) давление газа в воздушной среде — это давление газа, входящего в состав газовой смеси, которое бы он оказал при той же температуре, занимая один весь объем. По отношению к растворам принято говорить о парциальном напряжении газа, которое также оценивается в миллиметрах ртутного столба. Кислород, попадая в кровь, вступает во взаимодействие с гемоглобином в эритроцитах. В результате образуется окисленная форма гемоглобина — оксигемоглобин. Более 99,9% кислорода в такой форме транспортируется от легких к тканям. Для характеристики транспортной функции кислорода крови применяют понятие «кислородная емкость крови». Кислородная емкость крови — количество кислорода, которое содержится в 100 мл крови при полном ее насыщении им. В норме эта величина составляет около 20 мл. Гемоглобин переходит в окисленную форму при изменении парциального давления кислорода (рО2) в соответствии с определенной закономерностью, так называемым графиком диссоциации оксигемоглобина  Как мы отмечали выше, более 99,9% кислорода транспортируется от легких к тканям в виде его соединения с гемоглобином. Это основной и по существу единственный механизм транспорта данного газа кровью. Более сложно обстоит дело с транспортом СО2. Гемоглобиновый механизм обеспечивает перенос только 30–35% всего выделяющегося в тканях СО2. Примерно 3% диоксида углерода может переноситься в свободно растворенной форме, а оставшаяся часть (60–65%) транспортируется в виде однозамещенной соли угольной кислоты (NaHCO3), основное количество которой находится в плазме крови. Углекислый газ образуется в тканях при окислении питательных веществ. В соответствии с градиентом парциального напряжения СО2 из тканей переходит в плазму, а затем в эритроцит. В эритроците с участием фермента карбоангидразы СО2 взаимодействует с Н2О, в результате чего образуется угольная кислота: Н2О + СО2 = Н2СО3. Угольная кислота в водной фазе диссоциирует на ионы Н+ и НСО3 – . Отрицательно заряженный остаток угольной кислоты (НСО3 – ) из эритроцита уходит в плазму, где взаимодействует с ионом Na+ и образует однозамещенную соль NaНСО3, которая и осуществляет транспорт основной части (60–65%) СО2 от тканей к легким. |