Физиология ребенка-УП. Основы анатомии и физиологии ребенка

• Название: Основы анатомии и физиологии ребенка
• Анкор: Физиология ребенка-УП.doc
• Дата: 06.04.2018
• Размер: 1.3 Mb.
• Имя файла: Физиология ребенка-УП.doc
• Тип: Учебное пособие; #17722
• страница: 16 из 20

7.2. Система органов дыхания.
А. Значение органов дыхания. Жизнедеятельность организма связана с постоянным расходованием энергии, которая тратится на работу различных органов и согревание тела. Энергия освобождается при распаде белков, жиров и углеводов. Этот распад сопровождается окислением, при котором сложные молекулы органических веществ присоединяют кислород и расщепляются.

Кислород, необходимый организму, поступает из внешней среды в органы дыхания и отсюда доставляется клеткам кровью. При распаде веществ в клетках образуется углекислый газ, который уносится кровью и выделяется главным образом через лёгкие в атмосферный воздух. Таким образом, значение органов дыхания заключается в том, что они обеспечивают газообмен между организмом и внешней средой.

Без энергии и кислорода, участвующего в её освобождении, не может протекать ни один жизненный процесс. Следовательно, от деятельности органов дыхания зависит работа всех органов тела. Однако, органы дыхания нуждаются в притоке питательных веществ и выносе продуктов распада. Поэтому и деятельность органов дыхания в свою очередь зависит от функции органов кровообращения, пищеварения, выделения.

В процессе дыхания устанавливается связь и взаимодействие между организмом и внешней средой. Вследствие этого взаимодействия происходят различные химические превращения в организме и изменяется состав воздуха окружающей его среды.

К системе органов дыхания относят гортань, трахею, бронхи и лёгкие. Проникновение воздуха в гортань происходит через носовую или ротовую полость и глотку.

У высших позвоночных животных (начиная с рептилий) и у человека основным типом дыхания является легочное дыхание. Это сложный процесс газообмена с окружающей средой, складывающийся из ряда последовательных процессов: газообмена между легочным воздухом и внешним атмосферным воздухом, обмена газов между кровью и легочным воздухом, транспорта газов с кровью по всему организму, обмена газов в тканях организма, потребления кислорода, выделения углекислого газа в клетках в процессе тканевого метаболизма.
Б. Химический состав атмосферного воздуха и его значение для здоровья.Вдыхаемый воздух состоит (в % к общему объему) из кислорода — 20,95 %, углекислого газа — 0,03—0,04 %, азота — 79,02% и водяных паров—0,47%. Кроме того, в нем в небольших количествах содержатся гелий, озон, водород и другие газы. Содержание кислорода в воздухе относительно постоянно, оно изменяется только при подъеме на большие высоты или в герметически изолированных помещениях. Озон (О_з) образуется из кислорода при электрических разрядах, например, во время грозы и при ультрафиолетовой радиации. Озон обеззараживает воздух.

Допустимое для здоровья предельное содержание СО , при котором уже должны быть приняты меры для его снижения, — не свыше 0,1%.

Окись углерода (СО) опасна для жизни; признаки отравления появляются при содержании 0,01, а максимально переносимое содержание—0,02 объемного процента.

Азот не оказывает влияния на здоровье, но при повышении его давления выше 8 атмосфер он производит наркотическое действие. Примеси аммиака и сероводорода, появляющиеся в воздухе при гниении органических веществ, содержащих азот, требуют улучшения его состава, так как могут вызвать отравление. Допустима концентрация пыли в воздухе не свыше 2 мг/м³, сернистого ангидрида—0,05 мг/м³. В чистом воздухе жилых помещений содержится в 1 м³ летом до 1500, а зимой до 4500 микроорганизмов. Количество водяных паров в воздухе зависит от его температуры.
В. Общий план строения органов дыхания.Органы дыхания человека представлены воздухоносными путями, по которым проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух, и легкими, где происходит обмен газов.

Дыхательные пути начинаются носовой полостью, которая отделена от ротовой полости спереди твердым, а сзади мягким нёбом. Носовая полость имеет костный и хрящевой остов и сплошной перегородкой делится на правую и левую части. Носовые раковины разделяют носовую полость на ряд узких носовых щелей, по которым проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух.

Из носовой полости воздух проходит в носоглотку, а затем в гортань.

Гортань располагается впереди гортанной части глотки на уровне IV—VI шейных позвонков и образована хрящами: щитовидным, двумя черпаловидными и перстневидным. К верхнему краю щитовидного хряща прикрепляется надгортанник, который закрывает вход в гортань во время глотания и препятствует попаданию в нее пищи. От щитовидного хряща к черпаловидному (спереди назад) идут две голосовые складки. Пространство между ними называют голосовой щелью.

На уровне VI—VII шейных позвонков гортань переходит в трахею, имеющую длину 12 см. Трахея делится на два бронха, которые входят в правое и левое легкие. Трахея и бронхи состоят из хрящевых полуколец, не замкнутых с задней поверхности. Хрящевые полукольца придают упругость дыхательным путям и делают их не спадающимися и тем самым легко проходимыми для воздуха.

В правом и левом легких бронхи древовидно ветвятся на более мелкие бронхи, которые входят в легочные дольки и образуют еще более мелкие дыхательные ветви — бронхиолы. Мельчайшие дыхательные бронхиолы диаметром около 0,5 мм разветвляются на альвеолярные ходы, которые заканчиваются альвеолярными мешочками. Альвеолярные ходы и мешочки на стенках имеют выпячивания в виде пузырьков, которые называют альвеолами. Диаметр альвеол равен 0,2—0,3 мм, а их количество достигает 300—400 млн., благодаря чему создается большая дыхательная поверхность легких.

Альвеолы состоят из очень тонкого плоского эпителия, который снаружи окружен сетью мельчайших, тоже тонкостенных, кровеносных сосудов, что облегчает обмен газов.

Легкие располагаются в герметически закрытой грудной полости. Задняя стенка грудной полости образована грудным отделом позвоночника и отходящими от позвонков, подвижно присоединенными ребрами. С боков она образована ребрами, спереди — ребрами и грудиной. Между ребрами располагаются межреберные мышцы (наружные и внутренние). Снизу грудная полость отделяется от брюшной диафрагмой, куполообразно изогнутой в грудную полость.

У человека два легких — правое и левое. Правое легкое состоит из трех долей, левое — из двух. Суженную верхнюю часть легких называют верхушкой. Различают ворота легкого , через которое проходят бронхи, кровеносные сосуды (легочная артерия и две легочные вены), лимфатические сосуды и нервы. Совокупность этих образований носит название корня легкого.

Легкие покрыты оболочкой — плеврой. Она состоит из двух листков: внутреннего (висцерального) и наружного (париетального). Внутренний листок плевры покрывает легкие и является их наружной оболочкой, которая по корню легко переходит в наружный листок плевры, выстилающий стенки грудной полости (является ее внутренней оболочкой). Таким образом, между внутренним и наружным листками плевры образуется герметически замкнутое пространство, которое называют плевральной полостью. Плевральная полость заполнена плевральной жидкостью, которая смачивает листки плевры и облегчает их скольжение относительно друг друга.
Г. Механизм дыхательного акта.Ритмические дыхательные движения являются результатом координированной работы межреберных мышц и диафрагмы. При акте вдоха происходит сокращение дыхательных межреберных мышц, приподнимающих ребра, одновременно сокращаются мышцы диафрагмы, купол ее, направленный в сторону грудной полости, опускается, органы брюшной полости отодвигаются вниз — происходит увеличение объема грудной клетки. Легкие всегда целиком заполняют грудную полость и следуют за всеми изменениям объема грудной клетки при сокращении и расслаблении дыхательных мышц. При вдохе диафрагма в среднем опускается на 3—4 см; опускание ее у человека на 1 см увеличивает объем грудной клетки на 250—300 мл. Увеличение объема грудной клетки приводит к увеличению объема легких, которые атмосферным давлением прижимаются к стенке грудной клетки. Увеличение объема легких приводит к уменьшению давления в их полости и поэтому наружный атмосферный воздух в силу разности давлений поступает в них.

При акте выдоха наступает расслабление межреберных мышц (ребра опускаются) и мышц диафрагмы (купол диафрагмы приподнимается и давит на органы грудной полости, в частности сдавливает легкие). В результате этого объем грудной клетки уменьшается, соответственно уменьшается и объем легких, давление в полости легких становится выше атмосферного и поэтому воздух выталкивается из легких наружу через дыхательные пути.
Д. Жизненная емкость легких.Жизненной емкостью легких называют то количество воздуха, которое может человек выдохнуть после максимального вдоха или максимально вдохнуть после максимального выдоха.

Жизненная емкость легких определяется прибором спирометром, а метод ее определения называют методом спирометрии.

Величину жизненной емкости легких составляют несколько объемов воздуха: дыхательный (500 см³), резервный объем вдоха (1500 см³) и резервный объем выдоха (1500 см³).

Дыхательным объемом легких называют то количество воздуха, которое человек выдыхает при спокойном дыхании. Оно равно в среднем 500 см³. Но после спокойного выдоха человек может еще выдохнуть (не делая дополнительного вдоха) какой-то определенный объем воздуха, оставшегося в легких. То количество воздуха, которое человек может выдохнуть после спокойного выдоха, называют резервным объемом выдоха легких. Его величина в среднем составляет 1500 см³.

Осуществив спокойный вдох, человек может еще усиленно вдохнуть (не делая выдоха после спокойного вдоха) около 1500—2000 см³воздуха. Это количество воздуха называют резервным объемом вдоха. Его спирометром не определяют, а рассчитывают, вычитая из жизненной емкости сумму дыхательного объема и резервного объема выдоха.

Жизненная емкость легких в среднем у взрослого человека равна 3500 — 4000 см³, у мужчин она несколько больше, чем у женщин.

Жизненная емкость легких не характеризует всего объема воздуха, находящегося в легких. После того как человек максимально выдыхает, в его легких остается большое количество воздуха. Оно составляет 1000—1200 см³, и называют его остаточным объемом легких. Этот объем вместе с резервным объемом составляет нормальную емкость легких.
Е. Связывание кислорода кровью. В артериальной крови 0,25 объемных процентов êèñëîpîäà находится в состоянии физического растворения в плазме, а остальные 18,75 объемных процентов - в эритроцитах в связанном состоянии с гемоглобином в виде оксигемоглобина. Связь гемоглобина с кислородом зависит от величины напряжения газов: если оно увеличивается, гемоглобин присоединяет кислород и образуется оксигемоглобин. При уменьшении напряжения кислорода оксигемоглобин распадается и отдает кислород.

Свойство гемоглобина — легко насыщаться кислородом, даже при небольших давлениях, и легко его отдавать — это очень важно.

Благодаря легкой отдаче гемоглобином кислорода, при сниженном парциальном давлении последнего, обеспечивается бесперебойное снабжение тканей кислородом, в которых вследствие постоянного потребления кислорода его парциальное давление равно нулю.

Распад оксигемоглобина на гемоглобин и кислород увеличивается с повышением температуры тела. Диссоциация оксигемоглобина зависит от реакции среды плазмы крови. С увеличением кислотности крови возрастает диссоциация оксигемоглобина.

Связывание гемоглобина с кислородом в воде осуществляется быстро, но полного его насыщения не достигается, так же как не происходит полной отдачи кислорода при снижении его парциального давления. Более полное насыщение гемоглобина кислородом и полная его отдача при понижении напряжения кислорода происходят в растворах солей и в плазме крови.

Особое значение в связывании гемоглобина с кислородом имеет содержание СО₂ в крови. Чем больше содержится углекислоты в крови, тем меньше связывается гемоглобин с кислородом и тем быстрее происходит диссоциация оксигемоглобина. Особенно резко понижается способность гемоглобина соединяться с кислородом при давлении CO₂ , равном 46 мм рт. ст., т. е. при величине, соответствующей напряжению СО₂ в венозной крови. Влияние СО₂ на диссоциацию оксигемоглобина очень важно для переноса газов в легких и тканях.

В тканях содержится большое количество CO₂ и других кислых продуктов распада, образующихся в результате обмена веществ. Переходя в артериальную кровь тканевых капилляров, они способствуют более быстрому распаду оксигемоглобина и отдаче кислорода тканям.

В легких же, по мере выделения CO₂ из венозной крови в альвеолярный воздух, с уменьшением содержания CO₂ в крови увеличивается способность гемоглобина соединяться с кислородом. Тем самым обеспечивается превращение венозной крови в артериальную.

Ж. Связывание углекислого газа кровью. В артериальной крови содержится 50—52 % СО₂ , а в венозной на 5—6 % больше — 55— 58 %. Из них 2,5—2,7 объемного процента в состоянии физического растворения, а остальная часть CO₂ переносится в виде солей угольной кислоты. Часть углекислого газа (от 10 до 20 объемных процентов) может транспортироваться в виде соединений с аминогруппой гемоглобина — карбгемоглобина.

На связывание CO₂ кровью влияет присутствие оксигемоглобина в крови. Эту зависимость можно проследить при переходе артериальной крови в венозную.

В сосудах легких образование оксигемоглобина способствует отдаче СО₂ , содержание которого при превращении венозной крови в артериальную уменьшается с 58 до 52 объемных процентов. При повышенном содержании кислорода во вдыхаемом воздухе из крови удаляется весь CO₂. В присутствии азота, даже при нулевом напряжении CO₂ в окружающей среде, часть углекислого газа остается связанной с кровью.
З. Газообмен в легких.Обмен газов в легких происходит в альвеолах. Альвеолы лежат в сети эластичных соединительных волокон, выполняющих опорную функцию и придающих легким эластичность и упругость. Общая поверхность всех альвеол, через которую диффундируют газы, составляет у взрослого человека примерно 100-120 м² что более чем в 50 раз превышает поверхность кожи. Этим определяется резкое снижение роли кожи как органа дыхания у высших позвоночных, в том числе и у человека.

Стенки альвеол очень тонки, и газы легко диффундируют через них из полостей альвеол в кровеносные капилляры. Через легочные капилляры протекает около 5 л крови в минуту. Суммарная толщина мембраны, разделяющей альвеолярный воздух и кровь, составляет 4 мкм и образована двумя слоями плоских клеток; эндотелия кровеносных капилляров и эпителиальных клеток, выстилающих поверхность альвеол. Скорость газообмена через мембрану достаточно велика, чтобы установилось почти полное равновесие между кровью, протекающей через легочные капилляры, и воздухом, содержащимся в альвеолах, хотя кровь пребывает в кровеносных капиллярах альвеол не более 2 с .

Для физиологических процессов газообмена основное значение имеет парциальное давление, которое развивают газы в альвеолах (пропорционально их процентному содержанию).

Как видно, атмосферный воздух значительно изменяет свой газовый состав после газообмена с кровью в легочных альвеолах. Диффузия О₂ и CO₂ происходит вследствие разности между парциальным давлением этих газов в альвеолярном воздухе и напряжением их в крови. Напряжение СО₂ и О₂ есть концентрация этих газов, растворенных в жидкости; оно определяется величиной парциального давления этих газов в газовой смеси, с которой растворимые газы находятся в равновесии при атмосферном давлении. Каждый газ растворяется в жидкости в зависимости от своего парциального давления. Напряжение О₂ в артериальной крови равно 100 мм рт. ст., а СО₂ - 40 мм рт. ст., в венозной крови соответствующие значения этих величин - 40 и 46 мм рт. ст. В альвеолярном воздухе парциальное давление 0₂ составляет 102, a CO₂ - 40 мм рт. ст. Следовательно, разность между напряжением газов в венозной крови и их давлением в альвеолярном воздухе равна для О₂ примерно 62, а для СО₂ - мм рт. ст. Вследствие более низкого парциального давления СО₂ в альвеолярном воздухе (по сравнению с напряжением его в венозной крови) он переходит путем диффузии из крови легочных капилляров в альвеолярный воздух. В результате более высокого парциального давления О₂ в альвеолярном воздухе, по сравнению с его напряжением в венозной крови, О₂ поступает из альвеолярного воздуха в кровь капилляров легких. Потребность человека в кислороде составляет примерно 350 мл/мин (при физической работе эта величина возрастает до 5000 мл/мин). Условия газообмена в альвеолах легко обеспечивают такой уровень потребления О₂ организмом: разности в парциальных давлениях в 1 мм рт. ст. уже достаточно, чтобы в кровь из альвеол перешло 250 мл О₂ (реально наблюдаемая разность напряжений О₂ в альвеолярном воздухе и крови составляет 62 мм рт, ст.).
И. Транспорт газов кровью. Под влиянием разности парциального давления в альвеолярном воздухе и напряжения в венозной крови О₂ из легочных альвеол проникает в легочные кровеносные капилляры. Транспортная функция крови в основном обеспечивается эритроцитами, содержащими гемоглобин, обладающий высоким сродством к О₂ . 98 % О₂ крови связано с. гемоглобином.

Все дыхательные пигменты - переносчики О₂ — представляют собой сложные металлорганические комплексные соединения, большая часть которых содержит атомы железа, меньшая—атомы меди. Основным свойством переносчиков О₂ является их способность обратимо присоединить количество О₂ , необходимое для обеспечения потребностей в нем организма.

Наиболее распространенными пигментами — переносчиками О₂ - являются гемоглобин и гемоцианины. Гемоглобин (НЬ), содержащийся в эритроцитах позвоночных животных, является хромопротеидом. Он состоит из белка - глобина (96 %) и характерной простетической группы (4%). Молекула НЬ состоит из 4 полипептидных цепей с атомом Fe⁺² в каждой. Функциональное значение НЬ определяется способностью его к образованию непрочной химической связи с О₂ . В органах дыхания (легких или жабрах) 0₂ поступает в эритроциты крови и соединяется там с гемоглобином, образуя непрочное химическое соединение - оксигемоглобин.

Реакция оксигенации (образование оксигемоглобина) является обратимой, тесно связанной с количеством О₂ в крови. В тканях организма, в кровеносных капиллярах различных органов происходит распад НЬО₂ — “восстановление” НЬ и освобождение свободного О₂, используемого в процессах тканевого метаболизма.

Молекулы НЬ, соединяясь с СО₂, образуют по типу карбаминовой связи непрочное соединение - карбгемоглобин (НЬСО₂), принимающий участие в процессе удаления из организма части СО₂, образовавшегося в ходе тканевого метаболизма.

К гемоглобину, точнее к имеющемуся в его составе Fe⁺², легко присоединяется оксид углерода — угарный газ СО, образуя карбоксигемоглобин (НЬСО). Ядовитое действие СО определяется тем, что сродство НЬ к нему почти в 300 раз выше, чем сродство НЬ к О₂. При вдыхании воздуха, в котором содержится СО, последний вытесняет О₂ из Нb, занимая его место, в результате чего подавляется дыхательная функция крови/

Общая схема обмена О₂ выглядит следующим образом. Основной переносчик 0₂ в крови - НЬ связывает его и образует НЬО₂ лишь при высокой концентрации 0₂ в крови. Такие условия достигаются в артериальной крови, оттекающей от легких. При взаимодействии НЬ с О₂ концентрация свободного 0₂ в плазме крови понижается, что, в свою очередь, способствует диффузии новых порций 0₂ из легких в кровь. Этот процесс продолжается до тех пор, пока весь НЬ крови не перейдет в НЬО₂. Высокая разность парциального давления 0₂ в альвеолярном воздухе и напряжения 0₂ в венозной крови, поступающей к легким, делает возможным почти полное насыщение крови 0₂. Благодаря высокому сродству НЬ к О₂ 100 мл крови способны переносить 19—20 мл О₂. Иная картина обмена О₂ наблюдается в капиллярах: поскольку в них постоянно расходуется О₂ для обеспечения нормального хода обменных метаболических процессов, концентрация там этого газа сильно падает. В связи с этим О₂ начинает диффундировать из плазмы крови капилляров в окружающую ткань. Таким образом, усвоение организмом О₂ связано с обратимой реакцией образования и разложения НЬО₂.

Транспорт диоксида углерода кровью. В процессе тканевого метаболизма в организме взрослого человека образуется около 500 мл СО₂.

Содержание СО₂ в клетках и тканях организма значительно выше, чем в плазме крови, поэтому он диффундирует из тканей в кровь. Движение газа через жидкие среды организма зависит как от градиента давления, так и диффузионной способности данного газа. Диффузионная способность СО₂ примерно в 30 раз превышает величину диффузионной способности О₂. Наибольшую величину имеет парциальное давление СО₂ в тканях, где происходит его образование. Напряжение СО₂ в венозной крови на 6-8 мм рт. ст, превышает парциальное давление этого газа в альвеолярном воздухе, поэтому СО₂ в легочных кро­веносных капиллярах переходит из венозной крови в альвеолярный воздух. Лишь небольшая часть СО₂ ( 3 %) переносится плазмой крови в растворенном виде. Примерно 10 % СО2 транспортируется в виде карбгемоглобина НЬСО₂.

Переход CO₂ из тканей в кровь сопровождается его гидратацией, а переход из крови в альвеолярный воздух - дегидратацией

Поступление СО₂ из тканей в кровь уменьшает сродство НЬ к О₂. Поэтому при высоком парциальном давлении СО₂ требуется более высокое парциальное давление О₂ для насыщения гемоглобина крови кислородом. Диффузия СО₂ из ткани в кровеносные капилляры облегчает процесс отщепления О₂ от НЬ, а выдыхание СО₂ из легких способствует насыщению крови в легочных капиллярах О₂.