АТОМО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВІІЕШІІЕГО ДЫХАІІИЯ. 2 страница
2.5. ГРУДНАЯ КЛЕТКА - МЫШЕЧНО-КОСТНО-СУСТАВНОЙ КОМПЛЕКС.
Дыхательные и вспомогательные дыхательные мышцы обеспечивают вдох и выдох посредством изменения объема грудной полости. Грудная полость имеет форму конуса, сужающегося кверху. Ее дно образует диафрагма, а боковую поверхность - грудная клетка. Грудная клетка состоит из ребер, соединяющихся посредством суставов спереди с грудиной, сзади - с телами и поперечными отростками позвонков. Оба сочленения каждого ребра с позвонком действуют как единый комбинированный вращательный сустав, приводимый в движение соответствующими дыхательными мышцами. Таким образом, количество суставов, способных участвовать в обеспечении дыхания почти столь же велико, как и количество дыхательных мышц, а амплитуда движений в них может изменяться от незначительного смещения по отношению друг к другу нескольких, участвующих в сочленении костей (ребер, грудины, позвонков) до интенсивных смещений всех костей, образующих суставы грудной клетки и позвоночника. Комбинация «грудная клетка - дыхательные мышцы» является одним из элементов опорно-двигательного аппарата тела, к которому относится вся совокупность соматической (произвольной) мускулатуры, скелет и его соединения.
Опорно-двигательный аппарат состоит из пассивной (скелет и его соединения) и активной (мышцы) частей. Обе эти части тесно связаны между собой функционально и развиваются из одной и той же закладки, так называемой, мезодермы. Поэтому комбинации « грудная клетка - дыхательные мышцы» присущи все те свойства, которые присущи любому' суставу вместе с обеспечивающими движения в нем мышцами, например, коленному или тазобедренному, с механикой движений в которых каждый человек более или менее знаком. В обоих случаях есть подвижное сочленение между костями - сустав с суставными поверхностями, связками, сухожилиями. Сустав обеспечивает возможность перемещения костей по отношению друг к другу. Имеется набор мышц, одни из которых обеспечивают движение костей в сочленении в одном направлении, другие, так называемые, мышцы- антагонисты в противоположном, например, сгибатели - разгибатели в коленном или тазобедренном суставе или мышцы вдоха и выдоха, соответственно, увеличивающие и уменьшающие объем грудной клетки. Эта аналогия имеет существенное значение, так как основные закономерности функционирования костно-суставного и мышечного аппарата дыхательной системы и, например, коленного или тазо-бедренного суставов одни и те же.
|
|
|
Однако, имеется и некоторое различие. Работа дыхательной мускулатуры происходит обычно в автоматическом (автономном) режиме, без восприятия ее сознанием и без сознательного управления сокращениями дыхательных мышц. Поэтому человек об особенностях функционирования своей дыхательной мускулатуры может вообще ничего не знать. В то же время сократительная активность скелетных мышц, обеспечивающих движение ноги в тех же коленном или тазо-бедренном суставах осуществляется преимущественно по приказам, посылаемым сознанием, с постоянной сознательной оценкой результатов действия. Поэтому об особенностях функционирования этих мышц любой человек хорошо осведомлен. И сопоставление работы мышечно-костно-суставного аппарата хорошо знакомых суставов с аналогичными, обеспечивающими вентиляцию легких, может помочь пониманию механизмов функционирования последних. В тазо-бедренных суставах во время ходьбы происходит ритмическое сгибание и разгибание. Однако амплитуда этих движений в суставе невелика по сравнению с максимальной при сознательном максимальном сгибании и разгибании бедра. В свою очередь, эта максимальная амплитуда значительно отличается у разных людей. Различие становится огромным при сравнении людей, не занимающихся спортом, с людьми, занимающимися акробатикой, балетом, йогой и т.п., т.е. с людьми, специально развивающими растяжимость элементов (связок, сухожилий, капсулы и т.п.) тазо-бедренных суставов и силу мышц, осуществляющих движения в них. При дыхании в условиях физического покоя изменения объема живота или грудной клетки минимальны, почти незаметны по сравнению с изменениями при максимальном вдохе и выдохе. И при дыхании максимальный диапазон изменений объема грудной полости зависит как ог силы соответствующих дыхательных мышц, гак и от подвижности сочленений, суставов ребер с грудиной и позвонками. Чем растяжимость, подвижность этих суставов больше, тем при одном и том же по силе сокращении мышц вдоха или выдоха, изменение размеров грудной клетки, объема грудной полости и, соответственно, увеличение объема легких при вдохе и уменьшение при выдохе будет больше. Таким образом, диапазон изменений размеров грудной клетки и объема ірудной полости определяется силой дыхательных мышц и подвижностью суставов грудной клетки.
|
|
|
|
|
|
2.6. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ АНАТОМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ЛЕГКИХ.
Изменения объема грудной полости, вызываемые дыхательными мышцами, изменяют объем находящихся в грудной полости легких. При вдохе легкие вслед за грудной полостью увеличивают свой объем. Давление находящегося в них воздуха становится ниже атмосферного, и воздух поступает из атмосферы в легкие. При выдохе, наоборот, воздух из легких выходит в атмосферу. Легких - два, правое и левое. Правое легкое заполняет всю правую половину грудной клетки, левое - вместе с сердцем - всю левую половину. С воздухом атмосферы легкие связаны дыхательными путями: носовой полостью, глоткой, гортанью (верхние дыхательные пути), затем трахеей и бронхами (нижние дыхательные пути). В стенках дыхательных путей находятся костная и хрящевая ткани. В результате, стенки дыхательных путей не спадаются, и воздух по ним может свободно перемещаться при дыхании из атмосферы в легкие и наоборот. Трахея делится на два главных бронха (1-я генерация деления трахеи), т.е. на две трубки, одна из которых идет в правое, другая - в левое легкое. Правое легкое состоит из 3-х долей, верхней, средней и нижней. Левое - из 2-х: верхней и нижней. Оба легких вместе имеют соответственно форму грудной клетки, они конически сужаются снизу вверх. В результате, в каждом легком самая емкая - нижняя доля, а наименее емкая - верхняя. Соответственно делению легких на доли каждый главный бронх делится на долевые бронхи (вторая генерация деления трахеи). Долевые бронхи вступают в вещество легких и делятся на сегментарные бронхи, каждый из которых вентилирует определенный участок легкого - сегмент. В каждом легком выделяют 10 сегментов. У мест деления бронхов располагаются особые циркулярные мышечные пучки, которые могут сузить или полностью закрыть вход в бронх. Внутри ткани легких происходит дальнейшее деление бронхов до терминальных бронхов или бронхиол диаметром 0,3-0,5 мм. Все бронхи до терминальных включительно служат для проведения воздуха и не участвуют в газообмене между воздухом и кровью.
|
|
|
Каждый терминальный бронх или бронхиола заканчивается ацинусом - структурой, являющейся функциональной единицей легких. В легких взрослого человека около 150.000 ацинусов. Объем одного ацинуса - 30-40 мм3. Внутри ацинуса происходит дальнейшее деление бронхиол (17-19-я генерация), так называемые, респираторные или дыхательные бронхиолы с переходом в альвеолярные ходы (20-22-я генерация) и далее альвеолярные мешки В стенке каждого альвеолярного мешка находится около 2000 альвеол (заключительная 24-я генерация). Таким образом, ацинус представляет собой систему альвеол, расположенных в стенках дыхательных бронхиол, альвеолярных ходов и мешочков. Все элементы ацинуса осуществляют газообмен между кровью и воздухом альвеол. Все ацинусы вместе составляют альвеолярное дерево, или паренхиму легких. Общее количество альвеол достигает у взрослого человека 300-400 миллионов. Внутренняя поверхность альвеол выстлана непрерывным слоем альвеолярного эпителия, 95% которого составляют (дыхательные) альвеолоциты или альвеолоциты 1-го типа - клетки, через которые происходит газообмен между газами альвеол и крови. Кроме того, они препятствуют проникновению инородных частиц из альвеол в кровь и наоборот. Если ограничиться данной схемой, то перекрытие терминальной бронхиолы должно выключать из дыхания весь ацинѵс, так как движение воздуха при данном ограничении происходит только по ходу ветвления бронхов. В действительности в легких имеются многочисленные структуры, повышающие надежность их вентиляции. В альвеолярных стенках, т.е. в межальвеолярных перегородках имеется до 20-ти отверстий. Между бронхиолами и альвеолами имеются также бронхиоло- альвеоляриые коммуникации. Все они обеспечивают вентиляцию в пределах ацинуса. Между отдельными ацинусами тоже есть сообщения, которые начинаются от альвеолярных ходов одного ацинуса и заканчиваются в альвеолярном мешке другого ацинуса. Дыхательные бронхиолы одного сегмента соединяются с терминальными бронхиолами соседнего сегмента.
Все эти структу ры создают в легких дополнительные, запасные пути движения газов между долями, сегментами, ацинусами, т.е. основу так называемой коллатеральной вентиляции легких. До терминальных бронхиол включительно перемещение воздуха из атмосферы в легкие и из легких в атмосферу достигается путем конвекции, т.е. в результате разницы давлений. Считается, что начиная с 17-й генерации бронхов, т.е. внутри ацинуса, наряду с конвекцией все большую роль начинает иірать диффузия кислорода, углекислого газа, паров воды по градиенту' их концентраций. В альвеолах газообмен осуществляется только путем диффузии. Поэтому коллатеральная вентиляция ацинусов, через которую в них может поступать до 30-40% воздуха, имеет существенное значение для обеспечения более или менее равных условий диффузии газов во всех отделах каждого легкого, в воздухоносных путях которых изменился конвекцией состав заполняющих их тазов.
Грудная полость может изменять свой объем у взрослого человека на 4,5-5,0 л, а у спортсменов даже до 7,0-8,0 л. На эту же величину могут изменять свой объем и легкие. Ткань легких обладает эластичностью и, если уравновесить силы, действующие на легкие изнутри и снаружи, то легкие сожмутся до своего естественного минимального объема около 500 мм' и из них выйдет весь находящийся в альвеолах воздух. Однако, даже после максимального выдоха в легких взрослого человека остается еще в среднем 1200 мл воздуха, который ни при
каких условиях не покидает легкие. Это, так называемый, остаточный объем (00) легких. Таким образом, даже после максимального выдоха легкие не спадаются полностью, а находятся в определенной степени растяжения. Следовательно, при максимальном вдохе структуры, образующие легкие, растягиваются, увеличивая свой объем, по сравнению с минимальным, примерно, в 10 раз, а по сравнению с объемом после максимального выдоха, примерно, в 5 раз. Принципиально важно, чтобы перепады объема легких не сопровождались спадением одних альвеол и перерастяжением других, а все 300 млн. альвеол равномерно увеличивались в объеме при вдохе и уменьшались при выдохе, оставаясь постоянно открытыми и обеспечивая газообмен с кровью даже при максимальном выдохе. Достигается такой уникальный результат комплексом механизмов. Вокруг каждой альвеолы имеется спиральная сеть эластиновых и коллагеновых волокон соединительной ткани. Коллагеновые волокна обеспечивают прочность альвеолярной стенки, а эластииовые на 35- 45% обусловливают эластичность альвеолярной ткани. Остальные 55-65% обеспечиваются поверхностным натяжением пленки жидкости, толщиной около 50 нм, покрывающей внутреннюю поверхность каждой альвеолы. ( Как известно, на поверхности раздела между газами и жидкостями всегда возникают силы поверхностного натяжения, которые стремятся снизить величину этой поверхности). Эта жидкость содержит поверхиостно-активные вещества. Они постоянно образуются, в основном, альвеолоцитами 2-го типа, или секреторными клетками, входящими в состав поверхности альвеол, и содержат в своем составе белки, фосфолипиды, углеводы и называются сурфактантами. Альвеолоциты 2-го типа занимают около 10% поверхности альвеол, что в сумме составляет примерно 10 м \ Многообразие веществ, входящих в сосгав сурфактантов, настолько велико, а количество их столь значительно, что респираторный (дыхательный) отдел легких человека рассматривают как «активно секретирующую железу». Соответственно, в альвеолоциты 2-го типа из крови непрерывно поступают вещества, из которых они синтезируют сурфактанты. Сурфактанты образуют на внутренней поверхности альвеол выстилку толщиной 20-100 мкм, которая уменьшает почти в 10 раз силы поверхностною натяжения, снижая на две трети эластическую тягу легких. Если бы внутренняя поверхность альвеол была покрыта водным раствором, то поверхностное натяжение было бы в 5-8 раз больше. В таких условиях наблюдалось бы полное спадение одних альвеол (ателектаз) при перерастяжении других. Этого не происходит благодаря тому, что величина поверхностного натяжения не просто уменьшается сурфактантами в несколько раз, а регулируется ими. Пленка сурфактантов обладает уникальным свойством снижать поверхностное натяжение в разной степени, в зависимости от размера альвеол. Уменьшение размера альвеол сопровождается снижением поверхностного натяжения, и наоборот. Благодаря этому свойству сурфактантов, не только устраняется возможность спадения одних альвеол и перерастяжения других, но и обеспечивается равномерное распределение по альвеолам вдыхаемого воздуха и равномерное освобождение их от выдыхаемого. В начале вдоха расширяются наименьшие по размеру альвеолы, так как в них наименьшая эластическая тяга, т.е. наименьшее сопротивление растяжению. Увеличение их размера повышает в этих альвеолах эластическую тяіу, и тогда начинают расширяться следующие альвеолы и т.д. В результате идет последовательное заполнение то одних, то других альвеол. При выдохе сначала сжимаются наиболее растянутые альвеолы и т.д. За счет снижения сурфактантами поверхностного натяжения повышается растяжимость легких и уменьшается работа мышц вдоха. Так как силы поверхностного натяжения в альвеолах способствуют проникновению (транссудации) жидкости из капилляров в альвеолы, то сурфактанты противодействуют этому. Таким образом, сурфактанты осуществляют противоотечную функцию. Огромное значение имеют сурфактанты и для обеспечения организма кислородом. Дело в том, что кислород плохо растворим в воде и хорошо растворим в липидах. Если бы не было сурфактантов, в составе которых большое количество фосфолипидов, а вместо них было бы водное покрытие внутренней поверхности авльвеол, то кислород проникал бы в кровь несопоставимо медленнее. Кроме того, сурфактанты предохраняют от проникновения через стенку альвеол микроорганизмов из вдыхаемого воздуха в кровь.
Таким образом, ткань самих легких имеет чрезвычайно сложное строение, направленное, в частности, на создание оптимальных условий для обеспечения газообмена между атмосферным воздухом и воздухом, заполняющим легкие.
2.7. ОСОБЕННОСТИ ЛЕГОЧНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ.
Поскольку обмен газами происходит между воздухом легких и кровыо, то созданию оптимальных условий для этого обмена подчинено не только строение легких, но и легочное кровообращение. Оно имеет ряд существенных особенностей по сравнению с кровообращением в других органах. Как всякий орган, легкие снабжаются кровью по системе большого круга кровообращения. Кровь, богатая кислородом и питательными веществами, поступает из левого желудочка сердца в аорту и разносится по системе артерий к каждому органу, в том числе и к легким. Давление крови в аорте и крупных артериях у здорового взрослого человека составляет в среднем 120 мм ртутного столба (рт.ст.) в систолу, т.е. в период сокращения левого желудочка сердца и 80 мм рт.ст. в конце диастолы, т.е. в период расслабления левого желудочка перед началом следующей систолы. Достигая капилляров большого круга кровообращения, артериальное давление падает до величины 30-35 мм рт.ст., именно до той величины, которая позволяет эффективно осуществлять поступление жидкости с растворенными в ней веществами из крови капилляров в ткани. В конечной части капилляров давление уменьшается примерно до 15 мм рт.ст., что позволяет воде возвращаться назад уже с уменьшенным количеством питательных веществ, но зато она уносит из тканей конечные продукты обмена клеток. Однако, кроме этой системы кровообращения, общей для всех органов, через легкие осуществляется и другой, совершенно особый вариант кровообращения, так называемый, малый, или легочный круг кровообращения. Он берет начало в правом желудочке сердца в виде легочной артерии. Перед малым кругом кровообращения стоит совершенно другая задача, чем перед большим. Через малый круг, т.е. только через легкие, должен проходить такой же объем крови, который проходит за то же время через большой круг, т.е. через все органы, включая и легкие. При этом вся проходящая через легкие по малому кругу кровь должна полностью, т.е. максимально насытиться кислородом и успеть отдать весь образующийся в организме в процессе обмена веществ углекислый газ. Эта задача должна быть выполнена не только в условиях физического покоя, когда за 1 минуту через каждый круг кровообращения протекает 4-5 л крови, но и при физической нагрузке, когда эта цифра увеличивается в 5-6 раз. Фактически, через легкие по малому кругу кровообращения при физической нагрузке проходит в 1 минуту 3 ведра крови, и за это время кровь полностью «загружается» кислородом и освобождается от углекислого газа. Для реализации этой задачи в строении и функционировании сосудов малого круга кровообращения имеется ряд особенностей. Общая площадь легочных капилляров достигает 140 м2 при том, что площадь дыхательной поверхности альвеол колеблется от 35 м2 при выдохе до 100 м" при глубоком вдохе. Капиллярная сеть в стенках альвеол настолько плотная, что ее многие рассматривают как сплошной слой движущейся крови. В отличие от капилляров большого круга кровообращения в легочных дыхательных капиллярах отсутствует процесс, обеспечивающий обмен жидкостью с растворенными в ней веществами между кровью капилляров и тканями легких. Устранение этого процесса достигается благодаря тому, что сопротивление сосудов малого круга в 10 раз меньше, чем большого. В результате давление крови в легочной артерии около 20 мм рт.ст., а в дыхательных капиллярах не превышает 5 мм рт.ст, что исключает процесс фильтрации жидкости из крови внутрь альвеол. Благодаря этому, между воздухом альвеол и легочными капиллярами не создается водной прослойки, которая должна была бы существенно нарушить процесс диффузии кислорода, поскольку кислород плохо растворяется в воде. Но он хорошо растворяется в покрывающих альвеолы изнутри сурфактантах. Высокая скорость растворения кислорода в структурах, образующих перегородку между воздухом альвеол и кровью окружающих их капилляров, имеет принципиальное значение, так как переносящие кислород эритроциты проходят легочные капилляры, в которых происходит газообмен, за 0,7 секунды. За это время кислород должен преодолеть барьер из сурфактантов, альвеолоцитов, эндотелия капилляров, плазмы крови, войти в эритроцит, соединиться со всеми находящимися в нем молекулами гемоглобина, т.е. насытить гемоглобин каждого эритроцита полностью, превратив, практически, весь гемоглобин в оксигемоглобин. В каждом 1 мл крови содержится 4-5 миллионов эритроцитов. В покое за 1 сек. их проходит через капилляры легких около 300 млн., а при физической нагрузке в 5-6 раз больше. При этом все эритроциты полностью насыщаются кислородом.
При увеличении давления крови в сосудах малого круга кровообращения, т.е. при гипертензии малого круга, давление в его капиллярах может увеличиться до величины 25 мм рт.ст и выше. При таком давлении крови начинается процесс фильтрации, т.е. процесс поступления воды из крови капилляров в легкие, возникает отек легкого и, как результат, нарушение диффузии газов, т.е. нарушение обмена газов между альвеолярным воздухом и кровью. Этот процесс, в первую очередь, касается кислорода, который гораздо хуже растворим в воде, чем углекислый газ, и может, в конечном счете, привести к смерти из-за недостатка кислорода. Поэтому в малом круге кровообращения существуют различные специальные механизмы, препятствующие повышению в нем давления крови. В их число входят различные рефлексы, направленные на «переброску» части крови из малого круга в большой, на уменьшение объема циркулирующей крови, например, увеличением диуреза, на спазм легочных артерий, вызывающий уменьшение притока крови в легкие.
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 81; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!