Функціональна характеристика структурних



Quot;ЗАТВЕРДЖУЮ"

Завідувач кафедри фізіології і патофізіології

                                              професор, докт. мед. наук

                                               ______________ О.В. Атаман

                                             Протокол № ___ від "___" ________ 2006 р.

                                              засідання кафедри фізіології і патофізіології    

 

 

Лекції з фізіології

 

Система дихання

Механізми легеневої вентиляції

                                                     Підготувала: доцент кафедри

Фізіології і патофізіології з курсом

Медичної біології

К.б.н. В.Ю. Гарбузова

Кількість годин – 2 год.

Актуальність теми:

Система дихання забезпечує постійний газообмін між організмом і навколишнім середовищем.

Значення газообміну полягає в постачанні кисню для оксидаційних процесів, унаслідок яких багаті на енергію речовини, що є в клітинах тіла, розкладаються, звільнюючи приховану в них енергію, і виділенні продуктів метаболізму – вуглекислого газу й води.

Таким чином, унаслідок процесу дихання підтримується такий рівень показників організму (РО2, РСО2, рН), який забезпечує перебіг метаболічних процесів у клітинах.

Знання механізмів основних етапів дихання, його регуляції, методів дослідження потрібне лікарю будь-якого фаху, оскільки порушення функцій цієї системи нерідко спостерігаються у клініці і супроводжують багато захворювань.

Правильне розуміння лікарем показників дихання сприятиме ранньому виявленню порушень, своєчасній діагностиці захворювань, визначенню ступеня тяжкості стану хворого, оцінці ефективності лікування і складанню прогнозу. Функціональне дослідження системи дихання здійснюється під час професійного відбору, в практиці лікарів ЛТЕК, спортивної та космічної медицини.

 

План лекції

1. Значення дихання для живого організму.

2. Етапи дихання.

3. Будова і функції фізіологічної системи дихання.

4. Функціональна характеристика структурних елементів фізіологічної системи дихання:

­ грудної клітки;

­ дихальних м’язів;

­ плевральної порожнини;

­ легенів;

­ повітроносних шляхів.

5. Біомеханіка дихання: механізм вдиху і видиху.

6. Статичні і динамічні показники легеневої вентиляції.

7. Методи дослідження легеневої вентиляції у клініці: спірометрія, спірографія, пневмотахометрія.

Тварині клітини, як правило, отримують енергію в результаті окисного розпаду поживних речовин. Тому до них постійно має надходити кисень. У той самий час нормальна життєдіяльність клітин можлива лише при видаленні кінцевого продукту метаболізму – вуглекислого газу. Обмін газами між клітинами і зовнішнім середовищем називається диханням.

Фізіологічна система дихання (ФСД)- це система, яка забезпечує постачання в організм О2 і видалення з нього СО2.

 

Етапи дихання :

1 етап: Вентиляція легень (легенева вентиляція) -це обмін повітрям між зовнішнім середовищем і альвеолами.

 

2 етап: Дифузія газів через альвеоло-капілярну мембрану - це обмін газів між альвеолярним повітрям і кров'ю легеневих капілярів.

Ці 2 етапи називають зовнішнім диханням - це обмін газів між зовнішнім середовищем і внутрішнім середовищем організма

 

3 етап: Транспорт газів кров'ю- О2 транспортується від легенів до тканин, СО2 із тканин до легенів.

 

4 етап: Дифузія газів через гемато-паренхіматозні бар'єри - це обмін газів між кров'ю і тканинами.

 

5 етап: Внутрішнє дихання (тканинне, клітинне) - процеси синтезу АТФ з використанням О2 і утворенням СО2.

Традиційно склалося так, що перші чотири етапи вивчає фізіологія, а    5 етап – клітинне дихання – біохімія.

 

Гази транспортуються в організмі двома шляхами:

1. Конвекція;

2. Дифузія.

Конвекціяслугує для переносу газів на великі відстані використовується в 1 і 3 етапах дихання. Її рушійна сила - градієнт тиску газів. Процес відбувається з затратою енергії.

 

Дифузіяслугує для переносу газів на невеликі відстані (менше 0,1 мм), використовуються в 2 і 4 етапах дихання. Рушійна сила - градієнт концентрації газів. Процес відбувається без використання енергії.

Будова ФСД:

1. Виконавчі органи:

- грудна клітка;

- дихальні м'язи;

- плевральна порожнина;

- легені;

- повітроносні шляхи.

2. Апарат регуляції.

­ саморегуляція;

­ нервова регуляція;

­ гуморальна регуляція.

Функції ФСД:

1. Дихальні функції:

1. Забезпечення газового гомеостазу організму. За рахунок газообміну між кров'ю і зовнішнім середовищем в організм потрапляє О2 і видаляється СО2.

2. Підтримка кислотно-основної рівноваги. СО2 взаємодіє з Н2О і утворює Н2СО3 (вугільну кислоту) яка є компонентом бікарбонатного буфера.

3. Підтримка температурного гомеостазу. При випаровуванні води з поверхні слизової дихальних шляхів посилюються процеси тепловіддачі.

2. Недихальні функції:

1. Метаболічна функція. ФСД бере участь в утворенні і руйнуванні біологічно-активних речовин. Наприклад, саме у легенях ангіотензин І перетворюється на ангіотензин ІІ, тому що активність ангіотензин перетворюючого фермента тут найвища.

2. Захисна функція. Слизова дихальних шляхів виконує роль бар'єра між зовнішнім і внутрішнім середовищем.

3. Участь в утворенні звуків (фонації).

Функціональна характеристика структурних

Елементів ФСД

1. Грудна клітка.

Роль грудної клітки:

a) утворює грудну порожнину, яка містить легені, і захищає їх від ушкодження.

b) за рахунок рухливості грудна клітка дозволяє змінювати об'єм грудної порожнини (при збільшенні об'єму грудної клітки відбувається вдих, при зменшенні - видих).

Існує 2 механізми зміни об'єму грудної порожнини.

1. За рахунок піднімання і опускання діафрагми. При цьому змінюється вертикальний розмір грудної порожнини.

- при опусканні діафрагми об'єм грудної порожнини збільшується і відбувається вдих.

- при підніманні діафрагми об'єм грудної порожнини зменшується і відбувається видих.

2. За рахунок піднімання і опускання ребер. При цьому змінюється бічний і переднє-задній розміри грудної порожнини.

- при підніманні ребер об'єм грудної порожнини збільшується і відбувається вдих.

- при опусканні ребер об'єм грудної порожнини зменшується і відбувається видих.

Існує 2 типи дихання:

1. Грудний (реберний) тип - дихання при якому об'єм грудної порожнини змінюється за рахунок зміни положення ребер внаслідок скорочення міжреберних м'язів. Притаманний жінкам.

2. Черевний (діафрагмальний) тип - дихання при якому об'єм  грудної порожнини змінюється за рахунок скорочення діафрагми. Притаманний чоловікам.

Іноді зустрічається 3 тип дихання - змішаний. Це дихання при якому об'єм грудної порожнини в рівній мірі змінюється як за рахунок діафрагми, так і за рахунок міжреберних м'язів і черевної стінки. У фізіологічних умовах цей тип дихання іноді зустрічається у людей похилого віку. Частіше такий тип дихання можна спостерігати за умов патології. Наприклад, при патології дихального апарату (сухі плеврити, міозити); при патології органів черевної порожнини (гострий холецистит, виразка шлунка).

2. Дихальні м'язи.

Роль дихальних м'язів - забезпечують активні зміни об'єму грудної порожнини.

Розрізняють 2 групи дихальних м'язів.

1) М'язи вдиху (інспіраторні) - м'язи, при скороченні яких об'єм грудної клітки збільшується і відбувається вдих.

Інспіраторні м'язи бувають:

a) Основні : - діафрагма (phrenicum); У спокої 80% інспірації здійснюється саме діафрагмою.

                        - зовнішні міжреберні;

                        - внутрішні міжхрящеві;

b) Додаткові: (одним кінцем кріпляться до грудної клітки, другим до інших кісток - хребта, черепа, плечового поясу):

                  - великий і малий грудний м’яз;

 - ступінчатий м’яз;

 - грудинноключичнососцевидний м’яз;

 - трапецевидний м’яз;

 - ромбовидний м'яз;

 - м'яз, піднімаючий лопатку.                   

2) М'язи видиху (експіраторні) - м'язи, при скороченні яких об'єм грудної клітки зменшується і відбувається видих.

Експіраторні м'язи бувають:

a) Основні: - внутрішні міжреберні;

b) Додаткові: - м'язи живота (при їх скороченні зростає внутрішньочеревний тиск, що сприяє підняттю діафрагми і видиху).

 

 

3. Плевральна порожнина:

Грудна клітка із середини вкрита парієнтальним листком плеври, а легені зовні вкрити її вісцеральним листком. Між ними є щілина, заповнена рідиною – плевральна порожнина. Її розмір 5-10 мкм.

     Роль плевральної порожнини: через плевральну порожнину на легені передаються дихальні рухи від грудної клітки. За рахунок герметичності плевральної порожнини між поверхнею легенів і внутрішньою стінкою грудної клітки існує щільний контакт. Тому коли об'єм грудної порожнини збільшується, легені рухаються за грудною кліткою і їх об'єм також зростає.

     Тиск у плевральній порожнині менший за атмосферний (Ратм. = 760 мм нд, Рвн-плев. = 756).

  Рплевр = Рвн-плев. - Ратм.
     Плевральний тиск -це різниця між внутрішньоплевральним тиском і атмосферним.

 

 

Плевральний тиск залежить від фази дихання:

     на вдосі = -6-8 см Н2О (при глибокому вдосі до – 12 мм Н2О).

     на видосі = -3-5 см Н2О.

     Негативний плевральний тиск забезпечує розправлений стан альвеол, протидіючи еластичній тязі, яка сприяє їх спаданню.

Якщо в результаті ушкодження грудної клітки або легенів, в плевральну порожнину надходить повітря, герметичність плевральної порожнини втрачається, легені спадаються під дією еластичних сил та сил поверхневого натягу. Вони не прилягають до грудної клітки і не взмозі прямувати за рухами грудної клітки. Дихання унеможливлюється.

Такий стан - надходження повітря у плевральну порожнину - називається  пневмотораксом.

Пневмоторакс буває: - закритим (у плевральну порожнину потропляє невелика кількість повітря, легені частково спадаються, але вентиляція продовжується);

                                     - відкритим (при ушкодженні грудної клітки внаслідок поранення чи операції тиск у плевральній порожнині дорівнює атмосферному, легені спадаються, не вентилюються);

                                     - односторонній;

                                     - двосторонній.

При односторонньому пневмотораксі легені з неушкодженого боку здатні забезпечувати насичення крові киснем у спокійному стані, але не при фізичному навантаженні.

Односторонній пневмоторакс застосовують з лікувальною метою (наприклад, при туберкульозі).

Двосторонній відкритий пневмоторакс без екстреної допомоги призводить до смерті.

 

4. Легені.

Роль легенів: у них відбувається легенева вентиляція (обмін між зовнішнім середовищем і альвеолярним повітрям) та обмін між альвеолярним повітрям і кров'ю легеневих капілярів.

Легені мають здатність змінювати свій об'єм. Об'єм легенів залежить від дії двох факторів:

1. Транспульмональний тиск - різниця тисків через стінку альвеол. Ртранс. збільшує об'єм легенів.

 


                                           Ртр. = Ра - Рпл.      

 


Ра - альвеолярний тиск (різниця тисків в альвеолах і атмосфері);

Рпл - плевральний тиск (різниця між внутрішньоплевральним тиском і атмосферним).

2.  Еластична тяга легенів. Сприяє спадінню альвеол, не дає їм розірватись на вдосі. Еластична тяга змінюється від 0 до 30 мм рт.ст. На висоті вдиху ЕТ зростає до 30 мм рт.ст., під час видоху зменшується і у паузу дорівнює 0. Складається з 2-ох компонентів:

1. Еластичні властивості легеневої тканини (складає  еластичної тяги).

2. Сили поверхневого натягу рідини, яка вкриває внутрішню поверхню альвеол (складає ).

Сила поверхневого натягу - це сила міжмолекулярного зчеплення, яка діє на поверхні розділу фаз газ-рідина. ця сила намагається зменшити площу поверхні. У здорової людини сила поверхневого натягу в альвеолі у 10 разів менша, ніж теоретично розрахована. Це пов'язано з тим, що в альвеолах знаходяться речовини, які зменшують поверхневий натяг. Ці речовини називаються сурфактантами.

Сурфактанти -це поверхнево активні речовини. які синтезуються пневмоцитами ІІ порядку. До складу сурфактанту входять:

1. Дипальметилфосфотидилхолін (ДПФХ);

2. Білкові компоненти;

3. Іони Са2+

4. Н2О.

ДПФХ - фосфоліпід, молекула якого з одного боку гідрофобна, а з іншого – гідрофільна. Тому молекули ДПФЛ розташовуються тонким шаром між ліпідами мембран епітелія легень і шаром води, який знаходиться на ньому.

Гідрофобними головками ДПФХ орієнтований до поверхні альвеоли, гідрофільними хвостами – до альвеолярного повітря.

 

 

Здатність сурфактанта зменшувати силу поверхневого натягу називається питомою активністю сурфактанта.

Питома активність сурфактанта залежить від товщини його шару на поверхні альвеоли: чим більша товщина, тим більша активність. Під час вдиху альвеоли розтягуються, товщина шару сурфактанта зменшується (він розташований в 1-2 шари), його питома активність зменшується, сили поверхневого натягу зростають. Це запобігає перерозтягуванню альвеол. Під час видоху, об’єм альвеол зменшується, товщина шару сурфактанту зростає (він розташований у 3-5шарів) його питома активність зростає, сили поверхневого натягу зменшуються. Це запобігає спадінню альвеол.

Значення сурфактанту:

1. Під час вдоху сурфактант забезпечує розправлення альвеол (завдяки йому треба докласти меншу силу, щоб їх розправити) і запобігає їх розриву.

2. Під час видиху запобігає спадінню альвеол, зменшуючи сили поверхневого натягу.

3. Сприяє очищенню альвеол. Сурфактант постійно рухається у напрямку до виходу з альвеол. Разом з ним з поверхні альвеол видаляються частки пилу і зруйнований епітелій.

4. Сприяє збереженню сухої поверхні альвеол, що на 50% зменшує випаровування води через легені.

5. Захисна. 10% маси сурфактанта складають білки, які активують протимікробні і противірусні механізми легенів, посилюють фагоцитарну активність легеневих макрофагів.

5. Повітроносні шляхи.

Роль повітроносних шляхів

1. Беруть участь у вентиляції легенів. Кількість повітря, яка проходить через повітроносні шляхи розраховується за рівнянням Ома:

                                  

Q - об'ємна швидкість руху повітря по повітроносним шляхам.

Ра - альвеолярний тиск (різниця тисків в альвеолі і атмосфері).

R - аеродинамічний опір, який розраховується за рівнянням Пуазейля:

                                          

Найбільшою мірою опір залежить від радіусу бронхів. За рівнянням Пуазейля: чим менший радіус, тим більший опір. Зміна опору може спостерігатись за наступних умов:

1). Під час вдиху активується СНС, яка сприяє розслабленню гладеньких м'язів

бронхів просвіт бронхів збільшується, опір зменшується, Q зростає.

На видосі, активується ПСНС, бронхи звужуються, опір зростає, Q зменшується.

2). При деяких формах бронхіальної астми спостерігається дисфункція ВНС з переважанням тонусу ПСНС, виникає бронхоспазм, порушується вентиля ція.

3). Навіть при короткочасному вдиханні диму цигарки виникає набряк слизової і протягом наступних 20-30 хв. опір диханню зростає у 2-3 раза.

4). При форсованому диханні зростає швидкість руху повітря, це призводить до збільшення турбулентних завихрінь і підвищенню опору без зміни радіуса дихальних шляхів. Це може суттєво ускладнювати роботу дихальних м’язів і людина недовільно переходить на дихання через рот, що на 30-40% зменшує аеродинамічний опір.

2. Очищення повітря (захисна функція). Частки розміром більше 10 мкм 

затримуються на слизовій носової порожнини. Менші осідають на стін-

   ках трахеї, бронхів, які вкриті війчастим епітелієм, що сприяє пересу-

ванню слизу разом з частками в бік гортані.

Найдрібніші частки надходять в альвеоли, де поглинаються макрофагами. Важливе значення у здійсненні захисної функції мають рефлекси чихання і кашлю, які починаються з рецепторів слизової повітроносних шляхів.

3. Зволоження повітря. У повітроносних шляхах повітря насичується парами

води. Незалежно від вологості атмосфери у легенях повітря насичене

водяними парами на 100% .

Під час видоху, проходячи по повітроносним шляхам, повітря частково встигає повернути слизовим і тепло, і воду (регенерація повітря). Але частина тепла і води може виділятися. Так, при форсованому диханні організм може втрачати до 10% тепла і до 200 мл/год. води.

4. Зігрівання повітря. Проходячи по дихальним шляхам повітря зігрівається до температури тіла завдяки щільному контакту з широкою сіткою кровоносних капілярів підслизового шару. І в альвеоли повітря надходить з t = 370C.

5. Участь у фонації.

 

Біомеханіка дихання

Дихальний цикл складається з 2-ох фаз - вдих і видих.

1. Механізм вдиху.

Вдих починається з активації інспіраторних нейронів дихального центру. Імпульси від них по tr. reticulospinalis передаються у спинний мозок на  -мотонейрони дихальних м’язів, а звідти по периферичним нервам до інспіраторних м'язів. Інспіраторні м'язи скорочуються. Збільшується об'єм грудної порожнини. Збільшується об'єм плевральної порожнини, що веде до зменшення плеврального тиску (-6-8 см Н2О). Зростає транспульмональний тиск (Ртр = Ра - Рпл), під впливом якого легені розтягуються. Об'єм альвеол збільшується, а тиск в них падає (-1 см Н2О). Ральв. стає меншим за атмосферний тиск і повітря надходить в альвеоли за градієнтом тиску.

Механізм видиху.

Видих пов'язаний з припиненням імпульсації інспіраторних нейронів. Імпульси не надходять до інспіраторних м'язів, вони розслаблюються, об'єм грудної порожнини зменшується. Об'єм плевральної порожнини зменшується, плевральний тиск зростає (-3-5 см Н2О). Транспульмональний тиск зменшується, об'єм альвеол зменшується, тиск в них зростає: він стає більшим за атмосферний. І за градієнтом тиску повітря із альвеол виходить в атмосферу.

При спокійному диханні видих відбувається пасивно. Зменшення об'єму легенів відбувається за рахунок пружності грудної клітки і елестичної тяги легенів.

Форсований(активний) видих відбувається за участю експіраторних м'язів. Скорочення яких сприяє зменшенню об'єму легенів і виходу додаткової кількості повітря з альвеол.

 

Показники зовнішнього дихання. Методи їх визначення і оцінка

Показники легеневої вентиляції діляться на 2 групи:

1. Статичні. Характеризують функціональні резерви системи зовнішнього дихання.

2. Динамічні. Характеризують реалізацію резервів зовнішнього дихання в умовах спокійного і форсованого дихання.

 

 

 


Для оцінки стану дихальної системи в клініці використовують метод спірографії, спірометрії, пневмотахометрії.

 

Спірографія

Спірографія - це метод графічної реєстрації дихальних об’ємів за умов спокійного і форсованого дихання.

Схематично спірограма має наступний вигляд:

 

Максимальний

вдих

                                                                                        2

Спокійний

Вдих                                                                                           5 6                   

                                                                                        1

Спокійний

видих                                                                                                           8                    

                                                                                        3

Максимальний

видих                                                            

                                                                                         4                    

Спадіння

альвеол

 

1. Дихальний об’єм (ДО) –це об’єм повітря, який людина вдихає чи видихає при спокійному диханні.

   У нормі ДО  500 мл.

2. Резервний об’єм вдиху (РОвд.) – це максимальний об’єм повітря, який людина може додатково вдихнути після спокійного вдиху не видихаючи. У нормі РОвд. = 2,0-2,5 л.

3. Резервний об’єм видиху (РОвид.) –це максимальний об’єм повітря, який людина може видихати після спокійного видиху.

   У нормі РОвид. = 1,5 л.

4. Залишковий об’єм (ЗО) – це об’єм повітря, який залишається у легенях після глибокого видиху.

   У нормі ЗО = 1,0-1,5 л.

5. Життєва ємність легенів (ЖЄЛ) – це максимальний об’єм повітря, який людина може видихнути після максимального глибокого вдиху.

   У нормі ЖЄЛ = 3,5-4 л.

   ЖЄЛ = ДО + РОвд. + РОвид.

6. Ємність вдиху (ЄВ) – це максимальний об’єм повітря, який людина може вдихнути після спокійного видиху.

   У нормі ЄВ = 2,0 л.

ЄВ = ДО + РОвд.

7. Функціональна залишкова ємність (ФЗЄ) – це об’єм повітря, який знаходиться в легенях після спокійного видиху перед вдихом.

   У нормі ФЗЄ = 2,5-3 л.       

ФЗЄ = РОвид. + ЗО.

8. Загальна ємність легенів (ЗЄЛ) – це об’єм повітря, який знаходиться  у легенях на висоті глибокого вдиху.

   У нормі ЗЄЛ = 5 л.   

ЗЄЛ = РОвд. + РОвид. + ЗО.

 


Найбільше значення серед статичних показників мають ДО, ЖЄЛ, ФЗЄ.

ЖЄЛ є показником рухливості легенів і грудної клітки. Не дивлячись на назву (життєва ЕЛ) цей показник не віддзеркалює параметрів дихання в реальних, життєвих умовах, оскільки навіть при найбільших потребах глибина дихання не сягає максимально можливих значень.

ЖЄЛ залежить від наступних факторів:

Вік.

Після 40 років ЖЄЛ зменшується. Це пов'язано зі зниженням еластичності і рухливості грудної клітки.

Стать.

У жінок ЖЄЛ на 25% зменшена, ніж у чоловіків.

Зріст, маса тіла.

Величина грудної клітки пропорційна розмірам тіла. Збільшуються розміри тіла, збільшується грудна клітка, зростає ЖЄЛ.


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 224; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ