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).
|
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: 1816; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!