Гуморальная и рефлекторная регуляция дыхания
Лекция по теме: «Физиология дыхания»
План лекции.
1. Дыхание, его значение для организма.
2. Механизм вдоха и выдоха.
3. Жизненная емкость легких.
4. Дыхательный центр.
5. Гуморальная и рефлекторная регуляция дыхания.
6. газообмен в легких и тканях.
Текст лекции
Дыхание, его значение для организма.
Большинство биологических процессов в организме происходит с использованием энергии. Для эффективного ее образования требуется постоянная доставка к митохондриям клеток кислорода. Доставка в организм кислорода и выведение из организма углекислого газа – это и есть дыхание, т.е. газообмен. Дыхание состоит из трех процессов – внешнего (легочного) дыхания,внутреннего (тканевого) дыхания и транспортагазов. Внешнее дыхание – это газообмен между окружающей средой и альвеолами, который происходит в капиллярах легких. Внутреннее дыхание – это газообмен между тканями и артериальной кровью, притекающей к тканям. Он идет в капиллярах тканей. Транспорт газов осуществляется кровью.
Механизм вдоха и выдоха.
Дыхание обеспечивается двумя актами - вдохом и выдохом. При вдохе (инспирации) порция воздуха поступает в легкие, а при выдохе выводится из них. При вдохе сокращаются межреберные мышцы и диафрагма. В результате ребра отходят вверх кпереди, выпуклость диафрагмы уменьшается, т.е. она уплощается. Все это приводит к увеличению объема грудной клетки, а за ней и объема легких. Давление в легких уменьшается, т.е. становится ниже атмосферного и воздух свободно заходит в легкие. При выдохе (экспирации) расслабляются межреберные мышцы и диафрагма, ребра возвращаются в исходное положение, выпуклость диафрагмы увеличивается. Все это приводит к уменьшению объема грудной клетки, а за ней пассивно уменьшается и объем легких. Давление в легких повышается и воздух из легких выделяется во внешнюю среду. Установлено, что большую роль в дыхании играет диафрагма, обеспечивая 75% глубины дыхания. Роль диафрагмы в дыхании доказана учеными в опыте. Если у новорожденного котенка перерезать диафрагмальный нерв, то он погибает от удушья. При форсированном, глубоком дыхании участвуют мышцы живота.
|
|
|
Жизненная емкость легких.
Показатели, характеризующие внешнее дыхание, принято подразделять на статические и динамические. К статическим показателям относятся: жизненная емкость легких (ЖЕЛ) и объемы ее составляющие.
ЖЕЛ – это максимальное количество воздуха, которое человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. Она в норме равна 3 -3,5 л.
ЖЕЛ состоит из трех объемов:
- дыхательный объем (ДО) – количество воздуха, поступающее в легкие при одном спокойном вдохе (ДО равно – 500мл);
|
|
|
- резервный объем вдоха (РО вд.) – это максимальное количество воздуха, которое человек может еще вдохнуть после спокойного вдоха (РО вд .равен -1500мл);
- резервный объем выдоха ( РО выд.) – это максимальное количество воздуха, которое человек может еще выдохнуть после спокойного выдоха (РО выд. равен – 1500мл).
Таким образом, ЖЕЛ – это суммарный показатель:
ЖЕЛ = ДО + РОвд. + РОвыд.
ЖЕЛ определяется прибором спирометром. Методику ее определения называют спирометрией. Есть еще прибор спирограф, на котором графически изображается ЖЕЛ и объемы ее составляющие.
После максимально глубокого выдоха в легких в легких остается воздух, именуемый остаточным объемом (ОО равен – 1000мл).
Для характеристики дыхания человека определяют еще ряд динамических показателей, которые отражают эффективность функционирования системы дыхания во временном аспекте (обычно за 1минуту).
К динамическим показателям относятся:
1. Частота дыхательных движений (ЧДД). В норме она равна 18-20 дыхательных движений за 1 минуту.
2. Минутный объем дыхания (МОД) – количество воздуха, поступающего в легкие за 1 минуту:
|
|
|
МОД = ДО .ЧДД
Дыхательный центр.
Дыхательный центр – это совокупность нейронов, лежащих на разных уровнях ЦНС, и необходимых для нормального протекания дыхания.
Ритмическая последовательность вдоха и выдоха, а также изменениехарактера дыхательных движений в зависимости от состояния организма регулируются дыхательным центром, расположенным в продолговатом мозге.В дыхательном центре имеются две группы нейронов:инспираторные иэкспираторные.При возбуждении инспираторных нейронов, обеспечивающих вдох, деятельность экспираторных нервных клеток заторможена, и наоборот.
В верхней части моста головного мозга (варолиев мост) находится пневмотаксический центр, который контролирует деятельность расположенных ниже центров вдоха и выдоха и обеспечивает правильное чередование циклов дыхательных движений.
Дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге, посылает импульсы к мотонейронам спинногомозга, иннервирующим дыхательные мышцы. Диафрагма иннервируется аксонами мотонейронов, расположенных на уровне III—IV шейныхсегментов спинного мозга. Мотонейроны, отростки которых образуют межреберные нервы, иннервирующие межреберные мышцы, расположены в передних рогах (III—XII) грудных сегментов спинного мозга.
|
|
|
По М. В. Сергиевскому, регуляция активности дыхательного центра представлена тремя уровнями.
Первый уровень регуляции — спинной мозг. Здесь располагаются центры диафрагмальных и межреберных нервов, обусловливающие сокращение дыхательных мышц.
Второй уровень регуляции — продолговатый мозг. Здесь находится дыхательный центр. Этот уровень регуляции обеспечивает ритмичную смену фаз дыхания и активность спинномозговых мотонейронов, аксоны которых иннервируют дыхательную мускулатуру.
Третий уровень регуляции — верхние отделы головного мозга, включающие и корковые нейроны. Только при участии коры большого мозга возможно адекватное приспособление реакций системы дыхания к изменяющимся условиям окружающей среды.
Гуморальная и рефлекторная регуляция дыхания..
Регуляция деятельности дыхательного центра осуществляется с помощью гуморальных, рефлекторных механизмов и нервных импульсов, поступающих из вышележащих отделов головного мозга.
Гуморальные механизмы. Специфическим регулятором активности нейронов дыхательного центра является углекислый газ, который действует на дыхательные нейроны непосредственно и опосредованно. В ретикулярной формации продолговатого мозга, вблизи дыхательного центра, а также в области сонных синусов и дуги аорты обнаруженыхеморецепторы, чувствительные к углекислому газу. При увеличении напряжения углекислого газа в крови хеморецепторы возбуждаются, и нервные импульсы поступают к инспираторным нейронам, что приводит к повышению их активности.
Углекислый газ повышает возбудимость нейронов коры головного мозга. В свою очередь клетки КГМ стимулируют активность нейронов дыхательного центра.
При оптимальном содержании в крови углекислого газа и кислорода наблюдаются дыхательные движения, отражающие умеренную степень возбуждения нейронов дыхательного центра. Эти дыхательные движения грудной клетки получили название эйпноэ.
Избыточное содержание углекислого газа и недостаток кислорода в крови усиливают активность дыхательного центра, что обусловливает возникновение частых и глубоких дыхательных движений –гиперпноэ. Еще большее нарастание количества углекислого газа в крови приводит к нарушению ритма дыхания и появлению одышки – диспноэ. Понижение концентрации углекислого газа и избыток кислорода в крови угнетают активность дыхательного центра. В этом случае дыхание становится поверхностным, редким и может наступить его остановка – апноэ.
Механизм первого вдоха новорожденного.
В организме матери газообмен плода происходит через пупочные сосуды. После рождения ребенка и отделения плаценты указанная связь нарушается. Метаболические процессы в организме новорожденного приводят к образованию и накоплению углекислого газа, который, так же как и недостаток кислорода, гуморально возбуждает дыхательный центр. Кроме того, изменение условий существования ребенка приводит к возбуждению экстеро- и проприорецепторов, что также является одним из механизмов, принимающих участие в осуществлении первого вдоха новорожденного.
Рефлекторные механизмы.
Различают постоянные и непостоянные (эпизодические) рефлекторные влияния на функциональное состояние дыхательного центра.
Постоянные рефлекторные влияния возникают в результате раздражения рецепторов альвеол (рефлекс Геринга — Брейера), корня легкого и плевры (пульмоторакальныйрефлекс), хеморецепторов дуги аорты и сонных синусов (рефлекс Гейманса), проприорецепторов дыхательных мышц.
Наиболее важным рефлексом является рефлекс Геринга — Брейера. В альвеолах легких заложены механорецепторы растяжения и спадения, являющиеся чувствительными нервными окончаниями блуждающего нерва. Любое увеличение объема легочных альвеол возбуждает эти рецепторы.
Рефлекс Геринга — Брейера является одним из механизмов саморегуляции дыхательного процесса, обеспечивая смену актов вдоха и выдоха. При растяжении альвеол во время вдоха нервные импульсы от рецепторов растяжения по блуждающему нерву идут к экспираторным нейронам, которые, возбуждаясь, тормозят активность инспираторных нейронов, что приводит к пассивному выдоху. Легочные альвеолы спадаются, и нервные импульсы от рецепторов растяжения уже не поступают к экспираторным нейронам. Активность их падает, что создает условия для повышения возбудимости инспираторной части дыхательного центра и осуществлению активного вдоха.
Кроме того, активность инспираторных нейронов усиливается при нарастании концентрации углекислого газа в крови, что также способствует проявлению вдоха.
Пульмоторакальный рефекс возникает при возбуждении рецепторов, заложенных в легочной ткани и плевре. Проявляется этот рефлекс при растяжении легких и плевры. Рефлекторная дуга замыкается на уровне шейных и грудных сегментов спинного мозга.
К дыхательному центру постоянно поступают нервные импульсы от проприорецепторов дыхательных мышц. Во время вдоха происходит возбуждение проприорецепторов дыхательных мышц и нервные импульсы от них поступают в инспираторную часть дыхательного центра. Под влиянием нервных импульсов тормозится активность вдыхательных нейронов, что способствует наступлению выдоха.
Непостоянные рефлекторные влияния на активность дыхательных нейронов связаны с возбуждением разнообразных экстеро- и интерорецепторов. К ним относятся рефлексы, возникающие при раздражении рецепторов слизистой оболочки верхних дыхательных путей, слизистой носа, носоглотки, температурных и болевых рецепторов кожи, проприорецепторов скелетных мышц. Так, например, при внезапном вдыхании паров аммиака, хлора, сернистого ангидрида, табачного дыма и некоторых других веществ происходит раздражение рецепторов слизистой оболочки носа, глотки, гортани, что приводит к рефлекторному спазму голосовой щели, а иногда даже мускулатуры бронхов и рефлекторной задержке дыхания.
При раздражении эпителия дыхательных путей накопившейся пылью, слизью, а также попавшими химическими раздражителями и инородными телами наблюдается чиханье и кашель. Чиханье возникает при раздражении рецепторов слизистой оболочки носа, кашель — при возбуждении рецепторов гортани, трахеи, бронхов.
Газообмен в легких и тканях.
Кровь доставляет тканям кислород и уносит углекислый газ.
Движение газов из окружающей среды в жидкость и из жидкости в окружающую среду осуществляется благодаря разности их парциальногодавления. Газ всегда диффундирует из среды, где имеется высокое давление, в среду с меньшим давлением.
Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе - 158 мм рт. ст., в альвеолярном воздухе - 108—110 мм рт. ст. и в венозной крови, притекающей к легким,— 40 мм рт. ст.. В артериальной крови капилляров большого круга кровообращения напряжение кислорода составляет 102—104 мм рт. ст., в межтканевой жидкости — 40 мм рт. ст., в тканях —20 мм рт. ст. Таким образом, на всех этапах движения кислорода имеется разность его парциального давления, что способствует диффузии газа.
Движение углекислого газа происходит в противоположном направлении. Напряжение углекислого газа в тканях —60 и более мм рт. ст., в венозной крови — 46 мм рт. ст., в альвеолярном воздухе 0,3 мм рт. ст.. Следовательно, разность напряжения углекислого газа по пути его следования является причиной диффузии газа от тканей в окружающую среду.
Транспорт кислорода кровью. Кислород в крови находится в двух состояниях: физическом растворении и в химической связи с гемоглобином. Гемоглобин образует с кислородом очень непрочное, легко диссоциирующее соединение - оксигемоглобин: 1г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. Максимальное количество кислорода, которое может быть связано 100 мл крови, -кислородная емкость крови(18,76 мл или 19 об%).
Насыщение гемоглобина кислородом колеблется от 96 до 98%. Степень насыщения гемоглобина кислородом и диссоциация оксигемоглобина (образование восстановленного гемоглобина) не находятся в прямой пропорциональной зависимости от напряжения кислорода.
При нулевом напряжении кислорода оксигемоглобина в крови нет. При низких значениях парциального давления кислорода скорость образования оксигемоглобина невелика. Максимальное количество гемоглобина (45— 80%) связывается с кислородом при его напряжении 26—46 мм рт. ст. Дальнейшее повышение напряжения кислорода приводит к снижению скорости образования оксигемоглобина.
Сродство гемоглобина к кислороду значительно понижается при сдвиге реакции крови в кислую сторону, что наблюдается в тканях и клетках организма вследствие образования углекислого газа
Переход гемоглобина в оксигемоглобин и из него в восстановленный зависит и от температуры. При одном и том же парциальном давлении кислорода в окружающей среде при температуре 37—38°С в восстановленную форму переходит наибольшее количество оксигемоглобина,
Транспорт углекислого газа кровью. Углекислый газ переносится к легким в форме бикарбонатов и в состоянии химической связи с гемоглобином (карбогемоглобин).
Итак, подводя итоги лекции, мы видим, что поступление кислорода в организм, процесс окисления субстратов в клетках и удаление углекислого газа в совокупности составляет дыхание. Известно, что без пищи человек погибает через 60-70 дней, без воды – через 3 дня, а без дыхания – через 3 минуты. Дыхание включает следующие процессы: 1) легочное дыхание, 2) транспорт газов кровью, 3) обмен газов между кровью и тканями, 4) окисление органических веществ в клетках. Регуляция дыхания осуществляется рефлекторным и гуморальным механизмами. Оба эти механизма обеспечивают ритмический характер дыхания и изменение его интенсивности, приспосабливая организм к различным условиям внешней и внутренней среды.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 5933; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!