Физиология дыхательной системы.
Органом внешнего дыхания человека являются легкие. Дыхательные пути начинаются от полости носа, и через носоглотку переходят в трахею (дыхательную трубку), которая, в свою очередь, разделяется на 2 бронха – вход в каждое легкое. От трахеи до концевых дыхательных единиц – альвеол – дыхательные пути дихотомически делятся 23 раза. Важным моментом является то, что слизистая оболочка полости носа, хоан, гортани, трахеи и бронхов одета многослойным эпителием, увлажняемым секретом слизистых желез. Это результат сложного филогенетического пути развития позвоночных – все наземные позвоночные являются вторично‑дышащими и могут усваивать только кислород, растворенный в жидкости. По законам физики газ, соприкасающийся с жидкостью, растворяется в ней до насыщения. Именно этот момент является лимитирующим в определении КПД газообмена в легких – повышая процентное содержание кислорода в воздухе, изменить его парциальное давление в жидкости можно в очень незначительных пределах.
С другой стороны, газ, находящийся над жидкостью, насыщается ее парами. Испарение воды через легкие в нормальных условиях составляет 300 мл в сутки. Кроме того, богатая сеть кровеносных сосудов под слизистой оболочкой обеспечивает обмен тепла между воздухом и кровью, при этом температура воздуха доводится до температуры тела. Это одна из недыхательных функций легких – участие в температурной регуляции тела. Кроме того, жидкость, выстилающая альвеолы – это не вода, а секрет паренхиматозных клеток, он содержит практически все, что растворено в крови и других жидкостях организма. И испаряется из этого раствора не только вода, но и растворенные вещества. Это – основа выделительной функции легких. Наряду с почками и кожей они способны выводить из организма продукты метаболизма. Состав выдыхаемой смеси часто используют в клинической диагностике.
|
|
|
Обмен газов между воздухом и кровью происходит путем диффузии через альвеоло‑капиллярный барьер под влиянием разницы парциальных давлений между альвеолярным воздухом и кровью, поступающей в легочные капилляры. Кислород, поступающий в кровь, диффундирует из плазмы в эритроциты и вступает в них в химическую связь с гемоглобином. Увеличение или уменьшение концентрации гемоглобина в крови увеличивает или, соответственно, уменьшает кислородную емкость крови. Углекислый газ также диффундирует через стенки капилляров в плазму крови и хорошо в ней растворяется. Однако в растворенном виде переносится менее 10 % углекислого газа, остальные 90 % – в химически связанном виде, как соли угольной кислоты (в плазме – бикарбонат Na, в эритроцитах – бикарбонат К).
|
|
|
В таком виде кислород и углекислый газ путешествуют по всему большому кругу кровообращения. В мышцах или внутренних органах сосудистое русло вновь разделяется на капилляры, и происходит обратный процесс – диффузия кислорода и углекислого газа в обратном направлении, по градиенту парциальных давления.
Регуляция дыхания осуществляется центральной нервной системой и гуморальными факторами. В продолговатом мозге расположен т. н. дыхательный центр, задающий ритмичность дыхательных движений и координирующий активность мышц, обеспечивающих вдох и выдох. Чувствительными элементами этого уровня регуляции являются механорецепторы и рецепторы растяжения, расположенные в ткани легких, бронхах и трахее. Информация от этих рецепторов поступает в дыхательный центр. Гуморальная регуляция дыхания осуществляется тем же дыхательным центром при участии хеморецепторов. Главным естественным стимулом дыхательного центра является углекислый газ – его парциальное давление в альвеолярном воздухе и артериальной крови. Недостаток кислорода также является раздражителем дыхательного центра – легочная вентиляция возрастает в условиях высокогорья. Стимуляция дыхания наблюдается также при воздействии на хеморецепторы кислыми растворами, т. е при закислении среды, как это происходит при накоплении молочной кислоты во время интенсивной физической нагрузки. На работу дыхательного центра, кроме импульсов от хемо– и механорецепторов, оказывают влияние термические, зрительные, слуховые и др. соматические раздражители. Кроме того, дыхательные нейроны чувствительны к действию нейромедиаторов и гормонов, а само дыхание – это автономная вегетативная функция, которая может поддаваться произвольному управлению. Например, центральная нервная система может изменять параметры дыхательного ритма при реализации других функций организма: физической нагрузке, глотании, жевании, голосообразовании и т. д. Дыхание меняет параметры при осуществлении защитных рефлексов: рвоты, кашля. Высшие отделы мозга позволяют регулировать дыхание при эмоциональной, психической и интеллектуальной нагрузках.
|
|
|
Что же происходит с системой внешнего дыхания при постнатальном развитии . По анатомическому развитию все значимые изменения сводятся к росту объемов, следующему за ростом габаритных размеров тела. Количество альвеол достигает дефинитивного уровня к 8 годам, далее происходит увеличение их объемов. Соответственно, вслед за ростом объемных показателей идет рост функциональных возможностей – величины дыхательного объема, жизненной емкости легких. В подростковом возрасте, при возрастании силы и выносливости дыхательной мускулатуры, отмечают возрастание такого показателя, как максимальная вентиляция легких (тест выполняется при существенной нагрузке на мышечный аппарат). Однако восстановительный период дыхательной системы после физической нагрузки минимален в подростковом возрасте, а затем наблюдается его удлинение, а «кислородный долг», с возрастом, наоборот, увеличивается.
|
|
|
Физиология сердечно‑сосудистой системы.
Как понятно из названия, сердечно‑сосудистая система состоит из сердца и сосудистого русла. Центральным органом сердечно‑сосудистой системы является сердце. Это 4‑камерный полый орган, перекачивающий кровь из венозного в артериальное сосудистое русло. Из системы полых вен, собирающих венозную кровь со всего тела, кровь попадает в правое предсердие, а из него – в правый желудочек. Правый желудочек выбрасывает кровь в малый круг кровообращения – систему легочной артерии. Кровь, пройдя легочные капилляры, по системе легочных вен попадает в левое предсердие, а из него – в левый желудочек. Из левого желудочка кровь выбрасывается через аорту в большой круг кровообращения. Одностороннее движение крови обеспечивается сокращением сердечной мускулатуры и системой клапанов. Сокращение сердечной мускулатуры происходит ритмично, ритм этот автоматический и не зависим от центральной нервной системы, генерируется собственной проводящей системой миокарда. Отражением процессов возбуждения сердечной мышцы является электрокардиограмма.
Однако сердечный ритм может изменяться под влиянием как центральной, так и периферической нервной систем. Наибольшее влияние оказывает симпатическая нервная система, вызывающая активацию сердечной активности (увеличение частоты сердечных сокращений, увеличение их силы, улучшают проводимость клеток миокарда), и парасимпатическая нервная система (система блуждающего нерва), оказывающая тормозящее воздействие на сердечную деятельность. Влияние центральной нервной системы осуществляется как напрямую, через изменение тонуса ядер блуждающего нерва, расположенных в продолговатом мозге, так и опосредованно, через гипоталамо‑гипофизарную нейро‑эндокринную систему и передается сердцу при помощи гуморальных факторов.
Здесь впервые прозвучал термин «вегетативная нервная система». Это ключевое понятие в регуляции сердечно‑сосудистой системы, поэтому на нем надо остановиться подробнее.
Координация работы разных органов и систем организма осуществляется в основном двумя системами – гуморальной, при помощи химических соединений разной природы, довольно медленно перемещающихся по жидким средам организма, и нервной, при помощи нервных импульсов, распространяющихся по организму за доли секунды. Нервная система подразделяется на разные отделы по нескольким признакам:
– по локализации: та часть нервной системы, которая ограничена черепной коробкой (головной мозг) и позвоночником (спинной мозг), называется центральной нервной системой, та часть, которая расположена вне – называется периферической нервной системой (периферические нервы, симпатические ганглии и нервные сплетения),
– по иннервируемым органам: часть нервной системы, иннервирующая соматическую мускулатуру, называется соматической (головной и спинной мозг, периферические нервы), часть нервной системы, иннервирующая внутренние органы – автономной (вегетативной) нервной системой (отдельные области головного и спинного мозга, симпатические ганглии, периферические нервы).
Также выделяют метасимпатическую нервную систему – это системы отдельных внутренних органов, не связанные с общей нервной системой и способные работать при изоляции от остального организма. Сюда относятся собственные системы сердечной мышцы (сердце некоторое время способно поддерживать автоматический ритм сокращений вне остального организма), печени (портальная вена печени без всяких влияний со стороны нервной системы сокращается примерно 1 раз в 40 мин, что достаточно для поддержания жизни в состоянии анабиоза), брыжеечный нервный узел (обеспечивает перистальтику кишечника) и др.
Автономная нервная система состоит из 2 отделов – симпатической нервной системы и парасимпатической нервной системы. Общий характер влияний симпатической нервной системы на организм сводится к стимуляции катаболизма (распада макромолекул), к быстрому и эффективному расходу энергии (ускорение сердечного ритма, повышение артериального давления). Центры симпатической нервной системы расположены в боковых рогах серого вещества спинного мозга (центральная нервная система) и в ганглиях пограничного симпатического ствола (периферическая нервная система). Общий характер влияний парасимпатической нервной системы обеспечивает состояние покоя, анаболизм (синтез макромолекул), депонирование веществ и сохранение энергии. Центры парасимпатической нервной системы расположены в стволовой части головного мозга (ядра блуждающего, тройничного, лицевого и глазодвигательного нервов) и поясничном отделе спинного мозга (центральная нервная система), а также в т. н. интрамуральных ганглиях, расположенных в стенках органов, которые они иннервируют (периферическая нервная система).
Координация работы симпатической и парасимпатической нервных систем осуществляется на нескольких уровнях:
– на периферическом уровне баланс влияния двух систем достигается на основании ряда вегетативных рефлексов с участием баро– и хемо‑рецепторов (регуляция частоты сердечных сокращений, артериального давления, частоты и глубины дыхания),
– на уровне продолговатого мозга осуществляется простейшее взаимодействие вегетативной регуляции сердечно‑сосудистой и дыхательной систем (взаимодействие сосудодвигательного и дыхательного центров),
– на уровне гипоталамуса осуществляется регуляция общесистемного адаптивного ответа на изменение внешних условий (нервная и нейро‑эндокринная регуляция),
– на уровне коры головного мозга формируется интегрированный ответ с учетом мотивационного фона и эмоционального статуса, возможность произвольно менять характер вегетативной регуляции.
Итак, на сердечный ритм, частоту и силу сердечных сокращений оказывают влияние следующие факторы:
– гуморальные факторы (соли калия и кальция, гормоны эндокринных желез),
– вегетативные рефлексы (барорефлекс – учащение сердцебиений при повышении давления, замедление сердцебиений при раздражении внутренних органов вплоть до остановки при ударе, замедление сердцебиений при надавливании на глазные яблоки),
– активность вегетативной нервной системы (симпатической и парасимпатической),
– активность высших отделов головного мозга (изменение ритма сердца при мышечной активности, болевых ощущениях, изменении эмоционального статуса).
Вторым элементом сердечно‑сосудистой системы является сосудистое русло. Сосудистое русло образуют сосуды большого и малого кругов кровообращения, вместе с сердцем образующие замкнутую циркуляторную систему. Сосуды бывают нескольких типов:
– эластического (аорта и крупные артерии),
– мышечного (артерии мелкого и среднего калибра),
– сосуды сопротивления (артериолы, артерио‑венозные анастомозы),
– капилляры, или обменные микрососуды,
– посткапиллярные венулы, вены и крупные вены, способные вмещать большое количество крови.
Скорость кровотока в сосудах определяется как силой сократительной деятельности миокарда, так и сопротивлением сосудистого русла. Чем выше сопротивление сосудов, тем ниже скорость кровотока. При прочих равных условиях сопротивление сосудов определяется их диаметром, или просветом. В свою очередь, просвет сосудов изменяется в зависимости от тонуса сосудистой стенки. Тонус сосудов контролируется центральной и периферической нервными системами, а также гуморальными факторами. Сосудистый тонус, а проявляется он как артериальное давление, изменяется под влиянием коры больших полушарий (вплоть до произвольного изменения уровня артериального давления), активности гипоталамических центров и сосудодвигательных центров продолговатого мозга. Артериальное давление зависит от тонуса симпатической нервной системы, тогда как парасимпатическая система практически не влияет на артериальное давление. Среди гуморальных факторов, оказывающих воздействие на артериальное давление, выделяют гормоны желез внутренней секреции (вазопрессин, адреналин, норадреналин, альдостерон), местные гормоны (гистамин, серотонин, ацетилхолин, брадикинин), и продукты метаболизма (углекислый газ, молочная и пировиноградная кислоты).
Возрастные изменения в сердечно‑сосудистой системе связаны, в основном, с изменениями в работе регуляторных систем (нервной и эндокринной). Сам миокард, и сосуды, в постнатальном онтогенезе выполняют все свои функции на всем протяжении жизни. Это необходимое условие для существования организма. Однако состояние регуляторных систем меняется. Наиболее принципиальные изменения происходят в гуморальной регуляции в период полового созревания. В это время начинают работать половые гормоны, имеющие дополнительную кардиопротективную функцию. В менопаузе, когда содержание половых гормонов в организме падает, возрастает риск развития сердечно‑сосудистых заболеваний. Со стороны нервной системы наблюдается гетерохронность развития симпатических и парасимпатических влияний. Самым последним завершает свое функциональное созревание симпатическое звено вегетативной регуляции, к 15–16 годам. Поэтому уровень артериального давления достигает окончательных значений не ранее 14 лет. Также в этом возрасте формируется «взрослый» тип реакции на стрессирующие воздействия (физические или эмоциональные), выражающиеся в повышении артериального давления, ускорении пульса, торможении работы ЖКТ и выделительной системы. Это т. н. стресс‑реакция организма, реакция «беги или нападай». Для детей более характерна реакция в виде замирания, со снижением ЧСС и АД, «затаивание».
Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 196; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!