Тема 4.2 Анатомо-физиологические особенности лёгких. Плевра.
Физиология дыхания
ПЛАН
1. Лёгкие, строение, функции, границы.
2. Плевра, функции, границы.
3. Пневмоторакс, его виды.
4. Значение дыхания. Этапы процесса дыхания.
5. Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
6. Дыхательный цикл.
7. Газообмен в лёгких и тканях.
8. Транспорт О2 и СО2 кровью.
9. Регуляция дыхания. Дыхательный центр.
10. Показатели внешнего дыхания, лёгочные объёмы. Механизм первого вдоха.
Дыхательная часть.
Лёгкие (pulmones, греч. рneumones) – это парные паренхиматозные органы. Вещество лёгких имеет губчатое строение, содержит бронхи, бронхиолы, сосуды, нервы, соединительную ткань, воздух. Удельный вес меньше единицы, кусочки лёгкого в воде не тонут. Лёгкие у плода не содержит воздуха, в воде тонут.
Расположение: в грудной полости, по сторонам от сердца и больших сосудов, в плевральных мешках, отделённых друг от друга средостением.
Строение: правое лёгкое больше, короче и шире левого.
Причины: правый купол диафрагмы стоит выше левого, сердце находится более влево, чем вправо, уменьшая ширину левого лёгкого.
Каждое лёгкое имеет неправильную конусовидную форму.
В лёгком различают:
основание, направленное вниз;
верхушку, которая закруглена и находится на 3-4 см выше первого ребра;
3 поверхности: нижнюю – диафрагмальную, рёберную, прилежит к внутренней поверхности грудной стенки и медиальную поверхность, которая сзади граничит с позвоночным столбом и образует заднюю позвоночную поверхность, и впереди граничит с органами средостения - называется средостенной (медиастинальной).
3 края: передний край отделяет рёберную поверхность от медиастинальной, задний край тупой – отделяет позвоночную поверхность от рёберной, и нижний край отделяет рёберную и медиальную поверхность от диафрагмальной.
На переднем крае левого лёгкого есть сердечная вырезка.
На медиальной поверхности кверху и кзади от углубления перикарда находятся ворота лёгкого.
В ворота лёгкого входят: главный бронх, лёгочная артерия, нервы, бронхиальные артерии. Выходят: две лёгочные вены, лимфатические сосуды, бронхиальные вены.
Совокупность анатомических структур, входящих в лёгкое и выходящих из него образуют корень лёгкого.
Кровообращение в лёгких. Лёгкие имеют две системы кровеносных сосудов. Одна система кровеносных сосудов служит для выполнения лёгкими функции газообмена (лёгочные артерии и вены малого круга кровообращения), другая - для обеспечения обмена веществ в самих лёгких (бронхиальные артерии и вены большого круга кровообращения).
Каждое лёгкое посредством борозд делится на доли. В правом лёгком различают 2 борозды и 3 доли, в левом – 2 доли и 1 борозду. Доли лёгкого делятся на бронхолёгочные сегменты. Бронхолёгочный сегмент – это участок лёгкого, отделённый от других сегментов прослойками соединительной ткани, имеет форму конуса или пирамиды. В каждом сегменте проходят ветви лёгочной артерии и вены, сегментарный бронх. В правом лёгком различают 10-11 сегментов, а в левом – 10; сегменты состоят из долек, дольки лёгкого имеют длину 0,5-1 см, видны на поверхности лёгких в виде многоугольников. Между дольками лёгких могут откладываться пылевые частицы и междольковые границы при этом более резко очерчиваются. В каждую дольку входит дольковый бронх и сосуды. Число дольковых бронхов достигает 800. Дольки состоят из ацинусов (12-18). Всего в лёгких насчитывается до 800 тыс. ацинусов, а альвеол до 500 млн.
Ацинус – это функционально-структурная единица паренхимы лёгкого, в нём происходит основная функция лёгких – газообмен.
Ацинус включает одну дыхательную бронхиолу и все её разветвления, называется альвеолярным деревом. Лёгочные альвеолы имеют форму полушарий диаметром 0,2 - 0,3 мм, выстилаются однослойным плоским эпителием, лежащим на сети эластических волокон, и оплетены сетью кровеносных капилляров. Альвеолы могут изменять свой объём во время вдоха и выдоха. Через стенку альвеол происходит газообмен между воздухом альвеол и кровью капилляров. Изнутри альвеолы покрыты тонкой плёнкой фосфолипида – сурфактантом, который препятствует слипанию альвеол при выдохе. Сурфактант также понижает поверхностное натяжение альвеол, увеличивает растяжимость лёгких, препятствует транссудации (выходу) жидкости на поверхность альвеол из плазмы капилляров лёгких. Площадь дыхательной поверхности лёгких 35м2 при вдохе, а при глубоком вдохе до 100 м2.
| В правом - 3 |
| Лёгкие → доли сегменты (по 10) дольки ацинус |
| В левом - 2 |
Основная функция лёгких – газообмен. Кроме дыхательной функции, легкие регулируют водный обмен, участвуют в терморегуляции, являются депо крови (от 0,5 до 1,2л).
Воспаление лёгких – пневмония.
Границы лёгких
Верхушка находится на 3 – 4 см выше переднего конца первого ребра. Передняя граница правого лёгкого: от верхушки (косо книзу и кнутри) через грудино-ключичный сустав до места соединения рукоятки и тела грудины, опускается по телу грудины до уровня хряща 6 ребра и переходит в нижнюю границу.
Передняя граница левого лёгкого: от верхушки (косо, книзу, кнутри) через грудино-ключичный сустав до места соединения рукоятки и тела грудины опускается по телу грудины до хряща 4 ребра, затем отклоняется влево на 4–5 см., пересекает 5 ребро и на уровне 6 ребра по среднеключичной линии переходит в нижнюю границу.
Нижняя граница: по среднеключичной линии соответствует 6 ребру, по передней подмышечной – 7 ребру, по средней подмышечной – 8 ребру, по задней подмышечной – 9 ребру, по среднелопаточной – 10 ребру, по околопозвоночной – 11 ребру и переходит в заднюю границу.
Задняя граница: по околопозвоночной линии от головок параллельных рёбер до нижней границы (шейка 11 ребра).
Плевра, границы плевры
Серозная оболочка лёгкого называется плеврой. Плевра каждого лёгкого состоит из двух листков: висцерального, сращенного с веществом лёгкого и париетального, который выстилает грудную полость и средостение изнутри. Париетальная плевра представляет собой один сплошной мешок, окружающий лёгкое. Плевральные мешки не сообщаются между собой.
Верхняя часть каждого плеврального мешка называется куполом плевры. Париетальная плевра имеет три части:
рёберная часть покрывает рёбра и межрёберные мышцы;
диафрагмальная часть покрывает диафрагму;
средостенная часть ограничивает средостение с боков, срастается с околосердечной сумкой.
Между плевральными листками находится плевральная щель, содержит небольшое количество серозной жидкости (2-5 мл). В течение суток через плевральную щель проходит от 5 до 10 литров серозной жидкости. Она синтезируется сосудами париетальной плевры, переходит в плевральную полость, а из неё всасывается сосудами висцеральной плевры. Серозная жидкость увлажняет листки плевры, уменьшает трение между ними, способствует их тесному прилеганию. В плевральной щели давление отрицательное (возникает благодаря действию противоположных сил: инспираторного растяжения грудной клетки и эластической тяги лёгочной ткани).
Значение отрицательного внутригрудного давления:
· способствует растяжению лёгочных альвеол и увеличению дыхательной поверхности лёгких, особенно во время вдоха;
· обеспечивает венозный возврат крови к сердцу, улучшает кровообращение в лёгочном круге;
· способствует лимфообращению;
· помогает продвижению пищевого комка по пищеводу.
У здорового человека плевральная щель макроскопически невидима.
В местах перехода одной части париетальной плевры в другую образуются плевральные синусы.
Плевральные синусы:
· рёберно – диафрагмальный синус (правый и левый) – образуется при переходе рёберной плевры в диафрагмальную;
· рёберно – средостенный синус находится в области сердечной вырезки на переднем крае левого лёгкого;
· диафрагмально – средостенный синус – при переходе средостенной плевры в диафрагмальную.
Функции синусов: являются запасным пространством для лёгких во время глубокого вдоха.
Повреждение париетальной плевры и поступление воздуха в полость плевры называется пневмотораксом. Воспаление плевры – плеврит.
Границы плевры
Купол плевры совпадает с верхушкой лёгких, т.е. на 3-4 см выше переднего конца первого ребра.
Передняя граница идёт от верхней точки купола плевры к грудино-ключичному суставу вертикально вниз до хряща 4 ребра, затем границы расходятся вниз и латерально до 7 ребра, затем границы расходятся вниз и латерально до 7 ребра по среднеключичной линии и переходят в нижнюю границу.
Нижняя граница – по среднеключичной линии соответствует 7 ребру, по передней подмышечной линии – 8 ребру, по срединной подмышечной линии – 9 ребру, по задней подмышечной линии – 10 ребру, по средней лопаточной линии – 11 ребру, по околопозвоночной линии – 12 ребру.
Задняя граница совпадает с задней границей лёгких.
Отличие границ лёгких и плевры:
· нет сердечной вырезки,
· нижняя граница плевры идёт на ребро ниже границ лёгких.
Средостение – это пространство, занятое органами, расположенными в грудной полости между двумя плевральными мешками. Ограничено спереди грудиной и частично хрящами рёбер, сзади грудным отделом позвоночника, по бокам – средостенными плеврами, снизу сухожильным центром диафрагмы, вверху через апертуру грудной клетки сообщается с областью шеи.
Условно через корни лёгких можно провести фронтальную плоскость, которая делит средостение на переднее и заднее.
В переднем средостении находится сердце, перикард, вилочковая железа, нервы, сосуды (восходящая аорта, лёгочный ствол, верхняя полая вена и др.).
В заднем средостении находится пищевод, блуждающие нервы, грудная аорта, грудной лимфатический проток, непарная и полунепарная вены. Между органами располагается клетчатка.
3. Пневмоторакс, его виды.
Пневмоторакс – наличие воздуха в плевральной полости. При этом внутриплевральное давление становится равным атмосферному. Лёгкое прижимается к корню и выключается из дыхания.
Виды пневмоторакса:
· травматический
· спонтанный
· искусственный
Травматический пневмоторакс возникает при проникающем ранении грудной клетки. В зависимости от связи плевральной полости с атмосферным воздухом он может быть закрытым, открытым и клапанным.
При закрытом пневмотораксе воздух поступает в плевральную полость однократно во время ранения. Сообщения плевральной полости с атмосферой нет. Не опасен, т.к. воздух быстро рассасывается или удаляется при пункции.
При открытом пневмотораксе воздух беспрепятственно поступает в плевральную полость и выходит из неё. Лёгкое спадается, выключается из дыхания. Холодный воздух, вызывая раздражение рецепторов плевры, значительно ухудшает состояние пострадавших. Очень опасен из-за развития тяжелого шока.
При клапанном (напряжённом) пневмотораксе воздух поступает в плевральную полость при вдохе и не выходит при выдохе. Возникает острая угроза жизни вследствие нарушения дыхания и кровообращения. Необходима срочная пункция плевральной полости толстой иглой во 2-3-м межреберье по среднеключичной линии. Кроме того, следует положить раненым в грудную клетку окклюзионную повязку.
Спонтанный (самопроизвольный) пневмоторакс образуется при самопроизвольном разрыве больного лёгкого (кавернозный туберкулёз, абсцесс, гангрена, рак и др.), когда воздух проникает в плевральную полость через повреждённую стенку бронха.
Искусственный пневмоторакс создаётся преднамеренно с лечебной целью (при туберкулёзе лёгких), для диагностики (при опухолях и инородным телам грудной полости) и для подготовки больного к операции на лёгком и средостении.
4. Значение дыхания. Этапы процесса дыхания. Потребность дышать удовлетворяет дыхательная система.
Дыхание – сложный физиологический процесс в результате которого организм потребляет О2 и выделяет СО2.
Этапы процесса дыхания:
1 этап – внешнее дыхание:
· обмен газов между атмосферным воздухом и альвеолярным;
· газообмен между альвеолярным воздухом и кровью в лёгочных капиллярах.
2 этап – транспорт газов кровью;
3 этап – внутреннее или тканевое дыхание:
· газообмен между кровью и тканями;
· клеточное дыхание (потребление О2 клетками и выделение СО2).
Внешнее дыхание происходит за счёт активности аппарата, внешнего дыхания (дыхательные пути, лёгкие, плевра, скелет и мышцы грудной клетки, диафрагма). Аппарат внешнего дыхания обеспечивает организм О2 и выводит из организма СО2.
5. Состав вдыхаемого, выдыхаемого, альвеолярного воздуха. Во время дыхания человек вентилирует лёгкие, поддерживая в альвеолах относительно постоянный газовый состав.
| Атмосферный воздух содержит: | - О2 – 20,94% - СО2 – 0,03% - N – 79,03% |
| Выдыхаемый воздух содержит: | - О2 – 16,3% - СО2 – 4% - N – 79,7% |
| Альвеолярный воздух содержит: | - О2 – 14,2 – 14,6% - СО2 – 5,5 – 5,7% - N – 80% |
Не весь объём вдыхаемого воздуха участвует в вентиляции альвеол. Часть его остаётся в воздухоносных путях (140 мл), и не участвует в газообмене, поэтому при спокойном дыхании в альвеолы поступает не 500 мл, а только около 350 мл. Так как воздух, находящийся в воздухоносных путях не участвует в газообмене, то его называют воздухом «мёртвого пространства».
В альвеолярном воздухе уменьшается количество О2 и возрастает количество СО2, т.к. происходит газообмен между кровью капилляров и воздухом альвеол. Выдыхаемый воздух содержит больше О2, чем альвеолярный, т.к. в нём содержится смесь газов из альвеол и воздухоносных путей («мёртвое пространство»). Азот и инертные газы, входящие в состав воздуха в газообмене не участвуют.
6. Дыхательный цикл. Дыхательный цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. В лёгких нет мышечной ткани, и поэтому они не могут активно сокращаться. Активная роль в акте вдоха и выдоха принадлежит скелетным дыхательным мышцам и диафрагме.
Вдох (инспирация). Длительность вдоха 0,9-4,7 сек. Под действием нервных импульсов, поступающих из дыхательного центра, сокращаются наружные межрёберные мышцы и диафрагма. Рёбра поднимаются и отходят несколько в сторону, купол диафрагмы опускается, объём грудной клетки увеличивается, и лёгкие пассивно следуют за грудной клеткой. В процессе вдоха ткань лёгких растягивается, давление в лёгких понижается, становится меньше, чем в атмосфере, и воздух поступает в лёгкие.
Выдох (экспирация). Длительность 1,2-6 сек. Во время выдоха рёбра опускаются, купол диафрагмы приподнимается, объём грудной клетки и лёгких уменьшается, давление в лёгких повышается, становится больше атмосферного и воздух выходит наружу. Сокращению лёгких способствует эластическая тяга лёгких.
Дыхательная пауза – непостоянная часть дыхательного цикла, различна по продолжительности и может даже отсутствовать.
У взрослого человека частота дыхательных движений составляет 16-20 раз в минуту. На частоту и глубину дыхания влияют: эмоциональное состояние, умственная нагрузка, изменение химического состава крови, заболевания дыхательных путей, физическая нагрузка, степень тренированности организма, температурный фактор, интенсивность обмена веществ и т.д. Чем чаще и глубже дыхание, тем больше О2 поступает в лёгкие и больше СО2 выводится из организма.
Механизм первого вдоха новорождённого. В организме матери газообмен плода происходит через пупочные сосуды, тесно контактирующие с кровью матери. У родившегося ребёнка после перевязки пуповины прекращается газообмен через пупочные сосуды.. В крови новорождённого накапливается СО2, который также как и недостаток СО2, гуморально возбуждает его дыхательные центр. От дыхательного центра импульсы поступают к дыхательным мышцам – возникает первый вдох. Открывается голосовая щель, и воздух через нижние дыхательные пути поступает в альвеолы лёгких, лёгкие расправляются. Первый выдох сопровождается возникновением крика новорождённого. Альвеолы на выдохе не слипаются, этому препятствует сурфактант. У недоношенных детей часто возникают различные дыхательные расстройства, в связи с недостаточной вентиляцией лёгких, т.к. сурфактанта в альвеолах лёгких недостаточно и не все альвеолы раскрываются.
7. Газообмен в лёгких. Газообмен в лёгких происходит между воздухом альвеол и кровью капилляров. Альвеолы легких оплетены густой сетью капилляров. Стенки альвеол и капилляров обладают свойством полупроницаемости, это способствует проникновению О2 в кровь, а СО2 – в альвеолы лёгких. Движение газов происходит по законам диффузии: газ из среды с высоким парциальным давлением поступает в среду с меньшим давлением. (Парциальное давление – это часть общего давления газовой смеси, которая приходится на данный газ). Если газ растворён в жидкой среде, то говорят о его напряжении. (Напряжение – синоним парциального давления).
Газообмен происходит до тех пор, пока не установится равновесие.
О2 и СО2 в ходе газообмена должны преодолеть воздушно-кровяной барьер (аэрогематический барьер), который включает:
· тонкую плёнку сурфактанта, выстилающую внутреннюю поверхность альвеол;
· однослойный плоский эпителий стенки альвеол;
· соединительную ткань, придающую эластичность альвеолам;
· эндотелий капилляра;
· слой плазмы.
Суммарное диффузионное расстояние этих слоёв 0,5-1 мкм. В результате газообмена кровь насыщается О2 и превращается в артериальную, а СО2 газ поступает в воздух альвеол и выводится из лёгких при выдохе.
8. Транспорт газов кровью. О2 к тканям и СО2 от тканей переносятся кровью. Газы находятся в жидкости, как в растворённом виде, так и в химически связанном виде.
Транспорт О2:
1. О2 в небольших количествах растворяется в плазме крови;
2. Большая часть О2 соединяется с гемоглобином и образуется оксигемоглобин
Нв + О2 ↔ НвО2. Чем выше парциальное давление О2 кровью тем больше образуется НвО2. В виде оксигемоглобина О2 переносится к тканям. Высокое парциальное давление СО2 в тканях способствует расщеплению оксигемоглобина: НвО2 ↔ Нв + О2, кислород диффундирует в ткани.
Транспорт СО2:
СО2 транспортируется 2 способами:
1. 5% СО2 растворяется в плазме крови;
2. 95% СО2 в химически связанном состоянии с другими веществами:
а) 25-30% СО2 соединяются с гемоглобином и образуется карбгемоглобин: Нв + СО2 ↔ НвСО2
б) СО2 растворяется в Н2О и образуется Н2СО3 (угольная кислота) в эритроцитах. Н2СО3 распадается на Н+ и бикарбонат – ион (НСО3-). На течение этой реакции влияет фермент карбоангидраза, который ускоряет реакцию в 20000 раз.
в) в тканевых капиллярах НСО3- взаимодействует с ионами Na+ и K+ и образует KHCO3 и NaHCO3.
Таким образом СО2 транспортируется в виде НвСО2, Н2СО3, NaHCO3 и KHCO3. ⅔ СО2 находится в плазме и ⅓ СО2 – в эритроцитах.
Важная роль в транспорте СО2 принадлежит ферменту карбоангидразе эритроцитов.
СО2 может соединяться с другими вредными для организма человека веществами, что может способствовать возникновению отравлений. Например, соединение угарного газа (СО) с гемоглобином образует устойчивое соединение карбоксигемоглобин, который не может связывать О2: Нв + СО = НвСО. Кроме СО, существуют и другие вещества, влияющие на здоровье человека: сероводород, ангидриды, пары Н2SO4, оксиды азота, бензпирен (канцероген), радиоактивные вещества и др.
Газообмен в тканях.
На газообмен в тканях влияют:
1. полупроницаемость стенок капилляров и мембраны клеток;
2. разность парциальных давлений О2 и СО2.
Клетки тканей поглощают О2 и отдают СО2 в кровь капилляров. Кровь становится венозной и по венам поступает в лёгкие.
9. Регуляция дыхания. Дыхательный центр.
Дыхательный центр находится в продолговатом мозге. Он регулирует частоту дыхания и ритмическую деятельность дыхательных мышц. Дыхательный центр двухсторонний. Каждая половина дыхательного центра состоит из центра вдоха и центра выдоха. В дыхательном центре ритмические возникают импульсы, т.е. дыхательный центр обладает свойством автоматии.
Гуморальная регуляция дыхания
Дыхательный центр очень чувствителен к избытку СО2. Высокое содержание СО2 в крови возбуждает нейроны центра вдоха. Нервные импульсы из центра вдоха продолговатого мозга поступают в спинной мозг, из спинного мозга импульсы идут к наружным межрёберным мышцам и диафрагме, которые сокращаются, объём грудной клетки и лёгких увеличивается, происходит вдох. Возбуждение центра вдоха сопровождается торможением центра выдоха. При недостатке СО2 и избытке О2 может наступить временная остановка дыхания.
Рефлекторная регуляция дыхания:
· Постоянные рефлекторные влияния возникают при раздражении рецепторов растяжения альвеол, корня лёгкого, плевры, хеморецепторов дуги аорты и сонных синусов, R дыхательных мышц. При растяжении лёгких происходит возбуждение R, находящихся в стенке альвеол, в лёгочной ткани. От рецепторов растяжения импульсы поступают по нервам в продолговатый мозг, в центр выдоха, происходит выдох.
· Непостоянные рефлекторные влияния: возбуждение разнообразных экстеро - и интеро-рецепторов (например, температурных R кожи, R боли, R слизистой оболочки верхних дыхательных путей, проприорецепторов дыхательных мышц.). При вдыхании NH3, Cl2, дыма наблюдается рефлекторный спазм голосовой щели и задержка дыхания, при раздражении слизистой оболочки носа пылью – чихание; гортани, трахеи, бронхов – кашель и т.д. увеличивают вентиляцию лёгких.
Влияние нервной системы
Большую роль играет кора головного мозга. Человек произвольно регулирует дыхание при разговоре, пении. Симпатическая нервная система расширяет бронхи, усиливает дыхание. Парасимпатическая нервная система суживает бронхи, урежает дыхание. По М.В.Сергиевскому регуляция активности дыхательного центра представлена тремя уровнями:
1 уровень регуляции активности дыхательного центра включает спинной мозг (это центры диафрагмальных и межрёберных нервов);
2 уровень – дыхательный центр в продолговатом мозге обеспечивает чередование вдоха и выдоха и мононейронов спинного мозга, иннервирующих дыхательные мышцы.
3 уровень – мост, гипоталамус, кора конечного мозга, обеспечивает адекватное приспособление дыхания к изменяющимся условиям окружающей среды.
10. Показатели внешнего дыхания. Лёгочные объёмы.
К показателям внешнего дыхания относятся: частота, ритм, глубина дыхания, лёгочные объёмы, ёмкость лёгких.
Лёгочные объёмы:
· Дыхательный объём (ДО) – это количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании; ДО = 400-500 мл.
· Резервный объём вдоха (РОВд) – это количество воздуха, которое человек может вдохнуть при сильном вдохе после спокойного вдоха. Определяет способность лёгких к добавочному расширению.
РОВд=1500 мл.
· Резервный объём выдоха (РОВыд) – количество воздуха, которое человек может выдохнуть после спокойного выдоха.
РОВыд=1500 мл. Определяет степень постоянного растяжения лёгких.
· Остаточный объём лёгких (ООЛ) – это количество воздуха, остающееся в лёгких после максимального выдоха. ООЛ=1200 мл.
· Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) – это самое глубокое дыхание, на которое способен человек. ЖЕЛ=ДО+РОВд+РОВыд=500+1500+1500=3500-4700(мл).
· Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) – максимальное количество воздуха, которое может находиться в лёгких. ОЕЛ=ЖЕЛ+ООЛ=4500-6000 (мл).
· Лёгочная вентиляция – это количество воздуха, проходящее через лёгкие в единицу времени. Лёгочную вентиляцию называют минутным объёмом дыхания (МОД).
МОД = ДО х количество дыхательных движений в одну минуту.
МОД в покое=6-8 л (мин.)
МОД при средней мышечной работе=80 л/мин.
МОД при тяжёлой мышечной работе=120-150 л/мин.
Для измерения лёгочных объёмов и ёмкости лёгких применяют специальные приборы: спирометры, спирографы и др.
ЛИТЕРАТУРА:
Гайворонский «Анатомия и физиология человека», стр.231-245.
М.Р.Сапин «Анатомия и физиология человека», стр.200-211.
Швырёв «Анатомия и физиология человека», стр.242-245.