Дыхательная система
Дыхание -совокупность последовательно протекающих процессов обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа. Т.е. это процесс использования кислорода клетками тканей в биологическом окислении с образованием энергии и конечного продукта дыхания-углекислого газа.
Дыхание включает последовательность следующих процессов:
1. Внешнее дыхание, обеспечивающее вентиляцию легких.
2. Обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью.
3. Транспорт газов кровью.
4. Обмен газов между кровью в капиллярах и тканевой жидкостью.
5. Обмен газов между тканевой жидкостью и клетками.
6. Биологическое окисление в клетках (биологическое окисление)
Дыхательная система состоит из 2 отделов.
Воздухоносный отдел -хрящи, соединительная ткань грудной клетки, дыхательные пути.
Респираторный отдел -альвеолы и легочная ткань.
Дыхательная система выполняет дыхательную и недыхательную функцию.
Дыхательная функция-поддержание газового состава.
Недыхательные функции:
Защитная: частицы пыли задерживаются слизистой оболочкой дыхательных путей и удаляются при кашле, чихании и механизмов мукоцилиарного очищения. Крупные пылевые частицы задерживаются в носу, более мелкие оседают в проводящих путях и удаляются восходящим током слизи. Слизь вырабатывается слизистыми железами и бокаловидными клетками в стенках бронхов и оттекает вверх благодаря ритмичным движениям тонких ресничек, работа которых парализуется некоторыми вдыхаемыми токсинами. В альвеолах ресничек нет, и осаждаемые здесь пылевые частицы поглощаются крупными подвижными клетками-макрофагами.
Также эпителий слизистой оболочки дыхательных путей содержит иммунокомпетентные клетки (Т и В лимфоциты-тучные клетки). Которые участвуют в синтезе гистамина.
Метаболическая функция- синтез сурфактанта, гепарина, лейкотриенов, активация и инактивация биологически активных веществ (БАВ).
Выделительная функция- через легкие выводятся водяные пары и молекулы летучих веществ.
Терморегулирующая функция – выводится через легкие незначительные количества тепла.
Позно- тоническая функция – дыхательные мышцы участвуют в поддержании тела в пространстве.
Функция речеобразования – мышцы голосовой щели и верхних дыхательных путей участвуют в речевой деятельности.
Воздухоносные пути представляют собой последовательно разветвляющиеся трубочки. По мере погружения в легочную ткань они сужаются и укорачиваются, увеличиваются в числе. Вся система бронхов до альвеол образуют проводящие (кондуктивные) пути. Т.к. там нет альвеол и они не могут участвовать в газообмене их называют анатомически мертвым пространством.
Альвеолярно-капиллярный барьер
Перенос кислорода и углекислого газа между воздухом и кровью происходит путем простой диффузии, т.е. от области с высоким парциальным давлением газа к области с низким парциальным давлением (как вода течет сверху вниз).
Парциальное давление газа- произведение его концентрации в газовой смеси на общее давление этой смеси.
Кровоснабжение
Капилляры образуют в стенках альвеол густое сплетение диаметром 10 мкм т.е. сечение приближается к нижнему пределу прохождения эритроцитов. Каждый эритроцит находится в капиллярной легочной сети в течении 3-4 с. За это время он проходит 2-3 альвеолы.
Стабильность альвеол обеспечивается сурфактантом состоит из фосфолипидов, белков, и полисахаридов. Синтез сурфактанта осуществляется альвеолоцитами 2 типа из компонентов плазмы крови. В зависимости от радиуса альвеол изменяется натяжение слоя жидкости. В легких сурфактант изменяет степень поверхностного натяжения поверхностного слоя жидкости в альвеолах при изменении их площади. При растяжении альвеол во время вдоха слой сурфактанта становится тоньше, что вызывает снижение его действия на поверхностное натяжение в альвеолах. При уменьшении объема альвеол во время вдоха молекулы сурфактанта начинают плотно прилегать друг к другу и увеличивая поверхностное давление, снижают поверхностное натяжение и препятствует спадению (коллапсу) альвеол во время экспирации.
Биомеханика дыхания.
Вдох.
Увеличение объема грудной полости при вдохе происходит в результате сокращение инспираторных мышц: диафрагмы и наружных межреберных мышц. Диафрагма разделяет грудную и брюшную полости. При сокращении диафрагмальной мышцы, диафрагма движется вниз и смещает органы брюшной полости вниз и кпереди увеличивая объем грудной полости преимущественно по вертикали.
Увеличению объема грудной полости при вдохе способствует сокращение наружных межреберных мышц, поднимающих грудную клетку вверх, увеличивается объем грудной полости. Одновременное движение вверх всех реберных дуг приводит к тому что грудная клетка поднимается вверх и кпереди, а объем грудной клетки увеличивается в сагиттальной и фронтальной плоскостях. При глубоком дыхании участвуют грудинно-ключично-сосцевидная мышца которая поднимает грудину, и передние лестничные мышцы поднимают верхние 2 ребра, что дополнительно увеличивает объем грудной клетки.
Выдох.
Выдох в покое осуществляется пассивно под действием эластической тяги легких к исходной величине.
Изменение объема легких во время вдоха и выдоха
Сокращение дыхательных мышц грудной клетки и диафрагмы при вдохе вызывает увеличение объема легких, а при их расслаблении во время выдоха легкие спадаются до исходного объема. Благодаря своей высокой эластичности и растяжимости легкие следуют за изменениями объема грудной полости вызываемым сокращением дыхательных мышц.
Модель.
Легкие рассмотрены в качестве эластичного баллона, помещенного внутрь емкости из ригидных стенок и гибкой диафрагмы. Пространство между эластичным баллоном и стенками емкости является герметичным. При увеличении объема емкости, вызванной движением вниз гибкой диафрагмы, давление внутри емкости, т.е. вне баллона становится ниже атмосферного в соответствии с законом идеального газа. Баллон раздувается, поскольку давление внутри него становится выше, чем давление в емкости вокруг баллона.
Плевра
Поверхность легких и внутренняя поверхность грудной полости покрыты плевральной мембраной (париетальная и висцеральная). Между этими листками имеется плевральное пространство, заполненное тонким слоем жидкости, которое увлажняет поверхность долей легких и способствует их скольжению относительно друг друга во время раздувания легких а также облегчает трение между париетальной и висцеральной листками.
Вентиляция легких
Это непрерывный регулируемый процесс обновления газового состава воздуха, содержащегося в легких. Вентиляция легких обеспечивается введением в них атмосферного воздуха, богатого кислородом и выведением при выдохе газа, содержащего избыток углекислого газа. Т.е. процесс обмена воздуха между легкими и атмосферой.
Альвеолярная вентиляция
Количественным показателем вентиляцией легких служит минутный объем дыхания определяемый как количество воздуха которое проходит (или вентилируется) через легкие в 1 минуту. В покое у человека минутный объем 6-8 л/мин. Только часть воздуха, которым вентилируется легкие достигают альвеолярного пространства и непосредственно участвует в газообмене с кровью. Эта часть вентиляции легких называется альвеолярной вентиляцией. В покое составляет 3,5 – 4, 5 л/мин.
Размеры альвеолярного пространства таковы, что смешивание газа в альвеолярной единицей происходит практически мгновенно как следствие дыхательных движений, кровотока и движения молекул (диффузии).
Газообмен в легких.
Обмен газов между кровью и воздухом относится к основной функции легких. Воздух, поступающий в легкие при вдохе нагревается и насыщается водяными парами при движении в дыхательных путях, и достигает альвеолярного пространства имея температуру 37 градусов Цельсия. При этом парциальное давление водяных паров в альвеолярном воздухе при этой температуре 47 мм.рт.ст. Вдыхаемый воздух находится в разведенном состоянии и парциальное давление кислорода в нем меньше чем в атмосферном воздухе.
Обмен кислорода и углекислого газа в легких происходит в результате парциального давления этих газов в воздухе альвеолярного пространства их напряжения в крови легочных капилляров.
Процесс движения газа из области высокой концентрации в область с низкой его концентрацией обусловлен диффузией. Кровь легочных капилляров отделена от воздуха, заполняющего альвеолы альвеолярной мембраной через которую газообмен происходит путем пассивной диффузии.
Факторы, способствующие диффузии:
1. Большая поверхность контакта легочных капилляров и альвеол.
2. Большая скорость диффузии через тонкую легочную мембрану.
3. Интенсивность вентиляции легких и кровообращения.
4. Корреляция между кровотоком в данном участке легкого и его вентиляцией.
Если участок легкого плохо вентилируется, то кровеносные сосуды в этой области сужаются и даже полностью закрываются. С помощью механизмов местной саморегуляции (за счет гладкой мускулатуры при снижении в альвеолах парциального давления возникает вазоконстрикция). В нормальных условиях у здорового человека, эти активно функционирующие участки легких непрерывно меняются. В случае поражения части легкого или всего легкого, одно легкое можно полностью удалить. Оставшееся легкое обеспечит газообмен.
Транспорт газов.
Кислород и углекислый газ в крови находятся главным образом в виде химических соединений.
Кислород.
Переносится кровью в виде химического соединения в виде химических соединений с гемоглобином. В чистом виде переносится толь 0,3%.
Свойства гемоглобина.
- пигмент содержащийся в эритроцитах, состоит из гемов, в центре которых расположен ион железа двухвалентного. Кислород образует обратимую связь с гемом, каждый гем присоединяет по молекуле кислорода. Одна молекула гемоглобина связывает 4 молекулы кислорода. После разрушения старых эритроцитов в норме или в результате патологических процессов, прекращаются и дыхательные функции гемоглобина, поскольку он частично теряется через почки, частично фагоцитируется.
- гемоглобин обладает большим сродством к кислороду и быстро с ним соединяется с образованием оксигемоглобина, при увеличении парциального давления, и легко его отдает при уменьшении давления.
(соединения гемоглобина Нb с кислородом-оксигемоглобин; с угарным газом СО- карбоксигемоглобин, с углекислым газом – карбгемоглобин).
-Диссоциация оксигемоглобина происходит в тканевых капиллярах большого круга кровообращения, где он отдает кислород и присоединяет углекислый газ образовавшийся в тканях.