Свойства. 4 страница

№ 30 Сущность процесса дыхания и его знамение для организма Респираторные и не респираторные функции органов дыхания. Механизм внешнего дыхания. Давление плевральной полости, его происхождение, величина, изменения при дыхании и роль в механизме внешнего дыхания. Основные показатели внешнего дыхания и методы их определения. Пневмоторакс.

Сущность процесса дыхания. Дыхание — это совокупность процессов, обеспечивающих непрерывное поступление кислорода к тканям, использование его в окислительных реакциях, а также удаление из организма образующихся в процессе метаболизма углекислого газа и частично воды.

К системе органов дыхания относятся носовая полость, гортань, бронхи и легкие.

Дыхание состоит из следующих основных этапов: внешнего дыхания, обеспечивающего газообмен между легкими и внешней средой; газообмена между альвеолярным воздухом и притекающей к легким венозной кровью; транспорта газов кровью; газообмена между артериальной кровью и тканями; тканевого дыхания.

Механизм внешнего дыхания. Внешнее дыхание - газообмен между организмом и окружающим его атмосферным воздухом Внешнее дыхание представляет собой ритмический процесс, частота которого у здорового взрослого человека составляет 16-20 циклов в 1 мин. Основная задача внешнего дыхания заключается в поддержании постоянного состава альвеолярного воздуха — 14% кислорода и 5% углекислого газа.

Механизм вдоха. Во время вдоха при увеличении объема грудной клетки в замкнутой плевральной полости давление сильно падает. Вследствие различия между атмосферным давлением в альвеолах и плевральным давлением лег­кие растягиваются, в целом увеличиваясь в объеме, следуя за грудной клет­кой. При этом давление в полости легких падает и становится ниже атмо­сферного. Легкие через воздухоносные пути сообщаются с атмосферой. По­явившаяся разница между давлением в легких и атмосферным давлением приводит к тому, что воздух начинает поступать через воздухоносные пути (трахея, бронхи) в альвеолы, заполняя их, при этом давление выравнивает­ся. В естественных физиологических условиях воздух в легкие поступает пассивно, как бы «засасываясь» благодаря разрежению в легких, а не нагне­тается, как могло бы быть в случае повышения давления во внешней среде.

Механизм выдоха. Выдох в основном происходит пассивно: межреберные мышцы рас­слабляются, купол диафрагмы поднимается. В результате объем грудной клетки уменьшается и давление в плевральной полости возрастает. Это дав­ление передается на легочную ткань, поэтому одновременно повышается давление воздуха в альвеолах. Теперь уже давление воздуха в легких стано­вится больше, чем в атмосфере, и воздух благодаря этому начинает выхо­дить из легких по воздухоносным путям наружу.

Отрицательное давление в плевральной полости. Если измерить давле­ние в плевральной полости во время дыхательной паузы, то можно обнару­жить, что оно ниже атмосферного давления на 3—4 мм рт. ст., т. е. отрица­тельное. Это вызвано эластической тягой легких к корню, создающей неко­торое разрежение в плевральной полости.

Во время вдоха давление в плевральной полости еще больше уменьша­ется за счет увеличения объема грудной клетки, а значит, отрицательное давление возрастает. Величина отрицательного давления в плевральной полости равна: к концу максимального выдоха - 1-2 мм рт. ст., к концу спокойного выдоха - 2-3 мм рт. ст., к концу спокойного вдоха -5-7 мм рт. ст., к концу максимального вдоха - 15-20 мм рт. ст.

Во время выдоха объем грудной клетки уменьшается, одновременно возрастает давление в плевральной полости, причем в зависимости от ин­тенсивности выдоха оно может стать положительным.

Основные показатели внешнего дыхания и методы их определения.

Дыхательный объем — количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает в покое.

Резервный объем вдоха — количество воздуха, которое человек может до­полнительно вдохнуть после нормального вдоха.

Резервный объем выдоха — количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха.

Остаточный объем — количество воздуха, оставшееся в легких после максимального выдоха.

Жизненная емкость легких — максимальное количество воздуха, кото­рое можно выдохнуть после наибольшего вдоха, состоящее из суммы дыха­тельного объема и резервных объемов вдоха и выдоха.

Общая емкость легких — максимальное количество воздуха, содержаще­гося в легких при наибольшем вдохе, является суммой жизненной емкости и общей емкости легких.

Из всех перечисленных функциональных компонентов наибольшее прак­тическое значение имеют дыхательный объем и жизненная емкость легких.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ)является показателем подвижности легких и грудной клетки. Она зависит от многих факторов: конституции, возраста, пола, степени тренированности. С возрастом ЖЕЛ уменьшается, что связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки. У женщин ЖЕЛ в среднем на 25 % ниже, чем у мужчин. У мужчин ростом 180 см она в среднем составляет 4, 5 л.

Объем вдыхаемого — выдыхаемого воздуха и жизненной емкости лег­ких можно измерить с помощью спирометра.

Пневмоторакс. Вслучае повреждения грудной клетки в плевральную по­лость входит воздух. Это явление называется пневмотораксом. При этом легкие сжимаются под давлением вошедшего воздуха вследствие эластичности ткани легких, поверхностного натяжения альвеол. В результате во время ды­хательных движений легкие не способны следовать за грудной клеткой, при этом газообмен в них уменьшается или полностью прекращается.

При одностороннем пневмотораксе дыхание только одним легким на неповрежденной стороне может обеспечить дыхательную потребность при отсутствии физической нагрузки. Двусторонний пневмоторакс делает не­возможным естественное дыхание, в этом случае единственным способом сохранения жизни является искусственное дыхание.

№ 31 Газообмен и легких. Значение парциального давления и напряжения газов и других факторов для диффузии газов.

Газообмен и легких. Для нормального газообмена между альвеолярным воздухом и кровью необходимо, чтобы состав альвеолярного воздуха поддерживался на постоянном уровне. Это достигается ритмическими дыхательными движениями, обеспечивающими вентиляцию легких.

Значение парциального давления и напряжения газов.

Вдыхаемый воздух имеет наибольшее парциальное давление кислоро­да (159 мм рт. ст. ) и наименьшее парциальное давление двуокиси углерода (0, 23 мм рт. ст. )- Парциальное давление газов в различных альвеолах лег­ких неодинаково. Различия обусловлены неравномерностью вентиляции разных долей легких и неодинаковым их кровоснабжением. В среднем парциальное давление кислорода при нормальных атмосферных условиях поддерживается в альвеолярном воздухе на уровне ~ 102 мм рт. ст., а дву­окиси углерода — на уровне около 40 мм рт. ст. В то же время парциаль­ное давление двуокиси углерода в притекающей к альвеолам венозной крови составляет 48 мм рт. ст., а парциальное давление кислорода не пре­вышает 40 мм рт. ст. Благодаря градиенту давлений происходит транспорт газов через стенку альвеол: двуокись углерода покидает венозную кровь и поступает в альвеолярный воздух, а кислород диффундирует в противопо­ложном направлении — из альвеолярного воздуха в кровь. Оттекающая от альвеол легких артериальная кровь имеет парциальное давление кислоро­да 100 мм рт. ст., а двуокиси углерода — 40 мм рт. ст.

В покое поглощение организмом кислорода составляет в среднем 280 мл/мин; выделение двуокиси углерода при этих же условиях — 230 мл/мин.

Факторы, определяющие газообмен. Насыщение крови кислородом и удаление из нее двуокиси углерода зависят от трех факторов: 1) альвеоляр­ной вентиляции; 2) кровотока в легких; 3) диффузионной способности тканей легких. Эти факторы — вентиляция, перфузия и диффузия — вариа­бельны и неравномерно проявляют себя в различных отделах легочных долей у здоровых лиц. Кровь, оттекающая из хорошо вентилированного участка, газообмен в которой происходит более эффективно, постоянно перемешивается с кровью другого участка легкого, где газообмен может быть снижен. В результате неравномерность диффузионных процессов в легких является важным фактором эффективности газообмена.

Дополнительной внелегочной причиной, влияющей на содержание ды­хательных газов в крови, является изменение кровотока через артериоловенулярные шунты, по которым венозная кровь, минуя легкие, поступает в артерии большого круга.

№ 32 Транспорт газов кровью: транспорт кислорода. Формы переноса кислорода. Характеристика кривой диссоциации оксигемоглобина и факторы, влияющие на сродство гемоглобина к кислороду.

Обогащенная кислородом кровь направляется по сосудам с током крови из легких в ткани организма. Кислород транспортируется кровью двумя способами: в связанном с гемоглобином виде — в форме оксигемоглобина и за счет физического растворения газа в плазме крови.

Физическое растворение. Все газы, в том числе и кислород, в соответст­вии со своим парциальным давлением могут физически растворяться в жидкости. Так, в артериальной крови содержание физически растворимого кислорода составляет 0, 003 мл в 1 мл крови.

И хотя доля кислорода, переносимого за счет физического растворе­ния невелика, этот процесс имеет огромное значение для жизнедеятель­ности.

Химическое соединение. Большая часть кислорода переносится кровью в виде химических соединений с гемоглобином. Один моль гемоглобина может связать до четырех молей кислорода и в среднем 1 г гемоглобина способен связать 1, 34—1, 36 мл кислорода. Исходя из этого, можно опреде­лить кислородную емкость крови, характеризующую количество кислорода, содержащееся в 1 л крови. Принимая во внимание, что в норме в 1 л крови присутствует 150 г гемоглобина, можно рассчитать, что в 1 л крови содер­жится 0, 2 л кислорода.

Характеристика кривой диссоциации оксигемоглобина.

Связывание кислорода с гемоглобином и высвобождение его зависят от парциального давления кислорода. Соотношение количества гемоглобина и оксигемоглобина в крови иллюстрирует кривая диссоциации оксигемоглобина.

Чем выше парциальное давление кислорода, тем больше содержание оксигемоглобина; при парциальном давлении 80 мм рт. ст. практически весь гемоглобин насыщается кислородом, за исключением незначительно­го количества (1—2 %), «занятого» двуокисью углерода.

Факторы, влияющие на сродство гемоглобина к кислороду.

Динамика кривой зависит от нескольких факторов. Кривая может сдвигаться относительно оси абсцисс вправо или влево (эффект Бора) в зависимости от сопутствующего парциального давления двуокиси углеро­да и величины рН. При этом реальная физиологическая кривая имеет S-образную форму. При увеличении содержания двуокиси углерода и закис-лении крови кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо и, напротив, при снижении Р_Со₂ и защелачивания крови кривая сдвигается влево.

Биологическое значение кривой диссоциации оксигемоглобина. Кривая диссоциации оксигемоглобина имеет важное биологическое значение для переноса кислорода кровью. Участок кривой, соответствующий низким парциальным значениям кислорода, характеризует содержание оксигемо­глобина в капиллярах тканей, а фрагмент кривой, лежащий в области высо­кого парциального давления кислорода 80—100 мм рт. ст., соответствует крови в легочных капиллярах.

Эффективность транспорта кислорода к тканям определяют два факто­ра: количество оксигемоглобина, образовавшегося в легких, и количество кислорода, отдаваемого тканям, что зависит от степени распада оксиге­моглобина в восстановленный гемоглобин. Процесс наиболее эффектив­ного переноса кислорода к тканям соответствует S-образной форме кри­вой диссоциации оксигемоглобина. В области высокого парциального давления кислорода кривая близка к насыщению кислородом крови, а в области низких значений парциального давления кислорода в тканях зна­чительная часть оксигемоглобина отдает кислород и превращается в вос­становленную форму.

Эффект Бора. Огромное биологическое значение для транспорта кислорода и двуоки­си углерода имеет эффект Бора.

При увеличении парциального давления двуокиси углерода в тканях кривая диссоциации оксигемоглобина, сдвигаясь вправо, отражает по­вышение способности оксигемоглобина отдавать кислород тканям и тем самым высвобождаться для дополнительного связывания двуокиси углеро­да и переноса ее избытка из тканей в легкие.

Напротив, при снижении парциального давления двуокиси углерода и смещении рН крови в основную сторону (алкалоз) сдвиг кривой диссоциа­ции оксигемоглобина влево означает снижение способности оксигемогло­бина отдавать кислород тканям и поглощать двуокись углерода для транс­порта ее к легким.

Сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина иллюстрирует взаимо­связь транспорта кислорода и двуокиси углерода в крови и сродство гемо­глобина к этим газам.

№ 33 Транспорт газов кровью: перенос углекислого газа. Формы транспорта углекислого газа. Роль карбоангидразы. Роль дыхания в регуляции рН крови.

Перенос углекислого газа. Двуокись углерода, образующаяся в тканях, переносится с кровью к легким и выделяется с выдыхаемым воздухом в атмосферу. В отличие от транспорта кислорода она транспортируется кровью тремя способами.

Формы транспорта углекислого газа. Во-первых, так же как и кислород, двуокись углерода переносится в фи­зически растворенном состоянии. Содержание физически растворенной двуокиси углерода в артериальной крови составляет 0, 026 мл в 1 мл крови, что в 9 раз превышает количество физически растворенного кислорода. Это объясняется гораздо более высоким коэффициентом растворимости дву­окиси углерода.

Во-вторых, двуокись углерода транспортируется в виде химического со­единения с гемоглобином — карбогемоглобина.

В третьих — в виде гидрокарбоната НСОз, образующегося в результате диссоциации угольной кислоты.

Механизм переноса двуокиси углерода. Перенос двуокиси углерода из тканей в легкие осуществляется следую­щим образом. Наибольшее парциальное давление двуокиси углерода в клетках тканей и в тканевой жидкости — 60 мм рт. ст.; в притекающей арте­риальной крови оно составляет 40 мм рт. ст. Благодаря этому градиенту дву­окись углерода движется из тканей в капилляры. В результате ее парциаль­ное давление возрастает, достигая в венозной крови 46—48 мм рт. ст. Под влиянием высокого парциального давления часть двуокиси углерода физи­чески растворяется в плазме крови.

Роль карбоангидразы. Большая же часть двуокиси углерода претерпевает химические превра­щения. Благодаря ферменту карбоангидразе она соединяется с водой, обра­зуя угольную кислоту Н₂СО₃. Особенно активно эта реакция идет в эритро­цитах, мембрана которых хорошо проницаема для двуокиси углерода.

Угольная кислота (Н₂СО₃) диссоциирует на ионы водорода Н⁺ и гидро­карбоната (НСОз), которые проникают через мембрану в плазму.

Наряду с этим двуокись углерода соединяется с белковым компонентом гемоглобина, образуя карбоаминовую связь.

В целом 1 л венозной крови фиксирует около 2 ммоль двуокиси углеро­да. Из этого количества 10 % находится в виде карбоаминовой связи с ге­моглобином, 35 % составляют ионы гидрокарбоната в эритроцитах, и ос­тавшиеся 55 % представлены угольной кислотой в плазме.

Роль дыхания в регуляции рН крови.

Содержание двуокиси углерода и кислорода в крови и тканях активно влияет на рН. Избыток двуокиси углерода ведет к увеличению содержания угольной кислоты и повышению концентрации водородных ионов. Сниже­ние двуокиси углерода вызывает обратную реакцию — развитие защелачивания (алкалоз).

При недостатке кислорода (гипоксия) усиливается доля гликолитических реакций в метаболизме, что проявляется в избытке недоокисленных продуктов, молочной, а-кетоглютаровой и пировиноградной кислот. При выраженной гипоксии наблюдается сдвиг рН в кислую сторону (аци­доз).

Кривая диссоциации двуокиси углерода.

Содержание двуокиси углерода в крови зависит от ее парциального давления; зависимость описывается кривой диссоциации двуокиси углеро­да.

По своему характеру эта кривая принципиально не отличается от кри­вой диссоциации оксигемоглобина. Однако содержание двуокиси углерода в крови не сводится только к диссоциации карбогемоглобина и описывает все способы транспорта. На рисунке ниже приведены кривые связывания дву­окиси углерода для оксигенированной (артериальной) и дезоксигенированной (венозной) крови.

Общая закономерность проявляется в увеличении содержания двуоки­си углерода в крови при возрастании ее парциального давления.

№ 36 Функциональная система, поддерживающая оптимальный для метаболизма газовый состав крови. Характеристика её узловых механизмов.

Импульсы, поступающие от центральных и периферических хеморецепторов, являются необходимым условием периодической активности нейронов дыхательного центра и соответствия вентиляции легких газовому составу крови. Последний является жесткой константой внутренней среды организма и поддерживается по принципу саморегуляции путем формирования функциональной системы дыхания. Системообразующим фактором этой системы является газовая константа крови. Любые ее изменения являются стимулами для возбуждения рецепторов, расположенных в альвеолах легких, в сосудах, во внутренних органах и т. д. Информация от рецепторов поступает в ЦНС, где осуществляется ее анализ и синтез, на основе которых формируются аппараты реакций. Их совокупная деятельность приводит к восстановлению газовой константы крови. В процесс восстановления этой константы включаются не только органы дыхания (особенно ответственные за изменение глубины и частоты дыхания), но и органы кровообращения, выделения и другие, представляющие в совокупности внутреннее звено саморегуляции. При необходимости включается и внешнее звено в виде определенных поведенческих реакций, направленных на достижение общего полезного результата - восстановление газовой константы крови.

№ 37 Особенности дыхания при физической работе, при повышенном и пониженном атмосферном давлении. Механизмы адаптации человека к условиям высокогорья. Природа горной и кессонной болезни.

Особенности дыхания при физической работе.

Во время выполнения физической работы мышцам необходимо большое количество кислорода. Потребление 02 и продукция СО2 возрастают при физической нагрузке в среднем в 15 - 20 раз. Обеспечение организма кислородом достигается сочетанным усилением функции дыхания и кровообращения. Уже в начале мышечной работы вентиляция легких быстро увеличивается. В возникновении гиперпноэ в начале физической работы периферические и центральные хеморецепторы как важнейшие чувствительные структуры дыхательного центра еще не участвуют. Уровень вентиляции в этот период регулируется сигналами, поступающими к дыхательному центру главным образом из гипоталамуса, лимбической системы и двигательной зоны коры большого мозга, а также раздражением проприорецепторов работающих мышц. По мере продолжения работы к нейрогенным стимулам присоединяются гуморальные воздействия, вызывающие дополнительный прирост вентиляции. При тяжелой физической работе на уровень вентиляции оказывают влияние также повышение температуры, артериальная двигательная гипоксия и другие лимитирующие факторы.

Дыхание при пониженном атмосферном давлении.

При подъеме на высоту человек оказывается в условиях пониженного атмосферного давления. Следствием понижения атмосферного давления является гипоксия, которая развивается в результате низкого парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.

При подъеме на высоту 1, 5-2 км над уровнем моря не происходит значительного изменения снабжения организма кислородом и изменения дыхания. На высоте 2, 5-5 км наступает увеличение вентиляции легких, вызванное стимуляцией каротидных хеморецепторов. Одновременно происходит повышение артериального давления и увеличение частоты сердечных сокращений. Все эти реакции направлены на усиление снабжения тканей кислородом.

Увеличение вентиляции легких на высоте может привести к снижению парциального давления углекислого газа в альвеолярном воздухе - гипокапнии, при которой снижается стимуляция хеморецепторов, особенно центральных, это ограничивает увеличение вентиляции легких.

Природа горной болезни. На высоте 4-5 км развивается высотная (горная) болезнь, которая характеризуется: слабостью, цианозом, снижением частоты сердечных сокращений, артериального давления, головными болями, снижением глубины дыхания. На высоте свыше 7 км могут наступить опасные для жизни нарушения дыхания, кровообращения и потеря сознания. Особенно большую опасность представляет быстрое развитие гипоксии, при котором потеря сознания может наступить внезапно.

Механизмы адаптации человека к условиям высокогорья.

Длительное пребывание в условиях низкого атмосферного давления, например, жизнь в горных местностях сопровождается акклиматизацией к кислородному голоданию, которая проявляется в:

• увеличении количества эритроцитов в крови в результате усиления эритропоэза;

• увеличении содержания гемоглобина в крови и, следовательно, повышении кислородной емкости крови;

• увеличении вентиляции легких;

• ускорении диссоциации оксигемоглобина в тканевых капиллярах, в результате сдвига кривой диссоциации вправо из-за увеличения содержания в эритроцитах 2, 3-глицерофосфата.

• повышении плотности кровеносных капилляров в тканях, увеличением их длины и извилистости;

• повышении устойчивости клеток, особенно нервных к гипоксии и др.

Дыхание при повышенном атмосферном давлении

Под повышенным давлением воздуха человеку приходится находиться во время водолазных и кессонных работ. При погружении под воду через каждые 10 м давление воды на поверхность тела увеличивается на 1 атм, следовательно, на глубине 90 м на человека действует давление около 10 атм.

При погружении под воду в водолазных костюмах человек может дышать только воздухом под соответствующим погружению повышенным давлением. В этих условиях увеличивается количество газов, растворенных в крови, кислорода и особенно азота. Поэтому при погружении на большие глубины для дыхания применяются гелиево-кислородные смеси. Гелий почти нерастворим в крови и при дыхании им снижается сопротивление дыханию. Кислород добавляют к гелию в такой концентрации, чтобы его парциальное давление на глубине (т. е. при повышенном давлении) было близким к тому, которое имеется в обычных условиях.

Природа кессонной болезни. После работ на больших глубинах специального внимания требует переход человека от высокого давления к нормальному. При быстрой декомпрессии, например, при быстром подъеме водолаза, физически растворенные в крови и тканях газы значительно больше обычного, не успевают выделиться из организма и образуют пузырьки. Кислород и углекислый газ представляют меньшую опасность, т. к. они быстро связываются кровью и тканями. Особую опасность представляет образование пузырьков азота, которые разносятся кровью и закупоривают мелкие сосуды (газовая эмболия), что сопряжено с большой опасностью для жизни. Состояние, возникающее при быстрой декомпрессии, называется кессонной болезнью, она характеризуется болями в мышцах, головокружением, рвотой, одышкой, потерей сознания, а в тяжелых случаях могут возникать параличи. При появлении признаков кессонной болезни необходимо немедленно вновь подвергнуть пострадавшего действию высокого давления (такого, с которого он начинал подъем), чтобы вызвать растворение пузырьков азота, а затем декомпрессию производить постепенно.

© helpiks.su При использовании или копировании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.