 |
Газообмен между альвеолами и кровью. Состояние газов крови.
|
|
|
|
Физиология дыхания 1.
План.
1. Сущность дыхания. Механизм вдоха и выдоха.
2. Возникновение отрицательного давления в окололегочном пространстве. Пневмоторакс, ателектаз.
3. Типы дыхания.
4. Жизненная емкость легких и их вентиляция.
n 1. Сущность дыхания. Механизм вдоха и выдоха.
n Совокупность процессов, обеспечивающих обмен кислородом и углекислым газом между внешней средой и тканями организма, называется дыханием, а совокупность органов, обеспечивающих дыхание, — системой органов дыхания.
n Виды дыхания:
n Клеточное – у одноклеточных через всю поверхность клетки.
n Кожное – у многоклеточных организмов (черви) через всю поверхность тела.
n Трахейное – у насекомых через специальные трахеи, проходящие вдоль боковой поверхности тела.
n Жаберное – у рыб через жабры.
n Легочное – у земноводных через легкие.
n У млекопитающих через специализированные органы дыхания: носоглотка, гортань, трахея, бронхи, легкие, а также участвуют грудная клетка, диафрагма и группа мышц: инспираторы и экспираторы.
n Легкие (0,6-1,4% массы тела) – парные органы, имеют доли (правое – 3, левое – 2), делящиеся на дольки (в каждой по 12-20 ацинусов), бронхи разветвляются на бронхиолы, заканчиваются альвеолами.
n Морфологическая и функциональная единица легкого - ацинус (лат. acinus — виноградная ягода) - разветвление респираторной бронхиолы на альвеолярные ходы, заканчивающиеся 400-600 альвеолярными мешочками.
n Альвеолы заполнены воздухом и не спадаются благодаря присутствию на их стенках поверхностно-активных веществ - сурфактантов (фосфолипопротеины или липополисахариды).
n Этапы дыхания:
n а) легочная вентиляция - газообмен между легкими и внешней средой;
|
|
|
n б) обмен газов в легких между альвеолярным воздухом и капиллярами малого круга кровообращения;
n в) транспорт О2 и СО2 кровью;
n г) обмен газов между кровью капилляров большого круга кровообращения и тканевой жидкостью;
n д) внутриклеточное дыхание — многоступенчатый ферментативный процесс окисления субстратов в клетках.
n Основной физический процесс, который обеспечивает перемещение О2 из внешней среды к клеткам и СО2 в обратном направлении, — это диффузия, т. е. движение газа в виде растворенного вещества по градиентам концентрации.
n Вдох – инспирация.
n Движение воздуха в легкие и из легких в окружающую среду обусловлено изменением давления внутри легких. Когда легкие расширяются, давление в них становится ниже атмосферного (на 5-8 мм рт. ст.) и воздух насасывается в легкие. Сами легкие не имеют мышечной ткани. Изменение объема легких зависит от изменения объема грудной клетки, т.е. легкие пассивно следуют за изменениями грудной клетки. При вдохе грудная клетка расширяется в вертикальном, сагиттальном и фронтальном направлениях. При сокращении мышц–инспираторов (вдыхатели) - наружные межреберные и диафрагмы, ребра поднимаются вверх, при этом расширяется грудная клетка. Диафрагма принимает конусообразную форму. Все это способствует снижению давления в легких и засасыванию воздуха. Толщина альвеол мала, поэтому газы легко диффундируют через стенку альвеол.
n Выдох – экспирация.
n При выдохе расслабляются мышцы-инспираторы и грудная клетка в силу своей тяжести и эластичности реберных хрящей возвращается в исходное положение. Диафрагма расслабляется, куполоообразной формы. Таким образом, в покое выдох происходит пассивно, вследствие окончания вдоха.
n При форсированном дыхании выдох становится активным - усиливается за счет сокращения мышц-экспираторов (выдыхателей) - внутренние межреберные мышцы, мышцы живота — наружные и внутренние косые, поперечные и прямые брюшные, дорсальный зубчатый выдыхатель. Повышается давление в брюшной полости, что выталкивает диафрагму в грудную полость, ребра опускаются, приближаются друг к другу, что уменьшает объем грудной клетки.
|
|
|
n Когда легкие спадаются, воздух выжимается, давление в них становится выше атмосферного (на 3-4 мм рт. ст.).
n 2. Возникновение отрицательного давления в окололегочном пространстве. Пневмоторакс, ателектаз
n Легкие в грудной клетке отделяются плевральными листками: висцеральный – прилегает к легким, париетальный – выстилает грудную клетку изнутри. Между листками – плевральная полость. Она заполнена плевральной жидкостью. Давление в плевральной полости всегда ниже атмосферного на 4-10 мм рт. ст. (в легких 760 мм рт. ст.). Это обусловлено: 1) более быстрым ростом грудной клетки в сравнении с легкими в постнатальном онтогенезе; 2) эластической тягой (упругим напряжением) легких, т. е. силой, противодействующей их растяжению воздухом. Плевральная полость герметична от окружающей среды.
n При попадании воздуха в плевральную полость (пр. при ранении) выравнивается давление в плевральной полости с атмосферным – пневмоторакс, при этом легкое спадается - ателектаз и дыхание может прекратиться.
n Отрицательное давление плевральной полости образуется при рождении. При первом вдохе грудная клетка расширяется, легкие расправляются, т. к. они герметично отделены - в плевральной полости образуется отрицательное давление. У плода легкие находятся в спавшемся состоянии, грудная клетка уплощена, головка ребер вне суставной ямки. При рождении в крови у плода накапливается углекислый газ, он возбуждает дыхательный центр. Отсюда импульсы поступают к мышцам – инспираторам, которые сокращаются, головки ребер входят в суставные ямки. Грудная клетка увеличивается в объеме, легкие расправляются.
n Взаимоотношения между объемом грудной клетки и объемом легкого в процессе дыхания обычно иллюстрируют с помощью физической модели Дондерса:
n 1. Стеклянный колпак,
n 2. Сверху - пробка с отверстием,
n 3. Дно – эластичная пленка с кольцом,
n 4. Внутри колпака – легкие кролика.
n При увеличении объема внутри колпака за счет растягивания эластичной пленки, давление в полости колпака снижается, в легкие поступает воздух через отверстие в пробке, они расширяются и наоборот.
|
|
|
n 3. Типы дыхания.
n 1. Грудной или реберный – изменение объема грудной клетки происходит главным образом за счет межреберных мышц (экспираторов и инспираторов). Характерен для собак и женщин.
n 2. Брюшной или диафрагмальный – изменение объема грудной клетки происходит главным образом за счет диафрагмы и мышц брюшного пресса. Характерен для мужчин.
n 3. Смешанный или грудобрюшной – изменение объема грудной клетки происходит в равной степени при сокращении межреберных мышц, диафрагмы и мышц брюшного пресса. Характерен для сельскохозяйственных животных.
n Типы дыхания имеют диагностическое значение: при повреждении органов брюшной или грудной полости изменяются.
n 4. Жизненная емкость легких и их вентиляция.
n Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) состоит из 3-х объемов воздуха, поступающих и выделяющихся из легких при дыхании:
n 1. Дыхательный – объем воздуха при спокойном вдохе и выдохе. У мелких животных (собаки, МРС) – 0,3-0,5 л, у крупных (КРС, лошадь) – 5-6 л.
n 2. Дополнительный или резервный объем вдоха – объем воздуха, который попадает в легкие при максимальном вдохе после спокойного вдоха. 0,5-1 и 5-15 л.
n 3. Резервный объем выдоха – объем воздуха при максимальном выдохе после спокойного выдоха. 0,5-1 и 5-15 л.
n ЖЕЛ определяется путем измерения объема максимального выдоха после предшествующего максимального вдоха методом спирометрии. У животных ее определяют при вдыхании газовой смеси с высоким содержанием двуокиси углерода.
n Остаточный объем – объем воздуха, который остается в легких даже после максимального выдоха.
n Воздух «вредного» или «мертвого» пространства – объем воздуха, который не участвует в газообмене и находится в верхней части дыхательного аппарата – носовая полость, глотка, трахея (20-30%).
n Значение «вредного» пространства:
n 1) воздух согревается (обильное снабжение кровеносными сосудами), что препятствует переохлаждению легких;
|
|
|
n 2) воздух очищается, увлажняется (альвеолярные макрофаги, много слизистых желез);
n 3) при раздражении ресничек мерцательного эпителия происходит чихание – рефлекторное удаление вредных веществ;
n 4) рецепторы обонятельного анализатора («обонятельный лабиринт»);
n 5) регуляция объема вдыхаемого воздуха.
n Процесс обновления газового состава альвеолярного воздуха при вдохе и выдохе – вентиляция легких.
n Интенсивность вентиляции определяется глубиной вдоха и частотой дыхательных движений.
n Глубину вдоха определяют по амплитуде движений грудной клетки, а также измеряя легочные объемы.
n Частоту дыхательных движений подсчитывают по числу экскурсий грудной клетки за определенный промежуток времени (в 4-5 раз меньше частоты сердечных сокращений).
n Лошадь (в мин)– 8-16; КРС – 12-25; МРС – 12-16; свинья – 10-18; собака – 14-24; кролик – 15-30; пушные – 18-40.
n Минутный объем дыхания – это произведение дыхательного объема воздуха на частоту дыхательных движений в мин.
n Пр.: лошадь: 5 л х 8 = 40 л
n Методы изучения дыхания:
n 1. Пневмография – регистрация дыхательных движений с помощью пневмографа.
n 2. Спирометрия – измерение дыхательных объемов при помощи спирометров.
Лекция 25.
Физиология дыхания 2.
План
1. Газообмен между альвеолами и кровью. Состояние газов крови.
2. Транспорт газов и факторы, его определяющие. Тканевое дыхание.
3. Функции легких, не связанные с газообменом.
4. Регуляция дыхания, дыхательный центр и его свойства.
5. Особенности дыхания у птиц.
Газообмен между альвеолами и кровью. Состояние газов крови.
В альвеолах легких О2 и СО2 обмениваются между воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения.
Выдыхаемый воздух содержит больше О2 и меньше СО2, чем альвеолярный воздух, т.к. к нему примешивается воздух вредного пространства (7:1).
Величина диффузии газов между альвеолами и кровью определяется чисто физическими законами, действующими в системе газ - жидкость, разделенной полупроницаемой мембраной.
Основным фактором, определяющим диффузию газов из альвеол воздуха в кровь и из крови в альвеолы, является разность парциального давления, или градиент парциального давления. Диффузия происходит из области с более высоким парциальным давлением в область с более низким давлением.
Газовый состав воздуха
| Воздух, % | О2 | СО2 |
| Альвеолярный | 14,20 | 5,20 |
| Вдыхаемый | 20,94 | 0,03 |
| Выдыхаемый | 16,30 | 4,00 |
| Разница вдыхаемого и выдыхаемого | 4,64 | 3,97 |
Парциальное давление (лат. partialic – частичный) - это давление того или иного газа в смеси газов, которое он оказывал бы при той же температуре, занимая один весь объем
|
|
|
Р = РА х а/100,
где Р – парциальное давление газа, РА – атмосферное давление, а – объем газа, входящего в смесь в %, 100 – %.
Р О2 вдых.= 760 х 21 / 100 = 159,5 мм рт. ст.
Р СО2 вдых. = 760 х 0,03 / 100 = 0,23 мм рт. ст.
Р N2 вдых. = 760 х 79 / 100 = 600,7 мм рт. ст.
Равенство РО2 или РСО2 во взаимодействующих средах никогда не наступает. В легких идет постоянный приток свежего воздуха вследствие дыхательных движений грудной клетки, в тканях же разность напряжения газов поддерживается процессами окисления.
Разность между парциальным давлением О2 в альвеолярном воздухе и венозной крови легких составляет: 100 - 40 = 60 мм рт.ст., что вызывает диффузию О2 в кровь. При разности напряжения О2 1 мм рт. ст. у коровы в кровь переходит 100-200 мл О2 в 1 мин. Средняя потребность животного в О2 в покое составляет 2000 мл в 1 мин. Разности давления в 60 мл рт. ст. более чем достаточно для насыщения крови О2 как в покое, так и при нагрузке.
60 мм рт.ст. х 100-200 мл = 6000-12000 мл О2 в мин
|
|
|
