Лекция: Строение органов дыхания. Дыхание, его основные этапы. Механизм внешнего дыхания. Биомеханика вдоха и выдоха

Текст работы

1.Строение органов дыхания. Дыхание, его основные этапы. Механизм внешнего дыхания. Биомеханика вдоха и выдоха.

Дыхание – это совокупность процессов, благодаря которым организм потребляет кислород из окружающей среды и выделяет углекислый газ.

В дыхательной системе выделяют воздухоносные пути: носовая полость, гортань, трахея и бронхи. А также дыхательную часть: альвеолярную паренхиму лёгких и кровь. Характерными особенностями этой системы являются: наличие хрящевого остова в их стенках, которые не спадаются и наличие ворсинок на слизистой, которые выводят наружу, вместе со слизью инородные частицы, загрязняющие воздух.

Носовая полость является начальным отделом, а также органом обоняния. Здесь воздух согревается, увлажняется и очищается. Снаружи носовая полость имеет два отверстия ноздри и перегородку, которая делит полость вертикально пополам. Горизонтально располагаются три носовых хода: верхний, с обонятельными нервными окончаниями, средний и нижний. Сзади, при помощи отверстий хоан, носовая полость сообщается с носоглоткой. Из носа, воздух попадает в носоглотку, затем, также изо рта в ротовую и гортанную часть глотки в гортань.

Гортань располагается на передней поверхности шеи и крепится снизу к подъязычной кости. Сзади гортани лежит глотка, с которой она сообщается своим верхним отверстием. Скелет гортани образован несколькими хрящами, которые соединены между собой суставами, связками и мышцами. Вверху отверстие гортани закрывает в момент глотания пищи хрящ – надгортанник. В полости гортани, в среднем отделе, имеются два боковых углубления – желудочки гортани. У них сверху и снизу находятся парные складки. В толще нижних складок, лежат голосовые связки с мышцей, расширяющей голосовую щель между ними и несколькими сужающими мышцами. Выдыхаемый воздух колеблет голосовые связки, в результате чего образуются звуки. В членораздельной речи участвуют также язык, губы, полость рта и носа. Снизу гортань переходит в дыхательное горло – трахею.

Трахея является трубкой 8- 12 см, из 16-20 незамкнутых сзади хрящевых колец, соединённых связками. Задняя стенка – эластичная. По бокам трахеи идут сонные артерии, а спереди: в шейном отделе находится щитовидная железа, в грудном отделе – вилочковая железа и грудина. На уровне 2-3 грудных позвонков, трахея разделяется на две трубки – главных бронха.

Бронхи. Правый бронх является продолжением трахеи, он шире и короче левого. Строение у них, как и у трахеи. Главные бронхи отходят от места раздвоения трахеи почти под прямым углом и направляются к воротам лёгких. Там они делятся на долевые, а те делятся на сегментарные бронхи. Таким образом, формируется бронхиальное дерево лёгкого.

Лёгкие заполняют грудную клетку по сторонам от сердца и крупных сосудов, и имеют неправильную конусовидную форму, основанием к диафрагме, а верхушкой к шее выше ключиц. Лёгкие плотно покрыты плеврой , которая образует два плевральных мешка с жидкостью для уменьшения трения между листками. На срединной поверхности каждого лёгкого есть ворота лёгкого – место вхождения бронха и лёгочной артерии. Рядом выходят две лёгочные вены. Бороздами лёгкие делятся на доли: правое на три, а левое на две с сердечной вырезкой впереди. Те же делятся на 10 сегментов в каждом лёгком. Сегментарные бронхи многократно делятся на мизерные бронхиолы с пузырьками – альвеолами на стенках. Конечной, структурной единицей лёгкого являются грозди альвеол на бронхиолах – ацинусы, в которых происходит газообмен между кровью из капилляров, покрывающих альвеолы и воздухом, который находится внутри альвеолярных шариков, учитывая парциальное давление в момент диффузии кислорода и углекислого газа.

Этапы дыхания:
1.Внешнее дыхание (вентиляция легких) – обмен газов между атмосферным воздухом и альвеолярным, легочная вентиляция.
2.Диффузия газов в легких – обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью в капиллярах легких.
3.Транспорт газов кровью.
4.Диффузия газов в тканях – обмен газов между кровью и тканями.
5.Тканевое дыхание.
Обеспечение тканей О2 и удаление из организма СО2 зависит от четырех процессов:
а)Вентиляции легких.
б)Диффузии газов в альвеолы и ткани из крови и в кровь.
в)Перфузии легких кровью (интенсивность кровотока в легких).
г)Перфузии тканей кровью.

Внешнее дыхание:
В обеспечении вентиляции легких участвуют три анатомо-физиологических образования:
1)воздухоносные пути;
2)легочная ткань;
3)грудная клетка.
Воздухоносные пути.
Верхняя часть воздухоносных путей представлена полостью носа и носоглотки.
Общая площадь поперечного сечения воздухоносных путей и их объем постепенно увеличиваются.
Функции воздухоносных путей.
1.Кондиционирование воздуха.
2.Проведение потока воздуха.
3.Иммунная защита.
Взаимодействие грудной клетки и легких.
Грудная клетка и легкие разделены плевральной полостью, которая представляет собой герметичную щель, содержащую небольшое количество жидкости (5 мл). Объем грудной клетки больше, чем объем легких. Поэтому легкие все время растянуты.
Степень растяжения легких определяется транспульмональным давлением.
Транспульмональное давление это разница между давлением в легких (альвеолах) и плевральной полости. В области диафрагмы это давление обозначается как трансдиафрагмальное.
При этом в легких постоянно действует сила, стягивающая их, которая получила название «эластическая тяга легких».
Эластическая тяга легких зависит не только от эластичности легких, но, в значительной степени, и от силы поверхностного натяжения жидкости (слизи), покрывающей альвеолы.
Жидкость покрывает огромную поверхность альвеол и за счет силы поверхностного натяжения как бы стягивает их (альвеолы).
В реальных условиях сила поверхностного натяжения альвеол уменьшается за счет вырабатываемого в легких вещества сурфактанта.
Сурфактант существенно, в 6 раз, снижает поверхностное натяжение в альвеолах.
Это позволяет альвеолам находиться в расправленном состоянии и не спадаться при выдохе.
Благодаря этому, легкие становятся более растяжимыми и не спадаются в процессе дыхания.
Эластичная тяга легких создает отрицательное давление в плевральной полости. При выдохе оно равно - 6 мм.рт.ст.
На высоте вдоха давление в плевральной полости становится еще более отрицательным - 10 мм.рт.ст.
Увеличение отрицательного давления в плевральной полости является не причиной, а следствием расширения легких.
Вентиляция легких
Вентиляция легких, т.е. обмен газов между внешней средой и альвеолярным воздухом обеспечивается за счет вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация).
Вдох (инспирация) и выдох (экспирация) характеризуются:
-глубиной вдоха и выдоха;
-частотой дыхания.
Выделяют два вида дыхательных движений:
-спокойный вдох и спокойный выдох;
-форсированный вдох и форсированный выдох.
Для нормального газообмена в атмосфере с обычным газовым составом здоровому взрослому человеку в спокойном состоянии необходимо совершать 14-18 дыхательных движений в минуту.
Биомеханика спокойного вдоха
В развитии спокойного вдоха играют роль:
-сокращение диафрагмы;
-сокращение наружных косых межреберных и межхрящевых мышц.
Эти анатомические образования обозначаются термином – основные инспираторные мышцы.
Под влиянием нервного сигнала диафрагма сокращается, а так же сокращаются наружные косые межреберные и межхрящевые мышцы.
Это сопровождается рядом изменений положения грудной клетки, а именно:
-приводит ребра в более горизонтальное положение;
-увеличивается окружность грудной клетки;
-грудина приподнимается и выходит вперед;
-межреберное расстояние увеличивается.
Грудная клетка приподнимается и увеличивает свои саггитальный и фронтальный размеры.
За счет сокращения диафрагмы, наружных косых межреберных и межхрящевых мышц увеличивается объем грудной клетки.
Биомеханика спокойного выдоха.
Спокойный выдох осуществляется пассивно, т.е. не происходит дополнительного сокращения мышц, грудная клетка спадается за счет сил, которые возникли при вдохе.
Причины, вызывающие выдох:
1.Тяжесть грудной клетки. Поднятые ребра опускаются под действием тяжести.
2.Органы брюшной полости, оттесненные диафрагмой вниз при вдохе, поднимают диафрагму.
3.Эластичность грудной клетки и легких, за счет них грудная клетка и легкие занимают исходное положение
Биомеханика форсированного вдоха.
Форсированный вдох осуществляется за счет участия дополнительных инспираторных мышц. Кроме диафрагмы и наружных косых межреберных мышц, в нем участвуют мышцы шеи, мышцы позвоночника, лопаточные мышцы, зубчатые мышцы.
Биомеханика форсированного выдоха.
Форсированный выдох активен. Он осуществляется за счет сокращения экспираторных мышц – внутренних косых межреберных мышц, мышц брюшного пресса.

2.Давление в плевральной полости, его происхождение и роль в механизме внешнего дыхания и изменение в разные фазы дыхательного цикла. Физиология дыхательных путей. Регуляция их просвета. Понятие о пневмотораксе. Виды пневмоторакса.

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. Объем легких как при вдохе, так и при выдохе изменяется пассивно, поскольку благодаря своей высокой эластичности и растяжимости легкие следуют за изменениями объема грудной полости, вызванными сокращением дыхательных мышц.

Поверхность легких и внутренняя поверхность грудной полости покрыты плевральной мембраной. Плевральная мембрана поверхности легких (висцеральная плевра) физически не соприкасается с плевральной мембраной, покрывающей грудную стенку (париетальная плевра), так как между этими мембранами имеется плевральное пространство (синоним — внутриплевральное пространство), заполненное тонким слоем жидкости — плевральной жидкости. Эта жидкость увлажняет поверхность долей легких и способствует их скольжению относительно друг друга во время раздувания легких, а также облегчает трение между париетальным и висцеральным листками плевры. Жидкость несжимаема и ее объем не увеличивается при уменьшении давления в плевральной полости. Поэтому высокоэластичные легкие в точности повторяют изменение объема грудной полости во время вдоха.
Степень растяжения легких определяется транспульмональным давлением.
Транспульмональное давление это разница между давлением в легких (альвеолах) и плевральной полости. В области диафрагмы это давление обозначается как трансдиафрагмальное.
При этом в легких постоянно действует сила, стягивающая их, которая получила название «эластическая тяга легких».
Эластическая тяга легких зависит не только от эластичности легких, но, в значительной степени, и от силы поверхностного натяжения жидкости (слизи), покрывающей альвеолы.
Эластичная тяга легких создает отрицательное давление в плевральной полости. При выдохе оно равно - 6 мм.рт.ст.
На высоте вдоха давление в плевральной полости становится еще более отрицательным - 10 мм.рт.ст.
Увеличение отрицательного давления в плевральной полости является не причиной, а следствием расширения легких.

При выдохе диафрагма расслабляется и величина внутриплеврального давления становится менее отрицательной. В этих условиях альвеолы в связи с высокой эластичностью их стенок начинают уменьшаться в размере и выталкивают воздух из легких через дыхательные пути. Сопротивление дыхательных путей потоку воздуха поддерживает положительное давление в альвеолах и препятствует их быстрому спадению. Таким образом, в спокойном состоянии при выдохе поток воздуха в дыхательных путях обусловлен только эластической тягой легких.

Понятие о пневмотораксе.
Попадание воздуха в плевральную полость из вне (открытый пневмоторакс) или из полости легких (закрытый пневмоторакс) уравновешивает давление в плевральной полости с атмосферным и легкое за счет эластической тяги спадается.
У человека в связи с особенностями грудной полости происходит спадение одного легкого.

3.Легочные объёмы (ДО, РОвд, РОвыд, ЖЕЛ, ОЕЛ, ФОЕ, ОМП, ОО). Функциональные показатели вентиляции лёгких (ЧД, МОД, МВЛ, ФЖЕЛ, ОФВ1, РД, КАВ, КИК). Методы исследования.

Показатели функции внешнего дыхания можно разделить на 2 группы: анатомо-физиологические и физиологические.
Анатомо-физиологические показатели - легочные объемы.
Величину легочных объемов определяют антропометрические данные индивидуума.

ДО – «дыхательный объем».
Объем воздуха, который вдыхает и выдыхает пациент при каждом дыхательном цикле (спокойное дыхание).
ДО зависит от физической нагрузки, ЖЕЛ, газового состава крови (в норме – 0,3 –0,6 л).
РОвд – «резервный объем вдоха».
Объем воздуха, который пациент может дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. РОвд = 40% ЖЕЛ (в норме – 1,5-2,5 л).
РОвыд – «резервный объем выдоха».
Объем воздуха, который пациент может максимально выдохнуть после спокойного выдоха. РОвыд = 40% ЖЕЛ (в норме – 1,5-2,5 л).
ЖЕЛ – «жизненная емкость легких».
Количество воздуха, которое пациент может максимально выдохнуть после глубокого вдоха. Должная ЖЕЛ (ДЖЕЛ, показатель нормы) зависит от пола, роста, возраста и поэтому определяется по таблицам: ЖЕЛ = ДО + РОвд + РОвыд.
ОЕЛ – «общая емкость легких».
Количество воздуха, находящееся в легких после максимального вдоха. Должная ОЕЛ (норма) зависит от пола, роста, возраста и поэтому определяется по таблицам ОЕЛ = ЖЕЛ + ОО.
ФОЕ – «функциональная остаточная емкость».
Объем воздуха, остающийся в легких после спокойного выдоха.
ФОЕ = ОО + РОвыд (в норме – 2,5-3,5 л).
ОМП – «объем мертвого пространства».
Объем воздуха, находящийся в верхних дыхательных путях, бронхах и не участвующий в газообмене. В норме – 0,15 л.
ОО – «остаточный объем».
Объем воздуха, который остается в дыхательной системе после максимального выдоха. 00 = 1 – 1,2 л.

Физиологические показатели являются динамическими, так как характеризуют саму функцию внешнего дыхания во времени.
ЧД – «частота дыхания».
Количество дыхательных циклов (вдох + выдох), которые па¬циент совершает за 1 минуту (спокойное дыхание). В норме –14-18 циклов/мин.
ЧД1 – «частота дыхания при форсированном дыхании».
Количество дыхательных циклов (вдох + выдох), которые па¬циент совершает за 1 минуту (форсированное дыхание).
МОД – «минутный объем дыхания».
Объем воздуха, который проходит через легкие за 1 минуту при спокойном дыхании. МОД = ЧД х ДО (в норме 4-11 л).
МВЛ – «максимальная вентиляция легких».
Максимальное количество воздуха, которое может вдохнуть и выдохнуть пациент за 1 минуту при форсированном дыхании (ЧД – более 50/мин.). В норме МВЛ = ДЖЕЛ х 25. Допустимое откло¬нение – 10%.
ФЖЕЛ (ОФВ) – «форсированная жизненная емкость».
Максимальный объем воздуха, который пациент может выдох¬нуть при форсированном выходе. В норме ФЖЕЛ (ОФВ) = ДОФВ (определяется по таблице). Допустимое отклонение – 10%.
ОФВ1 – «объем форсированного выхода1».
Объем воздуха, который пациент может выдохнуть за первую секунду форсированного выдоха. В норме ОФВ1 оценивается по индексу Тиффно и составляет не менее 80 % от ЖЕЛ. Индекс Тиффно – отношение ОФВ1 к ЖЕЛ.
РД – «резервы дыхания».
Резервные возможности дыхательной системы, которые могут быть мобилизованы при переходе от спокойного к форсированно¬му дыханию.
РД = МВЛ – МОД (в норме РД составляют не менее 60% МВЛ).
КАВ – «коэффициент альвеолярной вентиляции».
Указывает на то, какая часть воздуха обменивается в легких при одном вдохе и выдохе. В норме КАВ = 1 /7 и определяется по формуле: КАВ = (ДО – ОМП)/ФОЕ.
КИК – «коэффициент использования кислорода».
Характеризует количество потребляемого кислорода (ПО2) из вдыхаемого воздуха за 1 минуту. В норме составляет 40 (допусти¬мое отклонение – 10%) и определяется по формуле:
КИК = ПО2(мл)/МОД(л),

Методы измерения легочных объемов:
1.Спирометрия – измерение легочных объемов. Позволяет определить ЖЕЛ, ДО, РОвд, РОвыд.
2.Спирография – регистрация легочных объемов. Позволяет документально зарегистрировать ЖЕЛ, ДО, РОвд, РОвыд, а также частоту.
3.Определение остаточного объема с помощью спирографа с замкнутым контуром с использованием гелия (по разведению гелия);

4.Газообмен в лёгких и тканях. Парциальное давление газов (кислорода и углекислого газа) в альвеолярном воздухе, напряжение газов в крови и тканевой жидкости.

В процессе внешнего дыхания происходит газообмен в легких. За счет этого формируется состав альвеолярного и выдыхаемого воздуха.
Газовый состав вдыхаемого, альвеолярного и выдыхаемого воздуха:

Дыхательные газы	Вдыхаемый воздух	Альвеолярный воздух	Выдыхаемый воздух
О2 % Мм.рт.ст.	20,9 % 160 Мм.рт.ст.	13,5 % 104 Мм.рт.ст.	15,5 % 120 Мм.рт.ст.
СО2 % Мм.рт.ст.	0,03 % 0,2 Мм.рт.ст.	5,3 % 10 Мм.рт.ст.	3,7 % 27 Мм.рт.ст.

Внешнее дыхание необходимо для обновления альвеолярного воздуха, так как в процессе жизнедеятельности идет постоянный процесс потребления О2 и выделения СО2.
Внешнее дыхание поддерживает концентрацию дыхательных газов в альвеолярном воздухе на постоянном уровне.
Интенсивность внешнего дыхания подчинена задачам обеспечения оптимальных условий для газообмена в организме.
Оптимальные условия для газообмена в организме сохраняются в организме определенное время (3-4 секунды).
Этим и определяется частота дыхания (14-18 в минуту). Таким образом, аппарат дыхания обладает резервами, которые позволяют обменивать воздух с определенной периодичностью.
В основе обмена газов между альвеолярным воздухом и кровью, между кровью и тканями лежит одно физическое явление - процесс диффузии.
Если газ находится над жидкостью, он также легко в неё переходит, растворяясь в ней. Интенсивность перехода газа в жидкость зависит от парциального давления этого газа над жидкостью.
Давление газа в смеси с другими газами, выраженное в мм рт. ст., принято обозначать термином «парциальное давление газа».
Давление газа, растворенного в жидкости, обозначают как «напряжение газа».
Содержание дыхательных газов в альвеолярном воздухе, крови и тканях:

	Венозная кровь	Альвеолярный воздух	Артериальная кровь	Ткани
СО2 % Мм.рт.ст.	46	38	40	50-60
О2 % Мм.рт.ст.	40	100	100	20-40

Следует иметь в виду, что аэрогематический барьер легких обладает определенной проницаемостью, которая характеризуется диффузионной способностью легких.

5.Транспорт газов кровью. Кривая диссоциации гемоглобина, её характеристика.

Механизмы связывания газов кровью:
1.Физическое растворение;
2.Химическое связывание.
Физическое растворение.
В жидкой части крови растворены газы воздуха: кислород, углекислый газ, азот. Растворенные в эндогенной воде О2 и СО2 не играют какой-либо значимой физиологической роли.
Химическое связывание кислорода кровью.
Насыщение кровью кислородом зависит от:
1.Альвеолярной вентиляции (pO2 в альвеолах);
2.Кровотока в легких;
3.Диффузионной способности легких;
4.Содержания гемоглобина (HHb) в эритроцитах.
Способен связать 1,35 мл О2. При содержании гемоглобина 150 г/л (норма) каждые 100 мл крови переносят 20,8 мл О2. Это кислородная емкость крови.
Отношение кислорода, связанного с гемоглобином, к кислородной емкости крови (все выраженное на 100 мл крови) называется насыщение гемоглобина кислородом. В артериальной крови оно составляет в норме 96%.
Гемоглобин присоединяет кислород с помощью непрочной водородной связи, с образованием оксигемоглобина. Эта реакция обратима:
Нв+О2=НвО2
Направленность реакции зависит от содержания кислорода: если количество кислорода в крови увеличивается, то реакция идет в сторону образования оксигемоглобина, если уменьшается - то в противоположную сторону.
Динамика взаимодействия Нв и О2 отражается кривой диссоциации оксигемоглобина. Эта кривая количественно определяет приведенную выше реакцию связывания гемоглобином кислорода.
Кривая отражает общую закономерность: увеличение количества кислорода сопровождается усиленным образованием оксигемоглобина. Кривая диссоциации оксигемоглобина имеет S-образный вид.
Это связано с тем, что до 10 мм рт. ст. кислород связывается гемоглобином медленно, затем до 60-50 мм рт. ст. скорость реакции резко увеличивается, кривая круто поднимается вверх, при давлении 90 мм рт. ст., когда более 98% гемоглобина связано с кислородом, кривая вновь идет почти горизонтально.
Избыток СО2 и ацидоз сдвигают кривую диссоциации вправо, а недостаток СО2 и алкалоз – влево (эффект Бора).
В кровеносной системе легких реакция взаимодействия гемоглобина с кислородом идет в сторону образования оксигемоглобина, так как венозная кровь имеет напряжение кислорода 40 мм рт. ст., а в альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода составляет 100 мм рт. ст.
В тканях напряжение О2 равно 20-40 мм рт. ст., а в артериальной крови – 100 мм рт. ст., в связи с этим реакция идет в сторону распада оксигемоглобина. Кровь отдает в ткани часть О2.
Этот процесс оценивается коэффициентом утилизации кислорода (КУК).
КУК это отношение потребленного кислорода к кислородной емкости крови. В норме в покое 30-40%, при физ. нагрузках существенно возрастает.
Для оценки эффективности газообмена вычисляют коэффициент использования кислорода (КИК).
КИК показывает количество кислорода в мл, которое потребляется из 1 литра воздуха. В норме он составляет 40 мл.

6.Дыхательный центр (Н.А. Миславский). Его структура и ло¬кализация. Автоматия дыхательного центра. Рефлекторная саморегуляция дыхания. Механизм смены дыхательных фаз.

Чередование вдоха и выдоха организуется благодаря деятельности дыхательного центра.
Дыхательный центр представляет собой совокупность нейронов, объединенных общей функцией организации и регуляции дыхания, расположенных в разных «этажах» центральной нервной системы.
Выделяют 4 «этажа» ЦНС, в которых располагаются структуры, ответственные за организацию дыхательного акта:
-спинной мозг;
-продолговатый мозг;
-варолиев мост;
-высшие отделы ЦНС (гипоталамус, лимбическая система, кора больших полушарий).
Каждый из перечисленных отделов имеет определенную функцию.
Первый «этаж» дыхательного центра.
Спинной мозг. Содержит нервные центры, в которые входят мотонейроны, иннервирующие дыхательную мускулатуру. Они не обладают автоматией.
Второй «этаж» дыхательного центра.
Дыхательный центр продолговатого мозга (собственно дыхательный центр) обеспечивает последовательную смену вдоха и выдоха.
Собственно дыхательный центр продолговатого мозга. Состоит из нервных клеток (дыхательных нейронов). Это – парное образование.
В составе дыхательного центра часть нейронов ответственна за вдох и называются инспираторными нейронами, другая часть нейронов ответственна за выдох и называются экспираторными нейронами.
Эти нейроны и формируют непроизвольный генератор ритма дыхания, обеспечивающий автоматию дыхательного центра.
Работа непроизвольного генератора ритма дыхания может быть представлена в следующем виде.
Одна из этих групп инспираторных нейронов способна периодически 14-18 раз в минуту, спонтанно генерировать залп импульсов.
Такая спонтанная электрическая активность и является началом нового дыхательного цикла, инициатором развития процесса вдоха.
Эти изменения электрической активности инспираторных нейронов инициируют возникновение залпа электрической активности одной из групп экспираторными нейронами, что обеспечивает начало развития выдоха.
Это инициирует электрическую активность других групп экспираторных нейронов, что обеспечивает необходимую длительность выдоха.
Сигналы от инспираторных и экспираторных нейронов транслируются на мотонейроны, иннервирующие основную и вспомогательную дыхательную мускулатуру, а так же мышцы глотки и гортани.
Между инспираторными и экспираторными нейронами – реципрокные взаимоотношения, которые обеспечивают чередование процессов вдоха и выдоха.
Собственно дыхательный центр связан проводящими путями с вышерасположенными нервными центрами, ответственными за регуляцию дыхания.
Третий «этаж» дыхательного центра.
В верхней части варолиевого моста расположен пневмотаксический центр. Он способствует переключению вдоха на выдох.
Возбуждение пневмотаксического центра приводит к выключению фазы вдоха, так как нейроны этого центра находятся в реципрокных отношениях с инспираторными нейронами дыхательного центра, и более раннему появлению фазы выдоха.
В нижней трети моста имеется группа нейронов, определяемая как апнейстический центр. Он находится в реципрокных отношениях с пневмотаксическим центром.
В обычных условиях апнейстический центр находится в заторможенном состоянии вследствие влияния пневмотаксического центра.
При возбуждении апнейстический центр, взаимодействуя с инспираторными нейронами - генераторами ритма дыхания, способен вызвать остановку дыхания на вдохе. Кроме того он вызывает удлинение фазы выдоха и, как следствие, углубление дыхания.
Роль периферии в функционировании 2 и 3 этажа дыхательного центра, в организации дыхательного акта.
Импульсация с периферии, прежде всего от легких, способна изменять состояние дыхательного центра, при чем влияние это может замыкаться как непосредственно на собственный дыхательный центр, так и на пневмотаксический центр.
Четвертый «этаж» дыхательного центра.
Высшие отделы ЦНС
Гипоталамус.
Он участвует в регуляции дыхания во время простых поведенческих актов:
-при общей защитной реакции организма (боль, физическая работа);
-как высший центр терморегуляции, при гипертермии наблюдается учащение дыхания без изменения его глубины (значительно увеличивается вентиляция ОМП, что увеличивает теплоотдачу).
Лимбическая система.
Она участвует в регуляции дыхания при эмоциях (смех и плач - это видоизмененные дыхательные движения).
Кора больших полушарий.
Участвует в регуляции дыхания и принимает участие:
-в выработке условных дыхательных рефлексов. Условные рефлексы позволяют заранее приспособить интенсивность дыхания к предстоящей нагрузке. Происходит опережающее приспособление аппарата дыхания к будущим затратам энергии;
-в приспособлении дыхания к изменяющимся условиям окружающей среды (глотание, пение, речь, ныряние, произвольное апное и гиперпное).
Дыхание – единственная функция внутренних органов, подверженная сознательной регуляции без предварительной тренировки, так как эта висцеральная функция реализуется через соматическую мускулатуру.

7.Регуляторные влияния на дыхательный центр со стороны высших отделов головного мозга (гипоталамус, лимбическая система, кора больших полушарий). Защитные дыхательные рефлексы. Гуморальная регуляция дыхания. Роль углекислоты, Механизм первого вдоха новорожденного ребёнка.

Регуляторные влияния на дыхательный центр со стороны высших отделов головного мозга-см. предыдущий вопрос.

Чихание и кашель это защитные дыхательные рефлексы, направленные на устранение раздражителей с поверхности слизистой дыхательных путей.
Чихание представляет собой глубокий вдох и быстрый выдох через носовую полость при воздействии на ее слизистую оболочку химических или слабых механических раздражителей.
Кашель возникает при раздражении ирритатных рецепторов слизистой гортани, глотки, трахеи и бронхов (глубокий вдох, закрытие голосовой щели, её резкое открытие с формированием характерного звука и выдох).

Роль хеморецепторов в регуляции дыхания.
Хеморецепторы, участвующие в регуляции дыхания, делят на:
-центральные хеморецепторы;
-периферические хеморецепторы.
Центральные хеморецепторы, участвующие в регуляции дыхания.
Выступают нервные клетки стволовой части мозга. Эти нейроны обладают высокой чувствительностью к изменению напряжения СО2 (рСО2) и рН в межклеточной жидкости.
Особенно высока чувствительность этих нейронов к повышению напряжения СО2 (рСО2)-гиперкапнии, часть из них обладает высокой чувствительностью к уменьшению рН – ацидозу.
Вентиляция легких начинает увеличиваться, если в межклеточной жидкости рСО2 превысит пороговое значение: 40 мм.от.ст.
Снижение рН ниже нормативного уровня так же приводит к увеличению вентиляции легких за счет изменения частоты и глубины дыхания, изменение рН на 0,01 приводит к увеличению вентиляции на 4,0 л/мин.
Периферические (артериальные) хеморецепторы, участвующие в регуляции дыхания.
К ним относятся каротидные и аортальные тельца. Они реагируют на изменение рН, рО2 и рСО2.
Они особенно чувствительны к уменьшению рО2 –гипоксемии, в меньшей степени: к гиперкапнии – снижению рО2 и ацидозу (снижению рН). Такие изменения рН, рО2 и рСО2 приводят к увеличению вентиляции легких, дыхание будет частым и глубоким.
С другой стороны, после искусственного гиперпное возникает апное (так как СО2 вымывается из крови и межклеточной жидкости /гипокапния/, а значит и не стимулирует рефлекторно или непосредственно дыхательный центр).

Первый вдох новорожденного.
После рождения прекращается поступление кислорода из крови матери. Накопление углекислоты стимулирует дыхательный центр, это активирует сокращение дыхательных мышц.
У плода грудная клетка находится в спавшемся состоянии, т.к. головки ребер расположены вне своих суставных ямок.
При первом вдохе ребра не просто поднимаются, а головки занимают свои суставные ямки (вставляются в суставные ямки), грудная клетка меняет форму, она резко увеличивается в размере, легкие остаются растянутыми.

8.Обмен веществ. Ассимиляция и диссимиляция. Пластиче¬ская и энергетическая роль белков, жиров и углеводов.
Обмен веществ и энергии является основным свойством живого. Обмен веществ заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их для нужд жизнедеятельности и выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду.

Усвоение, накопление веществ и энергии называется ассимиляцией. В ходе ассимиляции питательных и других веществ образуются белки, жиры, гликоген, строятся новые клетки. Образовавшиеся в процессе ассимиляции вещества подвергаются сложным химическим изменениям и при этом высвобождается энергия. Этот процесс называется диссимиляцией. Химические реакции, высвобождающие энергию, осуществляются в митохондриях клеток.
Процессы ассимиляции и диссимиляции не только протекают одновременно. Энергия, необходимая для переваривания пищи, переноса питательных веществ и их накопления (ассимиляции), образуется в результате диссимиляции. Значит, ассимиляция зависит от диссимиляции и тесно связана с ней. Ассимиляция и диссимиляция — единый процесс, протекающий постоянно в клетках и во всем организм процесс обмена веществ и энергии.

Обмен белков.
Белки в организме выполняют пластическую и энергетическую роль.
Пластическая функция белков состоит в обеспечении роста и развития организма за счет процессов биосинтеза. Белки входят в состав всех клеток организма и межтканевых структур.
Энергетическая роль белков обусловлена их способностью освобождать при окислении энергию. Однако при этом пластическая роль белков в метаболизме превосходит их энергетическую, а также пластическую роль других питательных веществ. Особенно велика потребность в белке в периоды роста, беременности, выздоровления после тяжелых заболеваний.
В пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот и простейших полипептидов, из которых в дальнейшем клетками различных тканей и органов, в частности печени, синтезируются специфические для них белки. Синтезированные белки используются для восстановления разрушенных и роста новых клеток, синтеза ферментов и гормонов.

Азотистый баланс.
Косвенным показателем активности обмена белков служит так называемый азотистый баланс. Азотистым балансом называют разность между количеством азота, поступившего с пищей, и количеством азота, выделяемого из организма в виде конечных метаболитов.
• Если количество поступившего азота равно количеству выделенного, то можно говорить об азотистом равновесии. Для поддержания азотистого равновесия в организме требуется как минимум 30–45г животного белка в сутки (физиологический минимум белка).
• Состояние, при котором количество поступившего азота превышает выделенное, называют положительным азотистым балансом. Состояние, при котором количество поступившего азота меньше выделенного, называют отрицательным азотистым балансом.
Среди аминокислот, входящих в состав белка, имеются 2 рода аминокислот : незаменимые-8,заменимые-12.

Обмен углеродов.
Углеводы в организме имеют преимущественно энергетическое значение, хотя эти соединения выполняют и пластическую роль, так как участвуют в построении оболочек клеток.
Углеводороды содержатся в организме в виде глюкозы и гликогена.
Основные преобразования углеводородов в организме:
-Распад полисахаридов.
-Транспорт углеводородов кровью в виде глюкозы.
-Синтез гликогена из глюкозы (Гликогенобразовательная функция).
-Неогликогенез (Образование углеводородов из жиров и белков).
-Гликогенолиз ( Расщепление гликогена до глюкозы)
-Гликолиз ( Распад углеводородов в тканях и клетках, +Е)

Обмен липидов.
Липиды (Жиры и жироподобные вещества) выполняют в организме пластическую и энергетическую роль. Липиды входят в состав цитоплазмы, ядра, всех биологических мембран, участвуют в построении и восстановлении структур клеток и тканей.
Жиры являются наиболее богатыми источниками энергии. При окислении 1 г жира выделяется 9.3 ккал тепла. Жиры легко откладываются про запас в жировой ткани. В небольших количествах депонированные жиры содержатся в печени и мышцах. Главная масса человека приходится на запасной жир. Конечными продуктами окисления жиров являются углекислый газ и вода. При обильном углеводном питании и отсутствии в пище жиров последние могут образовываться из углеводов и продуктов распада белков.


9.Основной и рабочий обмен, значение их определения. Методы их измерения и оценки. Прямая и непрямая калориметрия.

Количество тепла, выделяемое живым организмом, пропорционально интенсивности обмена веществ.
По количеству выделяемого организмом тепла можно оценить интенсивность обменных процессов.
Факторы, определяющие интенсивность энергообмена.
1.Состояние окружающей среды
-температура (22-25 °С)
-влажность (60%);
-скорость движения воздуха (не более 5 м/с);
-газовый состав атмосферного воздуха (21% О2, 0,03% СО2, 79% N2).
Это показатели «зоны комфорта». Отклонение от «зоны комфорта» в любую сторону изменяет интенсивность обмена веществ, следовательно, количество вырабатываемого тепла.
2.Физическая активность.
Сокращение скелетных мышц является самым мощным источником тепла в организме.
3.Состояние нервной системы.
Сон или бодрствование, сильные эмоции и другие физиологические состояния влияют на образование и выделение тепла через вегетативную нервную систему:
-СНС оказывает эрготропное действие (усиливает процессы распада с высвобождением энергии);
-ПСНС - трофотропное действие (стимулирует сбережение, накопление энергии).
4.Гуморальные факторы - БАВ и гормоны:
-трофотропное действие оказывают ацетилхолин, гистамин, серотонин, инсулин, СТГ;
-эрготропное действие оказывают адреналин, тироксин.
Показатели энергообмена.
1.Основной обмен.
2.Рабочий обмен.
Основной обмен.
Основной обмен (ОО) – минимальное количество энергии, которое необходимо для поддержания жизнедеятельности организма в состоя¬нии физического и психического покоя.
Энергия основного обмена (ОО) необходима для:
1.Обеспечения базального уровня обмена веществ в каждой клетке.
2.Поддержания деятельности жизненно-важных органов (ЦНС, сердце, почки, печень, дыхательная мускулатура) в состоянии покоя.
3.Поддержания постоянной температуры тела.
Для определения основного обмена (ОО) необходимо соблюдать следующие условия:
-физический и эмоциональный покой;
-«зона комфорта»;
-натощак (не менее 12-16 часов после приема пищи)
-бодрствование (во время сна ОО снижается на 8-10%).
Величина основного обмена зависит от:
-пола (у мужчин на 10% больше);
-роста, в соответствии правилом пропорциональности поверхности тела величине основного обмена;
-возраста (до 20-25 лет основной обмен увеличивается, максимальный прирост – в 14-17 лет, с 25 до 40 лет – «фаза плато», затем основной обмен снижается);
-массы тела, в соответствии с правилом пропорциональности поверхности тела величине основного обменом.
В среднем у мужчин основной обмен (ОО) составляет 1700 ккал/сутки, у женщин основной обмен (ОО) на 10% меньше.
Понятие о должном основном обмене (ДОО).
Под должным основным обменом (ДОО) понимают то минимальное количество энергии, которое необходимо для поддержания жизнедеятельности у человека определенного пола, возраста, с конкретными росто-весовыми показателями.
Показатели должного обмена используются в медицине, как индивидуальные нормы.
Определяется должный основной обмен (ДОО) по таблицам (с учетом всех перечисленных выше факторов).
В норме ДОО для мужчин равен 1 ккал (4,19 кДж)/кг/час, для женщин ДОО – на 10% меньше.
По показателям основного обмена судят о состоянии гомеостаза, например, о функциональном состоянии эндокринных желез, главным образом, щитовидной железы (гипер- и гипотиреоз).
Рабочий обмен.
Рабочий обмен –количество энергии, затраченное человеком в течение суток при обычном для него режиме жизни.
Преимущественно величину рабочего обмена определяют энергозатраты на мышечную деятельность.
Рабочий обмен значительно превышает основной обмен. Величина рабочего обмена зависит от вида труда.
Выделяют следующие группы людей, исходя их энергозатрат:
1.Умственный труд - 2200-2500 ккал/сутки. Коэффициент физической активности – 1,4-1,5.
2.Механизированный труд – 2700-3000 ккал/сутки. Коэффициент физической активности – 1,6-1,7.
3.Механизированный труд со значительными физическими усилиями – 3000-3400 ккал/сутки. Коэффициент физической активности – 1,8-1,9.
4.Немеханизированный труд – 3400-3900 ккал/сутки. Коэффициент физической активности – 2,1-2,2.
5.Очень тяжелый физический труд – 3900-4800 ккал/сутки. Коэффициент физической активности – 2,3-2,5.
Коэффициент физической активности это отношение величины рабочего обмена к величине основного обмена.
Методы определения энергетического обмена.
1.Прямая калориметрия.
Метод основан на улавливании и измерении тепловой энергии, теряемой организмом в окружающее пространство. Измеряется с помощью калориметрических камер (биокалориметров).
2.Непрямая (косвенная) калориметрия.
Оценка энергозатрат проводится косвенно, по интенсивности газообмена.
В процессе расщепления веществ выделяется энергия:
вещество + О2 = СО2 + Н2О + Q (энергия).
Зная количество поглощенного О2 и выделенного СО2, можно судить косвенно о количестве выделившейся энергии.
Для получения показателей газообмена, необходимых для расчета основного обмена, используют следующие методы:
-метод полного газового анализа – метод Дугласа - Холдейна. Показатели газообмена определяют по количеству и соотношению выделенного СО2 и поглощенного О2. Метод точный, длительный;
-метод неполного газового анализа. Показатели газообмена рассчитывают по оксиспирограмме. Метод приблизительный, но самый распространенный, он позволяет быстро и без больших затрат получить ориентировочный результат.


10.Постоянство температуры внутренней среды организма, как необходимое условие нормального протекания метаболических процессов. Теплопродукция. Теплоотдача.

Все живые организмы делятся на:
Гомойотермные (теплокровные) организмы (человек и млекопитающие).
Пойкилотермные (холоднокровные) организмы.
Образующаяся в организме энергия питательных веществ превращается в конечном итоге в тепло (тепловую энергию). Чем интенсивнее скорость обменных процессов в организме, тем больше величина теплообразования.
Теплопродукция и теплоотдача.
Баланс теплопродукции и теплоотдачи является главным условием поддержания постоянной температуры тела.
Теплопродукция.
Суммарная теплопродукция в организме состоит из:
-«первичной теплоты», выделяющейся в ходе реакций обмена веществ, постоянно протекающих во всех организмах и тканях;
-«вторичной теплоты», образующейся при расходовании энергии макроэргических соединений на выполнение определенной работы.
Уровень теплообразования в организме зависит от:
-величины основного обмена;
-специфического динамического действия принимаемой пищи;
-мышечной активности;
-интенсивности метаболизма.
Наибольшее количество тепла образуется в мышцах при их тоническом напряжении и сокращении – «сократительный термогенез».
Он обеспечивается:
1.Непроизвольными мышечными сокращениями.
В них различают:
-тонические сокращения мышц, поддерживающих позу;
-терморегуляторный тонус (сворачивание «в клубок» животных при снижении температуры);
-холодовая мышечная дрожь,
2.Произвольными мышечными сокращениями.
Произвольные мышечные сокращения способны увеличивать теплопродукцию при физическом труде в 6- 8 раз, кратковременно – в 10-15раз.
Кроме того, у взрослых людей часть теплопродукции обеспечивается несократительным термогенезом.
Он увеличивает теплопродукцию на 70%, он складывается из:
-«первичной теплоты», выделяющейся в ходе реакций обмена веществ, постоянно протекающих во всех организмах и тканях;
-«вторичной теплоты», образующейся при расходовании энергии макроэргических соединений на выполнение определенной работы.
У детей (особенно у новорожденных) важную роль в несократительном термогенезе играет бурый жир, в котором высокая скорость окисления жирных кислот.
Теплоотдача.
Значение кожных покровов в теплоотдаче.
Кожные покровы выступают в качестве:
-системы теплоизоляции;
-системы теплообмена.
Кожа как система теплоизолятора.
Кожа и особенно подкожная жировая ткань обладают существенно более низкой теплопроводностью, чем другие ткани организма. В связи с этим кожа и подкожная жировая ткань выступают теплоизоляторами и играют важную роль в сохранении температуры внутренней среды при изменении температуры окружающей среды.
Кожа как система теплообмена.
Развитая система подкожных кровеносных сосудов в организме человека позволяет коже выполнять функцию теплоотдачи.
За счет изменения скорости и объема кровотока в системе подкожных кровеносных сосудов осуществляется изменение интенсивности теплоотдачи.
Способы теплоотдачи:
Излучение – способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона. При понижении температуры окружающей среды излучение увеличивается, при повышении температуры – понижается.
Теплопроведение – способ отдачи тепла при соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество отдаваемого при этом тепла прямо пропорционально:
а)разнице средних температур контактирующих тел;
б)площади контактирующих поверхностей;
в)времени теплового контакта;
г)теплопроводности контактирующих тел.
Конвекция – способ теплопередачи, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (или воды).
Выделяют:
-стественную конвекцию;
-принудительную конвекцию (ветер, вентиляция).
Излучение, теплопроведение и конвекция становятся неэффективными способами теплоотдачи при выравнивании средних температур поверхности тела и окружающей среды.
Испарение – способ рассеивания тепла организмом за счет его затрат на испарение пота в окружающую среду или влаги с поверхности кожи или влаги со слизистых дыхательных путей.
Испарение может быть разделено на:
-неощущаемое испарение;
-ощущаемое испарение.
Неощущаемое испарение.
Делится на:
-Неощущаемое испарение, происходящее с кожи вне выделения секретов потовых желез. За сутки с кожных покровов испаряется более 700 мл воды, не включая пот.
-Неощущаемое испарение, происходящее со слизистых дыхательных путей. За сутки со слизистых покровов дыхательных путей выделяется более 400 мл воды.
Ощущаемое испарение.
-Потоотделение с последующим испарением пота.
У человека постоянно идет потоотделение потовыми железами кожи (36 г/час при 20 °С). Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде (костюм – «сауна») усиливают потоотделение (до 50 – 200 г/час).
Регуляция теплоотдачи.
Два пути регуляции теплоотдачи:
-изменение (увеличение, уменьшение) кровотока в подкожных кровеносных сосудах;
-изменение (увеличение, уменьшение) интенсивности потоотделения.
Изменение кровотока в подкожных кровеносных сосудах.
В состоянии покоя суммарный кровоток в коже составляет до 500 мл/мин, при тяжелой работе – 2-3 л/мин, а при снижении температуры окружающей среды он уменьшается в 3-4 раза от исходного.
Активация симпатической нервной системы уменьшает кровоток в коже, торможение симпатических влияний приводит к увеличению кровотока через кожу выше исходного уровня.
Гистамин, дофамин, субстанция Р, простагландины Е2 и Н2 вызывают расширение микрососудов кожи, увеличивают кожный кровоток. Норадреналин и простагландин F2α вызывают их сужение и уменьшение кровотока в коже.
Поведенческая терморегуляция.
1.субъективная оценка температуры окружающей среды, осознанное создание зоны «комфорта»; (бытовые нагреватели, вентиляторы, кондиционеры, сплит-системы);
2.опережающая подготовка субъекта к изменению температурного режима окружающей среды (сезонная одежда, обувь, головной убор);
3.осознанный подбор режима труда и отдыха в зависимости от температурных климатических условий;
4.сознательное преобразование среды обитания (строительство жилья, зданий производственного и культурного назначения).