Физиология дыхания

Дыхательная система является жизненно важной. Заболевания дыхательной системы занимают 3е место в причинах смерти и являются самыми распространенными в утрате трудоспособности. Дыхание является циклическим процессом, который обеспечивает доставку кислорода к клеткам, используют для удаления углекислого газа, доставки биологических веществ. У простейших – через наружные покровы, у насекомых – трахейный тип дыхания, у человека – легочный тип дыхания. Различают внешнее и внутренне дыхание, происходит диффузия углекислого газа между альвеолами, транспорт газа от легких и обратно к клеткам. Внутренне дыхание – процесс использование кислорода внутри клеток в окислительном процессе. На физиологии мы изучаем внешнее дыхание, на биохимии – тканевое, внутреннее.

На 98% газообмен происходит в альвеолах легких, 2% может проходить через кожу.

Дыхательная система включает верхние и нижние дыхательные пути. К верхним дыхательным путям относятся – нос, ротовая полость, носоглотка, гортань. Нижние – трахея и бронхи. К воздухоносным путям подключены легкие – правое(3доли) и левое(2доли, только верхняя и нижняя). Легкие располагаются внутри грудной клетки – костно-мышечного каркаса – ребра прикрепленные к позвоночнику и грудине, между ребрами имеются мышцы, внутри грудная клетка выстлана гладким листком париетальной плевры, легкие покрываются висцеральной плеврой, между легкими – пространство – с плевральной жидкостью. Жидкость уменьшает силы трения и поддерживает постоянный объем плевральной полости. Воздухоносные пути – там воздух увлажняется, согревается, очищается, в бронхах 23 последовательных деления, которые доходят до терминальных бронхиол, а затем начинаются респираторные бронхиолы, от которых отходят альвеолярные ходы, которые переходят в альвеолярные мешочки, заканчивающиеся альвеолярными мешочками.

Воздухоносные пути больше 1 мм – бронхи, меньше 1 мм – бронхиолы. В бронхах основа – хрящевая ткань, кольца, в бронхиолах стенка в основном состоит из гладкомышечных элементов. Внутренняя поверхность покрыта слизистой оболочкой с мерцательным эпителием. В бронхиальном дереве принято выделять 3 функциональные зоны –

- кондуктивная(проводниковая) – первые 16 делений, здесь происходит только проведение воздушного потока, газообмена не происходит, объем этой зона – 150-155 см3 и она относится к мертвому пространству,

- последующие 6 – переходная зона – диффузия газа

- альвеолярные ходы, мешочки, респираторные бронхиолы – это респираторная зона(только газообмен без проведения воздушного потока)

В связи с последовательным делением бронхиального дерева происходит увеличение суммарной площади поперечного сечения. Площадь сечения трахеи – 2,5 см2, на уровне 16го деления, суммарная площадь 180 см2. На уровне 23го деления 11800 см2. Количество легочных альвеол 300-375 млн. Диаметр альвеол от 150 до 300 мкм и суммарная площадь легочных альвеол достигает 90 м2. Внешнее дыхание направлено на постоянную вентиляцию легких и это обеспечивается периодической сменой актов вдоха и выдоха. Человек делает от 12 до 15 вдохов и выдохов и в течении каждого вдоха мы поглощаем 500 мл воздуха. Своеобразный дыхательный насос – грудная клетка, межреберные мышцы, диафрагма, Вдох-инспирация, является актом активным. Вдох мы можем осуществить только при сокращении мышц. Мышцы вдоха - диафрагма и наружные косые межреберные мышцы. Основной дыхательной мышцей будет является диафрагма. При сокращении мышечной части купол диафрагмы опускается и органы брюшной полости опускает. Увеличивается вертикальный объем грудной клетки. С помощью диафрагмы осуществляется 75% вдоха. При спокойном вдохе этого достаточно. При нагрузках подключаются межреберные мышцы. В фазе выдоха используются передние косые мышцы. При нагрузке - ребра понимаются и занимают горизонтальное положения, грудина отодвигается кпереди, что увеличивает сагиттальный размер грудной клетки, также происходит небольшой разворот ребра(нижний край ребра – наружу -это увеличивает фронтальный размер грудной клетки) Во время вдоха меняются все три размера грудной клетки. Вслед происходит увеличение объема легких , при этом в легких происходит снижение давления, что связано с действием газового закона Боэля-Мариотте, который говорит о том, что произведение объема газа, на величину его давления, есть величина постоянная. Давление внутри легких становится ниже атмосферного – «-1»-«-3» ниже атмосферного. Из-за этого воздух может проходить в легкие. Вдох, который осуществляется за счет сокращения диафрагмы – диафрагмальное, или брюшное(у детей, у взрослых) дыхание, а за счет межреберных мышц – грудное дыхание(у женщин). В усиленном вдохе могут принимать участие грудино-ключично-сосвидные мышцы, лестничные мышцы, трапециевидные - это дополнительные мышцы. Акт выхода – эксперация может быть пассивным и активным. Пассивный осуществляется в результате расслабления мышц вдоха, при этом диафрагма расслабляясь начинает подниматься, уменьшается вертикальный размер грудной клетки, расслабление межреберных мышц за счет силы тяжести опускаются - уменьшается сагиттальный и фронтальный размер грудной клетки. Легкие начинают уменьшаться. Мышцы выдоха, к которым относятся мышцы брюшного пресса, их сокращение повышают давление в брюшной полости и поднимают диафрагму. Внутренние косые межреберные мышцы – сверху вниз и спереди назад. При своем сокращении они тянут ребра вниз, способствуя в дальнейшем уменьшению объема грудной клетки. Уменьшение объема способствует уменьшению давления ниже атмосферного внутри легки на 3-5см. Силу выдоха мы можем измерить манометром. В межплевральном пространстве отрицательное давление. Механизмы его формирования. Легкие покрыты висцеральным листком, а грудная клетка – париетальным листком. Межплевральное пространство заполнено жидкостью. Листки смочены и скользят. Давление в этой полости ниже атмосферного – называют отрицательным межплевральным давлением. Через воздухоносные пути атмосферный воздух действует на внутренние поверхности, что вызывает растяжение легких. Легкие – эластическое образование. В грудной полости легкие в растянутом состоянии. Эластические волокна будут стремится сжать легкие. Альвеолы(изнутри) выстланы особым веществом – сурфактантом – комплекс фосфолипилов, который образуется специализированными клетками – альвеолярными пневмоцитами 2го типа. Он вызывает снижение поверхностного натяжения. Если имеется сурфактант то поверхностное натяжение=5дин на см2, при его отсутствии 20 дин на см2. Сурфактант начинает вырабатываться на последних месяцах беременности. Недоношенным детям трудно расправить легкие, возникает дыхательная недостаточность. Сейчас применяют искусственное распыление сурфактанта. Наличие поверхностного натяжения стремится сжать легкие.

Давление в плевральной полости = Давление атмосферного – давление эластическое.

Выдох = -2-5 мм.рт. столба

Вдох = -4-8 мм.рт.ст

Глубокий вдох = -20 мм.рт.ст

Неравномерный рост – грудная клетка растет быстрее легких. Плевральная полость всасывает газы. Поддержание отрицательного давления имеет большое значение для дыхания(оно обеспечивает растяжение легких и поддерживает их дыхательную поверхность, изменение объема во время вдоха/выдоха) и кроветворения. Внутри вен давление понижается, это способствует возвращению крови к сердцу – венозный возврат. При повреждении грудной области – пневмоторакс – легкое спадается, легкое плохо вентилируется. Пневмоторакс может быть открытым и закрытым(поражение ткани легкого - воздух из воздухоносных путей попадет в плевральную полость), клапанный пневмоторакс – через мембрану засасывается воздух, а на обратном пути мембрана закрывается и воздух скапливается внутри. Пневмоторакс уменьшает отток крови к сердцу. Пневмоторакс требует срочного вмешательства и закрытия отверстия любым способом

Легочными объемами называются объемы воздуха в легких при разных положениях грудной клетки. Легочных объема различают 4. Первый – дыхательный – который поступает при вдохе и выделяется при выдохе(ДО) В норме =0,5л. Резервный объем вдоха – тот объем воздуха, который мы можем вдохнуть до достижения максимального вдоха. Резервный объем выдоха =1-1,4л. Когда мы выдохнем максимально все что можно - останется остаточный объем легких-ООЛ=1-1,5л. Его можно удалить только при вскрытии, когда легкие спадутся. После спадения коллабсный выход до 200 мл.

Комбинация этих объемов дает нам разные емкости легких. Сумма всех четырех объемов мы получим общую емкость легких=5-6л

Жизненный емкость легких = сумме резервных и дыхательного. Его можно определить если сделать максимальный вдох и максимальный выдох. Это делается при спирометрии и при спирографии. У мужчин 3,5-5, у женщин 3-4. Рост в см * 25. Емкость вдоха – сумма дыхательного объема и резервного объема вдоха.

4ая емкость – функциональная остаточная емкость легкого(ФОЕЛ) – сумма резервного объема выдоха и остаточного объема легкого. При исследовании этих показателей.

Форсированная емкость легкого- объем, который поступает за 1 с. В 20 лет должно быть больше 80%, в 40 – 75%, в 60 -70%.

Статическая податливость и ригидность легких. Податливость показывает меру растяжимости легких. Ее выражают в л на см водного столба

Сл= изменение объема/изменение давление 0,2 л на 1см водного столба.

Ригидность легких – показатель обратный податливости = изменение давления/изменению объема.

Обструктивные поражения легких - удлинение или нарушение движения воздуха при выдохе, сопровождающееся закупоркой(лбструкцией) бронхов и повышением воздушности легких(эмфизема легких, бронхит, бронхиальная астма)

Рестрективные поражения – неспособность легки полностью расправиться, при резекции легких, деформации грудной клетки, системная склеродермия, ожирение, асбестоз, третий триместр беременности.

За 1 минуту мы определяем минутный объем дыхания – дыхательный объем на число дыхательных движений.

Не весь воздух проходит до альвеол, часть останется в мертвом пространстве. До альвеол из 500 мл дойдет только 350 мл. Вентиляция мертвого пространства = объем легкого пространства*на число вдохов. Величина мертвого пространства может изменятся(при маске, противогазе) В ряде случаев необходима трахеотомия, чтобы уменьшить мертвое пространство и обеспечить таким образом лучшую доставку кислорода к альвеолам. В легких происходит газообмен на уровне альвеол, при этом происходит 3 процесса

Вентиляция легких
Диффузия газа
Легочное кровообращение

Легкие получают кровь из 2ух источников – венозная кровь от легочной артерии, которая и является в конечном итоге источником образования капилляров, оплетающих стенку легочной альвеолы. Именно в этих капиллярах происходят процессы газообмена благодаря чему кровь насыщается кислородом, она становится артериальной кровью, оттекающей по легочным венам.

Венозная кровь, которая образуется в легких сбрасывается через бронхолегочные вены в легочную вену, либо в непарную вен.

При дыхании не все легочные альвеолы могут вентилировать. Часть может отключаться или не получать кровоснабжения. Это физиологическое мертвое пространство. Альвеолярные пневмоциты 1ого(очень тонкие и обеспечивают выстилание легочной альвеолы) и 2ого типа(для сурфактант). Они лежат на базальной мембране, к ней прилегает базальная мембрана капилляра и эндотелий капилляра. Толщина стенки альвеолы – 1мкм. Количество крови, которое содержится в легких=450 мл, о легочные сосуды могут вмещать до 900мл и это будет депо крови