Fiziologiia

Физиология человека и животных

1. Дыхание у высших позвоночных: внешнее дыхание, газообмен в легких и тканях, транспорт газов кровью, тканевое дыхание

Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление кислорода во внутреннюю среду организма, использование его для окисления органических веществ и удаление из организма углекислого газа и конечных продуктов окисления некоторых соединений и воды.

Этапы дыхания:

1)внешнее, или легочное (рисунок 9.1), дыхание (вентиляция легких), осуществляющее газообмен между атмосферным и альвеолярным воздухом;

2)обмен газов в легких между альвеолярным воздухом и кровью;

3)транспорт газов к тканям и от них;

4)обмен газов между кровью капилляров большого круга кровообращения

иклетками тканей;

5)внутреннее, или клеточное (тканевое), дыхание, осуществляющее непосредственный процесс окисления органических веществ с освобождением энергии, расходуемой в процессе жизнедеятельности.

Рисунок 9.1. − Этапы дыхания

В результате деятельности системы внешнего дыхания кровь обогащается кислородом и освобождается от углекислого газа.

К органам дыхания относят воздухоносные (дыхательные) пути и легкие, альвеолы легких образуют респираторную зону (рисунок 9.2). Воздухоносные пути, в свою очередь, делят на верхние (полость носа, носоглотка, придаточные

Физиология человека и животных

пазухи носа) и нижние (гортань, трахея, все бронхи до альвеол и альвеолы). Функции дыхательных путей:

–очищение воздуха от пылевых частиц (осуществляется благодаря движению слизи, обусловленного сокращениями ресничек мерцательного эпителия);

–согревание вдыхаемого воздуха;

–увлажнение воздуха;

–участие в фонации и генерации звуков;

–участие в водном балансе организма (через дыхательные пути и легкие за сутки выделяется до 500 мл воды).

Рисунок 9.2. − Дыхательная система

Помимо осуществления легочного, или внешнего дыхания, с дыхательной системой связана также функция голосообразования. В слизистой оболочке, покрывающей верхнюю носовую раковину и прилежащую часть перегородки носа, располагается периферическая часть органа обоняния.

Глотка — это трубка, расширенная в верхней части и несколько суженная в переднезаднем направлении, расположенная между полостью носа и рта вверху и пищеводом внизу, является также частью дыхательных путей и соединяет полость носа с гортанью, а ротовую полость с пищеводом.

Физиология человека и животных

Гортань — это верхний отдел воздухопроводящих путей, следующий за глоткой и являющийся одновременно местом голосообразования. В гортани находится самое узкое место верхних дыхательных путей, ограниченное голосовыми складками – голосовая щель (до 7 мм). При вдохе она расширяется, при выдохе – сужается.

Человек молчит – голосовая щель треугольной формы и достаточно велика (рисунок 9.3). Звук появляется при неполном смыкании голосовой

щели, прохождение через нее воздуха, который колеблет голосовые связки. Гортань — полый трубчатый орган (рисунок 9.4). Остов ее состоит из

хрящей, внутренняя поверхность выстлана слизистой оболочкой.

Она имеет хрящевой остов, который сформирован хрящами: кольцевидным, щитовидным, черпаловидным (он парный) и надгортанным. На кольцевидном хряще выделяются пластинка и дужка, на щитовидном — тело и две боковые пластинки, на черпаловидных — голосовые и рожковые отростки, у надгортанника имеется основание и верхушка. Все хрящи соединяются между собой суставами и управляются мышцами — суживателями и расширителями гортани. Внутренняя оболочка гортани слизистая, посреди полости образует складки — голосовые губы, в толще которых заложены голосовые мышцы и связки. С помощью губ полость разделяется на преддверие, голосовую щель, выстланные плоским многослойным и мерцательным эпителием, и каудальную полость гортани, покрытую мерцательным эпителием. Впереди голосовых губ имеются углубления — кармашки (гортанные желудочки).

Физиология человека и животных

2. Вентиляция легких. Механика и динамика дыхательных движений. Внутриплевральное давление и его значение. Роль сурфактанта. Аэрогематический барьер

Вентиляция легких осуществляется вследствие разности давления между альвеолярным и атмосферным воздухом. При вдохе давление в альвеолах снижается (за счет расширения грудной клетки) и становится ниже атмосферного: воздух из атмосферы входит в воздухоносные пути. При выдохе давление в альвеолах приближается к атмосферному или даже становится выше него (при форсированном выдохе), что соответственно приводит к удалению воздуха из альвеол.

Аппарат вентиляции состоит из 2 частей:

1)грудной клетки с дыхательными мышцами и 2) легких с дыхательными

путями.

Внешнее дыхание состоит из двух актов: вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). Различают два режима дыхания (рисунок 9.7):

1)спокойное дыхание (частота 12–18 дыхательных движений в мин.);

2)форсированное дыхание (увеличение частоты и глубины дыхания).

Рисунок 9.7. –Режимы дыхания

Спокойное дыхание. Акт вдоха (рисунок 9.8) совершается путем подъема ребер межреберными мышцами и опускания купола диафрагмы. Диафрагма – это наиболее сильная мышца вдоха, дает 2/3 объема вдоха. При расслаблении мышц

Физиология человека и животных

вдоха под действием эластических сил грудной клетки и силы тяжести объем грудной клетки уменьшается, вследствие чего происходит выдох (рисунок 8) (при спокойном дыхании он происходит пассивно). Таким образом, дыхательный цикл включает вдох, выдох и паузу.

покой вдох выдох

Рисунок 9.8. – Внешнее дыхание

Различают грудной, брюшной и смешанный типы дыхания. Грудной (или реберный) тип дыхания обеспечивается в основном за счет работы межреберных мышц, а диафрагма смещается пассивно под действием грудного давления. При брюшном типе дыхания в результате мощного сокращения диафрагмы не только снижается давление в плевральной полости, но и одновременно повышается давление в брюшной полости. Этот тип дыхания более эффективен, так как при нем легкие сильнее вентилируются и облегчается венозный возврат крови от органов брюшной полости к сердцу. Смешанный тип дыхания наблюдается чаще всего при спокойном дыхании и обеспечивается активной работой и межреберных мышц, и диафрагмы.

Форсированное дыхание. Во вдохе участвуют вспомогательные дыхательные мышцы: большая и малая грудные, лестничные (поднимают первое и второе ребра), грудино-ключично-сосцевидная (поднимает ключицу). При этом грудная клетка расширяется больше (рисунок 9.9). Выдох при форсированном дыхании тоже представляет собой активный процесс, так как в нем участвуют внутренние межреберные мышцы, которые сближают ребра, а также – косые и прямые мышцы живота.

Легкие отделены от стенок грудной клетки плевральной полостью шириной 5–10 мкм, образованной 2 листками плевры, один из которых прилежит к внутренней стенке грудной клетки, а другой окутывает легкие.

Физиология человека и животных

Давление в плевральной полости меньше атмосферного на величину, обусловленную эластической тягой легких (при выдохе оно меньше атмосферного на 3 мм рт. ст., при вдохе – на 6 мм рт. ст.). Оно появляется после первого вдоха новорожденного, когда воздух заполняет альвеолы и проявляется сила поверхностного натяжения жидкости альвеол. Благодаря отрицательному давлению в плевральной полости, легкие всегда следуют за экскурсиями грудной клетки.

Рисунок 9.9. – Дыхательные движения при форсированном дыхании

Пневмоторакс – спадение легких при попадании воздуха в плевральную полость.

Со стороны альвеол поверхность мембраны альвеолярно-капиллярной мембраны покрыта особым веществом – сурфактантом. Это вещество образует слой толщиной 0,5 мкм и составляет так называемый аэрогематический барьер, который облегчает диффузию газов. Сурфактант состоит из фосфолипидов, белков и полисахаридов, постоянно вырабатывается клетками эпителия альвеол и обновляется примерно через 30 часов.

Физиология человека и животных

Роль сурфактанта:

1)снижает поверхностное натяжение альвеолярных стенок;

2)создает возможность расправления легкого при первом вдохе новорожденного;

3)препятствует спадению легких при выдохе;

4)обеспечивает эластичность и стабильность легочной ткани;

5)регулирует скорость абсорбции О2 и интенсивность испарения воды с поверхности альвеол;

6)очищает поверхность альвеол от попавших с дыханием инородных

частиц;

7)обладает бактериостатическим действием.

3. Показатели внешнего дыхания. Понятие о легочных объемах и емкостях. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха

Для характеристики функции внешнего дыхания c помощью спирометра измеряют показатели, позволяющие оценить разные стороны вентиляции легких (рисунок 9.10):

Рисунок 9.10. − Легочные объёмы и ёмкости

Слева показана запись нескольких дыхательных движений с различной глубиной вдоха и выдоха, справа от записи дыхательных движений – названия показателей внешнего дыхания

1. – Дыхательные объемы (статичны):

Физиология человека и животных

Дыхательный объем – ДО (0,3–0,8 л) – воздух, вдыхаемый и выдыхаемый при каждом дыхательном цикле.

Резервный объем выдоха – РОвыд (1,0–1,5 л) – воздух, который можно дополнительно выдохнуть после обычного выдоха в покое (резервный воздух).

Резервный объем вдоха – РОвд (1,5–2,5 л) – воздух, который можно вдохнуть после обычного вдоха в покое (дополнительный воздух).

Остаточный объем легких, или остаточный воздух – ОО (1,0–1,2 л) –

количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха.

2. – Дыхательные емкости (статичны):

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) = ДО + РОвыд + РОвд = 3,0–5,0 л (3,0–4,0 л

– жен., 4,5–5,0 л – муж.) – количество воздуха, которое выходит из легких при максимальном выдохе после глубокого вдоха (рисунок 9.11).

Общая емкость легких (ОЕЛ) = ЖЕЛ + ООЛ (4,2–6,0 л) – количество воздуха, находящееся в легких после максимального вдоха.

Функциональная остаточная емкость легких (ФОЕ) = РОвыд + ООЛ (1,8–

2,5 л) – количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха (функциональный остаточный воздух). ФОЕ показывает, какой объем воздуха заполняет легкие при спокойном дыхании.

ЖЕЛ =70–80 % ОЕЛ, ФОЕ = около 50 % ОЕЛ, ООЛ = около 30 % ОЕЛ.

Рисунок 9.11. − Жизненная ёмкость легких

3. – Показатели легочной вентиляции (динамичны):

За один вдох человек вдыхает около 0,5 л воздуха, из которых примерно

Физиология человека и животных

0,17 л заполняет мертвое пространство и только 0,33 л доходит до основной среды, где происходит газообмен, поэтому при спокойном дыхании ФОЕ обновляется не более, чем на 1/7 часть, что способствует поддержанию процентного содержания кислорода и углекислого газа на постоянном уровне.

Минутный объем дыхания (МОД) = ДО×ЧД.

МОД в норме равен 6–8 л/мин. Максимальная вентиляция легких (МВЛ) при работе возрастает до 100–120 л/мин, у спортсменов – до 180 л/мин.

Резерв дыхания (РД) = МВЛ – МОД.

Частота внешнего дыхания (ЧД) = 12–18 дыхательных актов/мин.

Основные методы определения показателей внешнего дыхания –

спирометрия и спирография (рисунок 9.12). Спирометрией называется метод исследования, с помощью которого возможно определение состояния основной функции дыхательной системы – функции внешнего дыхания. Спирометрия – это измерение объемов выдыхаемого воздуха с помощью спирометра. С помощью спирометрии определяют объёмы лёгких и скорости воздушного потока, рассчитывают соотношения этих параметров, сопоставляют полученные результаты с должными значениями, которые рассчитываются индивидуально, в зависимости от пола, возраста, веса и роста обследуемого человека.

Спирография – измерение и запись объемов вдыхаемого и выдыхаемого воздуха с помощью спирографа. Кроме этого, используют также пневмографию и пневмотахометрию. Пневмография – метод регистрации дыхательных движений грудной клетки. Пневмотахография – запись объемной скорости потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Рисунок 9.12. − Измерение дыхания