2 курс / Нормальная физиология / физиология дыхания
.pdfЛечTeam
Школа медицины
Дыхание — это обмен дыхательными газами (O2 и СО2) между атмосферным воздухом и клетками. Этот обмен протекает в пять стадий:
Обмен между атмосферным воздухом и альвеолами — легочная
вентиляция.
Обмен между альвеолами и кровью — легочная диффузия.
Перенос между легочными и системными капиллярами (то есть от легких к тканям и обратно) — транспорт кровью.
Обмен между системными капиллярами и клетками — тканевая
диффузия.
Потребление клетками О; и выделение СО; — клеточное дыхание.
Впроцессах дыхания участвуют два типа транспорта:
—диффузионный транспорт — диффузия дыхательных газов через биологические мембраны по градиенту концентрации свободных молекул газов;
—конвекционный транспорт — перенос дыхательных газов вместе с движущейся средой (convectio— совместный перенос):
Легочные объёмы:
—дыхательный объем: объем воздуха, вдыхаемый (или выдыхаемый) при одном вдохе (выдохе). В норме при спокойном дыхании — до 500 мл;
—резервный объем вдоха: объем воздуха, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. В норме — 2000—3000
мл;
—резервный объем выдоха: объем воздуха, который можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха. В норме — около
1000—1500 мл;
—остаточный объем легких: объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. В норме — около 1000—1500 мл.
Легочные емкости:
— жизненная емкость легких: объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха; сумма дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха. В
норме — 3000—4500 мл;
— общая емкость легких:
объем воздуха, содержащийся в легких на высоте максимального вдоха; сумма жизненной емкости легких и остаточного, объема легких. В
норме — 4000—6000 мл;
—функциональная остаточная емкость: объем воздуха,
содержащийся в легких после спокойного выдоха; сумма резервного объема выдоха и остаточного объема легких. В норме — 2000—3000 мл;
—емкость вдоха: объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного, выдоха; сумма дыхательного объема и резервного объема вдоха. В норме — 2500—3500 мл.
Движущей силой для движения воздуха служит разность давлений.
При вдохе легкие расширяются и в альвеолах создается некоторое разряжение — альвеолярное давление становится меньше атмосферного.
Движущая силая - разница между атмосферным и альвеолярным давлением.
При выдохе легкие спадаются, альвеолярное давление несколько повышается и становится больше атмосферного.
Движущая сила - разница между атмосферным и альвеолярным давлением, (только направлена она уже в другую сторону)
Между легкими с одной стороны и диафрагмой, и грудной клеткой с другой находится плевральная полость (эта полость герметична и заполнена жидкостью).
Так как жидкости несжимаемы (и нерастяжимы):
При вдохе легкие следуют за грудной клеткой (и диафрагмой) При выдохе грудная клетка за легкими
(в норме плевральная полость представляет собой узкую щель между висцеральной и париетальной плеврой; эта щель заполнена тончайшим слоем жидкости, так что висцеральная и париетальная плевра фактически склеены друг с другом)
Общий механизм дыхания
Вдыхании участвуют две группы мышц
—инспираторные (inspirato — вдох: диафрагма и наружные межреберные мышцы;
—экспираторные (expiratio — выдох): внутренние межреберные мышцы и мышцы брюшного пресса.
Подъем грудной клетки |
вдох |
Опускание грудной |
выдох |
сокращение |
|
клетки расслабление |
|
|
|
||
инспираторных мышщ |
|
инспираторных мышщ |
|
Легкие
Дифарагма
ВДОХ |
ВЫДОХ |
Диафрагма |
Диафрагма |
сокращается |
расслабляется |
Последовательность дыхательного цикла:
1.Сокращение инспираторных мышц вызывает расширение
грудной клетки и опускание диафрагмы.
2.Легкие следуют за грудной клеткой и диафрагмой и при этом сами
расширяются.
3.В результате расширения легких давление в них падает, в легкие
засасывается воздух и происходит вдох.
4.Затем дыхательные мышцы расслабляются.
5.Растянувшиеся при вдохе легкие спадаются, за ними следуют грудная клетка и диафрагма.
6.В результате сжатия легких давление в них повышается, из легких
вылавливается воздух и происходит выдох.
Вдыхаемый воздух: |
Выдыхаемый воздух: |
|
рО2 |
= 160 мм рт.ст. (20,9%) |
рО2 = 120 мм рт.ст. (15,7%) |
рСО2 = 0,2 мм рт.ст. (0,03%) |
рСО2 = 27 мм рт.ст. (3,6%) |
|
|
Альвеолярная смесь |
зов: |
|
рО2 = 100 мм рт.ст. |
|
|
рСО2 = 40 мм рт.ст. |
|
|
Венозная кровь: |
Артериальная кровь |
рО2 |
= 40 мм рт.ст. |
рО2 = 95-100 мм рт.ст. |
рСО2 = 46 мм рт.ст. |
рСО2 = 40 мм рт.ст. |
Движущая сила диффузии О2 и СО2 - градиент парциального давления (рО2, рСО2)
Показатели содержания газов в газовых смесях и жидкостях:
Фракционное содержание показывает, какой процент от общего объема газовой смеси приходится на долю данного газа Парциальное давление (рО2, рСО2) этот показатель отражает концентрацию свободных молекул данного газа в газовой смеси или жидкости
Объемная концентрация газа в жидкости показывает, какой объем газа в свободном и связанном виде содержится в 100мл жидкости, то есть объем соответствует общей концентрации физически растворенного и химически связанного газа
Кислород переносится кровью преимущественно в химически связанном виде — в соединении с гемоглобином.
Гемоглобин - идеальный переносчик кислорода:
связывает большое количество кислорода в легких;
отдает большое количество кислорода в тканях; еще больше увеличивает отдачу
кислорода в активно работающих тканях.
Способность гемоглобина присоединять и отдавать кислород зависит от
напряжения кислорода в крови (показатель - рО2 - парциальное давление кислорода)
График, отражающий способность гемоглобина присоединять и отдавать кислород называется «Кривая диссоциации оксигемоглобина».
Кривая диссоциации оксигемоглобина - это зависимость содержания оксигемоглобина (в % от всего гемоглобина) (HbO2) от парциального давления кислорода (pO2).
У кривой имеется наклонный участок:
[рО2 менее 65 мм рт. ст.]
рО2 = 40 мм рт. ст. — венозный конец капилляра рО2 = 35 мм рт. ст. — ткани организма
При этих значениях - сродство гемоглобина к кислороду падает и кислород высвобождается в ткани.
Следствие: гемоглобин легко отдает большое количество кислорода в тканях.
Практическое значение: обеспечивается бесперебойное снабжение тканей кислородом, в которых вследствие постоянного потребления кислорода его парциальное давление равно нулю.
У кривой имеется почти горизонтальный участок:
[рО2 около 65 - 100 мм рт. ст.]
рО2 = 100 мм рт. ст. в альвеолярном воздухе (в легочных капиллярах) - максимальное насыщение гемоглобина.
При этих значениях - гемоглобин легко насыщается кислородом.
Следствие: гемоглобин связывает большое количество кислорода в легких.
Практическое значение: при снижении рО2, в альвеолярном воздухе (даже до 70 мм рт. ст.) кровь все равно максимально насыщается кислородом — важный механизм защиты от гипоксии.
Вывод:
1)если рО2 высоко - гемоглобин присоединяет кислород
2)если рО2 снижается - гемоглобин отдает кислород
Постарайся уловить логическую цепочку:-)
Положение кривой диссоциации оксигемоглобина зависит от сродства гемоглобина с кислородом:
сродства гемоглобина к О2 (облегчение перехода О2 в ткани) = кривая сдвигается вправо
сродства гемоглобина к О2 (меньшее высвобождение кислорода в тканях) = кривая диссоциации сдвигается влево
На сродство гемоглобина к О2 оказывают влияние метаболические факторы:
рН |
Концентрация в эритроцитах 2,3-ДФГ |
рСО2 |
Окись углерода (СО) |
t° |
Метгемоглобин |
Влияние метаболических факторов:
В норме:
рН, рСО2 и t° — снижают сродство гемоглобина к О2 (смещение кривой вправо)
Такие метаболические условия создаются в работающих мышцах (тканях). Это физиологически выгодно, т.к. повышенное высвобождение О2 необходимо для активной мышечной (тканевой) работы.
рН, рСО2 и t° — повышают сродство гемоглобина к О2 (смещение кривой влево)
Такие условиях создаются в легких, что повышает насыщение крови кислородом.
В других случаях:
концентрации СО — смещение кривой влево (у СО сродство к гемоглобину в 240 раз выше, чем у О2)
количества метгемоглобина — смещение кривой влево концентрации 2,3-ДФГ — смещение кривой вправо
Как это легко запомнить?
Ты качаешь пресс. Твоим мышцам нужно больше О2.
Из-за усиленной работы в твоих мышцах t° (энергия в виде тепла), рСО2 (мышцы уже сожгли много кислорода), рН (привет молочная кислота).
Это все снижает сродство гемоглобина к О2, а значит больше О2 уходит к мышцам. Сдвиг кривой вправо! Миссия выполнена.
В легких все наоборот.
Эффект Бора - влияние рН на сродство гемоглобина к кислороду
связывание Н+ уменьшает сродство Hb к О2
Результат: В ТКАНЯХ гемоглобин легко отдает О2
Углекислый газ переносится в нескольких формах, или транспортных фракциях:
—физически растворенный СО2;
—СО2, соединенный с гемоглобином (карбогемоглобин);
—бикарбонат (НСО3).
рСО2 в капиллярах = 40 мм рт.ст. В клетках рядом pСО2 выше (СО2 постоянно образуется)
Физически растворенный СО2 переносится по градиенту напряжения из тканей в капилляры
Часть СO2 остается в состоянии физического растворения.
Часть идет на гидратацию (+H2O).
В плазме эта реакция протекает очень медленно
В эритроците она ускоряется примерно в 10 тыс. раз.
(ДЕЙСТВИЕ КАРБОАНГИДРАЗЫ)
Диссоциация Н2СО3 на ионы бикарбоната (НСО3-) и
водорода. Это заодно подкисляет содержимое эритроцита, что улучшает отдачу оксигемоглобином (HbO2) кислорода (Эффект Бора).
Накопление НСО3- в эритроците |
СО2 связывается с |
гемоглобином |
||
появление градиента |
Ионы |
(который отдал О2) |
образование |
|
НСО3- |
передвигаются |
по |
карбогемоглобина |
|
градиенту в плазму, взамен на Сl- (хлоридный сдвиг)