2 курс / Нормальная физиология / ФИЗИОЛОГИЯ_ДЫХАТЕЛЬНОЙ_И_ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ_СИСТЕМ

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт физической культуры, спорта и туризма

ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ И ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМ

Учебно-методическое пособие для обучающихся по направлениям подготовки

бакалавриата «Педагогическое образование» (профили «Физическая культура; «Биология и химия»)

Петрозаводск Издательство ПетрГУ 2022

1

Печатается по решению редакционно-издательского совета Петрозаводского государственного университета

Рецензенты:

О. В. Балан, кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии человека

иживотных, патофизиологии, гистологии ПетрГУ;

С.Н. Калинина, кандидат биологических наук, зав. лабораторией экологической физиологии животных ИБ КарНЦ РАН

Авторы:

Л.Е. Блажевич, О. Е. Смирнова, Е. А. Хижкин, В. М. Кирилина

Ф504 Физиология дыхательной и пищеварительной систем : учебнометодическое пособие для обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата «Педагогическое образование» (профили «Физическая культура»; «Биология и химия») / Л. Е. Блажевич, О. Е. Смирнова, Е. А. Хижкин, В. М. Кирилина ; М-во науки и высш. образования Рос.

Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования Петрозав. гос. ун-т. — Петрозаводск : Издательство ПетрГУ, 2022. — 77, [3] с.

ISBN 978-5-8021-3995-0

Учебно-методическое пособие соответствует требованиям учебного процесса по направлениям подготовки «Педагогическое образование», профиль: «Образование в предметной области «Физическая культура», «Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки)», профили: «Образование в предметных областях (Безопасность жизнедеятельности и Физическая культура)», профили: «Образование в предметных областях (Биология и химия)», «Физическая культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья (адаптивнаяфизическаякультура)», профили «Физическаякультура,адаптивная физическая культура и адаптивный спорт».

УДК 612 ББК 28.91/99

2

СОДЕРЖАНИЕ

Тема 1. Строение и функционирование дыхательной системы . . .4 Тема 2. Транспорт газов кровью, их диффузия, гипоксия . . . . . . 12 Тема 3. Регуляция дыхания и иннервация

нижних дыхательных путей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 Тема 4. Исследование функционального состояния

респираторной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Тема 5. Основы пищеварения и процессы, протекающие

в ротовой полости и в желудке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Тема 6. Пищеварение в кишечнике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Тема 7. Обмен веществ и энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

3

https://t.me/medicina_free

ТЕМА 1

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Дидактический материал

Под процессом дыхания понимают обмен газов (СО2 и О2) между внешней воздушной средой и организмом, в результате чего кислород используется в процессах окисления органических веществ с выделением энергии.

Таким образом, главное назначение респираторной системы организма человека и животных — обеспечение клеток кислородом и выведение образующегося побочного продукта — углекислого газа. Назначение кислорода в организме — участие в эффективном аэробном окислении органических веществ с образованием энергетически богатых молекул АТФ. Энергия распада АТФ в дальнейшем используется для обслуживания различных биохимических процессов, поддерживающих метаболизм клеток.

Строение и функционирование дыхательной системы

Выделяют пять стадий дыхания. Первая стадия заключается в том, что воздух поступает в легкие. Поступление воздуха в легкие и выведение газов из легких (вдох и выдох) называют стадией легочного (или внешнего) дыхания. Далее наступает вторая стадия дыхания, когда воздух достигает альвеол, где происходит газообмен. В этот момент кислород поступает из альвеолярного воздуха в капилляры. Из капилляров, в свою очередь, углекислый газ диффундирует в полость альвеол. Затем наступает третья стадия — стадия транспорта газов кровью. В этот период кислород уносится от легочных капилляров по кровеносным сосудам ко всем клеткам организма, а углекислый

4

https://t.me/medicina_free

газ, напротив, приносится кровью к легким. После этого наступает четвертая стадия — газообмен в тканях. Кислород из артериальной крови диффундирует в межклеточные пространства, а оттуда в клетки различных тканей. Углекислый газ из клеток поступает в межклеточные пространства, а оттуда в капилляры. Далее, наконец, наступает завершающая, пятая, стадия — тканевое (внутреннее) дыхание. Во время этой стадии происходит окисление кислородом органических веществ и образование углекислого газа.

Дыхательные пути подразделяются на верхние и нижние. Верхние дыхательные пути — это полость носа, носо- и ротоглотка. Нижние дыхательные пути — это гортань, трахея, бронхи, бронхиолы и альвеолы. Трахея и крупные бронхи имеют схожее строение. Снаружи они покрыты соединительно-тканной оболочкой (адвентицией). Далее следует средний слой — слой гладких мышц. Внутрь просвета обращен слизистый слой, представленный реснитчатым эпителием. Ветвящиеся бронхи и бронхиолы образуют бронхиальное дерево, а множественные альвеолы — альвеолярное дерево, или паренхиму. Бронхиальное дерево вместе с альвеолярным образуют легкие. Структурно-функциональной единицей легкого принято считать ацинус. Ацинус представляет собой разветвление терминальной бронхиолы на 14—16 более мелких респираторных (дыхательных) бронхиол, заканчивающихся альвеолярными ходами и альвеолами. Пространство между висцеральной и париетальной плеврами называется плевральной полостью.

Легочные альвеолы и бронхи покрыты изнутри легочным сурфактантом. Сурфактант — это смесь поверхностно-активных веществ, состоящих на 85—90 % из фосфолипидов и на 10 % из белков (протеины: SP-A, SP-B, SP-C и SP-D). Сурфактант секретируется самими клетками, формирующими альвеолы, альвеолоцитами 2-го типа. Сурфактант препятствует спаданию стенок альвеол. В этом его основная функция. К дополнительным функциям относят бактерицидную, иммуномодулирующую и противоотечную.

Механизмы вдоха и выдоха

Процессы вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация) осуществляются преимущественно благодаря межреберным мышцам

5

https://t.me/medicina_free

и диафрагме. При сокращении инспираторных мышц ребра поднимаются. В этот момент диафрагма сокращается и приобретает уплощенную форму (диафрагма опускается). Объем грудной полости увеличивается, и давление в плевральной полости уменьшается, становясь ниже атмосферного. Благодаря этим процессам воздух поступает из внешней среды в легкие. Так осуществляется механизм вдоха.

При выдохе происходят обратные процессы. Межреберные мышцы расслабляются и опускают ребра вниз, уменьшая тем самым объем грудной клетки. Диафрагма тоже расслабляется и приобретает куполообразную форму. Эти процессы уменьшают объем грудной клетки, увеличивая давление в плевральной полости. В определенный момент давление в легких становится выше атмосферного, и воздух из легких устремляется наружу по респираторным путям. Таким образом, выдох происходит пассивно.

При повреждении грудной клетки, когда плевральная полость сообщается с внешней средой, давление в полости стремится к выравниванию с атмосферным. Скопление воздуха в плевральной полости в результате повреждения грудной клетки называется пневмотораксом. Пневмоторакс нарушает нормальную вентиляцию легких, поскольку становится невозможным формирование низкого давления в плевральной полости при вдохе и высокого давления — при выдохе. Первая помощь при пневмотораксе связана с наложением стерильной и окклюзионной (воздухонепроницаемой) повязок.

Типы вентиляции и типы (паттерны) дыхания

Вентиляцией называют процесс поступления насыщенного кислородом воздуха в альвеолы и выведение из них воздуха, обогащенного углекислым газом. Вентиляция осуществляется благодаря инспирации и экспирации. Глубина и частота дыхания — два фактора, оказывающих влияние на интенсивность вентиляции.

Выяснено, что вентиляция различных отделов легких может зависеть от положения тела в пространстве. Если человек находится в вертикальном положении, то наиболее интенсивная вентиляция будет наблюдаться в нижних отделах легких. В случае, если человек

6

https://t.me/medicina_free

лежит на спине, дорсальные (задние) отделы легких будут вентилироваться лучше, чем вентральные (передние). Если человек лежит на боку, то более интенсивная вентиляция будет отмечаться со стороны того легкого, которое лежит снизу. Эти изменения связаны с разницей в транспульмональном давлении в различных частях легкого (то есть разницей между альвеолярным и внутриплевральным давлением в плевральной полости).

Можно выделить три типа вентиляции: нормовентиляция, гипервентиляция и гиповентиляция. Нормовентиляция рассматривается как нормальная вентиляция альвеол с нормальными концентрациями углекислого газа в крови. При нормовентиляции сохраняются нормальные значения глубины и частоты дыхания. Гипервентиляция рассматривается как вариант чрезмерно повышенной вентиляции альвеол с низкими концентрациями углекислого газа в крови (гипокапния). При гипервентиляции наблюдается увеличение частоты дыхания или его глубины. В ряде случаев отмечается увеличение обоих этих показателей сразу. Гипервентиляцию могут вызвать понижение кислорода в окружающей среде (например, в горах), патологии связанные с гипоксемией (понижением концентрации кислорода в крови), метаболические изменения (ацидоз), неврологические и психические расстройства. Гиповентиляция рассматривается как вариант чрезмерно пониженной вентиляции альвеол с высокими концентрациями углекислого газа в крови (гиперкапния). При гиповентиляции наблюдается снижение частоты или глубины дыхания (возможно обоих показателей сразу). К гиповентиляции могут приводить препараты, снижающие тонус дыхательного центра, паралич дыхательных мышц.

Выделяют несколько типов (паттернов) дыхания. Эйпноэ — это тип дыхания, проявляющийся нормальной частотой и глубиной. Тахипноэ — сопровождается увеличением частоты дыхания. Брадипноэ — снижением частоты дыхания. Апноэ — временная остановка дыхания.

Защитные процессы, связанные с респираторной системой

Одним из ведущих механизмов защиты респираторной системы является мукоцилиарный клиренс, представленный ресничным

7

https://t.me/medicina_free

эпителием и клетками, вырабатывающими слизь. Поступившие

вреспираторные пути инородные или патогенные частицы при помощи мукоцилиарного транспорта направляются наружу, а затем откашливаются или заглатываются. В стенках респираторных путей также присутствуют иммунные клетки: альвеолярные макрофаги, лимфоциты, плазматические клетки, тучные клетки. Альвеолярные макрофаги участвуют в фагоцитозе патогенных частиц. Выполнившие свою функцию макрофаги направляются при помощи мукоциарного транспорта из альвеол по респираторным путям наружу. Плазматические клетки образуют иммуноглобулин А (IgA)

вверхних дыхательных путях, который блокирует способность бактериальных агентов фиксироваться на клетках дыхательного эпителия. Лимфоциты, в зависимости от их подтипа, выполняют функции узнавания чужеродных агентов, синтеза специфических антител, регуляции иммунного ответа, уничтожения чужеродных клеток, а также своих клеток, которые воспринимаются как чужеродные (противоопухолевый эффект). Тучные клетки могут выполнять функции фагоцитоза, а также участвовать в аллергических реакциях. Например, при бронхиальной астме аллергической этиологии именно тучные клетки приводят к гиперсекреции слизи, спазму трахеи и бронхов и развитию обструкции.

Задания к дидактическому материалу

1. Заполните приведенные ниже таблицы.

8

https://t.me/medicina_free

Продолжение табл. 1

4Стадия газообмена в тканях

5Тканевое (внутреннее) дыхание

Таблица 3

Защитные механизмы, связанные с респираторной системой

Таблица 4

Функции иммунных клеток в респираторной системе

9

https://t.me/medicina_free

2. Письменно ответьте на вопросы:

— Что такое пневмоторакс? Почему пневмоторакс приводит к нарушению вентиляции легких? Почему при пневмотораксе рекомендована окклюзионная повязка?

— Какие функции выполняет сурфактант? Почему дефицит сурфактанта приводит к нарушению дыхания и смерти человека?

3. Устно ответьте на вопросы:

—Что такое дыхание? Каково назначение процесса дыхания

ворганизме человека и животных?

—Опишите общий план строения дыхательной системы? Что относят к верхним дыхательным путям? Какие структуры относят к нижним дыхательным путям?

—Каково строение стенки трахеи и бронхов?

10

https://t.me/medicina_free