2 курс / Нормальная физиология / Физиология_дыхательной_системы_

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»

Л.М. Семенова С.В. Куприянов С.В. Бочкарев Л.П. Романова

СИСТЕМА

ДЫХАНИЯ

Учебное пособие

Чебоксары

2014

1

ББК Е60*733я73

УДК 611.2(075.8) С30

Рецензенты:

д-р биол. наук, доцент Л.М. Яковлева (кафедра патофизиологии, патологической анатомии с клинической патологической анатомией и судебной медицины ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»);

д-р биол. наук, профессор И.Г. Игнатьев (кафедра биологии и химии ФГБОУ ВПО «Чувашская сельскохозяйственная академия»)

Семенова Л.М.

С30 Система дыхания: учеб. пособие / Л.М. Семенова, С.В. Куприянов, С.В. Бочкарев, Л.П. Романова. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2014. 112 с.: ил.

ISBN 978-5-7677-1958-7

Рассматриваются вопросы физиологии дыхания в соответствии с программой по нормальной физиологии. Приводится большой иллюстративный материал. Для самоконтроля усвоенного материала и выработки творческого, логического мышления включены тесты с ответами, а также ситуационные задачи с решениями.

Для студентов I-II курсов лечебного, педиатрического и стоматологического отделений медицинского факультета.

Ответственный редактор канд. биол. наук, доцент Л.М. Семенова

Утверждено Учебно-методическим советом университета

2

Структура и функции легких

Легкие – это органы газообмена. Их главное назначение состоит в том, чтобы обеспечить переход кислорода из воздуха в венозную кровь, а углекислого газа – в обратном направлении. Легкие выполняют и другие функции: здесь происходят метаболизм некоторых веществ, фильтрация и удаление вредных продуктов из кровотока и депонирование крови. Главная их задача – газообмен.

хом (альвеолярно-капиллярный барьер) чрезвычайно тонок, а поверхность его составляет 50-100 м2. Таким образом, по своим характеристикам этот барьер вполне подходит для газообмена.

Колоссальная диффузионная поверхность – мельчайшие кровеносные сосуды (капилляры) оплетают громадное число маленьких воздушных мешочков – альвеол (рис. 2).

В легких человека около 300 миллионов альвеол, а диаметр каждого из них составляет 1/3 мм. Огромная диффузионная поверхность в легких обусловлена разделением сферических аль-

5

веол на колоссальное число субъединиц. Альвеолы – не сферы, а многогранники, и не вся поверхность участвует в диффузии.

Газы доставляются к альвеолярно-капиллярному барьеру по дыхательным путям, а кровь (с другой стороны) – по кровеносным сосудам.

Морфофункциональная характеристика дыхательного аппарата

Изучая легкие человека под электронным микроскопом после раздувания их в физиологических пределах и фиксации (рис. 3), Э.Р. Вейбель (1970) рассчитал, что от трахеи до концевых дыхательных единиц (альвеол) дыхательные пути дихотомически ветвятся (раздваиваются) в 23 раза. Первые 16 «поколений» дыхательных путей – бронхи и бронхиолы – выполняют проводящую функцию (кондуктивная зона). Главное их значение состоит в подведении вдыхаемого воздуха к газообменной поверхности легких. Поскольку в проводящих воздухоносных путях нет альвеол, то они не могут участвовать в газообене, их называют анатомическим мертвым пространством. Объем его составляет

150 мл.

«Поколения» 17-22 – респираторные бронхиолы и альвеолярные ходы содержат единичные альвеолы или группы альвеол и составляют переходную (транзитную) зону. 23-е «поколение» целиком состоит из альвеолярных мешочков с альвеолами (дыхательная, или респираторная, зона). Общая площадь поперечного сечения дыхательных путей по мере ветвления возрастает более чем в 4,5 тыс. раз.

В респираторной зоне легких две среды – газовая и жидкостная – разграничены тканями, образующими пути, по которым движется воздух (дыхательные пути, альвеолы) и протекает кровь (капилляры малого круга кровообращения). Легочная паренхима и эндотелий капилляров образуют поверхность газообмена, или альвеолокапиллярный барьер. Его общая площадь достигает 80 м2, т.е. примерно в 50 раз превышает поверхность тела человека. Толщина барьера – около 0,5 мкм.

6

В легких новорожденного ребенка насчитывается всего 30 млн альвеол, однако за первые восемь лет жизни их число возрастает в 10 раз и к восьми годам достигает количества, наблюдающегося у взрослого. В дальнейшем происходит только увеличение размеров альвеол.

Рис. 3. Упрощенная схема воздухоносных путей человека по Вейбелю. Видно, что к проводящей зоне легких относятся дыхательные пути 0-16 порядков (П), а к дыхательной (или переходной и дыхательной) зоне – 17-23 порядков: БР – бронхи; БЛ – бронхиолы; КБЛ – конечные бронхиолы; ДБЛ – дыхательные бронхиолы; АХ – альвеолярные ходы; А – альвеолы

7

Легочное кровообращение

Легочные кровеносные сосуды, как и бронхи, представляют собой ветвящиеся трубочки – сначала легочная артерия делится до капилляров, а затем они вновь объединяются в легочные вены. Вначале артерии, вены и бронхи идут вместе, однако в периферических отделах легких вены отделяются и проходят между дольками, тогда как артерии и бронхи следуют рядом к центру долек. Капилляры образуют в стенках альвеол густое сплетение и имеют диаметр около 10 мкм, т.е. сечение их приближается к нижнему пределу прохождения эритроцитов. Отдельные капилляры настолько коротки, что их густая сеть образует в стенке альвеол почти непрерывный слой крови, что чрезвычайно выгодно с точки зрения газообмена. Обычно на поперечном сечении в световом микроскопе различимы в основном эритроциты в капиллярах, что дает представление об огромной поверхности соприкосновения между кровью и альвеолярным газом, разделенным только тонким барьером.

Каждый эритроцит находится в капиллярной легочной сети в течение 3-4 с. По-видимому, за это время он проходит через 2- 3 альвеолы. Легкие по своему строению настолько хорошо приспособлены к газообмену, что даже такого короткого промежутка времени достаточно для установления полного равновесия по кислороду и углекислому газу между альвеолярным воздухом и капиллярной кровью.

В легких существуют бронхиальные сосуды, снабжающие кровью проводящие воздухоносные пути вплоть до конечных бронхиол. Большая часть этой крови оттекает от легких по легочным венам. Кровоток в бронхиальной системе гораздо меньше, чем в легочных сосудах, поэтому легкие вполне могут функционировать без нее.

Удаление пылевых частиц

Легкие с их огромной суммарной площадью (50-100 м2) представляют собой самую большую поверхность организма, соприкасающуюся с окружающей средой. В дыхательной системе существуют различные механизмы удаления пылевых час-

8

тиц. Крупные частицы задерживаются в носу, более мелкие оседают в проводящих воздухоносных путях и удаляются с восходящим током слизи, непрерывно несущим всякого рода загрязнения к надгортаннику, где они проглатываются.

Слизь вырабатывается слизистыми железами и бокаловидными клетками в стенках бронхов и оттекает вверх благодаря ритмичным движениям миллионов тонких ресничек, работа которых парализуется некоторыми вдыхаемыми токсинами.

В альвеолах ресничек нет, и осаждаемые здесь пылевые частицы поглощаются крупными подвижными клеткамимакрофагами, после чего загрязняющие вещества удаляются через лимфатические или кровеносные сосуды. В защите легких от инородных веществ участвуют также лейкоциты крови.

ВЕНТИЛЯЦИЯ

Механизм вдоха

Вентиляция альвеол (внешнее дыхание), т.е. обмен воздуха между альвеолами легких и внешней средой, осуществляется в результате ритмических дыхательных движений грудной клетки, т.е. благодаря чередованию вдоха и выдоха.

При вдохе объем грудной клетки и находящихся в ней легких увеличивается; при этом давление в них понижается и атмосферный воздух, насыщенный кислородом, через воздухоносные пути входит в легочные альвеолы. А при выдохе объем грудной клетки, а следовательно легких, уменьшается, что приводит к повышению давления в альвеолах, и воздух, бедный кислородом, но богатый углекислым газом выходит из легких наружу.

Таким образом, передвижение воздуха во время вдоха и выдоха обусловлено попеременным увеличением и уменьшением размеров грудной клетки.

Акт вдоха (инспирация) совершается вследствие увеличения объема грудной полости в трех направлениях – вертикальном, сагиттальном и фронтальном. Это происходит за счет двух механизмов: поднятия ребер и опускания (уплощения) диафрагмы (рис. 4).

9