2 курс / Нормальная физиология / Физиология_дыхательной_системы_

4.а, в.

5.60 мл/мин∙мм рт. ст.

7.в.

8.в.

IV. 1. Примерно в 6 раз.

2.Примерно равное альвеолярному; а.

3.2,4 мм рт. ст./л∙мин.

4.Вовлечение и расширение легочных сосудов.

5.а) сужаются внеальвеолярные сосуды;

б) вероятно, сужаются легочные капилляры.

6.а, в.

7.7,5 л/мин.

8.Разность между давлением в легочной артерии и альвеолярным давлением.

9.б (главным образом).

10.а, б.

11.а, б.

3.а) да; б) да; в) нет.

4.б.

5.а, в.

6.а, б, в, г.

7.а.

8.а, в.

VI. 1. Да.

2. а) нормальным; б) пониженным; в) пониженным.

100

3. а, в, г.

4. а) в виде бикарбонатов; б) в виде бикарбонатов.

5.б.

6.б, в.

7.Да; нет.

8.Частично компенсированный дыхательный ацидоз; метаболический ацидоз.

9.При отравлении СО:

а) понижается; б) понижается.

При отравлении цианидом: а) повышается; б) повышается.

VII. 1. а.

2.б.

3.Давление в пузырьке Y будет втрое больше.

4.г.

5.б.

6.б.

7.В 81 раз.

8.Увеличивается.

9.В обоих случаях альвеолярное.

10.б.

11.Потому что бронхи растягиваются окружающей их паренхимой и их просвет увеличивается.

12.в.

13.Х.

14.Часто и поверхностно.

VIII. 1. Апнейзисы (длинные судорожные вдохи).

2.б.

3.а, в.

4.Артериальной; нет.

5.Главный стимулятор дыхания у таких больных – гипоксемия, так как рН спинномозговой жидкости (СМЖ) у них возвращается к норме, а рН артериальной крови также почти нор-

101

мализуется. Поэтому дыхание чистым кислородом приводит к угнетению вентиляции.

6.б.

7.а, б.

8.а, б.

IX. 1. 7,32; сначала рН СМЖ возрастает, так как Ро2 в ней снижается; затем в СМЖ уменьшается концентрация бикарбонатов и ее рН возвращается к нормальному уровню.

2.Гипервентиляция, (возможно) полицитемия, увеличение числа капилляров в тканях, изменение активности внутриклеточных окислительных ферментов.

3.Потому что сумма парциальных давлений дыхательных газов в венозной крови меньше, чем у попавшего в плевральную щель воздуха.

4.Уменьшается опасность декомпрессионной болезни и глубинного наркоза, кроме того, из-за низкой плотности газовой смеси снижается работа дыхания.

5.Потому что могут возникнуть судороги, связанные с токсичным действием О2 на ЦНС.

6.Для крупных частиц – соударение; для средних частиц – оседание; для мелких – диффузия; поглощаются макрофагами и далее удаляются через лимфатические и кровеносные сосуды.

7.Потому что скорость диффузии СО2 в воздухоносных путях дыхательной зоны мала.

8.Повышение давления в левом предсердии в связи с увеличением легочного кровотока; снижение давления в правом предсердии в связи с прекращением кровотока по пупочным венам.

Х. 1. а) Объем воздуха, удаляемый из легких за 1 с при форсированном выдохе после максимального вдоха;

б) усредненный расход воздуха, измеренный за «среднюю» половину форсированного выдоха (т.е. от 25 до 75% выдыхаемого объема).

2. Увеличение сопротивления дыхательных путей и снижение эластической тяги легких.

102

3.В плохо вентилируемых альвеолах содержание N2 сравнительно велико, а поскольку у них большая постоянная времени заполнения, то они и дольше опустошаются.

4.С помощью уравнения альвеолярного газа, в которое введено значение Рсо2 в артериальной крови:

5.Гиповентиляция, неравномерность вентиляционно-перфу- зионных отношений, нарушение диффузии, шунты; первые две.

6.Поскольку при этом уменьшается количество воздуха, поступающее в участки с большой постоянной времени заполнения.

7.Поскольку в верхние отделы легких поступает меньше

кислорода, концентрация N2 в них выше. Поэтому к концу выдоха, когда закрываются воздухоносные пути нижних отделов, концентрация N2 в выдыхаемом воздухе резко возрастает.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1.Человеку необходимо пройти по дну водоема. В такой ситуации, если отсутствуют специальные приспособления, дышат через трубку, конец которой выходит из воды. Имеются три трубки. Длина каждой 1 м, а внутренний диаметр соответственно равен 68, 30, 5 мм. Какую трубку нужно использовать? Обоснуйте Ваш ответ соответствующим расчетом.

2.Около тридцати лет назад была раскрыта причина болезни новорожденных, которые умирали сразу же после рождения, будучи не в состоянии сделать вдох. Разгадка была найдена, когда начали сравнивать гомогенаты из ткани легких таких детей

идетей, умерших от других причин. В этих гомогенатах измеряли и сравнивали между собой некоторый физико-химический показатель. Что это за показатель и о чем говорит изменение его величины?

3.При сужении дыхательных путей течение воздуха становится турбулентным. Это требует значительных затрат энергии

ибольному трудно дышать. Состояние улучшается, если воздух заменить кислородно-гелиевой смесью (в ней вместо азота содержится такое же количество гелия). Объясните причину улучшения состояния больных.

103

4.Чемпионы по нырянию погружаются на глубину до 100 м без акваланга и возвращаются на поверхность за 4-5 мин. Почему у них не возникает кессонная болезнь?

5.Известны патологические состояния, связанные с ухудшением диффузии кислорода через альвеолярно-капиллярную мембрану. Этого не наблюдается в отношении диффузии углекислого газа. Почему?

6.У здорового жителя горного района обнаружено повышенное содержание эритроцитов в крови. Можете ли Вы сказать, на какой примерно высоте находится этот район?

7.При содержании в крови всего 0,3% кислорода его напряжение соответствует парциальному давлению этого газа в альвеолярном воздухе и, следовательно, устанавливается равновесие. Тем не менее в кровь продолжает поступать значительное количество кислорода. С чем это связано?

8.На вопрос «в чем заключается функция дыхательного центра?» некоторые студенты отвечают, что «он посылает импульсы в легкие». Это, конечно, неверно. Дыхательный центр посылает нервные импульсы в дыхательные мышцы – диафрагму и межреберные мышцы. А правильно ли утверждение «дыхательный центр связан с легкими»?

9.В опыте на курарезированном кролике осуществляют искусственное дыхание (почему?). Однако экспериментатор не может знать истинные потребности организма в кислороде в каждый данный момент. Можно ли поставить эксперимент так, чтобы искусственное дыхание было оптимальным (точно соответствовало потребностям организма)? Чисто технические трудности во внимание не принимать.

10.Если у новорожденного при перевязке пуповины затягивать лигатуру очень медленно, то первый вдох может не наступить, и ребенок погибнет. Почему?

11.Если изолировать продолговатый мозг, сохранив его кровообращение, будет ли в этих условиях продолжать работать дыхательный центр? Прежде чем приступить к решению, попробуйте сформулировать поставленный вопрос иначе. Обоснуйте Ваш ответ и его экспериментальные доказательства.

12.При хроническом отравлении угарным газом (СО) человек почувствовал слабость, быструю утомляемость. Он обратил-

104

ся в больницу. При обследовании у него определили показатели внешнего дыхания (они оказались в пределах нормы) и показатели кислородного состояния артериальной крови – содержание О2, физически растворенного в плазме О2 и Ро2. Что произойдет с этими показателями (увеличатся, уменьшатся или существенно не изменятся) и почему?

13.Объясните, почему выдыхаемый воздух по сравнению с

альвеолярным воздухом имеет более высокое содержание О2 и более низкое содержание СО2.

14.В результате локальной травмы позвоночника у человека, нырявшего в реку, произошло выключение грудного дыхания при сохранении диафрагмального дыхания и функций мышц рук. Какие сегменты спинного мозга при этом поражены?

РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

1.Чем отличаются трубки в связи с разными их диаметрами? Объемами находящегося в них воздуха. Значит, каждая трубка по-разному увеличивает анатомическое мертвое пространство. Объем первой трубки около 3,6 л. Такое мертвое пространство нельзя преодолеть даже при самом глубоком вдохе. Выбор этой трубки обрекает человека на удушье (емкость максимального вдоха 3-3,5 л). Объем второй трубки около 600 мл. Такое дополнительное вредное пространство можно преодолеть, если дышать глубоко и редко, используя резервный объем вдоха. Наконец, объем третьей трубки совсем невелик. Но из-за малого ее диаметра воздух при дыхании будет двигаться очень быстро, трение его резко возрастет, что значительно затруднит дыхание. Поэтому оптимальный диаметр у второй трубки.

2.Речь идет о физико-химическом факторе, затрудняющем растяжение легких. Это поверхностное натяжение, возникающее на границе между воздухом, заполняющим альвеолу, и тонким слоем жидкости на ее стенках. На седьмом месяце беременности при нормальном развитии плода в его легких начинает синтезироваться сурфактант – вещество, снижающее поверхностное натяжение. Если сурфактант не синтезируется в достаточном количестве, то новорожденный не может дышать из-за очень большого сопротивления альвеол. Поверхностное натяжение в гомогенатах ткани легких при этом резко увеличивается.

105

3. Рассмотрим эту задачу более подробно. Если смесь ки- слородно-азотная, то дышать трудно, если кислородногелиевая – легче. Чем отличается гелий от азота? Химические отличия нас не интересуют, так как в организме оба газа ни в какие реакции не вступают. Каковы их физические различия? Гелий в три с лишним раза легче, растворимость его ниже, чем у азота. Какое из этих различий играет решающую роль? Выше уже говорилось, что для ответа на подобный вопрос необходимо иметь соответствующую информацию и опыт использования правила АР.

Если Вы внимательно проанализировали условие задачи, то, очевидно, пришли к выводу, что дыхание кислородно-гелиевой смесью переводит турбулентное течение в ламинарное. Почему? Вот здесь и необходима дополнительная информация. Существует так называемое число Рейнольдса. Это безразмерная величина, выше которой течение турбулентное, а ниже – ламинарное. Ее формула:

Re dRV ,

где V – скорость потока, R – радиус сосуда, d – плотность газа (жидкости), µ – вязкость. Плотность гелия в три раза меньше, чем азота. Следовательно, и число Рейнольдса для кислородногелиевой смеси в три раза уменьшается и становится ниже критической величины. Течение воздуха переходит в ламинарное и больному легче дышать.

4.В чем различие между быстрым поднятием на поверхность водолаза и ныряльщика? Водолаз на большой глубине дышит воздухом под большим давлением. В связи с этим газы, в том числе азот, усиленно растворяются в крови и бурно выделяются из нее при быстром поднятии. Ныряльщик же во время погружения вообще не дышит. Поэтому и не могут возникнуть явления кессонной болезни при быстром поднятии.

5.Углекислый газ хорошо растворяется в липидах и поэтому быстро диффундирует через мембрану (в 20-25 раз быстрее,

чем кислород). Поэтому некоторое замедление диффузии СО2 не может существенно сказаться на эффективности газообмена (в отличие от кислорода).

106

6.Увеличение количества эритроцитов носит в данном случае компенсаторный характер, так как в горах уменьшено парциальное давление кислорода в атмосфере. Однако насыщение гемоглобина кислородом начинает существенно снижаться только при падении парциального давления кислорода ниже 600 мм рт. ст. Такое давление соответствует высоте над уровнем моря 2-3 км. В связи с этим признаки гипоксии и развитие компенсаторных реакций (в частности, усиление эритропоэза) будут возникать на высоте 3-4 км и более.

7.Построим систему захвата кислорода кровью. В ней три элемента: кислород воздуха – плазма крови – гемоглобин. Если упустить из виду последний элемент, задачу решить невозможно. Если учитывать его, то все становится на место. При отсутствии гемоглобина равновесие действительно установилось бы при очень низком содержании кислорода в крови. На самом же деле физически растворившийся в крови кислород сразу уходит из плазмы, связываясь с гемоглобином. В кровь диффундируют новые порции кислорода и окончательное равновесие наступит только после того, как гемоглобин полностью насытится кислородом.

8.Связь – это передача информации. Она может происходить как в центробежном, так и в центростремительном направлениях. Дыхательный центр не имеет прямой связи с легкими, но имеет обратную, так как получает по волокнам блуждающих нервов информацию от рецепторов, реагирующих на растяжение легких, и изменяет свою работу в зависимости от этой информации.

9.Сравним две системы. Естественная система: хемо- и механорецепторы – афферентные пути – дыхательный центр – эфферентные пути (диафрагмальный нерв и ретикулоcпинальный путь) – дыхательные мышцы – легкие – газообмен. Искусственная система: блок управления аппаратом искусственного дыхания (АИД) – меха АИД – воздуховоды АИД – легкие – газообмен.

Таким образом, главное различие в том, что дыхательный центр посылает импульсы к дыхательным мышцам на основании переработки многочисленной информации, поступающей от рецепторов организма, а АИД такой информации не имеет. Поэтому искусственное дыхание не является оптимальным, так как мы не знаем истинных потребностей организма в кислороде в

107

каждый данный момент. Для решения задачи нужно посылать необходимую информацию в блок управления АИД (технически это осуществимо). Откуда же брать такую информацию: с афферентных путей, из дыхательного центра или с эфферентных путей? Лучше всего последнее (почему?). В опыте отводили биопотенциалы от диафрагмального нерва и использовали их для управления специально сконструированным АИД. Это пример биоуправления, когда техническое устройство управляется информацией, поступающей от биологического объекта.

10.Среди факторов, обеспечивающих начало самостоятельного дыхания новорожденного, важную роль играет прекращение поступления крови из организма матери. Это приводит к

накоплению СО2 и уменьшению количества кислорода в крови плода, потому что собственные легкие еще не работают. Теперь

применим правило АР. При быстрой перевязке накопление СО2 идет скачкообразно. При очень медленной перевязке связь с ор-

ганизмом матери прекращается медленно и накопление СО2 идет медленно. Вспомним закон крутизны нарастания раздражителя и получим ответ.

11.Если изолированный орган (например, сердце) способен

ксамовозбуждению, значит, он обладает автоматией. Поэтому сущность вопроса в следующем: «обладает ли дыхательный центр автоматией?». Ответ, как мы знаем, положительный. Клетки дыхательного центра могут возбуждаться под влиянием углекислого газа, который образуется в ходе собственного метаболизма. Общий принцип исследования процесса возбуждения – регистрация биопотенциалов. Впервые автоматию дыхательного центра обнаружил И.М. Сеченов, который установил ритмическую активность продолговатого мозга лягушки.

Таким образом, рефлекторные и гуморальные воздействия на дыхательный центр не вызывают его деятельность, а лишь поддерживают и изменяют ее.

12.При отравлении СО происходит образование карбоксигемоглобина, который не может присоединить кислород, в связи с этим содержание кислорода в крови снижается, поскольку по-

казатели внешнего дыхания существенно не изменены, то Ро2 и количество физически растворенного О2 в артериальной крови, отражающие уровень легочной вентиляции, тоже не изменятся.

108

В этом трагедия отравления СО: нарастающее снижение поступления кислорода в головной мозг некоторое время субъективно не воспринимается, так как основной раздражитель для сосудистых хеморецепторов – Ро2 крови – остается в норме. Внезапно возникающая потеря сознания не позволяет человеку покинуть место поражения.

13.Выдыхаемый воздух представляет собой смесь альвеолярного воздуха и воздуха мертвого пространства, последний из

них по содержанию О2 и СО2 равен атмосферному воздуху, т.е. в нем значительно больше О2 и меньше СО2, чем в альвеолярном воздухе.

14.При данной травме сохранение моторных центров диа-

фрагмы (сегменты С2-5) и мышц рук (С5-7) и выключение моторных центров межреберных мышц свидетельствует о поражении серого вещества и проводящих путей на уровне сегмента С8.

109