94247 (Фізіологія дихання, енергетичного обміну, терморегуляції)

фізіологія дихання, енергетичного обміну, терморегуляції.

1. Загальна характеристика системи дихання. Основні етапи дихання. Біомеханіка вдиху і видиху.

Дихання – процес обміну газів (О₂ та СО₂) між атмосферним повітрям та тканинами організму.

СИСТЕМА ДИХАННЯ

ВИКОНАВЧІ ОРГАНИ

МЕХАНІЗМИ РЕГУЛЯЦІЇ

Грудна клітина

Нервові

Гуморальні

Дихальні м’язи

Плевра

Забезпечення оптимального газообміну між атмосферним повітрям та тканинами організму.

Повітроносні шляхи

Легені

Кров

Система кровообігу

Тканини

До виконавчих органів системи дихання відносять:

Грудна клітина – жорсткий каркас, який захищає легені. Рух грудної клітки забезпечує здійснення вдоху та видоху – елементарних актів, які забезпечують вентиляцію легень та оновлення газового складу повітря.

Дихальні м’язи – за рахунок їх скорочення та розслаблення відбуваються рухи грудної клітки вдох та видох.

Дихальні м’язи можна поділити на дві групи:

а) ті, які забезпечують здійснення спокійного дихання, а саме спокійний вдох: це зовнішні реберні м’язи та діафрагма – при їх скороченні спокійний вдох; при їх розслабленні спокійний видох;

б) ті, що підключаються до роботи під час форсованого (глибокого) дихання:

- допоміжні (додаткові) м’язи вдоху – великі та малі грудні м’язи, драбинчасті, трапецієподібні, підіймач лопатки, підіймач ануса.

- допоміжні (додаткові) м’язи видоху – м’язи живота (черевного пресу) та середні міжреберні.

Плевра та плевральна порожнина, яка утворюється її двома листками – герметичність плевральної порожнини є необхідною умовою для вдоху та видоху.

Повітроносні (дихальні) шляхи – порожнина носа та пазухи, носоглотка, гортань, трахея, головні бронхи та всі їх генерації (20-25). Вони вентилюються при кожному вдосі, але не беруть участі в газобміні. Тому об’єм дихальних шляхів називають “анатомічним мертвим простором”. Його об’єм у дорослої людини складає 150 мл.

Легені – в альвеолах легень здійснюється газообмін між повітрям, який в них занходиться (альвеолярне повітря, склад якого постійно поновлюється шляхом вдоху та видоху) і венозною кров’ю, яка притікає до легень по артеріальним судинам малого кола кровообігу. Проходячи по капілярам легень венозна кров перетворюється на артеріальну.

Кров – гази (О₂, СО₂), що входять до її складу транспортуються від легень до тканин (О₂) та в протилежному напрямку (СО₂).

Система кровообігу – забезпечують транспорт (рух) крові.

Тканини – утилізують (використовують) О₂ та утворюють СО₂.

Дихання – складний процес і його поділяють на ряд етапів:

1. Зовнішнє дихання – обмін газами між атмосферним та альвеолярним повітрям, що здійснюється шляхом чергування вдоху та видоху.

2. Дифузфя газів в легені – перехід О₂ із альвеолярного повітря в кров і СО₂ – в протилежному напрямку за градієнтом парціального тиску цих газів в альвеолярному повітрі та їх напруженням в крові.

3. Транспорт газів кров’ю.

4. Дифузія газів в тканинах.

5. Тканинне дихання.

Існує уявлення про систему зовнішнього дихання.

СИСТЕМА ЗОВНІШНЬОГО ДИХАННЯ

ВИКОНАВЧІ ОРГАНИ

МЕХАНІЗМИ РЕГУЛЯЦІЇ

Забезпечення постійного газового складу альвеолярного повітря незалежно від зовнішніх умов.

До виконавчих органів належать органи 1-5. За рахунок зміни кількості м’язів, що забезпечують вдих та видих, сили їх скорочення і розслаблення змінюється глибина і частота дихання – зміна вентиляції легень – забезпечення сталого складу альвеолярного повітря. Цей результат дуже важливий, оскільки у здорової людини при проходженні крові через капіляри легень відбувається практично повне вирівнювання складу газів у альвеолах та крові. Тому постійність газового складу альвеолярного повітря є умовою сталості газового складу артеріальної крові – газовий гомеостаз.

Зовнішнє дихання здійснюється завдяки ритмічному чергуванню вдиху і видоху. Біомеханіка спокійного дихання:

1. Спокійний вдих – активний акт, тобто пов’язаний зі скороченням м’язів спокійного вдиху (зовнішні міжреберні та діафрагма).

Скорочення зовнішніх міжреберних м’язів супроводжується підняттям ребер – збільшення розмірів грудної клітки в передньо-задньому та боковому напрямках. Нижні ребра підтягуються до верхніх завдяки характерному ходу волокон – сила, що діє на обидва ребра однакова, але момент сили, що діє на нижнє ребро, більший.

Скорочення діафрагми супроводжується її сплощенням – органи черевної порожнини зміщуються донизу, а грудна клітка збільшує свій розмір у верхньо-нижньому напрямку. Роль діафрагми у здійсненні спокійного дихання більша, ніж у міжреберних м’язів – вона зміщується вниз лише на 1 см, але забезпечує 2/3 ємності спокійного вдиху. При форсованому дихані вона може зміщуватися вниз на 10 см. У більшості людей в спокої переважає діафрагмальне дихання як більш ефективне. Проте за деяких станів (вагітність, метеоризм) діафрагмальне дихання утруднене і тоді переважає реберне дихання.

Збільшення ємкості грудної клітки за рахунок скорочення м’язів вдиху супроводжується зниженням внутрішньоплеврального тиску (від -5 мм водн.ст до -7...-8 мм водн.ст). Тобто внутрішньопелвральний тиск від’ємний вже у стані видиху (нижче атмосферного), а при вдосі стає ще більш негативним. Це призводить до збільшення транспульмонального тиску (різниця тисків у альвеолах та плевральній порожнині) і легені розширюються. При цьому тиск в альвеолах стає на 2-3 мм водн. ст. нижче атмосферного і повітря за градієнтом тиску надходить в альвеоли – здійснюється вдих.

Тобто, послідовність дій при вдосі така: скорочення дихальних м’язів збільшення розмірів грудної клітки падіння тиску в плевральній порожнині (підвищення ступеня негативного тиску) підвищення транспульмонального тиску розширення легень зниження тиску в альвеолах рух атмосферного повітря в альвеоли за градієнтом тиску вдих.

2. Біомеханіка спокійного видиху принципово відрізняється від біомеханіки спокійного вдоху тим, що видих проходить пасивно. Послідовність дій при видосі така: розслаблення м’язів вдоху опускання ребер (під дією сили тяжіння, сил еластичної деформації хрящів, зв’язок, підняття діафрагми) внаслідок різниці тиску в черевній та грудній порожнині зменшення об’єму грудної клітки підвищення тиску в плевральній порожнині (зменшення ступеня негативності цього тиску, але він все ще залишається негативним – близько -5 см водн. ст.) зменшення транспульмонального тиску зменшення об’єму легень підвищення тиску в альвеолах до +2 см. водн. ст.) рух повітря із альвеол в атмосферу видих.

Звертає на себе увагу той факт, що тиск в плевральній порожнині при спокійному диханні залишається негативним навіть при видосі. Причиною наявності негативного внутрішньоплеврального тиску є еластична тяга легень – сила, яка примушує легені спадатись (зменшуватись в об’ємі). Ця сила зумовлює зменшення об’єму легень, а тиск в плевральній порожнині за рахунок цього стає негативним.

2. Еластична тяга легень, негативний внутрішньоплевральний

тиск.

Еластична тяга легень є сумою трьох сил:

1) сила поверхневого натягу шару рідини (води), яка вистеляє альвеоли зсередини. Це основна сила, яка примушує альвеоли зменшувати свій розмір (а легені спадатися); вона складає 2/3 від всієї еластичної тяги легень.

2) сила напруження еластичних волокон, що входять до складу легеневої тканини.

3) тонус бронхіальної мускулатури – чим він вищий, тим вужчі дихальні шляхи і тим більший аеродинамічний опір, який дихальні шляхи надають руху повітря. При цьому еластична тяга легень збільшується.

В легенях існує спеціальний механізм, який зменшує силу поверхневого натягу альвеол. Він полягає в синтезі пневмоцитами ІІ типу сурфактанту – поверхнево-активної речовини (ПАР). Сурфактант вистелає альвеоли зсередини (на кордоні з повітряним середовищем). Сили взаємного відштовхування, які існують між молекулами сурфактанту, зменшують силу поверхневого натягу води. Сурфактант – речовина фосфоліпідної природи, виконує функції ПАР декілька годин, після чого потребує заміни. Речовини, що необхідні для синтезу сурфактанту, надходять до пневмоцитів з током крові, тому його вироблення порушується при порушенні кровопостачання легень.

Питома активність сурфактанту (тобто, його властивість зменшувати силу поверхневого натягу) залежить від товщини його шару на поверхні альвеоли – чим більша його товщина, тим більша питома активність. Тому, при зменшенні об’єму альвеоли сурфактант в більшій ступені знижує силу поверхневого натягу (товщина його шару збільшується) попередження повного спадання альвеоли. При розтягненні альвеоли товщина шару сурфактанту зменшується зниження його питомої активності підвищення сили поверхневого натягу попередження перерозтягу альвеол.

Таким чином, за рахунок зміни питомої активності сурфактанту при зміні розміру альвеол, здійснюється саморегуляція цього розміру стабілізація альвеол.

Окрім основної функції сурфактант виконує ще й додаткові, такі як:

• зменшує роботу дихальних м’язів;

• попереджує випотівання рідини з альвеоли;

• очищає альвеоли (в звичайних умовах молекули сурфактанту рухаються по поверхні альвеол в напрямку до їх гирла).

3. Зовнішнє дихання. Показники зовнішнього дихання та їх оцінка.

ПОКАЗНИКИ ЗОВНІШНЬОГО ДИХАННЯ

СТАТИЧНІ

ДИНАМІЧНІ

ОБ’ЄМИ

ЧДР, ХОД, АВЛ, КВЛ, МВЛ, КРД, РД

ЄМНОСТІ

ДО, РОвд, РОвид, ЗО

ЖЄЛ, Євд, ФЗЄ, ЗЄЛ

Характеризують реалізацію резервів зовнішнього дихання в умовах спокійного та форсованого дихання

Характеризують резерви (можливості) звнішнього дихання

Основними методами дослідження показників зовнішнього дихання є спірометрія та спірографія.

С пірографія – метод графічної реєстрації дихальних рухів (в умовах спокійного та форсованого дихання). Спірограма має такий вигляд:

Статичні показники зовнішнього дихання:

І. Об’єми:

1. ДО – дихальний об’єм – той об’єм повітря, який людина вдихає і видихає при спокійному диханні.

2. РО вдиху – резервний об’єм вдиху – той об’єм повітря, який людина може вдихнути при максимально глибокому вдосі понад ДО.