загрузка...

БИОЛОГИЯ ДЛЯ ПОСТУПАЮЩИХ В ВУЗЫ

ОРГАНЫ, СИСТЕМЫ И АППАРАТЫ ОРГАНОВ

 

ВНУТРЕННИЕ ОРГАНЫ

 

ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

 

ФУНКЦИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

 

Дыхание - это процесс вентиляции легких и газообмена, сопровождающийся поглощением кислорода и выделением углекислого газа. Дыхательная система выполняет важнейшую функцию - газообмен, без которого невозможна жизнь, ибо превращение энергии в организме происходит в результате окислительного распада питательных веществ с участием кислорода. Удаление углекислого газа - одного из конечных продуктов дыхательного обмена - еще одна важнейшая функция газообмена. Перенос кислорода в организме включает следующие этапы: легочное (внешнее) дыхание - поступление кислорода в альвеолы (легочная вентиляция) и диффузия кислорода из альвеол в кровь капилляров малого круга; транспорт кислорода кровеносной системой; тканевое дыхание - диффузия кислорода из капилляров в ткани.

Удаление и выведение углекислого газа происходит в обратном порядке. Легочное дыхание осуществляется путем чередования вдоха, во время которого атмосферный воздух, насыщенный кислородом, поступает в альвеолы, и выдоха, при котором воздух, обогащенный углекислым газом, удаляется в окружающую среду.

Вдох осуществляется благодаря сокращению главных (наружных межреберных мышц и диафрагмы) и вспомогательных дыхательных мышц (грудино-ключично-сосцевидная, большая и малая грудные, и лестничные). В акте выдоха участвуют внутренние межреберные мышцы и диафрагма (главные), а также мышцы брюшного пресса.

Выдох осуществляется при расслаблении мышц вдоха и сокращении мышц выдоха (внутренние межреберные мышцы, мышцы передней брюшной стенки). Приподнятая и расширенная при вдохе грудная клетка в силу своей тяжести и при действии ряда мышц живота опускается. Мышцы воздействуют на реберно-позвоночные суставы, поднимая и опуская ребра. Диафрагма уплощается во время вдоха и поднимается во время выдоха (куполы выдаются в грудную клетку). В зависимости от преобладания при дыхании поднятия ребер или уплощения диафрагмы различают грудной (реберный) и брюшной (диафрагмальный) тип дыхания. Первый тип преобладает у женщин, второй у мужчин. Однако с возрастом в связи с уменьшением подвижности грудной клетки увеличивается роль брюшного дыхания. Брюшное дыхание преобладает у работников физического труда, певцов. У беременных женщин по мере увеличения срока беременности возрастает роль грудного дыхания.

Дыхательные движения передаются от грудной клетки к легким через плевральную полость, в которой давление меняется. Так, перед вдохом давление в плевральной полости 756 мм рт. ст., а во время выдоха оно увеличивается до 758 мм рт. ст. Иными словами, давление в плевральной полости отрицательное (атмосферное давление 760 мм рт. ст.). Вместе с тем, при нормальном вдохе давление снижается до 758 мм рт. ст, а при выдохе повышается до 762 мм рт. ст. При вдохе давление в легких понижается и становится ниже атмосферного (на 3-4 мм рт. ст.). Поэтому воздух через дыхательные пути из внешней среды устремляется в легкие.

При выдохе растянутые легкие благодаря своей эластичности уменьшаются в объеме. При этом давление в легких резко возрастает, и воздух покидает легкие. Так происходит выдох. При кашле, чиханье, быстром выдохе участвуют мышцы живота, брюшного пресса, ребра (грудная клетка) опускаются, диафрагма резко поднимается.

Легочная вентиляция меняется в зависимости от функционального состояния организма. Интенсивность легочной вентиляции определяется глубиной вдоха и частотой дыхательных движений. Ряд показателей определяют морфофункциональное состояние дыхательной системы. Одним из наиболее информативных показателей легочной вентиляции служит минутный объем воздуха (MOB), который оценивается по объему воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого за одну минуту. У взрослого здорового человека частота дыхания в покое составляет 12-16 в 1 мин., MOB - 6-10 л · мин-1 при работе он возрастает до 30 - 100 л · мин-1. В течение жизни человек делает около 700 млн вдохов и вдыхает 300 - 350 млн л воздуха.

Дыхательный объем — количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании (около 500 мл). Резервный объем вдоха — количество воздуха, которое человек может дополнительно вдохнуть после нормального вдоха (около 1500 мл). Резервный объем выдоха — количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха (около 1 500 мл). Остаточный объем — количество воздуха, остающееся в легких после максимального выдоха (около 1200 мл).

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. ЖЕЛ складывается из дыхательного объема и резервных объемов вдоха и выдоха. ЖЕЛ - один из важнейших показателей, позволяющих судить о подвижности легких и грудной клетки. ЖЕЛ зависит от возраста, пола, физической активности, размеров тела и т.д. После 40 лет ЖЕЛ уменьшается тем больше, чем меньше физическая активность человека. Как правило, у женщин ЖЕЛ на 20 - 25% меньше, чем у мужчин. Так, например, у «среднего» взрослого здорового мужчины в возрасте 20 - 30 лет ЖЕЛ составляет 4,8 л, у женщины - 3,6 л; в возрасте 50 - 60 лет соответственно 3,8 и 3,0 л. У молодого мужчины ЖЕЛ в норме можно определить по формуле: ЖЕЛ (л) = рост (м) х 2,5; у женщины ЖЕЛ (л) = рост (м) х 2,0.

Резерв вдоха — максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного выдоха. Функциональная остаточная емкость — количество воздуха, остающееся в легких после спокойного выдоха. Общая емкость легких — количество воздуха, содержащееся в легких на высоте максимального вдоха. Общая емкость легких равна сумме ЖЕЛ и остаточного объема.

Из 500 мл выдыхаемого воздуха (дыхательный объем) только 360 мл проходит в альвеолы и отдает кислород в кровь. Остальные 140 мл остаются в воздухоносных путях и в газообмене не участвуют. Поэтому воздухоносные пути называют «мертвым пространством».

Легочные объемы можно измерить с помощью спирометра. Наиболее распространен водный спирометр, который представляет собой цилиндр, помещенный дном кверху в резервуар с водой. Воздух, попавший в этот цилиндр, не сообщается с внешней средой, а сам цилиндр уравновешивается противовесом. Исследуемый берет в рот широкую трубку с загубником, которая соединена с пространством внутри цилиндра. Во время выдоха объем воздуха в цилиндре увеличивается, и он всплывает; при вдохе же цилиндр погружается. Эти перемещения могут быть измерены при помощи калиброванной шкалы или зарегистрированы посредством писчика на барабане кимографа (в последнем случае получают так называемую спирограмму). В настоящее время существует множество модификаций спирометра.

Газообмен в легких. В легких происходит газообмен между поступающим в альвеолы воздухом и протекающей по капиллярам кровью. Интенсивному газообмену между воздухом альвеол и кровью способствует малая толщина описанного аэрогематического барьера. Альвеолярный воздух - это воздух, находящийся в альвеолах, он отличается от атмосферного по концентрации содержащихся в нем газов. В покое поглощение организмом взрослого «среднего» человека кислорода из альвеолярного воздуха составляет от 250 до 300 мл мин-1, а выделение углекислого газа - от 200 до 250 мл мин-1. Кислород в процессе диффузии проходит из просвета альвеолы в кровеносные капилляры через аэрогематический барьер, плазму крови и мембрану эритроцита. Общее расстояние не превышает 5 мкм. CO2 диффундирует в обратном направлении. Диффузия осуществляется благодаря градиенту парциальных давлений O2 и СО2 в альвеолярном воздухе и в крови.

В таблице 25 представлены парциальное давление и концентрация газов в различных средах организма.

Транспорт газов кровью. Гемоглобин (Hb) представляет собой хромопротеид, молекула которого состоит из четырех полипептидных цепей, в состав каждой из них входитгем - протопорфирин, в центре которого находится ион двухвалентного железа. Содержание Hb в крови здорового взрослого человека составляет в среднем 158 г/л у мужчин и 140 г/л у женщин. Однако этот показатель колеблется в зависимости от возраста, состояния здоровья, географических условий (высота над уровнем моря) и т. д. Уменьшение содержания Hb ниже 130 г/л (мужчины) и 120 г/л (женщины) называется анемией (от греч. a, an - начальная часть слова со значением отрицания, haima - кровь). У здорового человека среднее содержание Hb в одном эритроците составляет около 31 · 1012 г (31 пг). Благодаря свойству гемоглобина вступать в соединение с кислородом и углекислым газом кровь способна поглощать эти газы в значительном количестве. В 100 мл артериальной крови содержится до 20 мл кислорода и до 52 мл углекислого газа. Одна молекула гемоглобина способна присоединить к себе четыре молекулы кислорода, образуя неустойчивое соединение оксигемоглобин. Известно, что 1 мл гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. В 100 мл крови содержится 15 г гемоглобина. Сразу после диффузии в эритроциты кислород связывается с гемоглобином, в результате чего образуется оксигемоглобин (НbО2), который диффундирует к центру эритроцита, при этом валентность железа не меняется. Один г гемоглобина связывает 1,34 мл О2.

 

Таблица 25

 

Парциальное давление и концентрация газов в различных средах (мм рт. ст.)

 

Среда

о2

со2

Вдыхаемый воздух

160 (21%)

0,3 (0,04%)

Выдыхаемый воздух

(16%)

(4,5%)

Альвеолы

105(14%)

40 (5,5%)

Артериальная кровь

105

40

Венозная кровь

40

45

Клетки

40

45

 

В тканях организма в результате непрерывного обмена веществ, интенсивных окислительных процессов расходуется кислород и образуется углекислый газ. При поступлении крови в ткани гемоглобин отдает клеткам кислород. Образовавшийся углекислый газ переходит (диффундирует) из тканей в кровь и присоединяется к гемоглобину. При этом образуется непрочное соединение - карбгемоглобин. Быстрому соединению гемоглобина с углекислым газом способствует находящийся в эритроцитах фермент карбоангидраза.

CO2 диффундирует из эритроцитов только после его освобождения из химической связи. Во время прохождения через легочные капилляры эритроциты захватывают кислород, и в них увеличивается напряжение О2, в то же время напряжение CO2 в крови снижается. Следует подчеркнуть, что у здорового человека напряжение дыхательных газов в крови становится практически таким же, как их парциальные давления в альвеолах. Окись углерода (СО) обладает гораздо большим сродством к гемоглобину, чем кислород (в 350 раз). Hb + СО <=> НЬСО (карбоксигемоглобин), распад которого происходит значительно медленнее, чем оксигемоглобина. Поэтому даже при малом содержании в воздухе окиси углерода (СО) гемоглобин соединяется не с кислородом, а с окисью углерода. При этом снабжение организма кислородом, его транспорт к клеткам, тканям нарушается, прекращается. Человек в этих условиях задыхается и может погибнуть из-за непоступления кислорода в ткани.

pH артериальной крови человека колеблется в узких пределах - от 7,37 до 7,43. В регуляции кислотно-щелочного равновесия участвует ряд механизмов: буферные свойства крови, газообмен в легких и выделительная функция почек.

Буферные системы, (от англ. to buff - смягчать толчки) - это совокупность веществ, сохраняющих постоянство pH крови. В первую очередь, к ним относится бикарбонатная система, которая состоит из относительно слабой угольной кислоты, образующейся при гидратации СО2, и сопряженного основания - бикарбоната:

Эта система тесно связана с дыхательной, которая, поддерживая постоянное напряжение CO2 в крови, обеспечивает высокое содержание буферных систем. Кроме того, буферную функцию выполняют фосфатная система, белки плазмы, буферные основания.

Напряжение О2 и СО2 в артериальной крови является основным, конечным результатом внешнего дыхания. Сложная работа дыхательной системы призвана приспосабливать внешнее дыхание к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды организма. Эта деятельность регулируется нервной системой. В продолговатом мозге расположены центры вдоха и выдоха. Попеременные раздражения нейронов этих центров обусловливают ритмичные чередования вдоха и выдоха. К дыхательным центрам постоянно поступают сигналы о степени растяжения легких. Вдох и выдох запускаются по принципу отрицательной обратной связи.

Важную роль в регуляции дыхания (также по принципу обратной связи) играют рН артериальной крови, напряжение в ней СО2 и О2. Так, например, увеличение напряжения С02в артериальной крови (гиперкапния) приводит к повышению минутного объема дыхания. Как правило, при этом возрастают как дыхательный объем, так и частота дыхательных движений. Если снижается рН артериальной крови по сравнению с нормальным уровнем, вентиляция легких увеличивается. Снижение напряжения О2 в артериальной крови (гипоксия) сопровождается увеличением вентиляции легких. При этом газы крови и рН могут воздействовать на нейроны дыхательных центров как непосредственно, так и путем возбуждения особых рецепторов - хеморецепторов, которые расположены в стенках некоторых крупных сосудов (общей сонной артерии, дуги аорты).

Физическая активность приводит к увеличению вентиляции легких, т. к. сокращающиеся мышцы используют больше кислорода. Кроме того, на дыхательные центры действуют сильные температурные воздействия, температура тела, различные гормоны, боль.






загрузка...
загрузка...