Канунникова Н.П., Башун Н.З. Основы анатомии и физиологии человека

Подождите немного. Документ загружается.

Определите показатели АД в покое и после 20 – 25 приседа-

ний.

Результаты: записать результаты измерения показателей АД

(систолического, диастолического и пульсового) до и после физи-

ческой нагрузки и оформить их в таблицу 6:

Таблица 6

Собственные показатели АД при разных физических

состояниях, мм рт.ст.

Выводы: дать оценку полученным данным, сравнив их с физи-

ологической нормой. Как можно объяснить некоторое несоответ-

ствие (если оно есть)? Как повлияла физическая нагрузка на пока-

затели АД? Объясните.

Показатели В покое После д озирован ной нагрузки

АД систолическ ое

АД диастолическое

АД пул ьсовое

ГЛАВА 4

ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

4.1. Сущность дыхания. Этапы дыхательного процесса.

Давление в плевральной полости.

Мертвое пространство

Дыхание – это совокупность физиологических процессов, обес-

печивающих поступление кислорода во внутреннюю среду орга-

низма, использование его для окисления органических веществ и

удаление из организма углекислого газа и конечных продуктов окис-

ления некоторых соединений и воды.

Процессы дыхательной системы:

1) внешнее, или легочное, дыхание (вентиляция легких), осу-

ществляющее газообмен между атмосферным и альвеолярным воз-

духом;

2) обмен газов в легких между альвеолярным воз духом и кровью;

3) транспорт газов к тканям и от них;

4) обмен газов между кровью капилляров большого круга кро-

вообращения и клетками тканей;

5) внутреннее, или клеточное, дыхание, о существляющее не-

посредственный процесс окисления органических веществ с осво-

бождением энергии, расходуемой в процессе жизнедеятельности.

Строение дыхательной системы человека, обе спечивающей

внешнее дыхание, представлено на рис. 2.

В результате деятельности системы внешнего дыхания кровь

обогащается кислородом и освобождается от углекислого газа.

Вентиляция легких осуществляется всле дствие разности давле-

ния между альвеолярным и а тмосферным воздух ом. При вдохе давле-

ние в альвео лах снижается (за счет расширения грудной клетки) и ста-

новится ниже а тмосферного: воздух из атмосферы входит в воздухо-

носные пути. При выдох е давление в альвеолах приб лижается к ат-

мосферному или даже становится выше него (при форсированном

выдо х е), что соответственно приво дит к удалению воздуха из альвеол.

Аппарат вентиляции состоит из 2 частей:

1) грудной клетки с дыхательными мышцами и 2) легких с

дыхательными путями.

Внешнее дыхание состоит из двух актов: вдоха (инспирация)

и выдоха (экспирация). Различают два режима дыхания:

1) спокойно е дыхание (частот а 12 – 18 дыхательных движе-

ний в мин);

2) форсированное дыхание (увеличение частоты и глубины

дыхания).

Спокойное дыхание. Акт вдоха совершается путем подъема

ребер межреберными мышцами и опускания купола диафрагмы.

Диафрагма – это наиболее сильная мышца вдоха, дает 2/3 объема

вдоха. При расслаблении мышц вдоха под действием эластических

сил грудной клетки и силы тяжести объем грудной клетки умень-

шается, вследствие чего происходит выдох (при спокойном дыха-

нии он происходит пассивно). Таким образом, дыхательный цикл

включает вдох, выдох и паузу.

Рис. 2. Дыхательная система человека (Сапин, 2001, см.1):

1 – полость рта, 2 – носовая часть глотки, 3 – мягкое небо, 4 – язык, 5 – ротовая

часть глотки, 6 – надгортанник, 7 – гортанная часть глотки, 8 – гортань,

9 – пищевод, 10 – трахея, 11 – верхушка легкого, 12 – верхняя доля левого

легкого, 13 – левый главный, бронх, 14 – нижняя доля левого легкого,

15 – альвеолы, 16 – правый главный бронх, 17 – правое легкое, 18 – подъязыч-

ная кость, 19 – нижняя челюсть, 20 – преддверие рта, 21 – ротовая щель,

22 – твердое небо, 23 – носовая полость

Различают грудной, брюшной и смешанный типы дыхания.

Г р у дной (или реберный) тип дыхания обеспечивается в основном за

счет работы межреберных мышц, а диафрагма смещается пассивно

по д действием грудного давления. При брюшном типе дыхания в

результате мощног о сокращения диафрагмы не только снижается

давление в плевральной полости, но и одновременно повышается

давление в брюшной полости. Это т тип дыхания более эффективен,

так как при нем легкие сильнее вентилир ую тся и облегчается веноз-

ный возврат крови от органов брюшной полости к сердцу.

Форсированное дыхание. Во вдохе участвуют вспомогатель-

ные дыхательные мышцы: большая и малая грудные, лестничные

(поднимают первое и вт орое ребра), грудино-ключично-сосцевид-

ная (поднимает ключицу). При этом грудная клетка расширяется

больше. Выдох при форсированном дыхании тоже предст авляет

собой активный процесс, так как в нем участвуют внутренние меж-

реберные мышцы, которые сближают ребра, а также – косые и пря-

мые мышцы живота.

Легкие отделены от стенок грудной клетки плевральной поло-

стью шириной 5 – 10 мкм, образованной 2 листками плевры, один

из которых прилежит к внутренней стенке грудной клетки, а дру-

гой окутывает легкие. Давление в плевральной полости меньше ат-

мосферного на величину, обусловленную эластической тяг ой лег-

ких (при выдохе оно меньше атмосферного на 3 мм рт. ст., при вдо-

хе – на 6 мм рт. ст.). Оно появляется после первого вдоха новорож-

денного, когда воздух заполняет альвеолы и проявляется сила по-

верхностного натяжения жидкости альвеол. Благодаря отрицатель-

ному давлению в плевральной полости, легкие всегда следуют за

экскурсиями грудной клетки.

Пневмоторакс – спадение легких при попадании воздуха в

плевральную полость.

К органам дыхания относят воздух оносные (дыхательные) пути

и легкие, альвеолы легких образуют респираторную зону. Воздухо-

носные пути в свою очередь делят на верхние (носовые ходы, по-

лость рта, носоглотка, ротоглотка, придаточные пазухи носа) и ниж-

ние (гортань, трахея, все бронхи до альвеол).

Самое узкое место – голосовая щель (до 7 мм). При вдохе она

расширяется, при выдохе – сужается.

Трахея у взрослого человека равна 12 см в длину, в диаметре

около 20 мм, она делится на правый и левый бронхи (место разде-

ления трахеи на 2 бронха – бифуркация), которые в свою очередь

делятся на 2 ветви, затем следующее деление и т.д. – всего 23 деле-

ния, или генерации.

Пространство от трахеи до 16-й генерации бронхиол состав-

ляет проводящую зону, или мертвое пространство (150 – 170 мл),

в котором нет газообмена; 17 – 19-я генерации бронхиол – переход-

ную зону, где уже начинает осуществляться газообмен; 20 – 23 ге-

нерации представляют собой альвеолярные ходы и а львеолярные

мешочки, которые непосредственно переходят в альвеолы, где про-

исходит основной газообмен.

Значение мертвого пространства заключается в согревании

или охлаждении поступающего воздуха, его увлажнении, очище-

нии от пыли и инородных частиц с помощью кашля и чихания.

4.2. Показатели внешнего дыхания.

Состав атмосферного, выдыхаемого

и альвеолярного воздуха

Для характеристики функции внешнего дыхания измеряют

показатели, позволяющие оценить разные стороны вентиляции лег-

ких (рис. 3):

1. – Дыхательные объемы (статичны):

Дыхательный объем – ДО (300 – 800 мл) – воздух, вдыхаемый

и выдыхаемый при каждом дыхательном цикле.

Резервный объем выдоха – РОвыд (1000 – 1500 мл) – воздух,

который можно дополнительно выдохнуть после обычного выдоха

в покое (резервный воздух).

Резервный объем вдоха – РОвд (1500 – 2500 мл) – воздух, ко-

торый можно вдохнуть после обычного вдоха в поко е (дополни-

тельный воздух).

Остаточный объем л егких или о статочный воздух – ООЛ

(1000 – 1200 мл) – количество воздуха, которое о ст ается в легких

после максимального выдоха.

2. – Дыхательные емкости (статичны):

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) = ДО + Р Овыд + РОвд =

= 3000 – 5000 мл (3000 – 4000 мл – жен., 4500 – 5000 мл – муж.) –

количество воздуха, которое выходит из легких при максимальном

выдохе после глубокого вдоха.

Общая ем к ость легких (ОЕЛ) = ЖЕЛ + ООЛ (4200 – 6000 мл) –

количество воздуха, находящееся в легких после максимального вдоха.

Функциональная остаточная емкость легких (ФОЕ) = РОвыд +

+ ООЛ (1800 – 2500 мл) – количе ство воздуха, остающегося в лег-

ких после спокойного выдоха (функциональный остаточный воз-

дух). ФОЕ показывает, какой объем воздуха заполняет легкие при

спокойном дыхании.

ЖЕЛ =70 – 80 % ОЕЛ, ФОЕ = около 50 % ОЕЛ, ООЛ = около

30 % ОЕЛ.

3. – Показатели легочной вентиляции (динамичны):

За один вдох человек вдыхает около 500 мл воздуха, из кото-

рых примерно 170 мл заполняет мертвое пространство и только 330

мл доходит до основной среды, где происходит газообмен, поэтому

при спокойном дыхании ФОЕ обновляется не более чем на 1/7 часть,

что способствует поддержанию процентного содержания кислоро-

да и углекислого газа на постоянной уровне.

Минутный объем дыхания (МОД) = ДО х ЧД. МОД в норме

равен 6 – 8 л/мин. Максимальная вентиляция легких (МВЛ) при ра-

боте возрастает до 100 – 120 л/мин, у спортсменов – до 180 л/мин.

Резерв дыхания (РД) = МВЛ – МОД.

Частота внешнего дыхания (ЧД) = 12 – 18 дыхательных ак-

тов/мин.

Рис. 3. Легочные объемы и емкости.

Слева показана запись нескольких дыхательных движений с различной глубиной

вдоха и выдоха, справа от записи дыхательных движений – названия показателей

внешнего дыхания

0,5

1,5

2,5

3,5

4,5

0 102030

Врем

Объем воздуха в

литрах, л

Дополнитель-

ный воздух

ОЕЛ

ФОЕ

ЖЕЛ

ООЛ

ДО

РОвыд

РОвд

Резервный

воздух

Основные методы определения показателей внешнего дыха-

ния – спирометрия и спирография (см. лаб. работу № 3). Кроме

этого, использ ую т также пневмографию и пневмотахометрию. Пнев-

мография – метод регистрации дыхательных движений грудной

клетки. Дыхательные движения записывают с помощью пневмо-

графов. Эти приборы позволяют регистрировать движения стенки

грудной клетки (изменение ее окружности при дыхании) или коле-

бания давления в трахее, носовой и ротовой полостях и плевраль-

ной щели.

Для оценки показателей внешнего дыхания очень важен состав

атмосферного, альвеолярного и выдыхаемого воздуха (табл. 7).

Таблица 7

Состав атмосферного, альвеолярного и выдыхаемого воздуха

(по наличию кислорода и углекислого газа;

% от общего объема)

4.3. Диффузия газов в легких. Транспорт кислорода

кровью. Кислородная емкость крови

В каждый лит р крови, протекающей по легочным капиллярам,

поступает из альвеолярного воздуха около 50 мл кислорода, а из

крови в альвеолы – 45 мл углекислого газа. Концентрация О

и СО

в альвеолярном воздухе остается при этом практически постоян-

ной благодаря вентиляции альвеол (см. раздел 4.2).

Обмен газов осуще ствляется через легочную мембрану (тол-

щина которой около 1 мкм) путем диффузии вследствие разности

их парциального давления в крови и альвеолах (табл. 8).

Таблица 8

Величины напряжения и парциального давления газов

в средах организма (мм рт. ст.)

Среда Кислород Углекислый газ

Вдыхаемый возд ух 21 0,03

Выдыхаемый воздух 164,0

Альвеолярный во зд ух 145,5

Среда Альвеолярный

воздух

Артериальная

кровь

Ткань Венозная кровь

рО

100 100 (96) 20 – 40 40

рСО

40 40 60 46

Со стороны альвеол поверхность этой мембраны покрыта осо-

бым веществом – сурфактантом. Это вещество образует слой тол-

щиной 0,5 мкм. Он состоит из фосфолипидов, белков и полисаха-

ридов, постоянно вырабатывается клетками эпителия альвеол и об-

новляется примерно через 30 часов.

Роль сурфактанта:

1) снижает поверхностное натяжение альвеолярных стенок;

2) создает возможность расправления легкого при первом вдохе

новорожденного;

3) препятствует спадению легких при выдохе;

4) обеспечивает эластичность и стабильность легочной ткани;

5) регулирует скорость абсорбции О

и интенсивность испа-

рения воды с поверхности альвеол;

6) очищает поверхность альвеол от попавших с дыханием

инородных частиц;

7) обладает бактериос татическим действием.

Кислород находится в крови и в растворенном виде, и в виде

соединения с гемоглобином. Однако растворимость О

очень низ-

кая: в 100 мл плазмы может раствориться не более 0,3 мл О

, поэто-

му основная роль в переносе кислорода принадлежит гемоглобину.

1 г Hb присоединяет 1,34 мл О

, поэтому при содержании гемогло-

бина 150 г/л (15г/100 мл) каждые 100 мл крови могут переносить

20,8 мл кислорода. Это так называемая кислородная емкость ге-

моглобина. Отдавая О

в капиллярах, оксигемоглобин превращает-

ся в восстановленный гемоглобин. В капиллярах тканей гемогло-

бин способен также образовать непрочное соединение с СО

(кар-

богемоглобин). В капиллярах легких, где содержание СО

значи-

тельно меньше, углекислый газ отделяется от гемоглобина.

Кислородная емкость крови включает в себя кислородную

емкость гемоглобина и количество О

, растворенное в плазме.

В норме 100 мл артериальной крови содержит 19 – 20 мл кис-

лорода, а 100 мл венозной – 13 – 15 мл.

Обмен газов между кровью и тканями. Коэффициент утили-

зации кислорода представляет собой количество О

, которое потреб-

ляют ткани, в процентах от общего его содержания в крови. Наи-

больший он в миокарде – 40 – 60 %. В сером веществе головного

мозга количе ство потребляемого кислорода примерно в 8 – 10 раз

больше, чем в белом. В корковом веществе почки примерно в 20

раз больше, чем во внутренних участках ее мозгового вещества.

При тяжелых физических нагрузках коэффициент утилизации О

мышцами и миокардом возрастает до 90 %.

Кривая диссоциации оксигемоглобина показывает зависимость

насыщения гемоглобина кислородом от парциального давления

последнего в крови (рис. 4). Так как эта кривая носит нелинейный

характер, то насыщение гемоглобина в артериальной крови кисло-

родом происходит даже при 70 мм рт . ст. Насыщение гемоглобина

кислородом в норме не превышает 96 – 97 %. В зависимости от

напряжения О

или СО

, увеличения температуры, уменьшении рН

кривая диссоциации может сдвигаться вправо (что означает мень-

шее насыщение кислородом) или влево (что означает большее на-

сыщение кислородом).

Рис. 4. Диссоциация оксигемоглобина в крови в зависимости от парциального

давления кислорода (и ее смещение при действии основных модуляторов)

(Зинчук, 2005, см. 15):

HbО

– насыщение гемоглобина кислородом в %,

рО

– парциальное давление кислорода

4.4. Транспорт углекислого газа кровью.

Карбоангидраза

Растворимость углекислого газа в плазме почти в 20 раз боль-

ше, чем у кислорода, однако в растворенном виде переносится не

более 10 % всего СО

. В 100 мл венозной крови содержится 58

объемных процентов (58 об. %) СО

, из них 2,5 об. % переносится

в виде свободно растворимой формы, примерно 4,5 об. % – в виде

карбогемоглобина и около 48 – 51 об. % в виде угольной кислоты и

ее солей (натриевая – в плазме, калиевая – в эритроците), которые

образуются из СО

и Н

О: Н

О + СО

→ Н

СО

. Угольная кислота

сразу диссоциирует на ионы Н

+ НСО

. В плазме реакция образо-

вания Н

СО

идет медленно, но в эритроцитах под влиянием фер-

мента карбоангидразы эта реакция идет быстрее в 10 тыс. раз. Из-

быток ионов НСО

из эритроцитов дифф ундирует в плазму, где взаи-

модействует с Na

и образует NaHCO

. Это и есть основная транс-

портная форма углекислого газа. Небольшое количество СО

пере-

носится связанным с белками (карбаминовые соединения).

В легких происходит обратный процесс: ион бикарбоната, свя-

зываясь с ионом водорода, опять образует угольную кислоту, кото-

рая тут же распадается до СО

и воды. Таким образом, при выделе-

нии одной молекулы СО

происходит связывание одного иона во-

дорода, что может приводить к изменениям рН крови.

В капиллярах тканей происходит отсоединение О

от Hb с

образованием дезоксигемоглобина, который являет ся более сла-

бой кислотой, чем Н

СО

и оксигемоглобин, поэтом у он связыва-

ет ион водорода, образующийся при диссоциации Н

СО

. Следо-

вательно, присут ствие восст ановленного гемоглобина в венозной

крови способствует связыванию СО

и образованию Н

СО

, тогда

как образование оксигемоглобина в легочных капиллярах облег-

чает отдачу СО

4.5. Дыхательный центр и его структура.

Регуляция дыхания

Регуляция внешнего дыхания осуществляется путем рефлек-

торных реакций, возникающих при возбуждении специфических

рецепторов легочной ткани и сосудистых зон, и направлена на под-

держание напряжения О

, СО

и рН крови в пределах нормы. При

этом меняется гл убина и частота дыхания.

Дыхате льный центр обеспечивает ритмическую деятельность

дыхательных мышц и постоянное приспособление внешнего дыха-

ния к изменяющимся условиям внутренней и внешней среды. Он

представляет собой совокупность нейронов в продолговатом мозге

на дне IV желудочка, со стоит из 2 отделов: инспираторного (центр

вдоха) и экспираторного (центр выдоха). Это не строго ограничен-

ная область: дыхательные нейроны обнаружены почти на всем про-

тяжении продолговатого мозга, однако есть участки, где дыхатель-

ные нейроны сгруппированы более плотно. Нейроны каждой раз-