Функциональная система дыхания. Физиология внешнего дыхания

1.

ФИЗИОЛОГИЯ
Лекция № 22
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЫХАНИЯ
ФИЗИОЛОГИЯ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ

2. План лекции

1. Структурно-функциональная характеристика
ФУС дыхания. Этапы осуществления
дыхательной функции в организме.
2. Внешнее дыхание:
2.1. Механизмы вдоха и выдоха. Вентиляция
легких.
2.2. Давление в плевральной полости (щели).
2.3. Изменение давления в альвеолах в
динамике дыхательного цикла.
2.4. Функциональные показатели внешнего
дыхания.

3. Структурно-функциональная характеристика ФУС дыхания

– Обмен газами между клетками и окружающей
средой называется дыханием. Дыхание –
совокупность процессов, обеспечивающих
потребление организмом кислорода и выделение
двуокиси углерода.
– Функциональная система дыхания обеспечивает
снабжение всех органов и тканей должным
количеством кислорода и, одновременно,
удаление в должном объеме образующегося
углекислого газа. Полезным
приспособительным результатом этой
функциональной системы является поддержание
такого газового состава крови, который
удовлетворяет текущим метаболическим

4. Структура функциональной системы дыхания

ФСД
Собственный аппарат
дыхания
Вспомогательный
аппарат дыхания
Полезный
приспособительный
результат
Регуляторный нейрогуморальный аппарат

5. Собственный аппарат дыхания

Включает
воздухоносные
пути и легкие.
Воздухоносные пути
играют роль трубок,
по которым свежий
воздух поступает в
лёгкие, а
«отработанный»
выходит из них.
Легкие –
обеспечивают
газообмен.

6. Вспомогательный аппарат дыхания

1) дыхательная
мускулатура обеспечивает
экскурсии грудной
клетки,
2) плевральная полость
– обеспечивает
следование легких за
грудной клеткой,
3) кровь, тканевая
жидкость,
4) окислительные
тканевые ферменты.

7. Нейро-гуморальный регуляторный аппарат

Дыхательный
центр – обеспечивает
рефлекторную регуляцию дыхания;
кора и подкорковые образования –
обеспечивают условнорефлекторные механизмы
управления дыханием.
Гуморальные факторы, среди
которых наибольшее значение
имеют концентрация СО2, Н+, О2, в
крови, ликворе, тканях.

8.

Гортань
Бронхи
Трахея
Бронхи
Легкое
Бронхиальное
дерево
Воздухоносные пути и респираторные отделы
Долька легкого
Альвеолы
Бронхиола
Легочная артериола
Легочная венула
Альвеолы
Альвеолярный мешочек
Терминальная
бронхиола
Сеть капилляров
вокруг альвеол
Респираторная
бронхиола
Легочная венула
Легочная артериола
Основные структурные элементы аппарата внешнего дыхания у млекопитающих

9.

Эндотелий
Строение аэрогематического барьера
Эпителий
альвеолы
Сурфактант
Эритроцит
Сурфактант
Альвеола
Альвеола
Капилляр
Интерстиций
Базальная
мембрана

10. Структурно-функциональные особенности собственного аппарата дыхания

Воздухоносные пути включают
носовую
полость
с
придаточными
пазухами, носоглотку, гортань, трахею,
бронхи
до
17-20
ветвления,
заканчиваются на границе дыхательных
альвеол.
Кроме
функции
воздухопроведения
к
легким
они
выполняют также ряд вспомогательных
функций,
обеспечивая
очищение,
увлажнение,
согревание вдыхаемого
воздуха, восприятие запахов.

11. Разветвление дыхательных путей

12. Структурно-функциональные особенности собственного аппарата дыхания

Особенностью
является
большая
оболочки,
полости
площадь
слизистой
обильное
поверхностное
Придаточные
носовой
кровоснабжение,
расположение
пазухи
сосудов.
являются
естественными резонаторами, от которых
зависит тембр и окраска голоса.

13. Полость носа:

• Восприятие запахов
• Грубая очистка
• Увлажнение
• Согревание
• Сопротивление

14. Структурно-функциональные особенности собственного аппарата дыхания

В гортани сосредоточено огромное
количество
механорецепторов,
раздражение
которых
вызывает
ларингоспазм.
Гортань
является
шокогенной зоной, благодаря обилию
рецепторов
и
тесной
связи
с
сердечным
центром.
Сильное
механическое воздействие на область
гортани может вызвать рефлекторную
остановку сердца.

15. Структурно-функциональные особенности собственного аппарата дыхания

В
трахее
и
бронхах
имеется
мерцательный
эпителий,
ворсинки
которого
совершают
веслообразные
движения, направленные к выходу из
дыхательной системы, что способствует
удалению
частиц
пыли.
При
поступлении крупных частиц пыли в
трахею и бронхи рефлекторно возникает
кашель, а при поступлении в нос ─
чихание
─
защитные
рефлексы,
очищающие
дыхательные
пути
от
инородных частиц и слизи, которые
затрудняют дыхание.

16. Дыхание

Внешнее
Дыхание
дыхание (вентиляция
легких);
Обмен газов между альвеолярным
воздухом и кровью малого круга
кровообращения;
Транспорт газов кровью;
Газообмен между кровью
капилляров большого круга
кровообращения и клетками
тканей;
Внутреннее дыхание.

17. Транспорт газов

Транспорт О2
Поступление О2 с атмосферным
воздухом в альвеолярное
пространство.
Диффузия О2 в кровь и соединение
его с Hb с образованием HbO2.
Транспорт О2 из малого круга в
большой.
Диссоциация HbO2 и диффузия О2
во внутриклеточное пространство.
Утилизация О2 в митохондриях

18. Транспорт газов

Транспорт СО2
Образование СО2 в клетках в процессе
энергетического обмена.
Диффузия СО2 в кровь и образование
карбгемоглобина, угольной кислоты и
гидрокарбонатов.
Транспорт различных форм СО2 из
большого круга кровообращения в
малый.
Диссоциация карбогемоглобина и
угольной кислоты и диффузия СО2 в
альвеолярное пространство.
Удаление СО2 при каждом выдохе из

19. Внешнее дыхание

Механизмы вдоха и выдоха. Вентиляция
легких
Внешнее дыхание осуществляет функцию
создания внутренней газовой среды организма.
Это – альвеолярный воздух, постоянство
газового состава которого является залогом
успеха газообмена между альвеолярным
воздухом и кровью легочных капилляров.
Постоянство газового состава этой среды
создается обновлением воздуха в альвеолах,
происходящим в результате дыхательных
движений: вдоха (инспирации) и выдоха
(экспирации), т.е. вентиляции легких.

20. Механизмы вдоха и выдоха. Вентиляция легких

Вентиляция
лёгких
осуществляется
в
результате изменения объема грудной клетки
(полости). Увеличение объёма грудной полости
обеспечивает вдох, а уменьшение – выдох.
Фаза вдоха, последующая за ней фазы выдоха,
а также дыхательная пауза называются вместе
дыхательным циклом (ДЦ). При спокойном
дыхании вдох осуществляется сокращением
инспираторных мышц, а выдох – пассивно за
счет эластической энергии, накопленной во
время предшествующего вдоха. При глубоком
вдохе сокращаются экспираторные мышцы.
Такой выдох называется активным.

21.

Вентиляция лёгких
При сокращении
межрёберных мышц и
диафрагмы лёгкие
растягиваются - вдох,
при расслаблении
межрёберных мышц и
диафрагмы лёгкие
сжимаются - выдох.

22.

покой
вдох
выдох

23.

Дыхательные движения
Наружные межреберные мышцыподнимают ребра.
Внутренние межреберные мышцы опускают ребра.
Действие межреберных мышц
основано на принципе рычага.

24. Дыхательные мышцы

Сокращение и расслабление дыхательных
мышц обеспечивает вентиляцию лёгких.
Основной инспираторной мышцей является
мышечная
часть
диафрагмы.
Мышца
диафрагмы состоит из поперечно-полосатых
волокон.
В
результате
сокращения
мышечных
волокон
наружных
частей
диафрагмы верхняя её часть вместе с
сухожильным центром смещается вниз. При
этом несжимаемые органы брюшной полости
оттесняются вниз и в стороны, растягивая
стенки брюшной полости, а купол диафрагмы
опускается приблизительно на 1,5 см, что
увеличивает
вертикальный
размер
грудной полости.

25. Дыхательные мышцы

Горизонтальный размер грудной
полости увеличивается в результате
сокращения наружных межрёберных и
межхрящевых
мышц
(также
инспираторных).
При
спокойном
дыхании
возбуждаются
и
сокращаются только межхрящевые
и межрёберные мышцы верхних 3-5
межреберных
промежутков.
В
результате
подъёма
рёбер
увеличивается
смещение
грудины
вперёд и отклонение боковых частей
рёбер в стороны.

26. Мышцы «спокойного» дыхания

27. Вспомогательные инспираторные мышцы

При глубоком (форсированном)
дыхании в акте вдоха участвует ряд
вспомогательных дыхательных мышц,
которые
могут
поднимать
рёбра:
лестничные, большая и малая грудные,
передняя
зубчатая
мышцы,
разгибающие
грудной
отдел
позвоночника и фиксирующие плечевой
пояс. При опоре на откинутые назад
руки задействуются трапециевидная и
ромбовидные мышцы, а также мышца,
поднимающая лопатку.

28. Мышцы «форсированного» дыхания

29. Вспомогательные экспираторные мышцы

При глубоком выдохе сокращаются
вспомогательные
экспираторные
мышцы:
мышцы брюшной стенки (косые, поперечная и
прямая) и внутренние косые межреберные
мышцы. При сокращении первых – объём
брюшной полости уменьшается и в ней
повышается давление, которое через органы
брюшной полости передаётся на диафрагму и
поднимает
её,
при
этом
дополнительно
уменьшается вертикальный размер грудной
клетки. При сокращении второй группы мышц
дополнительно уменьшается горизонтальный
размер грудной полости. К вспомогательным
экспираторным
мышцам
относятся
также
мышцы, сгибающие позвоночник.

30. Плевральная полость

Лёгкие
и
стенки
грудной
полости покрыты серозной оболочкой –
плеврой. Между листками висцеральной
и париетальной плевры имеется узкая
(5-10 мкм) щель, формируется полость,
содержащая серозную жидкость, по
составу близкую к лимфе. Эта жидкость
имеет низкую концентрацию белков, что
обуславливает
низкое
онкотическое
давление по сравнению с плазмой
крови. Это обстоятельство препятствует
накоплению жидкости в плевральной

31. Плевральная полость

Давление в плевральной
полости ниже атмосферного, что
определяется как отрицательное
давление.
Оно
обусловлено
эластической тягой лёгких, т.е.
постоянным стремлением лёгких
уменьшить свой объём. Давление в
плевральной
полости
ниже
альвеолярного
на
величину,
создаваемую эластической тягой
лёгких: Рпл = Ральв – Рэ.т.л..

32. Эластическая тяга лёгких

обусловлена тремя факторами:
Поверхностным натяжением плёнки
жидкости, покрывающей внутреннюю
поверхность альвеол – сурфактантом.
Это вещество имеет низкое
поверхностное натяжение. Сурфактант
образуется пневмоцитами II типа,
состоит из белков и липидов.
Упругостью ткани стенок альвеол,
которые имеют в стенке эластические
волокна.
Тонусом бронхиальных мышц.

33. Плевральное давление

При
вдохе,
вследствие
сокращения
инспираторных мышц, объём грудной клетки
увеличивается. Давление плевральное (Рпл)
становится более отрицательным – к концу
спокойного вдоха оно равно –6 мм рт. ст.,
транспульмональное давление (Рл) нарастает
до 6 мм рт.ст., вследствие чего лёгкие
расправляются, их объём увеличивается за
счёт атмосферного воздуха. При глубоком
вдохе Рпл может снизиться до −20 мм рт. ст.
Во время глубокого выдоха это давление
может стать положительным, тем не менее
оставаясь ниже давления в альвеолах на
величину
давления,
создаваемого
эластической тягой лёгких.

34. Пневмоторакс

В случае повреждения грудной клетки в плевральную
полость
входит
воздух.
Это
явление
называют
пневмотораксом. Виды пневмоторакса: закрытый,
открытый, клапанный. Закрытый пневмоторакс
характеризуется однократным поступлением воздуха в
плевральную полость, после чего сообщение плевральной
полости
с
атмосферой
прекращается.
Этот
вид
пневмоторакса используется в лечебной практике при
лечении
кавернозного
туберкулеза.
Открытый
пневмоторакс – постоянное сообщение плевральной
полости с атмосферой. При открытом пневмотораксе
экстренная помощь заключается в герметизации раневого
дефекта. Клапанный пневмоторакс – возникает при
повреждении грудной клетки тупыми предметами и
характеризуется активным присасыванием наружного
воздуха в плевральную полость во время каждого вдоха и
невозможностью его выхода во время выдоха. При этом
дыхательные
движения
на
стороне
повреждения
ограничены или вообще отсутствуют. Экстренно показаны
мероприятия, направленные на превращение клапанного
пневмоторакса в открытый, а затем в закрытый.

35. Изменение давления в альвеолах в динамике дыхательного цикла

В конце выдоха при открытых
воздухоносных путях давление в
альвеолах равно атмосферному.
Во время вдоха в результате растяжения
лёгких объём альвеол увеличивается, а
давление в них снижается, что
обеспечивает движение атмосферного
воздуха в легких. Во время выдоха
давление в альвеолах, наоборот,
становится выше атмосферного.

36. Функциональные показатели внешнего дыхания

При спокойном дыхании человек вдыхает и
выдыхает равные объёмы воздуха – ДО
(дыхательный объём) – 500 мл воздуха.
Сверх него при глубоком вдохе человек
дополнительно может вдохнуть ещё около 2,53 л воздуха – резервный объём вдоха
(РОВД). После спокойного выдоха человек
может ещё дополнительно выдохнуть 1300 мл
воздуха – резервный объём выдоха (РОВЫД).
Сумма этих статических объёмов называется
жизненной ёмкостью лёгких – ЖЕЛ:
ЖЕЛ = ДО + РОВД + РОВЫД =
500+3000+1300 = 4,8 л

37. Функциональные показатели внешнего дыхания

К статическим показателям внешнего дыхания
также относится объем воздуха, который остаётся
в лёгких после глубокого выдоха – остаточный
объём (ОО) – 1200 мл и общая ёмкость лёгких
(ОЕЛ), равная сумме жизненной ёмкости лёгких и
остаточного объема лёгких:
ОЕЛ = ЖЕЛ + ОО = 4,8 + 1,2 = 6,0 л
Общая ёмкость легких ОЕЛ является показателем
максимального количества воздуха, которое
может находиться в лёгких.
Ещё
одним
показателем,
характеризующим
эффективность внешнего дыхания, является
функциональная остаточная ёмкость – ФОЕ. Это
объём воздуха, находящийся в лёгких в конце
спокойного
выдоха
(при
расслабленной
дыхательной мускулатуре). Она равна сумме
остаточного и резервного объёма выдоха ФОЕ =

38.

Объем легких, мл
ВДОХ
Резервный
объем вдоха
Жизненная
емкость легких
Емкость
вдоха
Общая емкость
легких
Дыхательный
объем
Резервный
объем выдоха
Уровень
максимального
выдоха
Остаточный
объем
Функциональная
остаточная емкость
Время
Дыхательные объемы и емкости
ВЫДОХ

39.

Жизненная емкость легких
При спокойном дыхании за один вдох в легкие входит 0,3- 0,5 л
воздуха (дыхательный объем). При самом глубоком дыхании
дыхательный объем может достигать 3-5 л (жизненная
емкость легких). Но и тогда после выдоха в легких остается
более 1 л воздуха (остаточный объем).

40. Динамические показатели внешнего дыхания

Динамические показатели внешнего
дыхания характеризуют вентиляцию
лёгких. К ним относится минутный
объём дыхания (МОД) – то количество
воздуха, которое вдыхается или
выдыхается в единицу времени:
МОД = ЧД х ДО
При частоте дыхания 16 /мин и ДО =
500 мл МОД = 8 л; вариации от 6 л
(12/мин х 500 мл) до 9 л (18/мин х 500
мл).

41. Динамические показатели внешнего дыхания

При одной и том же показателе МОД
эффективность внешнего дыхания зависит не от
общего объема вдыхаемого воздуха, а от объёма
того воздуха, который через легочную мембрану
(стенку
альвеолы)
обменивается
с
кровью
альвеолярных
капилляров
малого
круга
кровообращения. Этот объём называется минутной
альвеолярной
вентиляцией
(МАВ).
Его
рассчитывают, учитывая то обстоятельство, что из
дыхательного
объема
(ДО)
объем
воздуха,
заполняющий воздухоносные пути (анатомическое
мёртвое пространство), не участвует в газообмене
в лёгких. Величина анатомического мёртвого
пространства составляет около 150 мл.
МАВ = ЧД х (ДО − ОМЁРТ. ПР.) = 16 х 0,35 л =
5,6 л

42.

Мертвое пространство
образовано теми областями
органов дыхания, где нет
газообмена с кровью. В норме
это внелёгочные дыхательные
пути и большинство бронхов.
Объем заключенного в них
воздуха - около 150 мл, что
составляет 30%
дыхательного объема при
спокойном дыхании.
Таким образом, в обычных условиях почти треть вдыхаемого
воздуха не участвует в газообмене.