Физиология дыхания

1. Физиология дыхания

2. Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм O2, использование его в биологическом окислении

Дыхание – это совокупность процессов,
обеспечивающих
организм
O2,
поступление
использование
его
в
в
биологическом окислении органических
веществ и удаление из организма CO2.

3. Функциональная дыхательная система слагается из следующих элементов:

1. Внешнее или легочное дыхание, осуществляющее
газообмен между внешней средой организма и
альвеолами легких;
2. Диффузия газов в легких (обмен газов между
альвеолярным воздухом и кровью;
3. Транспорт газов кровью;
4. Диффузия газов в ткани (обмен газов между кровью и
тканью);
5. Внутреннее или тканевое дыхание (потребление
кислорода и выделение углекислого газа клетками
организма).

4. Транспортная система дыхания

5.

Главная
функция
внешнего
дыхания
заключается в поддержании оптимального
газового состава артериальной крови. Эта
функция выполняется не только в обычных
условиях окружающей среды, но и в
широком
диапазоне
изменений
жизнедеятельности организма.

6. Структура системы внешнего дыхания включает:

1. Воздухопроводящие пути
2. Костно-мышечный каркас грудной клетки
3. Плевру, покрывающую легкие
4. Дыхательную мускулатуру (диафрагма,
межреберные мышцы)
5. Малый круг кровообращения
6. Нейрогуморальный аппарат регуляции

7. Воздухоносные пути

• Носовая полость
• Носоглотка
• Гортань
• Трахея
• Бронхи (2 главных; бронхи 2,3-19 порядков;
самые тонкие бронхи - бронхиолы переходят
в анциусы- грозди)
• Легкие - парные органы (правое – 3 дольки,
левое - 2) образованы бронхиолами и
альвеолами

8. Воздухоносные пути

9.

У
взрослого
человека
частота
дыхания
составляет
примерно
16–18
дыхательных
движений
в
минуту.
Она
зависит
от
интенсивности обменных процессов и газового
состава крови.
Дыхательный цикл складывается из трех фаз:
1) фазы вдоха (продолжается примерно 0,9–4,7 с);
2) фазы выдоха (продолжается 1,2–6,0 с);
3) дыхательной паузы (непостоянный компонент).

10.

Действие дыхательных мышц: диафрагмы и межреберных

11.

12.

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

13.

покой
вдох
выдох

14.

На рисунке изображены вдох и выдох человека.
Определите, на каком из рисунков изображён вдох, а на
каком — выдох? Объясните свой ответ. Какова роль
диафрагмы в глубоком вдохе? За счёт чего диафрагма
возвращается на исходное место при глубоком выдохе?

15.

Пояснение.
1. Цифрой 1 обозначен вдох, цифрой 2 — выдох.
2. При вдохе диафрагма опускается вниз, объём лёгких
увеличивается (что изображено на рисунке слева)
(принимается и обратная формулировка — описание
выдоха).
3. При глубоком выдохе диафрагма возвращается на
место из-за сокращения мышц брюшного пресса
(передней стенки брюшной полости).

16. Дыхательные мышцы как двигатель вентиляции

Сокращение диафрагмы и
наружных межреберных
мышц
↓
Подъем концов ребер,
выдвижение грудины
вперед, опускание купола
диафрагмы
↓
Растяжение легких
↓
ВДОХ
(активный)
Расслабление диафрагмы и
наружных межреберных
мышц
↓
Опускание концов ребер и
грудины, подъем купола
диафрагмы
↓
Сокращение грудной клетки и
объема легких
↓
ВЫДОХ
(пассивный в
норме)

17.

• Активный
вдох
начинается
под
влиянием
импульсов, поступающих из дыхательного центра к
инспираторным мышцам, вызывая их сокращение.
Это приводит к увеличению размеров грудной клетки
и
соответственно
легких.
Внутриплевральное
давление становится отрицательнее атмосферного и
уменьшается на 1,5–3 мм рт. ст. В результате
разности давлений воздух поступает в легкие. В
конце фазы давления выравниваются.
• Пассивный выдох происходит после прекращения
импульсов к мышцам, они расслабляются, и размеры
грудной клетки уменьшаются.
Если поток импульсов из дыхательного центра
направляется к экспираторным мышцам, то
происходит
активный
выдох.
При
этом
внутрилегочное
давление
становится
равным
атмосферному.

18.

Отрицательное внутриплевральное давление
Оно всегда ниже атмосферного.
Факторы, его определяющие:
1) неравномерный рост легких и грудной клетки;
2) наличие эластической тяги легких.
Интенсивность роста грудной клетки выше, чем ткани легких.
Это приводит к увеличению объемов плевральной полости, а
поскольку она герметична, то давление становится
отрицательным.
Эластическая тяга легких – сила, с которой ткань стремится
к спаданию. Она возникает за счет двух причин:
1) из-за наличия поверхностного натяжения жидкости в
альвеолах;
2) из-за присутствия эластических волокон.
Отрицательное внутриплевральное давление:
1) приводит к расправлению легких;
2) обеспечивает венозный возврат крови к грудной клетки;
3) облегчает движение лимфы по сосудам;
4) способствует легочному кровотоку, так как поддерживает
сосуды в отрытом состоянии.

19.

Легочная ткань даже при максимальном
выдохе полностью не спадается.
Это происходит из-за наличия сурфактанта,
который
понижает
натяжение
жидкости.
Сурфактант – комплекс фосфолипидов (в
основном фосфотидилхолина и глицерина)
образуется альвеолоцитами второго типа под
влиянием блуждающего нерва.

20.

21.

Если принять атмосферное давление за
нулевое, то при вдохе давление в плевральной
полости равно:
— 9 мм рт. ст.,
при выдохе:
— 4 мм рт. ст.
Если при ранении давление в плевральной
полости становится равным атмосферному,
легкое перестает растягиваться при вдохе, это
явление называется пневмотораксом.

22.

23.

Устройство для демонстрации роли внутриплеврального давления в
дыхательном акте, представляющее собой препарат легких с трахеей,
заключенный в прозрачную камеру; при уменьшении давления в камере
относительно давления в легких происходит «вдох», при увеличении «выдох».

24.

Рассмотрите модель, которую впервые разработал в 19 веке голландский
физиолог Дондерс.
Какой процесс, можно было продемонстрировать с помощью этого устройства?
Функцию каких органов выполняет резиновая мембрана, обозначенная под
номером 1?
Почему объём мешков, прикреплённых к стеклянной трубочке, изменяется при
изменении положения резиновой мембраны?

25.

Элементы ответа:
1) Процесс дыхания или процесс вдоха и выдоха;
2) межрёберные мышцы и диафрагма
3) внутри прозрачной стеклянной банки во время
опускания резиновой мембраны давление снижается и
становится ниже атмосферного. Из-за разницы давлений
резиновые мешки увеличиваются в объёме.

26.

Паттерн – совокупность временных и объемных
характеристик дыхательного центра, таких как:
1) частота дыхания;
2) продолжительность дыхательного цикла;
3) дыхательный объем;
4) минутный объем;
5) максимальная вентиляция легких, резервный
объем вдоха и выдоха;
6) жизненная емкость легких.

27. Легочные объемы

Дыхательный объем - количество воздуха, поступающего
и выходящего из легких при спокойном дыхании – 500
см3.
Резервный объем вдоха - количество воздуха, которое
можно вдохнуть после спокойного вдоха -1500-2500 см3.
Резервный объем выдоха – количество воздуха, которое
можно выдохнуть после обычного выдоха – 1500 см3.
Жизненная емкость легких – сумма объемов
дыхательного, резервного вдоха и резервного выдоха –
3500-4500 см3.
Остаточный объем - количество воздуха, остающееся в
легких и дыхательных путях после самого глубокого
выдоха – 1500 см3.
Легочная вентиляция – количество воздуха, проходящего
за 1 мин через легкие – 7000 см3.

28.

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).

29.

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.

30.

Легочные объемы

31.

32. ГАЗООБМЕН

Обмен газов между воздухом и кровью происходит
путем диффузии через альвеоло-капиллярный
барьер под влиянием разницы парциальных
давлений между альвеолярным воздухом и
кровью, поступающей в легочные капилляры.
Кислород
и
углекислый
газ
далее
транспортируются по всему большому кругу
кровообращения.
В мышцах или внутренних органах сосудистое
русло вновь разделяется на капилляры, и
происходит обратный процесс – диффузия
кислорода и углекислого газа в обратном
направлении,
по
градиенту
парциальных
давления. Из тканей выводится избыточное
количество углекислого газа, а из эритроцитов
крови в ткани поступает необходимое количество
кислорода

33.

ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ – это часть
общего давления, которая приходится на
долю каждого газа в газовой смеси и
зависит от процентного содержания газа
в смеси.

34. ГАЗООБМЕН В ЛЁГКИХ

Газообмен осуществляется через аэрогематический
барьер (воздушно-кровяной), который состоит из:
1. сурфактанта, выстилающего внутреннюю
поверхность альвеол (плёнка фосфолипида);
2. Альвеолярного эпителия (однослойный плоский);
3. Интерстициональной соединительной ткани
(придающей эластичность альвеолам);
4. Эндотелия капилляров;
5. Слоя плазмы.

35.

Поскольку в альвеолах
относительно мало CO2 , он
выходит из плазмы крови в
альвеолярный воздух.
Это влечет за собой
высвобождение CO2 из
соединения с гемоглобином
(HbСO2 ) и из солей угольной
кислоты - гидрокарбонатов
(НСО3-). Кислород
диффундирует в обратном
направлении- из воздуха в кровь,
где интенсивно связывается
гемоглобином.

36.

37.

3. Транспорт газов.
В капиллярах легких (малый круг кровообращения) кровь
насыщается кислородом и избавляется от углекислого газа,
превращаясь из венозной в артериальную. Благодаря работе
сердца кровь разносится по всем органам (большой круг
кровообращения), в капиллярах которых происходят обратные
процессы.

38.

Транспорт газов кровью
Основная часть кислорода
находится в крови в виде
соединения с гемоглобином
(HbO2 ) и совсем немного
растворено в плазме.
Углекислый газ переносится в
основном плазмой - в виде ионов
НСО3 - и растворенного СО2 , в
меньшей степени,
эритроцитами - в соединении с
гемоглобином (HbСO2 ).

39.

В
каждом
литре
крови
максимально
возможное
содержание
кислорода
в
химически связанной форме составит 190 —
200 мл О2 — это кислородная емкость
крови. Кровь человека содержит примерно
700 — 800 г гемоглобина и может связывать 1
л кислорода.
Под кислородной емкостью крови понимают
количество О2, которое связывается кровью до
полного насыщения гемоглобина.

40.

270 млн. молекул
В одном эритроците!!!
В крови 20-30 трлн.
эритроцитов

41.

Насыщение крови кислородом (сатурация) выражает
отношение количества связанного кислорода к кислородной
емкости крови, т.е. под насыщением крови О2
подразумевается процент оксигемоглобина по отношению к
имеющемуся в крови гемоглобину.
• В норме насыщение артериальной крови кислородом (сатурация) –
95%-100%.
• В норме венозная кровь имеет сатурацию около 75%.
• Если сатурация ниже 94%, у пациента гипоксия и необходимо быстро
принимать меры.
• Сатурация ниже 90% является критическим состоянием и требует
экстренной медицинской помощи.
пульсоксиметр

42.

При подъеме в горы атмосферное и
РО2
давления
снижаются
.
Уменьшается градиент Ро2 с 60 мм
рт ст до «0» , при котором обмен
кислорода в альвеолах с кровью
становится
невозможным
и
организм может погибнуть. Поэтому
в высотных полетах необходимо
надевание масок, скафандров или
находиться
в
камерах,
обеспечивающих градиент Ро2.

43.

Горная болезнь

44.

При повышении давления под
водой
происходит
повышение
растворимости газов в крови,
которые могут токсически влиять
на организм. Кроме того при
подъеме из под воды происходит
быстрый переход жидких газов в
газообразное состояние ,вызывая в
сосудах
воздушную
эмболию
(Кессонная болезнь).

45.

46. Карбоксигемоглобин

% FCOHb
в крови
Симптомы отравления
0-2
Нормальный уровень среди некурящих
5-6
Нормальный уровень для курильщиков
10-20
Напряжение во лбу, расширение кожных сосудов
20-30
Головная боль и пульс в висках
30-40
Усталость, головокружение, ослабление зрения,
тошнота, рвота, упадок сил
40-50
Учащенный темп дыхания и удушье
50-60
Кома, конвульсии, дыхание Чейна-Стокса
60-70
Кома, конвульсии, слабое дыхание и пульс, возможна
смерть
70-80
Замедление и остановка дыхания, смерть через
несколько часов

47. Газообмен

В легких
В тканях
Тканевая
жидкость
Клетка
Альвеола
110-100
О2
40
СО2
Артериальная
кровь
Венозная
кровь
О2
40
0
О2
СО2
47
60
СО2
Венозная
кровь
О2
102
СО2
40

48.

49. Клеточное дыхание

Клеточным (тканевым) дыханием называют
процесс, при котором окисление органических
веществ ведет к выделению химической
энергии. Не следует путать тканевое дыхание с
газообменом в тканях. Газообмен (внешнее
дыхание) – процесс поглощения из окружающей
среды (в том числе тканевой жидкости)
кислорода и выделение в среду углекислого
газа.

50.

51.

Регуляция дыхания

52. Центральным регулятором деятельности системы дыхания является дыхательный центр

Понятие дыхательный центр включает в себя:
Функциональный признак – способность
регулировать работу дыхательной системы
при разных условиях жизнедеятельности
организма.
Анатомический
признак
–
структуры
продолговатого
мозга,
формирующие
дыхательный ритм.

53. Дыхательный центр

Дыхательный центр расположен ЦНС.
Дыхательный центр представляет собой
совокупность
нейронов,
обладающих
сложными сетевыми взаимодействиями.
Основным
свойством
дыхательного
центра является автоматизм.
Дыхательный
центр
координирует
ритмическую
активность
мышц,
обеспечивающих вдох и выдох.

54.

55.

56.

57. Дыхательная система включает два основных контура регулирования: хеморецепторный и механорецепторный  

Дыхательная система включает два основных
контура регулирования: хеморецепторный и
механорецепторный
• Различают центральные
и периферические
хеморецепторы.
Основными
химическими
раздражителями
являются ионы
водорода, парциальные
давления кислорода и
углекислоты в
артериальной крови.
Чувствительными
элементами этого уровня
регуляции являются
рецепторы растяжения,
расположенные в ткани
легких, ирритатные и Jрецепторы в бронхах и
трахее и
механорецепторы
дыхательных мышц.

58.

Гуморальная регуляция
Дыхательный
центр
чрезвычайно
чувствителен к концентрации CO2 в крови,
при увеличении концентрации CO2 дыхание
становится более глубоким и частым.

59.

60.

Пережатие трахеи у собаки А вызывает одышку у собаки Б. Одышка у собаки
Б вызывает замедление и остановку дыхания у собаки А

61.

Во второй половине ХIXвека появилась гипотеза о том, что основными
факторами регуляции дыхания являются парциальное давление кислорода и
углекислого газа в альвеолярном воздухе и, следовательно в артериальной
крови. Экспериментальное доказательство того, что обогащение артериальной
крови углекислотой и обеднение кислородом усиливает вентиляцию легких в
результате наступающего при этом возбуждения дыхательного центра, было
получено в классическом опыте Фредерика с перекрестным кровообращением
в 1890г. У двух собак, находившихся под наркозом, перерезали и соединяли
перекрестно сонные артерии и отдельно яремные вены. После такого
соединения и перевязки позвоночных артерий голова первой собаки
снабжалась кровью второй и наоборот. Если у первой собаки перекрывали
трахею и вызывали таким путем асфиксию, то у второй собаки развивалось
гиперпноэ- увеличение легочной вентиляции. У первой же собаки, несмотря на
увеличение в крови напряжения углекислоты и снижение напряжения
кислорода через некоторое время наступало апноэ- прекращение дыхательных
движений. Это объясняется тем, что в сонную артерию первой собаки
поступает кровь второй собаки, у которой в результате гипервентиляции
снижается содержание углекислоты в артериальной крови.

62.

Периферические хеморецепторы
расположены в в стенках аорты
–
аортальные тельца и в
сонных артериях – каротидные
синусы.
Повышение напряжения СО2 и
снижение напряжения О2 и
избыток
Н+
воспринимаются
хеморецепторами, информация
передается
в
дыхательный
центр, в результате усиливается
вентиляция легких.

63.

Возбуждающее действие на нейроны
дыхательного центра оказывают:
понижение концентрации кислорода
(гипоксемия);
повышение содержания углекислого газа
(гиперкапния);
повышение уровня протонов (ацидоз).
Тормозное влияние возникает в результате:
повышения концентрации кислорода
(гипероксемии);
понижения содержания углекислого газа
(гипокапнии);
уменьшения уровня протонов (алкалоза).