Дихання. Суть процесу дихання

1. Дихання

2. Суть процесу дихання

Дихання — це сукупність реакцій біологічного окиснення органічних
енерговмісних речовин з виділенням енергії, необхідної для підтримання
процесів життєдіяльності організму. Біологічне окиснення може відбуватись
як за участю кисню (аеробне дихання), так і без нього (анаеробне дихання).
• Кінцевим акцептором водню в метаболізмі більшості тварин служить
кисень, що утворює воду:
2Н+ + 2е + 0,5О2 ® Н2О
Для нормального обміну речовин організм повинен безупинно одержувати
кисень.

3.

• Дихання
вищих безхребетних і хребетних — це сукупність процесів
надходження кисню в організм і його споживання клітинами, а також
утворення і виведення з організму вуглекислого газу.
• У здійсненні надходження газів беруть участь два різних механізми:
• Перший механізм - дифузія — пасивний процес переходу дихальних газів
крізь біологічні мембрани за градієнтом концентрацій — відбувається на
межі між зовнішнім середовищем і кров'ю чи гемолімфою.
• Другий механізм — конвекція — активне перенесення кисню і вуглекислого
газу — полягає у підведенні до дихальних органів середовища (води чи
повітря), що містить кисень, у перенесенні його кров'ю, гемолімфою чи
целомічною рідиною від дихальних органів до тканин, а також СО2 — у
зворотному напрямку.

4.

•У
процесі дихання більшості багатоклітинних тварин виділяють три
послідовних етапи:
1) зовнішнє дихання;
2) транспорт газів кров'ю;
3) внутрішнє, або тканинне, дихання.
Зовнішнє дихання, що є процесом надходження кисню із зовнішнього
середовища до організму — у кров, гемолімфу або безпосередньо в тканинну
чи целомічну рідину — і виведення з організму вуглекислого газу, характерне
для всіх аеробних організмів.

5. Еволюція дихального апарата

Дифузне
Характерно
для
низькоорганізо
ваних тварин із
зниженням
рівнем обміну,
здійснюється
тільки у
вологому
середовищі і
накладає
обмеження на
розмір
тварини.
Шкірне
Типи дихання
Кишкове Зяброве Трахейне Легеневе
Це єдиний шлях
Не має
газообміну у
самостійного
багатьох
значення і
безхребетних:
виступає як
губок,
доповнення до
кишковопорожн
шкірного і
инних, більшості
зябрового.
червів. Дихальні
гази
проникають
крізь біологічні
мембрани у
розчиненому
стані.
Характерний
для багатьох
тварин що
живуть у воді,
зокрема для
риб. Дихання
газообмін
здійснюється
зябрами.
Здійснюється
У птиць і
спеціальною ссавців, до яких
дихальною
відносяться
системою, яка
переважно
доставляє
більшість
кисень повітря сільськогоспод
до кожного
арських
органа,
тварин,
тканини,
органами
клітини без
дихання є
участі крові та
легені.
їхніх кровяних
пігментів.

6. Анатомічна будова системи органів дихання

Дихальний апарат включає дихальні шляхи - носову
порожнину, носоглотку, гортань, трахею, бронхи, що
діляться на більш дрібні і які закінчуються бронхіолами й
альвеолами з мережами кровоносних судин, що їх
обплітають.

7. Легеневе дихання

Дихання відбувається в декілька етапів.
1.
Обмін повітрям між зовнішнім середовищем і альвеолами легень атмосферне повітря при вдиху надходить в альвеоли, а частина
альвеолярного повітря при видиху виділяється в зовнішнє середовище.
2.
Власне легеневе дихання - газообмін між альвеолярним повітрям і
кров'ю, що протікає через стінки альвеол і капілярів легень.
3.
4.
5.
6.
7.
Зв'язування кисню гемоглобіном.
Транспорт кисню кров'ю.
Газообмін між кров'ю і тканинами організму.
Тканинне дихання.
Транспорт вуглекислого газу.

8.

Функції дихальних шляхів:
1.
Аналіз складу повітря, що надходить, (за рахунок наявних у носовій
порожнині нюхових клітин).
2.
Зігрівання або охолодження повітря (за рахунок розташованих у стінках
дихальних шляхів кровоносних судин і щодо великої площі зіткнення
повітря, що протікає, із поверхнями дихальних шляхів).
3.
Зволоження повітря (за рахунок виділення слизу клітинами, що
вистилають дихальні шляхи і секреторного епітелію дрібних залоз).
4.
Очищення повітря від пилюки (за рахунок роботи миготливого епітелію і
виділення слизу). Легень досягають тільки частки розміром 4 - 6 мкм.
Частота биття війок складає 10 - 20 биттів у хвилину.
5.
У верхніх дихальних шляхах знаходиться багато рецепторів, подразнення
яких викликає захисні рефлекси – кашель, чхання, фиркання.

9. Вентеляція легень

Вентиляцією називають процес оновлення газового состава альвеолярного
повітря під час вдиху і видиху. Інтенсивність вентиляції визначається
глибиною вдиху і частотою дихальних рухів. Частота дихальних рухів в 4 – 5
разів менше за частоту скорочень серця.
Частота дихання в середньому за 1 хв
Тварина
Коні
Велика рогата худоба
Вівці
Свині
Кролі
Дорослі
8 – 16
12 – 25
12 – 16
10 – 18
15 – 30
Молоді
20 – 30
20 – 40
20 – 40
15 – 20
20 – 40

10.

При оцінці
показники:
вентиляції
використовують
такі
• Хвилинний об’єм дихання (Хвоб)
• Хвоб = Доб * n, де
• Доб – дихальний об’єм, тобто об’єм повітря, яке надійшло до легень за один
вдих
• n – кількість дихальних рухів за хвилину
• Хвилинний об’єм дихання у коней у спокою 60 – 70 л (5 – 6*12). При легкій
роботі хвилинний об’єм у коней зростає до 150 – 200 л, при тяжкий до 400 –
500 л.

11.

Життєва ємність легенів (ЖЄЛ)
Дихальний об’єм Резервний (або додатковий) Резервний (або додатковий)
об’єм вдиху (Д дод.об. вд.) об’єм видиху (Д дод.об. вид)
вдиху (Доб)

12.

• Резервний (або додатковий) об’єм вдиху – після глибокого вдиху можна
вдихнути ще деяку кількість повітря
• Резервний (або додатковий) об’єм видиху – повітря, яке можна видихнути
після спокійного видоху.
• Д зал
(залишковий об’єм) – повітря, яке залишається у легенях навіть після
смерті (легені ніколи не спадаються (роз тяжіння альвеол внаслідок
негативного тиску у грудній клітині). Залишковий об’єм не входить до
складу ЖЄЛ.
• ЖЄЛ = Доб + Д дод.об. вд + Д дод.об. вид
• Загальний об’єм легенів (ЗОЛ) = ЖЄЛ + Д зал

13.

• Глибина дихання – об’єм повітря, яке надходить до легенів при кожному
вдиху. Глибина дихання оборотно пропорційна частоті дихання.
• Частота дихання – кількість вдихів за 1 хвилину.
• Відношення повітря, що вдихається до альвеолярного повітря називається
коефіцієнтом легеневої вентиляції.
• Повітряності
шляхи не приймають безпосередню участь у газообміні. Їх
називають мертвим простором або анатомічно шкідливим.
• Альвеолярний газообмін — це тільки один бік справи, а другий її бік —
кровообіг у капілярах легень, тобто перфузія легень.
• Вентиляція легень, як і перфузія, також є нерівномірною

14. Газообмін між альвеолярним повітрям і кров'ю

Газовий склад повітря
Повітря
Вміст газів, %
О2
СО2
N+ інертні гази
Що вдихається
20,94
0,03
79,03
Що видихається
16,30
4,00
79,70
Альвеолярне
14,20
5,20
80,60

15.

• Повітря, що видихається – це суміш повітря, що вдихається і альвеолярного
повітря.
• Кількість газу, розчиненого у крові, залежить від:
1. Складу рідини,
2. Об’єму і тиску газу над рідиною,
3. Температурою рідини,
4. Фізичними властивостями даного газу.
5. Коефіцієнт розчинності відображає об’єм газу, який можна розчинити в 1
мл. рідини при t=0ºС і тиску 760 лм. рт. ст.
• Якщо над рідиною знаходиться декілька газів, то кожен з них розчиняється
відповідно його парціального тиску.

16.

Парціальний тиск – це частина загального тиску газової суміші, яка
приходиться на долю того або іншого газу суміші (тобто це тиск газу, що
входить до складу газової суміші, яке він оказував би при тій самій
температурі, заміщуючи один весь об’єм). Виражається у паскалях або мм
рт.ст:
p=P(a:100)
Р – загальний тиск газової суміші, мм рт.ср.
а – вміст газу в об’ємних процентах (об%)
р – парціальний тиск газу
при Р=760, t = 22ºС
р О2 = 0,21*760=159 мм рт ст. (21,2 кПа)
р СО2 = 0,0003*760=0,23 мм рт ст. (0,003 кПа)
р N2 = 0,78*760=595 мм рт ст. (0,8 кПа)

17. Загальний парціальний тиск газів у повітрі та крові

Середовище, що
досліджується
Повітря, що вдихається
Альвеолярне повітря
Повітря, що видихається
Артеріальна кров
Змішана венозна кров
Тканинна рідина
Парціальний тиск, мм рт
Загальний
ст
тиск
Н2О СО2 О2 N2
6
0,3 159 595
760
47
40 100 573
760
47
32 116 565
760
47
40
95 573
755
47
46
40 573
706
47
60
20 573
700

18.

• Градієнт парціального тиску (різниця парціального тиску) – це основний
фактор, який визначає дифузію газів.
• Різниця між тиском О2 в альвеолярному повітрі та напругою його у венозній
крові легенів:
100-40=60 мм рт ст.
• Різниця між напругою СО2 у венозній крові та тиском СО2 в альвеолярному
повітрі:
46-40=6 мм рт ст.
• Але розчинність СО2 у тканинах легеневих мембран (аерогематичний
бар’єр) вище розчинності О2 більш, ніж у 20 разів.

19. Клітинне дихання

Тканинне дихання — це обмін дихальними газами між кров'ю і тканинами,
що відбувається у процесі біологічного окиснення органічних речовин у
клітинах організму. При цьому відбувається поглинання тканинами кисню і
виділення вуглекислого газу, а внаслідок окиснення й розпаду поживних
речовин виділяється енергія, необхідна для підтримання життя і діяльності
організму.
Біологічне окиснення відбувається в мітохондріях, де містяться ферменти
дихального ланцюга. Для їх нормальної функції потрібно, щоб напруга
кисню (рО2) в мітохондріях була не нижчою за 1 мм рт. ст., інакше
окиснення субстрату й отримання енергії для життєвих процесів
припиняється.
Надходження
кисню до тканин здійснюється як шляхом конвекції
(перенесення кисню кров'ю, тканинною рідиною, через цитоплазму
всередині клітини), так і за допомогою дифузії.

20.

Рушійною силою дифузії газів, як і в альвеолярному
газообміні, є градієнт концентрацій — напруги газів по
обидва боки мембрани.
Процес дифузії триває до вирівнювання концентрацій
між середовищами.
Тому кров не може віддати весь кисень тканинам, так
само тканини не можуть цілком звільнитись від СО2 —
перехід цих газів з одного середовища до іншого
припиняється, коли їх напруга в середовищах
зрівнюється.

21.

Коефіцієнт утилізації кисню – це кількість кисню, яке отримують тканини
із загального вмісту в артеріальній крові, виражене у процентах
Кут. О2 =О2арт-О2 веноз
Підвищенню Кут сприяє посилене утворення молочної та вугільної кислот
при значній фізичній роботі, а також розкриття не функціонуючих капілярів
у працюючій тканині.
Так, для більшості органів у стані спокою коефіцієнт утилізації кисню
становить 0,3-0,4, для серця — 0,6, у напружено функціонуючих м'язах він
зростає до 0,7-0,9, а з печінці може досягти навіть 0,97.

22.

Регуляція тканинного дихання і постачання тканини киснем.
Тканинне дихання тісно пов'язане з функціональним станом
органа чи
тканини.
Зв'язок
здійснюється як безпосередньо: функція — обмін речовин —
дихання, так і через окремі незалежні шляхи регуляції обміну речовин і
дихання в органах, наприклад активація глікогенолізу під час фізичного
навантаження з подальшим окисненням глюкози під впливом симпатичної
нервової системи та адреналіну надниркових залоз.
У регуляції бере участь центральна нервова система, зокрема гіпоталамус,
який здійснює регуляцію обміну речовин в організмі через автономну
нервову систему і залози внутрішньої секреції.

23. Регуляція дихання

Регуляція дихання розрізняє два аспекти:
1. Підтримка ритмічності дихання;
2. Процеси власне регуляції дихання.
• Дихання – саморегулюючий процес, у якому головне значення має дихальний
центр, розташований у ретикулярної формації довгастого мозку, в області дна
четвертого мозкового шлуночка (Н.А. Миславский, 1885).
Дихальний центр — це сукупність нейронів центральної нервової системи, які
забезпечують ритмічну зміну вдиху видихом і навпаки, а також пристосовують
частоту і глибину дихання до мінливих потреб організму і відповідно до умов його
існування.
Дихальний центр розміщений на дні IV шлуночка і складається з центру вдиху
(енспіраторного) та центру видиху (експіраторного). Було також установлено, що
дихальний центр парний, симетричний, розміщений по обидва боки від шва
довгастого мозку.

24. Схема роботи дихального центру

25. Пневмотаксичний центр

У
верхній третині моста (варолієвого) розміщені скупчення дихальних
нейронів, які функціонально відрізняються від дихальних нейронів
довгастого мозку і утворюють пневмотаксичний центр.
У регуляції дихання беруть участь і відділи мозку:
1. Середній мозок – переключення інформації з пропріо- і інтерорецепторов
до дихального центру.
2.
Проміжний мозок – переключення інформації про інтенсивність
метаболізму.
3.
4.
Мозочок – тонізуючий вплив.
Кора головного мозку підкоряє дихання довільним впливам. Під впливом
кори головного мозку утворяться умовні рефлекси, що регулюють
дихання.

26. Рефлекторні впливи на дихальний центр

1.
На рівні спинного мозку мотонейрони одержують від проприорецепторов
м'язів грудної клітини (м'язових веретен) сигнали про зміни ступеня
розтягу цих м'язів.
2.
На рівні бульбарного центру найважливіша роль належить
механорецепторам, розташованим у тканинах легень, а також у стінках
бронхів і трахеї.
3.
До цих рефлексів можна віднести також рефлекси з рецепторів верхніх
дихальних шляхів. При вимиканні носового дихання на 30% знижується
вентиляція легень.
4.
З рецепторів судинних рефлексогенних зон - уповільнення дихання при
підвищенні тиски.

27. Гуморальна регуляція дихання

•У
процесі життєдіяльності інтенсивність обміну речовин, а виходить,
споживання О2 і виділення СО2 безупинно змінюється. Головним природним
подразником дихального центру є парціальний тиск СО2.
Це відбувається декількома шляхами:
1. безпосередня дія СО2 на дихальний центр.
• Людину поміщали в замкнуте помешкання
і чим більше в ньому
накопичувалося СО2, тим частіше ставало дихання.
• При поглинанні СО2 дихання не частішало.
• При додаванні до повітря СО2 у концентрації
5 – 7% відбувається
збільшення легеневої вентиляції в 6 – 8 разів. При концентрації 15%
спостерігається наркоз.

28.

• Перший вдих новонародженого відбувається в результаті накопичення СО2
у крові і лікворі, 80% ефекту – безпосередня дія СО2 на дихальний центр
(клітини передне-бокової поверхні довгастого мозку), 20% ефекту – від
периферичних рецепторів:
1 . дуга аорти (блукаючий нерв (аортальна гілка)
2 . сино- каротидна зона – синусний нерв
• Доказ наявності рефлексів із каротидного синуса – дослід Гейманса.
• 100% ефекту при гіпоксії належить каротидному синусу. При руйнації
хеморецепторів ефекту немає. При зниженні рН дихання частішає.