Регуляция дыхания

1. РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ

2. Регуляция внешнего дыхания представляет собой системную реакцию организма, связанную с изменением минутного объема дыхания(МОД)

, значит, и минутного
объема кровообращения (МОК) в
различных условиях для обеспечения
постоянства газового состава
внутренней среды организма и
гомеостаза в целом.

3. Известные положения

1.
2.
3.
Для нормального протекания тканевого обмена
и процессов жизнедеятельности организма
особенно важны содержание и баланс О2 и СО2
в артериальной крови.
Это обеспечивается за счет установления в
капиллярах
легких
газового
равновесия
(неравновесия), обеспечивающего процессы
синхронного массопереноса О2 и СО2 в
легочном компартменте.
Состав альвеолярного воздуха (постоянство
альвеолярной среды) определяет содержание и
баланс О2 и СО2 в артериальной крови.

4. Регулируемые параметры

Внешнее
дыхание
Минутный объем дыхания (МОД), в который
включены:
Частота дыхательных движений
Глубина дыхания (дыхательный объем)
Диффузия Парциальное давление газов в альвеолярном воздухе,
газов
в напряжение газов в крови, площадь поверхности
кровь
легких,
скорость
тока
крови,
адекватность
вентиляционно - перфузионных отношений
Транспорт
газов
кровью
Количество крови, кислородная емкость крови,
концентрации гемоглобина и его свойства, скорость
тока крови
Диффузия Напряжение газов в клетках и крови, число
газов
в открытых капилляров, способность гемоглобина
ткани
отдавать кислород

5. МОД = ДО х ЧД Интенсивность вентиляции определяется глубиной вдоха и частотой дыхания.

6. Холдейн

1. Холдейн пришел к выводу, что
основным фактором регуляции
дыхания является напряжение
углекислоты в артериальной
крови.
2. Его главный вывод о том, что
повышение напряжения
углекислоты в артериальной
крови приводит к увеличению
МОД, остался справедливым до
настоящего времени.

7. ЦЕНТРАЛЬНОЕ ЗВЕНО (ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР)

8. Дыхательный центр (Н.А. Миславский, 1885 г.)

Еще в начале ХIX века было показано, что в
продолговатом мозге на дне IV желудочка
расположены структуры, разрушение которых
уколом иглы ведет к прекращению дыхания и
гибели организма. Этот небольшой участок
мозга в нижнем углу ромбовидной ямки был
назван дыхательным центром (ДЦ).
ДЦ осуществляет координированную
ритмическую деятельность дыхательных
межреберных мышц и диафрагмы.
ДЦ обеспечивает приспособление дыхания к
меняющимся условиям окружающей и
внутренней среды.

9. Дыхательный центр и его свойства

• В физиологических условиях дыхательный центр
получает
афферентные
сигналы
от
периферических и центральных хеморецепторов,
сигнализирующих
соответственно
о
парциальном давлении кислорода в крови и
концентрации Н+ во внеклеточной жидкости
мозга.
• В
период
бодрствования
деятельность
дыхательного
центра
регулируется
дополнительными сигналами, исходящими из
различных структур ЦНС.
• Химический,
или
гуморальный
механизм
контроля дыхания доминирует над нейрогенным.

10. Современная трактовка понятия «дыхательный центр»

• Считается,что вместо термина "дыхательный
центр" правильнее говорить о системе
центральной регуляции дыхания, которая
включает в себя
1. структуры коры головного мозга, определенные
зоны и ядра промежуточного, среднего,
продолговатого мозга, варолиева моста, нейроны
шейного и грудного отделов спинного мозга,
2. центральные и периферические хеморецепторы,
3. механорецепторы органов дыхания.
• Своеобразие функции внешнего дыхания состоит
в том, что она одновременно и автоматическая, и
произвольно управляемая.

11.

12.

Центральные
и
периферические
хеморецепторы
Рецепторы
растяжения
легких
+
+
Инс.
п
+
+
Эксп
-
+
Диафрагма, внутренние и наружные
межреберные мышцы

13. Функции дыхательного центра

1.
2.
Моторная или двигательная – сокращение
дыхательных мышц (паттерн дыхания –
длительности вдоха и выдоха, МОД
и.т.д.).Моторная функция адаптирует дыхание к
потребностям организма при беге, плавании,
поведенческих реакциях и др.
Гомеостатическая – изменение характера
дыхания при сдвигах содержания О2 и СО2 во
внутренней среде организма. При изменении
барометрического давления, адаптации к
температуре, изменениям газовой среды.

14. Локализация дыхательного центра и функциональные свойства дыхательных нейронов

15. Дыхательные нейроны.

Нейроны, активность которых
соответствует фазам
дыхательного цикла были
названы дыхательными
нейронами.

16. Характеристика дыхательных нейронов

1. По связям
2. По возбуждающему стимулу
3. По активности в различные
фазы дыхательного цикла

17. Активность различных дыхательных нейронов в соответствии с фазами дыхательного цикла

Нейроны
Полные
инспираторные
Ранние
инспираторные
Поздние
инспираторные
Постинспираторные
Преинспираторные
Инспирация Экспирация

18. Локализация дорсальной и вентральной групп нейронов Слева — дорсальная поверхность; справа — два поперечных среза {1, 2), на

которых изображены области сосредоточения дыхательных нейронов,
положение ядра одиночного пути (ЯОП) и двойного ядра (ДЯ). IX и Х —
корешки языкоглоточного и блуждающего нервов; С1 — корешок первого
шейного спинномозгового нерва.

19.

• Дорсальная дыхательная группа. Нейроны
представлены инспираторными нейронами. Они
получают афферентные сигналы от легочных
рецепторов растяжения по волокнам
блуждающего нерва.
• Вентральная дыхательная группа (ростральная и
каудальная).

20.

Вентральная дыхательная группа
• Ростральная ВДГ - инспираторные нейроны
различных типов.
• Каудальная часть – состоит только из
экспираторных нейронов. Все экспираторные
нейроны направляют аксоны в спинной мозг. При
этом 40% экспираторных нейронов иннервирует
внутренние межреберные мышцы, а 60% - мышцы
брюшной стенки.

21. Другие области локализации дыхательных нейронов

• В мосту находятся два ядра
дыхательных нейронов: медиальное
парабранхиальное и ядро Шатра,
которые называют
пневмотаксическим центром (ПТЦ)
(Люмсден 1923 г.) В первом ядре
находятся преимущественно
инспираторные, экспираторные и
фазовопереходные нейроны, во
втором –инспираторные нейроны.

22. .

• Нейроны ПТЦ получают
.
информацию от бульбарного
центра.
• При нарушении связей с ним
нейроны ПТЦ теряют свою
активность
Физиологическая роль ПТЦ:
1.стабилизация и ускорение ритма
2.облегчение переключения
дыхательных фаз

23.

Пневмотаксический центр
+
Инспираторные
нейроны
+
+
Экспираторные
нейроны
Мотонейроны диафрагмального Мотонейроны экспираторных
нерва
мышц

24. Диафрагмальные мотонейроны

• ДМ образуют диафрагмальный нерв.
Нейроны расположены узким
столбом в медиальной части
вентральных рогов от С3 до С5 .
Диафрагмальный нерв состоит из
700-800 миелинизированных и более
1500 немиелинизированных волокон.

25. Мотонейроны сегментов спинного мозга, индуцирующие дыхательные мышцы

• На уровне С1-С2 вблизи латерального края
промежуточногй зоны серого вещества
находятся инспираторные нейроны,
участвующие в регуляции активности
межреберных и диафрагмальных
мотонейронов.
• Мотонейроны, иннервирующие межреберные
мышцы, локализованы в сером веществе
передних рогов от Т4 до Т10.
• Мотонейроны, иннервирующие мышцы
брюшной стенки, локализованы в пределах
вентральных рогов спинного мозга на уровне
Т4 –L3.

26. Рефлекторная регуляция дыхания

В легких находятся три типа механорецепторов
1.
ирритантные, рецепторы растяжения гладких
мышц дыхательных путей,
2.
J-рецепторы (эти рецепторы особо
чувствительны к интерстициальному отеку),
3.
рецепторы верхних дыхательных путей,
4.
проприорецепторы дыхательных мышц
•рефлексы со слизистой оболочки носа
•рефлексы с глотки
•рефлексы с гортани и трахеи
•рефлексы с рецепторов бронхиол.
•рефлекс Геринга-Брейера (контроль глубины и
частоты дыхания, раздувание легких у
наркотизированных животных рефлекторно
тормозит вдох и вызывает выдох). Перерезка
блуждающего нерва устраняет рефлекс).

27.

Информация
к экспираторным
нейронам

28.

29. Перерезка блуждающего нерва

После перерезки
вдох

30. Гуморальная регуляция дыхания

• Главным физиологическим стимулом
дыхательных центров является двуокись
углерода. Регуляция дыхания
обусловливает поддержание нормального
содержания СО2 в альвеолярном
воздухе и артериальной крови.
• Возрастание содержания СО2
в альвеолярном воздухе на 0,17%
вызывает удвоение МОД, а вот снижение
О2 на 39-40% не вызывает существенных
изменений МОД, а значит и МОК.

31. Опыт Фредерика Деятельность дыхательного центра зависит от состава крови, поступающей в мозг по общим сонным артериям (1890 г.)

• У двух собак, находившихся
под наркозом, перерезали и
Опыт Фредерика
соединяли перекрестно
Деятельность дыхательного
сонные артерии и яремные
центра зависит от состава
вены. При этом голова первой
крови, поступающей в мозг
собаки снабжалась кровью
второй собаки и наоборот.
по общим сонным артериям
Если у одной из собак,
(1890 г.)
например у первой,
перекрывали трахею и таким
путем вызывали асфиксию, то
гиперпноэ развивалось у
второй собаки. У первой же
собаки, несмотря на
увеличение в артериальной
крови напряжения СО2 и
снижение напряжения О2 ,
развивалось апноэ, так как в
ее сонную артерию поступала
кровь второй собаки, у
которой в результате
гипервентиляции снижалось
напряжение СО2 в
артериальной крови.

32. Хеморецепторы

Контроль за нормальным содержанием во
внутренней среде организма О2, СО2, и рН
осуществляется
периферическими
и
центральными хеморецепторами.
Адекватным раздражителем
для
периферических
хеморецепторов
является уменьшение РО2 артериальной
крови и увеличение РСО2,
а
для
центральных
хеморецепторов
–
увеличение
концентрации
Н+
во
внеклеточной жидкости мозга.

33. Артериальные хеморецепторы Артериальные хеморецепторы информируют дыхательный центр о напряжении О2 и СО2 в крови,

• Артериальные
хеморецепторы находятся в
каротидных синусах и дуге
Артериальные хеморецепторы
аорты.
информируют дыхательный • Аортальные хеморецепторы
центр о напряжении О2 и СО2 в
на дыхание влияют слабо и
крови, направляющейся к мозгу
большее значение имеют
для регуляции
кровообращения.
• Артериальные
хеморецепторы являются
уникальными
рецепторными
образованиями, на которые
гипоксия оказывает
стимулирующее влияние.
Стимулирующее действие
гипоксии и гиперкапнии на
хеморецепторы взаимно
усиливается.
Артериальные
хеморецепторы

34. Зависимость вентиляции легких от напряжения газов в крови

35. Центральные хеморецепторы

36. Центральные хеморецепторы

• Центральные хеморецепторы
Центральные
расположены в
продолговатом мозге
хеморецепторы
латеральнее пирамид.
Перфузия этой области мозга
раствором со сниженным рН
резко усиливает дыхание.
Центральные хеморецепторы,
оказывая сильное влияние на
деятельность дыхательного
центра, существенно
изменяют вентиляцию легких.
• Снижение рН спинномозговой
жидкости всего на 0,01
сопровождается увеличением
легочной вентиляции на 4
л/мин

37. Чувствительные нейроны

38. РЕАКЦИЯ ДЫХАНИЯ НА СО2 И ИЗМЕНЕНИЯ pН

• Гиперкапния и ацидоз стимулируют,
а гипокапния и алкалоз тормозят
центральные хеморецепторы.
• Функцию регуляторов пороговых
сдвигов рН в области центральных
хеморецепторов выполняют
структуры гематоэнцефалического
барьера, который отделяет кровь от
внеклеточной жидкости мозга.

39. Дыхательный цикл, регуляция дыхания

40.

Регуляция дыхания
(итоговая схема)

41. СХЕМА РЕФЛЕКТОРНОЙ РЕГУЛЯЦИИ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ ПО ПРИНЦИПУ ОТКЛОНЕНИЯ

42. Дыхательный цикл

Фазы дыхательного
Состояние дыхательных мышц
цикла
Возникновение
Сокращение
диафрагмы
и
инспирации и ее межреберных мышц
усиление
Постинспираторная Сокращение
инспираторных
активность - первая мышц небольшой интенсивности
фаза экспирации
Экспирация - вторая Расслабление
инспираторных
фаза экспирации
мышц при спокойном дыхании
Расслабление
инспираторных
мышц
и
сокращение
экспираторных
при
форсированном дыхании

43. РЕГУЛЯЦИЯ ПРОСВЕТА БРОНХОВ

1. Сокращение гладких мышц и сужение
бронхов происходит при действии
ацетилхолина парасимпатических
нервных окончаний на Мхолинорецепторы.
2. Через 2-адренорецепторы
катехоламины мозгового вещества
надпочечников и норадреналин
симпатических нервных окончаний
оказывают расслабляющее действие на
гладкие мышцы, происходит
расширение бронхов

44. НЕДЫХАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ ЛЕГКИХ

• Защита организма от вредных
компонентов вдыхаемого воздуха.
• Метаболизм биологически активных
веществ (разрушение брадикинина,
инактивация простагландинов группы Е и
F, превращение ангиогтензина I в
ангиотензин II за счет АПФ, синтез
тромбоксана В2, синтез факторов
свертывающей и противосвертывающей
систем).

45.

• Легкие принимают участие в водносолевом обмене, удаляя за сутки 500 мл
воды.
• Легкие могут поглощать воду, которая
поступает из альвеол в легочные
капилляры. Вместе с водой легкие
способны пропускать
крупномолекулярные вещества,
например, лекарственные препараты,
которые вводятся непосредственно в
легкие в виде аэрозолей или жидкостей
через интубационную трубку.

46. Дыхание в измененных условиях

47.

• В различных условиях среды
обитания системы нейрогуморальной
регуляции дыхания и
кровообращения функционируют в
тесном взаимодействии как единая
кардиореспираторная система.
• Особенно четко это проявляется при
интенсивной физической нагрузке и в
условиях гипоксии - недостаточном
снабжении организма кислородом.

48. Патологические типы дыхания

49.

Различают несколько типов патологического дыхания.
Гаспинг, или терминальное редкое дыхание, которое проявляется
судорожными вдохами-выдохами. Оно возникает при резкой гипоксии мозга или
в период агонии.
Атактическое дыхание, т.е. неравномерное, хаотическое, нерегулярное
дыхание. Наблюдается при сохранении дыхательных нейронов продолговатого
мозга, но при нарушении связи с дыхательными нейронами варолиева моста.
Апнейстическое дыхание. Апнейзис - нарушение процесса смены вдоха на
выдох: длительный вдох, короткий выдох и снова - длительный вдох.
Дыхание типа Чейна-Стокса: постепенно возрастает амплитуда дыхательных
движений, потом сходит на нет и после паузы (апноэ) вновь постепенно
возрастает. Возникает при нарушении работы дыхательных нейронов
продолговатого мозга, часто наблюдается во время сна, а также при
гипокапнии.
Дыхание Биота проявляется в том, что между нормальными дыхательными
циклами "вдох-выдох" возникают длительные паузы - до 30 с. Такое дыхание
развивается при повреждении дыхательных нейронов варолиева моста, но
может появиться в горных условиях во время сна в период адаптации.
При дыхательной апраксии больной не способен произвольно менять ритм и
глубину дыхания, но обычный паттерн дыхания у него не нарушен. Это
наблюдается при поражении нейронов лобных долей мозга.
При нейрогенной гипервентиляции дыхание частое и глубокое. Возникает
при стрессе, физической работе, а также при нарушениях структур среднего
мозга.