№9 Физиология дыхания Сиянова

1.

Амурская государственная медицинская академия
(Амурская ГМА )
Физиология дыхания
Составитель: к.б.н. Сиянова И.В.
доцент кафедры физиологии и
патофизиологии

2. План лекции

1. Этапы процесса дыхания, транспорт газов кровью.
2. Статические показатели вентиляции легких.
3. Механизмы регуляции дыхания.

3. 1. ЭТАПЫ ПРОЦЕССА ДЫХАНИЯ, ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ

Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих поступление во внутреннюю среду
организма кислорода, использование его для окислительных процессов и удаление из организма
углекислого газа
Этапы дыхания:
- вентиляция легких (обмен газов между атмосферным воздухом и альвеолами легких);
- диффузия газов в легких (обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью);
- транспорт газов кровью (процесс переноса кислорода от легких к тканям и углекислого газа от
тканей к легким);
- диффузия газов в тканях (обмен газов между кровью капилляров большого круга кровообращения
и клетками тканей);
- тканевое дыхание (потребление кислорода в процессе биологического окисления в митохондриях
клеток организма и выделение углекислого газа).

4. Вентиляция легких

Анатомически мертвое пространство - это объем воздухопроводящей зоны легких (первые 16
генераций дыхательных путей), в которой не происходит газообмен, составляет 150 мл.
Респираторная зона – это альвеолярная респираторная зона, где происходит газообмен
(последние четыре генерации (20-23).
Вентиляция легких осуществляется за счет создания разности давления между альвеолярным и
атмосферным воздухом

5.

Механизм вдоха – инспирация – это активный процесс:
- снижение количества О2 и повышение СО2 в крови, возбуждается
инспираторный центр, вызывая сокращение инспираторных мышц
диафрагма - основная инспираторная мышца - опускается вниз,
смещая
органы брюшной полости
-;
- наружные межреберные мышцы и межхрящевые мышцы поднимают ребра и грудину,
увеличивая объем грудной клетки в вертикальном, переднезаднем и боковом направлениях.
Легкие расширяются.
Давление воздуха в альвеолах снижается, становясь меньше атмосферного, поэтому воздух из
атмосферы входит в легкие, смешиваясь с альвеолярным воздухом.
При глубоком форсированном дыхании в инспирации участвуют дополнительные
мышцы: ключично-сосцевидная, лестничные, большая и малая грудные мышцы,
передняя зубчатая, трапециевидная, поднимающая лопатку.

6.

Механизм выдоха – экспирация, при спокойном выдохе – пассивный процесс:
- повышение РО2 и снижение РСО2 уменьшает возбуждение инспираторного центра;
- расслабление инспираторных мышц.
диафрагма поднимается под давлением органов брюшной полости
при возврате их в исходное положение;
грудная клетка опускается под действием эластических свойств и
силы тяжести, ее объем уменьшается.
Легкие спадаются. Этому способствует эластическая тяга легких.
Альвеолярное давление возрастает и воздух удаляется из альвеол.
Экспирация при глубоком форсированном дыхании - активный процесс.
Основные экспираторные мышцы при форсированном дыхании:
- внутренние косые межреберные мышцы опускают рёбра;
- мышцы живота уменьшают объём брюшной полости, способствуют поднятию
диафрагмы. Объём грудной полости уменьшается.
К вспомогательным экспираторным мышцам относят мышцы, сгибающие позвоночник

7.

https://wishescards.ru/davlenie/vdox/viydox/?utm_medium=organic&utm_source=yandexsmartcamera
Плевральная щель - герметичная полость (5-10 мкм) между листками висцеральной плевры
(покрывает легкие) и париетальной плевры (на внутренней поверхности грудной клетки). Заполнена
серозной жидкостью - уменьшает трение между легкими и грудной стенкой во время вдоха и выдоха.
С возрастом грудная клетка опережает в развитии легкие, поэтому у взрослого человека легкие постоянно
находятся в растянутом состоянии и все время стремятся сжаться. Вследствие этого давление в плевральной
полости внутриплевральное давление на вдохе и на выдохе отрицательное, т.е. ниже
атмосферного на 4-8 мм рт. ст.
Внутриплевральное давление всегда ниже альвеолярного - легкие расправляются в зону с более
низким давлением.
Альвеолярное давление выше атмосферного на выдохе и ниже на вдохе.
Разница между альвеолярным и атмосферным
давлением влияет на движение воздуха из
внешней среды к альвеолам и обратно.

8.

Эластическая тяга лёгких (ЭТЛ) - сила, с которой лёгкие стремятся к сжатию
– вернуться в нерастянутое состояние.
Обусловлена факторами:
- наличие в стенках альвеол эластических и коллагеновых волокон;
- гладкие мышцы кровеносных сосудов;
- тонус бронхиальных мышц;
- поверхностное натяжение плёнки жидкости, покрывающей стенки альвеол. Составляет 2/3 величины ЭТЛ.
Эластичность - способность отвечать на нагрузку повышением напряжения, величина, обратная
растяжимости
Во время вдоха:
- легкие расширяются;
эластическая
тяга
увеличивается
–
легки
стремятся сжаться еще сильнее;
- внутриплевральное давление
становится
еще
более
отрицательным

9.

Сурфактант - смесь поверхностно-активных веществ, выстилающая лёгочные альвеолы и
бронхиальное дерево изнутри. Облегчает расширение альвеол во время вдоха и сохраняет их
открытыми во время выдоха. Секретируется альвеолоцитами II типа из компонентов плазмы крови.
Содержит лецитин (фосфатидилхолин), триглицериды, холестерин, протеины, углеводы.
Функции сурфактанта:
- уменьшает поверхностное натяжение плёнки тканевой жидкости,
покрывающей альвеолярный эпителий;
- уравнивает поверхностное натяжение в альвеолах разных размеров,
препятствуя их слиянию;
- обладает бактериостатической активностью;
- облегчает диффузию кислорода из альвеол в кровь
альвеола
сурфактант

10.

Пневмоторакс – нарушение герметичности плевральной полости, приводящее
выравниванию внутриплеврального давления с атмосферным и спадению тканей лёгкого.
к
При открытом пневмотораксе на вдохе грудная клетка расширяется и воздух через отверстие в
ней поступает в плевральную полость – в отсутствие отрицательного давления в ней легкое не
расправляется

11. Диффузия газов в легких

Воздух поступает в бронхи до 17-й генерации конвекционным путем (перенос молекул газа с
потоком газовой смеси), далее к струйному поступлению воздуха присоединяется диффузионный
способ обмена О2 и СО2.
Диффузия – движение частиц веществ, приводящее к выравниванию его концентрации в среде
(например, движение молекул газа из области большего в область меньшего парциального давления).

12.

Постоянство (гомеостаз) состава альвеолярного газа обеспечивается альвеолярной
вентиляцией:
Газообмен между альвеолами и венозной кровью зависит от:
– разницы давления газов в альвеолах и крови (60 мм рт. ст. для О2, 6 мм рт. ст. для СО2);
– коэффициента диффузии (коэффициент диффузии для СО2 в легких в 23 раза больше, чем для О2);
– площади поверхности, через которую осуществляется диффузия (50-90 м2);
– толщины мембраны (0,4-1,5 мкм);
– функционального состояния мембраны.
https://cf.ppt-online.org/files/slide/d/dmzvRf8h1UBlTtkqwyCGFNK047xPoXseSMcQAi/slide-49.jpg

13.

Углекислый газ в крови переносится:
- в физически растворенном виде – около 5% (2,6 об.%),
- в составе химических соединений – 85% в виде бикарбоната натрия (NaНСО3, в плазме крови) и калия
(КНСО3, внутри эритроцитов),
- в соединении с гемоглобином - карбогемоглобин – 10%.
Кислород в крови переносится:
- в физически растворенном виде – около 5% (0,3 об.%);
- в форме оксигемоглобина – около 95% (18-20 об.%).
Кислородная емкость крови (КЕК) - количество кислорода, которое связывается кровью до
полного насыщения гемоглобина (1 г гемоглобина связывает 1,39 мл О2, весь - 180-200 мл О2/л).
Сатурация - процент гемоглобина, насыщенного кислородом от общего содержания
гемоглобина (SаО2 - 95-99%).
https://cf.ppt-online.org/files/slide/h/Hn9aNRXAulFKsIe7ZJOp20y8DbL6BwcqtoVWSd/slide-24.jpg

14.

Кривая диссоциации гемоглобина отображает долю гемоглобина в его насыщенной
(кислородом) форме (по вертикальной оси) по отношению к напряжению кислорода (по
горизонтальной оси). Имеет S-образную форму. Показывает связь показателей SаO2 и PO2,
определяется сродством гемоглобина к кислороду - насколько легко гемоглобин присоединяет и
высвобождает О2 в окружающей его жидкости

15. На процесс оксигенирования гемоглобина влияют: 

На процесс оксигенирования гемоглобина влияют:
Парциальное давление О2.
Гемоглобин существует в двух формах - расслабленная (связывание с О2 увеличивает к нему сродство) и напряженная.
Молекула гемоглобина становится насыщенной при связывании с четырьмя молекулами О2 - оксигемоглобин. При низком РО2
сродство гемоглобина к кислороду ниже, а при высоком РО2 - выше.
Парциальное давление СО2.
Углекислый
газ
уменьшает
сродство
гемоглобина
О2 пропорционально своей концентрации.
к
Концентрация Н+ (рН).
При снижении рН (закислении крови) сродство гемоглобина к О2
уменьшается (Н+ присоединяются к гемоглобину) и кривая
диссоциации оксигемоглобина уплощается - эффект Бора
2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) – промежуточный метаболит
гликолиза в эритроцитах снижает сродство гемоглобина к
кислороду
Температура – чем выше, тем ниже сродство гемоглобина к
кислороду

16. 2. Статические показатели вентиляции легких

Дыхательный
объем
(ДО)
–
количество воздуха,
которое
человек
вдыхает и выдыхает
при
спокойном
дыхании
(0,5-0,8 л).
Объемы:
Резервный объем вдоха
(РОвд) – количество воздуха,
которое
человек
может
дополнительно вдохнуть после
нормального вдоха
(1,5-1,8 л).
Остаточный объем
(ОО) – количество воздуха,
остающееся в легких после
максимального выдоха
(1,0-1,5 л).
Резервный
объем
выдоха
(РОвыд)
–
количество
воздуха,
которое человек может
дополнительно выдохнуть
после спокойного выдоха
(1,0-1,4 л).
Емкости:
Жизненная
легких
-
емкость
ЖЕЛ
(ДО+РОвд+РОвыд)
–
наибольшее
количество
воздуха,
которое
можно
выдохнуть после максимального вдоха
(3,0-5,0 л).
Емкость
вдоха
(ДО+Ровд) – максимальное
количество
воздуха,
которое можно вдохнуть
после спокойного выдоха
(2,0-3,0 л).
Общая емкость легких
(ДО+Ровд+РОвыд+ОО)
–
количество
воздуха,
содержащегося в легких на
высоте максимального вдоха
(4,0-6,0 л).
Функциональная
остаточная емкость –
ФОЕ (РОвыд+ОО) –
количество
воздуха,
остающееся в легких
после
спокойного
выдоха (2,0-3,0 л).

17.

Динамические показатели вентиляции легких
Минутный объем дыхания (МОД=ДОхЧД) в
покое 7,0-9,0 л, ЧД у взрослого 14 (12-18) в мин, у
новорожденных 30-40 в мин.
Максимальная вентиляция легких (МВЛ) – объем воздуха,
проходящий через легкие за 1 минуту при дыхании с
максимальной частотой (40-60 в мин) и глубиной
Виды внешнего дыхания:
тахипноэ – частое поверхностное
дыхание
эйпноэ – нормальное
дыхание
брадипноэ – редкое дыхание
гиперпноэ – глубокое и частое
дыхание
апноэ – отсутствие дыхательных
движений

18. 3. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ДЫХАНИЯ

Дыхательный центр в широком смысле слова представляет собой совокупность нейронов,
расположенных на различных уровнях ЦНС.
Дыхательный центр в узком смысле слова - совокупность нейронов в области
продолговатого мозга на дне 4 желудочка. Включает группу ядер в области ретикулярной формации,
импульсная активность которых меняется в соответствии с фазами дыхательного цикла (центр
судорожного дыхания или гаспинг-центр).

19.

Центр судорожного дыхания (Гаспинг-центр)
Дорсальная дыхательная группа (ДДГ) - расположена в вентролатеральном отделе ядра
солитарного тракта. Представлена в основном инспираторными нейронами (центр вдоха).
Вентральная дыхательная группа ядер (ВДГ) находится в вентролатеральной части
продолговатого мозга. Более рострально располагаются инспираторные нейроны, каудально –
эспираторные (центр выдоха).

20.

Центральный дыхательный ритмогенез
(саморегуляторный контур поддержание постоянства газового состава крови)
Ритмическая смена вдоха и выдоха обеспечивается циркуляцией возбуждения и реципрокного
торможения в дыхательных нейронах продолговатого мозга – колебательный дыхательный контур.
Дыхательный цикл состоит из трех фаз:
- инспираторная (вдох);
- постинспираторная (плавное снижение активности инспираторных мышц);
- экспираторная (выдох).

21.

Типы нейронов дыхательного центра:
- ранние, полные и поздние инспираторные (обладают автоматией);
- постинспираторные;
- полные экспираторные и поздние экспираторные.
Автоматия дыхательных нейронов – периодическая ритмическая активность дыхательного центра, регулируется:
- синаптическими связями между различными группами дыхательных нейронов;
- наличием афферентной стимуляции со стороны центральных и периферических рецепторов (особая роль хеморецепторов);
- влиянием гуморальных факторов;
- поступления сигналов от других отделов ЦНС.

22.

Пневмотаксический центр (варолиев мост) уменьшает период активности инспираторных
нейронов дыхательного центра путём выключения фазы вдоха и более ранним появлением фазы
выдоха. Увеличивает частоту дыхания.
Апнейстический центр (варолиев мост) получает возбуждение от инспираторных нейронов и
тормозит активность экспираторных нейронов. Увеличивает время фазы выдоха.
Нейроны моста при взаимодействии с нейронами продолговатого мозга обеспечивают
правильный дыхательный ритм - эйпноэ.

23.

Опыт Люмсдена (1924), с перерезкой мозга на различных уровнях:
- выше нижней трети продолговатого мозга - центр судорожного дыхания, дыхание частое с резким
переходом вдоха в выдох;
- между продолговатым и средним мозгом - остановка дыхания на вдохе, задержка выдоха;
- выше варолиевого моста - дыхание типа эйпноэ с плавным и своевременным переходом вдоха в выдох и
оптимальным ритмом;
- на уровне 1-2 шейных сегментов спинного мозга - прекращение внешнего дыхания и гибель от удушья
(пересекаются пути к мотонейронам дыхательной мускулатуры, которые не обладают автоматией);
- на уровне 4 сегмента спинного мозга - снижение амплитуды дыхания на 1/3, т.к. дыхание обеспечивает
только диафрагма (выходит на уровне С3-С4).

24.

Специфические факторы регуляции дыхания:
Центральные (бульбарные) хеморецепторы дыхательного центра
чувствительны к увеличению РСО2 и концентрации ионов Н+ во
внеклеточной жидкости мозга
Импульсация с рецепторов растяжения легких - рефлекс ГерингаБрейера - смена вдоха на выдох
при растяжении легких (механорецепторы)
Периферические хеморецепторы –
каротидные и аортальные тельца,
чувствительные к уменьшению
рН, РО2 и увеличению РСО2
Импульсация с проприорецепторов дыхательных мышц - при
затруднении дыхательных движений усиливается сила сокращения мышц
с проприорецепторов сокращающихся скелетных мышц, сухожилий,
суставов

25.

Неспецифические факторы регуляции дыхания:
Импульсация с барорецепторов рефлексогенных сосудистых зон уменьшение глубины и частоты дыхания при повышении
артериального давления;
Импульсация с механорецепторов легких и верхних дыхательных
путей – кашель, чихание (ирритантные рецепторы), одышка
(юкстаальвеолярные рецепторы), частое, поверхностное дыхание,
бронхоконстрикция (J-рецепторы)
Импульсация с механорецепторов кожи - при болевом и
температурном раздражении гипервентиляция лёгких;
Температура тела – учащение или урежение дыхания
Гормоны и БАВ

26.

Импульсы от инспираторных нейронов поступают к мотонейронам дыхательных мышц спинного мозга, и,
активируя их, вызывают сокращение диафрагмы и межреберных мышц.
Часть импульсов вызывает возвратное торможение инспираторных нейронов (ТПСП) и возбуждение
экспираторных нейронов (ВПСП). Вдох прекращается. Активируются мотонейроны экспираторной мускулатуры,
происходит выдох. Цикл повторяется с нового возбуждения инспираторных клеток, обладающих автоматией
выдох
вдох

27. Роль высших отделов ЦНС в регуляции дыхания

Регуляция дыхания включает сложные поведенческие условные и безусловные акты,
приспосабливающие дыхание к изменяющимся условиям окружающей среды и жизнедеятельности
организма.
Участии коры больших полушарий головного мозга в произвольной регуляции дыхания позволяет
изменять частоту и глубину дыхания в широком диапазоне.

28.

Спасибо за внимание!