Физиология дыхания. Этапы (процессы) дыхания

1.

Лекция 2: Физиология дыхания
Название дисциплины: Нормальная физиология
для специальности 31.05.02 Педиатрия 2 курс
Учебный год 2020 -2021
Кафедра нормальной и патологической физиологии
Лектор: доцент Климкина Татьяна Николаевна

2.

Содержание:
Этапы (процессы) дыхания
Механизм вдоха и выдоха
Основные показатели функции внешнего дыхания
Легочные объёмы и ёмкости
Регуляция дыхания
Дыхание в различных атмосферных условиях

3.

Этапы дыхания
• Внешнее дыхание (легочная вентиляция)–
газообмен между атмосферным воздухом и
альвеолами
• Газообмен в легких – между альвеолярным
воздухом и кровью малого круга кровообращения
• Транспорт газов кровью (преимущественно в
соединении с гемоглобином эритроцитов)
• Газообмен в тканях- между кровью большого
круга кровообращения и тканями
• Внутреннее (клеточное) дыхание - изучает
биохимия

4.

Этапы дыхания

5.

Дыхательная система

6.

Функции дыхательной системы
• Специфическая – газообмен
• Неспецифические: выделительная, эндокринная,
защитная, терморегуляторная, участие в свертывании
крови, обмене жиров, белков, водно-солевом
Функции воздухоносных путей:
Очищение
увлажнение
согревание воздуха
генерация звука (фонация)

7.

Мёртвое пространство – часть воздуха,
не участвующая в газообмене
• Анатомическое – воздухоносные пути
• Альвеолярное – невентилируемые и
неперфузируемые альвеолы
• Функциональное (физиологическое)- все участки
дыхательной системы, где не происходит газообмена.
Включает анатомическое и альвеолярное мертвое
пространство

8.

Дыхательный цикл
Вдох – инспирация
Выдох - экспирация

9.

Механизм вдоха
1 -Расширение грудной клетки – результат сокращения
инспираторных мышц:
главные – диафрагма, наружные межреберные и межхрящевые
мыщцы;
вспомогательные – лестничные, зубчатые, большие и малые
грудные, грудинно-ключично-сосцевидные
Типы дыхания:
грудной (рёберный)
брюшной (диафрагмальный),
смешанный
2- Отрицательное давление в плевральной полости

10.

Механизм дыхательных
движений

11.

Механизм выдоха
При спокойном дыхании осуществляется пассивно
при расслаблении инспираторных мышц
При глубоком и затрудненном дыхании с участием
экспираторных мышц:
главные - внутренние межрёберные;
вспомогательные - мышцы живота

12.

Вспомогательные дыхательные мышцы
экспираторные
инспираторные
инспираторные
инспираторные
инспираторные

13.

Экскурсия
грудной клетки изменение окружности грудной клетки на вдохе и выдохе.
В норме:
у мужчин - 7- 10 см у женщин – 5 - 7 см
Факторы, влияющие на экскурсию
возраст
пол,
конституция (тип грудной клетки)
состояние костно-мышечной системы

14.

Модель Дондерса

15.

Внутриплевральное давление
Транспульмональное давление – разница между
атмосферным и внутриплевральным (вне дыхательного
цикла – 3-4 мм.рт.ст; на вдохе 6-10 мм.рт.ст.; на выдохе
3-2 мм.рт.ст).
Следовательно, на вдохе давление в плевральной щели
уменьшается, на выдохе - увеличивается
Отрицательное давление в плевральной
полости обусловлено: эластической тягой лёгких и
герметичностью плеврального пространства
Пневмоторакс – нарушение герметичности плевральной
полости (открытый, закрытый и клапанный)

16.

Внутрилегочное и внутриплевральное
давление на вдохе и выдохе

17.

Эластическая тяга лёгких
обусловлена:
• Поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей
внутреннюю поверхность альвеол. Сурфактант снижает
поверхностное натяжение
• Тонусом бронхиальных мышц
• Упругими свойствами лёгких (наличие эластических волокон
Рестриктивные поражения – снижение растяжимости лёгких
(при застое в малом круге, альвеолярном отёке, фиброзе легких,
длительном отсутствии вентиляции). ЗАТРУДНЕН ВДОХ
ОБСТРУКТИВНЫЕ НАРУШЕНИЯ – ПРЕПЯТСТВИЕ ДВИЖЕНИЮ ВОЗДУХА ПО
ВОЗДУХОНОСНЫМ ПУТЯМ. ЗАТРУДНЕН ВЫДОХ

18.

Параметры внешнего
дыхания
Минутный объём дыхания
МОД= ДО x ЧД
• ДО – дыхательный объём -количество воздуха, вдыхаемого и
выдыхаемого за 1 дыхательный цикл при спокойном дыхании.
Норма 300 - 800мл
• ЧД – частота дыхания – количество дыхательных циклов в 1мин.
Эупноэ (норма) - 14-20;
брадипноэ < 12;
тахипноэ > 22

19.

Параметры внешнего
дыхания
ЖЕЛ – жизненная ёмкость лёгких – максимальное количество
воздуха, которое можно вдохнуть и выдохнуть за 1 цикл.
Включает 3 объёма
дыхательный (10-20%)
резервный объём вдоха (РОвд.)
резервный объём выдоха (РОвыд.)
ЖЕЛ = ДО + РОвд. + РОвыд.
ЖЕЛ – показатель подвижности лёгких и грудной клетки. Зависит от
возраста, пола, размеров и положения тела, тренированности, растяжимости
лёгких
• МВЛ – максимальная вентиляция лёгких за 1 мин. (при глубоком и
частом дыхании), предельные возможности дыхательной системы

20.

Принцип действия пневмотахографа
спирометрия: это приборы
способные вмещать
различные количества
воздуха при постоянном
давлении.
Пневмотахография:кривая
изменений этой
объeмной скорости.

21.

Спирография

22.

Легочные объемы и емкости
Легочные объемы:
1. Дыхательный объем (ДО) = 500 мл
2. Резервный объем вдоха (РОвдоха)= 1500-2500 мл
3. Резервный объем выдоха (РОвыдоха)=1000 мл
4. Остаточный объем (ОО) = 1000 -1500мл
Легочные емкости:
• - общая емкость легких (ОЕЛ)= (1+2+3+4) = 4-6 литров
• -жизненная емкость легких (ЖЕЛ) = (1+2+3) =3,5-5 литров
• -функциональная остаточная емкость легких (ФОЕ) = (3+4 ) = 2-3
литра
• - емкость вдоха (ЕВ) = (1+2) = 2-3 литра

23.

Легочные ёмкости
Общая ёмкость лёгких - это максимальное количество
воздуха, содержащееся в лёгких. Включает ЖЕЛ и ОО
(остаточный объём)
Остаточный объём – всегда остаётся в лёгких после
глубокого выдоха. Обусловлен неспадением альвеол,
разницей давлений, закрытием мелких воздухоносных
путей
Функциональная остаточная ёмкость – количество
воздуха, которое остаётся в легких после спокойного
выдоха.
ФОЕ = РОвыд+ОО

24.

Зависимость легочных объемов от
возраста

25.

Параметры внешнего дыхания у детей
ЧД: новорожденные – 30-70;
• грудные – 30-35; 3 года -25-30;
• 5-7 лет- 20-25;
ДО: новорожденные – 15-20 мл;
• грудные – 60 мл; 3 года – 95 мл;
• 5-7 лет-140-160 мл 10 лет- 210 мл;
• 14-17 лет- 260-300мл.
ЖЕЛ (измеряется с 4 лет): 4-5 лет -1100-1200 мл;
7 лет- 1200-1400 мл; 10 лет-1400-1800 мл ;
14-17 лет – 2500-2700 мл (девушки); 2700-3900 мл (юноши)

26.

Диффузионная способность лёгких
Количество газа, проникающего через
аэрогематический барьер за 1 мин. при градиенте
давлений 1мм.рт.ст.
Для углекислого газа диффузионная способность
выше
В минуту потребляется около 250 мл. кислорода и
выделяется около 230 мл. углекислого газа

27.

Газообмен
обеспечивается
1- ПРОЦЕССОМ ВЕНТИЛЛЯЦИИ
2– ПРОЦЕССОМ ДИФФУЗИИ О2 И СО2
3 – КРОВОТОКОМ ПО КАПИЛЛЯРАМ МАЛОГО
КРУГА КРОВООБРАЩЕНИЯ

28.

Факторы, обеспечивающие
эффективность внешнего дыхания
• Состояние и активность дыхательных мышц
• Состояние плевры и плевральной полости
• Пропускная способность воздухоносных путей
(отсутствие обструктивных процессов)
• Целостность и эластические свойства лёгочной ткани
• Диффузионная способность аэрогематического барьера
• Перфузия лёгких (кровоток в малом круге)
• Активность механизмов регуляции

29.

АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ
СОПРОТИВЛЕНИЕ
- ЭТО ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ НА ПРОХОЖДЕНИЕ ВОЗДУХА ПО
ВОЗДУХОНОСНЫМ ПУТЯМ. ВЛИЯЮТ ФАКТОРЫ:
1.
ОБЪЕМ ЛЕГКИХ
2.
ПРОСВЕТ БРОНХОВ, ТОНУС БРОНХИАЛЬНЫХ МЫШЦ
(СИМПАТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА РАСШИРЯЮТ, ПАРАСИМПАТИЧЕСКИЕ СУЖИВАЮТ). РЕЦЕПТОРЫ БРОНХИАЛЬНЫХ МЫШЦ –БЕТТА2АДРЕНОРЕЦЕПТОРЫ И М-ХОЛИНОРЕЦЕПТОРЫ
3.
ПЛОТНОСТЬ И ВЯЗКОСТЬ ВДЫХАЕМОГО ГАЗА.
4.
СОДЕРЖАНИЕ СО2 В АЛЬВЕОЛЯРНОМ ВОЗДУХЕ

30.

Относительный объем
форсированного выдоха (ОФВ
норма
Обструктивные
нарушения в легких

31.

Регуляция дыхания
Организм осуществляет тонкое регулирование напряжения О2 и СО2 в
крови – их содержание остаётся относительно постоянным, несмотря на
колебания количества доступного кислорода и потребности в нём,
которая во время интенсивной мышечной работы может увеличиваться
в 20 раз.
Частота и глубина дыхания регулируется дыхательным центром,
нейроны которого расположены в различных отделах ЦНС; главными из
них являются продолговатый мозг и мост.
Дыхательный центр по соответствующим нервам ритмично посылает
к диафрагме и межрёберным мышцам импульсы, которые вызывают
дыхательные движения. В основе своей ритм дыхания является
непроизвольным, но может изменяться в некоторых пределах высшими
центрами головного мозга, что свидетельствует о возможности
произвольного влияния на нижележащие отделы дыхательного центра.

32.

Дыхательный центр
• Дыхательный центр - совокупность нейронных ансамблей разных
этажей центральной нервной системы, обеспечивающих
управление внешним дыханием
• Автоматический дыхательный центр - совокупность нейронов
специфических (дыхательных) ядер продолговатого мозга,
способных генерировать дыхательный ритм
• Функции дыхательного центра:
- моторная или двигательная
- гомеостатическая

33.

Уровни локализации дыхательного центра
КОРКОВЫЙ ОТДЕЛ
ДЫХАТЕЛЬНОГО
ЦЕНТРА
ЛИМБИЧЕСКИЙ ОТДЕЛ
ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА
ГИПОТАЛАМИЧЕСКИЙ
ОТДЕЛ ДЫХАТЕЛЬНОГО
ЦЕНТРА
ПНЕВМОТАКСИЧЕСКИЙ
ЦЕНТР ВАРОЛИЕВА МОСТА
ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ПРОДОЛГОВАТОГО МОЗГА
СПИНАЛЬНЫЕ МОТОНЕЙРОНЫ
МЕЖРЕБЕРНЫХ МЫШЦ

34.

Дыхательный центр
Бульбарный отдел ( в продолговатом мозге – главное представительство
(по Н.А. Миславскому). Обеспечивает автоматическую саморегуляцию
дыхания. Включает инспираторный (ранние и поздние нейроны) и
экспираторный отделы
Спинальный уровень – включает мотонейроны передних рогов,
иннервирующие дыхательные мышцы (3-5 - шейные сегменты - диафрагму;
1-6 грудные сегменты - межреберные мышцы)
Область моста - пневмотаксический центр - регулирует продолжительность
вдоха и выдоха (ритм дыхания)
Средний мост, мозжечок – регуляция тонуса дыхательных мышц
Гипоталамус –интеграция дыхания с другими функциями и внешней средой
Кора больших полушарий – произвольная и условно-рефлекторная регуляция
дыхания

35.

Автоматия дыхательного центра
Под автоматией дыхательного центра – понимают
циркуляцию возбуждения в его нейронах, обеспечивающую
саморегуляцию вдоха и выдоха.
Ритмическая смена вдоха и выдоха ( постоянное чередование)
обеспечивается циркуляцией возбуждения в дыхательных нейронах
продолговатого мозга – главной части дыхательного центра, а также
взаимодействием импульсации нейронов продолговатого мозга с
импульсацией нейронов моста и рефлексогенных зон, главной из
которых является легочная ( механорецепторы). Эфферентные
импульсы ритмично поступают по диафрагмальному и межрёберным
нервам к дыхательным мышцам, что ведёт к их сокращению (вдох).
Прекращение импульсации сопровождается расслаблением
дыхательной мускулатуры (выдох)

36.

Иннервация органов дыхания

37.

Цикл дыхания у человека состоит
из вдоха, выдоха и паузы
С учётом этого дыхательные нейроны классифицируют на группы,
основными из которых являются:
- Ранние инспираторные и экспираторные нейроны;
- Поздние инспираторные и экспираторные нейроны;
- Полные инспираторные и экспираторные нейроны.
Большинство экспираторных нейронов являются антиинспираторными и только
часть из них посылают свои импульсы к мышцам выдоха.
Каждый дыхательный цикл начинается с возбуждения ранних инспираторных
нейронов. Затем возбуждение переходит на полные инспираторные нейроны.
В процессе циркуляции возбуждения импульсы по возвратным связям
поступают к предшествующим и тормозят их. Полные инспираторные и
экспираторные нейроны по нисходящим путям посылают импульсы к
мотонейронам спинного мозга, иннервирующим дыхательную мускулатуру.

38.

Рефлекторные влияния на центр дыхания
Нейроны дыхательного центра получают информацию от
большого числа механорецепторов дыхательных путей.(
Чувствительные нервные окончания, расположенные в
гладких мышцах, в подслизистом слое и в эпителии
воздухоносных путей.)
Различают три типа механорецепторов:
Рецепторы растяжения лёгких
Ирритационные рецепторы
J – рецепторы (юкстакапиллярные рецепторы лёгких)

39.

Медленно адаптирующиеся рецепторы растяжения лёгких,
расположенные в гладких мышцах трахеи и бронхов всех калибров;
активируются при вдохе.
Таких рецепторов в каждом лёгком около 1000 и связаны они с
дыхательным
центром
крупными
миелинизированными
эфферентными волокнами блуждающего нерва с высокой скоростью
проведения возбуждения (40 м/с). Раздувание лёгких – вызывает
рефлекторное торможение вдоха и переход к выдоху, а резкое
уменьшение объёма лёгких – приводит к активации вдоха. При
перерезке блуждающего нерва, эти реакции исчезают, а дыхание
становится резко замедленным и глубоким( рефлексы ГерингаБрейера). Рецепторы растяжения обеспечивают обратную связь
между лёгкими и дыхательным центром. От них зависит глубина и
частота дыхания.

40.

РЕФЛЕКТОРНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ
ДЫХАНИЯ
• РЕФЛЕКС ГЕРИНГА-БРЕЙЕРА
( инспираторно-тормозящий )
С МЕХАНОРЕЦЕПТОРОВ
ЛЕГКИХ ПРИ ИХ РАСТЯЖЕНИИ.
ЗНАЧЕНИЕ: РЕГУЛЯЦИЯ
ПЕРИОДИЧНОСТИ ДЫХАНИЯ;
ПРЕПЯТСТВУЕТ
ПЕРЕРАСТЯЖЕНИЮ ЛЁГКИХ

41.

Рефлекторные влияния
механорецепторов
• На всём протяжении трахеи и бронхов в
эпителиальном слое расположены – ирритантные
рецепторы ( рецепторы слизистой оболочки трахеи
и бронхов). Реагируют на резкие изменения объёма
лёгких, а также механических и химических
раздражителей ( пылевых частиц, слизи, едких
паров аммиака, эфира, табачного дыма). В отличие
от легочных рецепторов- обладают быстрой
адаптацией – вызывает кашлевой рефлекс,
першение и жжение. Вызывает учащение дыхания ,
за счёт укорочения выдохов; становится частым и
поверхностным.

42.

• В интерстиции альвеол и дыхательных бронхов, вблизи от
капилляров,
располагаются
J-рецепторы
(юкстакапиллярные рецепторы лёгких). Раздражителем
для этих рецепторов является повышение давления в
малом круге кровообращения, а также увеличение
объёма интерстициальной жидкости в лёгких. ( застой
крови в малом круге кровообращения, отёке лёгких,
повреждении легочной ткани-пневмонии). Импульсы от
этих рецепторов направляются к дыхательному центру по
медленным,
немиелинизированным
волокнам
блуждающего нерва, вызывая проявление частого
поверхностного дыхания, одышки, рефлекторного
торможения активности скелетных мышц.

43.

Рефлексогенные зоны в регуляции вдоха и
выдоха
ЦЕНТРАЛЬНЫЕ (БУЛЬБАРНЫЕ) – БОЛЕЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫ К ИОНАМ ВОДОРОДА И
УГЛЕКИСЛОМУ ГАЗУ( реагируют преимущественно на изменения в крови и
спинномозговой жидкости рН и Рсо2 )
ПРИВОДЯТ К УВЕЛИЧЕНИЮ
ГЛУБИНЫ ДЫХАНИЯ (ГИПЕРПНОЭ)
ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ (ДУГА АОРТЫ И КАРОТИДНЫЙ СИНУС) – БОЛЕЕ
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫ К ГИПОКСИИ, ВЫЗЫВАЮТ ТАХИПНОЭ (УЧАЩЕНИЕ ДЫХАНИЯ)
При повышении артериального давления увеличивается импульсация, что
ведёт к угнетению дыхательного центра и ослаблению вентиляции лёгких.
При снижении артериального давления и уменьшении афферентной
импульсации в ствол мозга от прессорецепторов – дыхание несколько
усиливается.

44.

Рефлексогенные зоны в регуляции вдоха и выдоха
• Проприорецепторы дыхательных мышц
(мышечные веретёна и
сухожильные рецепторы) межрёберных мышц и мышц стенки
живота. Импульсация от проприорецепторов усиливает сокращение
дыхательной мускулатуы и способствует смене вдоха на выдох.
• Чихание, кашель, смыкание голосовых связок и сужение бронхов,
препятствующие попаданию инородных частиц в нижние
дыхательные пути - это защитные рефлексы.
• Рефлекс ныряльщиков- рефлекторное апноэ при действии воды на
область нижних носовых ходов.
• Сильное возбуждение тепловых или холодовых рецепторов кожи
может привести к возбуждению дыхательного центра и усилению
дыхания.

45.

Гуморальная регуляция
• Особое место в гуморальной регуляции имеет изменение в крови напряжения
СО2 . При вдыхании газовой смеси, содержащей 5-7% СО2 , задерживает
выведение СО2 из венозной крови (гиперкапния), что приводит к
повышению легочной вентиляции в 6-8 раз. Роль СО2 как главного регулятора
дыхания, что недостаток содержания СО2 в крови снижает деятельность
дыхательного центра и приводит к уменьшению объёма дыхания – апноэ.
• При снижении рН артериальной крови по сравнению с нормальным (7,4) –
вентиляция лёгких увеличивается.
• При возрастании рН выше нормы – вентиляция уменьшается.
• Снижение напряжения О2 в артериальной крови (гипоксемия) ниже 50-60
мм.рт. ст. сопровождается увеличением вентиляции лёгких –через 3-5 с.( при
подъёме на высоту, при сердечно-лёгочной патологии)

46.

Дыхание при пониженном атмосферном
давлении
Гипоксия – состояние, возникающее в результате недостаточного
обеспечения тканей организма О2 и /или нарушения его усвоения в ходе
биологического окисления.
• В условиях пониженного атмосферного давления (жизнь в горах,
спортивные мероприятия в условиях высокогорья), в результате низкого рО2
во вдыхаемом воздухе развивается гипоксия. При подъёме на 2,5-5 км
наступает увеличение вентиляции лёгких (тахипное), вызванное
стимуляцией каротидных хеморецепторов. Наблюдается повышение АД,
ЧСС – реакции направлены на усиление снабжения тканей О2. На высоте 4-5
км может развиться высотная (горная) болезнь ( слабость, цианоз, головная
боль, уменьшение ЧСС и глубины дыхания). На высоте свыше 7 км – могут
наступить лёгкая эйфория, нарушение кровообращения и потеря сознания.
При избытке О2 – беспокойство, анорексия, кашель, боли.

47.

Дыхание при повышенном атмосферном давлении
• Под повышенным давлением воздуха человеку приходится находиться во
время водолазных и кессонных работ. При погружении под воду на каждые 10
м глубины повышается давление на поверхность тела на 1 атм.
• На глубине водолаз дышит газовой смесью под давлением. При этом
увеличивается количество растворённых в крови кислорода и азота ( на
сегодня – гелиево-кислородные смеси).дыхание чистым О2 возможно только
на глубине до 20 м, из-за его токсического действия, вызывающего мышечные
судороги.
• После работ на больших глубинах требует особого внимания переход человека
от высокого давления к нормальному.( 1 час работы на глубине 160 м,
обратный путь занимает -3 суток ( в барокамере)

48.

• При всплытие на поверхность с закрытой голосовой щелью – возможны
вздутие лёгких и разрывы альвеол (баротравма).
• При быстром подъёме водолаза (быстрая декомпрессия)- растворённые в
крови и тканях газы не успевают выделиться из организма и образуют
пузырьки. Особую опасность представляет образование пузырьков азота,
которые разносятся кровью и закупоривают мелкие сосуды (газовая
эмболия).страдает ЦНС, вследствие нарушения кровоснабжения , могут
нарушаться слух, зрение, появляются боли в мышцах, рвота,
головокружение, в тяжёлых случаях – параличи.
• Декомпрессионный
синдром
может
проявиться
при
резкой
разгерметизации кабины самолёта на высотах 7000 м и более. В этом случае
используются кислородные маски.

49.

функциональная система дыхания

50.

Спасибо за
внимание