Регуляция дыхания

1. Регуляция дыхания

Это приспособление внешнего дыхания
к потребностям организма (в первую
очередь к изменениям метаболических
параметров: Ро2; РСО2; рН крови и
РСО2; рН межклеточной жидкости мозга.
Регуляцию осуществляет дыхательный
центр

2. Лекция. Регуляция дыхания

План лекции
1.Отделы дыхательного центра (ДЦ).
2.Роль различных отделов в регуляции дыхания.
3. Роль рецепторов в регуляции дыхания.
4. Современные представления о механизме периодичности дыхания.
5.Дыхание при деятельности.
6.Дыхание при изменении атмосферного давления.
7.Дыхание при изменении состава газовой смеси.
8.Защитные реакции дыхательной системы. Функциональные пробы.

3. Дыхательный центр (ДЦ).

совокупность нейронов, обеспечивающих:
1.координацию деятельности дыхательной
мускулатуры,
2.автоматическое дыхание
3. Приспособление деятельности дыхательной
системы к изменившимся условиям.
ДЦ располагается в различных отделах ЦН в:
бульбарном отделе;
в варолиевом мосту,
в спинном мозге,
в лимбико-ретикулярном комплексе,
в коре.

4.

ОтделыДЦ
1. Жизненно важный отдел (собственно
дыхательный центр) - бульбопонтийный
отдел - БПО. Смена вдоха и выдоха.
Плавный переход с одной фазы дыхания
на другую. Изменение глубины и частоты
дыхания.
2. Исполнительный отдел (спинальный
отдел ДЦ). Исполнить команды БПО и ОП.
3.Отдел приспособления (ОП) к меняющимся
условиям (ЛС, гипоталамус, КБП).
Приспособить транспорт О2 и энергообмен
к потребностям организма.

5. Роль различных отделов в регуляции дыхания.

6.

Продолговатый мозг
Инспираторный
отдел
Дорсальное
ядро
-В С3-6 к мотонейронам
Экспираторный
отдел
Вентральное
ядро
диафрагмы;
- к вентральным ядрам
К мотонейронам
инспираторных
мышц
(Th 2-4)
Вентральное
ядро
К мотонейронам
Экспираторных
мышц
(Тh1-6 ;Th8- L4)

7.

Дорзальное ядро:
• управляет сокращением диафрагмы
через альфа-мотонейроны С 3-6 (инспирация – вдох).
Вентральное ядро:
• управляет сокращением наружных межреберных
мышц через альфа- мотонейроны Тh2-(инспирация),
• управляет сокращением внутренних межреберных
мышц через альфа- мотонейроны Т1-6 (экспирация
– выдох),
• управляет сокращением мышц живота через
альфа-мотонейроны Т8-12, L1-4 (форсированная
экспирация).

8.

Нейроны этих ядер объединяют
функционально в:
1) центр вдоха
(инспираторный центр), в него входят
нейроны, управляющие мышцами вдоха.
2) центр выдоха
(экспираторный центр), в него входят
нейроны, тормозящие центр вдоха,
и нейроны, управляющие мышцами
выдоха.
Профессор Берг М.Д.

9.

• Функции инспираторных нейронов:
• 1) Самовозбуждаются, но при условии:
• а) их связи с другими нейронами ДЦ, среди которых,
возможно, есть пейсмекеры;
• б) при наличии афферентных сигналов или сигналов с
хеморецепторов.
• . 2)Воспринимают сигналы от хеморецепторов;
• 3)Передают сигналы к инспираторным мышцам
• Функции экспираторных нейронов.
• 1) Воспринимают сигналы от механорецепторов
легких, от проприорецепторов дыхательных мышц.
• 2) Тормозят инспираторные нейроны, обеспечивая
смену вдоха на выдох.
• Часть нейронов посылает импульсы к мотонейронам
экспираторных мышц.

10. Роль варолиева моста

• В передней части находятся нейроны, обладающие
тонической активностью.
• Они образуют пневмотаксический центр.
• Его роль:
• 1.Обеспечивает смену дыхательных фаз (вдох на
выдох).
• 2. Увеличивает скорость развития вдоха;
• 3. Повышает возбудимость нейронов,
выключающих вдох.
• Нарушение связи пневмотаксического центра с
дыхательным центром продолговатого мозга
приводит к длительным вдохам и коротким
выдохам

11.

• Роль лимбической системы:
изменяет дыхание при поведенческих реакциях.
• Роль коры БП:
• 1) тормозит ДЦ;
• 2) обеспечивает условные рефлексы;
• 3) обеспечивает произвольную регуляцию
дыхания.

12.

• Роль гипоталамуса:
• 1) автоматизированное управление
дыханием через АНС и ЖВС при поступлении
сигналов:
• - с интерорецепторов;
• - с проприорецепторов;
• - с терморецепторов
• Например, тепловая одышка - растет ЧД и
отдача тепла).
• Роль спинного мозга:
1) мотонейроны 3 – 6 шейных сегментах
иннервируют диафрагму.
• 2) мотонейроны Th4- L4
• иннервируют межреберные мышцы и мышцы
живота.

13. Роль рецепторов в регуляции дыхания

• Хеморецепторы – возбуждают инспираторные
нейроны.
• Различают: периферические или артериальные
(в дуге аорты) и в каротидных синусах.
• Аортальные возбуждаются при снижении РО2 до
80 – 20 мм рт. ст.(гипоксический
стимул).Вызывают учащение сердцебиений и
повышение МОК.
• Каротидные ХР возбуждаются при ↑ СО2
(гиперкапнический стимул) и ↑ Н+
(ацидотический стимул)
• Обеспечивают ↑ ЧД, ДО и МАВ.

14.

• Центральные (медуллярные) хеморецепторы в
продолговатом мозге.
• Реагируют на Н+ и СО2 во внеклеточной
жидкости. ↑ ЧД и ДО
• Тканевые хеморецепторы.
• Располагаются в межклеточном веществе
тканей, например метаболорецепторы
скелетных мышц.
• Они чувствительны к сдвигам рН. Сдвиг
происходит при накоплении в тканях СО2,
молочной кислоты.

15. Опыт Фредерика с перекрестным кровообращением

16.

Опыт Фредерика с перекрестным
кровообращением
А
Б
Пережатие
трахеи
Кровь собаки А
поступает
в голову собаки Б
Кровь собаки Б
поступает
в голову собаки А

17. Современные представления о механизме периодичности дыхания

•В ДЦ выделяют 3 механизма, которые
управляют нормальным дыханием:
1.Генератор центрального инспираторного
возбуждения.
•2. Механизм выключения инспирации.
•3. Механизм плавной смены вдоха и выдоха.

18. Генератор центрального инспираторного возбуждения

• Генератор центрального инспираторного
возбуждения
• К нему относят инспираторные нейроны
(ранние и полные) - нейроны Iα . Они
проявляют постоянную активность, т.е.
генерируют ПД, которые возбуждают
• нейроны дорзального и вентрального ядер,
управляющие диафрагмой и наружными
межреберными мышцами,т.е. мышцами вдоха.

19.

Генератор центрального инспираторного
возбуждения
Хеморецепторы
Iά
Мышцы вдоха
Активность нейронов связана с их стимуляцией
от центральных и периферических
хеморецепторов.

20.

Характер дыхания при работе
генератора:
вдох
Остановка дыхания на вдохе
Профессор Берг М.Д.

21.

• Механизм выключения инспирации представлен
нейронами дыхательного центра продолговатого
мозга – Iß и С.
• Нейроны Iß (инспираторные поздние)
возбуждаются от генератора и возбуждают
нейроны С, которые являются тормозными. Они
быстро тормозят активность
• генератора, наступает выдох.
• Их связи с генератором центрального
инспираторного возбуждения представлены на
схеме:

22.

Механизм выключения инспирации
Хеморецепторы
-
+
Iά
+
Мышцы вдоха
Профессор Берг М.Д.
С
+
Iß
+
Механизм
выключения
инспирации
(обрывания
вдоха)

23.

Характер дыхания при работе
генератора и механизма
выключения вдоха:
вдох
выдох
выдох
вдох
вдох
пауза
выдох
пауза
гаспинг
Профессор Берг М.Д.
пауза

24.

Механизм плавной смены вдоха и
выдоха представлен 2-мя механизмами:
• нейронами ПТЦ и рефлексом Геринга-Брейера.
Нейроны ПТЦ возбуждаются от генератора
центрального инспираторного возбуждения и
возбуждают механизм обрывания вдоха.
Тормозные нейроны работают с медиатором
ГАМК.

25.

Механизм работы ПТЦ:
+
Пневмотаксический
центр (ПТЦ)
Iά
+
С
Iß +
+
Мышцы вдоха
Профессор Берг М.Д.
Механизм
выключения
инспирации

26.

Характер дыхания при работе только ПТЦ
вдох
вдох
вдох
выдох
выдох
апнейзис
Профессор Берг М.Д.
выдох

27. Роль рецепторов растяжения легких.

• Локализованы в гладкомышечном слое стенок
трахеобронхиального дерева.
• Возбуждаются при растяжении дыхательных
путей и легких при вдохе. Афферентные
сигналы идут по волокнам X п.ЧМН.
• Итог – торможение вдоха и его смена выдохом
(рефлекс Геринга – Брейера).
• Выключение информации с рецепторов
растяжения приводит к углубленным,
затянутым вдохам, как и при нарушении
связей с пневмотаксическим центром.

28.

Механизм Геринга-Брейера
С
Хеморецепторы
+
Iά
+
+
Iß
+
Мышцы вдоха
Механизм
выключения
инспирации
Х
+
Механорецепторы легких
(МРЛ)
Профессор Берг М.Д.

29.

Характер дыхания при работе только
рефлекса Геринга-Брейера
вдох
вдох
выдох
вдох
выдох
апнейзис
Профессор Берг М.Д.
выдох

30.

Оба механизма вместе (ПТЦ + ГерингаБрейера) обеспечивают плавную смену
вдоха и выдоха при нормальном дыхании:
вдох
выдох
эупноэ
Профессор Берг М.Д.

31.

Схема смены дыхательных фаз.
Пережатие
пуповины
СО2 крови, →ХР
Н+, О2
Расслабление
инспираторных
мышц
Торможение
центра
вдоха
возбуждение
инспираторных
нейронов
сокращение
инспираторных
Выдох
мышц
увеличение
Возбуждение
объема
экспираторных
грудной клетки
нейронов
Возбуждение
рецепторов
растяжения
легких
В
д
о
х
пассивное
расправление
легких

32. Рефлексы с проприорецепторов дыхательных мышц.

• В диафрагме их мало.
• Значение имеют проприорецепторы
межреберных и вспомогательных
дыхательных мышц.
• Возбуждаются:
• 1)если вдох или выдох затруднен, мышцы
растянуты.В результате возникает
миотатический рефлекс.
• 2) возбуждаются при активации γ – МН.
• Например при произвольной регуляции
дыхания.

33. Рефлексы с механорецепторов.

• 1. Рецепторы воздухоносных путей:
• Механорецепторы носа. Вызывают
рефлекторное чихание.
• Механорецепторы носоглотки и глотки.
Управляют дыханием при глотании
(остановка дыхания, т.е. защита от попадания
пищи в дыхательные пути).
• Механорецепторы и хеморецепторы гортани.
Вызывают рефлекторную остановку дыхания
– апноэ, кашель (с механорецепторов) для
удаления посторонних частиц

34. Ирритантные рецепторы

• Различают механо и хемочувствительные.
• Расположены в эпителиальном и
субэпителиальном слоях воздухоносных
путей.
• Возбуждаются:
• 1) при резком изменении объема легких.
• Участвуют в формировании рефлекса на спадание
бронхов – бронхокострикцию; возникает характерная
одышка и чувство жжения, першения в горле.
• 2) при неравномерной вентиляции легких
• обеспечивает «вздохи» 3 раза в час
• для улучшения вентиляции и расправления легких;

35.

• 3) При снижении растяжимости легочной ткани
(при бронхиальной астме), отеке легких,
пневмотораксе, застое крови в малом круге
кровообращения.
• При этом возникает характерная одышка и чувство
жжения, першения в горле.
• 4) При раздражении ылевыми частицами и
накапливающейся слизью.
• Обеспечивают защитные рефлексы:
• с рецепторов трахеи -кашель; бронхов -↑ ЧД
• 5) При действии паров едких веществ (аммиак, эфир,
табачный дым и т. д.).
• 6) В интерстиции легких есть J – рецепторы.
• Реагируют на гистамин, простагландин.
• В ответ возникает частое, поверхностное дыхание
(тахипное).

36.

Кора
ЛРК-Гипоталамус
Функциональная система поддержания
газового состава крови
Поведение
АНС
ЖВС
1.МАВ =(ДО-АМП)·ЧД
2. ЧСС
3. Ударный объем
4. Скорость
кровотока через
О2 ХР
легкие
СО2
5. Количество
Эритроцитов.
КЕК = Нв · 1,34
6.Сродство Нв к О2
7.Условия диффузии газов.
Альвеолярно-капиллярный
градиент
Обратная связь

37. Дыхание при деятельности.

• 1) Умственная работа.
• дыхание возрастает незначительно. Двигательная активность
и эмоции при
• умственной работе увеличивают МОД на 10 – 90%. Во время
разговора, чтения вслух МОД может снижаться на 25%.
• 2)Физическая работа.
Потребность в кислороде обеспечивается:
• 1) ДС; 2) ССС.
• Возрастание МОД при физической нагрузке может иметь 2
компонента:
• 1) условнорефлекторный;
• 2) безусловнорефлекторный

38.

• I. Условнорефлекторное увеличение МОД
• Происходит с участием коры. Носит опережающий
характер. Запускается нервным путем. Пример –
предстартовые изменения дыхания.
• 2. Безусловнорефлекторное увеличение МОД.
• Запускается нервным и гуморальным путем.
• Нервный путь.
• 1) Сигнал с коры, вызывая произвольные
движения,одновременно активизирует и дыхательный центр
(прямо или через гипоталамус).
• 2) С проприорецепторов мышц – пример моторновисцерального рефлекса.
• 3) С терморецепторов → гипоталамус ↑ЧД.

39. Гуморальный путь.

• Во время работы растет потребление тканями
О2, выделение СО2 и метаболитов (молочной
кислоты).
• Эти факторы воспринимаются артериальными
хеморецепторами, в итоге → ↑ЧД и ЧСС.
• Кроме того, растет чувствительность ДЦ к
гипоксии и гиперкапнии - ↑ЧД.
• После прекращения работы интенсивность
дыхания снижается,
• но не достигает нормы, т. к. из крови медленно
удаляется молочная кислота – ацидотический
стимул для ДЦ.

40. Дыхание при изменении атмосферного давления.

1)При снижении атмосферного
давления

41.

1) При снижении атмосферного давления
• (подъем на высоту: альпинисты, парашютисты,
разгерметизация кабин летательных аппаратов).
• При этом понижается парциальное давление кислорода.
• Это начинает ощущаться с высоты 2,5 – 4км над уровнем моря.
Гипоксия воспринимается хеморецепторами артерий:
• С дуги аорты увеличивается ЧСС и повышается АД
• С каротидных → увеличение вентиляции легких.
• Но повышение вентиляции легких вымывает из крови СО2,
возникает гипокапния, снижается стимуляция центра вдоха.

42.

• Начиная с высоты 4 – 5км начинается
«горная болезнь».
• Вследствие прекращения стимуляции
центра вдоха частота и глубина дыхания
снижается, развивается цианоз, ЧСС
падает, АД снижается.
• На высоте 7км может наступать потеря
сознания и опасные нарушения дыхания и
кровообращения.
• На высоте 11 – 12км требуется
специальная дыхательная аппаратура, а
при полетах в стратосферу – герметичные
кабины.
• Устойчивость к гипоксии различна в
зависимости от тренировки.

43.

Подъем
на высоту
(альпинисты,
парашютисты,
разгерметизация
кабин летательных
аппаратов)
Цианоз
ЧСС
и АД
Дуги аорты
РО2
Гипоксия
– с 2,5-4
км над
уровнем
моря
МАВ
ХР
ЧСС,
АД
Каротидного
синуса
МАВ
Вымывание
СО2 из крови
(гипокапния)
Прекращение
стимуляции
ц. вдоха( с 4-5 км
над уровнем моря
горная болезнь)

44. Акклиматизация к понижению давления выражается:

1) в эритроцитозе и повышении КЕК;
2) в увеличении объема грудной клетки;
3)в появлении гемоглобина НвF;
4) в повышении плотности капилляров в тканях;
5) в повышении устойчивости к гипоксии;
6) в ускоренном распаде оксигемоглобина за счет
повышения активности 2,3-дифосфоглицерата.

45. Дыхание при повышенном атмосферном давлении ( при водолазных работах и работах в барокамерах).

• При погружении под воду на 10м на тело действует
давление 1 атмосферу.Увеличение глубины погружения
увеличивает давление на тело.
• Дышать можно, если воздух подается под
соответствующим более высоком давлением.
• При этом увеличивается растворимость газов.
Поэтому азот в дыхательных смесях заменяется на гелий,
он почти не растворим при высоком давлении.
• Увеличение кислорода в крови приводит к
«кислородному отравлению», поэтому ограничено время
пребывания под водой. Важное условие декомпрессии –
постепенность,
• т. к. при быстрой декомпрессии кровь «закипает»,
растворенный газ не успевает диффундировать в легкие
и закупоривает сосуды (газовая эмболия).

46.

• Есть два способа создания дыхательных смесей для
водолазов.
• 1. полная замена азота гелием (кислородно-гелевая
смесь, которая на Западе получила название Гелиокс),
• 2. добавление последнего в состав воздуха (гелиэйр).
• Есть и трехкомпонетный способ получения смеси из
чистых кислорода, азота и гелия. Чем, глубже
предстоит погружение, тем меньше в смеси должно
быть азота.
• Интересно, что сначала начали применять чистые
кислородно-гелиевые смеси, но выяснилось, что гелий
имеет очень большую теплоемкость. И водолаз, дыша
такой смесью, очень быстро замерзает. Поэтому, как
показала практика, самыми удобными оказались
воздушно-гелевые смеси.

47. Дыхание при изменении состава газовой смеси.

• 1) Понижение содержания О2.
• Возникает реакция как при понижении атмосферного
давления с развитием всех адаптационных механизмов.
• 2) Повышение содержания СО2
• Срочная адаптация осуществляется за счет увеличения
ДО, длительная – за счет увеличения буферной
емкости крови и снижения чувствительности
хеморецепторов к СО2.
• 3) Повышение содержания О2 – гипероксия
• Даже при обычном атмосферном давлении через 12 –
15 часов кислород вызывает раздражение слизистых
воздухоносных путей, нарушение функции сурфактанта,
• даже воспаление легких.

48. Оценка функционального состояния дыхательной системы.

49.

• 1) По легочным объемам и
емкостям – спирометрия.
• 2) По коэффициенту
вентиляции легких.
• 3) Чувствительность
дыхательного центра к гипоксии
оценивают по функциональной
пробе на выдохе (проба Генча).
• К избытку СО2 - проба на вдохе
(проба Штанге).

50. Защитные реакции дыхательной системы.

51. Защитные реакции дыхательной системы.

• 1) Ауторегуляторные:
а) реснично-слизистый эскалатор;
• Мерцательный эпителий покрыт слизью.
• Движения эпителия - от бронхиол к глотке и от
носовых ходов к наружным носовым отверстиям
• (удаляется пыль, микробы, остатки клеток).
• б) эндоцитоз;
Основной механизм очистки ткани легких. Клетки
фагоцитируют частицы или переносят в интерстиций
и отдают фагоцитам.
• в) лимфатический дренаж;
• Лимфа транспортирует инородные тела и разрушает
их в лимфатических узлах.

52. Рефлекторные:

• 1) предохранение от попадания;
• 2) изгнание.
• а) раздражение рецепторов слизистой гортани →
сокращение сфинктеров гортани и спазм
голосовой щели;
• б) Чихание → раздражение слизистой носа →
форсированный выдох после открытия
голосовой щели через нос.
• Кашель →раздражение рецепторов гортани,
воздухоносных путей → форсированный выдох
через рот.

53. Типы дыхания

54.

Дыхание плода
В период внутриутробного развития формируется
ритмическая
дыхательная
активность.
Внутриутробные дыхательные движения начинаются
с 13-ой недели, а нормальный тип устанавливается с
27 по 40 недели (45-60 в мин, амплитуда – до 5 мм).
С началом родового акта дыхательные движения
плода
затормаживаются.
Послеродовое
апноэ
является следствием общего угнетения активности
ЦНС плода.
Первый
вдох
происходит
в
результате
возобновления временно выключенной автоматии
дыхательного центра. Внеутробные дыхательные
движения начинаются не с вдоха, а с чихания (кашля),
т.е сильного рефлекторного движения, сопровождающегося выбросом слизи и прочего из носоглотки, носа
и ротовой полости, после чего возникает пауза, а
затем – дыхание. Его частота около 35 в мин, ДО –
15-25 мл.