Физиология дыхания. Внешнее дыхание (Вентиляция легких)

1. Физиология дыхания

Внешнее дыхание
(Вентиляция легких)

2.

Дыхание – совокупность процессов обмена
газами между организмом и внешней средой,
которые приводят к потреблению О2 ,
выделению СО2 и преобразованию энергии в
биологически полезные формы.
Этапы дыхания:
1. Газообмен между внешней средой
и легкими (вентиляция легких).
2. Газообмен между легкими и кровью.
3. Транспорт газов кровью.
4. Газообмен между кровью и тканями.
5. Тканевое дыхание.
1-й и 2-ой этапы объединяются в понятие
«внешнее дыхание».

3. Значение легких в физиологических процессах

1) Участвуют в регуляции содержания БАВ во внутренней
среде организма:
а) переводят АТ – I в АТ – II;
б) ингибируют: норадреналин на 30%, брадикинин на 80%,
простагландины;
в) при патологии выделяют: серотонин, брадикинин,
гистамин и вызывают нежелательные реакции.
2) Защитная функция легких заключается:
а) в очищении воздуха в воздухоносных путях (60% пыли
задерживается в носовых ходах);
б) в выработке Ig A и выделении его в бронхиальную слизь;
в) в рефлекторных актах, предупреждающих попадание
веществ в дыхательные пути (например, рефлекс ныряльщика,
задержка дыхания при действии резко пахнущих веществ);
г) рефлексы изгнания веществ – (кашель, чихание);

4.

3) Осуществляют регуляцию ОЦК и АД путем
депонирования крови в малом круге
кровообращения.
4) Легкие участвуют в терморегуляции.
5). Поддержание РН крови путем выведения СО2
6) Участвуют в регуляции уровня липидов в
крови: гистиоциты легких – депо для
липидов.
•Главная функция легких – дыхательная. Дыхание
– совокупность процессов, в результате которых
происходит потребление О2, выделение СО2 и
преобразование энергии химических веществ в
биологически полезные формы.

5.

6.

7. Структура дыхательной системы.

1. Воздухопроводящая зона
2. Респираторная зона

8. ВОЗДУХОПРОВОДЯЩАЯ ЗОНА

•Верхние дыхательные пути:носовые ходы,
носоглотка, полость рта,придаточные пазухи носа.
•Нижние дыхательные пути: гортань,трахея,все
бронхи.
• Функция:
•1) Увлажнение воздуха до 95-98%); 2)
Согревание до 31 -32о С или охлаждение; 3)
Очищение.
•Трахея и 16 генераций бронхов – анатомическое
мертвое пространство (АМП) (Отсутствует
контакт с капиллярами).
•Незначительный газообмен происходит в
бронхиолах 17, 18 и 19 генерации.

9.

Респираторный отдел
Последние 4 генерации бронхиол (20, 21, 22, 23)
являются
альвеолярными
ходами
и
альвеолярными мешочками, которые переходят
в альвеолы. Здесь происходит газообмен.
Альвеолы покрыты сетью капилляров.
Образуется альвеолярно-капиллярный
барьер, через который идет обмен газами.
Барьер имеет толщину 0,3-2 мкм и общую
площадь – 60-120 м2.

10.

11. Воздухоносные пути и респираторные отделы

• Долька легкого

12.

Профессор Берг М.Д.

13.

Слои альвеолярно-капиллярного барьера:
• 1. альвеолоцит,
• 2. его базальная мембрана,
• 3. межклеточное вещество,
• 4. базальная мембрана эндотелиоцита,
• 5. эндотелиоцит.
1
2 3 4
5
О2

14.

Этапы дыхания
Вентиляция
легких
Диффузия газов в
легких
Транспорт
газов кровью
Газообмен
в тканях
Тканевое
дыхание

15.

Вентиляция легких или внешнее дыхание - это
газообмен между альвеолярным и атмосферным
воздухом. Обеспечивается двумя процессами: вдохом и
выдохом.
Биомеханика вдоха
Вдох (инспирация) – активный процесс.
•Осуществляется сокращением наружных межреберных
мышц и диафрагмы. При вдохе грудная клетка
увеличивается в трех направлениях:
•1) В вертикальном – за счет сокращения диафрагмы и
опусканием ее сухожильного центра. При этом внутренние
органы отодвигаются вниз;
•2) в сагиттальном связано с сокращением наружных
межреберных мышц и отходом конца грудины вперед;
•3) во фронтальном: ребра перемещаются вверх и наружу
•за счет сокращения наружных межреберных и
межхрящевых мышц.

16. Положение диафрагмы при дыхании

17.

Работа наружных межреберных мышц
при вдохе

18.

• При вдохе увеличивается объем грудной
клетки, давление в плевральной щели с - 6 мм
рт. ст. увеличивается до – 9, а при глубоком
вдохе – до 15 – 20мм рт. ст. (
отрицательное давление, т. е. ниже
атмосферного).
• При этом легкие пассивно расправляются,
давление в них становится на 2 – 3мм ниже
атмосферного и воздух поступает в легкие.
Происходит вдох.

19.

Вдох
Внутрилегочное давление
на 2-3 мм рт. ст. ниже Атм.
Внутриплевральное
давление
на 6-9 мм рт. ст. ниже Атм.

20.

При вдохе преодолеваются силы
неэластического сопротивления:
а) силы трения при перемещении ребер,
б) сопротивление внутренних органов
диафрагме,
в)тяжесть ребер,
г) сопротивление движению воздуха в
бронхах среднего диаметра. Величина
сопротивления зависит от тонуса бронхиальных
мышц.
В норме составляет 10– 20мм рт. ст. у
взрослых, здоровых людей. Может увеличиться
до 100мм при бронхоспазме, гипоксии.

21.

Силы неэластического
сопротивления возрастают, если
сделать тугую повязку на грудь,
поэтому даже при переломах ребер
накладывать ее не целесообразно.
Корсеты, тугая одежда, пеленание
ребенка увеличивают сопротивление,
мешают вдоху.

22.

При вдохе сокращающиеся мышцы
преодолевают Эластическое сопротивление
тканей:
Оно создается:
• натяжением эластических волокон альвеол (1/3
сил).
• поверхностным натяжением на границе
«воздух- вода» (2/3 сил).
Наблюдать силы поверхностного натяжения (Т) на границе «воздух вода» можно на примере водомерок, которые легко перемещаются по
поверхности воды.

23.

В легких поверхностное натяжение
создается между слоем воздуха и слоем
воды, покрывающей альвеолоциты.
В норме между воздухом и водой
располагается пленка сурфактанта

24. Роль сурфактанта.

• Это фосфолипидное вещество,
вырабатываемое гранулярными пневмоцитами.
• Стимулом к его выработке являются
глубокие вздохи.
• Во время вздоха сурфактант распределяется
по поверхности альвеол пленкой толщиной 10 –
20 мкм.
• Во время выдоха сурфактант препятствует
спаданию альвеол (ателектазу), так как
уменьшает силы поверхностного натяжения
слоя жидкости, выстилающей альвеолы.
• На вдохе –увеличивает их.

25. Форсированный вдох.

• 1) Обеспечивается усиленным сокращением
• инспираторных мышц (наружных межреберных
и диафрагмы).
• 2) Сокращением вспомогательных мышц:
а) разгибающих грудной отдел позвоночника
• и фиксирующих и отводящих плечевой пояс
назад,
• б) поднимающих ребра :трапециевидной,
ромбовидной, поднимающей лопатку, малых и
больших грудных, передних зубчатых мышц;

26. Биомеханика выдоха.

• Пассивный процесс
• . Осуществляется за счет:
• потенциальной энергии, накопленной при вдохе.
Когда вдох окончен, дыхательные мышцы
расслабляются. Под влиянием силы тяжести
ребра опускаются.
• Внутренние органы, сдавленные при вдохе,
возвращают диафрагму на место.
• Объем грудной клетки уменьшается. Легкие
сжимаются.
• Давление в легких становится на 3 – 4мм выше
атмосферного.
• Происходит пассивный выдох.

27.

Выдох
Внутрилегочное
давление
на 3-5 мм рт.ст.
выше Атм.
Внутриплевральное давление
на 2-4 мм рт. ст. ниже Атм.

28.

• Форсированный выдох обеспечивается
сокращением:
• внутренних межреберные мышцы,
• мышц, сгибающих позвоночник,
• мышц живота.

29. Модель механизма экскурсии легких при дыхании (опыт Дондерса)

30.

31.

Методы оценки диффузии
через альвеолярно-капиллярную
мембрану
• Оксигемометрия.
• Оксигемография.
Запись оксигемограммы
96%
70
лампа
2 фотоэлемента
(алый, вишневый)
гипервентиляция
Задержка
дыхания
ухо
80
Схема устройства датчика
Профессор Берг М.Д.
90
100%

32.

Пневмоторакс – попадание
воздуха в плевральную щель.
Виды пневмоторакса.
- открытый;
- закрытый;
- односторонний;
- двухсторонний
В зависимости от вида
пневмоторакса отрицательное давление
в плевральной щели снижается или
исчезает. Легкие при этом спадаются
частично или полностью.

33.

34. Типы дыхания

•Грудной тип – преимущественно за
счет наружных межреберных мышц ( у
женщин).
•Брюшной тип – преимущественно за
счет диафрагмы (у мужчин).
•Эффективнее брюшной тип дыхания,
•так как при этом повышается
внутрибрюшное давление, что
способствует увеличению венозного
возврата крови к сердцу.

35.

36. Первичные легочные объемы

•1.Дыхательный объем (ДО).Количество
воздуха,
•которое можно вдохнуть и выдохнуть при
спокойном дыхании (300 – 800 мл.)
• 2.Резервный объем вдоха (РОвд).
Количество воздуха ,которое можно
вдохнуть после спокойного вдоха (до 3л.)
•3.Резервный объем выдоха (РОвыд).
Количество воздуха, которое можно
выдохнуть после спокойного выдоха
(до1,5л).

37.

• Остаточный объем (ОО). Количество
воздуха,
• которое остается в легких после самого
глубокого выдоха (1,0 – 1,2 л.). ОО состоит
из минимального объема (200 мл, никогда
не удаляется из легких) и коллапсного (800
– 1000 мл, удаляется при двустороннем
открытом пневмотораксе).

38. Легочные емкости

• 1.Жизненная емкость легких (ЖЕЛ)
ЖЕЛ = ДО + РОвд + РОвыд ( от 2,8 л. до 5,0 л.)
• 2.Должная жизненная емкость легких (ДЖЕЛ)
• зависит от роста, возраста и пола .Находят по
номограммам
• Расхождения ЖЕЛ и ДЖЕЛ должны находиться в
пределах ± 10%.
• Альвеолярный объем
• или функциональная остаточная емкость легких
(ФОЕ).
• ФОЕ = РОвыд + ОО.
• ФОЕ при расчетах принимают равной 2,5 л

39.

40. Показатели вентиляции легких

• 1.Минутный объем дыхания (МОД)
• МОД = ЧД · ДО
• ЧД = 12 – 18 /мин, (16)
• ДО = 300 – 800 мл (500)
• МОД ≈ 8 л
• 2.Минутная альвеолярная вентиляция (МАВ)
• Это количество воздуха,которое доходит до альвеол
• за минуту.
• МАВ = (ДО – АМП) ∙ ЧД
• МАВ = (500 – 150) ∙ 16 = 5,6 л

41. 3.Коэффициент альвеолярной вентиляции

• Второе название коэффициент вентиляции
легких (КВЛ)
В норме КВЛ = 1/7 альвеолярного объема
• Наиболее эффективным является
глубокое и редкое дыхание
ДО - АМП
КВЛ= ---------------------(РОвыд = + ОО)

42. Изменение вентиляции легких

• Гипервентиляция
• – увеличение коэффициента вентиляции легких
• при глубоком дыхании.
• Это приводит к повышению парциального
давления О2 в альвеолярном воздухе.
• Но смысла в этом особого нет, т.к. и при
нормальном дыхании гемоглобин насыщен
кислородом на 98%.
• Суть гипервентиляции- вымывание из крови СО2,
• что приводит к задержке вдоха

43. Гиповентиляция

• Возникает при снижении:
• ДО и ЧД;
• количества вентилируемых альвеол ( при
болезнях дыхательной системы);
• при уменьшении легочного кровотока (
болезни системы кровообращения).
• Гиповентиляция ведет к задержке СО2 в
организме и респираторному алкалозу.

44. Методы оценки вентиляции легких

• 1.Спирометрия
- 2.Спирография
позволяет
измерить
легочные объемы и емкости.
• Для
этого
используют
водяные и суховоздушные
спирометры
механический спирометр сухой
портативный ССП
позволяет записать
дыхательные движения
и измерить легочные объемы
и емкости при различных
условиях
-

45.

Спирограмма
2. РОвд
4. ЖЕЛ
1. ДО
3. РОвыд

46. Дыхательные пробы

• 1.Объем форсированного выдоха (ОФВ)
(тест Тиффно).
• Это объем воздуха, удаляемого из легких за
единицу времени ( обычно за одну секунду)
при форсированном выдохе.
• Служит хорошим показателем
обструктивных нарушений вентиляции
легких, которые обусловлены сужением
воздухоносных путей и повышением их
аэродинамического сопротивления.

47.

48.

49.

• 2.Определение максимальной вентиляции легких
(МВЛ).
Это объем воздуха, проходящий через легкие за
определенный промежуток времени при дыхании с
максимально возможной частотой и глубиной. Отражает
резервы дыхательной системы.
• МВЛ зависит от возраста, пола и размеров тела.
• В норме у молодых мужчин она составляет 120 – 170
л/мин

50. Коррекция легочной вентиляции

• Искусственное
дыхание.
• Гипербарическая
оксигенация.
• Это насыщение
крови
кислородом
• при повышенном
его давлении.

51. газообмен в организме и транспорт газов кровью

52.

•При изучении внешнего дыхания используются
следующие понятия:
Альвеолярный
воздух
Содержится
в легких
после
нормального
выдоха
Выдыхаемый
воздух
Первые порции
выдохнутого.
воздуха.
Это смесь воздуха
альвеолярного и
мертвого
пространства.

53.

Состав воздуха в %
газ
О2
Атмосфер- Выдыха- Альвеолярный
емый
ный
20,93
16
14
СО2
0,03
4,5
5,5
N2
79,04
75,5
80,5

54. Факторы, определяющие диффузию газов в легких.

• 1. Альвеолярно – капиллярный градиент
(АКГ).
• 2. Отношение вентиляции к перфузии.
• 3. Длина пути диффузии.
• 4. Диффузионная способность газов.
• 5.Площадь диффузии

55. Легочные альвеолы и их кровоснабжение

• Бронхи
• Альвеолы
• Капиллярная сеть

56. 1.Альвеолярно-капиллярный градиент

Это разность парциального давления
газов в альвеолярном воздухе и
напряжения газов в крови.
Парциальное давление (РО2 или РСО2).
Это часть давления смеси газов,
приходящаяся на долю одного газа.
Парциальное давление зависит:
а) от % содержания газа в смеси газов;
б) от величины общего давления.
Измеряется в мм рт.ст.

57. Парциальное напряжение газа

• – это сила, с которой растворенный в
жидкости газ стремится покинуть ее.
Обычно устанавливается динамическое
равновесие между газом в жидкости и над
жидкостью.
Движущая сила – альвеолярнокапиллярный градиент (АКГ)
Для О2 АКГ = 60мм рт. ст., для СО2 – 6мм
рт. ст.

58.

РО2=40
РО2=100 мм Hg
Капилляр
РCО2=46
РCО2=40 мм Hg
РО2=100
РCО2=40
Альвеола

59. 2) вентиляционно-перфузионные отношения (ВПО)

1.ВПО = МАВ (минутная альвеолярная
вентиляция) / МОК (минутный объем
кровотока) = 4 – 6л / (4,5 – 5л) = 0,8 – 1,1.
• В норме МАВ составляет в среднем 0,8 от
МОК.

60.

• Снижение ВПО происходит в
результате:
• а)отсутствия кровотока в некоторых
альвеолах;
• б)сниженной вентиляции альвеол или
полное ее отсутствие;
• В зависимости от положения тела
• ВПО в разных областях легких
различные.

61. Физиологическое мертвое пространство (МП)

• Часть легких, где не происходит
• газообмена между альвеолярным
воздухом и кровью называется
альвеолярным мертвым пространством.
Сумма анатомического и альвеолярного МП
• называется физиологическим мертвым
пространством.

62.

• Приспособление вентиляции к перфузии
происходит путем:
• а) вазомоторных реакций.
При снижении РО2 или повышении РСО2 в
альвеолах возникает вазоконстрикция.
• б) Бронхомоторных реакций.
При ↓ РСО2 в альвеолярном воздухе
возникает бронхоконстрикция.

63.

•3) Длина пути диффузии газа.
•СО2 и О2 проходят путь:
• альвеолярная стенка
•+ межклеточное пространство
•+ базальная мембрана капилляра
• + эндотелий капилляра
• + слой плазмы + мембрана эритроцита.
Для диффузионного расстояния имеет значение общая
капилляризация тканей и количество открытых
капилляров, которые влияют на расстояние между
капиллярами. В миокарде оно равно 25 мкм, в коре
больших полушарий – 40 мкм, в скелетных мышцах –
80 мкм. В миокарде условия для диффузии лучше.

64.

• 4) Диффузионная способность газа
• У СО2 выше чем у О2,
• т.к. АКГ для СО2 составляет
• 6 мм рт. ст., а для О2 – 60 мм рт. ст.
• 5) Площадь диффузии
• Зависит от поверхности альвеол и
капилляров,
• через которые идет диффузия (зависимость
прямая).

65.

Газообмен плода (мм рт. ст.)
Организм
матери
О2- 11
Организм
плода
О2 – 70 мм
СО2 – 41мм
СО2-48
О2 – 41
СО2- 46
Плацента

66. Транспорт газов кровью

Содержание газов в крови

67.

68.

Артериальная Растворено
Мл газов в
кровь
100 мл
плазмы
Газ
Содержание газов
(мл в 100
мл крови)
Парциальное
напряжение
(мм рт.
ст.)
О2
18-20
100
СО2
52-54
40
Венозная
кровь
Содержание газов
(мл в 100
мл крови)
Парциаль
ное
напряжение (мм
рт. ст.)
0.3
12-14
40
2,5
58
46

69.

• Удаление СО2 происходит легче,
• чем насыщение О2,
• т. к. СО2 лучше диффундирует.
• На газообмен в тканях влияют
те же факторы, что и в легких

70.

• Снижение сродства Нb к О2 и сдвиг
кривой диссоциации НbО2 вправо
вызывают:
• а) снижение рН (закисление крови)..
• б) Увеличение напряжения СО2 в
митохондриях – (эффект Вериго).
• в) Повышение t0.
• г) Повышение активности
2,3 дифосфоглицерата в эритроците,
ускоряет отдачу гемоглобином О2
• ( активен при гипоксии).

71.

Смещение вправо
Облегчает отдачу О2
в тканях.
Смещение влево
облегчает образование
HbO2
Р О2 (мм рт. ст)

72.

• В тканях О2 используется
митохондриями.
• Напряжение О2 в области
митохондрий должно быть
не менее 0,1 – 1мм рт. ст.

73.

Направление диффузии газов
парциальное давление и
напряжение газов в мм рт. ст.
Газ
О2
СО2
Лег- Веноз- Артери- Межкле- Клеткие
ная
альная
точное
ка
кровь
кровь простран
ство
100 40 →
100 →
60 → 40 – 0
→
40
← 46
← 40
← 50
← 60

74. Коэффициент утилизации кислорода (КУК)

• КУК это количество
потребленного О2 в % от общего
содержания его в артериальной
крови.
• КУК = [ (О2а – О2в) / О2а]∙ 100
• КУК = [(20 – 12) / 20] ∙ 100 = 40 %

75. В разных тканях КУК различен.

• В миокарде, сером веществе
мозга, печени = 40 – 60%.
• При работе КУК растет.
• В мышцах сердца и скелета
может увеличиваться до
90%.

76.

Депо О2 в мышцах
В мышцах (скелетные, сердечная) есть депо
кислорода, которое может расходоваться в
первые минуты работы при недостаточном
кровоснабжении.
Эту функцию выполняет хромопротеин
миоглобин (Mb). Он содержит двухвалентное
железо, которое присоединяет О2, но сродство
миоглобина к кислороду значительно больше,
чем у гемоглобина А.
Профессор Берг М.Д.

77. Миоглобин

• Депонирует О2 в мышцах.
• Близок по строению к Нb.
• Имеет более высокое сродство к О2 .
• При РО2 3 – 4 мм рт. ст. 50% миоглобина переходит
в оксигемоглобин,
• а при РО2 10 - 40мм рт. ст. - 95 - 100% .
Отдает мышце О2, (цитохромоксидазе митохондрий)
когда РО2 в мышцах падает ниже 10 – 15мм рт. ст.
В условиях хронической гипоксии (высокогорье)
количество миоглобина в мышцах нарастет и
увеличиваются возможности для снабжения
кислородом сердца и скелетных мышц
(высокогорные тренировки спортсменов, горцыдолгожители).