Физиология дыхания: Внешнее дыхание

1. Физиология дыхания

Внешнее дыхание

2. План

Понятие и функции дыхания
Этапы (процессы) дыхания
Механизм вдоха и выдоха
Основные показатели функции внешнего
дыхания
Газообмен в легких
Организация дыхательного центра

3.

Дыхание - совокупность процессов,
обеспечивающих поступление во
внутреннюю среду организма
кислорода, использование его для
окислительных процессов, и удаление
из организма углекислого газа

4. СТРУКТУРА ДЫХАНИЯ

Внешнее звено:
1.
2.
Воздухоносные пути и легкие.
Грудная клетка и мышцы (костномышечный каркас)
Внутреннее звено
3.
4.
Кровь
Сердечно-сосудистая система
(малый
круг кровообращения)
3.
Органелы клеток
Нейрогуморальный
механизм регуляции

5. 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)

6.

Недыхательная функция:
1. Защитная функция: иммунологическая,
задерживаются лейкоциты,
образуются антитела, осуществляется фагоцитоз,
вырабатывается лизоцим,
интерферон, иммуноглобулины(IgА)
2. Экскреторная функция – через легкие удаляется более
200 летучих веществ. углекислый газ, метан, ацетон и
др.; этиловый спирт, эфиры, закись азота и т.д.,
испаряется вода

7.

3. Депонирование крови (до 15% объема циркулирующей
крови). При этом “депонированная” кровь продолжает
участвовать в газообмене с альвеолярным воздухом.
4. Гемостатическая функция – в легких задерживаются и
удаляются из крови мелкие тромбы .
Интерстиций легких содержит большое количество тучных
клеток, содержащих гепарин благодаря чему кровь,
оттекающая от легких, свертывается медленнее, чем
притекающая
В легких также синтезируются факторы свертывающей системы
( факторы VII, VIII, тромбоксан)
5. Выработка биологически активных веществ:
- легкими синтезируется гепарин, серотонин, гистамин;
образуются сосудорасширяющий простациклин 1,оксид
азота (NO);
факторы свертывания крови VII и VIII, эритропоэтины.
Эпителиоцитами синтезируется коллаген и эластин,
сурфактант а также мукополисахариды, входящие в состав
бронхиальной слизи.

8.

6. Метаболическая. Поглощению и ферментной трансформации в
легких подвергаются такие вещества, как серотонин, ацетилхолин и
в меньшей степени – норадреналин.
- на 80% инактивируется брадикинин;
- В легких человека инактивируются 90-95% простагландинов группы
Е и F.
- инактивируется до 25% инсулина;
-Также метаболическая функция связана с процессом превращения
ангиотензина I в ангиотензин II, под воздействием фермента
ангиотензиназы, содержащегося в мелких углублениях (кавеолах)
на внутренней поверхности легочных капилляров.
,

9.

Комплекс последовательных физиологических и
физикохимических процессов, обеспечивающих дыхание подразделяют
на 5 этапов:
Внешнее
дыхание
1. Обмен газов между легочным воздухом и атмосферным
воздухом(вентиляция легких)
2. Обмен газов между легочным воздухом и кровью капиляров
малого круга кровообращения
Внутреннее
3. Транспорт О2 и СО2 кровью
4. Обмен газов между кровью и клетками
5. Клеточное дыхание- биохимические и физико-химические
процессы, обеспечивающие аэробное окисление органических
веществ
с
получением
энергии,
используемой
для
жизнедеятельности клетки.
При этом образуется СО2 и вода и азотистые основания (при
окислении белков).

10. Этапы дыхания

Внешнее дыхание (легочная вентиляция)–
газообмен между атмосферным воздухом и
альвеолами
Газообмен в легких – между альвеолярным 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

11. Этапы процесса дыхания

Внешнее дыхание
1) конвекционный транспорт в
альвеолы (вентиляция легких);
Транспорт газов
кровью
Диффузия газов
диффузия из альвеол в кровь
легочных капилляров;
в ткани
+ тканевое дыхание

12. ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЛЕГКИХ ДЛЯ ДЫХАНИЯ

Минимальное расстояние между воздушным и
кровеносным руслом 0,4-1,5 мкм (называется
аэрогематическим барьером )
Обширная дыхательная площадь легких 50-100
м2
Наличие особого - малого круга
кровообращения
Наличие в легких эластической ткани
Наличие в дыхательных путях опорной

13. Показатели гомеостаза, связанные с дыханием

Газовая константа – содержание в
крови кислорода (96-100 мм.рт.ст) и
углекислого газа (38-40 мм.рт.ст.)
Кислотно-щелочное равновесие

14. Дыхательная система

15.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЕДИНИЦА
ЛЕГКИХ - ацинус. Он включает одну
концевую бронхиолу, которая делится на
дыхательные бронхиолы разных
порядков, альвеолярные ходы, альвеолы и
мешочки. В одном лѐгком 300-350 млн.
альвеол. Общая поверхность альвеол
двух лѐгких при вдохе составляет 80120м2.
Каждая альвеола обильно
кровоснабжается.
Ацинусразветвление одной
терминальной
бронхиолы,
включающее
ее респираторные
бронхиолы и
альвеолярные ходы
(400-600
альвеол)

16. Дыхательный цикл

Вдох – инспирация
Выдох - экспирация

17.

Дыхательный цикл включает две фазы:
вдох и выдох.
Обычно вдох несколько короче выдоха:
у человека их соотношение равно в
среднем 1:1,3.
Соотношение компонентов
дыхательного цикла (длительность фаз,
глубина дыхания, динамика давления
и потоков в воздухоносных путях)
характеризует так называемый паттерн
дыхания.

18. Механизм вдоха

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

19.

Сокращение диафрагмы и наружных
межреберных мышц
↓
Подъем концов ребер, выдвижение
грудины вперед, опускание купола
диафрагмы
↓
Растяжение легких
↓
ВДОХ (инспирация)
(активный)

20.

Расслабление диафрагмы и наружных
межреберных мышц
↓
Опускание концов ребер и грудины,
подъем купола диафрагмы
↓
Сокращение грудной клетки и объема
легких
↓
ВЫДОХ (экспирация)
(пассивный )

21. Механизм дыхательных движений

22.

23. 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

24. Вспомогательные дыхательные мышцы

экспираторные
инспираторные

25. 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 костномышечной системы

26. 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- увеливается
Отрицательное давление в плевральной
полости обусловлено: эластической тягой лёгких
и герметичностью плеврального пространства
Пневмоторакс – нарушение герметичности
плевральной полости (открытый, закрытый и
клапанный)

27.

28. Внутрилегочное и внутриплевральное давление на вдохе и выдохе

29. 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). Растяжимость (С) –
изменение объема легких (V) при изменении
транспульмонального давления (Р). С=^V/^P
Рестриктивные поражения – снижение
растяжимости лёгких (при застое в малом круге,
альвеолярном отёке, фиброзе легких, длительном
отсутствии вентиляции). ЗАТРУДНЕН ВДОХ

30. Эластическая тяга легких

Эластическая тяга легких – сила, с которой легкие
стремятся сжаться
Поверхностным натяжением пленки
жидкости, покрывающей внутреннюю
поверхность альвеол(2/3).
Упругостью ткани стенок
альвеол(содержит эластические
волокна- 30%)
Тонусом бронхиальных мышц
(гладкомышечные волокона внутрилегочных бронхов 3 %).

31. СУРФАКТАНТ Нергардом в 1929 году

20-100 нм.
СУРФАКТАНТ
Нергардом в 1929 году
Сурфактант на 90% состоит из
фосфолипидов
(в первую очередь,
фосфатидилхолина)
+ 10% белков ПРОДУЦИРУЕТСЯ
пневмоцитами II ТИПА

32. Функции сурфактанта:

обеспечивает расправление легких при первом вдохе
новорожденного,
в 10 раз уменьшает силу поверхностного натяжения,
стабилизирует размеры альвеол,
оказывает противоотечное действие препятствуя переходу
жидкости из легочных капиляров,
обладает бактериостатическим действием, способствует
активизации фагоцитоза альвелярными макрофагами,
Является одним из факторов, способствующим диффузии
О2, так как О2 хорошо растворяется в фосфолипидах,
входящих в сурфактант.

33. Параметры внешнего дыхания

Минутный объём дыхания (МОД)=ДОxЧД
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 1
мин. Эупноэ (норма)- 14-20; брадипноэ < 12; тахипноэ > 22
ЖЕЛ – жизненная ёмкость лёгких – максимальное количество
воздуха, которое можно вдохнуть и выдохнуть за 1 цикл.
Включает 3 объёма: дыхательный (10-20%) и резервные
объёмы вдоха (РОвд.) и 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

34. Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ)

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
ФОЕ – функциональная остаточная
ёмкость – количество воздуха, которое
остаётся в легких после спокойного
выдоха. ФОЕ=РОвыд+ОО

35.

36.

37. Респираторный отдел легких

38. 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

39. Состав воздуха:

Атмосферный
воздух
Вдыхаемый
воздух
Выдыхаемый
воздух
Альвеолярный
воздух
Кислород О2
20,9
16,0
14,0
Двуокись
углерода СО2
0,03
4,5
5,5
Азот
78,07
78,5
79,5
1,0
1,0
1,0
Инертные
газы

40.

Парциальное давление газов в атмосферном воздухе
Вычисление парциального давления этих газов в атмосферном
воздухе производится по следующему уравнению:
Рг = Fг × (РА – Р Н2О) : 100
Где:
Рг - Парциальное давление определяемого газа;
Fг - объемное содержание газа;
РА - атмосферное давление;
Р Н2О - парциальное давление воды в атмосферном воздухе.
Р О2 = 20,9 × (760 – 20) : 100 = 154,6 мм рт. ст.
Р СО2 = 0,03 × (760 – 20) : 100 = 0,22 мм рт. ст.
Р N = 79,1× (760 – 20) : 100 = 585,3 мм рт. ст.
Но при изменении атмосферного давления, например при подъеме,
на высоту, состав воздуха не меняется, но парциальное давление
всех газов снижается на столько, сколько снижается атмосферное
давление.

41.

Парциальное давление в альвеолах
• При вычислении парциального давления газов в альвеолярном
воздухе следует учитывать, что в этом воздухе, при температуре
тела - 36,40 С присутствуют пары воды, равные 47 мм рт.ст.
• Вычисление парциального давления газов в альвеолах
производится по следующему уравнению:
Рг = Fг × (РА – Р Н2О) : 100
Где: Рг - Парциальное давление определяемого газа;
Fг - объемное содержание газа;
РА - атмосферное давление;
Р Н2О - парциальное давление воды в альвеолярном воздухе.
• Содержание кислорода в альвеолярном воздухе, равном 14 %,
двуокиси углерода, равно 5,5%.
Р О2 = 14 × (760 – 47) : 100 = 99,8 мм рт. ст. (~ 100)
Р СО2 = 5,5 × (760 – 47) : 100 = 39,2 мм рт. ст.( ~ 40)

42. Газообмен в лёгких – диффузия газов по градиенту концентраций

43. АЭРОГЕМАТИЧЕСКИЙ БАРЬЕР

44. 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

45. Газообмен обеспечивается:

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

46. 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

47. АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

- ЭТО ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ НА ПРОХОЖДЕНИЕ ВОЗДУХА
1.
2.
3.
4.
ПО ВОЗДУХОНОСНЫМ ПУТЯМ. ВЛИЯЮТ ФАКТОРЫ:
ОБЪЕМ ЛЕГКИХ
ПРОСВЕТ БРОНХОВ, ТОНУС БРОНХИАЛЬНЫХ МЫШЦ
(СИМПАТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА РАСШИРЯЮТ,
ПАРАСИМПАТИЧЕСКИЕ - СУЖИВАЮТ). РЕЦЕПТОРЫ
БРОНХИАЛЬНЫХ МЫШЦ –БЕТТА2-АДРЕНОРЕЦЕПТОРЫ И
М-ХОЛИНОРЕЦЕПТОРЫ
ПЛОТНОСТЬ И ВЯЗКОСТЬ ВДЫХАЕМОГО ГАЗА.
СОДЕРЖАНИЕ СО2 В АЛЬВЕОЛЯРНОМ ВОЗДУХЕ
ОБСТРУКТИВНЫЕ НАРУШЕНИЯ – ПРЕПЯТСТВИЕ
ДВИЖЕНИЮ ВОЗДУХА ПО ВОЗДУХОНОСНЫМ ПУТЯМ.
ЗАТРУДНЕН ВЫДОХ

48. Дыхательный центр

Бульбарный отдел – 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 условнорефлекторная регуляция дыхания

49. МЕТОДЫ исследования внешнего дыхания

Спирометрия - метод измерения объемов выдыхаемого воздуха с
помощью прибора спирометра.
Спирография - методика непрерывной регистрации объемов
вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Получаемую при этом
спирограммой
графическую
называют
кривую
Пневмотахография - методика непрерывной регистрации
объемной скорости потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
Имеется много других методов исследования респираторной
системы: плетизмография грудной клетки,
рентгеноскопия и рентгенография, оксиметрия,
аускультация грудной клетки и другие.