Физиология Дыхательной Системы Лаборатория полисистемных исследований

Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа.

Функциональная дыхательная система слагается из следующих элементов: Внешнее или легочное дыхание, осуществляющее газообмен между внешней средой организма и альвеолами легких Диффузия газов в легких (обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью Транспорт газов кровью Диффузия газов в ткани (обмен газов между кровью и тканью) Внутреннее или тканевое дыхание (потребление кислорода и выделение углекислого газа клетками организма)

Транспортная система дыхания

Главная функция внешнего дыхания заключается в поддержании оптимального газового состава артериальной крови. Эта функция выполняется не только в обычных условиях окружающей среды, но и в широком диапазоне изменений жизнедеятельности организма.

Структура системы внешнего дыхания включает: Воздухопроводящие пути Костно-мышечный каркас грудной клетки Плевру, покрывающую легкие Дыхательную мускулатуру (диафрагма, межреберные мышцы) Малый круг кровообращения Нейрогуморальный аппарат регуляции

Воздухоносные пути Носовая полость Носоглотка Гортань Трахея Бронхи (2 главных; бронхи 2,3-19 порядков; самые тонкие бронхи - бронхиолы переходят в анциусы- грозди) Легкие - парные органы (правое – 3 дольки, левое - 2) образованы бронхиолами и альвеолами

Воздухоносные пути

Разветвление дыхательных путей

Общая поверхность альвеол – м 2 (80 м 2 ) Диаметр альвеолы – около 0.33 мм Общее число альвеол – около 300 млн. Альвеолярный объем (в конце нормального выдоха) – около 3000 мл Мертвый объем – около 150 мл Дыхательный объем – мл (альвеолярной зоны достигает 2/3 свежего воздуха: примерно 10 %-ное обновление)

Действие дыхательных мышц: диафрагмы и межреберных

Дыхательные мышцы как двигатель вентиляции Сокращение диафрагмы и наружных межреберных мышц Подъем концов ребер, выдвижение грудины вперед, опускание купола диафрагмы Растяжение легких ВДОХ (активный) Расслабление диафрагмы и наружных межреберных мышц Опускание концов ребер и грудины, подъем купола диафрагмы Сокращение грудной клетки и объема легких ВЫДОХ (пассивный в норме) Кликнуть по картинке

Легочные объемы Дыхательный объем - количество воздуха, поступающего и выходящего из легких при спокойном дыхании – 500 см 3. Резервный объем вдоха - количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного вдоха см 3. Резервный объем выдоха – количество воздуха, которое можно выдохнуть после обычного выдоха – 1500 см 3. Жизненная емкость легких – сумма объемов дыхательного, резервного вдоха и резервного выдоха – см 3. Остаточный объем - количество воздуха, остающееся в легких и дыхательных путях после самого глубокого выдоха – 1500 см 3. Легочная вентиляция – количество воздуха, проходящего за 1 мин через легкие – 7000 см 3.

Общая емкость = жизненная емкость + остаточный V (определяется методом разведения чужеродного газа) Жизненная емкость = дыхательный V + резервн. V вдоха + резервн. V выдоха Остаточный V + резервн. V выдоха = функциональная остаточная емкость Дыхательный V + резервн. V вдоха = инспир. емкость

изменение объема легких поток воздуха плевральное давление альвеолярное давление вдохвыдох

ГАЗООБМЕН ГАЗООБМЕН Обмен газов между воздухом и кровью происходит путем диффузии через альвеоло-капиллярный барьер под влиянием разницы парциальных давлений между альвеолярным воздухом и кровью, поступающей в легочные капилляры. Кислород и углекислый газ далее транспортируются по всему большому кругу кровообращения. В мышцах или внутренних органах сосудистое русло вновь разделяется на капилляры, и происходит обратный процесс – диффузия кислорода и углекислого газа в обратном направлении, по градиенту парциальных давления. Из тканей выводится избыточное количество углекислого газа, а из эритроцитов крови в ткани поступает необходимое количество кислорода

О2О2 СО 2 Вдыхаемый воздух1580,3 Альвеолы100 (13,3 кПа) 40 (5,3 кПа) Артерии большого круга 9540 Капилляры тканей тела 4046 Вены большого круга 4046 Выдыхаемый воздух парциальное давление, мм Hg область

Транспорт газов кровью Кислород и углекислый газ частично переносятся в крови в физически растворенном виде. Большая часть кислорода в эритроцитах обратимо связана с гемоглобином до оксигемоглобина. Химически связанный углекислый газ транспортируется в крови в форме бикарбоната и карбамата.

Клеточное дыхание Клеточным (тканевым) дыханием называют процесс, при котором окисление органических веществ ведет к выделению химической энергии. Не следует путать тканевое дыхание с газообменом в тканях. Газообмен (внешнее дыхание) – процесс поглощения из окружающей среды (в том числе тканевой жидкости) кислорода и выделение в среду углекислого газа.

Центральным регулятором деятельности системы дыхания является дыхательный центр Понятие дыхательный центр включает в себя: Функциональный признак – способность регулировать работу дыхательной системы при разных условиях жизнедеятельности организма. Анатомический признак – структуры продолговатого мозга, формирующие дыхательный ритм.

Дыхательный центр Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге как парное симметричное образование. Дыхательный центр представляет собой совокупность нейронов, обладающих сложными сетевыми взаимодействиями. Основным свойством дыхательного центра является автоматизм. Дыхательный центр координирует ритмическую активность мышц, обеспечивающих вдох и выдох.

Нейронный состав дыхательного центра По локализации в стволе мозга выделяют вентральную (область двойного ядра)и дорсальную (область ядра одиночного пути)группы дыхательных нейронов, комплекс Бетцингера и др. По фазе активности дыхательные нейроны делятся на инспираторные (нейроны вдоха), экспираторные (нейроны выдоха) и различные типы фазово-переходных нейронов. По функции нейроны подразделяют на нейроны, генерирующие дыхательный ритм и нейроны, формирующие дыхательный паттерн.

латеральное ретик. ядро предкомплекс Бетцингера

Дыхательный центр посылает импульсы к мотонейронам спинного мозга, иннервирующим дыхательные мышцы. Диафрагма иннервируется мотонейронами III- IV шейных сегментов спинного мозга. Межреберные мышцы иннервируются мотонейронами III-XII грудных сегментов спинного мозга.

Различают центральные и периферические хеморецепторы. Основными химическими раздражителями являются ионы водорода, парциальные давления кислорода и углекислоты в артериальной крови. Чувствительными элементами этого уровня регуляции являются рецепторы растяжения, расположенные в ткани легких, ирритатные и J-рецепторы в бронхах и трахее и механорецепторы дыхательных мышц. Дыхательная система включает два основных контура регулирования: хеморецепторный и механорецепторный Дыхательная система включает два основных контура регулирования: хеморецепторный и механорецепторный

Центральные хеморецепторы располагаются на вентральной поверхности продолговатого мозга. Выделяют зоны M, L и S.

Периферические хеморецепторы

Особенности регуляции дыхательной функции На работу дыхательного центра кроме импульсов от хемо- и механорецепторов оказывают влияние термические, зрительные, слуховые и др. соматические раздражители. Дыхательные нейроны чувствительны к действию нейромедиаторов и гормонов. Дыхание – это автономная вегетативная функция, которая может поддаваться произвольному управлению. Центральная нервная система может изменять параметры дыхательного ритма при реализации других функций организма: физическая нагрузка, глотание, жевание, голосообразование и т.д. Дыхание меняет параметры при осуществлении защитных рефлексов: рвота, кашель. Высшие отделы мозга позволяют регулировать дыхание при эмоциональной, психической и интеллектуальной нагрузках.

ВЫСШИЕ ЦЕНТРЫ Болевые рецепторы Температура тела Гормоны Терморецепторы кожи Барорецепторы Механорецепторы, хеморецепторы внутренних органов Хеморецепторы Рецепторы растяжение Межклеточная и спинно- мозговая жидкость

Все многообразие приспособительных изменений параметров дыхания (частоты, глубины, ритма и паттерна) осуществляется единой дыхательной нейронной сетью ствола мозга и обусловлено переработкой поступающих в нее сигналов различных модальностей из центра и периферии, их интеграцией и формированием адекватной команды к исполнительным органам дыхательной системы.