Вдох. Во время вдоха PA уменьшается до –1 см водн.ст., и поток воздуха течёт к альвеолам

ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ-ЮГРА

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ХМАО

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХАНТЫ‑МАНСИЙСКОГО ОКРУГА

«Утверждаю»

Зав. кафедрой, к.м.н., доцент

__________ Павловская В.С.

«____» __________ 2009 г.

Методическая разработка практического (лабораторного) занятия

для студентов II курса по специальности лечебное дело.

Тема занятий «ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ»

Методическую разработку подготовила доцент кафедры физиологии, к.б.н. Юрина М.А.

Методическая разработка обсуждена и утверждена на кафедральном совещании № 1

«18» октября 2006 г.

• Продолжительность изучения темы: 7 часов;

из них на занятие 4 часа; самостоятельная работа 3 часа

• Место проведения учебная комната

Цель занятия: Познакомится с современными представлениями о процессе дыхания, его механизмах и этапах.

Задачи 1.Теоретически

Ø знать систему дыхания и ее роль в организме;

Ø знать процессы и механизмы внешнего дыхания;

Ø знать способы транспортировки газов в крови.

2.Практически

Ø уметь оценить клинико-физиологические показатели внешнего дыхания и дать толкование о функциональных возможностях аппарата внешнего дыхания.

Ø уметь определять статические и динамические показатели внешнего дыхания.

Изучение данного раздела представляет интерес не только для теоретической медицины, но и клинической практики. Изучение механизмов осуществляющих и регулирующих процессы дыхания необходимы для понимания этиологии, патогенеза и диагностики заболеваний органов дыхательной системы.

• Методические рекомендации по самоподготовке

Дыхание — газообмен кислорода и углекислого газа между клетками организма и внешней средой состоит из следующих этапов: внешнее дыхание (происходит в органах дыхания), транспорт газов во внутренней среде организма (происходит в крови) и тканевое дыхание.

Внешнее дыхание — поступление газов (вдох) и отведение воздуха (выдох) из внешней среды по дыхательным путям к респираторному отделу лёгких и двусторонняя диффузия газов через аэрогематический барьер (т.е. между полостью альвеол и просветом кровеносных капилляров межальвеолярных перегородок).

Тканевое дыхание — двусторонняя диффузия газов из просвета кровеносных капилляров к митохондриям клеток внутренних органов. Термин «тканевое дыхание» имеет и более широкое значение — утилизация O2 в метаболизме клеток, точнее — окислительное фосфорилирование (взрослый человек в состоянии покоя на 1 кг массы в 1 мин потребляет 3,5 мл кислорода).

Внешнее дыхание — основная функция аппарата дыхания. Помимо функции внешнего дыхания, органы дыхания выполняют множество сопряжённых и дополнительных функций (регуляция КЩР, голосообразование, обоняние, кондиционирование воздуха), а также эндокринную, метаболическую и иммунологические функции. Аппарат дыхания состоит из дыхательных путей, респираторного отдела лёгких, грудной клетки (включая её костно-хрящевой каркас и нервно-мышечную систему), сосудистой системы лёгких, а также нервных центров регуляции дыхания.

Функция внешнего дыхания — вентиляция и перфузия ткани лёгких. Вентиляция лёгких (V) — функция воздухоносных путей. Перфузия респираторного отдела (Q) — важная характеристика функции внешнего дыхания. Лёгочная вентиляция Функцию внешнего дыхания осуществляют лёгкие, состоящие из воздухоносных путей и респираторного отдела (респираторная поверхность).

Воздухоносные пути: здесь происходит активный перенос воздуха путём конвекции (за счёт разности давлений) из атмосферы к респираторной поверхности и в обратном направлении. Начиная от трахеи, трубки воздухоносных путей разделяются дихотомически (надвое), образуя последовательно бронхи (и бронхиолы): главные, долевые, сегментарные, дольковые, ацинарные (терминальные), респираторные. Активный перенос воздуха осуществляется за счёт работы дыхательных мышц, обеспечивающих дыхательные движения с частотой (f) от 12 за 1 мин. Другими словами, функция воздухоносных путей — вентиляция лёгких (V) Выдох в норме при спокойном дыхании является пассивным. Поверхность альвеол образована плоскими клетками (респираторные альвеолоциты), входящими в состав аэрогематического барьера. Помимо множества респираторных альвеолоцитов (альвеолоциты типа I), в стенку альвеолы вмонтированы единичные эпителиальные клетки, синтезирующие компоненты сурфактанта (альвеолоциты типа II), а на поверхности альвеолы находятся альвеолярные макрофаги. Аэрогематический барьер образован плёнкой сурфактанта, респираторным альвеолоцитом, его базальной мембраной, базальной мембраной эндотелиальной клетки и эндотелиальной клеткой. Между базальными мембранами альвеолоцита и эндотелия присутствуют компоненты межклеточного матрикса (в том числе эластические структуры), но диффузия газов наиболее эффективно происходит именно через аэрогематический барьер, его толщина в минимальном варианте составляет около 0,5 мкм.

Вдох (I, от англ. inspiration — инспирация) в покое в среднем продолжается 2 с. При вдохе дыхательные мышцы нагнетают атмосферный воздух в дыхательные пути, производя работу по преодолению как сопротивления в дыхательных путях, так и сопротивления структур грудной клетки. При вдохе происходит активное увеличение объёма грудной полости и пассивное увеличение объёма лёгких. Часть энергии сокращения мышц при вдохе накапливается в упругих эластических структурах грудной клетки и лёгких.

Выдох (E, от англ. expiration — экспирация) в покое в среднем продолжается 3 с. В состоянии покоя выдох осуществляется пассивно (в том числе за счёт растянутых эластических структур). При нагрузках на организм, когда возрастает потребность в кислороде, необходима дополнительная работа дыхательных мышц. При выдохе происходит уменьшение объёма грудной полости и объёма лёгких.

Дыхательные мышцы подразделяют на осуществляющие вдох (инспираторные, мышцы вдоха) и выдох (экспираторные, мышцы выдоха), а инспираторные дыхательные мышцы — на основные и вспомогательные.

Инспираторные мышцы:

- Основные (обеспечивают вдох в состоянии покоя): диафрагма, наружные межрёберные, внутренние межхрящевые. При дыхании в состоянии покоя купол диафрагмы смещается вертикально примерно на 2 см, при форсированном дыхании перемещения купола диафрагмы могут достигать 10 см. Таким образом, движения диафрагмы вниз и вверх увеличивают или уменьшают вертикальные размеры грудной полости, а приподнимание или опускание рёбер соответственно увеличивает или уменьшает диаметр грудной клетки в переднезаднем и боковом направлениях.

- Вспомогательные мышцы (лестничные, грудино-ключично-сосцевидные, трапециевидные, большие и малые грудные и ряд других) включаются в обеспечение вдоха при значительных запросах организма к потреблению кислорода.

Экспираторные мышцы: внутренние межрёберные, а также внутренние и наружные косые, прямые и поперечные мышцы живота. При сокращении брюшных мышц возрастает давление в брюшной полости, это приподнимает диафрагму и приводит к уменьшению объёма грудной полости.

Тип дыхания. Изменение объёма грудной клетки у мужчин и женщин происходит преимущественно за счёт перемещений диафрагмы (брюшной, или диафрагмальный тип дыхания). Ранее полагали, что для женщин характерен так называемый грудной (рёберный) тип дыхания, при котором значительный вклад в увеличение объёма грудной клетки вносят сокращения наружных межрёберных мышц.

Сопротивление (R). Работа, выполняемая дыхательными мышцами, направлена на преодоление всех видов сопротивления (сопротивление движению воздуха в дыхательных путях [около 80%], сопротивление тканей, т.е. структур лёгкого и органов грудной и брюшной полостей [около 20%], а также сил гравитации). Различают вязкое (неэластичное) и упругое (эластическое) сопротивление. На долю вязкого сопротивления приходится примерно 60%, упругого — около 40% от всего сопротивления.

- Вязкое сопротивление обусловлено аэродинамическим сопротивлением воздухоносных путей (примерно 90% всего вязкого сопротивления) и неэластическими свойствами органов и тканей (около 10%).

- Аэродинамическое сопротивление воздухоносных путей зависит от характера и скорости потока в просвете путей и от суммарной площади поперечного сечения путей.

Характер потока может быть ламинарным, турбулентным или сочетать свойства того и другого (промежуточный тип). Характеристики ламинарного потока описывает закон Пуазейля: поток воздуха (v) или объём вдоха (дыхательный объём, см. ниже) — VE) прямо пропорционален разности давлений — DP и обратно пропорционален сопротивлению — R):

Упругое сопротивление определяется эластичностью органов и тканей (в первую очередь эластическими структурами в составе лёгкого, вмонтированными практически во все воздухоносные пути, их особенно много на уровне альвеол) и силами поверхностного натяжения на границе раздела фаз (преимущественно на покрытой сурфактантом поверхности альвеол). На долю эластических структур приходится примерно 40%, на долю поверхностного натяжения около 60% от всего упругого сопротивления.

Значения сопротивления:

1. В состоянии покоя у взрослого человека Raw варьирует от 0,6 до 2,3 см водн.ст. (среднее — 1,5 см водн.ст., при этом на глотку и гортань приходится 0,6 см водн.ст., столько же на воздухоносные пути диаметром >2 мм, а диаметром <2 мм всего 0,3 см водн.ст.).

2. При хронических обструктивных заболеваниях лёгкого Raw увеличивается до 5,0 см водн.ст. и даже до 10,0 см водн.ст. (преимущественно за счёт воздухоносных путей диаметром <2 мм).

Увеличение значения Raw происходит в результате сокращения ГМК воздухоносных путей, что наблюдается при увеличении так называемого тонуса блуждающего нерва (освобождающийся из окончаний парасимпатических нервов ацетилхолин взаимодействует с мускариновыми ацетилхолиновыми рецепторами на поверхности ГМК) и при освобождении гистамина из тучных клеток воздухоносных путей (типичная для приступа бронхиальной астмы ситуация).

Уменьшение значения Raw происходит в результате расслабления ГМК воздухоносных путей, что наблюдается под влиянием адреналина и других агонистов b₂–адренергических рецепторов на поверхности ГМК.

Давление в дыхательном аппарате. При осуществлении дыхательного цикла в альвеолах и во внутриплевральном пространстве лёгких изменяется давление. Наибольшее значение как для осуществления вдоха и выдоха, так и для оценки параметров функции внешнего дыхания имеют альвеолярное (PA), внутриплевральное (Ppl) и транспульмональное (PTP) давление.

Дыхательная пауза. В состоянии покоя (вне вдоха и выдоха) давление во всех частях дыхательной системы и во всех альвеолах равно атмосферному (PB), то есть PA составляет 0 см водн.ст.; другими словами, движения воздуха нет.

Вдох. Во время вдоха PA уменьшается до –1 см водн.ст., и поток воздуха течёт к альвеолам.

Выдох. На выдохе PA увеличено до +1 см водн.ст., поток воздуха течёт от альвеол во внешнюю среду.

Внутриплевральное давление ( Ppl) — давление жидкости в узком пространстве между висцеральной и париетальной плеврой. Значение PPI контролируется мозгом посредством сокращения дыхательных мышц. Ppl имеет 2 компонента — статический (-PTP) и динамический (PA). Ppl создаётся направленной внутрь эластической тягой лёгких и уравновешивающей её эластической тягой грудной клетки, направленной наружу. Ppl в покое составляет –4–5 см водн.ст. (0,3–0,5 кПа). Во время вдоха сила тяги грудной клетки наружу увеличивает отрицательное Ppl, доводя его до –7,5 см вод. ст.

Транспульмональное давление (PTP) — разность между альвеолярным и внутриплевральным давлением (PA — Ppl). PTP — статический параметр, не влияющий на потоки воздуха и прямо не контролируемый мозгом. Нормально РTP составляет на выдохе –3–4 см водн.ст., на вдохе –9–10 см водн.ст., при глубоком вдохе до –20 см водн.ст.

Респираторный отдел: здесь путём диффузии осуществляется перенос газов к респираторной поверхности альвеол и газообмен через аэрогематический барьер (т.е. между полостью альвеол и кровью, находящейся в кровеносных капиллярах межальвеолярных перегородок). Газообмен респираторного отдела в существенной степени зависит от параметров кровотока через капилляры межальвеолярных перегородок, т.е. от их перфузии кровью. Перфузия респираторного отдела (Q) — важная характеристика функции внешнего дыхания.

Воздухоносные пути респираторного отдела (респираторные бронхиолы, альвеолярные ходы, преддверие, альвеолярные мешочки, полость альвеол) соответствуют поколениям трубок 17–23 с очень небольшой скоростью потока в них. Другими словами, перемещение газов в них происходит не путём конвекции (как в воздухоносных путях более крупного калибра), а путём диффузии.

Альвеолы — полусферические структуры диаметром от 70 мкм до 300 мкм. Суммарная площадь всех альвеол (около 300 млн) от 50 м2 до 100 м2, их максимальный объём от 5 л до 6 л, что составляет не менее 97% объёма лёгких.

Аэрогематический барьер. Между полостью альвеолы и просветом капилляра происходит газообмен. Структуры, образующие минимальной толщины аэрогематический барьер: альвеолярные клетки I типа (0,2 мкм), общая базальная мембрана (0,1 мкм), уплощённая часть эндотелиальной клетки капилляра (0,2 мкм). В сумме это составляет 0,5 мкм. Реально в состав барьера входят выстилающая альвеолярную поверхность плёнка сурфактанта и межклеточное вещество (интерстиций) между базальными мембранами альвеолоцитов и капилляров, что увеличивает путь газообмена до нескольких микрометров.

Сурфактант — эмульсия фосфолипидов, белков и углеводов; 80% составляют глицерофосфолипиды, 10% — холестерол и 10% — белки. Общее количество сурфактанта в лёгких крайне невелико. На 1 м2 альвеолярной поверхности приходится около 50 мм3 сурфактанта. Толщина его плёнки составляет 3% общей толщины аэрогематического барьера. Эмульсия образует на поверхности альвеол мономолекулярный слой. Главный поверхностно-активный компонент сурфактанта — дипальмитоилфосфатидилхолин — ненасыщенный фосфолипид, составляющий более 50% фосфолипидов сурфактанта. Сурфактант содержит ряд уникальных белков, способствующих адсорбции дипальмитоилфосфатидилхолина на границе двух фаз. Среди белков сурфактанта выделяют SP-A, SP-B, SP-C, SP-D. Белки SP-B, SP-C и глицерофосфолипиды сурфактанта ответственны за уменьшение поверхностного натяжения на границе воздух–жидкость. Белки SP-A и SP-D участвуют в местных иммунных реакциях, опосредуя фагоцитоз. Рецепторы SP-A имеются в альвеолоцитах II типа и в макрофагах.

¨ Поверхностное натяжение (T) окружённого водой пузырька газа радиусом r стремится уменьшить объём газа в пузырьке и увеличить его давление (P). Состояние равновесия между действующими силами описывает уравнение Лапласа:

P = 2T/r, т.е. T = 0,5r´P

Поиск по сайту: