Дыхательная система – система органов, посредством которых происходит газообмен между организмом и внешней средой. Органы:
1. воздухопроводящие (носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи)
2. собственно дыхательные (легкие)
Органы дыхания имеют твердую оболочку из костей и хряща, поэтому они не спадаются при выдохе. Изнутри они выстланы мерцательным эпителием, реснички которого движутся в сторону внешней среды. В них происходит очищение, увлажнение и восприятие раздражителей. В воздухоносных путях воздух не меняет своих свойств – мертвый воздух (мертвое пространство). При спокойном дыхании - 140 – 150 мл. В легочных альвеолах происходит газообмен. Дыхание – совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, его использование и выведение углекислого газа и метаболической воды. Без кислорода невозможен процесс обмена веществ. Без пищи человек может жить до 30 дней, без воды до 10 дней, без кислорода – 5 минут. Значение дыхания – поддержание оптимального уровня окислительно – восстановительных процессов. Акт дыхания включает:
1. внешнее (легочное)
2. транспорт газов кровью
3. внутреннее (тканевое)
Полость носа (cavitas nasi) – начальный отдел дыхательной системы. Спереди она сообщается с внешней средой с помощью двух ноздрей, сзади с носоглоткой с помощью двух отверстий - хоаны. Носоглотка сообщается с полостью среднего уха с помощью евстахиевой трубы. В полости носа имеются перегородки:
1. верхняя
2. нижняя
3. латеральная
4. медиальная
С латеральной стенки в полость носа свешиваются 3 носовые раковины (верхняя, средняя и нижняя). Под ними открываются 3 носовые хода (верхний – только дыхательный, средний и нижний – только дыхательные). В нижний носовой ход открывается носослезный проток. При лучшем восприятии животные или человек делают порывистые вдыхания воздуха, чтобы воздух зашел в верхний носовой ход. Щель между медиальной поверхностью раковин и перегородкой носа – общий носовой ход. Слизистая оболочка носа имеет большое количество слизистых желез, кровеносных сосудов и нервных окончаний. Функции:
1. задерживает пылевые частицы (реснички)
2. увлажняет сухой воздух (слизистые железы)
3. согревание воздуха (кровеносные сосуды)
4. обонятельная (рецепторы)
В стенках полости носа имеется большое количество пещеристых венозных сплетений, расположенных поверхностно (носовые кровотечения). В полость носа открываются околоносовые пазухи (синусы) – гайморова, лобная, решетчатая, клиновидная. Они согревают воздух и являются звуковыми резонаторами. Воспаление слизистой оболочки носа – ринит, гайморовой пазухи – гайморит, лобной пазухи – фронтит.
Гортань (larunx) – начальный отдел дыхательного горла, служит для проведения воздуха, голосообразования и защиты от попадания инородных частиц. Расположена в передней части шеи на уровне 4 – 6 шейных позвонков. Сверху она подвешена к подъязычной кости, снизу переходит в трахею. Спереди от гортани лежат мышцы шеи, по бокам – доли щитовидной железы. Вместе с подъязычной костью она поднимается и опускается при глотании. Гортань образована хрящами:
1. непарные (перстневидный, щитовидный, надгортанник)
2. парные (черпаловидные, рожковидные и клиновидные)
Надгортанник, рожковидный и клиновидный образованы эластическим хрящом, остальные - гиалиновым. Самый крупный – щитовидный хрящ. Он образован 2 прямоугольными пластинками, поставленные друг к другу под углом 90 градусов у мужчин, у женщин - 120 градусов - кадык или адамово яблоко. Перстневидный – напоминает перстень, состоит из дуги и пластинки. Надгортанник расположен у корня языка, он закрывает вход в гортань при глотании. Напоминает лепесток. Черпаловидные хрящи лежат над пластинкой перстневидного. Рожковидные и клиновидные хрящи лежат над верхушками черпаловидных хрящей. Хрящи соединены хрящами и приходят в движение при помощи мышц:
• расширители голосовой щели
• суживатели голосовой щели
• напрягатели голосовых связок
Полость гортани имеет вид песочных часов. Отделы:
• преддверие ( верхняя часть)
• голосовой аппарат (средняя часть)
• подголосовая полость (нижняя часть)
Средний отдел в боковых частях имеет 2 пары складок:
• верхние - ложные складки
• нижние – истинные голосовые складки (голосовые связки)
Между ними имеются углубления – морганьевы желудочки (резонаторы). Голосовые связки – это эластические волокна, натянутые в нижних голосовых складках. Голосовой аппарат содержит мышцы, напрягающие голосовые связки. Промежуток между правой и левой голосовыми складками – голосовая щель. Длина ее у мужчин – 20-24 мм, у женщин – 16-19 мм. Ширина при спокойном дыхании – 5 мм, имеет треугольную форму; при голосообразовании ширина – до 15 мм, видны верхние кольца трахеи. Голосовые связки натянуты между щитовыдным и черпаловидными хрящами. Выдыхаемый воздух колеблет связки и обравомазуется звук. При этом черпаловидные хрящи поворачиваются. Стенка гортани имеет три оболочки:
1. внутренняя – слизистая (обнослойны многорядный мерцательный эпителий);
2. средняя – фиброзно-хрящевая;
3. наружная – соединительно-тканная (адвентиция).
Воспаление слизистой оболочки гортани – ларингит.
Трахея (trachea) – дыхательное горло. Это непарный орган, проводящий воздух из гортани в бронхи и легкие и обратно. Представляет собой трубку длиной 9-15 см, диаметром 15-18 мм. Она имеет шейную и грудную части, делится на уровне 5-го грудного позвонка на 2 главных бронха – правый и левый – бифуркация или вилка трахеи. Трахея состоит из 16-20 геолиновых полуколец, соединяемых фиброзными кольцевыми связками, задняя ее часть – мягкая – перепончатая.
Воспаление слизистой трахеи – трахеит.
Бронхи (bronchi) - органы выполняющие функцию проведения воздуха от трахеи до легочной ткани и обратно. Различают главные бронхи и бронхиальное дерево, входящее в состав легких. Длина правого главного бронха – 1-3 см, левого – 4-6 см. Над правым главным бронхом проходит непарная вена, над левым – дуга аорты. Правый бронх шире левого, имеет вертикальное направление и является продолжением трахеи, поэтому в него чаще попадают инородные тела. Скелетом бронхов являются хрящевые полукольца, в правом их 6-8, в левом – 9-12 шт. Строение главных бронхов такое же как трахеи, но их диаметр меньше. Главные бронхи делятся на долевые бронхи (правый на 3, левый на 2). Долевые – сегментарные (10 шт.) – субсегментарные (средние) – мелкие – дыхательные бронхиолы 1-го, 2-го и 3-го порядка – расширения (альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки). Сокращения мышечных мышечных пластинок в мелких бронхах при бронхиальной астме вызывает их спазм и затруднение дыхания, следовательно они выполняют функцию проведения и регуляции поступления воздуха в легкие. В стенках концевых бронхиол хрящевых пластинок нет, они содержат пучки мышечных клеток и эластичных волокон, поэтому они легко растяжимы при вдохе. Дыхательные бронхиолы, концевые бронхиолы, альвеолярные ходы и мешочки образуют альвеолярное дерево (легочный ацинус - морфофункционарная единица легкого). Разветвления бронхов от главных до концевых бронхиол - бронхиальное дерево, имеющее 23 дихотомических деления. Воспаление слизистой бронхов – бронхит.
Лекция №30. Легкие, плевра, дыхательный цикл, легочные объемы, физиология дыхания.
Легкие (pulmones, pneumones) – парные дыхательные органы, напоминают полые мешки, подразделенные на 1000-чи мешочков – альвеол – с влажными стенками, снабженных густой сетью кровеносных капилляров. Легкие расположены в герметично замкнутой грудной полости и отделены друг от друга средостением, в состав которого входят:
• сердце
• аорта
• верхняя полая вена
• пищевод
• сосуды и нервы
По форме легкое напоминает конус, основание которого направлено к диафрагме, а верхушка выступает на 2-3 см над ключицей.
Границы легких:
1. верхушка – 2-3 см выше ключицы
2. передняя – по грудине на расстоянии 1 – 1,5 см до уровня хряща 4-го ребра (граница левого легкого отклоняется влево на 5 см – сердечная вырезка)
3. нижняя – 6- среднеключичная линия; 8 – по средней подмышечной линии; 10- по лопаточной линии;
4. задняя – 11 ребро – по околопозвоночной линии (головки ребер)
Нижняя граница левого легкого на 1 – 2 см ниже границы правого легкого. При максимальном вдохе нижняя граница легких опускается на 5 – 6 см.
Поверхности легкого:
1. диафрагмальная
2. реберная
3. медиальная.
Края легкого:
1. передний
2. нижний.
На медиальной поверхности легких имеются углубления – ворота, через которые проходят главные бронхи, сосуды, нервы (корень легкого). Бороздами легкое делится на доли: верхняя, средняя, нижняя. В левом легком две доли – верхняя и нижняя. Доли делятся на сегменты, в каждом легком их по 10. Сегмент состоит из долек, а дольки из ацинусов, они имеют вид виноградных гроздьев и выполняют функцию газообмена. Долька имеет 16-18 ацинусов. В каждом легком насчитывается до 150000 ацинусов. В каждый ацинус входит большое количество альвеол – это выпячивания в виде пузырьков, внутренняя поверхность которых выстлана однослойным плоским эпителием. Он расположен на сети эластических волокон и кровеносных капилляров. Изнутри каждая альвеола выстлана тонкой пленкой жироподобного вещества (фосфолипид-сурфактант), которое препятствует слипанию альвеол при выдохе. На свободной поверхности эпителиоцитов имеются короткие цитоплазматические выросты, обращенные в полость альвеол. Они увеличивают поверхность соприкосновения воздуха с эпителием. Общая поверхность всех альвеол одного легкого 100 м2. кроме газообмена легкие осуществляют регуляцию водного обмена, участвуют в процессах терморегуляции и являются депо крови (1,5 л).
Снаружи каждое легкое покрыто серозной оболочкой – плеврой, состоящей из 2-х листков: висцерального и париентального. Между ними имеется щелевидное пространство, заполненное серозной жидкостью – плевральная полость.
Жидкость уменьшает силу трения в работающих легких. В местах перехода частей плевры имеются запасные пространства – плевральные синусы, которые заполняются в момент максимального вдоха. Самый большой – реберно-диафрагмальный синус. Правая и левая плевральные полости не сообщаются между собой. В норме в полости плевры воздух отсутствует и давление всегда отрицательное (ниже атмосферного). При спокойном вдохе оно на 9 мм рт ст ниже атмосферного, при выдохе на 6 мм рт ст ниже. Оно способствует растяжению легких, лимфообращению и обеспечивает венозный возврат крови к сердцу. Воспаление легких – пневмания, плевры – плеврит. Скопление в плевральной полости жидкости - гидроторакс, крови – гемоторакс, гноя – пиоторакс.
Дыхательный цикл:
1. вдох (0,9 – 4,7сек)
2. выдох (1,2 – 6 сек)
3. пауза
Вдох всегда в норме короче выдоха. Пауза короткая или может отсутствовать. Частота в норме у взрослых – 16 – 18 экскурсий в минуту, у новорожденных -60. Частота дыхания меньше частоты сердечных сокращений в 5 раз.
На частоту и глубину дыхания влияет физическая нагрузка, степень тренированности организма, температурный и эмоциональный факторы, интенсивность обмена веществ.
Вдох – инспирация – возникает вследствие увеличения объема грудной клетки за счет сокращения наружных межреберных мышц и уплощения купола диафрагмы. При этом легкие пассивно следуют за грудной клеткой. Поверхность легких увеличивается, давление в них уменьшается, и воздух поступает в легкие через дыхательные пути. Быстрому выравниванию давления в легких препятствует голосовая щель (сужена).
Выдох – экспирация – возникает в результате расслабления наружных межреберных мышц и поднятия купола диафрагмы. Дыхательная поверхность легких уменьшается, грудная клетка возвращается в исходное положение. Легкие уменьшаются в объем е, давление воздуха в них увеличивается, и воздух выходит через дыхательные пути во внешнюю среду. Медленному выходу воздуха способствует сужение голосовой щели.
Легочные объемы:
1. дыхательный объем легких – количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает в покое (300 – 700 мл)
2. резервный объем вдоха – количество воздуха, которое человек может вдохнуть дополнительно (1500 – 2000 мл)
3. резервный объем выдоха – количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть (1500 – 2000 мл)
4. остаточный объем легких – количество воздуха, остающееся в легких после максимального выдоха ( 1000 – 1500 мл) – воздух, попавший в легкие во время первого крика младенца
Легочные емкости:
1. жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха (3500 – 4700 мл)
2. общая емкость легких – количество воздуха, содержащееся в легких на высоте максимального вдоха (3500 – 4700 мл)
3. резерв вдоха – максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного вдоха (2000 мл)
4. функциональная остаточная емкость легких (количество воздуха, оставшееся в легких после спокойного выдоха (2900 мл) – способствует выравниванию колебаний содержания кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе
Легочная вентиляция – количество воздуха, проходящее через легкие в 1 времени. Он равен произведению дыхательного объема на частоту дыхания (6 - 8 л в мин).
Не весь объем вдыхаемого воздуха участвует в вентиляции альвеол. Часть его остается в воздухоносных путях.
Газообмен в легких осуществляется между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров путем диффузии в результате разницы парциального давления дыхательных газов. парциальное (частичное) давление – это часть общего давления, которое приходится на долю каждого газа в газовой смеси. Эта часть зависит от % содержания газа в газовой смеси. Чем она больше, тем больше парциальное давление. Газы диффундируют через слои:
1. пленка фосфолипида – сурфактанта
2. альвеолярный эпителий
3. интерстициальная соединительная ткань
4. эндотелий капилляров
5. слой плазмы
Понижение парциального давления кислорода в тканях заставляет этот газ двигаться к ним. Для углекислого газа градиент давления направлен в противоположную сторону, и газ выходит во внешнюю среду. Поскольку парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе выше, чем в притекающей венозной крови, то кислород через альвеолы устремляется в капилляры.
Напряжение углекислого газа в венозной крови выше, чем в альвеолярном воздухе, поэтому он выходит в него. Скорость диффузии СО2 в 25 раз выше, чем О2. Человек в покое потребляет в минуту 250 мл О2 и выделяет 200 мл СО2.
В крови СО2 и О2 могут находиться в 2 состояниях:
1. в физически растворенном виде ( в 100 мл крови находится 0,3 мл О2 и 2,5 – 3 мл СО2)
2. в химически связанном виде (19 – 20 мл О2 и 48 – 51 мл СО2; 1 гр гемоглобина связывает 1,34 мл О2)
Транспорт О2 осуществляется за счет химической его связи с гемоглобином эритроцитов. 1 молекула гемоглобина присоединяет 4 молекулы О2, при этом гемоглобин переходит в оксигемоглобин, а кровь из венозной переходит в артериальную (алую). На расщепление оксигемоглобина и переход О2 из крови в ткани влияют:
• парциальное давление О2 в тканях
• кислотность среды (СО2)
• температура тела человека
Образовавшийся в тканях СО2 вследствие разности парциального давления диффундирует в межтканевую жидкость, затем в плазму крови и в эритроциты. В них 10% СО2 соединяется с гемоглобином – карбгемоглобин. Остальная часть СО2 соединяется с водой – угольная кислота (Н2СО3)- это соединение очень непрочное. Эта реакция обратимая. Она ускоряется ферментом карбоангидразой – в эритроцитах. В легочных капиллярах, где давление СО2 низкое, карбоангидраза ускоряет расщепление Н2СО3 в 300 раз. Выделяются вода и СО2 и выходят в альвеолярный воздух. Следовательно СО2 транспортируется к легким в химически связанном виде (карбгемоглобин, Н2СО3 и бикарбонаты натрия и калия: NAHCO3 и KHCO3) и в физически растворенном. Две третьих СО2 находится в плазме крови, одна треть в эритроцитах. Важная роль в транспортировке СО2 принадлежит карбоангидразе эритроцитов.
Атмосферный воздух: О2 – 20,9%, СО2 – 0,03%, азот – 79%; альвеолярный воздух: О2 – 14,6%, СО2 - 5,7%, азот – 80%; выдыхаемый воздух: О2 – 16,3%, СО2 – 4%, азот – 79,7%
Дыхательный центр – совокупность нейронов, которые обеспечивают деятельность аппарата дыхания и его приспособление к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. Нейроны расположены в спинном мозге, варолиевом мосту, гипоталамусе и коре. Ритм и глубину дыхания задает продолговатый мозг, который посылает импульсы к мотонейронам спинного мозга, иннервирующим дыхательные мышцы.
Мост, гипоталамус и кора контролируют автоматическую деятельность нейронов вдоха и выдоха продолговатого мозга. Дыхательный центр продолговатого мозга – парное симметричное образование на дне ромбовидной ямки. Он включает в себя два вида нейронов:
1. инспираторные (вдох)
2. экспираторные (выдох)
Между ними существуют сопряженные (реципрокные) – возбуждение нейронов вдоха тормозит нейроны выдоха и наоборот (вдыхать и выдыхать одновременно невозможно). Повреждение их приводит к остановке дыхания. Дыхательный центр очень чувствителен к избытку СО2, который является его естественным возбудителем. Избыток СО2 действует нейроны дыхательного центра (1890 опыт Леона Фредерика – перекрестное кровообращение собак: у двух собак соединили перекрестно сонные артерии и яремные вены. Прекращение искусственного дыхания у собаки - донора усиливало дыхание у собаки – реципиента и при усилении вентиляции у собаки – донора у собаки – реципиента дыхание прекращалось). При угнетении дыхательного центра и остановки дыхания эффективным является вдыхание не чистого кислорода, а смеси из 7% СО2 и 93% О2. Увеличение концентрации О2 приводит к угнетению дыхания. При мышечной работе в тканях и крови увеличивается количество молочной кислоты и СО2, что стимулирует дыхательный центр и усиливает дыхание. У родившегося ребенка после перевязки пуповины прекращается газообмен через пупочные сосуды, контактирующие через плаценту с кровью матери. В крови ребенка увеличивается концентрация СО2, что стимулирует дыхательный центр продолговатого мозга, вызывая первый вдох. Также вдох стимулируют поток холодного воздуха, воздействующий на рецепторы кожи ребенка, давление воздуха во внешней среде и предродовые схватки, вызывающие освобождение в организме плода специальных веществ, стимулирующих дыхание.
Рефлекторная регуляция дыхания осуществляется постоянными и непостоянными воздействиями на дыхательный центр. Постоянные рефлекторные влияния осуществляются при раздражении рецепторов:
1. механорецепторов альвеол легких – рефлекс Геринга – Брейера
2. механорецепторов корня легкого и плевры – плевропульмональный рефлекс
3. механорецепторов сонных синусов – рефлекс Гейманса
4. проприорецепторов дыхательных мышц
Рефлекс Геринга – Брейера – рефлекс торможения вдоха при растяжении легких: при вдохе в легких возникают импульсы, рефлекторно тормозящие вдох и стимулирующие выдох и наоборот. Это пример регуляции по принципу обратной связи. Перерезка вагуса прекращает этот рефлекс, и дыхание становится редким и глубоким. Плевропульмональный рефлекс возникает при возбуждении механорецепторов легких и плевры при растяжении плевры. Он изменяет тонус дыхательных мышц, увеличивая или уменьшая дыхательную поверхность легких. Рефлекс Гейманса – рефлекс усиления дыхательных движений при увеличении давления СО2 в крови, омывающей сонные синусы. К дыхательному центру поступают нервные импульсы от проприорецепторов дыхательных мышц, которые при вдохе тормозят активность нейронов вдоха и способствуют наступлению выдоха.
Непостоянные рефлекторные влияния на деятельность дыхательного центра связаны с возбуждением экстеро и интерорецепторов слизистой оболочки дыхательных путей, температурных и болевых рецепторов кожи, проприорецепторов скелетных мышц. Например, при вдыхании аммиака, хлора и дыма наблюдается рефлекторный спазм голосовой щели и задержка дыхания. При раздражении слизистой оболочки носа пылью – чихание, при раздражении слизистой трахеи и гортани – кашель.
Благодаря коре происходит приспособление дыхания при разговоре и пении (при гипнозе испытуемому внушали, что он занимается физической работой, дыхание испытуемого при этом усиливалось, что говорит о том, что кора контролирует этот процесс).
Первый уровень регуляции активности дыхательного центра включает в себя спинной мозг. В нем расположены центры диафрагмальных и межреберных нервов. Второй уровень включает в себя продолговатый мозг (дыхательный центр, воспринимающий и перерабатывающий импульсы от дыхательного аппарата). Этот уровень обеспечивает ритмичную смену фаз дыхания. Третий уровень включает в себя кору, при помощи которой обеспечивается приспособление дыхания к изменяющимся условиям.