Легочное дыхание его этапы и механизм.

Легочное дыхание включает в себя первые два этапа дыхания: а) обмен воздуха между внешней средой и легкими; б) обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью.

Легочное дыхание, называемое еще и «внешним», осуществляется за счет аппарата внешнего дыхания – воздухоносных путей, легких, скелета, мышц грудной клетки, диафрагмы. Вдох – атмосферный воздух поступает в легкие – инспирация, выдох – из легких воздуха с повышенным содержанием СО₂ – экспирация.

Механизм легочного дыхания. Движение воздуха в легкие и из легких в окружающую среду обусловлено давлением внутри легких. Когда легкие расширяются давление в них ниже атмосферного на 5-8 мм рт.ст., и воздух всасывается в легкие, когда воздух выдыхается давление в легких на 3-4 мм рт.ст. выше атмосферного.

Легкие не имеют своих мышц. Их движение пассивно следует за движением грудной клетки. Во время вдоха размер грудной клетки увеличивается, выдоха – уменьшается. Акт вдоха обеспечивается за счет сокращения межреберных мышц и диафрагмы.

При выдохе дыхательные мышцы и грудная клетка расслабляется и возвращается в исходное положение, т.е. процесс пассивный. При форсированном дыхании, например во время работы, вдох становится активным, он усиливается за счет сокращения экспираторных мышц выдоха.

Вентиляция легких. Вентиляцией называют процесс обновления газового состава альвеолярного воздуха при вдохе и выдохе. Интенсивность вентиляции определяется глубиной вдоха и частотой дыхательных движений.

Глубину определяют по амплитуде движения грудной клетки, а так же с помощью специальных методов – измерения объема легких, частоту – по числу экскурсий грудной клетки за определенный промежуток времени.

Частота дыхания в среднем за 1

В любом возрасте частота дыхательных движений в 4-5 раз меньше сердечных сокращений (кроме рыб). Количество воздуха, поступающего в легкие за один вдох, называют дыхательным объемом.

Для оценки вентиляции легких используют показатель - минутный объем дыхания. У лошади в спокойном состоянии дыхательный объем составляет 5-6 л, минутный 60-70 л, при легкой работе 150-200 л, при напряженной 400-500 л.

Помимо дыхательного объема животное при глубоком вдохе может вдохнуть еще какое-то количество воздуха. Этот объем называют дополнительным или резервным объемом вдоха. У лошади он составляет 12-15 л, укоров 5-7 л. Примерно половину этого количества животное может выдохнуть после обычного спокойного выдоха путем еще усиленного выдоха – это резервный объем выдоха. В сумме все три фракции (дыхательный, дополнительный и резервный объем) составляют жизненную емкость легких.

Особенностью дыхания является то, что легкие ни когда полностью не освобождаются от воздуха и не спадают. Даже при максимальном выдохе в легких остается значительное количество воздуха, называемого остаточным объемом. Этот воздух остается и после смерти. В состав жизненной емкости легких остаточный воздух не входит.

За счет легочной вентиляции частично обновляется альвеолярный воздух в нем поддерживается давление О₂ и СО₂ на уровне обеспечивающем газообмен. В процессе дыхания животное не может наполнить легкие только свежим воздухом, т.к. вдыхаемый воздух смешивается с воздухом, оставшимся в альвеолах и в мертвом пространстве.

В результате состав газов в альвеолах остается почти постоянными и не меняется даже при физических нагрузках.

Обмен газов в легких и тканях. В альвеолах СО₂ и О₂ обмениваются между воздухом и венозной кровью, находящейся в капиллярах малого круга.

Газовый став воздуха, %

Выдыхаемый воздух содержит больше О₂ и меньше СО₂ в сравнении с альвеолярным. Это понятно, так как выдыхаемый воздух равен сумме альвеолярного и воздуха вредного (мертвого) пространства в соотношении, примерно, 7׃3.

Основным фактором, определяющим интенсивность диффузии газов, в системе газ-жидкость, разделенной полупроницаемой мембраной, является разность парциального давления, напряжение или градиент парциального давления газов в альвеолярном воздухе и в крови. Диффузия происходит из области с более высоким парциальным давлением в область с более низким. Градиент парциального давления О₂ и СО₂ существует постоянно. Равенства Р_СО2 и Р_О2 во взаимодействующих средах никогда не наступает.

Общее парциальное давление (напряжение) газов в воздухе и крови.

Разность между парциальным давлением кислорода в альвеолярном воздухе и напряжением его в венозной крови легких составляет 100-40=60 мм рт.ст., что вызывает диффузию кислорода в кровь. Разность между напряжением СО₂ в венозной крови и альвеолярном воздухе менее значительна (46-40= 6 мм рт.ст.). Поэтому углекислый газ из крови выводится без затруднений.

Транспорт кислорода. О₂ , диффундирующий из легочных альвеол в кровь, растворяется в ее плазме, затем он переходит в эритроциты, где вступает в химическую связь с гемоглобином. В 100 мл артериальной крови животных при 37ºС содержится в среднем 20 мл О₂ (20 об%). Гемоглобин образует с О₂ очень непрочное соединение – оксигемоглобин. Эта реакция носит обратимый характер Нb + О₂ ↔ Нb О₂ каждый атом железа гемма связывает одну молекулу кислорода четыре молекулы гемма - 4О₂: О₂ ННb +4О₂=ННb(О₂)₄ 1г гемоглобина теоретически может присоединить 1,36 мл О₂ (фактически 1,34 мл О₂).

Символы ННb и ННbО₂ указывают, что гемоглобин действует как слабая кислота.

Транспорт СО_2. По мере движения крови по организму она отдает кислород и попутно поглощает СО₂ общее количество СО₂, содержащейся в крови<3об%.

Основными химическими соединениями крови, содержащими СО₂ являются два иона: ионы бикарбоната Н₂СО₃ и соединение СО₂ с гемоглобином. Соотношение между разными фракциями содержащих СО₂: 5% физически в растворенном виде, 10 % карбаминогемоглобина, 85% - бикарбонатов калия в эритроцитах и бикарбоната натрия в плазме.

Основная масса СО₂ , поступающего из ткани в плазму крови сразу же диффундирует в эритроциты где проходят реакции, приводящие к образованию ионов водорода и бикарбоната:

Н₂О+СО₂→Н₂СО₃ → карбоангидраза в эритроцитах → Н₂СО₃→Н⁺+НСО₃

Другие функции легких. Наряду с газообменом легкие участвуют в очищении крови от механических примесей. Они как бы профильтровывают венозную кровь, задерживая деформированные и разрушенные клетки, микрокапли жира.

В легких синтезируется значительное количество тромбопластина и гепарина – веществ, способствующих и препятствующих свертыванию крови. Противосвертывающая система легких обеспечивает свободное кровообращение в малом круге и сдерживает фибринолитическую активность всей циркулирующей крови.

За сутки через легкие лактирующей коровы выделяется до 10 л воды, поступающей из капилляров малого круга кровообращения. Легкие могут и поглощать воду. Это используют в ветеринарии для профилактики и лечения с помощью аэрозолей.