ВНУТРЕННЕЕ ДЫХАНИЕ. ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ

БИОФИЗИКА ДЫХАНИЯ

Дыхание - совокупность процессов, которые обеспечивают поступление в организм кислорода и выделение из него углекислого газа (внешнее дыхание) использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением содержащейся в них энергии, необходимой для жизнедеятельности. Тканевое дыхание, клеточное дыхание, совокупность ферментативных процессов, протекающих при участии кислорода воздуха в клетках органов и тканей, в результате чего продукты расщепления углеводов, жиров, белков окисляются до углекислого газа и воды, а значит, часть освобождающейся энергии запасается в форме богатых энергией, или макроэргических соединений. Тканевое дыхание отличают от внешнего дыхания совокупности физиологических процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и выведение из него углекислого газа. Многие ферменты, катализирующие эти реакции, находятся в особых клеточных органоидах — митохондриях. Безкислородный путь освобождения энергии свойствен только небольшой группе организмов — так называемым анаэробам (см. Брожение); в ходе эволюции освобождение энергии в результате дыхание стало у подавляющего большинства организмов главным процессом, а анаэробные реакции сохранились в основном как промежуточные этапы обмена веществ.

ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ.

Внешнее дыхание осуществляется через следующие самостоятельные

органы: нос, носоглотку, трахею, бронхи, легкие и легочные альвеолы, а также 1­–2 процента газообмена осуществляются через кожу и пищеварительный тракт.

Первым поток входящего внутрь организма воздуха встречает носовая полость. Анатомически нос рассматривают как наружный нос и внутренний но

Наружный нос — это то, что мы видим на лице. Он состоит из хрящей, покрытых кожей. В области ноздрей кожа заворачивается внутрь носа и постепенно переходит в слизистую оболочку.

Внутренний нос (носовая полость) разделен примерно на две равные половины. В каждой носовой полости расположены три носовые раковины:

нижняя, средняя и верхняя. Эти раковины дополнительно в каждой носовой полости образуют отдельные носовые ходы: нижний, средний и верхний. Прич каждый носовой ход, помимо пропускания воздуха, несет еще дополнительные функции.

Так, в высшей точке нижнего носового хода находится отверстие слезноносового канала; в средний носовой ход открываются почти все придаточные пазухи носа; в верхний носовой ход открываются задние ячейки решетчатого лабиринта и через отверстия в решетчатой кости в эту область спускаются обонятельные нервы из полости черепа. Таким образом, обонятельная часть ограничена поверхностью верхней раковины и частью средней. Вся остальная часть полости носа относится к дыхательной области.

Воздушная струя, поднимаясь кверху через носовые отверстия, проходит главной своей массой по среднему носовому ходу, после чего, дугообразно опускаясь вниз сзади и снизу, направляется в носоглоточную полость. Этим достигается более продолжительное соприкосновение воздуха со слизистой оболочкой. Проходя через носовую полость, воздух согревается, увлажняется и очищается. Увлажняется воздух почти до полного насыщения за счет носовой слизи, которую выделяет слизистая оболочка носа (около 500 граммов влаги за сутки).

Далее воздух идет через носоглотку, гортань и попадает в трахею, которая имеет вид цилиндрической трубки длиной 11—13 сантиметров и диаметром от 1,5 до 2,5 сантиметра. Она состоит из хрящевых полуколец, соединенных межд собой волокнистой соединительной тканью. Трахея выстлана изнутри слизистой оболочкой, покрытой мерцательным эпителием. движения ворсинок мерцательного эпителия позволяют либо выводить наружу попавшую в нее пьил и другие чужеродные вещества, либо благодаря высокой всасывающей способности эпителия всосать их внутрь и далее вывести их вон внутренними путями.

Далее трахея разветвляется на бронхи, а те в свою очередь на бронхиолы — более мелкие воздухоносные пути. В отличие от трахеи, бронхи уже имеют в составе стенки мышечные волокна. Причем с уменьшением калибра (просвета) мышечный слой становится сильнее развитым, а волокна идут в несколько косо направлении; сокращение этих мышц вызывает не только сужение просвета бронхов, но и некоторое укорочение их, благодаря чему они участвуют в вьидохе В стенках бронхов располагаются слизистые железы, которые покрытьи мерцательньим эпителием. Совместная деятельность слизистых желез, бронхов, мерцательного эпителия и мускулатуры способствует увлажнению поверхности слизистой оболочки, разжижению и выведению наружу вязкой мокроты при патологических процессах, а также вьиведению частиц пыли и микробов, построение альвеол и газообмен павших в бронхи с потоком в них воздуха.

Воздух, пройдя путь по вышеописанным воздухоносным путям, очищенный и нагретый до температуры тела, попадает в альвеолы, смешивается с имеющимся там воздухом и приобретает 100-процентную относительную влажность. Газообмен между внешним воздухом и кровью в диафрагма при вьидохе и вдохе легких происходит в основном в альвеолах, которых насчитывается свыше 700 миллионов; они покрыты густой сетью кровеносных капилляров. Каждая альвеола имеет диаметр 0,2 и толщину стенки 0,04 миллиметра. Общая поверхность, через которую происходит газообмен, в среднем равна 90 квадратным метрам.

Воздух попадает в альвеолы благодаря изменению объема легких из-за дыхательных движений грудной клетки. Так, при вдохе объем легких увеличивается, давление воздуха в них становится ниже атмосферного воздуха и последний засасывается в легкие. При выдохе объем легких уменьшается, давление в них воздуха становится выше атмосферного и воздух из легких устремляется наружу. Во время вдоха давление в воздухоносных путях становится на 10—25 мм водного столба ниже атмосферного; во время выдоха оно на 20—40 мм водного столба выше атмосферного. Чем интенсивнее осуществляются вдох и выдох, тем интенсивнее падение давления воздуха в легких при вдохе и повышение его при выдохе.

Сам механизм дыхательных движений осуществляется диафрагмой и межреберными мышцами. Диафрагма — мышечно-сухожильная перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной. Главная ее функция заключается в создании отрицательного давления в грудной полости и положительного в брюшной. Края ее соединены с краями ребер, а сухожильный центр диафрагмы сращен с основанием сумки перикарда. Ее можно сравнить с двумя куполами, правый расположен над печенью, левый над селезенкой. Вершины этих куполов обращены к легким.

Когда мышечные волокна диафрагмы сокращаются, оба ее купола опускаются, а боковая поверхность диафрагмы отходит от стенок грудной клетки Центральная сухожильная часть диафрагмы опускается незначительно. Вследствие объем грудной полости увеличивается в направлении сверху вниз, создается разряжение и воздух входит в легкие. Сокращаясь, она давит на органы брюшной полости, которые выжимаются вниз и вперед — живот выпячивается.

Когда же мышечные волокна диафрагмы расслабляются, оба купола поднимаются вверх, вытесняемые органами брюшной полости, в которой давление всегда выше, чем в грудной. Сокращение мышц брюшного пресса еще больше усиливает это давление. Вследствие этого объем грудной полости уменьшается, создается давление и воздух выходит из легких.

Межреберные мышцы за счет разворачивания ребер в стороны и некоторого поднятия их вверх увеличивают объем грудной полости, что и приводит к засасьиванию в нее воздуха.

При выдохе они расслабляются, и в силу анатомических особенностей устройства ребер и грудной клетки и их тяжести грудная клетка принимает свое исходное положение. В результате этого в легких создается повышенное давление, и воздух устремляется наружу.

Внутренние межреберные мышцы и мышцы живота помогают сделать форсированный выдох.

В зависимости от того, какие мышцы задействованы во время дыхания, различают четыре типа дыхания: нижнее, среднее, верхнее и смешанное.

Основными параметрами внешнего дыхания являются:

• Легочные объемы: 1) дыхательный объем — ДО; 2) резервный объем вдоха — РО вдоха; 3) резервный объем выдоха — РО выдоха; 4) остаточный объем

-00.

• Легочные емкости: 1) жизненная емкость легких — ЖЕЛ (ДО + РО вд. + РО выд.),. ЖЕЛ - это объем воздуха, выдохнутого из легких после максимального вдоха при максимальном выдохе. ЖЕЛ = ОЕЛ - остаточный объем легких. ЖЕЛ составляет у мужчин 3,5 - 5,0 л, у женщин - З,0-4,Ол; 2) общая емкость легких — ОЕЛ (сумма всех легочных объемов — ДО + РО вд. + РО выд. + ОО), объем воздуха, находящегося в легких после максимального вдоха; З) дыхательная емкость легких — ДЕЛ (ДО +РО вд.); 4) функциональная остаточная емкость легких — ФОЕЛ (РО выд. + 00), объем воздуха в легких после спокойного выдоха. В легких при спокойном вдохе и выдохе постоянно содержится пример 2500 мл воздуха, заполняющего альвеолы и нижние дыхательные пути. Благодаря этому газовый состав альвеолярного воздуха сохраняется на постоянном уровне.

ВНУТРЕННЕЕ ДЫХАНИЕ. ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ

Переход О2 из альвеолярного воздуха в кровь и С02 из крови в альвеолы происходит только путем диффузии. Движущей силой диффузии являются разности (градиенты) парциальных давлений (напряжений) О2и С02 по обе стороны альвеолярно-капиллярной мембраны .Кислород и углекислый газ диффундируют только в растворенном состоянии, что обеспечивается наличием воздухоносных путях водяных паров, слизи и сурфактантов. В ходе диффузии молекулы растворенного газа преодолевают большое сопротивление, обусловленное слоем сурфактанта, альвеолярным эпителием, мембранами альвеол и капилляров, эндотелием сосудов, а также плазмой крови и мембраной эритроцитов.

Диффузионная способность легких для кислорода очень велика. Это обусловлено огромным числом альвеол и большой их газообменной поверхностью, а также малой толщиной альвеолярно-капиллярной мембраны.

Диффузия С02 из венозной крови в альвеолы даже при сравнительно небольшом градиенте рСО2 происходит достаточно легко, так как растворимосп С02 в жидких средах в 20-25 раз больше, чем у кислорода. Поэтому после прохождения крови через легочные капилляры р С02 в ней оказывается равнык альвеолярному и составляет около 40 мм рт. ст.

Дыхательная функция крови прежде всего обеспечивается доставкой к тканям необходимого им количества 02 Кислород в крови находится в двух агрегатных состояниях: растворенньий в плазе (0.3 об. %) и связанный с гемоглобином (около 20 об. %) о к с и г е м о - глобин.

Отдавший кислород гемоглобин считают восстановленным или дезоксигемоглобином. Поскольку молекула гемоглобина содержит 4 частицы гема (железосодержащего вещества), она может связать четыре молекулы 02. Количество 02, связанного гемоглобином в 100 мл крови, носит название кислородной емкости крови и составляет около 20 мл 02. Кислородная емкость всей крови человека, содержащей примерно 750 г гемоглобина, приблизительнс равна 1 л.

Каждому значению р 02 в крови соответствует определенное процентное насыщение гемоглобина кислородом.

Образующийся в тканях С02 диффундирует в тканевые капилляры, откуда переносится венозной кровью в легкие, где переходит в альвеолы и удаляется с выдыхаемым воздухом. Углекислый газ в крови (как и 02) находится в двух состояниях: растворенный в плазме (около 5% всего количества) и химически связанный с другими веществами (95%). С02 в виде химических соединений имеет три формы, угольная кислота (Н2СОЗ), соли угольной кислоты (КаНСО

в связи с гемо-глобином (НвНСОЗ). -

В крови тканевьих капилляров одновременно с поступлением С02 внутрь эритроцитов и образованием в них угольной кислоты происходит отдача 02 оксигемоглобином. Восстановленный Не венозной крови способствует связыванию С02, а оксигемоглобин, образующийся в легочных капиллярах, облегчает его отдачу.

Обмен газов между кровью и тканями осуществляется также путем диффузии. На обмен 02 и С02 в тканях влияют площадь обменной поверхнос количество эритроцитов в крови, скорость кровотока, коэффициенты диффузи:

газов в тех средах, через которые осуществляется их перенос.

В снабжении мышц 02 при тяжелой работе имеет определенное значение внутримышечный пигмент миоглобин, который связывает дополнительно 1.0- 1 .5.л 02 Связь 02 с миоглобином более прочная, чем с гемоглобином.

Приборы для контроля внешнего дыхания.

Спирограф СМП-2 1/01 -«Р-д»

Спирограф микропроцессорный предназначен для качественной и количественной оценки изменений функционального состояния легких и применяется на всех этапах лечебно-диагностического процесса (выявление нарушений, оценка их выраженности, обоснование и оценка эффективности проводимой терапии, прослеживание динамики заболевания), при экспертизе трудоспособности и пригодности к работе в определенных условиях, при массовых и эпидемиологических обследованиях групп населения.

Спирограф предназначен для применения в медицинских учреждениях различного профиля для исследования на основе спирометрии механических свойств аппарата вентиляции легких человека.

В спирографе реализована «Унифицированная методика проведения и оценки функционального исследования механических свойств аппарата вентиляции легких человека», данная методика была утверждена в 1996 году председателем секции пульмонологии Министерства Здравоохранения РФ Путовым Н.В. В 1999 году, методика была переработана и дополнена.

Спирограф это портативный настольный прибор ,выполняющий измерени вычисление 27 показателей внешнего дыхания и формирующий заключительный протокол обследования.

В протоколе обследования содержатся:

• данные о пациенте: 3Г2, возраст, вес, рост, пол;

• дата и время обследования;

• измеренные и рассчитанные значения показателей в абсолютных значениях и в процентах от нормы;

• оценка степени отклонения от нормы каждого показателя; • графики процедуры форсированного выдоха: «поток — объем»,«пото

— время» или «объем — время»;

• заключение по результатам обследования;

• измеренные и рассчитанные значения показателей и графики тестов минутного объема дыхания, максимальной вентиляции легких,

измерения жизненной емкости легких.

Спирограф обеспечивает автоматическое приведение объемных и скоростных показателей к стандартным газовым условиям (ВТР$). Спирограф состоит из основного блока спирографа, датчика спирографа и принтера. Корпу основного блока и датчика спирографа изготовлены из ударо-прочного пластию

В спирографе применен датчик воздушного потока фирмы «Vitalograph», выполненный на основе трубки Флейша. датчик обеспечивает высокую точнос измерения и имеет малое сопротивление дыханию пациента.

В спирографе предусмотрена возможность калибровки при помощи трехлитрового калибровочного шприца, входящего в комплект поставки.