Слайд 1Учреждение образования
«Гомельский государственный медицинский университет»
Кафедра нормальной физиологии
Структурно-функциональная характеристика органов дыхания.
Газообмен в легких.
Лекция для студентов 2 курса
Лектор доцент Штаненко Н.И.
ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ
Слайд 2
«После смерти человека начинается его вторая жизнь
– он живет в сердцах любивших его людей,
в делах, которые совершил при жизни. Жизнь ученого продолжается в созданных им работах,
в его учениках».
Памяти профессора, А.И. Киени посвящается
Слайд 3План лекции
1. Сущность процесса и значение дыхания для организма.
2. Функции
внешнего дыхания. Недыхательные функции легких.
3. Анатомия дыхательного аппарата.
4.
Легочное дыхание. Механизм вдоха и выдоха (дыхательные мышцы, механика дыхания, типы дыхания).
5. Значение отрицательного внутриплеврального давления для дыхания.
6. Эластическое и неэластическое сопротивление дыханию.
7. Легочные объемы и емкости .
8. Альвеолярная вентиляция.
Слайд 4Физиология дыхания
В покое человек с массой тела 70 кг
потребляет
в минуту
250 мл О2
выделяет 200 мл СО2
При ходьбе потребление О2 растет в 3-4 раза
Запасы О2 в организме –около 2,6 литра
За день легкие вентилируют до 19 тысяч литров воздуха, что за год составляет 7 млн литров.
ПОСТУПЛЕНИЕ О2 ИЗ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДОЛЖНО
БЫТЬ:
НЕПРЕРЫВНЫМ
АДЕКВАТНЫМ ПОТРЕБНОСТЯМ ОРГАНИЗМА
Слайд 5
Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих поступление во внутреннюю среду организма
кислорода, использование его для окислительных процессов, и удаление из организма
углекислого газа.
Слайд 6Биологическое значение дыхания:
1. Обеспечение организма кислородом.
2. Удаление углекислого газа.
3. Окисление
органических соединений БЖУ с выделением энергии, необходимой человеку для жизнедеятельности.
4.
Удаление конечных продуктов обмена веществ (пары воды, аммиак, сероводород и т.д.)
Слайд 7Дыхательная система представлена:
а) дыхательными путями,
б) легкими,
в) дыхательными мышцами,
г) контролирующими их функции нервными структурами,
д) кровью и сердечно-сосудистой системой.
Слайд 8ОБЩАЯ СХЕМА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Слайд 9 Внешнее звено:
Воздухоносные пути и легкие.
Грудная клетка и мышцы (костно-мышечный
каркас)
Внутреннее звено
1. Кровь
2. Сердечно-сосудистая система (малый круг кровообращения)
3. Органелы
клеток (тканевое дыхание)
Нейрогуморальный механизм регуляции
Система дыхания
Слайд 10Дыхательные пути подразделяют на верхние (полости носа, носоглотка, ротовая часть
глотки)
и нижние (гортань, трахея, вне- и внутрилегочные бронхи).
Морфологические структуры
нижних дыхательных путей и легких
Слайд 11Физиологическая роль дыхательных путей
1.Важнейшей функцией дыхательных путей является: кондиционирование
воздуха.
Кондиционирование идет по пути очищения, согревания, увлажнения.
Очищение( - в верхних дыхательных путях захватывается до 90% пылевых частиц. Бронхиолы могут достигать частицы диаметром 3-10 мкм, а альвеол – 1-3 мкм.
Слизь и мерцательный эпителий с включенными в его слой клетками: секреторными, нейроэндокринными, рецепторными, лимфоидными создают морфофункциональную основу аэрогематического барьера дыхательных путей. Этот барьер благодаря наличию в слизи лизоцима, интерферона, некоторых иммуноглобулинов и лейкоцитарных антител является частью местной иммунной системы органов дыхания
Слайд 12
10% - выделяют сурфактант
Мерцательный эпителий дыхательного пути
Слайд 13Увлажнение воздуха. В дыхательных путях и легких воздух на 100%
насыщается водяными парами. В результате давление водяного пара в альвеолярном
воздухе составляет 47 мм рт. ст.
Согревание воздуха. Альвеолярный воздух нагревается до температуры около 37°С. Удаляемый из легких воздух, отдает до 30% своего тепла слизистым оболочкам верхних отделов дыхательных путей, согревая их.
Слайд 14
2.Дыхательные пути создают
«буферное пространство» между атмосферой и альвеолами.
Его величина 140-250 мл. Оно способствует поддержанию относительного постоянства состава
альвеолярного воздуха, отличающегося от атмосферного более низким (14-15%) содержанием кислорода и более высоким (5-6%) - углекислого газа.
3.Дыхательные пути являются рефлексогенными зонами многочисленных рефлексов, играющих роль в саморегуляции дыхания: рефлексы Геринга-Брейера, защитные рефлексы чихания, кашля, рефлекс «ныряльщика», а также влияющих на работу многих внутренних органов (сердца, сосудов, кишечника).
Слайд 151. Участие в водном обмене
Через дыхательные пути и легкие за
сутки испаряется около 500 мл воды и таким образом осуществляется
их участие в регуляции водно-солевого баланса и температуры тела.
2. Участие в терморегуляции.
На испарение 1 г воды расходуется 0,58 ккал тепла и это один из путей участия дыхательной системы в механизмах теплоотдачи. В условиях покоя за счет испарения воды с дыхательных путей из организма выводится около 25% суточного расхода воды и 15% продуцируемого тепла.
3 Участие в регуляции кислотно-основного состояния крови.
НЕДЫХАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ:
Значение дыхания
Сохранение постоянства газового состава крови
Слайд 164. Экскреторная функция – через легкие удаляется более 200 летучих
веществ. Эндогенных: углекислый газ, метан, ацетон и др.; экзогенных -
этиловый спирт, фторотан, закись азота и т.д., испаряется вода
5. Депонирование крови (до 15% объема циркулирующей крови).
При этом “депонированная” кровь продолжает участвовать в газообмене с альвеолярным воздухом.
6.Фильтрационная и гемостатическая функция – в легких задерживаются и удаляются из крови мелкие тромбы и эмболы. Тромбы разрушаются фибринолитической системой легких.
7 Регуляция агрегатного состояния крови. Интерстиций легких содержит большое количество тучных клеток, содержащих гепарин благодаря чему кровь, оттекающая от легких, свертывается медленнее, чем притекающая
8. Метаболическая. Эпителиоцитами синтезируются липиды и протеины, входящие в состав сурфактанта, коллаген и эластин, придающие упругость стенкам альвеол
НЕДЫХАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ:
Слайд 17 9. Выработка биологически активных веществ:
- легкими синтезируется до 90%
гепарина;
- ангиотензинI превращается в высокоактивный сосудосуживающий фактор – ангиотензинII;
-
на 80% инактивируется брадикинин;
- захватывается и депонируется серотонин, а также 30-40% норадреналина.
В них инактивируется и накапливается гистамин,
инактивируется до 25% инсулина, 90-95% простагландинов группы E и F; образуются простагландин I 2 (сосудорасширяющий простациклин) ;
оксид азота (NO); факторы свертывания крови VII и VIII,, эритропоэтины.
10. Дыхательные пути участвуют в генерации звуков (голосообразование) и придании им определенной окраски. В механизмах формирования устной речи и пения выделяют энергетический, генераторный и резонаторный компоненты.
НЕДЫХАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ:
Слайд 18
Образование звука
Воздух
Голосовая щель
Колебания голосовых связок
Звук
Слайд 19Образование звуков
Человек молчит – голосовая щель треугольной формы и достаточно
велика.
Звук появляется при неполном смыкании голосовой щели, прохождение через нее
воздуха, который колеблет голосовые связки.
Слайд 20 Внешнее дыхание
1. Обмен газов между легочным воздухом и атмосферным
воздухом(вентиляция легких)
2. Обмен воздуха между легочным воздухом и кровью капиляров
малого круга кровообращения
Внутреннее
3. Транспорт О2 и СО2 кровью
4. Тканевое дыхание (обмен газов между кровью и клетками)
5. Клеточное дыхание- биохимические и физико-химические процессы, обеспечивающие аэробное окисление органических веществ с получением энергии, используемой для жизнедеятельности клетки. При этом образуется СО2 и вода и (при окислении белков) азотистые основания.
ЭТАПЫ ДЫХАНИЯ
Комплекс последовательных физиологических и физико-химических процессов, обеспечивающих дыхание подразделяют на 5 этапов:
Слайд 21Газообмен между внешней средой и организмом
Альвеолярный
воздух
Вдох
Выдох
Атмосферный воздух
Внешнее
дыхание
Перенос
газов
кровью
Тканевое
дыхание
Артериальная
кровь
Венозная
кровь
Слайд 221) конвекционный транспорт в альвеолы
(вентиляция легких);
2)
диффузия из альвеол в кровь легочных капилляров;
3)
конвекционный перенос газов кровью к тканям;
4) диффузия из капилляров в окружающие ткани
Этапы переноса газов
Слайд 23Зависимость VD
от паттерна дыхания:
модель Шика-Сидоренко
Слайд 24Внешнее дыхание
3 ПРОЦЕССА:
-Вентиляция(конвекция)
-Диффузия
-Перфузия
Трахея,
бронхи,
бронхиолы
Слайд 25Внешнее дыхание
Транспорт газов
кровью
Диффузия газов
в ткани
+ тканевое
дыхание
Этапы процесса дыхания
Слайд 26
Внешнее дыхание обеспечивается:
костно-мышечными структурами грудной клетки,
дыхательными путями,
легкими,
нервными центрами головного и спинного мозга
Слайд 29Внешнее дыхание
Носовая полость
Гортань
Трахея
Первичный бронх
Вторичный бронх
Легкое
Бронх
Бронхиола
Альвеола
Капилляр
Глотка
Слепок дыхательных путей человека
Структурно-фцнкциональной
еденицей легкого является ацинус
Слайд 30
Ацинус-
разветвление одной терминальной
бронхиолы, включающее
ее респираторные бронхиолы и
альвеолярные ходы
(400-600 альвеол)
Слайд 31Аэрогематический барьер
0,4-1,5 мкм
Слайд 32Альвеолярный макрофаг на поверхности альвеолы
Слайд 34Общая диффузионная поверхность легких: 50-100 (в среднем 70) м2
Ветвление
трахеобронхиального дерева
Бронхи
Бронхиолы
КОНДУКТИВНАЯ ЗОНА
транзиторная
Респираторная20-23 генерации
Слайд 35Воздухоносные пути и газообменные области легких
Слайд 36Регуляция просвета бронхов
Симпатические нервы:
расслабление гладких мышц(через β2-адренорецепторы)
Парасимпатические нервы:
сокращение
гладких мышц, увеличение секреции слизи (через М-холинорецепторы)
Секретируемые тучными клетками
гистамин, тромбоксан, простагландины, брадикинин, цитокины: сокращение гладкой мышцы, секреция слизи, отек слизистой
Строение стенки бронха
Слайд 37 Наличие 2-х русел воздушного и кровеносного разообщенных между собой
аэрогематическим барьером
Обширная дыхательная площадь легких 50-90 м2
Наличие особого -
малого круга кровообращения
Наличие в легких эластической ткани
Наличие в дыхательных путях опорной хрящевой ткани в виде хрящевых бронхов
ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
легких для дыхания
Слайд 38
300-350 млн. альвеол с общей площадью – 100 кв.м
Длина легочного
капилляра – 7-8 мкм
Через легкие за 1 мин проходит около
100 л воздуха
Через капилляры альвеол кровь проходит за 0,8 с, но гемоглобин успевает насытиться кислородом
Это интересно:
Слайд 39
Внешнее дыхание обеспечивается:
костно-мышечными структурами грудной клетки,
дыхательными путями,
легкими,
нервными центрами головного и спинного мозга
Слайд 40Механизм вдоха и выдоха.
Дыхательный цикл включает вдох, выдох и
паузу между ними. Длительность дыхательного цикла 2,5-7с.
Мышцы, обеспечивающие спокойный вдох:
наружные межреберные и диафрагмальная. Усиленный вдох – подключаются вспомогательные мышцы: большие и малые грудные, лестничные, грудино-ключично-сосцевидные, передние зубчатые и т.д..
Спокойный выдох происходит пассивно за счет сил накопленных при вдохе. Для усиленного выдоха необходимо сокращение внутренних межреберных мышц и мышц брюшного пресса. Прямые мышцы живота тянут нижние ребра вниз и вместе с другими мышцами придавливают содержимое брюшной полости вверх к диафрагме
Сила дыхательных мышц измеряется с помощью пневмотонометра. В норме сила мышц вдоха 40-80 см вод.ст., а мышц выдоха 80-150 см вод.ст..
Слайд 41Большие и малые грудные
Лестничные
Грудино-ключично-сосцевидные
Зубчатые
трапециевидные
Слайд 42Внутренние межреберные
Мышцы брюшного пресса (косые,прямая и поперечные)
Большие и малые грудные
Лестничные
Грудино-ключично-сосцевидные
Зубчатые
трапециевидные
Слайд 45Изменения формы грудной клетки при вдохе и выдохе
Слайд 48Ориентация волокон межреберных мышц
Сзади,сверху,
вперед ,и вниз
Слайд 50Форма грудной клетки при выдохе
Подвижность грудной клетки:
М –
7 - 10 см
Ж – 5 - 8
см
Слайд 51F1= F2
L1 >L2
F1L1 > F2L2
F1= F2
L1 >L2
F1L1 > F2L2
Слайд 52Силы обеспечивающие спокойный выдох
Сила тяжести грудной клетки
Эластическая тяга легких
Эластичность реберных
хрящей
Давление органов брюшной полости на диафрагму
Слайд 53ТИПЫ ДЫХАНИЯ
В зависимости от вклада вносимого каждым из механизмов в
увеличении размеров грудной клетки при вдохе разичат:
Грудной(реберный)
Брюшной
Смешанный
Слайд 54Эластическая тяга легких
Эластическая тяга легких – сила, с которой легкие
стремятся сжаться
Поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол(2/3).
Упругостью ткани стенок альвеол(содержит эластические волокна- 30%)
Тонусом бронхиальных мышц
(гладкомышечные волокона внутрилегочных бронхов 3 %).
Слайд 56СУРФАКТАНТ
Сурфактант на 90% состоит из фосфолипидов
(в первую очередь, фосфатидилхолина)
+ 10% белков
ПРОДУЦИРУЕТСЯ пневмоцитами II ТИПА
Слайд 57способствует активации фагоцитоза альвеолярными макрофагами
и их двигательной активности.
стабилизирует
альвеолы, препятствует слипанию их стенок
( ателектазу). Большинство альвеол имеет
диаметр 0,2-0,3 мм;
Слайд 58Слой сурфактанта снижает поверхностное натяжение в альвеолах в 5-7 раз
Спадению
альвеол препятствует выстилающий их слой сурфактанта
Когда радиус альвеолы уменьшается,
слой сурфактанта становится толще, поверхностное натяжение снижается и альвеола стабилизируется
Если натяжение в стенках большого и маленького пузырька одинаково, давление в маленьком пузырьке выше.
Если эти пузырьки соединены, то маленький пузырек, в котором давление выше, отдаст свое содержимое большому
Сурфактант на 90% состоит из фосфолипидов
(в первую очередь, фосфатидилхолина) + 10% белков
ПРОДУЦИРУЕТСЯ КЛЕТКАМИ II ТИПА
Слайд 59Эластическая тяга легких
Величина эластической тяги легких (Е) обратно пропорциональна величине
их растяжимости (C - от англ. compliance).
Е =
1/ C.
Растяжимость легких (С) отражает увеличение их объема (V) в ответ на возрастание транспульмонального давления (P) на 1 см вод. ст.
C = V/Р .
Растяжимость у здоровых людей составляет 200 мл/см вод. ст. При эмфиземе легких их растяжимость увеличивается, при фиброзе – уменьшается.
Слайд 60Эластическое сопротивление дыханию
Эластические элементы легких оказывают сопротивление при растяжении
легких во время вдоха. Измеряется эластическое сопротивление приростом давления, необходимого
для растяжения лёгкого.
Где : E - эластическое сопротивление,
dP- прирост давления,
dV- прирост объёма,
С - растяжимость лёгкого.
Растяжимость показывает, на сколько возрастает объём легкого при увеличении внутрилегочного давления. При увеличении транспульмонального давления на 10 мм. вод. сст. объем легких у взрослого человека возрастает на 200 мл.
Слайд 61Неэластическое сопротивление дыханию
Обусловлено силами трения внутри воздушной струи и между
потоком воздуха и стенки дыхательных путей, зависит от:
Аэродинамичесого сопротивления дыхательных
путей
Вязкого сопротивления тканей грудной и брюшной полостей их внутренним трением
Слайд 621- 5: бронхи
6-16: бронхиолы
А сопротивление потоку воздуха в дыхательном тракте
ПАДАЕТ
Около 80% сопротивления приходится на дыхательные пути с диаметром
более 2 мм
Суммарная площадь поперечного сечения при ветвлении дыхательных путей РАСТЕТ
Слайд 63Изменения внутриплеврального давления при вдохе и выдохе
Слайд 64Плевральное давление в различные фазы дыхания
3-5 см H2O
(2-3 мм Hg)
6-8
см Н2О
(4-5 мм Hg)
Слайд 66Изменения давления при пневмотораксе
Слайд 68Пневмотораксом называют поступление воздуха в плевральную щель, приводящее к спадению
легких.
Пневмоторакс может быть односторонним и двусторонним, открытым, закрытым.
При нарушении целостности
стенки грудной клетки с одной стороны спадается легкое только на стороне повреждения, так как благодаря средостению другое легкое остается в герметичном пространстве и человек может им дышать.
Слайд 69ФОЭ - стремление лёгких к коллапсу = стремлению гр. клетки
к расправлению
Слайд 72 Отрицательное давление в плевральной полости создается за
счет эластической тяги легких, которая противодействует растяжению легких.
Эластическая тяга
обеспечивается:
эластическими свойствами
легочной ткани;
поверхностным натяжением жидкости, покрывающей их изнутри.
Изменения объема легких и давлений внутри и снаружи легких
в течение дыхательного цикла
Слайд 73МЕТОДЫ исследования внешнего дыхания
Спирометрия - метод измерения объемов выдыхаемого воздуха
с помощью прибора спирометра.
Спирография - методика непрерывной регистрации объемов
вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Получаемую при этом графическую кривую называют спирограммой (см.рис). Пневмотахография - методика непрерывной регистрации объемной скорости потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
Имеется много других методов исследования респираторной системы: плетизмография грудной клетки, рентгеноскопия и рентгенография, оксиметрия, капнография, аускультация грудной клетки и другие.
Слайд 74ПОКАЗАТЕЛИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ
Статические
(характеризуют функциональные
возможности)
ОБЪЕМЫ :
ДО
РОВд
РОВыд
ОО
ЕМКОСТИ :
ЖЕЛ
ФОЕ
ОЕЛ
РЕВд
Динамические
(характеризуют реализацию функциональных возможностей)
МОД=ДОхЧД
АВ= ЛВ-ВМП
МВЛ (за 10сек)
ЭВД= АВ/МОДх100
ОФВыд (тест Тифно)
рО2; рСО2
Слайд 75
лёгочные
объёмы
(в литрах - BTPS)
5
6
4
3
2
1
Время (s)
5
10
15
IRV
TV
ERV
RV
IC
FRC
TLC
Спирометрия
CV
CC
Слайд 79ДО - дыхательный объем = глубина дыхания - это объем
воздуха, поступающий в легкие и удаляемый из них за один
дыхательный цикл.
В покое ДО составляет 300 - 800 мл (15-20% от величины ЖЕЛ).
У месячного ребенка ДО - 30 мл, у годовалого - 70 мл, в 10 лет - 230 мл.
Если показатель больше нормы, то это гиперпноэ - избыточное, глубокое дыхание; олигопноэ - недостаточное, поверхностное дыхание. Нормальное по глубине и частоте дыхание называют – эупноэ.
Нормальная частота дыхания в покое у взрослых составляет
8 - 20 дыхательных циклов в минуту, у месячного ребенка около 50, у годовалого - 35, в 10 лет - 20 циклов в минуту.
Слайд 80РОВд - резервный объем вдоха - объем воздуха, поступающий в
легкие при максимально глубоком вдохе, сделанном после спокойного вдоха. Величина
РОВд в норме составляет 50-60% от величины ЖЕЛ (2-3л).
РОВыд - резервный объем выдоха - объем воздуха, удаляемый из легких при максимально глубоком выдохе, сделанном после спокойного выдоха. В норме РОВыд составляет 20-35% от ЖЕЛ (1-1,5 л).
ООЛ - остаточный объем легких - воздух остающийся в дыхательных путях и легких после максимального глубокого выдоха. Он составляет 1-1,5 л (20-30% от ОЕЛ). В пожилом возрасте ООЛ нарастает и в 60 лет составляет около 45% от ОЕЛ.
ФОЕ - функциональноя остаточная емкость - воздух остающийся в легких после спокойного выдоха.
Слайд 81Легочные объемы и емкости
ОЕЛ - общая емкость легких - объем
воздуха находящийся в легких после максимально глубокого вдоха (4 –
9 л).
ЖЕЛ - жизненная емкость легких - объем воздуха, который человек выдохнет при максимально глубоком медленном выдохе, сделанном после максимального вдоха.
Определяют также форсированную жизненную емкость легких – ФЖЕЛ - испытуемый должен после максимально глубокого вдоха сделать максимально глубокий форсированный выдох. При этом должно быть усилие, направленное на достижение максимальной объемной скорости выдыхаемого воздушного потока на протяжении всего выдоха
Индивидуальную нормальную величину ЖЕЛ называют должной жизненной емкостью легких - ДЖЕЛ. Ее рассчитывают на основе учета роста, массы тела, возраста, пола по формулам и таблицам (величина в пределах 3-6 л).
Слайд 82Спирограмма
ДО= 0,3-09л
ЖЕЛ= ДО + Ровд + РОвыд
Слайд 84для женщин
для мужчин
ДЖЕЛ= 40 × рост (см)
+ 30 × масса (кг) – 4400
ДЖЕЛ = 40 ×
рост (см) + 10 × масса (кг) - 3800
для женщин
Слайд 85ПОКАЗАТЕЛИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ
Статические
ОБЪЕМЫ :
ДО
РОВд
РОВыд
ОО
ЕМКОСТИ :
ЖЕЛ
ФОЕ
ОЕЛ
РЕВд
Динамические
МОД=ДОхЧД
АВ= ЛВ-АМП
МВЛ (за 10сек)
ЭВД= АВ/МОДх100
ОФВыд (тест Тифно)
рО2; рСО2
12-18 в мин
ср 7 литров
МОД при физической нагрузке до 120 л
МВЛ = 120-170 л
5. Коэффициент легочной вентиляции =1/7 = ДАО/ ФОЭ (350мл:2500мл)
500-150 =350 мл
Слайд 86ДО-АМП=500-150=350
Коэффициент легочной вентиляции -1/7
(350 мл/2500 мл)
МОД = ЧД
х ДО
МОД
в покое - 7 литров
При физической нагрузке до 120 литров
МВЛ= 120 -170 литров
ДО-АМП=500-150=350
Слайд 87Альвеолярная вентиляция
МОД(одинаков)= 6 000мл
1-й испытуемый
2-й испытуемый
Частота дыхания в 1мин
15
20
Дыхательный объем
400 мл 300мл
Мертвое пространство у обоих 150 мл
В альвеолы поступит воздуха
250 мл 150 мл
Минутная вентиляция альвеол
3750 мл 3000мл
15
20