78298

Бронхо-легенева система в умовах спокою, тренувальних впливів, екстремальних, граничних та патологічних станів: бронхо-легенева система в умовах спокою

Лекция

Медицина и ветеринария

Кількісні показники зовнішнього дихання. Для цього треба застосовувати комплекси фізичних вправ які розвивають дихання. Дихання людини Дихання людини складається з таких процесів: Зовнішнє дихання вентиляція легень надходження повітря в повітроносні шляхи і газообмінміж альвеолами та зовнішнім середовищем. Значення дихання для людини Газообмін між організмом і зовнішнім середовищем надходження О2 до клітин організму а також виведення СО2 з організму.

Украинкский

2015-02-07

157.42 KB

3 чел.

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФІЗИЧНОГО ВИХОВАННЯ

І СПОРТУ УКРАЇНИ

КАФЕДРА анатомії та фізіології

ЛЕКЦІЯ № 5

тема:Бронхо-легенева система в умовах спокою, тренувальних впливів, екстремальних, граничних та патологічних станів: бронхо-легенева система в умовах спокою.

для студентів ІІ курсу ІІІ та ІV семестрів

напрям підготовки: 6.010203  «Здоров’я людини»

Затверджено на засіданні кафедри

пр.№______ від “___”__________200__р.

завідувач кафедри______________О.О.Шевченко

(підпис, І.П.Б.)

План лекції:

1. гомеостаз та бронхо-легенева система.

2.Кількісні показники зовнішнього дихання. Легеневі об‘єми і ємність.

3. Дифузна здатність легень.

4. Легенева вентиляція під час фізичного навантаження.

5. Вклад дихальної системи в регуляцію кислотно-основного стану.

Рекомендована література:

1. Назар П.С. Медико-біологічні основи фізичної активності і спорту. – Київ. – 2012. – 462 с.

2.Анатомия и физиология. В 2-х томах./ Под.ред. Род.Р.Стили, Тренд Д. Стивенс, Филип Тейт. Киев:«Олимпийская литература», 2007.

3. Внутренние болезни, Учебник в 2-х томах./ Под ред. Н.А.Мухина, В.С.Моисеева, А.И.Мартынова. - 2-е. изд.исп.и.доп. –М.:ГЕОТАР. Медицина, 2006.

4. Спортивная медицина (практические рекомендации)/Под.ред. Р.Джексона. Пер.с англ. Г.Гончаренко. Киев. «Олимпийская литература»,2003.

5. Уилмор Дж.Х., Физиология спорта и двигательной активности. /Пер.с англ. Киев. «Олимпийская литература», 1997.

Короткий зміст лекції:

Ди́хальна систе́ма відкрита система організму, яка забезпечує газообмін, формування гомеостазу в трахеобронхіальних шляхах, очищення повітря, яке вдихається, від чужорідних часток і мікроорганізмів, а також аналіз пахучих речовин в атмосферному середовищі.

Для підтримання дихальної системи в нормальному стані має значення правильна організація побуту, загартовування, дотримання режиму праці і відпочинку, харчування. Сприятливо впливають на роботу дихальної системи фізична праця, заняття фізкультурою і спортом. Потрібно вчитися правильно дихати. Для цього треба застосовувати комплекси фізичних вправ, які розвивають дихання.

Будова дихальної системи

Поділяється на повітроносні шляхи і респіраторний відділ. Респіраторний відділ складається із альвеолярних ходів і альвеол, які утворюють ацинуси. У них відбувається газообмін. Повітроносні шляхи включають порожнину носа, глотку, гортань, трахею, бронхи різних калібрів, включаючи бронхіоли. Тут повітря зігрівається (охолоджується), очищається від різноманітних частинок і зволожується. Також цей відділ забезпечує голосоутворення, нюх, імунний захист, депонуваннякрові, регулює згортання крові, водно-сольовий баланс і виконує ендокринну функцію.

Стінка повітряносних шляхів складається з чотирьох оболонок:

  1.  слизова — вкриває внутрішню поверхню повітряносних шляхів, вкрита епітелієм, під яким лежить власна пластинка слизової оболонки. Клітинний склад епітеліальної пластинки та кількість гладеньких міоцитів залежить від відділу повітроносних шляхів.
  2.  підслизова — представлена пухкою волокнистою сполучною тканиною з великою кількістю кровоносних судин
  3.  фіброзно-хрящова — утворена хрящовою тканиною та може бути представлена гіаліновим чи еластичним хрящем, що утворює жорсткий і міцний каркас, який дає змогу підтримувати відкритим просвіт повітряносних шляхів для виконання їх основної функції — просування повітря
  4.  адвентиційна оболонка — побудована із пухкої волокнистої сполучної тканини

Легенірозміщені в грудній порожнині, в них відбувається процес обміну кисню і вуглекислого газуміж кров'ю і атмосферним повітрям.

Повітроносні шляхи починаються носовою порожниною, розділеною кістково-хрящовою перегородкою на ліву і праву частини. Стінки носової порожнини вистелені слизовою оболонкою, яка вкрита війками, пронизана кровоносними судинами, сальними і потовими залозами. З носової порожнини повітря послідовно потрапляє в носоглотку і гортань. Вхід до гортані при ковтанні їжі закривається хрящовимнадгортанником. У гортані розміщені складки — голосові зв'язки, щілина між якими називається голосовою. Нижній відділ гортані переходить у трахею, передня стінка якої утворена хрящовими півкільцями, а задня складається з гладеньких м'язів і прилягає до стравоходу. Трахея розгалужується на два бронхи, що входять у ліву і праву легені. Бронхи розгалужуються на дві повітроносні трубочки, діаметр яких поступово зменшується, і закінчується гронами легеневих пухирців.

Дихання людини

Дихання людини складається з таких процесів:

  1.  Зовнішнє дихання (вентиляція легень) — надходження повітря в повітроносні шляхи і газообмінміж альвеолами та зовнішнім середовищем.
  2.  Дифузія газів між альвеолами і кров'ю.
  3.  Перенос газів кров'ю.
  4.  Дифузія газів між кров'ю і тканинами в тканинних капілярах.
  5.  Внутрішнє (тканинне) — споживання кисню клітинами і виділення вуглекислого газу.

Значення дихання для людини

  1.  Газообмін між організмом і зовнішнім середовищем (надходження О2 до клітин організму, а також виведення СО2 з організму).
  2.  Терморегуляція — легені витрачають теплову енергію:
  3.  зігріваючи вдихуванне повітря,
  4.  під час випаровування води з легень.
  5.  Функції виділення — через органи дихання з організму виводяться: вуглекислий газ, вода, аміак, пил, мікроорганізми, сечовина, сечова кислота, іони мінеральних солей.
  6.  У носовій порожнині знаходиться орган нюху людини.
  7.  Участь у створенні звуків, спілкуванні людей (голосовий апарат — гортань).

Верхні дихальні шляхи

Носова порожнина ділиться хрящовою перегородкою на дві половини — праву і ліву. На перегородці розташовуються три носові раковини, які утворюють носові ходи: верхній, середній і нижній. Стінки порожнини носа вкриті слизовою оболонкою з війчастим епітелієм. Війки епітелію, рухаючись різко і швидко в напрямку до ніздрів і повільно й плавно в напрямку легень, затримують і виводять назовні пил та мікроорганізми, які осідають на слизовій оболонці. Залози слизової оболонки виділяють слиз, який зволожує стінки порожнини і знижує життєздатність бактерій, які потрапляють з повітря.

Слизова оболонка має густу сітку кровоносних судин і капілярів. Кров, що тече по цих судинах бере участь у терморегуляції тіла людини, зігріває або охолоджує повітря, яке вона вдихає. Таким чином, повітря, що надходить в легені через носову порожнину, очищується, зігрівається і знезаражується, чого не відбувається при диханні через ротову порожнину. У слизовій оболонці верхньої носової раковини і верхнього відділу перегородки носа знаходяться спеціальні нюхові клітини (рецептори), які утворюють периферичну частину нюхового аналізатора (органа нюху). Поруч з нюховою порожниною розташовані чотири повітроносні придаткові пазухи носа. Найбільші з них є гайморові (містяться у верхніх щелепах) та лобна (в центрі лоба). Пазухи з'єднуються каналами з порожниною носа.

З порожнини носа повітря надходить у носоглотку. У ній містяться скупчення лімфатичних мигдаликів, які у разі запалення можуть збільшуватись і перетворюватися на аденоїди, що утруднюють носове дихання. З носоглотки повітря потрапляє в глотку, в якій перехрещуються дихальні й травні шляхи. Від глотки починаються дві трубки: дихальна — гортань, та травна — стравохід, розміщений позаду гортані. Вхід до гортані при ковтанні їжі закривається надгортанним хрящем. Завдяки цьому повітря потрапляє лише в гортань, а їжа в стравохід.

Нижні дихальні шляхи

Легені не мають власних м'язів і тому не можуть активно скорочуватися чи розтягуватися. Свій об'єм вони змінюють пасивно, слідом за змінами об'єму грудної порожнини. Дихальні рухи — вдих і видих відбуваються внаслідок ритмічного скорочення та розслаблення дихальних м'язів — міжреберних, діафрагми і м'язів передньої черевної стінки. Дихальні рухи регулюються дихальним центром, що розміщений в довгастому мозку, з двома вузлами — центром вдиху та центром видиху.

Приблизно кожні 4 секунди в дихальному центрі виникають збудження, які у спинному мозку проводяться до міжреберних дихальних м'язів і діафрагми. Зовнішні міжреберні м'язи скорочуються і піднімають ребра. При скороченні діафрагми, її купол, випнутий у бік грудної порожнини, стає плоскішим і опускається донизу. Завдяки цьому об'єм грудної порожнини збільшується. В плевральній щілині тиск завжди трохи нижчий від атмосферного, тому при збільшенні об'єму грудної порожнини легені немов присмоктуються до стінок грудної клітки і розтягуються. Легені заповнюються повітрям — відбувається вдих. При цьому нервові імпульси від м'язів та легень ідуть до дихального центру і включають його видихову частину.

При збудженні центру видиху одночасно гальмується центр вдиху і дихальні м'язи (міжреберні і діафрагма) розслаблюються, ребра опускаються донизу, а органи черевної порожнини випинають діафрагму куполом догори. Внаслідок цього об'єм грудної порожнини зменшується і відбувається спокійний пасивний видих без участі м'язів.

При глибокому вдиху відбувається одночасне скорочення міжреберних м'язів, діафрагми, а також деяких м'язів грудної клітини і плечового поясу, що піднімають ребра вище, ніж при спокійному вдихові. Глибокий видих зумовлюється, крім розслаблення зовнішніх міжреберних м'язів і діафрагми, скороченням внутрішніх міжреберних м'язів, а також м'язів черевної стінки, що призводить до сильнішого випинання діафрагми вбік грудної порожнини. Об'єм зменшується у вертикальному напрямі.

Розрізняють черевний і грудний типи дихання, залежно від того які м'язи переважають в акті видиху (діафрагма чи міжреберні). Ефективнішим вважають черевний тип, бо він забезпечує глибшу вентиляцію легень. Тип дихання залежить від статі (у чоловіків переважає черевний), професії, віку.

Звичайно ритм дихальних рухів підтримується імпульсами, які надходять в нервову систему (довгастий мозок) із рецепторів легень і дихальних м'язів. Під час вдиху збуджуються нервові імпульси, які гальмують видих. При активному видиху виникають імпульси, які гальмують вдих. Видих є рефлексом на подразнення викликане вдихом і навпаки.

На частоту і глибину дихальних рухів впливають різні подразники зовнішнього середовища, що діють на рецептори шкіри, слуху, зору, нюху, смаку. Процес збудження потрапляє в різні ділянки головного мозку, а звідти збудження досягає дихального центру. Звідти через відцентрові нерви збудження йде до дихальних м'язів. Внаслідок цього відбуваються прискорення і посилення, або сповільнення й послаблення дихальних рухів. Психічні подразники (страх, радість) також впливають на дихальний центр.

Існують і захисні рефлекси (кашель, чхання). Це своєрідно змінені різкі видихи, за допомогою яких видаляються сторонні частинки, що потрапили в дихальні шляхи.

Газообмін в легенях та тканинах

При чергуванні вдиху і видиху, вентилюються легені, підтримуюеться в альвеолах відносно постійний газовий склад. Склад атмосферного повітря: 21% О2, 79% N2, 0,03% СО2, невелика кількість водяної пари та інертних газів. Склад повітря, що видихається відрізняється збільшеним вмістом вуглекислого газу, збільшується вміст водяної пари. Альвеолярне повітря, що знаходиться в альвеолах відрізняється від вдихуваного і видихуваного. Це пояснюється тим, що під час вдиху в альвеоли надходить повітря повітроносних шляхів (видихуване), а при видиху, навпаки, до видихуваного (альвеолярного) домішується атмосферне з повітроносних шляхів (мертвий простір).

У легенях кисень з альвеолярного повітря переходить в кров, а вуглекислий газ з крові поступає в легені шляхом дифузії через стінки альвеол і кровоносних капілярів. Напрям і швидкість дифузії визначається парціальним тиском. Кров з венозної перетворюється на артеріальну, яка по легеневих венах надходить до лівого передсердя, потім до лівого шлуночка, а звідти — до великого кола кровообігу, яким переноситься до тканин. З капілярів кисень вже потрапляє до тканин. В артеріальній крові кисню більше, ніж у клітинах, він дифундує в тканинну рідину, яка омиває клітини в тканинах, це проміжне середовище між кров'ю і клітинами. З тканинної рідини кисень проникає в клітини і відразу вступає до реакції окислення, тому в клітинах вільного кисню практично немає. В результаті окислення в клітинах збільшується вміст вуглекислого газу, який через тканинну рідину надходить у венозний кінець капіляра. Артеріальна кров перетворюється на венозну, яка повенах великого кола кровообігу надходить до правого передсердя, потім до правого шлуночка серця, а звідти — до легень.

Основні показники дихання

Частота дихання — кількість дихальних циклів (вдих — видих) за хвилину. У стані спокою людина здійснює за хвилину 12-16 дихальних циклів, під час сну 10-12, а при фізичному навантаженні, тяжкій хворобі — 30-35. У немовлят та осіб похилого віку частота дихання у спокої 20-25.

Глибина дихання визначається об'ємом повітря, яке вдихається і видихається. У спокійному стані до легень надходить 500 мл повітря (дихальний об'єм ДО) і стільки ж виходить під час видиху. З 500 мл, що вдихає людина, тільки 350 мл потрапляє до альвеол. Близько 150 мл затримується у мертвому просторі: в порожнинах носа, носової і ротової частини глотки, гортані, трахеї і бронхів, де не відбувається газообмін. Після спокійного вдиху під час максимального зусилля можна ще вдихнути 1,5 л додаткового повітря (резервний об'єм вдиху РО вдиху), а при найглибшому видиху можна ще видихнути 1,5 л, додатковий видих (резервний об'єм видиху РО видиху).

Життєва ємність легень(ЖЄЛ) — це найбільша кількість повітря, яке людина може видихнути після максимально глибокого вдиху. Вираховується за формулою:

ДО + РО вдиху + РО видиху = ЖЄЛ

Життєва ємність легень залежить від віку, статі, росту, маси тіла, фізичного розвитку людини. Показники ЖЄЛ коливаються: від 3500-4800 мл — у чоловіків та 3000-3500 мл — у жінок. У фізично тренованих людей, що займаються веслуванням, плаванням, гімнастикою, вона досягає 6000-7000 мл. Визначають ЖЄЛ за допомогою спірометра.

Після максимального видиху в легенях залишається 1000—1500 мл повітря, яке називають залишковим. Це пов'язано з тим, що завдяки нижчому тиску в плевральній порожнині по відношенню до атмосферного легені не змикаються і завжди мають залишки повітря.

У тренованих людей при навантаженні, звичайно, зростає дихальний об'єм, а у нетренованих у відповідь на навантаження зростає частота дихальних рухів.

Нервова регуляціядихання

Дихання регулюється як нервовою так і гуморальною системами організму людини. У довгастому мозку існує безумовно-рефлекторний центр регуляції дихання — дихальний центр. Він забезпечує координовану ритмічну діяльність дихальних м'язів (скорочення і розслаблення), що викликає почергово вдих і видих, та пристосування дихання до змін умов зовнішнього і внутрішнього середовища організму.

Автоматизм дихального центру зумовлюється нервовими імпульсами, які поступають з нервових закінчень легень, судин, м'язів. Хоча робота дихального центру автоматична (вона не припиняється у сплячої чи непритомної людини) — проте вона залежить від волі людини. Людина може довільно загальмувати або прискорити дихання (умовно-рефлекторна регуляція дихання). Пояснюється це контролем дихального центру короювеликих півкуль мозку. Крім ритмічної зміни вдиху видихом дихальний центр здійснює замикання дихальних рефлексів:

  1.  затримка дихання під час занурення тіла у воду,
  2.  захисні рефлекси кашлю й чхання,
  3.  регуляція діяльності м'язів гортані, що узгоджують ковтання з диханням.

Гуморальна регуляція

Гуморальна регуляція дихання відбувається через вмість вуглекислого газу в крові. Нейрони дихального центру чутливі до СО2, якщо в крові, що омиває дихальний центр, є надлишок СО2, тоді збудливість дихального центру зростає і дихання стає частим і глибоким. Якщо СО2 в крові мало, то це викликає гальмування дихання.

При фізичних навантаженнях м'язи виконують посилену роботу і кількість СО2 в крові зростає, що стає однією з причин поглиблення і посилення дихальних рухів.

Причини порушення регуляції дихання

Причинами порушення регуляції дихання найчастіше стають:

  1.  Фізичне навантаження,
  2.  нестача кисню у повітрі,
  3.  Хвороби серця, легенів,
  4.  підвищена температура довкілля,
  5.  порушення функцій центру дихання (травма голови, дія отрут).
  6.  втрата нервового зв'язку між дихальним центром і дихальними м'язами (пошкодження шийного відділу хребта і спинного мозку).

гомеостаз та бронхо-легенева система

Дихальна та серцево-судинна системи утворюють ефективну систему  транспорту кисню до тканин організму та виведення діоксиду вуглецю. Система транспорту включає чотири окремих процеси: 1) легеневу вентиляцію, що являє собою транспорт газів до легенів і із легень; 2) дифузію – газообмін між легенями і кров‘ю; 3) транспорт кисню та діоксиду вуглецю з кров‘ю; 4) капілярний обмін – газообмін між капілярною кров‘ю та метаболічно активними тканинами.

Перші два процеси являють собою так зване зовнішнє дихання, оскільки припускають переміщення газів із зовнішнього середовища у легені, а потім із легенів в кров. Як тільки гази надійдуть у кров, вони транспортуються до тканин. Коли кров надходить у тканини, настає четвертий стан дихального процесу: газообмін між кров та тканинами, котрий називається внутрішнім диханням. Таким чином, зовнішнє і внутрішнє дихання зв‘язані одне з одним системою кровообігу.

Легенева вентиляція. Легенева вентиляція – це процес переміщення повітря в легені і із легень. Повітря надходить у легені через ніс і ротову порожнину. Дихання через ніс є природнішим, ніж через рот, адже дихання через ротову порожнину використовується у тих випадках, коли потреба у повітрі перевищує кількість, котра може потрапити через ніс. Натомість дихання через ніс супроводжується зігріванням і зволоженням повітря, а проходження його через носові раковини сприяє осадженню пилу, що є в повітрі, на слизовій оболонці носоглотки. Таким чином здійснюється фільтрація усіх часточок, за виключенням найдрібніших, що знижує подразнення дихальних шляхів та вірогідність виникнення респіраторних інфекцій в бронхо-легеневій системі.

З носової та ротової порожнини повітря рухається глоткою, трахеєю, бронхами та бронхіолами, поки не досягне найменших дихальних одиниць – альвеол. Альвеоли є місцем газообміну в легенях.

Вдих є активним процесом, у якому беруть участь діафрагма та зовнішні міжреберні м‘язи. Рух ребер та груднини здійснюється зовнішніми міжреберними м‘язами. Ребра рухаються вгору та в боки, а рухи груднини спрямовані вгору та вперед. Що стосується діафрагми, то вона скорочується, опускаючись униз до черевної порожнини. Всі ці дії сприяють збільшенню об’єму грудної клітини та легень.

Під час розширення легень повітря, що надходить через дихальні шляхи, заповнює більший простір і тиск у легенях знижується, внаслідок чого внутрішньоальвеолярний тиск стає меншим, ніж тиск повітря, що надходить. Оскільки дихальні шляхи відкриті, то повітря спрямовується у легені з метою знизити різницю тиску. Таким чином, під час вдиху у легені потрапляє повітря.

За умов виконання значного фізичного навантаження здійсненню вдиху сприяють інші м‘язи: драбинчасті (передній, середній та задній) та груднинно-ключично-соскоподібні, які розташовані в ділянці шиї, а також грудній клітці. З їхньою допомогою ребра піднімаються вище, ніж під час звичайного дихання.

Зміна тиску, що забезпечує адекватне вентилювання у стані спокою, дуже незначна. Наприклад, за звичайного атмосферного тиску (760мм.рт.ст.) через вдих у легенях може знизитися усього на 3 мм.рт.ст. Однак, під час максимального дихального зусилля, здійсненого у випадку значного фізичного навантаження, внутрішньолегеневий тиск може знизитися на 80 – 100 мм.рт.ст.

Видих. У стані спокою видих є переважно пасивним процесом, який включає розслаблення дихальних м‘язів та еластичну тягу легеневої тканини. Під час розслаблення діафрагми вона набуває свого звичайного дугоподібного положення. Через скорочення зовнішніх міжреберних м‘язів ребра і груднина опускаються донизу, набуваючи звичайного для стану спокою положення. Як тільки це відбувається, легенева тканина зменшується в об‘ємі, набуваючи характерного для спокою стану. Це призводить до підвищення тиску в грудній клітці, внаслідок чого з легень виходить повітря, видих завершено.

Під час дихання з зусиллям видих стає активнішим процесом. Внутрішні міжреберні м‘язи активніше тягнуть ребра донизу. Їм можуть допомагати найширший м‘яз спини та квадратний м‘яз. Скорочення м‘язів живота підвищує внутрішньочеревний тиск, чим досягається виключення руху внутрішніх органів угору до діафрагми, прискорюючи її повернення до вихідного дугоподібного положення. Ці м‘язи, окрім того, тягнуть грудну клітку донизу і усередину.

Зміни внутрішньочеревного та внутрішньогрудного тисків не тільки сприяють виконанню дихання з зусиллям, але й забезпечують повернення крові до серця. Збільшені тиски передаються на великі вени, якими кров транспортується до серця через черевну та грудну ділянки. За умови зниження тисків розмір вен повертається до вихідного рівня і вони заповнюються кров‘ю. Зміна тиску у черевній та грудній ділянках примушує кров надходити у вени з допомогою механізму «відсмоктувальної» дії. Цей механізм спрацьовує і під час фізичного навантаження.

Кількісні показники зовнішнього дихання.

Легеневі об‘єми і ємність.

Газообмін у легенях відбувається між повітрям і кров‘ю, що омиває їх. У свою чергу, під час дихання повітря альвеол повинно обмінюватися із зовнішнім повітрям.

Прийнято розділяти показники, що характеризують зовнішнє дихання, на статичні і динамічні. Більшість із них залежить головним чином від розмірів грудної клітки та її рухливості.

До статичних показників належать:

  1.  Дихальний об‘єм (ДО) – об‘єм вдихуваного і видихуваного повітря під час спокійного дихання (в середньому становить 500мл, з коливанням від 300 до 900мл).
  2.  Резервний об‘єм (РОвд) – об‘єм повітря, яке людина може видихнути максимально після звичайного видиху (1500 – 2000 мл).
  3.  Додатковий об‘єм (ДодО) об‘єм повітря, яке людина може максимально додатково видихнути після звичайного вдиху (1500 – 2000 мл).
  4.  Життєва ємність легень (ЖЄЛ) – найбільша кількість повітря, яку людина може видихнути після максимально глибокого вдихання. Цей сумарний показник легко можна визначити, знаючи попередні показники: ЖЄЛ = ДО + РОвд + ДодО.

ЖЄЛ залежить від віку, росту, маси тіла і фізичного розвитку людини.

  1.  Після максимального глибокого видихання в легенях залишається повітря, що називається залишковим об‘ємом (ЗО) – близько 1000мл.
  2.  Загальна ємність легень (ЗЄЛ) – кількість повітря, що міститься в легенях після максимального вдихання: ЗЄЛ = ЖЄЛ + ЗО
  3.  Об‘єм дихальних шляхів (об‘єм «мертвого простору»). Його величина в середньому близька 150 мл.
  4.  Функціональна залишкова ємність (ФЗЄ) – кількість повітря, що залишається в легенях наприкінці видихання: ФЗЄ = ДодО + ЗО.

Для характеристики дихання людини визначають ще низку динамічних показників, які характеризують ефективність функціонування системи дихання за певний час (зазвичай за хвилину). До функціональних динамічних показників належать:

  1.  Частота дихальних рухів за 1 хв. –ЧДР.
  2.  Хвилинний об‘єм дихання (ХОД) – кількість повітря, що надходить в легені за 1 хв.: ХОД = ДО •  ЧДР
  3.  Альвеолярна хвилинна вентиляція (АВ) характеризує вентиляцію альвеол: АВ = (ДО – МП) • ЧДР
  4.  Максимальна вентиляція легень (МВЛ). Кількість повітря, яку можна вдихнути і видихнути при максимальній глибині і частоти дихання.
  5.  Ефективна життєва ємність легень (ЕЖЄЛ) за Вотгалом-Тіффно, як і ЖЄЛ, тільки у цьому разі необхідною умовою є максимально швидкий форсований видих. У здорових людей вона на 100 – 300 мл (8 -11%) менша, ніж ЖЄЛ (за рахунок збільшення опору повітря в дрібних бронхах). У разі звуження простору бронхів (бронхіт, бронхоспазм, емфізема легень тощо) ця різниця зростає до 1500 мл і більше.
  6.  Для функціонального дослідження системи органів дихання можна використовувати дозовані навантаження, наприклад, пацієнту пропонують у спокійному стані натще після 1 – 2 хв. спокійного дихання зробити глибокий вдих і затримати дихання (проба Штанге), а також у такому порядку затримати дихання на повному видиху (проба Собразе – Генча). У здорових людей показники цих проб у середньому становлять 30 – 40с і 20с відповідно.
  7.  За допомогою пневмотахометра вимірюють швидкість проходження повітря під час форсованого вдиху та видиху. У здорових чоловіків швидкість видиху становить 5 -8л за 1с, у жінок – 4 – 6 л за 1с (за умов спокійного дихання – 300 – 500 мл∙ с-1.

Дифузна здатність легень. Дифузія газів в легенях здійснюється через альвеолярно-капілярну мембрану, за рахунок парціальних тисків, створених повітрям. Кожний з газів здійснює тиск на мембрану пропорційно до його концентрації в суміші. Згідно з законом Дальтона, загальний тиск в суміші газів дорівнює сумі парціальних тисків кожного газу в цій суміші.

Відносна кількість кисню в атмосферному повітрі складає 20,93%, а вуглекислого газу – 0,03%. Парціальний тиск кисню (Ро2) становить 159 мм.рт.ст., а діоксиду вуглецю ( Рсо2) -0,3 мм.рт.ст. Гази у організмі людини розчинені у плазмі крові і згідно закону Генрі, вони розчиняються в ній пропорційно своєму парціальному тиску, а також від ступеню розчинності. Здатність газу розчинятися в крові є постійною, отже найкритичнішими чинниками газообміну між альвеолами і кров‘ю є градієнт парціального тиску газів в них. Останній є основою для здійснення газообміну кисню та диоксиду вуглецю.

Обмін кисню. Під час вдиху парціальний тиск в альвеолах дещо знижується (з 159 мм.рт.ст. до 100 – 105 мм.рт.ст.), але залишається постійним. На артеріальному кінці капіляру легеневої мембрани у момент початку газообміну Ро2 у крові становить близько 40 мм.рт.ст. Під час досягнення венозного кінця капіляру Ро2 зрівнюється з парціальним тиском в альвеолах, тобто приблизно 104 мм.рт.ст. Отже кров, що покидає легені через легеневі вени, повертається у праве предсердя з достатньою кількістю кисню, котрий утилізується тканинами.

Інтенсивність дифундування кисню з альвеол у кров називається дифузною здатністю кисню. У стані спокою на кожний 1 мм.рт.ст. різниці тиску кожної хвилини у кров дифундує 23 мл кисню. Під час максимального м‘язового зусилля споживання кисню у нетренованих людей може підвищуватися до 45мл.кг-1.хв-1., а у найсильніших спортсменів, які займаються циклічними видами спорту – до 80 мл.кг-1.хв-1. Підвищення дифузної здатності кисню під час переходу від стану спокою до виконання фізичного навантаження зумовлене відносно неефективною «в’ялою» циркуляцією крові у легенях, що переважно зв‘язано з обмеженою перфузією верхніх ділянок легень внаслідок дії сили тяжіння. Водночас під час максимального зусилля кровоток у легенях посилюється головним чином внаслідок підвищення тиску крові, Який зумовлює інтенсивнішу перфузію легень.

У спортсменів з більш високими аеробними можливостями вища й дифузійна здатність кисню. Можливо це зумовлене збільшеним серцевим викидом, більшою альвеолярною площею та зниженим опором дифузії кисню через легеневу мембрану.

Обмін діоксиду вуглецю, як і кисню, залежить від градієнту тиску. Парціальний тиск діоксиду вуглецю (Рсо2) у крові, що проходить капілярами легеневої мембрани, становить близько 45 мм.рт.ст., а в альвеолах – приблизно 40 мм.рт.ст. Незважаючи на відносно невеликий градієнт тиску (близько 5 мм.рт.ст), він більш ніж достатній. Розчинність СО2 у легеневі мембрані у 20 разів більша, ніж розчинність кисню, тому діоксид вуглецю дифундує крізь неї набагато швидше.

Транспорт кисню. Кисень, що надходить в кров, спочатку розчиняється в плазмі, а потім за градієнтом парціального тиску проникає через мембрану еритроцита і розчиняється в його цитоплазмі. Лише після цього О2 вступає в сполуку з Fe2+ гема й утворює оксигемоглобін (HbО2). При цьому валентність заліза не змінюється. Оксигемоглобін нестійка сполука й легко розпадається в тканинах.

Кожна молекула Hb здатна приєднати 4молекули кисню, що в перерахунку на 1г Hb складає близько 1,34 мл О2. Знаючи кількість гемоглобіну в крові, можна підрахувати  кисневу ємність крові (КЄК).

КЄК = Hb • 1,34

З огляду на те, що в 100 мл крові міститься тільки 0,3мл розчиненого О2, можна зробити висновок, що основна кількість кисню, який транспортується кров‘ю, перебуває у вигляді хімічного зв‘язку з гемоглобіном.

Інтенсивність утворення оксигемоглобіну зумовлена величиною парціального тиску О2 в крові: чим вище рівень О2, тим більше утвориться HbО2. Однак, залежність ця не є прямо пропорційною. Вона має вигляд S- подібної кривої, яка і характеризує швидкість дисоціації оксигемоглобіну.

Швидкість дисоціації HbО2 обумовлена хімічною спорідненістю гемоглобіну до О2і рядом зовнішніх факторів, що впливають на характер кривої. До таких факторів належать: температура, рН, рСО2, концентрація в еритроцитах 2,3-ДФГ (дифосфогліцерату).

Форма кривої дисоціації оксигемоглобіну значною мірою залежить від концентрації іонів Н+ в крові. При зниженні рН крива зсувається вправо, що свідчить про зменшення спорідненості Hb до О2. Підвищення рН – збільшує спорідненість і зсуває криву вліво. Вплив рН на спорідненість Hb до О2 називається ефектом Бора. Ефект Бора відіграє певну роль у газотранспортній функції крові. Утворення великої кількості СО2 у тканинах сприяє збільшенню віддачі О2 за рахунок зниження спорідненості Hb до кисню, а виділення СО2 у легенях, зменшуючи рН крові, навпаки, поліпшує оксигенацію.

При зниженні температури віддача О2 оксигемоглобіном сповільнюється, а зростання температури прискорює цей процес. Збільшення вмісту в еритроцитах 2,3-ДФГ також сприяє зсуву кривої вправо. Зокрема, вміст цієї речовини в еритроцитах збільшується під час анемій, що поліпшує надходження кисню до тканин і частково компенсує зниження КЄК.

Показником, що характеризує інтенсивність використання кисню тканинами, є різний рівень HbО2 у крові що притікає і відтікає від легень (артеріовенозна різниця, АВРО2).

Багато в чому, завдяки такій особливості гемоглобіну, людина одержала можливість розширити свій ареал існування.

Транспорт діоксиду вуглецю. У венозній крові міститься близько 580 мл/л СО2. він утворюється в тканинах при окисних процесах. Наявність градієнта парціального тиску СО2 між тканинами і плазмою крові змушує його дифундувати з тканин в міжклітинну рідину, а потім у кров капілярів. Кров‘ю він транспортується як у вигляді вільно розчиненого газу, так і у хімічно зв‘язаному стані. Хімічно зв‘язаний СО2  крові знаходиться в одній з трьох форм: 1) вугільної кислоти у (Н2СО3 ), 2) бікарбонатних іонів (НСО3-), 3) карбоксигемоглобіну (HbCO2).

Спочатку, розчинений у плазмі крові вуглекислий газ за градієнтом концентрації надходить до еритроцитів і там піддається гідратації із утворенням вугільної кислоти:

СО2 + Н2О Н2СО3

Фермент карбоангідраза прискорює розвиток реакції приблизно в 10000 разів. Вугільна кислота, що утворилася, швидко дисоціює, чому сприяє її постійне утворення:

Н2СО3 Н+ + НСО3-

Іон Н+, що утворився внаслідок дисоціації вугільної кислоти, утворює комплекс із відновленим гемоглобіном:

HbО2 = О2 + Hb

Hb + Н+ = НHb

При нагромадженні іонів НСО3- в еритроциті вони частково взаємодіють калію, з утворенням бікарбонату калію, а також дифундують в плазму, що супроводжується надходженням усередину еритроциту Cl-. Це переміщення називають хлоридним зсувом. У плазмі крові іони НСО3-, взаємодіючи з катіонами натрію, утворюють сіль вугільної кислоти (бікарбонат натрію).

Крім того, СО2 може зв’язуватися з білками крові: частково з білками плазми, але головним чином з білками еритроцитів. При цьому СО2 взаємодіє з білковою частиною гемоглобіну – глобіном, утворюючи карбогемоглобін. Гем залишається вільним і зберігає можливість гемоглобіну знаходитися одночасно у зв‘язку з СО2 і О2. Отже одна молекула гемоглобіну може транспортувати як О2, так і СО2. Таким чином вуглекислий газ транспортується кров’ю в наступних формах: бікарбонату калію і карбогемоглобіну (в еритроцитах), бікарбонату натрію й у розчиненому вигляді (у плазмі крові).

У крові альвеолярних капілярів усі процеси йдуть у протилежному напрямку. Головна з хімічних реакцій – дегідратація – відбувається в еритроцитах за участю тієї ж карбоангідрази:

Н+ + НСО3- Н2СО3СО2 + Н2О

Спрямованість реакції визначається безупинним видаленням утвореного продукту – виходом СО2  із еритроцита в плазму, а із плазми до альвеол. У легенях у зв‘язку з постійним виділенням СО2 відбувається і реакція дисоціації карбогемоглобіну:

HHbCO2 + O2 = HHbO2 + СО2 = HbO2 + H+ + СО2

Ще раз підкреслимо значення еритроцитів для транспорту вуглекислого газу. Воно визначається наявністю у них карбоангідрази, яка прискорює як пряму, так і зворотну реакції утворення вугільної кислоти. Причому в капілярах тканин через еритроцит обов‘язково повинен пройти вуглекислий газ, а в легенях – бікарбонатний іон плазми.

Газообмін в м‘язах. Розглянемо, як транспортується кисень з капілярної крові до м‘язів і як виводиться з них діоксид вуглецю.

Артеріовенозна різниця за киснем. Із величин 20мл/100мл венозної крові цей показник знижується до 15 – 16 мл/ 100мл крові, коли кров проходить капілярами у венозну систему. АВР-О2 відображає споживання тканинами 4 -5 мл О2/100 мл крові; кількість споживаного кисню прямо пропорційна кількості, що використовується для утворення енергії шляхом окислення. Отже, зі збільшенням використання кисню АВР-О2 також зростає. Наприклад, під час фізичного навантаження АВР –О2 у скорочуваних м‘язах може збільшуватися до 15 – 16 мл/100 мл крові. За умови такого зусилля кров віддає більше кисню активним м‘язам, оскільки Ро2 у них набагато нижчий, ніж в артеріальній крові.

Легенева вентиляція під час фізичного навантаження. Початок м‘язової діяльності супроводжується посилення легеневої вентиляції у 2 рази. Таке посилення відбувається раптово, а згодом спостерігається тривале і поступове збільшення глибини і частоти дихання.

Двофазність показників легеневої вентиляції зумовлене як механікою рухів тіла (на початку виконання вправи), так і зміною температури та хімічного складу артеріальної крові (збільшення концентрації СО2 та Н+). Збільшення концентрації діоксиду вуглецю і Н+ обумовлено посиленням метаболізму у м‘язах внаслідок фізичного навантаження. СО2 і Н+ подразнюють хеморецептори, які стимулюють дихальний центр, підвищуючи глибину і частоту дихання. Після припинення фізичного навантаження потреба м‘язів в енергії майже миттєво знижується до рівнів, характерних для стану спокою. Водночас легенева вентиляція повертається до звичайного рівня дещо повільніше. Якщо частота дихання оптимально відповідає метаболічним потребам тканин, то вона знизиться до вихідного рівня протягом декількох секунд після завершення фізичного навантаження. Однак, для відновлення дихання потрібно декілька хвилин. Це свідчить про те, що процес дихання після фізичного навантаження регулюють головним чином кислотно-основний стан, Рсо2 та температура крові.

Під час фізичного навантаження легенева вентиляція прямо пропорційна метаболічним потребам організму, якщо вона досягає максимальної інтенсивності. У разі нижчої інтенсивності навантаження збільшення легеневої вентиляції здійснюється за рахунок дихального об‘єму (ДО). Максимальна величина легеневої вентиляції залежить від розмірів тіла: у людей з великими розмірами тіла вона перевищує 200л хв.-1,а у людей з невеликими розмірами тіла – 100л хв-1.

Вентиляція та обмін енергії. У разі тривалого виконання м‘язової діяльності середньої інтенсивності, вентиляція відповідає інтенсивності обміну енергії, тобто має тенденцію змінюватися прямо пропорційно об‘ємам споживаного тканинами кисню і накопиченню діоксиду вуглецю, що продукується організмом.

Вентиляційний еквівалент за киснем. Відношення об‘єму вентильованого повітря (VЕ) до кількості споживаного тканинами кисню Vо2 ілюструє економічність дихання і таке відношення носить назву вентиляційного еквіваленту за киснем, або VЕ / Vо2.

Він вимірюється відношенням кількості повітря, котрим ми дихаємо (у літрах), до кількості споживаного кисню (у літрах).

У стані спокою VЕ/Vо2 коливається від 23 до 28 л повітря на 1л споживуваного кисню. Цей показник незначно змінюється у випадку помірного навантаження, наприклад, під час ходьби. Однак, зі збільшенням інтенсивності навантаження до майже максимальних рівнів VЕ/Vо2 може перевищувати 30л повітря/1л кисню. В цілому VЕ/Vо2 залишається відносно постійним за умови значного коливання рівнів навантаження. Це свідчить про те, що системи регуляції дихання адекватно реагують на потреби організму в кисні. Навіть у таких видах спорту, як плавання, де дихання має здійснюватися синхронно з циклом гребка рукою, VЕ/Vо2 практично не відрізняється від показників. характерних для інших видів діяльності.

Однак, з підвищенням інтенсивності навантаження до максимального рівня у певний момент вентиляція починає збільшуватися непропорційно щодо споживання кисню. Це так звісний період зниження ефективності вентиляції. Якщо інтенсивність навантаження перевищує 55 – 70% МСК, то виникає нестача кисню, який транспортується у м‘язи. Ця нестача компенсується інтенсивним гліколізом, що веде до накопичення молочної кислоти. Молочна кислота у сполученні з бікарбонатом натрію. що її нейтралізує, утворюють лактат натрію, воду та діоксид вуглецю. Останній стимулює хеморецептори, які посилають імпульси до центру вдиху, збільшуючи тим самим вентиляцію.

Момент зниження ефективності вентиляції відображає збільшення об‘єму діоксиду вуглецю, продукованого за 1 хв. (Vсо2). А співвідношення останнього до споживано кисню складає коефіцієнт дихального газообміну (КДГ). Отже збільшення утворення діоксиду вуглецю призводить до підвищення КДГ. На основі такого збільшення КДГ було введене поняття «анаеробний поріг», яке відображає зміщення енергоутворення у бік більш анаеробного метаболізму. Найчутливіший метод ідентифікації анаеробного порогу базується на показниках вентиляційного еквіваленту за киснем (VЕ/Vо2) та за діоксидом вуглецю (VЕ/Vсо2), як співвідношення об‘єму повітря, що вдихається до об‘єму утвореного СО2. Найспецифічнішим критерієм оцінки анаеробного порогу є системне збільшення VЕ/Vо2 без супутнього підвищення VЕ/Vсо2. Вентиляційний еквівалент за діоксидом вуглецю є відносно постійним, що свідчить про відповідність вентиляції потребі організму у виведенні СО2. Збільшення VЕ/Vо2 свідчить про те, що посилення вентиляції, спрямоване на виведення СО2, непропорційне потребі організму в О2.

Анаеробний поріг слугує неінвазивним критерієм порогу лактату і у більшості випадків вони обидва спостерігаються в один і той самий момент часу у разі виконання фізичного навантаження з інтенсивністю, що збільшується, або за умови одного й того ж МСК.

Вклад дихальної системи в регуляцію кислотно-основного стану. Інтенсивна м‘язова діяльність, як вже було сказано, досить часто призводить до утворення та акумуляції лактату та Н+, що може негативно відображатися на обміні енергії, а також негативно вплинути на силу м‘язових скорочень. І хоч в регуляції кислотно-основного стану переважно приймають участь нирки, певний вклад в його стабілізацію вносить дихальна система, оскільки вона відіграє важливу роль у швидкій адаптації кислотно-основного статусу під час і одразу після м‘язової діяльності.

Вільні іони Н+ в крові нейтралізують хімічні буфери (НСО3-, фосфати, білки):

Н+ + буфер Н-буфер

А тому рН внутрішньо- і позаклітинних рідин організму перебуває у відносно вузькому діапазоні завдяки хімічним буферам, легеневій вентиляції та функції нирок. А тому рН коливається від 7,1 в м‘язах до 7,4 в артеріальній крові. Допустимі відхилення рН в артеріальній крові можливі в межах 6,9 - 7,5 і то всього декілька хвилин. Головним буфером крові є гемоглобін.

Під час короткочасного фізичного навантаження (спринт) у м‘язах утворюється велика кількість лактату та Н+, які знижують рН крові з 7,08, характерного для стану спокою до 6,7. Біг з максимальним зусиллям на дистанцію 400 м призводить до зниження рН м‘язів ніг до 6,63 та підвищення концентрації лактату з 1,2 до 19,7 ммоль кг-1. Подібне порушення кислотно-основного стану негативно впливає на скоротливі здатності м‘язів та можливості синтезу АТФ.

Відновлення нормальних рівнів лактату крові та м‘язів у цьому випадку відбувається приблизно через 1-2 години. Відновлення рівня лактату крові сприяє безперервне виконання фізичного навантаження невеликої інтенсивності (50% МСК), так зване активне відновлення, оскільки м‘язова діяльність підтримує високий кровоток в активних м‘язах, який, в свою чергу, підсилює дифузію лактату м‘язів та його окислення.

Концентрація іонів Н+ у крові і м‘язах після фізичного навантаження анаеробної спрямованості відновлюється через 30-40 хв. Це зумовлено хімічною нейтралізацією в основному бікарбонатом та виведенням надлишку СО2 через легені.

Лекцію підготував

проф. кафедри                         _________________П.С.Назар

            (підпис, І.П.Б.)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67672. Расчет передающего устройства магистральной радиосвязи, предназначенного для передачи большого количества разнообразной информации (телеграфной, телефонной, данных) на значительные расстояния 618.05 KB
  Диапазон рабочих частот 1020 МГц Нагрузка симметричный фидер волновым сопротивлением 75 Ом. Цепь коррекции которая выравнивает коэффициент усиления по мощности двухтактного генератора по диапазону частот но и обеспечивает резестивное входное сопротивление рассматривается ниже.
67673. Понятие трудового договора в российском трудовом праве 45.16 KB
  Целью работы выступает следующее: раскрыть понятие трудового договора и дать краткую характеристику его условий. К задачам проведенного исследования можно отнести следующие: Анализ трудового законодательства о трудовом договоре; Раскрытие сущности трудового договора, его сторон и содержания...
67674. Проект редуктора нереверсивного с использованием программы Solid Works 2005 1.13 MB
  Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного задания. Наиболее распространены горизонтальные редукторы. Как горизонтальные, так и вертикальные редукторы могут иметь колеса с прямыми, косыми и круговыми зубьями.
67675. Изучение станка качалки привода штанговой глубинной насосной установки 646.55 KB
  В начале нашего века произошли коренные изменения в нефтепереработке. Быстрое распространение карбюраторных бензиновых двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием для автомобилей (а позже в авиации) потребовало огромного количества топлива.
67676. Завод по производству стальных пространственных конструкций 232 KB
  Эта жизненная среда называемая архитектурой воплощается в зданиях имеющих внутреннее пространство комплексах зданий и сооружений организующих наружное пространство улицы площади и города. В современном понимании архитектура это искусство проектировать и строить здания сооружения и их комплексы.
67677. Сталь 40ХНМА и прочая полезная информация 1.66 MB
  При выборе термической обработки необходимо представлять себе сущность изменений, происходящих в стали при этой обработке. Для этого необходимо знать основные положения металловедения, в частности строение стали и механизм протекания фазовых превращений.
67678. Разработка считывателя системы контроля за персоналом на основе микроконтроллера AVR 494.5 KB
  На основании анализа функциональной спецификации можно выделить следующие блоки которые необходимо реализовать аппаратным способом: Входы: модуль контактного устройства модуль связи с компьютером модуль часов Выходы: модуль светодиодных индикаторов модуль переноса данных Функции: модуль защиты...