Дишане, неговите основни етапи. Механизъм на външното дишане
Дишането е сложен непрекъснат процес, в резултат на който газовият състав на кръвта непрекъснато се актуализира.
В процеса на дишане се разграничават три части: външно или белодробно дишане, пренос на газ чрез кръв и вътрешно или тъканно дишане.
Дишането е набор от физиологични процеси, които осигуряват непрекъснато снабдяване на тъканите с кислород, използването му в окислителни реакции, както и отстраняването от тялото на въглероден диоксид и частично вода, образувани по време на метаболизма. Дихателната система включва носната кухина, ларинкса, бронхите и белите дробове. Дишането се състои от следните основни етапи:
външно дишане, което осигурява обмен на газ между белите дробове и външната среда;
газообмен между алвеоларния въздух и венозната кръв, течаща към белите дробове;
пренос на газове по кръвен път; газообмен между артериална кръв и тъкани;
тъканно дишане.
Външното дишане е обмен на газове между тялото и заобикалящия го атмосферен въздух. Осъществява се на два етапа - обмен на газове между атмосферния и алвеоларния въздух и обмен на газ между кръвта на белодробните капиляри и алвеоларния въздух.
Апаратът за външно дишане включва дихателните пътища, белите дробове, плеврата, гръдния скелет и мускулите и диафрагмата. Основната функция на апарата за външно дишане е да осигури на тялото кислород и да го освободи от излишния въглероден диоксид. За функционалното състояние на апарата за външно дишане може да се съди по ритъма, дълбочината, честотата на дишането, размера на белодробните обеми, показателите за абсорбция на кислород и отделяне на въглероден диоксид и др.
Транспортирането на газове се осъществява чрез кръв. Осигурява се от разликата в парциалното налягане (напрежение) на газовете по пътя им: кислород от белите дробове към тъканите, въглероден диоксид от клетките към белите дробове.
Вътрешното или тъканно дишане също може да бъде разделено на два етапа. Първият етап е обмяната на газове между кръвта и тъканите. Второто е консумацията на кислород от клетките и отделянето на въглероден диоксид от тях (клетъчно дишане).
Вдишайте и издишайте
Вдишването започва със свиване на респираторните (дихателните) мускули.
Мускулите, чието съкращение води до увеличаване на обема на гръдната кухина, се наричат инспираторни, а тези, чието съкращение води до намаляване на обема на гръдната кухина, се наричат експираторни. Основният инспираторен мускул е мускулът на диафрагмата. Свиването на мускула на диафрагмата води до сплескване на неговия купол, вътрешните органи се изтласкват надолу, което води до увеличаване на обема на гръдната кухина във вертикална посока. Свиването на външните интеркостални и междухрущялни мускули води до увеличаване на обема на гръдната кухина в сагитална и фронтална посока.
Белите дробове са покрити със серозна мембрана - плеврата, състояща се от висцерален и париетален слой. Париеталният слой е свързан с гръдния кош, а висцералният слой е свързан с белодробната тъкан. Тъй като обемът на гръдния кош се увеличава, в резултат на свиване на инспираторните мускули, париеталният слой ще следва гръдния кош. В резултат на появата на адхезивни сили между слоевете на плеврата, висцералният слой ще последва париеталния слой, а след тях белите дробове. Това води до повишаване на отрицателното налягане в плевралната кухина и до увеличаване на обема на белите дробове, което е съпроводено с намаляване на налягането в тях, то става под атмосферното налягане и въздухът започва да навлиза в белите дробове - получава се вдишване.
Между висцералния и париеталния слой на плеврата има пространство, подобно на прорез, наречено плеврална кухина. Налягането в плевралната кухина винаги е под атмосферното, нарича се отрицателно налягане. Размерът на отрицателното налягане в плевралната кухина е равен на: в края на максималното издишване - 1-2 mm Hg. чл., до края на тихо издишване - 2-3 mm Hg. Чл., до края на тихо вдъхновение -5-7 mmHg. Чл., В края на максималното вдъхновение - 15-20 mm Hg. Изкуство.
Отрицателното налягане в плевралната кухина се причинява от така наречената еластична тяга на белите дробове - силата, с която белите дробове непрекъснато се стремят да намалят обема си. Еластичното сцепление на белите дробове се дължи на две причини:
Наличието на голям брой еластични влакна в стената на алвеолите;
Повърхностно напрежение на филма от течност, който покрива вътрешната повърхност на стените на алвеолите.
Веществото, покриващо вътрешната повърхност на алвеолите, се нарича сърфактант. Повърхностноактивното вещество има ниско повърхностно напрежение и стабилизира състоянието на алвеолите, а именно при вдишване предпазва алвеолите от преразтягане (молекулите на повърхностноактивното вещество са разположени далеч една от друга, което е придружено от увеличаване на повърхностното напрежение), а при издишване, от колапс (молекулите на ПАВ са разположени близо една до друга).приятел, което е придружено от намаляване на повърхностното напрежение).
Стойността на отрицателното налягане в плевралната кухина по време на акта на вдишване се проявява, когато въздухът навлезе в плевралната кухина, т.е. пневмоторакс. Ако в плевралната кухина навлезе малко количество въздух, белите дробове частично се свиват, но тяхната вентилация продължава. Това състояние се нарича затворен пневмоторакс. След известно време въздухът се абсорбира от плевралната кухина и белите дробове се разширяват.
Ако херметичността на плевралната кухина е нарушена, например с проникващи рани на гръдния кош или с разкъсване на белодробна тъкан в резултат на нейното увреждане от някакво заболяване, плевралната кухина се свързва с атмосферата и налягането в нея става равно на атмосферно налягане, белите дробове се свиват напълно, вентилацията им спира. Този тип пневмоторакс се нарича отворен. Отвореният двустранен пневмоторакс е несъвместим с живота.
Частичен изкуствен затворен пневмоторакс (въвеждане на определено количество въздух в плевралната кухина с помощта на игла) се използва за терапевтични цели, например при туберкулоза, частичен колапс на засегнатия бял дроб насърчава заздравяването на патологични кухини (кухини).
При дълбоко дишане в акта на вдишване участват редица спомагателни дихателни мускули, които включват: мускулите на врата, гърдите и гърба. Свиването на тези мускули предизвиква движение на ребрата, което подпомага инспираторните мускули.
При тихо дишане вдишването е активно, а издишването е пасивно. Сили, които осигуряват спокойно издишване:
Гравитация на гърдите;
Еластична тяга на белите дробове;
Налягане на коремните органи;
Еластична тяга на реберните хрущяли, усукани по време на вдишване.
В активното издишване участват вътрешните междуребрени мускули, задният долен зъбчат мускул и коремните мускули.
Дъх
Дъхе една от жизнените функции на тялото, насочена към поддържане на оптимално ниво на редокс процеси в клетките. Дишането е сложен биологичен процес, който осигурява доставянето на кислород до тъканите, използването му от клетките в метаболитния процес и отстраняването на образувания въглероден диоксид.
Целият сложен процес на дишане може да бъде разделен на три основни етапа:външно дишане, пренос на газ чрез кръв и тъканно дишане.
Външно дишане -газообмен между тялото и околния атмосферен въздух. Външното дишане от своя страна може да бъде разделено на два етапа:
Обмен на газове между атмосферния и алвеоларния въздух;
Газообмен между кръвта на белодробните капиляри и алвеоларния въздух (газообмен в белите дробове).
Пренос на газове по кръвен път.Кислородът и въглеродният диоксид се транспортират в свободно разтворено състояние в малки количества; по-голямата част от тези газове се транспортират в свързано състояние. Основният носител на кислород е хемоглобинът. Хемоглобинът също транспортира до 20% въглероден диоксид (карбхемоглобин). Останалата част от въглеродния диоксид се транспортира под формата на бикарбонати в кръвната плазма.
Вътрешно или тъканно дишане.Този етап на дишане може да бъде разделен на два:
Обмен на газове между кръвта и тъканите;
Клетките консумират кислород и отделят въглероден диоксид.
Външното дишане се извършва циклично и се състои от вдишване, издишване и дихателна пауза. При хората средната дихателна честота е 16-18 в минута.
Биомеханика на вдишване и издишване
Вдишването започва със свиване на респираторните (дихателните) мускули.
Мускулите, чието свиване води до увеличаване на обема на гръдната кухина, се наричат инспираторни (външни интеркостални, мускулни влакна на диафрагмата, помощно-стернални, скалени, стерноклеидомастоидни), а мускулите, чието свиване води до намаляване на обема на гръдната кухина се наричат експираторни (вътрешни интеркостални, спомагателни - коремни мускули). Основният инспираторен мускул е мускулът на диафрагмата. Свиването на мускула на диафрагмата води до сплескване на неговия купол, вътрешните органи се изтласкват надолу, което води до увеличаване на обема на гръдната кухина във вертикална посока. Свиването на външните интеркостални и междухрущялни мускули води до увеличаване на обема на гръдната кухина в сагитална и фронтална посока.
Белите дробове са покрити със серозна мембрана - плевра,състоящ се от висцерален и париетален слой. Париеталният слой е свързан с гръдния кош, а висцералният слой е свързан с белодробната тъкан. Тъй като обемът на гръдния кош се увеличава, в резултат на свиване на инспираторните мускули, париеталният слой ще следва гръдния кош. В резултат на появата на адхезивни сили между слоевете на плеврата, висцералният слой ще последва париеталния слой, а след тях белите дробове. Това води до повишаване на отрицателното налягане в плевралната кухина и до увеличаване на обема на белите дробове, което е съпроводено с намаляване на налягането в тях, то става под атмосферното налягане и въздухът започва да навлиза в белите дробове - получава се вдишване.
Между висцералния и париеталния слой на плеврата има пространство, подобно на прорез, наречено плеврална кухина. Налягането в плевралната кухина винаги е под атмосферното, т.нар отрицателно налягане.Размерът на отрицателното налягане в плевралната кухина е равен на: в края на максималното издишване - 1-2 mm Hg. чл., до края на тихо издишване - 2-3 mm Hg. Чл., до края на тихо вдъхновение -5-7 mmHg. Чл., В края на максималното вдъхновение - 15-20 mm Hg. Изкуство.
Отрицателното налягане в плевралната кухина се предизвиква от т.нар еластична тяга на белите дробове - сила,с които белите дробове непрекъснато се стремят да намалят обема си. Еластичното сцепление на белите дробове се дължи на две причини:
Наличието на голям брой еластични влакна в стената на алвеолите;
Повърхностно напрежение на филма от течност, който покрива вътрешната повърхност на стените на алвеолите.
Веществото, което покрива вътрешната повърхност на алвеолите, се нарича повърхностно активно вещество.Повърхностноактивното вещество има ниско повърхностно напрежение и стабилизира състоянието на алвеолите, а именно при вдишване предпазва алвеолите от преразтягане (молекулите на повърхностноактивното вещество са разположени далеч една от друга, което е придружено от увеличаване на повърхностното напрежение), а при издишване, от колапс (молекулите на ПАВ са разположени близо една до друга).приятел, което е придружено от намаляване на повърхностното напрежение).
Стойността на отрицателното налягане в плевралната кухина по време на акта на вдишване се проявява, когато въздухът навлезе в плевралната кухина, т.е. пневмоторакс.Ако в плевралната кухина навлезе малко количество въздух, белите дробове частично се свиват, но тяхната вентилация продължава. Това състояние се нарича затворен пневмоторакс. След известно време въздухът се абсорбира от плевралната кухина и белите дробове се разширяват.
Ако херметичността на плевралната кухина е нарушена, например с проникващи рани на гръдния кош или с разкъсване на белодробна тъкан в резултат на нейното увреждане от някакво заболяване, плевралната кухина се свързва с атмосферата и налягането в нея става равно на атмосферно налягане, белите дробове се свиват напълно, вентилацията им спира. Този тип пневмоторакс се нарича отворен. Отвореният двустранен пневмоторакс е несъвместим с живота.
Частичен изкуствен затворен пневмоторакс (въвеждане на определено количество въздух в плевралната кухина с помощта на игла) се използва за терапевтични цели, например при туберкулоза, частичен колапс на засегнатия бял дроб насърчава заздравяването на патологични кухини (кухини).
При дълбоко дишане в акта на вдишване участват редица спомагателни дихателни мускули, които включват: мускулите на врата, гърдите и гърба. Свиването на тези мускули предизвиква движение на ребрата, което подпомага инспираторните мускули.
При тихо дишане вдишването е активно, а издишването е пасивно. Сили, които осигуряват спокойно издишване:
Гравитация на гърдите;
Еластична тяга на белите дробове;
Налягане на коремните органи;
Еластична тяга на реберните хрущяли, усукани по време на вдишване.
В активното издишване участват вътрешните междуребрени мускули, задният долен зъбчат мускул и коремните мускули.
Белодробни обеми
За оценка на вентилационната функция на белите дробове и състоянието на дихателните пътища се използват методи за изследване: пневмография, спирометрия, спирография. С помощта на спирограф можете да определите и запишете белодробните обеми на въздуха, преминаващ през дихателните пътища на човек.
При тихо дишане човек вдишва и издишва около 500 ml въздух. Този обем въздух се нарича дихателен обем . След спокойно вдишване човек все още може да вдиша определено количество въздух, доколкото е възможно - това е инспираторен резервен обем, тя е равна на 1800-2000 мл. След спокойно издишване все още можете да издишате възможно най-много въздух - това експираторен резервен обем, тя се равнява на 1300-1500 мл.
Нарича се количеството въздух, което човек може максимално да издиша след най-дълбокото вдишване жизнен капацитет на белите дробове (VEL). Състои се от дихателен обем, инспираторен резервен обем и експираторен резервен обем и е равен средно на 3500-4000 ml. Стойността на жизнения капацитет може да варира в значителни граници и зависи от възрастовите характеристики на тялото, степента на годност на човека и наличието на кардиопулмонална патология.
След възможно най-дълбоко издишване в белите дробове остава определено количество въздух – това остатъчен обем, тя се равнява на 1300 мл.
Обемът въздух, който е в белите дробове в края на тихо издишване, се нарича функционален остатъчен капацитет, или алвеоларен въздух. Състои се от експираторен резервен обем и остатъчен обем.
Нарича се максималното количество въздух, което може да бъде в белите дробове след дълбоко вдишване общ белодробен капацитет, той е равен на сумата от остатъчния обем и жизнения капацитет.
Въздухът се намира не само в алвеолите, но и в дихателните пътища - носната кухина, назофаринкса, трахеята и бронхите. Въздухът в дихателните пътища не участва в газообмена, поради което се нарича лумен на дихателните пътища мъртво пространство.Обемът на анатомичното мъртво пространство е около 150 ml.
Въпреки че в дихателните пътища не се извършва обмен на газ, те са необходими за нормалното дишане, тъй като овлажняват, затоплят и почистват вдишания въздух от прах и микроорганизми. При дразнене на рецепторите в носоглътката, ларинкса и трахеята от прахови частици и натрупана слуз се появява кашлица, а при дразнене на рецепторите в носната кухина – кихане. Кашлицата и кихането са защитни дихателни рефлекси.
Вентилация на белите дробове.Вентилацията се определя от обема на вдишвания или издишван въздух за единица време. Количествена характеристика на белодробната вентилация е минутен обем на дишане(MOD) - обемът на въздуха, преминаващ през белите дробове за една минута. В покой MOD е 6-9 литра. При физическо натоварване стойността му рязко нараства и възлиза на 25-30 литра.
Тъй като обменът на газ между въздух и кръв се извършва в алвеолите, важна е не общата вентилация на белите дробове, а вентилацията на алвеолите. Алвеоларната вентилация е по-малка от белодробната вентилация с количеството мъртво пространство. Ако извадим обема на мъртвото пространство от дихателния обем, получаваме обема на въздуха, съдържащ се в алвеолите, и ако умножим тази стойност по дихателната честота, получаваме алвеоларна вентилация.Следователно ефективността на алвеоларната вентилация е по-висока при по-дълбоко и рядко дишане, отколкото при често и плитко дишане.
Състав на вдишвания, издишван и алвеоларен въздух.Атмосферният въздух, който човек диша, има относително постоянен състав. В издишания въздух има по-малко кислород и повече въглероден диоксид, а в алвеоларния въздух още по-малко кислород и повече въглероден диоксид.
Вдишаният въздух съдържа 20,93% кислород и 0,03% въглероден диоксид, издишаният въздух съдържа 16% кислород, 4,5% въглероден диоксид, а алвеоларният въздух съдържа 14% кислород и 5,5% въглероден диоксид. Издишаният въздух съдържа по-малко въглероден диоксид от алвеоларния въздух. Това се дължи на факта, че въздухът от мъртвото пространство с ниско съдържание на въглероден диоксид се смесва с издишания въздух и концентрацията му намалява.
Етапи на дишане:
1) външно дишане - обмен на O 2 и CO 2 между външната среда и кръвта на белодробните капиляри:
- “белодробна вентилация” - обмен на газ между външната среда и алвеолите на белите дробове;
Газообмен между алвеоларния въздух и кръвта на белодробните капиляри.
2) транспорт на O 2 и CO 2 чрез кръв.
3) тъканно дишане.
4) вътреклетъчни (митохондриални).
Апарат за външно дишане:
Дихателни пътища и алвеоли на белите дробове;
Мускулно-скелетна рамка на гръдния кош и плевралната кухина;
Белодробна циркулация;
Неврохуморален апарат.
Зони на дишане:
1) проводима зона (1-16) - изпълнена с въздух, който не участва в газообмена,
2) преходна зона (17-21) - осигурява пренос на O2,
3) респираторна зона (22-23) - газообмен.
Обемът на мъртвото пространство (анатомично и алвеоларно) е въздух в зони 1 и 2. функции: пречистване, затопляне или охлаждане, овлажняване на атмосферния въздух.
В здрав бял дроб някои от апикалните алвеоли се вентилират нормално, но частично или напълно не се кръвоснабдяват - алвеоларно мъртво пространство. Във физиол. конвенционален може да се появи в случай на намаляване на IOC, кръвното налягане в съдовете на белите дробове и в pat. състояния - с анемия, белодробна емболия. В такива области на белите дробове не се извършва обмен на газ.
Биомеханика на вдишване и издишване:
2 биомеханизма: - повдигане и спускане на ребрата; - движение на диафрагмата.
Инспираторни мускули: диафрагма, външен интеркостален (+ трапец, предна скалена и стерноклеидомастоиден)
Експираторни мускули: вътрешен междуребрени, коремни мускули.
Движения на ребрата. По време на вдишване горните части на гръдния кош се разширяват в предно-задната посока, долните части - в страничните посоки. Чрез свиване външните интеркостални и междуребрени мускули повдигат ребрата по време на фазата на вдишване; напротив, по време на фазата на издишване ребрата се спускат поради активността на вътрешните междуребрени мускули.
Движение на диафрагмата.Диафрагмата има формата на купол, обърнат към гръдната кухина. При тихо вдишване куполът на диафрагмата се спуска с 1,5-2,0 cm.
Транспулмонално налягане, еластична тяга на белите дробове:
Промените в алвеоларното налягане по време на вдишване и издишване причиняват движението на въздух от външната среда в алвеолите и обратно. Докато вдишвате, обемът на белите дробове се увеличава. Алвеоларното налягане в тях намалява и в резултат на това в белите дробове навлиза въздух от външната среда. Напротив, по време на издишване обемът на белите дробове намалява, алвеоларното налягане се увеличава, в резултат на което алвеоларният въздух излиза във външната среда.
Интраплеврално налягане- налягане в херметично затворената плеврална кухина между висцералния и париеталния слой на плеврата. Вътреплевралното налягане възниква в резултат на взаимодействието на гръдния кош с белодробната тъкан поради тяхната еластична тяга. В този случай еластичната тяга на белите дробове развива сила, която винаги се стреми да намали обема на гръдния кош.
При тихо дишане вътреплевралното налягане е под atm. при вдишване - -6mm.Hg., при издишване - -3mm.Hg.
Разликата между алвеоларното и интраплевралното налягане се нарича транспулмонално налягане. Величина и връзка с външния атм. транспулмоналното налягане в крайна сметка е основният фактор, причиняващ движението на въздуха в дихателните пътища на белите дробове.
Транспулмно налягане в края на спок. вдишване - 4mm.Hg, издишване - 2mm.Hg.
Параметри на вентилацията:
Минутен дихателен обем (MRV)- количеството въздух, което преминава през белите дробове за 1 минута. MOD=DO*BH=8л.
Минутна алвеоларна вентилация (MAVL=(DO-обем на мъртвото пространство)*RR).
Максимална вентилация- обемът на въздуха, който преминава през белите дробове за 1 минута по време на максималната честота и дълбочина на дихателните движения.
Белодробни обеми:
Дихателен обем (до) - обемът въздух, който човек вдишва и издишва по време на тихо дишане. 300-800мл.
Инспираторен резервен обем (IRV)- макс. обемът въздух, който субектът може да вдиша след тихо вдишване. ROVD = 1,5-1,8 л.
Експираторен резервен обем (ERV)- макс. обемът въздух, който човек може допълнително да издиша от нивото на тихо издишване. ROvyd = 1,0-1,4 л.
Остатъчен обем (VR)- обемът въздух, който остава в белите дробове след максимално издишване. OO=1,0-1,5л.
Белодробен капацитет:
Жизненият капацитет (VC) е максималният обем въздух, който може да бъде издишан след макс. вдишайте. ЖЕЛ=ДО+РОВД+РОвид.
При мъжете = 3,5-5,0 литра или повече. Жени = 3,0-4,0 л.
Инспираторен капацитет (Evd)=DO+ROvd. Evd = 2,0-2,3 л.
-Функционален остатъчен капацитет (FRC)- обем на въздуха в белите дробове след тихо издишване. FFU=ROвид+OO= 1800-2500мл.
-Общ белодробен капацитет (TLC)- обемът на въздуха в белите дробове в края на пълно вдишване. OEL = OO + VEL, OEL = FOE + Evd. за мъже = 6л, за жени = 5л.
Методи за изследване на белодробната вентилация:
Измерването на белодробните обеми и капацитет е от клинично значение при изследването на белодробната функция при здрави индивиди и при диагностицирането на белодробни заболявания при хора. Белодробните обеми и капацитет обикновено се измерват с помощта на спирометрия, пневмотахометрия с интегриране на индикатори и спирография.
Външно дишанепредставлява обмен на газове между тялото и външната среда. Осъществява се чрез два процеса - белодробно дишане и дишане през кожата.
Белодробното дишане включва обмен на газове между алвеоларния въздух и околната среда и между алвеоларния въздух и капилярите. По време на газообмена с външната среда влиза въздух, съдържащ 21% кислород и 0,03-0,04% въглероден диоксид, а издишаният въздух съдържа 16% кислород и 4% въглероден диоксид. Кислородът преминава от атмосферния въздух в алвеоларния въздух, а въглеродният диоксид се освобождава в обратната посока.
При обмен с капилярите на белодробната циркулация в алвеоларния въздух налягането на кислорода е 102 mm Hg. Чл., И въглероден диоксид - 40 mm Hg. Чл., Напрежение на кислорода във венозната кръв - 40 mm Hg. Чл., И въглероден диоксид - 50 mm Hg. Изкуство. В резултат на външното дишане от белите дробове тече артериална кръв, богата на кислород и бедна на въглероден диоксид.
Външното дишане се осъществява в резултат на ритмичните движения на трудната клетка. Дихателният цикъл се състои от фази на вдишване и издишване, без пауза между тях. В покой възрастен има дихателна честота 16-20 в минута.
Вдишайтее активен процес. При спокойно вдишване външните междуребрени и междухрущялни мускули се свиват. Те повдигат ребрата, а гръдната кост се придвижва напред. Това води до увеличаване на сагиталните и фронталните размери на гръдната кухина. В същото време мускулите на диафрагмата се свиват. куполът му се спуска, а коремните органи се придвижват надолу, встрани и напред. Поради това гръдната кухина се увеличава във вертикална посока.
След края на вдишването дихателните мускули се отпускат - т издишване.Спокойното издишване е пасивен процес. По време на него гръдният кош се връща в първоначалното си състояние под въздействието на собствената си тежест, напрегнатия лигаментен апарат и натиска върху диафрагмата на коремните органи. При физическо натоварване, патологични състояния, придружени от задух (белодробна туберкулоза, бронхиална астма и др.), Възниква принудително дишане. Допълнителните мускули участват в акта на вдишване и издишване. При принудително вдишване стерноклеидомастоидният, скален, гръдният и трапецовидният мускул допълнително се свиват. Те насърчават допълнително повдигане на ребрата. При принудително издишване вътрешните междуребрени мускули се свиват, което увеличава спускането на ребрата. Тези. принудителното издишване е активен процес.
Налягането в плевралната кухина и неговия произход и роля в механизма на външното дишане. Промени в налягането в плевралната кухина през различните фази на дихателния цикъл.
Налягането в плевралната кухина винаги е под атмосферното - отрицателно налягане.
Размерът на отрицателното налягане в плевралната кухина:
· в края на максималното издишване - 1-2 mm Hg. Изкуство.,
· до края на тихото издишване - 2-3 mmHg. Изкуство.,
· до края на тихо вдъхновение - 5-7 mm Hg. Изкуство.,
· в края на максималното вдишване - 15-20 mm Hg. Изкуство.
Скоростта на растеж на гръдния кош е по-висока от тази на белодробната тъкан. Това води до увеличаване на обема на плевралната кухина и тъй като тя е запечатана, налягането става отрицателно.
Еластична тяга на белите дробове- силата, с която тъканта се стреми да се срути.
Еластичната тракция на белите дробове се дължи на :
1) повърхностно напрежение на течния филм, покриващ вътрешната повърхност на алвеолите;
2) еластичността на тъканта на стените на алвеолите поради наличието на еластични влакна в тях;
3) тонус на бронхиалната мускулатура.
5. Жизненоважна течност и нейните компоненти. Методи за тяхното определяне. Остатъчен въздух.
Функционирането на апарата за външно дишане може да се съди по обема на въздуха, постъпващ в белите дробове по време на един дихателен цикъл. Обемът въздух, влизащ в белите дробове по време на максимално вдишване, формира общия белодробен капацитет. Той е приблизително 4,5-6 литра и се състои от жизнения капацитет на белите дробове и остатъчния обем.
Жизнен капацитет на белите дробове- количеството въздух, което човек може да издиша след дълбоко вдишване. Той е един от показателите за физическото развитие на тялото и се счита за патологичен, ако е 70-80% от правилния обем. По време на живота тази стойност може да се промени. Това зависи от редица причини: възраст, ръст, положение на тялото в пространството, прием на храна, физическа активност, наличие или липса на бременност.
Жизненият капацитет на белите дробове се състои от приливни и резервни обеми. Дихателен обем- това е количеството въздух, което човек вдишва и издишва в спокойно състояние. Размерът му е 0,3-0,7 литра. Той поддържа парциалното налягане на кислорода и въглеродния диоксид в алвеоларния въздух на определено ниво. Инспираторният резервен обем е количеството въздух, което човек може допълнително да вдиша след тихо вдишване. Като правило, това е 1,5-2,0 литра. Характеризира способността на белодробната тъкан да претърпи допълнително разтягане. Резервният експираторен обем е количеството въздух, което може да бъде издишано след нормално издишване.
Остатъчен обем- постоянен обем въздух в белите дробове дори след максимално издишване. Това е около 1,0-1,5 литра.
Важна характеристика на дихателния цикъл е честотата на дихателните движения в минута. Нормално е 16-20 движения в минута. Продължителността на дихателния цикъл се изчислява, като 60 s се разделят на честотата на дишане.
Времето на влизане и изтичане може да се определи с помощта на спирограма.
Белодробни обеми:
1. Дихателен обем (TO) = 500 ml
2. Инспираторен резервен обем (инспираторен RO) = 1500-2500 ml
3. Експираторен резервен обем (експираторен обем) = 1000 ml
4. Остатъчен обем (VR) = 1000 -1500ml
Белодробен капацитет:
Общ белодробен капацитет (TLC) = (1+2+3+4) = 4-6 литра
Жизнен капацитет на белите дробове (VC) = (1+2+3) =3,5-5 литра
Функционален остатъчен капацитет на белите дробове (FRC) = (3+4) = 2-3 литра
- инхалационен капацитет (IV) = (1+2) = 2-3 литра
Минутен обем на белодробната вентилация и неговите промени при различни натоварвания, методи за определянето му. „Вредно пространство” и ефективна белодробна вентилация. Защо рядкото и дълбоко дишане е по-ефективно.
Минутен обем- количеството въздух, обменено с околната среда по време на тихо дишане. Определя се от произведението на дихателния обем и дихателната честота и е 6-8 литра.
Средната му стойност е 500 ml, дихателната честота на минута е 12-16 и следователно минутният обем на дишането е средно 6-8 литра.
Въпреки това, не целият въздух, влизащ в дихателната система, участва в газообмена. Част от въздуха запълва дихателните пътища (ларинкс, трахея, бронхи, бронхиоли) и не достига до алвеолите, тъй като напуска тялото първи при издишване.
Този въздух се нарича - въздух на вредното пространство.Обемът му е средно 140-150 ml. Затова се въвежда концепцията за ефективна белодробна вентилация. Това е количеството въздух за една минута, което участва в газообмена. Ефективната белодробна вентилация при един и същ минутен обем на дишане може да бъде различна. И така, колкото по-голям е приливният обем, толкова по-малък е относителният обем въздух във вредното пространство. Следователно, рядкото и дълбоко дишане е по-ефективно за снабдяването на тялото с кислород, тъй като вентилацията на алвеолите се увеличава.
Дъх
Обменът на кислород (0 2) и въглероден диоксид (C0 2) между тялото и околната среда се нарича дишане.
В процеса на живот човешкото тяло консумира кислород (0 2) и отделя въглероден диоксид (CO 2). Здрави
мъж на средна възраст с нормално телосложение с телесно тегло 70 kg консумира за 1 минута при основни метаболитни условия. 250 ml 0 2 и отделя около 200 ml въглероден диоксид. По време на физическа активност консумацията на 0 2 и съответно отделянето на CO 2 се увеличава няколко пъти. В този случай повишаването на тъканния метаболизъм се осигурява не само чрез пропорционално увеличаване на консумацията на 0 2, но и използването на 0 2 също се увеличава, което води до по-пълно възстановяване на оксихемоглобина в тъканите. Осигуряването на тялото с необходимото количество 0 2 и отстраняването на CO 2 е възможно само при условие на нормален ход и координирани промени в редица последователни действия.
При хората дишането се осъществява чрез редица последователни процеси: 1) обмен на газове между околната среда и белите дробове, който обикновено се нарича "белодробна вентилация"; 2) обмен на газове между алвеолите на белите дробове и кръвта (белодробно дишане); 3) обмен на газове между кръвта и тъканите. И накрая, газовете се движат вътре в тъканта до местата на потребление (за 0 2) и от местата на образуване (за CO 2) (клетъчно дишане).
Движението на газовете в дихателната система и между околната среда и тъканите възниква в резултат на разликите в налягането. Намаленото налягане 0 2 в тъканта кара газа да се движи към нея. За C0 2 градиентът на налягането е насочен в обратна посока и C0 2 преминава в околната среда.
Известно е, че налягането на водните пари в тялото е по-високо, отколкото в околната среда, и по този начин тялото губи вода при дишане.
Дихателната система (фиг. 17.13) се състои от тъкани и органи, които осигуряват белодробна вентилация и белодробно дишане (дихателни пътища, бели дробове и елементи на опорно-двигателния апарат). Дихателните пътища включват: нос, носна кухина, назофаринкс, ларинкс, трахея, бронхи и бронхиоли. Белите дробове се състоят от бронхиоли и алвеоларни торбички, както и артерии, капиляри и вени на белодробната циркулация. Елементите на мускулно-скелетната система, свързани с дишането, включват ребрата, междуребрените мускули, диафрагмата и спомагателните дихателни мускули.
Бели дробове
Белите дробове са най-важната структура, която осъществява физиологичната връзка на тялото с околната среда:
общата им повърхност е приблизително 30 пъти по-голяма от площта на кожата.
Като цяло белите дробове имат вид на гъбести, порести конусовидни образувания, разположени в двете половини на гръдната кухина. Най-малкият структурен елемент на белия дроб, лобулата, се състои от крайна бронхиола, водеща до белодробната бронхиола и алвеоларния сак. Стените на белодробния бронхиол и алвеоларния сак образуват вдлъбнатини - алвеоли. Алвеоларните стени се състоят от един слой епителни клетки тип I и са заобиколени от белодробни капиляри.
Плеврата
Всеки бял дроб е заобиколен от торбичка, образувана от серозна мембрана - плеврата (фиг. 17.14). Външният (родителски) слой на плеврата е в съседство с вътрешната повърхност на гръдната стена
Гръдна кухина
Гръдната кухина е ограничена отзад от първите десет гръдни прешлена (виж фиг. 17.13), последните два гръдни прешлена функционално принадлежат към коремната кухина и не участват активно в дишането. Предната стена на гръдния кош се образува от гръдната кост. Страничната стена на гръдния кош се формира от ребрата и ребрените хрущяли. Ребрата лежат по двойки от двете страни на гръбначния стълб. Всяко ребро се спуска надолу от нивото на артикулацията си с прешлена и е прикрепено към гръдната кост отдолу (виж Фиг. 17.16). Пространството между ребрата се нарича интеркостално пространство.
Дихателни мускули
Дихателните мускули са тези мускули, чиито контракции променят обема на гръдния кош. Мускулите, простиращи се от главата, шията, ръцете и някои от горните гръдни и долните шийни прешлени, както и външните междуребрени мускули, свързващи ребро с ребро, повдигат ребрата и увеличават обема на гръдния кош. Диафрагмата, мускулно-сухожилна плоча, прикрепена към прешлените, ребрата и гръдната кост, разделя гръдната кухина от коремната кухина (фиг. 17.15). Това е основният мускул, участващ в нормалното вдишване. При увеличено вдишване се свиват допълнителни мускулни групи. При усилено издишване действат мускулите, прикрепени между ребрата (вътрешни междуребрени мускули) към ребрата и долните гръдни и горните лумбални прешлени, както и коремните мускули; те спускат ребрата и притискат коремните органи към отпуснатата диафрагма, като по този начин намаляват капацитета на гръдния кош.
Механизъм за вдишване
Актът на вдишване (вдъхновение)възниква поради увеличаване на обема на гръдната кухина в три посоки - вертикална, сагитална и фронтална. Това се дължи на повдигането на ребрата и спускането на диафрагмата (фиг. 17.16).
В състояние на издишване ребрата се спускат надолу; и в състояние на вдишване те заемат по-хоризонтално положение, издигайки се нагоре; в същото време долният край на гръдната кост се придвижва напред. Поради движението на ребрата по време на вдишване, напречното сечение на гръдния кош става по-голямо както в напречна, така и в надлъжна посока (виж фиг. 17.16).
Ребрата са лостове от втори вид с точка на въртене при съединяването им с гръбначния стълб (фиг. 17.17, а,С). При свиване външните междуребрени мускули трябва да приближават ребрата, но от момента на силата при долното прикрепване на мускулите (ж) повече от горния б)поради голямата дължина на лоста (с- ж), тогава, когато мускулите се свиват, ребрата се издигат.
По време на вдишване диафрагмата се свива, в резултат на което нейният купол става по-плосък и по-нисък (виж фиг. 17.16). .
В зависимост от възрастта, пола и вида на дейност дишането се осъществява предимно или чрез междуребрените мускули - костален или торакален тип дишане, или чрез диафрагмата - диафрагмален или коремен тип дишане. Има и смесен тип, при който дишането включва долните части на гръдния кош и горната част на корема, среща се при възрастни хора, както и при гръдна ригидност и намалена еластичност на белодробната тъкан (белодробен емфизем, пневмосклероза и др.) .
Видът на дишането не е строго постоянен и може да варира в зависимост от първоначалната позиция, типа на тялото, пола, вида дейност и състоянието на пациента. По този начин, когато носите тежък товар на гърба, гръдният кош се фиксира от мускулите на тялото и междуребрените пространства неподвижно заедно с гръбначния стълб; дишането се осъществява единствено чрез движенията на диафрагмата. При бременните жени изместването на диафрагмата надолу е затруднено и затова преобладава ребреният тип дишане.
При учестено дишане, например при спортисти, в акта на вдишване участват редица допълнителни или спомагателни дихателни мускули.
При вдишване обемът на гръдния кош и белите дробове в него се увеличават; в същото време налягането в тях намалява и въздухът навлиза в белодробните алвеоли през дихателните пътища.
Механизъм за издишване
По време на вдишване дихателните мускули на човек преодоляват редица сили: 1) тежестта на ребрата, повдигнати нагоре; 2) еластична устойчивост на ребрените хрущяли; 3) съпротивлението на стените на корема и коремните вътрешности, притиснати надолу от низходящия купол на диафрагмата. Когато вдишването приключи и дихателните мускули се отпуснат, под въздействието на тези сили ребрата се спускат и куполът на диафрагмата се издига. В резултат на това обемът на гръдния кош намалява. По този начин актът на издишване (издишване) обикновено се случва пасивно, без участието на мускулите.
По време на принудително издишване изброените сили, които намаляват обема на гръдния кош, се присъединяват към свиване на вътрешните междуребрени мускули, задните долни зъбчати мускули и коремните мускули.
Когато вътрешните междуребрени мускули се свиват, ребрата се спускат.
Когато коремните мускули се свиват, те избутват коремните органи и купола на диафрагмата нагоре.
При издишване обемът на гръдния кош и следователно на белите дробове намалява, налягането в алвеолите се увеличава и въздухът напуска белите дробове.
При здрав човек дишането в спокойно състояние е ритмично, а броят на дихателните движения е 14-18 в минута, а при спортисти - 8-12. Дишането може да е учестено или рядко.
Учестено дишане се наблюдава след физическо натоварване (по време на тренировка), при нервна възбуда и др.
Намаляване на дихателните движения се наблюдава при заболявания, които инхибират функциите на дихателния център или при анатомични промени в бронхите (стесняване, компресия и др.).
Здравият човек диша ритмично и дълбоко. Но има и нарушение на ритъма на дишане, което по правило е резултат от нарушение на координационната способност на дихателния център, характеризиращо се с факта, че хармоничната, координирана работа на отделните групи дихателни мускули е нарушено. В тази връзка настъпва по-бърза умора на дихателната мускулатура, което води до нарушено снабдяване на мускулите с кислород и умора на пациента.
Ритъмът на дишане може да бъде нарушен по време на крос-кънтри бягане (крос-кънтри), при ски-бягане и други спортове, както и при тестване на спортисти със симптоми на претрениране (например при извършване на „степ тест“ или „бягане“ на място”).
Механика на дихателните движения
Преместването на въздух навътре и навън от белите дробове изисква работа. За да навлезе въздух в белите дробове, трябва да се преодолеят три вида сили, а именно: 1) еластично съпротивление; 2) съпротивление на въздушния поток в трахеобронхиалното дърво и 3) съпротивление от нееластични тъкани като ребра.
Разширяването на белите дробове се дължи на увеличаване на обема на гръдния кош.
Ако външното налягане стане по-високо от атмосферното, само малко количество въздух напуска белите дробове, тъй като малко
Наклонът на кривата налягане-обем, т.е. промяната в обема за единица промяна в налягането, се нарича разтегливост.При физиологични условия (ако налягането на опън е от -2 до -10 см воден стълб), белите дробове имат удивителна разтегливост. При човека достига приблизително 200 ml/cm вода. чл., но при по-високо налягане намалява. Това съответства на по-плоска част от кривата налягане-обем.
Податливостта на белите дробове намалява донякъде с повишено налягане в белодробните вени и белите дробове се препълват с кръв. При алвеоларен оток той намалява в резултат на неспособността на някои алвеоли да се надуят. Заболявания, придружени от белодробна фиброза и възпалителни процеси, също водят до намаляване на тяхната разтегливост. Това се дължи на промени в еластичните тъкани.
Еластиновите и колагенови влакна преминават през стените на алвеолите, както и около съдовете и бронхите. По дефиниция еластичността на белите дробове е равна на промяната в техния обем за единица промяна на налягането. За да се оцени, е необходимо да се измери вътреплевралното налягане. В същото време се записва налягането в хранопровода: субектът поглъща катетър с малък балон в края.
Съгласието на белите дробове може да се измери много просто: субектът е помолен да поеме възможно най-дълбоко въздух и след това да издиша въздух в спирометъра на части от, да речем, 500 ml. В същото време се определя налягането в хранопровода. След това се построява графика налягане-обем, подобна на кривата на фиг. 17.18. Този метод ви позволява да получите най-много информация за еластичността на белите дробове. Комплайънсът на белите дробове може да се измери и по време на тихо дишане (фиг. 17.19). Този метод се основава на факта, че при липса на въздушен поток (в края на вдишването и издишването) вътреплевралното налягане отразява само еластичната тяга на белите дробове и не зависи от силите, възникващи по време на движението на въздушния поток. По този начин, съответствието ще бъде равно на съотношението на разликата в белодробните обеми в края на вдишването и издишването към разликата в вътреплевралното налягане в същите моменти.
Вентилацията на белите дробове се влияе от: частично запушване (запушване) на дихателните пътища (храчки, слуз и др.) и след това пълнене
дихателните пътища (части от белите дробове) ще се появят по-бавно. С увеличаването на честотата на дишане обемът на въздуха, влизащ в такава зона, става все по-малък.
Не само белите дробове, но и гърдите имат еластичност.
Обикновено гръдният кош се свива, а белите дробове се разтягат и действащите в тях еластични сили се балансират взаимно.
Експериментът показва, че при обем, равен на функционалния остатъчен капацитет (FOR), релаксационното налягане е отрицателно. Това означава, че гръдният кош има тенденция да се разширява. Едва когато обемът достигне приблизително 75% от жизнения капацитет на белите дробове (VC), налягането на релаксация става равно на атмосферното налягане, т.е гръдният кош достига до състояние на равновесие. гръдния кош е равен на сумата от техните релаксационни налягания, измерени поотделно. Тъй като налягането (за даден обем) е обратно пропорционално на податливостта, общата податливост на белите дробове и гръдния кош може да се изчисли по формулата
Известно е, че клетките, покриващи стените на алвеолите, произвеждат секрет, който значително намалява повърхностното напрежение на алвеоларната течност.
Ефектът на секрецията (повърхностно активното вещество) върху повърхностното напрежение се обяснява с ниското му повърхностно напрежение в алвеолите и по този начин еластичността на белите дробове се увеличава и по този начин работата, извършена по време на вдишване, намалява; и също така осигурява стабилността на алвеолите, има около 300 милиона от тях в белите дробове и всички те са склонни към колапс (ателектаза), огнища на които често се образуват в белите дробове по време на заболявания.
При липса на сърфактант, белите дробове стават по-„твърди“ (т.е. по-малко разтегливи).
Известно е, че долните части на белите дробове са по-добре вентилирани от горните части. Това очевидно се дължи на факта, че в областта на основите на белите дробове вътреплевралното налягане е по-малко отрицателно, отколкото в областта на върховете.
Съпротивление на дихателните пътища
Въздухът преминава през тръбата (фиг. 17.20), ако има разлика в налягането между нейните краища. Скоростта и характеристиките на въздушния поток зависят от неговата стойност. При ниски скорости линиите на потока може да са успоредни на стените на тръбата (А).Това е така нареченият ламинарен режим. Тъй като скоростта на потока се увеличава, той става все по-малко равномерен, особено в местата, където тръбата се разклонява, където може да възникне разделяне на въздушните потоци с образуването на локални вихри (B).И накрая, при много високи скорости линиите на потока напълно губят ред и потокът в този случай се нарича турбулентен (IN).
Уравнението, свързващо налягането и скоростта на потока (т.е. обемната скорост) при ламинарен поток, е изведено за първи път от французите
Където V - поток на течност, Р- налягане, създаващо потока (AP, вижте фиг. 17.20), Ж- радиус на тръбата, ц- вискозитет на течността, / - дължина на тръбата. От уравнението става ясно, че налягането е пропорционално на дебита (I = КВ). Тъй като съпротивлението на потока Р равно на налягането, разделено на дебита, можем да запишем:
Както можете да видите, радиусът на тръбата играе голяма роля; когато се намали наполовина, съпротивлението на потока се увеличава 16 пъти.
Също така е важно връзката между налягането и потока да се влияе от вискозитета, а не от плътността на течността.
Една от характеристиките на напълно развития ламинарен поток е, че газовите частици в центъра на тръбата се движат с двойна средна скорост (виж Фиг. 17.20).
Характеристиките на турбулентния поток са напълно различни. Налягането в този случай вече не е пропорционално на дебита на течността, а приблизително на квадрата на дебита (Р= КВ 2 ). Вискозитетът в този режим не играе съществена роля и увеличаването на плътността на течността при даден дебит увеличава спада на налягането.
Дали потокът е ламинарен или турбулентен зависи до голяма степен от така нареченото число на Рейнолдс (Re), получено от уравнението:
Където д - плътност на течността, v - средна линейна скорост, r - радиус на тръбата, r] - вискозитет на течността. В прави, гладки тръби турбулентността е възможна при числа на Рейнолдс, по-големи от 2000.
Съпротивление на дихателните пътищаможе да се изчисли чрез разделяне на разликата в налягането в устната кухина и алвеолите на скоростта на потока
Трудно е да се приложат всички тези закони към такава сложна система от тръби като бронхиалното дърво - с всичките му разклонения, промени в диаметъра и неравни стени. На практика характеристиките на потока много зависят от "входните" характеристики на тръбата. Ако на някое разклонение се появи турбуленция, въздушният поток сякаш го „дърпа“ със себе си и изчезва само на определено разстояние от точката на произход. Тъй като бронхиалното дърво постоянно се разклонява, може да се приеме, че истинският ламинарен поток (виж Фиг. 17.20) възниква само в най-малките дихателни пътища, където числото на Рейнолдс е много малко (в терминалните бронхиоли може да бъде около 1). В други области потокът има преходен характер (В). В трахеята може да се наблюдава турбулентен поток, особено по време на физическа активност, когато скоростта на въздуха се увеличава. Като цяло, за да се изчисли „разликата“ в налягането в бронхиалното дърво, трябва да се използват както първата, така и втората степен на въздушния поток:
Съпротивлението на дихателните пътища е равно на отношението на разликата в налягането между алвеолите и устната кухина към въздушния поток (виж фиг. 17.20). Може да се измери чрез обща плетизмография (фиг. 17.21). Преди субектът да си поеме въздух (A),
налягането в плетизмографската камера е равно на атмосферното. По време на вдишване налягането в алвеолите намалява и обемът на алвеоларния въздух се увеличава с AV. В този случай въздухът в камерата намалява и чрез промяна на налягането е възможно да се изчисли AV(Вижте Фиг. 17.22).
къде съм и Р 2 - налягане в камерата, съответно, преди и по време на опит за вдишване, V { - обем на камерата преди този опит, a AV- промяна в обема на камерата (или белите дробове). От тук можете да изчислите
AV. Ако обемът на белия дроб е известен, можете да преминете от D1/към интраалвеоларно налягане, като използвате закона на Бойл-Мариот (П 3 V 2 = П 4 (V 2 + AV), Където Р 3 и P 4 - налягане в устната кухина, съответно преди и по време на опит за вдишване, a V 2 - FRC, който се изчислява по тази формула).
В същото време се измерва въздушният поток, което дава възможност да се изчисли съпротивлението на дихателните пътища. Същите измервания се правят при издишване. Методът за определяне на белодробния обем е показан на фиг. 17.22.
Съпротивлението на дихателните пътища може също да се изчисли по време на тихо дишане чрез измерване на вътреплевралното налягане с помощта на катетър, поставен в хранопровода (виж Фиг. 17.19). Резултатите обаче ще включват и устойчивост на тъканите. Интраплевралното налягане се определя, от една страна, от силите, противодействащи на еластичната тяга на белите дробове, а от друга, от силите, преодоляващи съпротивлението на дихателните пътища и тъканите.
За да се движат белите дробове и гърдите по време на дишане, е необходимо да се изразходва работа. В този случай е най-удобно да го измерите чрез произведението на налягането и обема.
Работата, изразходвана за движението на белите дробове, може да се оцени от кривата налягане-обем (фиг. 17.23). При вдишване вътреплевралното налягане се променя в съответствие с кривата ABC и работата се изразходва за движението на белите дробове, съответстващо на зоната на ABVGO. Трапецът OADVGO отразява работата, необходима за преодоляване на еластичните сили, а защрихованата секция ABVDA отразява работата, изразходвана за преодоляване на вискозното съпротивление на дихателните пътища и тъканите (виж фиг. 17.19). Колкото по-високо е съпротивлението на дихателните пътища или скоростта на въздушния поток по време на вдишване, толкова по-отрицателно ще бъде вътреплевралното налягане, толкова повече точка B ще се измести надясно (към отрицателни стойности) в сравнение с точка D и колкото по-голяма е площта на засенчената зона ще бъде.
Работата, необходима за преодоляване на съпротивлението на дихателните пътища (и тъканите) по време на издишване, съответства на областта ADVEA. При нормални условия той е „вписан“ в трапеца на OADVGO, т.е. работата за преодоляване на вискозните сили може да бъде извършена с помощта на енергията, съхранявана в еластични структури и освободена по време на пасивно издишване. Разликата между площите ADVEA и OADVGO съответства на разсейваната енергия като топлина.
Колкото по-висока е скоростта на дишане и въздушният поток, толкова по-голяма е площта на секцията ABCDA (т.е. работата за преодоляване на вискозните сили). От друга страна, колкото по-голям е приливният обем (TV), толкова по-голяма е площта на трапеца OADVGO (т.е. работата за преодоляване на еластичните сили).
Пациентите с намален белодробен комплайънс (пневмосклероза, емфизем и др.) са склонни да дишат по-често и имат повърхностно дишане; а при обструкция на дихателните пътища дишането е бавно. И в двата случая това помага да се намали необходимото количество работа.
При извършване на тежък физически труд, при спортуване, особено циклични спортове (гребане, плуване, ски бягане, бягане и др.), необходимата работа се увеличава, а разходите се увеличават, ако спортистът тренира при неблагоприятни климатични условия (среднопланински , зони с горещ и влажен климат и др.).
Обща работаколичеството, изразходвано за движение на белите дробове и гърдите, е трудно за измерване, въпреки че някои оценки са получени по време на изкуствена вентилация в изкуствен белодробен респиратор. Тази работа може да се изчисли по същия начин чрез измерване на консумацията на кислород за дишане и като се вземе предвид коефициентът на ефективност (КПД):
Смята се, че това съотношение е около 5-10%.
Консумацията на кислород за тихо дишане е изключително малка - под 5% от общата консумация на 0 2. При доброволна хипервентилация те могат да се увеличат до 30%. При спортистите по време на физическа работа (тренировка или състезание) усвояването на кислород от дихателната мускулатура се увеличава и по този начин дихателната мускулатура е ограничаващият фактор при извършване на физическа работа (натоварване).
къде V- промяна в обема и AR- промяна в налягането.
Общото съответствие на белия дроб и гръдната стена може да се определи чрез изготвяне на графика, изразяваща вътребелодробното налягане, необходимо за поддържане на известен обем газ в белия дроб. Това се прави експериментално, като се напълнят белите дробове с определен обем, отпуснат се всички дихателни мускули и се измери налягането в устата (при затворени ноздри). Комплайънсът на белия дроб е равен на вътреплевралното налягане и може да се определи по същия начин (фиг. 17.24).
Установено е, че от 3/4 до 7/8 от общото еластично съпротивление се създава от повърхностното напрежение на течния филм, покриващ вътрешната повърхност на алвеолите, а останалата част се създава от еластичните свойства на тъканта. Колкото по-високо е повърхностното напрежение, толкова повече енергия е необходима за преодоляване на съпротивлението му. Повърхностното напрежение се намалява от повърхностно активното вещество. Смята се, че сърфактантът стабилизира белодробните алвеоли, така че те да не се свиват при издишване.
Доказано е, че съпротивлението на въздушния поток се създава главно в средните по размер бронхи (фиг. 17.25). Въз основа на уравнението на Поазей може да се очаква, че мястото
Най-малките бронхиоли ще имат най-голямо съпротивление, но в действителност това не е така. Въздушните пътища с диаметър по-малък от 2 мм създават по-малко от 20% от измереното съпротивление на въздушния поток. Изобилието от малки въздушни канали създава голямо общо напречно сечение за въздушния поток. За много малък белодробен обем е описан феноменът на "затворен дихателен път", т.е. обратим колапс на малки бронхиоли. При такива условия при вдишване за отваряне се изразходва известно количество енергия
Работата по движението на гръдния кош и белия дроб срещу съпротивлението на нееластични тъкани също зависи от времето. При възрастни мъже той представлява около 20% от общия енергиен разход по време на дишане.
Общата работа, необходима за придвижване на въздуха в и от белия дроб, включително движението на гръдния кош, може да се изчисли от графиката налягане-обем (фиг. 17.26):
Тази работа се състои от работа срещу еластични сили (виж Фиг. 17.26) и срещу нееластични сили (виж Фиг. 17.26). За даден минутен обем има интензивност на работа при
при което сумата от еластичните и зависимите от времето нееластични компоненти е минимална (фиг. 17.27). По време на нормално дишане, придвижването на въздух към и от белите дробове изисква по-малко от 5% от общата консумация на кислород (фиг. 17.28).
Дж.М. Petit и др. (1962) установиха връзка между ефективността и дихателната честота при хората. Авторите записват ЕМГ на диафрагмата и ректуса на корема и стигат до извода, че при бавно и дълбоко дишане се получава дискоординация на мускулите-антагонисти, а при учестено дишане тяхното функциониране е по-координирано. Именно с този фактор те обясняват повишаването на ефективността с увеличаване на дишането.
А.В. Otis (1950) предлага да се определи механичната мощност на дишането, като се използва следното уравнение:
Където У - механична мощност на външното дишане (W); V - минутен обем на дишане; ДА СЕ { \\ ДА СЕ 2 - константи.
Първата част на уравнението характеризира мощността, необходима за преодоляване на еластичното съпротивление на белите дробове и гръдния кош плюс ламинарното съпротивление на въздушния поток в дихателните пътища; втората част е мощността, необходима за преодоляване на турбулентното съпротивление на въздушния поток в дихателните пътища. При човек в покой и по време на лека физическа работа със стойности на MOR, които не надвишават 30 l, механичната мощност на външното дишане е 0,04-0,31 W, но при стойност на MOR 120-125 l тази мощност достига 6,97-8,37 вт
С увеличаване на MOR с 25 l спрямо състоянието на покой (8-12 l), разходът на кислород за дишане се увеличава и за всеки литър вентилация се изразходва допълнителен 1 ml кислород (0 2), а с увеличаване на MOR от 50-80 l - съответно 2,0- 3,2 ml 0 2 . Ако стойността на MOD надвишава 100 ml, повече от 1 литър 0 2 се изразходват за работата на дихателните мускули. Ако MOD надвишава 150 литра, тогава разходът на кислород за дишане е около 4,5 литра. R. J. Shepard (1966) смята, че нивото на MOP от 120 l е критична граница, над която енергийните разходи за работа на апарата за външно дишане стават особено високи.
Промени в белодробния обем
Обемът на белия дроб не се променя еднакво при вдишване. Има три основни причини за това. Първо, гръдната кухина се увеличава неравномерно във всички посоки. Второ, не всички
части от белия дроб са еднакво разтегливи. Трето, предполага се наличието на гравитационен ефект, който допринася за изместването на белия дроб надолу (фиг. 17.29).
Обемът въздух, вдишан при нормално (непринудено) вдишване и издишан при нормално (непринудено) издишване, се нарича въздух за дишане.Обемът на максималното издишване след предишното максимално вдишване се нарича жизнен капацитет на белите дробове (VC).Той не е равен на целия обем въздух в белия дроб (общ белодробен обем), тъй като белите дробове не се свиват напълно. Обемът въздух, който остава в безсънните бели дробове, се нарича остатъчен въздух.Има допълнителен обем, който може да се вдиша при максимално усилие след нормално вдишване. А въздухът, който се издишва с максимално усилие след нормално издишване, е резервен обемям издишвам.Функционалният остатъчен капацитет се състои от експираторен резервен обем и остатъчен обем. Това е въздухът в белите дробове, в който се разрежда нормалният въздух за дишане. В резултат на това съставът на газа в белите дробове обикновено не се променя драматично след едно дишане.
вентилация
Вентилацията на белите дробове зависи от дихателния обем (TV) и дихателната честота. Обемът въздух, който белите дробове могат да задържат при възможно най-дълбоко вдишване, се нарича общ белодробен капацитет(OEL).Обемът, който човек може да издиша след максимално вдишване, е жизнен капацитет на белите дробове (VC).Нормалната дълбочина на дишането, характерна за индивида в покой, се нарича дихателен обем (TO)и е около 10% TEL или 15-18% VC. Произведението на дихателния обем и броя на вдишванията е минутен обемдишане (MOD).Тази стойност зависи преди всичко от нивото на метаболизма, телесната маса (тегло), възрастта и в състояние на покой при възрастен може да варира в широки граници от 3 до 10 литра.
На фиг. 17.30 Схематично са представени белодробни обеми на човека. По-горе голямата диаграма показва четирите основни белодробни обема и техните приблизителни стойности. Външният кръг показва най-големия обем, до който белите дробове могат да бъдат разтегнати; вътрешният кръг (остатъчен обем) ограничава обема, оставащ след изтласкването на целия въздух от белите дробове (по време на спонтанно дишане). Около централната диаграма има по-малки; защрихованите области върху тях представляват четирите белодробни капацитета. Обемът на газа в мъртвото пространство е включен в остатъчния обем, функционалния остатъчен капацитет и общия белодробен капацитет, какъвто е случаят, когато се измерва с конвенционален
От общото количество въздух, вдишван при нормални условия от човек, около 150 ml не попадат в алвеолите и се разпределят в горните дихателни пътища - фаринкс, ларинкс, трахея и бронхи - в т. нар. мъртво пространство (МП) и следователно не участва в газообмена.
Има анатомично и физиологично мъртво пространство. Обемът на анатомичното мъртво пространство може да се изчисли по формулата:
При нормални условия стойността на анатомичния MP е сравнително постоянна. аз
По време на дихателния процес не целият вдишван въздух достига до алвеолите и участва в газообмена; Ето защо е необходимо да се въведе още едно понятие – минутна алвеоларна вентилация (МАВ). При възрастен човек MAV е средно 2,5-5 l/min. Връзката между минутния обем на дишане (MVR) и минутната алвеоларна вентилация може да се изрази с формулите:
Тъй като MAB определя газообмена, намаляването на неговия дял в MAP ще доведе до влошаване на газообмена и обратно. При същата MOR, увеличаването на дихателната честота (RR) води до намаляване на MAV и следователно до влошаване на газообмена. На фиг. 17.31 показва, че една и съща MOR (8000 ml) може да се получи при различни дихателни честоти (и, разбира се, при различни DO). Но ако при нормален RR и нормален DO делът на алвеоларната вентилация в MAV е доста висок и възлиза на 5600 ml (виж фиг. 17.31, b), тогава при тахипнея MAV намалява до 3200 ml, а делът на обема не участващи в газообмена се увеличава (виж 17.31, а). Това води до влошаване на газообмена и увеличаване на разходите за дишане.
Важен елемент от адекватната спонтанна вентилация на белите дробове на здрави и болни организми е синхронната активност
Връзки вентилация-перфузия. Белодробен кръвоток
Ефективността на газообмена в белите дробове зависи от това как обемът на вдишания въздух се разпределя в алвеолите и кръвния поток в белодробните съдове. В идеалния случай за всеки метър кръв, протичаща през белодробните съдове на минута, трябва да има 0,8 литра алвеоларен въздух, т.е. така нареченият вентилационно-перфузионен коефициент е 0,8 (фиг. 17.33).
Ако анализираме газообмена на здрав човек, тогава в почти всички случаи ще се установи по-голяма или по-малка неравномерност на разпределението на въздуха в белите дробове. При здрав човек в покой не всички алвеоли участват в дишането и не всички белодробни капиляри участват в кръвообращението. Въпреки това, равномерността на разпределението на въздуха в белите дробове се увеличава с увеличаване на MOU, например по време на физическа активност.
Неравномерното разпределение на кръвния поток в белодробните съдове също води до нарушаване на вентилационно-перфузионните отношения. Дори здрав човек почти никога няма идеално равномерно разпределение на кръвния поток, както и вентилация. При промени в позицията на тялото настъпват промени в разпределението на кръвния поток поради гравитацията.
Появата при неподвижни пациенти (особено при пациенти в постоперативен период с дълъг престой в едно положение и т.н.) на влажни, така наречените застойни хрипове в долните задни части на белите дробове (при липса на такива в горните части) е свързано именно с неравномерното разпределение на кръвотока и вентилацията. Фактът, че насищането на артериалната кръв 0 2 никога не достига 100% и обикновено е 96%, се обяснява с неравномерна вентилация и кръвен поток, в резултат на
По този начин, нормално, връзката вентилация-перфузия на всеки бял дроб поотделно се поддържа от автономни механизми, в зависимост от редица външни и вътрешни причини.
Регулация на дишането
Известно е, че основната функция на белите дробове е да обменят кислород (0 2) и въглероден диоксид (CO 2 ) между въздуха и кръвта, т.е. да поддържат нормални нива П Q И Р с в артериалната кръв.
Нивата на CO 2 (H + ) и 0 2 в артериалната кръв обикновено се регулират в тесни граници чрез белодробна вентилация.
Въпреки голямата променливост в абсорбцията на кислород (0 2) в тялото и освобождаването на въглероден диоксид (CO 2) от него, Р 0 И Р с в артериалната кръв обикновено остават сравнително постоянни. Тази удивителна регулация се постига чрез фин контрол на белодробната вентилация.
В централната нервна система има специални области, които участват в създаването на всяка вентилационна сила на дихателните мускули, а също така регулират цялостната дейност на дихателната система. Участието на централната нервна система се състои от два функционално отделни елемента: 1) автоматично дишане, свързано главно със структурите на мозъчния ствол, и 2) произволно дишане, свързано със структурите на по-високите нива на мозъка, главно с церебралните кора.
Установено е, че най-висшата част на централната нервна система, кората на главния мозък, влияе върху дълбочината и честотата на дишането. Когато се стимулират специфични области на мозъчната кора, дишането се учестява или намалява. Тези области са под доброволен контрол и се проявяват, когато ядем или говорим.
Системата за регулиране на дишането (фиг. 17.34) включва три основни елемента:
рецептори, които приемат информация и я предават на
централен регулатор, разположен в мозъка. Тук се обработва информацията и от тук се изпращат команди
3) ефектори (дихателни мускули), които директно извършват вентилация на белите дробове.
Освен това има редица механорецептори, чието възбуждане влияе върху естеството на дишането. Сред тях са рецепторите за налягане. Когато са развълнувани, възникват реакции, които варират от временна апнея до значително учестяване на дишането. Движението на ставите и разтягането на мускулите на крайниците увеличава както честотата на дишане, така и дихателния обем. Болката засяга и дишането.
Отговор на белите дробове на упражнения
Докато вътреплевралното налягане остава под атмосферното налягане, размерът на белите дробове следва плътно размера на гръдната кухина. Движенията на белите дробове възникват в резултат на свиване на дихателните мускули в комбинация с движението на части от гръдната стена и диафрагмата.
Вентилацията и белодробният кръвоток, транспортът на 0 2 и CO 2 и дифузионният капацитет по време на физическа активност могат да се увеличат няколко пъти.
При физическа активност вентилацията на белите дробове се увеличава рязко и при интензивна физическа работа може да стане много силна. При здрави млади мъже максимален прием
кислород (MIC) понякога достига 4 l/min, а белодробната вентилация - 120 l/min, т.е. 15 пъти по-висока от нивото в покой. Повишената вентилация е тясно свързана с увеличаването на консумацията на 0 2 и отделянето на CO 2 . Интересното е, че причините за това увеличение по време на физическа активност все още са до голяма степен неясни (J.B. West, 1988).
Под натоварване Р с не се увеличава в артериалната кръв; напротив, при тежка физическа работа обикновено леко намалява. При умерено физическо натоварване рН на артериалната кръв остава почти постоянно, но при тежка физическа работа намалява поради освобождаването на млечна киселина (лактат) по време на процеса на анаеробна гликолиза. Ясно е, че никой от тези фактори не трябва да предизвиква рязко увеличаване на вентилацията по време на лека или умерена физическа активност.
Изследванията показват, че ако правите пасивни движения на крайниците си, вентилацията на белите дробове се увеличава. Това изглежда се дължи на рефлексна реакция от рецептори, разположени в ставите или мускулите.
Предполага се, че увеличаването на вентилацията по време на тренировка може да се дължи отчасти на повишаване на телесната температура и импулси, идващи от моторния кортекс на мозъка.
Изследванията показват, че тренировките (и особено състезанията) в среднопланински и горещ и влажен климат предизвикват силна реакция на тялото на спортиста към външни фактори.