В альвеолярном воздухе содержание углекислого газа. Что значит "альвеолярный воздух"

Раздел очень прост в использовании. В предложенное поле достаточно ввести нужное слово, и мы вам выдадим список его значений. Хочется отметить, что наш сайт предоставляет данные из разных источников – энциклопедического, толкового, словообразовательного словарей. Также здесь можно познакомиться с примерами употребления введенного вами слова.

Что значит "альвеолярный воздух"

Словарь медицинских терминов

альвеолярный воздух

воздух, заполняющий альвеолы легких и непосредственно участвующий в газообмене с кровью.

Альвеолярный воздух

смесь газов (главным образом кислорода, углекислого газа, азота и паров воды), содержащаяся в лёгочных альвеолах. Объём А. в. (у человека 2,5≈3 л) и его состав колеблются в зависимости от фаз дыхательного цикла, неодинаково изменяясь в разных участках лёгких. Поступление кислорода в кровь, протекающую по лёгочным капиллярам, и удаление из неё углекислого газа (см. Газообмен), а также регуляция дыхания зависят от состава А. в., поддерживаемого у здоровых животных и человека в определённых узких границах благодаря вентиляции лёгких (у человека в норме А. в. содержит 14≈15% кислорода и 5≈5,5% углекислого газа). При недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и некоторых болезненных состояниях возникают изменения состава А. в., что может привести к гипоксии. См. Дыхание.

Мы подробно рассмотрели как воздух попадает в легкие. Теперь посмотрим, что с ним происходит дальше.

Система кровообращения

Мы остановились на том, что кислород в составе атмосферного воздуха поступает в альвеолы, откуда через их тонкую стенку посредством диффузии переходит в капилляры, опутывающие альвеолы густой сетью. Капилляры соединяются в легочные вены, которые несут кровь, насыщенную кислородом, в сердце, а точнее в левое его предсердие. Сердце работает как насос, прокачивая кровь по всему организму. Из левого предсердия обогащенная кислородом кровь отправится в левый желудочек, а оттуда - в путешествие по большому кругу кровообращения, к органам и тканям. Обменявшись в капиллярах тела с тканями питательными веществами, отдав кислород и забрав углекислый газ, кровь собирается в вены и поступает в правое предсердие сердца, и большой круг кровообращения замыкается. Оттуда начинается малый круг.

Малый круг начинается в правом желудочке, откуда легочная артерия несет кровь на «зарядку» кислородом в легкие, разветвляясь и опутывая альвеолы капиллярной сетью. Отсюда снова - по легочным венам в левое предсердие и так до бесконечности. Чтобы представить себе эффективность этого процесса, вообразите себе, что время полного оборота крови составляет всего 20-23 секунды. За это время объем крови успевает полностью «обежать» и большой и малый круг кровообращения.

Чтобы насытить кислородом столь активно меняющуюся среду, как кровь, необходимо учитывать следующие факторы:

Количество кислорода и углекислого газа во вдыхаемом воздухе (состав воздуха)

Эффективность вентиляции альвеол (площадь соприкосновения, на которой происходит обмен газами между кровью и воздухом)

Эффективность альвеолярного газообмена (эффективность веществ и структур, обеспечивающих соприкосновение крови и газообмен)

Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха

В обычных условиях человек дышит атмосферным воздухом, имеющим относительно постоянный состав. В выдыхаемом воздухе всегда меньше кислорода и больше углекислого газа. Меньше всего кислорода и больше всего углекислого газа в альвеолярном воздухе. Различие в составе альвеолярного и выдыхаемого воздуха объясняется тем, что последний является смесью воздуха мертвого пространства и альвеолярного воздуха.

Альвеолярный воздух является внутренней газовой средой организма. От его состава зависит газовый состав артериальной крови. Регуляторные механизмы поддерживают постоянство состава альвеолярного воздуха, который при спокойном дыхании мало зависит от фаз вдоха и выдоха. Например, содержание С0 2 в конце вдоха всего на 0,2-0,3% меньше, чем в конце выдоха, так как при каждом вдохе обновляется лишь 1/7 часть альвеолярного воздуха.

Кроме того, газообмен в легких протекает непрерывно, независимо от фаз вдоха или при выдоха, что способствует выравниванию состава альвеолярного воздуха. При глубоком дыхании, из-за нарастания скорости вентиляции легких, зависимость состава альвеолярного воздуха от вдоха и выдоха увеличивается. При этом надо помнить, что концентрация газов «на оси» воздушного потока и на его «обочине» тоже будет различаться: движение воздуха «по оси» будет быстрее и состав будет больше приближаться к составу атмосферного воздуха. В области верхушек легких альвеолы вентилируются менее эффективно, чем в нижних отделах легких, прилежащих к диафрагме.

Вентиляция альвеол

Газообмен между воздухом и кровью осуществляется в альвеолах. Все остальные составные части легких служат только для доставки воздуха к этому месту. Поэтому важна не общая величина вентиляции легких, а величина вентиляции именно альвеол. Она меньше вентиляции легких на величину вентиляции мертвого пространства. Так, при минутном объеме дыхания, равном 8000 мл и частоте дыхания 16 в минуту вентиляция мертвого пространства составит 150 мл х 16 = 2400 мл. Вентиляция альвеол будет равна 8000 мл - 2400 мл = 5600 мл. При том же самом минутном объеме дыхания 8000 мл и частоте дыхания 32 в минуту вентиляция мертвого пространства составит 150 мл х 32 = 4800 мл, а вентиляция альвеол 8000 мл - 4800 мл = 3200 мл, т.е. будет вдвое меньшей, чем в первом случае. Отсюда следует первый практический вывод , эффективность вентиляции альвеол зависит от глубины и частоты дыхания.

Величина вентиляции легких регулируется организмом таким образом, чтобы обеспечить постоянный газовый состав альвеолярного воздуха. Так, при повышении концентрации углекислого газа в альвеолярном воздухе минутный объем дыхания увеличивается, при снижении - уменьшается. Однако регуляторные механизмы этого процесса находятся не в альвеолах. Глубина и частота дыхания регулируются дыхательным центром на основании информации о количестве кислорода и углекислого газа в крови.

Обмен газов в альвеолах

Газообмен в легких осуществляется в результате диффузии кислорода из альвеолярного воздуха в кровь (около 500 л в сутки) и углекислого газа из крови в альвеолярный воздух (около 430 л в сутки). Диффузия происходит вследствие разности давления этих газов в альвеолярном воздухе и в крови.

Диффузия - взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. Диффузия происходит в направлении снижения концентрации вещества и ведет к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объему. Так, пониженная концентрация кислорода в крови ведет к его проникновению через мембрану воздушно-кровяного (аэрогематичеекого) барьера, избыточная концентрация углекислого газа в крови ведет к его выделению в альвеолярный воздух. Анатомически воздушно-кровяной барьер представлен легочной мембраной, которая, в свою очередь, состоит из эндотелиальных клеток капилляров, двух основных мембран, плоского альвеолярного эпителия, слоя сурфактанта. Толщина легочной мембраны всего 0,4-1,5 мкм.

Сурфактант - поверхностно-активное вещество, которое облегчает диффузию газов. Нарушение синтеза сурфактанта клетками легочного эпителия делает процесс дыхания практически невозможным из-за резкого замедления уровня диффузии газов.

Поступивший в кровь кислород и принесенный кровью углекислый газ могут находиться как в растворенном виде, так и в химически связанном. В обычных условиях в свободном (растворенном) состоянии переносится настолько малое количество этих газов, что им смело можно пренебречь при оценке потребностей организма. Для простоты будем считать, что основное количество кислорода и углекислого газа транспортируется в связанном состоянии.

Транспорт кислорода

Кислород транспортируется в виде оксигемоглобина. Оксигемоглобин - это комплекс гемоглобина и молекулярного кислорода.

Гемоглобин содержится в красных кровяных тельцах - эритроцитах . Эритроциты под микроскопом похожи на слегка приплюснутый бублик. Такая необычная форма позволяет эритроцитам взаимодействовать с окружающей кровью большей площадью, чем шарообразным клеткам (из тел, имеющих равный объем, шар имеет минимальную площадь). А кроме того, эритроцит способен сворачиваться в трубочку, протискиваясь в узкий капилляр и добираясь в самые отдаленные уголки организма.

В 100 мл крови при температуре тела растворяется лишь 0,3 мл кислорода. Кислород, растворяющийся в плазме крови капилляров малого круга кровообращения, диффундирует в эритроциты, сразу же связывается гемоглобином, образуя оксигемоглобин, в котором кислорода 190 мл/л. Скорость связывания кислорода велика - время поглощения диффундировавшего кислорода измеряется тысячными долями секунды. В капиллярах альвеол с соответствующими вентиляцией и кровоснабжением практически весь гемоглобин притекающей крови превращается в оксигемоглобин. А вот сама скорость диффузии газов «туда и обратно» значительно медленнее скорости связывания газов.

Отсюда следует второй практический вывод : чтобы газообмен шел успешно, воздух должен «получать паузы», за время которых успевает выровняться концентрация газов в альвеолярном воздухе и притекающей крови, то есть обязательно должна присутствовать пауза между вдохом и выдохом.

Превращение восстановленного (бескислородного) гемоглобина (дезоксигемоглобина) в окисленный (содержащий кислород) гемоглобин (оксигемоглобин) зависит от содержания растворенного кислорода в жидкой части плазмы крови. Причем механизмы усвоения растворенного кислорода весьма эффективны.

Например, подъем на высоту 2 км над уровнем моря сопровождается снижением атмосферного давления с 760 до 600 мм рт. ст., парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе со 105 до 70 мм рт. ст., а содержание оксигемоглобина снижается лишь на 3%. И, несмотря на снижение атмосферного давления, ткани продолжают успешно снабжаться кислородом.

В тканях, требующих для нормальной жизнедеятельности много кислорода (работающие мышцы, печень, почки, железистые ткани), оксигемоглобин «отдает» кислород очень активно, иногда почти полностью. В тканях, в которых интенсивность окислительных процессов мала (например, в жировой ткани), большая часть оксигемоглобина не «отдает» молекулярный кислород - уровень диссоциации оксигемоглобина низкий. Переход тканей из состояния покоя в деятельное состояние (сокращение мышц, секреция желез) автоматически создает условия для увеличения диссоциации оксигемоглобина и увеличения снабжения тканей кислородом.

Способность гемоглобина «удерживать» кислород (сродство гемоглобина к кислороду) снижается при увеличении концентрации углекислого газа (эффект Бора) и ионов водорода. Подобным же образом действует на диссоциацию оксигемоглобина повышение температуры.

Отсюда становится легко понятным, как взаимосвязаны и сбалансированы относительно друг друга природные процессы. Изменения способности оксигемоглобина удерживать кислород имеет громадное значение для обеспечения снабжения им тканей. В тканях, в которых процессы обмена веществ протекают интенсивно, концентрация углекислого газа и ионов водорода увеличивается, а температура повышается. Это ускоряет и облегчает «отдачу» гемоглобином кислорода и облегчает течение обменных процессов.

В волокнах скелетных мышц содержится близкий к гемоглобину миоглобин. Он обладает очень высоким сродством к кислороду. «Ухватившись» за молекулу кислорода, он уже не отдаст ее в кровь.

Количество кислорода в крови

Максимальное количество кислорода, которое может связать кровь при полном насыщении гемоглобина кислородом, называется кислородной емкостью крови. Кислородная емкость крови зависит от содержания в ней гемоглобина.

В артериальной крови содержание кислорода лишь немного (на 3-4%) ниже кислородной емкости крови. В обычных условиях в 1 л артериальной крови содержится 180-200 мл кислорода. Даже в тех случаях, когда в экспериментальных условиях человек дышит чистым кислородом, его количество в артериальной крови практически соответствует кислородной емкости. По сравнению с дыханием атмосферным воздухом количество переносимого кислорода увеличивается мало (на 3-4%).

Венозная кровь в состоянии покоя содержит около 120 мл/л кислорода. Таким образом, протекая по тканевым капиллярам, кровь отдает не весь кислород.

Часть кислорода, поглощаемая тканями из артериальной крови, называется коэффициентом утилизации кислорода. Для его вычисления делят разность содержания кислорода в артериальной и венозной крови на содержание кислорода в артериальной крови и умножают на 100.

Например:
(200-120): 200 х 100 = 40%.

В покое коэффициент утилизации кислорода организмом колеблется от 30 до 40%. При интенсивной мышечной работе он повышается до 50-60%.

Транспорт углекислого газа

Углекислый газ транспортируется кровью в трех формах. В венозной крови можно выявить около 58 об. % (580 мл/л) С02, причем из них лишь около 2,5 объемных % находятся в растворенном состоянии. Некоторая часть молекул С02 соединяется в эритроцитах с гемоглобином, образуя карбогемоглобин (приблизительно 4,5 об.%). Остальное количество С02 химически связано и содержится в виде солей угольной кислоты (приблизительно 51 об. %).

Углекислый газ является одним из самых частых продуктов химических реакций обмена веществ. Он непрерывно образуется в живых клетках и оттуда диффундирует в кровь тканевых капилляров. В эритроцитах он соединяется с водой и образует угольную кислоту (С02 + Н20 = Н2С03).

Этот процесс катализируется (ускоряется в двадцать тысяч раз) ферментом карбоангидразой. Карбоангидраза содержится в эритроцитах, в плазме крови ее нет. Т.о, процесс соединения углекислого газа с водой происходит практически только в эритроцитах. Но это процесс обратимый, который может изменять свое направление. В зависимости от концентрации углекислого газа карбоангидраза катализирует как образование угольной кислоты, так и расщепление ее на углекислый газ и воду (в капиллярах легких).

Благодаря указанным процессам связывания концентрация С02 в эритроцитах оказывается невысокой. Поэтому все новые количества С02 продолжают диффундировать внутрь эритроцитов. Накопление ионов внутри эритроцитов сопровождается повышением в них осмотического давления, в результате во внутренней среде эритроцитов увеличивается количество воды. Поэтому объем эритроцитов в капиллярах большого круга кровообращения несколько увеличивается.

Гемоглобин имеет большее сродство к кислороду, чем к углекислому газу, поэтому в условиях повышения парциального давления кислорода карбогемоглобин превращается сначала в дезоксигемоглобин, а затем в оксигемоглобин.

Кроме того, при превращении оксигемоглобина в гемоглобин происходит увеличением способности крови связывать двуокись углерода. Это явление носит название эффекта Холдейна. Гемоглобин служит источником катионов калия (К+), необходимых для связывания угольной кислоты в форме углекислых солей - бикарбонатов.

Итак, в эритроцитах тканевых капилляров образуется дополнительное количество бикарбоната калия, а также карбогемоглобин. В таком виде двуокись углерода переносится к легким.

В капиллярах малого круга кровообращения концентрация двуокиси углерода снижается. От карбогемоглобина отщепляется С02. Одновременно происходит образование оксигемоглобина, увеличивается его диссоциация. Оксигемоглобин вытесняет калий из бикарбонатов. Угольная кислота в эритроцитах (в присутствии карбоангидразы) быстро разлагается на Н20 и С02. Круг завершен.

Осталось сделать еще одно примечание. Угарный газ (СО) обладает большим сродством к гемоглобину, чем углекислый газ (С02) и чем кислород. Поэтому отравления угарным газом столь опасны: вступая с устойчивую связь с гемоглобином, угарный газ блокирует возможность нормального транспорта газов и фактически «душит» организм. Жители больших городов постоянно вдыхают повышенные концентрации угарного газа. Это приводит к тому, что даже достаточное количество полноценных эритроцитов в условиях нормального кровообращения оказывается неспособным выполнить транспортные функции. Отсюда обмороки и сердечные приступы относительно здоровых людей в условиях автомобильных пробок.

• ‹ Назад

Легочной вентиляцией называют объем воздуха, вдыхаемого за единицу времени (обычно используют минутный объем дыхания).

Таким образом, вентиляция - это произведение дыхательного объема на частоту дыхательных циклов. Однако в легочном газообмене участвует не весь вентилируемый воздух, а лишь та его часть, которая достигает альвеол.

Дело в том, что примерно 1/3 дыхательного объема покоя приходится на вентиляцию так называемого мертвого пространства, заполненного воздухом, который непосредственно не участвует в газообмене и лишь перемещается в просвете воздухоносных путей при вдохе и выдохе (рис. 10.17). Следовательно, вентиляция альвеолярных пространств - альвеолярная вентиляция - представляет собой легочную вентиляцию за вычетом вентиляции мертвого пространства. Именно альвеолярная вентиляция обеспечивает обмен газов в легких.

количествовоздуха , которое остается в легких после максимального выдоха, называется остаточнымобъемом , его величина равна примерно 1200 мл.

Функциональная остаточная ёмкость (ФОЕ) - объём воздуха в лёгких и дыхательных путях после спокойного выдоха.

Функциональная остаточная емкость включает остаточный объем и резервный объем выдоха (FRC - = RV + ERV); ее можно также рассматривать как разность между общей емкостью легких.

частота дыхания человека
Обычно человек делает около 16 вдохов в минуту, получая 8 л воздуха. В зависимости от того, спит человек или бодрствует, находится в состоянии относительного покоя или физической активности, у него происходит изменение частоты и глубины дыхания. Во время сна частота дыхания - 12 вдохов в минуту, при усиленной работе мышц она возрастает в два и более раза.
При максимальном произвольном усилении дыхания частота вдохов и выдохов может возрасти до 50-60 в минуту, объем потребляемого воздуха - до 2 л на один вдох, соответственно, за минуту-до 100-200 л.

Спирометрия (спирография) - доступный и очень информативный метод диагностики заболеваний органов дыхания.

Данный метод позволяет оценивать функциональное состояние легких и бронхов, в частности жизненную ёмкость легких, проходимость дыхательных путей, выявлять обструкцию (спазм бронхов) и степень выраженности патологических изменений.

С помощью компьютерной спирометрии можно:

· точно выявить скрытый спазм бронхов - основной симптом легочных заболеваний - бронхиальной астмы и хронического обструктивного бронхита

· провести точную дифференциальную диагностику между этими заболеваниями

· оценить степень тяжести болезни

· подобрать оптимальную тактику лечения и определить эффективность проводимой терапии в динамике

Показания к проведению спирографии:

· длительный и затяжной беспричинный кашель (в течение 3-4 недель и более, часто после перенесенных ОРВИ и острого бронхита)

· возникает одышка, ощущение «заложенности» в грудной клетке

· возникает «сипящее» и «свистящее» дыхание преимущественно при выдохе

· возникает ощущение затрудненного выдоха и вдоха

5. «Мертвое» пространство, его объем и физиологическое значение. Распределение дыхательного объема между «мертвым» пространством и легочными альвеолами. Степень обновления альвеолярного воздуха. Зависимость альвеолярной вентиляции от глубины и частоты дыхания.

Мертвое пространство - часть дыхательного тракта, в котором газ не участвует в обмене.

Объем мертвого пространства составляет около 150 мл.

6. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Относительное постоянство газового состава альвеолярного воздуха, его причины. Обмен газов в легких, факторы, способствующие газообмену (поверхность контакта, градиент напряжения дыхательных газов, диффузионная способность легких). Значение соотношения между альвеолярной вентиляцией и кровотоком в легочных капиллярах (перфузией капилляров). Функциональное «мертвое» пространство.

При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха. Этот объем воздуха называется дыхательным объемом. После спокойного вдоха человек может еще максимально вдохнуть некоторое количество воздуха - это резервный объем вдоха, он равен 2500-3000 мл. После спокойного выдоха можно еще максимально выдохнуть некоторое количество воздуха - это резервный объем выдоха, он равен 1300-1500 мл.

Вдыхаемый воздух содержит 20,93% кислорода и 0,03% углекислого газа, выдыхаемый воздух - кислорода 16%, углекислого газа 4,5% и в альвеолярном воздухе содержится 14% кислорода и 5,5% углекислого газа. В выдыхаемом воздухе углекислого газа содержится меньше, чем в альвеолярном. Это связано с тем, что к выдыхаемому воздуху примешивается воздух мертвого пространства с низким содержанием углекислого газа и его концентрация уменьшается.

При выдохе альвеолярный воздух смешивается с воздухом мертвого пространства, состав которого соответствует атмосферному. Поэтому в выдыхаемом воздухе 16% кислорода, 4,5% углекислого газа и 79,4% азота. Дыхательные газы обмениваются в легких через альвеолокапиллярную мембрану. Это область контакта альвеолярного эпителия и эндотелия капилляров. Переход газов через мембрану происходит по законам диффузии. Скорость диффузии прямо пропорциональна разнице парциального давления газов. Согласно закону Дальтона, парциальное давление каждого газа в их смеси, прямо пропорционально его содержанию в ней.

По методу Бора определяется объем тех отделов легких, в которых не происходит удаление СО 2 из крови, поскольку этот показатель связан с работой органа, он называется функциональным (физиологическим) мертвым пространством. У здоровых лиц эти объемы практически одинаковы. Однако у больных с поражениями легких второй показатель может значительно превышать первый в связи с неравномерностью кровотока и вентиляции в разных отделах легких.

7. Транспорт кислорода кровью. Кривая диссоциации оксигемоглобина, ее анализ. Факторы, влияющие на диссоциацию оксигемоглобина в тканях. Значение напряжения углекислого газа (эффект Бора). Содержание и напряжение кислорода в артериальной и венозной крови. Кислородная емкость крови и коэффициент утилизации кислорода в покое и нагрузке.

Транспорт кислорода кровью

Кислород переносится кровью в двух формах. Большая часть связывается с гемоглобином (рисунок 2b), но также имеется очень небольшая доля кислорода, растворенного в плазме. Каждый грамм гемоглобина при полном насыщении способен переносить 1,31 мл кислорода. Таким образом, каждый литр крови с концентрацией гемоглобина 15 г/дл (150 г/л – пер.) может переносить около 200 мл кислорода при полном насыщении (РО 2 >100 мм Hg). При этом РО 2 всего 3 мл кислорода растворится в каждом литре плазмы.

Если РаО 2 значительно повышено (при дыхании 100% кислородом), небольшое количество кислорода растворится в плазме (0,003 мл О 2 /100 мл крови/мм Hg РО 2), но при этом гемоглобин при сатурации > 95% не способен продолжать связываться с кислородом. При рассмотрении адекватности доставки кислорода тканям следует иметь в виду три фактора: концентрация гемоглобина, сердечный выброс и оксигенация.

Нормальная кривая диссоциации оксигемоглобина представлена. В исходной ее точке, когда РаО2 гемоглобин не содержит кислорода и SaО2 также равняется нулю. По мере по­вышения Ра02 гемоглобин начинает быстро насыщаться кисло­родом, превращаясь в оксигемоглобин: небольшого увеличения напряжения кислорода оказывается достаточно для существен­ного прироста содержания НЬО2. При 40 мм рт. ст. содержание НЬО2 достигает уже 75 %. Затем наклон кривой становится все более и более пологим. На этом участке кривой гемоглобин уже менее охотно присоединяет к себе кислород, и для насыщения оставшихся 25 % НЬ требуется поднять Ра02 с 40 до 150 мм рт. ст. Впрочем, в естественных условиях гемоглобин артериальной Крови никогда не насыщается кислородом полностью, потому чТО при дыхании атмосферным воздухом Ра02 не превышает 100 мм рт. ст.

8. Транспорт углекислого газа кровью. Процессы, протекающие в капиллярах тканей и легких. Значение карбоангидразы. Факторы, увеличивающие способность крови связывать углекислый газ (эффект Холдейна). Содержание и напряжение углекислого газа в венозной и артериальной крови.

Транспорт углекислого газа кровью. Большая часть углекислого газа переносится кровью в химически связанном состоянии. Из 60 объемных процентов углекислого газа только 3 объемных процента растворено в плазме крови. Процессы связывания и отдачи углекислого газа сложны и многообразны. Большая роль в связывании углекислого газа принадлежит белкам крови, в частности гемоглобину. Следовательно, гемоглобин не только является переносчиком кислорода, но и участвует в транспорте углекислого газа. Значительная часть его переносится в виде особых соединений бикарбонатов (натриевые и калиевые соли угольной кислоты). Часть углекислого газа транспортируется в виде Н2СО3.

Карбоангидраза

угольная ангидраза, карбонат-гидролиаза, фермент класса лиаз, катализирует обратимую реакцию гидратации двуокиси углерода. Обнаружена у животных, человека, растений, бактерий. Содержит в качестве кофактора атом Zn. Мол. м. 28 000-30 000. Регулятор кислотно-щелочного равновесия в тканях и биол. жидкостях; играет важную роль в физиол. процессах при необходимости быстрого связывания или освобождения СО2, напр. при дыхании (К. эритроцитов обеспечивает связывание СО2 кровью в тканях и освобождение СО2 в лёгких или жабрах), при подкислении мочи в почках, секреции кислого желудочного сока, образовании бикарбонатов в соке поджелудочной железы, СаСО3 скорлупы яиц в яйцеводах птиц и др.

Эффект Холдейна можно объяснить следующим образом. Присоединение кислорода в легких к гемоглобину превращает гемоглобин в более сильную кислоту, что вытесняет двуокись углерода из крови в альвеолы двумя способами: (1) более кислый гемоглобин имеет меньшую тенденцию связываться с двуокисью углерода и образовывать карбаминогемоглобин, в результате из крови вытесняется большая часть находившейся там в карбаминовых формах двуокиси углерода; (2) повышение кислотности гемоглобина приводит к высвобождению излишка ионов водорода, которые связываются с ионами бикарбоната, образуя угольную кислоту; последняя диссоциирует, образуя воду и двуокись углерода, затем двуокись углерода переходит из крови в альвеолы и далее - в атмосферу.

В венозной крови содержится 50 - 58 об%двуокиси углерода , причем наибольшая ее часть содержится в плазме. Напряжение углекислого газа вартериальной крови , поступающей в тканевые капилляры, составляет 40 мм рт. ст.

9. Газообмен между кровью и тканями. Напряжение кислорода и углекислого газа в тканях. Факторы, способствующие диффузии газов (градиент напряжения, площадь обменной поверхности, диффузионноное расстояние).

Перенос O 2 и СO 2 между кровью системных капилляров и клетками тканей осуществляется путем простой диффузии, т. е. так же, как между кровью легочных капилляров и альвеолярным воздухом. Скорость переноса газа через слой ткани прямо пропорциональна площади слоя и разнице парциального давления газа по обе его стороны и обратно пропорциональна толщине слоя.

При газообмене между тканями и кровью толщина диффузионного барьера менее 0,5 мкм, однако в мышцах в состоянии покоя расстояние между открытыми капиллярами составляет около 50 мкм.

При работе, когда потребление кислорода мышцами увеличивается, открываются добавочные капилляры, что уменьшает диффузионное расстояние и увеличивает диффузионную поверхность. Поскольку СO 2 диффундирует в тканях примерно в 20 раз быстрее, чем O 2 , удаление углекислого газа происходит гораздо легче, чем снабжение кислородом.

диффузионные коэффициенты другихгазов , необходимых для дыхания, составляют: углекислый газ -- 20,3; окись углерода -- 0,81; азот --0,53...

10. Дыхательный центр, его расположение. Инспираторные и экспираторные

нейроны. Автоматия бульбарного отдела дыхательного центра. Реципрокные

взаимоотношения между инспираторным и экспираторным отделами. Роль варолиева моста и коры головного мозга.

Выделяют следующие части дыхательного центра.
1. Высшие отделы, расположенные вышествола головного мозга, организуют взаимодействиенижележащих частей дыхательного центра, управляют произвольным дыханием и организуютвзаимодействие системы дыхания с другими системами.
2. Пневмотаксический центр переднего моста (сапнейстическим центром) организует взаимодействие двух других структур

следующего, нижнего уровня.
3. Медуллярные инспираторный иэкспираторный центры (центры вдоха и выдоха), в соответствии с названием, посредством пейсмекерной ритмическойактивности обеспечивают чередование вдоха и выдоха. Это происходит путем организации взаимодействия элементовнижележащего уровня (иерархии структур) дыхательного центра. См. статью функциональные группы дыхательных нейронов ствола головного мозга.
4. Мотонейроны спинного мозга, аксоны которых образуют нервы, идущие к дыхательным мышцам. Сами по себе мотонейроны не обладают способностью к осуществлению целостных актов дыхания. Дыхание возможно только при наличии связей совокупности мотонейронов спинного мозга, по крайней мере, с инспираторным и экспираторным центрами продолговатого мозга. При нарушении связей с отделами, расположенными выше продолговатого мозга, ухудшаются приспособительные возможности дыхания. Причем, чем выше локализация нарушения, тем более тонкиеадаптационные возможности дыхания утрачиваются.

Инспираторные нейроны - те нервные клетки, которые возбуждаются за 0,01 - 0,02с до возникновения активного вздоха. В этих нейронах во время вздоха увеличивается частота импульсов, а затем импульсация мгновенно прекращается.

Виды инспираторных нейронов:

По способности регулировать активность других нейронов:

1. инспираторные - тормозные - JL;
2. инспираторные - облегчающие - JB.

JL при своем возбуждении тормозят активность инспираторных нейронов и прекращают вздох. JB - наоборот.

По времени возбуждения:

1. ранние - за несколько сотых секунды до вздоха;
2. поздние - в процессе вздоха.

По связям с экспираторными нейронами:

1. инспираторно-эскпираторные - обеспечивают связь в ДЦ;
2. инспираторные нейроны - значительная часть нейронов ретикулярной формации
3. продолговатого мозга.

Экспираторные нейроны - возбуждение возникает за несколько сотых секунд до возникновения активного выдоха.

Виды нейронов:

1. экспираторные - ранние и поздние;
2. экспираторно -инспираторные нейроны.

Они расположены в ретикулярной формации продолговатого мозга: 5 % - в дорсальном ядре, 50 % - в вентральном ядре.

Таким образом, в продолговатом мозге инспираторных нейронов больше, чем экспираторных. При возбуждении этого отдела ЦНС возникает активный вдох. Инспираторные и экспираторные нейроны находятся в реципрокных взаимоотношениях, что обеспечивает координированность вдоха и выдоха, их смене друг другом.

Инспираторные и экспираторные нейроны обладают выраженной способностью к автоматии. Автоматией обладают комплексы 4-х нейронов ДЦ с обязательным наличием тормозных нейронов. Автоматия поддерживается импульсами от различных рецепторов.

Инспираторные и экспираторные нейроны тесно связаны с другими ядрами продолговатого мозга. Например, при возбуждении ДЦ тормозится центр глотания, возбуждаются сосудодвигательный центр и центр регуляции сердечной деятельности.

Варолиев мост (от имени Констанзо Варолия), или мост - отдел головного мозга, является вместе с мозжечком частью заднего мозга. Принадлежит стволу мозга, рострален к продолговатому мозгу (medulla oblognata), каудален к среднему мозгу и вентрален к мозжечку.

11. Саморегуляция дыхания. Значение механорецепторов легких (рефлекс Геринга-Брейера).

Геринга - Брёйера рефлексы , дыхательные рефлексы, возникающие во время вдоха и выдоха; существенное звено саморегуляции дыхания. Описаны немецими физиологами Э. Герингом и И. Брёйером (J. Breuer) в 1868. Во время вдоха происходит растяжение лёгких, которое вызывает раздражение механорецепторов (чувствительных к механическим раздражениям нервных окончаний), расположенных в альвеолах, а также в межрёберных мышцах и диафрагме. От механорецепторов нервные импульсы по блуждающему нерву поступают в дыхательный центр продолговатого мозга и приводят к возбуждению нейронов, вызывающих расслабление мышц и выдох. Чем сильнее растяжение лёгких, тем больше поступает в дыхательный центр импульсов, ведущих к прекращению вдоха и возникновению выдоха. Прекращение этих импульсов вновь стимулирует вдох.

12. Роль периферических и сосудистых хеморецепторов в регуляции дыхания, влияние изменения напряжения в крови кислорода и углекислого газа (гипоксия, гиперкапния).

периферические сосудистые хеморецепторы расположены в артериальной части системы кровообращения.

Периферические хеморецепторы находятся в каротидных тельцах, расположенных в области бифуркации общих сонных артерий, и в аортальных тельцах, залегающих на верхней и нижней поверхностях дуги аорты. У человека наибольшую роль играют каротидные тельца. В них содержатся две или несколько разновидностей гломерулярных клеток, интенсивно флюоресцирующих при специальной обработке благодаря содержанию допамина.

Периферические хеморецепторы реагируют на снижение Р O2 и рН и на увеличение Р CO2 артериальной крови. По сравнению с другими клетками организма они обладают уникальной способностью «чувствовать» изменения Р O2 в артериальной крови, начиная примерно с 500 мм рт. ст.

Гипокси́я (др.-греч. ὑπό - под, внизу и лат. oxygenium - кислород) - состояние кислородного голодания как всего организма в целом, так и отдельных органов и тканей, вызванное различными факторами: задержкой дыхания, болезненными состояниями, малым содержанием кислорода в атмосфере. Вследствие гипоксии в жизненно важных органах развиваются необратимые изменения. Наиболее чувствительными к кислородной недостаточности являются центральная нервная система, мышца сердца, ткани почек, печени. Может вызывать появление необъяснимого чувства эйфории, приводит к головокружениям, низкому мышечному тонусу.

Гиперкапни́я (др.-греч. ὑπερ- - чрезмерно; καπνός - дым) - состояние, вызванное избыточным количеством CO 2 в крови; отравлениеуглекислым газом. Является частным случаем гипоксии.

Гиперкапния может возникнуть в следующих случаях:

§ При пользовании неисправных дыхательных аппаратов замкнутого цикла (ребризеров)

§ В плохо вентилируемых барокамерах, где содержат группу людей.

§ При забивке баллонов акваланга

§ При использовании компрессора с плохими фильтрами в душном непроветриваемом помещении.

13. Регуляция дыхания. Влияние головного мозга (двигательных центров),

лимбической системы, механорецепторов скелетных мышц, неспецифических факторов (боли, изменения температуры, гормонов и др.).

В соответствии с метаболическими потребностями дыхательная система обеспечивает газообмен О2 и СО2 между окружающей средой и организмом.

Активирующие влияния служат физиологической основой возникновения мотивационного возбуждения головного мозга . … Высшим центром регуляции вегетативных функций являетсялимбическая система , иногда называемая висцеральным мозгом .

Нисходящие регулирующие влияния головного мозга на скелетные мышцы осуществляются через сегментные механизмы спинного мозга.

ПИЩЕВАРЕНИЕ.

1. Основные функции пищеварительного аппарата. Виды пищеварения.

Постоянство состава альвеолярного воздуха определяет адекватность газообмена между атмосферным воздухом и кровью. Отсюда следует, что газовый состав альвеолярного воздуха является показателем эффективности легочной вентиляции. Исследование альвеолярного воздуха не получило широкого распространения в клинике. Это объясняется как относительной сложностью газового анализа на аппаратах типа Холдейна, так и преимуществом спирографического исследования, дающего более подробную информацию о состоянии внешнего дыхания. Однако совершенствование приборов для газового анализа позволяет упростить это исследование, которое может в ряде случаев существенно дополнить данные спирографии и оксигемометрии.

Классический метод определения газового состава альвеолярного воздуха по Холдейну заключается в следующем: исследуемый быстро и глубоко выдыхает воздух в трубку длиной около 1 м и диаметром 2,5-3 см, снабженную стеклянным мундштуком, который закрывается языком в конце выдоха. Последняя порция выдыхаемого воздуха собирается в газоприемник, присоединенный к трубке вблизи мундштука и заполненный ртутью. После открывания крана газоприемника вытекающая из него ртуть насасывает воздух из трубки.

Газоанализатор Холдейна устроен по принципу последовательного поглощения составных частей газовой смеси (углекислота поглощается щелочью, а кислород - пирогаллолом) и измерения оставшегося объема газа. Подробное описание пользования аппаратом Холдейна приводится в руководствах по газовому анализу (П. Е. Сыркина. Газовый анализ в медицинской практике, 1956, и др.).

Более удобно определение газового состава на современных газоанализаторах. Данные газового анализа альвеолярного воздуха выражаются в объемных процентах. В норме в альвеолярном воздухе содержится 14-16% кислорода и 4,5- 5,5% углекислоты.

В клинике общей хирургии 1 ММИ им. И. М. Сеченова В. С. Васильевым (1960) был усовершенствован прибор И. И. Хренова для взятия проб альвеолярного воздуха. Прибор В. С. Васильева состоит из четырехходового крана, резинового баллона емкостью 800-1000 мл, двух резиновых баллончиков емкостью 75-100 мл для забора альвеолярного воздуха и дыхательной трубки с мундштуком.

Исследование производится следующим образом: в исходном положении крана дыхательная трубка соединена с большим баллоном, малые баллончики перекрыты. После спокойного вдоха больной делает глубокий выдох в аппарат, причем по степени растяжения большого баллона ориентировочно определяется объем выдохнутого воздуха. После 2-3-минутной паузы при том же положении крана больной вновь делает глубокий выдох. В момент приближения степени растяжения большого баллона к достигнутой в предыдущей пробе кран переключают в положение, при котором заполняется первый баллончик, а затем и второй. Последним поворотом крана перекрываются все баллоны, и производится определение состава воздуха в маленьких баллончиках в газоанализаторе.

По данным В. С. Васильева (1958), при данной методике разница содержания углекислоты в малых баллонах колебалась от 0 до 0,3% (в среднем - 0,13%), а разница содержания кислорода- от 0,1 до 0,5% (в среднем - 0,31%) на 50 наблюдений, то есть полученные данные могут считаться достаточно точными, а разница - в пределах ошибки при работе на газоанализаторе Холдейна.

Применяя указанную методику для динамического исследования газового состава альвеолярного воздуха, В. С. Васильеву удалось установить функциональные потери при хронических нагноениях легких, а также проследить восстановление функции внешнего дыхания в послеоперационном периоде.

Физиология дыхания.

Организм существует за счет энергии, которая поступает вместе с питательными веществами. В организме эти питательные вещества окисляются, и выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Кислород необходим для организма постоянно, и углекислый газ должен выделяться из организма тоже постоянно. Поэтому дыхание является жизненно необходимым процессом жизнедеятельности. Без пищи человек может прожить 60 дней, без воды 2-3 дня, а без воздуха 3 мин. Различают несколько этапов дыхания:

1. Транспорт воздуха из внешней среды в легкие, а из легких во внешнюю среду – называется вентиляция легких.

2. Обмен газов между альвеолами и кровью малого круга кровообращения.

3. Транспорт газов кровью

4. Обмен газов в тканях.

5. Клеточное или тканевое дыхание.

Система дыхания состоит из воздухоносных путей и легких.

1. К дыхательным или воздухоносным путям относится полость носа, носоглотка, гортань, трахея, брони.

3. Дыхательные мышцы

4. Дыхательные центры

5. Дыхательные нервы, которые выходят из дыхательных центров и иннервируют дыхательные мышцы.

Морфофункциональной единицей легких является Ацинус. Объем воздуха в легких 150 мл3. Этот воздух воздухоносных путей не участвует в газообмене и поэтому их называют мертвым пространством. Но здесь происходит:

1. Очищение воздуха, за счет ворсинок задерживаются частички пыли.

2. Согревание за счет густой сети капилляров

3. Увлажнение за счет слизи

4. Обезвреживание за счет лизоцима. Объем воздухоносных путей можно определить на трупе путем заливки воздухоносных путей гипсом, затем этот слепок погружают в воду, и по объему вытесненной воды определяют объем мёртвого пространства.

Внешнее дыхание. В среднем человек делает 16-20 дыхательных движений в мин., у новорожденных от30до70. Легкие покрыты пленкой, которая называется плеврой.

Давление в плевральной полости. В плевральной полости находится жидкость, которая по составу сходна с лимфой, но там отсутствуют белки, т.к. белки притягивают воду. И поэтому воды в плевральной полости очень мало. В плевральной щели давление всегда отрицательное, это отриц. давление обеспечено эластической тягой легких. При спокойном выдохе давление равно 3 мм рт.ст., при спокойном вдохе -6мм рт.ст.; при глубоком вдохе -20мм рт.ст. На легкие действует сила давления и эластическое сопротивление легких связано с поверхностно активным веществом Сурфанктантом. Он выстилает поверхность альвеол тонким слоем. Функция сурфанктанта препятствовать перерастяжению и спадению легких. Сила поверхностного натяжения обеспечивает эластическую тягу легких, она обусловлена 3-мя факторами:

1. Наличие эластических волокон

2. Тонус бронхиальных мышц

3. Наличие сурфа ктанта.

Сурфактант образован пневмоцитами второго типа и синтез контролируется блуждающим нервом. Перерезка вагуса угнетает продукцию сурфакнтанта. Это может быть причиной слипания легких и может повлечь за собой летальный исход. Если нарушить целостность плевральной полости, то в плевральную полость может попасть воздух – это называется пневмоторакс. Он бывает односторонний или двухсторонний. Двухсторонний пневмоторакс не совместим с жизнью, а если туда попадет кровь – это называется гемоторакс.

Механизм вдоха и выдоха. Вдох и выдох – это дыхательный цикл. Вдох – это инспирация, выдох – экспирация. Во время дыхательного цикла происходит передвижение воздуха, что сопровождается попеременным увеличением и уменьшением объема грудной клетки. В акте дыхания легкие принимают пассивную роль, активными являются дыхательные мышцы. Пассивную роль легких доказал ученый Дондерс.

Механизм вдоха. Он бывает спокойный и глубокий. Спокойный вдох – в нем принимает участие основные дыхательные мышцы:

1. Диафрагма . Во время спокойного вдоха диафрагма уплощается, т.е. становится плоской

2. Межреберные мышцы. Они приподнимают ребра.

3. Наружные межхрящевые мышцы. Они тоже участвуют в приподнимании ребер. Давление в плевральной полости становится -6мм рт.ст. Кол-во воздуха, которое попадает в легкие в среднем 500мл.

Спокойный выдох – основные дыхательные мышцы: диафрагма, наружные межреберные и наружные межхрящевые мышцы – расслабляются. Происходит спокойный выдох, давление в плевральной щели становится -3мм рт.ст.

Глубокий вдох. В механизме глубокого вдоха принимает участие:

1. Основные мышцы: диафрагма. Во время глубокого вдоха диафрагма опускается вниз на 1-1,5 см. наружные межреберные и межхрящевые мышцы сокращаясь, придают ребрам горизонтальное положение.

2. Дополнительные мышцы: мышцы груди и спины: большая и малая грудная оттягивают грудину вперед, а мышцы спины, такие как лестничная, ромбовидная, трапециевидная, поднимающая лопатку оттягивают ребра назад. Объем грудной полости увеличивается в передне-заднем и боковых направлениях. При этом в легкие может попасть до 4-5 литров воздуха. А в плевральной щели давление становится более отрицательным до -20 мм рт.ст.

3. Глубокий выдох . В нем принимает участие основные мышцы: диафрагма. Во время глубокого выдоха диафрагма прогибается во внутрь на 1-1,5 см т.к. мышцы брюшной стенки сокращаясь давят на внутренние органы, а они давят на диафрагму, поэтому диафрагма прогибается во внутрь. Наружные межреберные и межхрящевые мышцы сокращаясь опускают ребра и придают им более вертикальное положение. Дополнительные мышцы: большая и малая мышцы сокращаясь втягивают грудину вовнутрь. Мышцы спины сокращаясь также учувствуют в уменьшении объема грудной полости и происходит глубокий выдох. Дыхания обеспечивается за счет работы мышц. Различают брюшной тип дыхания – он в основном у мужчин, за счет изменения диафрагмы, и грудной тип дыхания, он в основном у женщин за счет сокращения дыхательных мышц. Нормальное дыхания называется эйпноэ, учащение дыхания – тахипноэ, урежение – брадипноэ, отдышка – диспноэ. Частота дыхания за 1 мин – 16 дыхательных движений. Важным показателем является объем легочной вентиляции.

Дыхательные объемы:

1. ЖЕЛ (жизненная емкость легких) – то кол-во воздуха, которое можно максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха. У мужчин 4-5л, у женщин 3-4л. ЖЕЛ зависит от пола, возраста, и роста, тогда это будет называться должное ЖЕЛ. ЖЕЛ состоит из 3-х объемов:

1) дыхательный объем(ДО) – то кол-во воздуха, которое можно спокойно выдохнуть, после спокойного вдоха. Он равен 300-800мл(в среднем 500).

2) резервный объем вдоха – это то кол-во воздуха, которое можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. Он равен 2-2500 мл.

3) резервный объем выдоха – это то кол-во воздуха, которое можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха, он равен 1500мл.

ЖЕЛ=ДО + резервный объем вдоха + резервный объем выдоха

4) остаточный объем – это то кол-во воздуха, которое остается в легких после глубокого выдоха, он равен 1000-1200мл.

5) общая емкость легких. Определяется по формуле ЖЕЛ+ остаточный объем.

6) минутный объем дыхания(МОД). Определяется по формуле:

Частота дыханий(16) *ДО(600)=9600. МОД увеличивается при физической нагрузке за счет глубины и частоты дыхания. У детей за счет частоты. МОД отражает легочную вентиляцию, но существует и альвеолярная вентиляция. Это альвеолярная вентиляция есть разность между легочной вентиляцией и вентиляцией мертвого пространства. Чтобы обмен газов в альвеолах был достаточным для организма, необходимо чтобы альвеолярная вентиляция соответствовала кровотоку в малом кругу кровообращения. Тогда обмен газов будет нормальным и коэффициент называется вентиляционный перфузионный коэффициент, он равен 0,8. Существует альвеолы с недостаточным кровообращением, тогда газообмен будет нарушен.

Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха.

Как видно из таблицы, разница идет у выдыхаемого воздуха и альвеолярного по СО2. Альвеолярный воздух – это и есть внутренняя газовая среда организма и от состава альвеолярного воздуха зависит состав артериальной крови и состояние целого организма. Газообмен в легких осуществляется в результате разницы парциального давления в газах и в крови. Парциальное давление – это сила, с которой газ стремиться пройти через полупроницаемую мембрану из области высокого показателя в область низкого показателя. Газ находится в газовой смеси. Газовая смесь – это О2, СО2, Азот и др. газы. Сила движения газа зависит от его напряжения, т.е. кол-ва газов в газовой смеси. Если напряжение газа пропорционально давлению, это говорит о том что растворенный в жидкости газ находится в равновесии с газом над жидкостью. А если напряжение газа в газовой смеси выше, то этот газ по показателю парциального давления будет стремиться из газовой смеси в жидкость, т.е. в кровь, и газ будет растворяться в крови. Известно, что газы в крови находятся в 2-х состояниях, в химически связанном и в свободном. В диффузии участвуют газы, находящиеся в состоянии простого физического растворения. Основная сила перехода О2 и СО2 – это разность парциального давления в альвеолах воздуха и в крови. Причины диффузии:

1. Проницаемость тканей

2. Скорость кровотока. Если напряжение увеличивается, то происходит движение, т.е. диффузия.

Парциальное давление