Физиология дыхания человека

Атмосфера Земли состоит на 99,9% из воздуха, водяного пара, природных (действие вулканов) и промышленных газов, твердых частиц. В результате природных факторов Земли и процессов жизнедеятельности человека, состав атмосферы в том или ином регионе планеты может подвергаться незначительным изменениям. Одной из главных составных частей атмосферы является воздух. Воздух представляет собой смесь газов, основными компонентами которого являются: Азот (N2) – 78%; Кислород (О2) – 21%; Углекислый газ (СО2) – 0,03%; Инертные газы и другие вещества – до 1 %. В воздухе также присутствуют в незначительном количестве водород, оксид азота, озон, сероводород, водяной пар, инертные газы: аргон, неон, гелий, аргон, криптон, ксенон, радон, а также пыль и микроорганизмы.

Функции верхних дыхательных путей

1) Очищение вдыхаемого воздуха.

Самые крупные инородные тела (пух, крупные частицы пыли) задерживаются в преддверии полости носа.

Если эти инородные тела все же проскакивают через преддверие, то следующим этапом очистки будет обволакивание их слизью, которая вырабатывается железами слизистой полости носа.

Затем, эти частицы подхватываются ресничками мерцательного эпителия слизистой полости носа и направляются в носоглотку.

Если частицы крупные — они раздражают верхние дыхательные пути, и человек чихает. Если мелкие — то из носоглотки попадают в ротоглотку, а оттуда — в ЖКТ.

2) Увлажнение вдыхаемого воздуха.

Осуществляется двумя источниками:

  • слизью, которая вырабатывается железами слизистой полости носа;
  • слезой, которая выделяется в нижний носовой ход через носослезный канал.

3) Согревание (охлаждение) воздуха: благодаря кровеносным капиллярам подслизистого слоя носовых раковин и околоносовых пазух.

4) Голосообразование, в котором принимают участие не только мышцы языка и гортань, но и околоносовые пазухи (резонаторы).

Дыхательная система человека: общие сведения

Дыхательная, или респираторная, система представляет собой комплекс органов, благодаря которым осуществляется доставка кислорода из окружающей среды в кровеносную систему и последующее выведение отработанных газов обратно в атмосферу. Помимо этого, она задействована в теплообмене, обонянии, формировании голосовых звуков, синтезе гормональных веществ и метаболических процессах. Однако наибольший интерес представляет именно газообмен, поскольку является наиболее значимым для поддержания жизнедеятельности.

При малейшей патологии дыхательной системы функциональность газообмена снижается, что может приводить к активации компенсаторных механизмов либо кислородному голоданию. Для оценки функций органов дыхания принято использовать следующие понятия:

  • Жизненная ёмкость лёгких, или ЖЕЛ,— максимально возможный объём атмосферного воздуха, поступившего за один вдох. У взрослых он варьируется в пределах 3,5‒7 литров в зависимости от степени натренированности и уровня физического развития.
  • Дыхательный объём, или ДО, — показатель, характеризующий среднестатистическое поступление воздуха за один вдох в спокойных и комфортных условиях. Норма для взрослых составляет 500‒600 мл.
  • Резервный объём вдоха, или РОВд, — предельное количество атмосферного воздуха, поступившего в спокойных условиях за один вдох; составляет порядка 1,5‒2,5 литра.
  • Резервный объём выдоха, или РОВыд,— предельный объём воздуха, который покидает организм в момент спокойного выдоха; нормой является примерно 1,0‒1,5 литра.
  • Частота дыхания — количество дыхательных циклов (вдох-выдох), совершённых в минуту. Норма зависит от возраста и степени нагрузки.

Каждый из этих показателей имеет определённое значение в пульмонологии, поскольку любое отклонение от нормальных цифр свидетельствует о наличии патологии, требующей соответствующего лечения.

Строение трахеи и бронхов. Их функции

Трахея, состоящая из 15-20 хрящевых полуколец, на уровне IV-V грудного позвонка делится на правый и левый главные бронхи. Они, вступив в ворота легких, делятся сначала на долевые, затем сегментарные бронхи. Они продолжают делиться на еще более мелкие бронхи. Начиная от трахеи, воздухоносные пути делятся 23 раза, т. е. образуют 23 генерации, формируя бронхиальное дерево правого и левого легких.

Сегментация бронхов

Основная функция нижних дыхательных путей — проведение воздуха. Поэтому особенностью их строения является наличие в их стенках хрящей, благодаря чему стенки нижних дыхательных путей не спадаются и не закрывают просвет.

Стенки бронхов включают также гладкомышечные клетки (ГМК), обеспечивающие изменение их просвета, благодаря чему происходит регуляция притока воздуха в альвеолы легких.

Раздражение симпатических нервов вызывает расширение бронхов, т.е. расслабление гладких мышц. Блуждающий нерв суживает их просвет, т.к. вызывает сокращение гладких мышц.

Кроме того, на тонус мышц бронхов оказывают влияние гуморальные факторы:

  • гистамин, серотонин, простагландины усиливают сокращение мышц, т.е. суживают бронхи;
  • адреналин, норадреналин — расширяют бронхи.

1.Физиология легких и дыхательной системы — материалы для улучшения понимания


  • Легочная вентиляция. Механика легочной вентиляции
  • Движение воздуха в легких. Плевральное и альвеолярное давление
  • Растяжимость легких. Характеристика растяжимости легких
  • Сурфактант. Поверхностное натяжение и спадение альвеол
  • Влияние грудной клетки на растяжение легких. Спирометрия
  • Определение остаточной емкости легких
  • Минутный объем дыхания. Альвеолярная вентиляция. Мертвое пространство
  • Величина альвеолярной вентиляции. Функции дыхательных путей
  • Сокращение бронхиол. Слизистая бронхов и очищение дыхательных путей
  • Кашлевый рефлекс. Дыхательные функции носа
  • Вокализация и фонация. Артикуляция и резонанс
  • Легочное кровообращение. Анатомия легочного кровообращения
  • Объем крови в легких. Кровоток в легких
  • Зоны кровотока в легких. Разновидности легочного кровотока
  • Кровоток в легких при физической нагрузке. Легочный кровоток при сердечной недостаточности
  • Обмен жидкости в капиллярах легких. Обмен интерстициальной жидкости в легких
  • Отек легких. Механизмы отека легких
  • Жидкость в плевральной полости. Плевральная жидкость и плевральный выпот
  • Газообмен в легких. Диффузия газов и газообмен
  • Парциальное давление газов. Давление паров воды
  • Диффузия газов через жидкости. Механизмы диффузии газов через жидкости
  • Состав альвеолярного воздуха. Увлажнение воздуха в дыхательных путях
  • Концентрация и парциальное давление кислорода в альвеолах. Выдыхаемый воздух
  • Диффузия газов через дыхательную мембрану. Дыхательная мембрана
  • Емкость дыхательной мембраны. Диффузионная емкость для кислорода
  • Вентиляционно-перфузионный коэффициент. Парциальное давление кислорода и двуокиси углерода
  • Концепция физиологического шунта. Концепция физиологического мертвого пространства
  • Обмен кислорода в организме. Транспорт кислорода из легких в ткани
  • Транспорт кислорода артериальной кровью. Диффузия кислорода
  • Гемоглобин. Роль гемоглобина в транспорте кислорода
  • Коэффициент использования кислорода. Сохранение постоянства кислорода в тканях
  • Диссоциация оксигемоглобина и ее зависимость. Эффект Бора
  • Участие кислорода в метаболизме. Метаболическое потребление кислорода
  • Транспорт кислорода в растворенном виде. Вытеснение кислорода
  • Транспорт двуокиси углерода кровью. Диссоциация двуокиси углерода
  • Эффект Холдейна. Изменение кислотности крови
  • Дыхательный коэффициент
  • Дыхательный центр
  • Пневмотаксический центр. Вентральная группа дыхательных нейронов
  • Активность дыхательного центра. Химическая регуляция дыхания
  • Влияние кислорода на дыхательный центр. Роль кислорода в регуляции дыхания
  • Феномен акклиматизации. Дыхание при физической нагрузке
  • Механизмы регулирования дыхания при физической нагрузке. Нейрогенная регуляция
  • Функция J-рецепторов легких. Механизм дыхания Чейн-Стокса
  • Апноэ во время сна. Обструктивное и центральное апноэ
  • Дыхательная недостаточность. Показатели дыхательной недостаточности
  • Нарушения вдоха. Максимальный экспираторный поток
  • Форсированная экспираторная жизненная емкость (ФЭЖЕ). Дыхание при эмфиземе легких
  • Дыхание при пневмонии. Особенности дыхания при ателектазе легкого
  • Дыхание при астме. Изменения дыхания при туберкулезе
  • Типы и классификация гипоксий. Назначение кислорода при гипоксии
  • Цианоз и его причины. Гиперкапния
  • Одышка и ее причины. Искусственная вентиляция легких (ИВЛ)
  • Высотная болезнь. Насыщение кислородом на различных высотах
  • Дыхание чистым кислородом. Острые проявления гипоксии
  • Акклиматизация при горной болезни. Клеточный уровень акклиматизации
  • Естественная акклиматизация на высокогорье. Острая горная болезнь
  • Хроническая горная болезнь. Влияние сил ускорения на организм
  • Действие на позвоночник положительных G. Защита организма от центробежных ускорений
  • Силы ускорения в космическом полете. Ускорения парашютных прыжков
  • Искусственный климат в космосе. Физиологические проблемы невесомости
  • Детренированность при длительном действии невесомости. Глубоководные погружения
  • Азотный наркоз. Токсичность кислорода
  • Хроническое отравление кислородом. Токсичность углекислого газа
  • Растворимость азота в жидкостях организма. Декомпрессионная или кессонная болезнь
  • Выделение азота из тела. Сатурационное погружение
  • Ныряние с аквалангом. Спасение из подводной лодки
  • Гипербарический кислород

Функциональные зоны

  • Проводящая — трахея и первые 16 генераций бронхов;
  • Промежуточная — c 17 по 19 генерацию бронхов;
  • Респираторная — к ней относятся с 20 по 23 генерации бронхиол и сами альвеолы. В этой зоне и осуществляется газообмен.

Проводящая и промежуточная зоны легких вместе с верхними дыхательными путями называют анатомическим мертвым пространством (это пространство, воздух которого не участвует в газообмене). Его объем 155-175 мл, примерно 30% от дыхательного объема. Т.е. при каждом вдохе 155-175 мл воздуха не участвуют в газообмене.

Выделяют еще функциональное (физиологическое) мертвое пространство — это совокупность объема воздуха анатомически мертвого пространства и альвеол, в которых идет вентиляция воздуха, но нет газообмена (например, альвеолы не снабжаются кровью).

Линейная скорость воздушного потока максимальна в трахее — 100 см/сек. По мере деления бронхов скорость движения воздуха замедляется.

На границе проводящей и промежуточной зон (16-17 генерация) она составляет 1 см/сек, а в альвеолах — 0,02 см/сек.

Следовательно, до 20-ой генерации обмен газов с внешней средой осуществляется путем конвекции (перемещения), а далее воздушный поток уже не движется и обмен газов осуществляется за счет диффузии по градиенту парциального давления.

Онлайн-курсы английского языка с сильными учителями от «Инглекс». Для посетителей нашего сайта дарим 3 урока по промокоду WELCOME при оплате от 5 занятий с русскоязычными преподавателями

Начать изучение английского языка

Грудная полость. Висцеральная и париетальная плевры

Легкие находятся в грудной полости и покрыты плеврой.

Различают два листка плевры: висцеральный и париетальный.

Между ними имеется плевральное пространство шириной 0,1-0,2 мм, в синусах — 1-2 мм.

Плевра продуцирует (плевральную) жидкость, играющую роль смазки.

Функциональной единицей легких является ацинус.

Ацинус

Стенки альвеол снаружи оплетены густой сетью капилляров. Каждый капилляр проходит над 5-7 альвеолами. Через их стенки происходит газообмен.

Если альвеола вентилируется, то капилляр, окружающий эту альвеолу будет открыт. Если альвеола не содержит кислород в достаточном количестве, т. е. не вентилируется, то капилляр закрыт.

Этот механизм позволяет направлять кровь лишь к функционирующим альвеолам.

Функции легких и этапы дыхания

Функции легких:

  • Газообмен — основная функция.
  • Депо крови.
  • Защитная.
  • Выделительная.
  • Участие в энергетическом обмене организма.
  • Терморегуляторная.
  • Синтез тучными клетками БАВ.
  • Голосообразование.

Этапы дыхания:

I. Внешнее дыхание — обмен кислорода и углекислого газа между внешней средой и кровью легочных капилляров.

Внешнее дыхание:

  • Вентиляция легких — обмен кислорода и углекислого газа между внешней средой и альвеолами легких.
  • Диффузия газов в легких — газообмен между альвеолярным воздухом и кровью.

II. Транспорт газов — кислорода и углекислого газа кровью.

III. Внутреннее дыхание — оно также состоит из двух процессов:

  • диффузия газов в тканях — обмен газов между кровью и тканями;
  • клеточного (тканевого) дыхания — потребление клетками кислорода и выделение ими углекислого газа.

Вентиляция легких осуществляется периодической сменой вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). Вдох длится 2 сек, выдох — 3 сек.

Частота дыхания в покое составляет 14 — 16 дыханий в минуту, у новорожденного — 40 дых/мин.

Во время каждого вдоха в легкие поступает, а во время выдоха из легких выводится около 500 мл воздуха — это дыхательный объем (ДО) (10-25 мл у новорожденных).

За 1 минуту через легкие в покое проходит 6-9 л воздуха — это МОД (минутный объем дыхания).

При нагрузке МОД составляет 80 — 90 л, иногда 100 — 140 л (у мужчин).

Это происходит за счет увеличения в 4 раза частоты дыхания и 6-кратного увеличения ДО с 500 мл до 3000 мл.

Легкие самостоятельно никогда не растягиваются и не сокращаются, они пассивно следуют за грудной клеткой.

Грудная полость расширяется благодаря сокращению дыхательных мышц.

Понравился сайт? Поддержи нас подпиской в соцсетях!

  • Группа сайта в VK
  • Профиль сайта в Twitter
  • Сообщество сайта в Facebook

Дыхательные мышцы

Инспираторные мышцы:

  • Основные:
    • диафрагма,
    • наружные межреберные,
    • межхрящевые мышцы;
  • Вспомогательные:
    • большие и малые грудные,
    • лестничные,
    • грудино-ключично-сосцевидные (ГКС),
    • зубчатые мышцы.

Экспираторные мышцы:

  • внутренние межреберные мышцы,
  • мышцы передней брюшной стенки.

При спокойном вдохе функционируют только основные инспираторные мышцы, которые увеличивают объем грудной полости:

  • диафрагма,
  • наружные межреберные мышцы,
  • межхрящевые мышцы.

Положение диафрагмы при вдохе и выдохе

При форсированном, т. е. усиленном, глубоком вдохе участвуют вспомогательные мышцы вдоха, которые, сокращаясь, поднимают ребра, разгибают грудной отдел позвоночного столба и фиксируют плечевой пояс с откинутыми назад плечами — это лестничные, грудино-ключично-сосцевидные, трапециевидные, большие и малые грудные, передняя зубчатая и др.

Во время вдоха мышцы вдоха, сокращаясь, преодолевают ряд сил:

  • тяжесть приподнимаемых кверху ребер;
  • эластическое сопротивление реберных хрящей;
  • сопротивление стенок живота и брюшных внутренностей, сдавливаемых книзу опускающимся куполом диафрагмы.

Как только вдох заканчивается, и мышцы вдоха расслабляются, под влиянием указанных сил ребра опускаются, и купол диафрагмы приподнимается. Объем грудной клетки вследствие этого уменьшается.

Таким образом, при спокойном дыхании акт выдоха происходит пассивно, без участия мышц.

Объем легких и грудной полости. Плевральное давление. Сурфактант

Объем легких всегда соответствует объему грудной полости.

Они (мышцы) пассивно следуют за грудной клеткой, т.к. давление внутри легких больше, чем снаружи, т.е. в плевральной полости.

Давление в легких атмосферное, а давление в плевральной полости — отрицательное. Это отрицательное плевральное давление создается эластической тягой легких, т.е. силой, стремящейся сократить объем легких.

Эластическую тягу легких создают:

  • эластические волокна альвеол;
  • тонус бронхиальных мышц;
  • поверхностное натяжение пленки жидкости, выстилающей альвеолы. В ее состав входит сурфактант.

Сурфактант — это липопротеид, который образуется специальными клетками альвеол — пневмоцитами II типа. Период его полураспада 12-16 часов. Он постоянно обновляется.

Сурфактант

Функции сурфактанта:

  • обеспечивает эластическую тягу легких, препятствуя их перерастяжению на вдохе;
  • препятствует спадению легких (ателектазу) на выдохе;
  • создает возможность расправления легких у новорожденных;
  • влияет на скорость диффузии газов альвеолярным воздухом и кровью;
  • обладает бактериостатической активностью.

Легкие не спадаются, т. к. внутрилегочное давление всегда больше, чем внутриплевральное.

При ранениях грудной полости развивается пневмоторакс (проникновение воздуха в плевральную полость), что приведет к ателектазу (спадению) легких.

Диффузия газов в легких

Диффузия — процесс перехода газов из области с высоким парциальным давлением в область с низким парциальным давлением.

Парциальное давление — это давление каждого газа в смеси.

Для газов, растворимых в жидкости, вместо термина «парциальное давление» используют термин «напряжение».

В альвеолярном воздухе парциальное давление O2 составляет 100 — 102 мм рт. ст., парциальное давление CO2 — 40 мм рт. ст.

В капилляры легких поступает венозная кровь, в которой напряжение O2 составляет 40 мм рт. ст., а напряжение СО2 — 46 мм рт. ст.

Таким образом, вследствие разности давления О2 переходит в кровь из альвеолярного воздуха, а СО2 из крови в альвеолу, пока давление не выровняется, и кровь становится артериальной.

Диффузия газов в легких происходит через альвеолярно-капиллярную мембрану (АКМ), которая представляет собой слои альвеолярного эпителия и капиллярного эндотелия, а между ними — интерстициальное пространство.

Газообмен в легких

Скорость диффузии зависит от толщины мембраны и концентрационных градиентов О2 и СО2.

Проницаемость легочной мембраны для газа выражают величиной диффузионной способности легких — это количество газа, проникающего через легочную мембрану за 1 мин при градиенте давления в 1 мм рт. ст.

Таким образом, диффузия газов в легких обеспечивается:

  • большой поверхностью контакта (90 кв.м площадь газообмена);
  • малой толщиной легочной мембраны (0,2 — 0.4 мкм),
  • относительно малой скоростью тока крови по капиллярам (0,5 мм/сек).

Все это обеспечивает полный массоперенос О2 и СО2 в легких всего за 0,1 сек.

Диффузия газов в тканях

Протекает аналогично газообмену в легких, т.е. в силу разницы напряжения О2 и СО2 в крови и в жидкости.

Напряжение О2 в клетках — 0, а в межклеточной жидкости — 20 — 40 мм рт. ст. Напряжение СО2 в клетках — 60 мм рт. ст, в межклеточной жидкости — 46 мм рт. ст.

В артериальной крови, притекающей к клеткам, напряжение О2 — 100 мм рт. ст., CO2 — 40 мм рт. ст.

В результате происходит газообмен: О2 переходит в межклеточную жидкость и далее в клетки, а CO2 — в кровь. Кровь становится венозной, в ней напряжение О2 — 40 мм рт. ст, а CO2 — 46 мм рт. ст.

Разделы с похожими страницами

  • Лекции
  • Теория по нормальной физиологии

Читайте также

  • Лекарственные средства, действующие на ЖКТ
  • Экзаменационный тест по анатомии
  • Экзаменационный тест по Гистологии
  • Синапс. Физиология мышечных волокон
  • Общая физиология ЦНС
  • Развитие и аномалии развития пищеварительной системы
  • Экзаменационный тест по Гигиене (педиатрический факультет, 1-100)

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий