Анатомия и физиология внешнего дыхания

Доцент В.А. Мазурок

Система дыхания

Главная функция

Доставить кислород и удалить углекислый газ

4 отдельных процесса:

Легочная вентиляция – движение воздуха в легкие и обратно

Наружное дыхание – газообмен между легкими и кровью

Транспорт – перенос кислорода и углекислого газа между легкими и тканями

Внутреннее дыхание – газообмен между кровью и тканями

Система дыхания

Включает кондуктивную и дыхательную зоны

Кондуктивная зона

Нос, носоглотка, глотка, трахея

Воздухопроводящие пути

Дыхательная зона

Газообменная зона

Бронхиолы, альвеолярные каналы, альвеолы

Дыхательная мускулатура – диафрагма, межреберные, косые и прямые живота, лестничные, грудинно-ключично-сосцевидные

Нос

Увлажнение и согревание

Фильтрация и очистка входящего воздуха

Резонирующая камера

Содержит обонятельные рецепторы

Чувствительная слизистая запускает чихание

Полость носа

Глотка

Воронкообразная трубка скелетной мускулатуры соединенная с:

Полостью носа сверху

Трахеей снизу

Располагается от основания черепа до 6 шейного позвонка

Гортань

Несет три функции:

Обеспечивает открытое положение дыхательных путей

«Переключает» направления движения воздуха и пиши

Продуцирует голос

Структура гортани

Хрящевая

Щитовидный с передним выбуханием (Адамово яблоко)

Перстневидный

Три пары маленьких хрящей (черпаловидные, клинообразные, рожковидные)

Надгортанник – эластичный хрящ

Гортань – сфинктер

Закрытие во время кашля, чихания и маневра Вальсальвы

Маневр Вальсальвы (натуживание)

Задержка воздуха в нижних дыхательных путях за счет закрытия надгортанника

Вызывает повышение внутрибрюшного давления при сокращении брюшных мышц

Помогает опустошить кишечник

Работает аналогично «шинированию», стабилизируя тело при поднятии тяжестей

Трахея

Эластичная – подвижная трубка, распространяющаяся от гортани до средостения

Состоит из 3 слоев:

Слизистая – бокаловидные клетки и реснитчатый эпителий

Подслизистый слой – соединительная ткань

Адвентиция – наружный слой, собранный из С-образных хрящей

Трахея

Легкие

Сердечная выемка

Левое легкое – разделено на верхнюю и нижнюю долю косой щелью

Правое легкое – разделено на три доли косой и горизонтальной щелями

10 бронхопульмональных сегментов в каждом легком

Кровоснабжение легких

Две системы циркуляции: легочная и бронхиальная

Легочные артерии – доставляют системную венозную кровь для газообмена

Бронхиальные артерии – берут начало в аорте, сплетения идут вдоль бронхов, питают легочную ткань за исключением альвеол

Бронхиальные вены – анастомозируют с легочными венами

Легочные вены – несут оксигенированную кровь от дыхательной зоны с сердцу

Плевра

Тонкая, двухслойная серозная оболочка

Париетальная плевра

Покрывает грудную стенку и переднюю поверхность диафрагмы

Висцеральная плевра

Продолжается вокруг сердца и легких

Кондуктивная зона: бронхи

Карина – последний трахеальный хрящ, окончание трахеи и начало правого и левого главных бронхов

Воздух, достигающий бронхов:

Согрет и очищен от примесей

Насыщен водяными парами

Главные бронхи подразделяются на вторичные, снабжающие легочные доли

Мельчайшие бронхи – бронхи 23 порядка

Кондуктивная зона: бронхиальное дерево

Структура стенки бронхов напоминает структуру трахеи

Уменьшение диаметра – структурные изменения:

Строение хрящей

Бронхиолы – хрящевой остов отсутствует

Тип эпителия

Бронхиолы – кубический, нет желез

Увеличивается количество гладкой мускулатуры

Бронхиолы – циркулярный охват

Дыхательная зона

Альвеолы и терминальные бронхиолы

Дыхательные (терминальные) бронхиолы ведут в альвеолярные каналы, затем в терминальные грозди альвеол

Приблизительно 300 миллионов альвеол:

Формируют объем легких

Образуют огромную газообменную поверхность

Дыхательная мембрана

Барьер кровь-воздух состоит из:

Стенки альвеолы и капилляра

Склеенной единой базальной мембраны

Альвеолярная стенка:

Один слой альвеоцитов I типа

Газообмен за счет простой диффузии

Секретирует ангиотензин-превращающий фермент

Альвеоциты II типа секретируют сурфактант

Альвеолы

Окружены тонкими эластичными фибрами Содержат открытые поры которые:

Соединяют соседние альвеолы Выравнивают давление воздуха во всем легком

Содержат макрофаги, которые поддерживают стерильность поверхности

Дыхательная мембрана

Управление вентиляцией

Нервная система Физические факторы

Эмоциональные факторы Химические факторы

Изменения концентрации СО2

Повышение Снижение Гипервентиляция

O2

Центральные хеморецепторы

Продолговатый мозг, вентролатерально, близко к

поверхности

Стимулы:

[H+] – pH СМЖ и интерстициальной жидкости;

легко изменяемый при сдвигах paCO2

Ответ:

увеличение вентиляции, гипервентиляция

Периферические хеморецепторы

Каротидные тела3 типа нейронных компонентов

тип I (клубочковые) тип II (оболочка, покрытие) окончания чувствительных нервов

Каротидные нервы (черепные) – IX, глоссо-фарингеальный

Стимулы:paCO2 и pHpaO2 (особенно < 60 mmHg)

Ответ: увеличение вентиляцииОбусловливают 15% вентиляционного драйва в покоеУ новорожденных: гипоксия подавляет вентиляцию за счет

прямого угнетения центров продолговатого мозга

Кривые ответа CO2

Хроническая гипоксемия (годы)

Каротидные тела теряют ответ на гипоксемию

Пример: цианоз при застойной сердечной недостаточности

(после восстановления нормоксии ответ восстанавливается)

Хроническая дыхательная недостаточность с гиперкапнией

Гипоксемические стимулы каротидных хеморецепторов

становятся главными стимулами дыхательных центров.

Назначение кислорода может привести к гиповентиляции

со значительным подъемом paCO2

Дыхательные объемы и емкости

Объем вдоха – Tidal Volume (TV) 500 ml - (здоровый мужчина)

Резервный объем вдоха – Inspiratory Reserve Volume (IRV) 3100 ml

Резервный объем выдоха – Expiratory Reserve Volume (ERV) 1200 ml

Жизненная емкость – Vital Capacity (VC) 4800 ml VC=TV+IRV+ERV

Остаточный объем – Residual Volume (RV) 1200 ml

Общая емкость легких – Total Lung Capacity TLC=VC+RV 6000 ml

Дыхательные объемы и емкости

Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings

Объемы легких: норма и патология

Normal

RV

ERV

TV

IRV

FRC

VC

Restrictive

RV

ERV

TV

IRV

FRC

VC

Obstructive

RV

ERV

TV

IRV

FRC

VC

125

100

75

50

25

0

% N

orm

al T

LC

Давление

Внутригрудное давление

Всегда описывается относительно атмосферного

Внутрилегочное давление – давление внутри альвеол

Внутриплевральное давление – давление в плевральной полости

Взаимозависимость давлений

Внутрилегочное и интраплевральное давления изменяются в зависимости от фазы дыхания

Внутрилегочное давление в конечном счете всегда выравнивается с атмосферным

Интраплевральное всегда меньше внутрилегочного и атмосферного

Взаимозависимость давлений

Разнонаправленные силы легких

Эластичность легких вызывает движение в сторону минимально возможного размера

Поверхностное натяжение альвеолярной жидкости противодействует спадению альвеол

Эластичность грудной стенки тянет легкие в сторону расширения

Коллапс легких

Наступает при выравнивании внутрилегочного и интраплеврального давлений

Транспульмональное давление поддерживает легкие в открытом состоянии

Транспульмональное давление – разница между внутрилегочным и интраплевральным давлениями

Вдох

Выдох

Биомеханика

Трение неэластичных компонентов, вызываемое потоком газа

Соотношение между потоком (F), давлением (P), и резистансом (R):

Физические факторы, определяющие вентиляцию: резистивность

PR

F =

Сопротивление дыхательных путей

Повышение резистивности – затрудненное дыхание

Значительная констрикция или обструкция бронхов (бронхиол) приводит к:

Затруднению искусственной вентиляции

Остановке дыхания во время тяжелой атаки бронхиальной астмы

Выброс адреналина расширяет бронхиолы и снижает сопротивление

Легочный комплайенс

Легкость с которой легкие могут быть растянуты

В частности – изменение легочного объема в ответ на изменение транспульмонального давления

Определяется двумя основными факторами

Растяжимостью легочной ткани и грудной клетки

Поверхностным натяжением в альвеолах

Альвеолярное поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение – выстраивание молекул рядом друг с другом на границе жидкость-газ

Жидкость, покрывающая альвеолярную поверхность, обусловливает тенденцию к уменьшению их размера

Сурфактант (естественный фофсолипидный комплекс) – снижает поверхностное натяжение и предотвращает альвеолы от спадения

Факторы, снижающие легочный комплайенс

Рубцовая ткань или фиброз легких

Блокада бронхиол-альвеол секретом или жидкостью

Уменьшение продукции сурфактанта

Уменьшение податливости или растяжимости грудной клетки

Деформации грудной клетки

Оссификация хрящевой ткани

Паралич межреберной мускулатуры

Газообмен

Легочный газообмен

Толщина стенки альвеолы ~ 0.1 µm

Площадь дыхательной поверхности ~ 70 m2

В покое эритроциты находятся в легочных капиллярах 0.75 с (капиллярное время диффузии)

При максимальной нагрузке 0.4-0.5 с

Достаточно для обмена CO2

Погранично для обмена O2

Газообмен в

легочных капиллярах

(O2 и CO2)

PO2 = 40PCO2 = 46

Газообмен и транспорт

Транспорт кислорода

~98% O2 транспортируется в связанном с Нb состоянии

Транспорт углекислого газа

Растворенный в плазме (~7%)

Связанный с Hb (~20%)

В виде бикарбонат иона (~75%)

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

CO2 транспорт

Гемоглобин

Состоит из 4 железосодержащих молекул гема

Обратимо связывается с O2 – оксигемоглобин

Эффект Бора – O2 связывающая способность изменяется при колебаниях:

Температуры

pH

PO2

PCO2

2,3-DPG (дифосфоглицерат)

Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings

Транспорт кислорода

= 27, норма взрослого (19, плод/новорожденный)