Механизм дыхательных движений

Внешнее дыхание. Биомеханика дыхания. Процесс дыхания. Биомеханика вдоха. Как люди дышат?

Механизм дыхательных движений

Оглавление темы “Дыхание. Дыхательная система.”:
1. Дыхание. Дыхательная система. Функции дыхательной системы.
2. Внешнее дыхание. Биомеханика дыхания. Процесс дыхания. Биомеханика вдоха. Как люди дышат?
3. Выдох. Биомеханизм выдоха. Процесс выдоха. Как происходит выдох?
4.

Изменение объема легких во время вдоха и выдоха. Функция внутриплеврального давления. Плевральное пространство. Пневмоторакс.
5. Фазы дыхания. Объем легкого ( легких ). Частота дыхания. Глубина дыхания. Легочные объемы воздуха. Дыхательный объем. Резервный, остаточный объем. Емкость легких.
6.

Факторы, влияющие на легочный объем в фазу вдоха. Растяжимость легких ( легочной ткани ). Гистерезис.
7. Альвеолы. Сурфактант. Поверхностное натяжение слоя жидкости в альвеолах. Закон Лапласа.
8. Сопротивление дыхательных путей. Сопротивление легких. Воздушный поток. Ламинарный поток. Турбулентный поток.
9.

Зависимость «поток—объем» в легких. Давление в дыхательных путях при выдохе.
10. Работа дыхательных мышц в течение дыхательного цикла. Работа дыхательных мышц при глубоком дыхании.

Газообмен между атмосферным воздухом и альвеолярным пространством легких происходит в результате циклических изменений объема легких в течение фаз дыхательного цикла. В фазу вдоха объем легких увеличивается, воздух из внешней среды поступает в дыхательные пути и затем достигает альвеол.

Напротив, в фазу выдоха происходит уменьшение объема легких и воздух из альвеол через дыхательные пути выходит во внешнюю среду. Увеличение и уменьшение объема легких обусловлены биомеханическими процессами изменения объема грудной полости при вдохе и выдохе.

Биомеханика дыхания. Биомеханика вдоха

Рис. 10.1. Влияние сокращения диафрагмальной мышцы на объем грудной полости. Сокращение диафрагмальной мышцы при вдохе (пунктирная линия) вызывает опускание диафрагмы вниз, смещение органов брюшной полости вниз и вперед. В результате увеличивается объем грудной полости.

Увеличение объема грудной полости при вдохе происходит в результате сокращения инспираторных мышц: диафрагмы и наружных межреберных. Основной дыхательной мышцей является диафрагма, которая находится в нижней трети грудной полости и разделяет грудную и брюшную полости.

При сокращении диафрагмальной мышцы диафрагма движется вниз и смещает органы брюшной полости вниз и кпереди, увеличивая объем грудной полости преимущественно по вертикали (рис. 10.1).

Увеличению объема грудной полости при вдохе способствует сокращение наружных межреберных мышц, которые поднимают грудную клетку вверх, увеличивая объем грудной полости. Этот эффект сокращения наружных межреберных мышц обусловлен особенностями прикрепления мышечных волокон к ребрам — волокна идут сверху вниз и сзади кпереди (рис. 10.2).

При подобном направлении мышечных волокон наружных межреберных мышц их сокращение поворачивает каждое ребро вокруг оси, проходящей через точки сочленения головки ребра с телом и поперечным отростком позвонка. В результате этого движения каждая нижележащая реберная дуга поднимается вверх больше, чем опускается вышерасположенная.

Одновременное движение вверх всех реберных дуг приводит к тому, что грудина поднимается вверх и кпереди, а объем грудной клетки увеличивается в сагиттальной и фронтальной плоскостях. Сокращение наружных межреберных мышц не только увеличивает объем грудной полости, но и препятствует опусканию грудной клетки вниз.

Например, у детей, имеющих неразвитые межреберные мышцы, грудная клетка уменьшается в размере во время сокращения диафрагмы (парадоксальное движение).

Рис. 10.2. Направление волокон наружных межреберных мышц и увеличение объема грудной полости при вдохе. а — сокращение наружных межреберных мышц при вдохе поднимает нижнее ребро больше, чем опускает вниз верхнее. В результате реберные дуги поднимаются вверх и увеличивают (б) объем грудной полости в сагиттальной и фронтальной плоскости.

При глубоком дыхании в биомеханизме вдоха, как правило, участвует вспомогательная дыхательная мускулатура — грудино-ключично-сосцевидные и передние лестничные мышцы, и их сокращение дополнительно увеличивает объем грудной клетки. В частности, лестничные мышцы поднимают верхние два ребра, а грудино-ключично-сосцевидные — поднимают грудину.

Вдох является активным процессом и требует расхода энергии при сокращении инспираторных мышц, которая затрачивается на преодоление эластического сопротивления относительно ригидных тканей грудной клетки, эластического сопротивления легко растяжимой легочной ткани, аэродинамического сопротивления дыхательных путей потоку воздуха, а также на повышение внутриабдоминального давления и возникающего при этом смещения органов брюшной полости книзу.

– Также рекомендуем “Выдох. Биомеханизм выдоха. Процесс выдоха. Как происходит выдох?”

Источник: //meduniver.com/Medical/Physiology/417.html

Дыхательный цикл. механизм дыхательных движений

Механизм дыхательных движений
⇐ ПредыдущаяСтр 17 из 23Следующая ⇒

Дыхание представляет собой ритмичный процесс, частота которого у взрослого человека составляет 16-20 циклов в 1 минуту.

Каждый цикл состоит из вдоха, выдоха и паузы. Основными дыхательными мышцами являются наружные межреберные и диафрагма, сокращение которых обеспечивают вдох.

Внутренние межреберные мышцы, сокращаясь, обеспечивают форсированный выдох.

Вдох является активным актом, во время вдоха межреберные мышцы сокращаются и поднимают ребра. Диафрагма сокращается и становится из куполообразной – плоской.

В результате увеличивается объем грудной полости, растягивается париетальный листок плевры, тянет за собой висцеральный и вместе с ним легочную ткань.

Объем легких увеличивается, давление в них падает и воздух из области высокого давления (атмосфера), поступает в область низкого давления (легкие).

Выдох является пассивным актом. Во время выдоха происходят противоположные процессы, которые ведут к росту давления в легких и воздух поступает во внешнюю среду.

ПОНЯТИЕ О ПНЕВМОТОРАКСЕ И ЕГО ВИДЫ

Пневмоторакс – это нарушение герметичности плевральной полости, в результате чего в нее попадает воздух, и легкие не могут расправиться.

В зависимости от причины возникновения различают:

1. Спонтанный пневмоторакс – его причина различные патологические процессы в легких.

2. Травматический пневмоторакс – возникает при механических повреждениях грудной клетки.

3. Искусственный пневмоторакс – это введение воздуха в плевральную полость с лечебной целью.

В зависимости от числа пораженных листков плевры пневмоторакс бывает односторонним и двусторонним.

В зависимости от механизма возникновения различают пневмоторакс:

1. Закрытый – возникает в случае, когда дефект в плевре небольшой и быстро закрывается вследствие ее эластичности, доступ воздуха в плевральную полость прекращается.

2. Открытый – возникает, если воздух свободно проникает в плевральную полость, через отверстие в грудной стенке.

3. Клапанный – возникает, если во время вдоха воздух засасывается в плевральную полость, а во время выдоха не может из нее выйти.

ПОКАЗАТЕЛИ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ

Дыхание характеризуется определенной частотой – количеством циклов за 1 минуту; ритмом – правильным чередованием фаз дыхательного цикла; глубиной – количеством воздуха поступающего за 1 вдох. Внешнее дыхание характеризуется также легочными объемами. К ним относятся:

Дыхательный объем – количество воздуха, которое поступает в легкие во время спокойного вдоха =500мл.

Резервный объем вдоха – количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного вдоха =1500мл.

Резервный объем выдоха – количество воздуха, которое можно выдохнуть после спокойного выдоха =1500мл.

В сумме перечисленные объемы составляют жизненную емкость легких (ЖЕЛ). Она равна в среднем у мужчин 3,5 – 4,5литра; у женщин –3 – 3,5литра.

Остаточный воздух – это количество воздуха, которое остается в легких после самого глубокого выдоха = 1000 – 1500мл.

Воздух мертвого пространства – количество воздуха находящегося в дыхательных путях = 150мл.

ГАЗООБМЕН В ЛЕГКИХ И ТКАНЯХ

Газообмен происходит путем диффузии газов из области высокого их парциального давления в область низкого.

Парциальное давление – это давление каждого газа в смеси.

Парциальное давление О2 в альвеолах 100мм. рт. ст., СО2 – 40мм. рт. ст. В венозной крови легочных капилляров соответственно – 40 мм. рт. ст. и 46 мм рт.ст. Поэтому О2 из альвеол поступает в капилляры, а СО2 идет в обратном направлении. В результате венозная кровь становится артериальной.

В клетках тканей постоянно идут окислительные процессы, поэтому парциальное давление СО2 в них равно 46мм. рт. ст., а О2 40 мм. рт. ст. В артериальной крови тканевых капилляров соответственно 39мм. и 96мм. рт. ст. Поэтому О2 из крови поступает в тканевую жидкость, а СО2 в обратном направлении. В результате артериальная кровь становится венозной.

ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ

Кислород транспортируется в небольшом количестве в растворенном виде плазмой, а большей частью в виде непрочного соединения с гемоглобином – оксигемоглобина.

Углекислый газ в небольшом количестве транспортируется в растворенном виде и в виде карбогемоглобина. Основная часть СО2 транспортируется в виде солей угольной кислоты, которая образуется в эритроцитах из СО2 и Н2О в присутствии фермента карбоангидразы

РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ

Изменение характера дыхательных движений в зависимости от состояния организма обусловлено наличием дыхательного центра.

Под дыхательным центром понимают совокупность структур спинного мозга, продолговатого мозга, моста, среднего мозга, гипоталамуса и конечного мозга, которые принимают участие в регуляции дыхания. Главной среди этих структур считается дыхательный центр продолговатого мозга, который расположен на дне IV желудочка.

Дыхательный центр является двусторонним, каждая его половина включает инспираторные и экспираторные нейроны.

Дыхательному центру присуща автоматия, в нем периодически возникают нервные импульсы. При чем при возбуждении экспираторных нейронов, инспираторные затормаживаются и наоборот.

Дыхательный центр связан с мотонейронами спинного мозга, которые иннервируют дыхательные мышцы.

Регуляция деятельности дыхательного центра осуществляется нервным и гуморальным путем.

1. Нервная регуляция осуществляется благодаря импульсам, поступающим в дыхательный центр от механорецепторов альвеол, бронхов, хеморецепторов стенок сосудов. Проприорецепторов дыхательных мышц.

2. Гуморальная регуляция осуществляется действием на клетки дыхательного центра О2, СО2 и протонов водорода находящихся в крови. Увеличение парциального давления СО2 в крови, повышение концентрации водородных ионов; снижение парциального давления О2 вызывает возбуждение дыхательного центра, что приводит к увеличению частоты дыхательных движений и глубины дыхания и наоборот.

МЕХАНИЗМ ПЕРВОГО ВДОХА НОВОРОЖДЕННОГО

После перетягивания пуповины, прекращается плацентарное кровообращение. В крови новорожденного быстро нарастает концентрация СО2, он возбуждает дыхательный центр, нервные импульсы поступают к дыхательным мышцам, они сокращаются. Происходит первый вдох.

ЛЕКЦИЯ

ПРОЦЕСС ПИТАНИЯ

ОБЩИЕ ДАННЫЕ

Органы пищеварительной, дыхательной систем и мочеполового аппарата объединяются под названием внутренностей или внутренних органов. Они расположены преимущественно в полостях тела: органы пищеварения – в грудной и брюшной полостях, органы дыхания в грудной, мочеполовые органы – в забрюшинном пространстве и в полости таза.

Внутренние органы делятся на три группы: полые, паренхиматозные и смешанные (см. лекцию «Общий обзор организма»).

Большинство органов пищеварения расположено в брюшной полости. Брюшной полостью или полостью живота называют полость, выстланную внутрибрюшной фасцией, ограниченную сверху диафрагмой, спереди и с боков – широкими мышцами живота, сзади – поясничным отделом позвоночника и прилежащими к нему мышцами. Следует отличать брюшную полость от полости брюшины.

БРЮШИНА

Брюшина (peritoneum) – серозная оболочка, выстилающая стенки полости живота и переходящая на внутренние органы.

Расположение органов по отношению к брюшине

Интраперитонеально (внутрибрюшинно) то есть орган окружен брюшиной со всех сторон (желудок, селезенка, тощая и подвздошная кишка, слепая кишка с аппендиксом, поперечная ободочная кишка, сигмовидная ободочная кишка, верхняя треть прямой кишки, матка, маточные трубы).

Мезоперитонеально, то есть орган окружен брюшиной с трех сторон (печень, желчный пузырь, восходящая и нисходящая ободочная кишка, средняя часть прямой кишки).

Экстраперитонеальное (забрюшинно) то есть орган с одной стороны прилегает к брюшине (поджелудочная железа, почки, большая часть 12-ти перстной кишки, надпочечники, мочеточники, мочевой пузырь, нижняя треть прямой кишки).

Строение

Брюшина имеет 2 листка:

висцеральный – переходит на внутренние органы;

париетальный –выстилает стенки брюшной полости.

Между ними – полость брюшины, заполненная серозной жидкостью, которая уменьшает трение между листками. У мужчин брюшинная полость – замкнутая, у женщин – сообщается через маточные трубы с окружающей средой.

Карманы

– у мужчин между мочевым пузырем и прямой кишкой;

– у женщин 2 кармана: между маткой и мочевым пузырем, между маткой и прямой кишкой (дугласово пространство).

Сальники

большой – длинная складка, свисающая с большой кривизны желудка впереди поперечной ободочной кишки и петель тонкой кишки в виде фартука. Состоит из 4-х листков брюшины, между которыми находится жировая клетчатка;

малый – состоит из 2-х связок, переходящих одна в другую: печеночно-дуоденальной и печеночно-желудочной. Они располагаются между воротами печени, малой кривизной желудка и верхней частью двенадцатиперстной кишки. Имеет 2 листка, между которыми находится жировая ткань. В малом сальнике проходят печеночная артерия, общий желчный проток, воротная вена;

сальниковая сумка расположена позади малого сальника и желудка.

Брыжейки

Брыжейки – это двойные складки брюшины, на которой подвешены петли кишечника.

Брыжейки имеют: тощая и подвздошная кишка, аппендикс, поперечная, сигмовидная ободочная кишка, верхняя треть прямой кишки.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ АНАТОМИИ И ФИЗИОЛОГИИ

ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Пищеварение – сложный физиологический процесс, благодаря которому пища, поступившая в пищеварительный тракт, подвергается физическим и химическим изменениям, а содержащиеся в ней питательные вещества, расщепляясь, всасываются в кровь и лимфу.

Физические изменения, происходящие с пищей, заключаются в ее измельчении, перемешивании и растворении.

Химические изменения происходят под действием на сложные органические вещества определенных ферментов. Эти ферменты делятся на несколько групп:

1. Протеазы– расщепляют белки до аминокислот.

2. Липазы – расщепляют жиры до глицерина и жирных кислот.

3. Карбогидразы расщепляют сложные углеводы до моносахаридов.

4. Нуклеазы – расщепляют нуклеиновые кислоты до нуклеотидов.

Пищеварительные ферменты активны при температуре человеческого тела и определенной кислотности среды.

Значение пищеварения:

1. Заключается в расщеплении сложных органических веществ до простых, которые способны к всасыванию через стенку ЖКТ и к использованию клетками.

2. При расщеплении сложные органические вещества теряют свою специфичность и не отторгаются организмом.

3. Полученные клетками вещества включаются в обмен веществ и используются как пластический и энергетический материал.

Переваривание и всасывание пищи происходит у человека в пищеварительном или желудочно-кишечном тракте.

Основными функциями ЖКТ являются:

1. Секреторная – заключается в выработке железистыми клетками пищеварительных соков.

2. Моторная – осуществляется мускулатурой, которая обеспечивает жевание, глотание, передвижение пищи, ее перемешивание с пищеварительными соками, а также удаление непереваренных остатков.

3. Всасывающая – осуществляется слизистой ЖКТ.

4. Внутрисекреторная – выделение гормонов, которые регулируют процессы пищеварения.

5. Экскреторная – состоит в выделении из организма некоторых продуктов обмена (например, желчных пигментов).

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Источник: //lektsia.com/3x555c.html

Дыхание как процесс. Механизмы вдоха и выдоха

Механизм дыхательных движений

Дыхание как процесс состоит из трех компонентов:

1.      Внешнее дыхание.

2.      Транспорт газов кровью.

3.      Внутреннее дыхание.

Внешнее дыхание. Вдох и выдох. Механизм вдоха

1.      Первым делом при вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы, в результате чего ребра приподнимаются.

2.      Следом сокращается и уплощается диафрагма. Она решительно давит на органы, расположенные в брюшной полости, толкая их вниз.

3.      Объемы грудной и плевральной полости растут.

4.      Давление в плевральной полости еще более понижается и падает ниже атмосферного.

5.      Давление в альвеолах легких также уменьшается при поднятии ребер и увеличении грудной клетки.

6.      Низкое давление в альвеолах и в плевральной полости — залог поступления воздуха в легкие.

7.      Грудная клетка поднята, человек вдыхает.

Механизм выдоха

1.      Выдох происходит под действием тяжести опускающейся грудной клетки, воздух попросту выдавливается.

2.      Сокращаются лишь внутренние межреберные мышцы, а наружные расслабляются.

3.      Диафрагма вновь становится выпуклой — она как бы вдается в грудную полость.

4.      Давление в легких в этот момент выше атмосферного, поэтому воздух и идет из легких наружу, из области высокого давления в область более низкого.

Дыхательные показатели легких

1.      Дыхательный объем — это тот объем воздуха, который человек без усилий, спокойно вдыхает за один дыхательный цикл (у взрослого он составляет около 0,5 литра).

2.      Резервный объем вдоха — объем воздуха, который возможно дополнительно, с усилием вдохнуть после обычного вдоха (это еще около 1,5 литра).

3.      Резервный объем выдоха — объем воздуха, который человек способен выдохнуть после обычного выдоха (соответственно, около 1,5 литра).

4.      ЖЕЛ — объем воздуха, который человек выдыхает после того, как сделал максимально глубокий вдох (он составляет в среднем 3,3–4,8 литра). Измеряют этот объем спирометром.

5.      Остаточный объем — объем воздуха, остающийся в легких даже после максимального выдоха (около 1,2 литра). Как мы видим, полный выдох вовсе не означает, что в легких вовсе не осталось воздуха. В них существует невероятный, длиной в три тысячи километров, лабиринт путей, по которым движется воздух.

6.      Общая емкость легких — результат сложения остаточного объема и ЖЕЛ (4,2–6 литров).

Транспорт газов кровью

100 миллилитров крови переносят около 21 миллилитра кислорода — это называется кислородной емкостью крови. Ниже мы перечислим, как, из каких мест и куда по кровяному руслу переносятся кислород и углекислый газ.

1.      Кислород в альвеолах проникает в капилляры, связывается с гемоглобином эритроцитов, образуется оксигемоглобин.

2.      Эритроциты передают молекулы кислорода клеткам и тканям.

3.      Из клеток и тканей в обратном направлении движется углекислый газ, связывающийся с гемоглобином — в результате чего образуется карбгемоглобин, а также карбонаты; либо СО2 движется в свободном состоянии (в составе угольной кислоты).

4.      Кровь, насыщенная СО2, поступает в легкие.

Тканевое (внутреннее) дыхание

1.      Кровеносные капилляры отдают кислород в тканевую жидкость.

2.      Газы из капилляров крови идут в тканевую жидкость по закону диффузии.

3.      Из тканевой жидкости кислород идет в клетки тела, где используется для окисления.

4.      Из клеток в тканевую жидкость диффузно идет углекислый газ.

5.      Из тканевой жидкости углекислый газ диффузно достигает капилляра.

Интересные факты о дыхании

1.      В воздухе, выдыхаемом человеком, содержится до 10 процентов кислорода и до 4 процентов углекислого газа.

2.      При минимальных 4–5 процентах углекислого газа в воздухе у человека появляются признаки отравления. При 10–12 процентах человек теряет сознание, возможна смерть.

3.      Кессонная болезнь развивается от перепада давления при стремительном подъеме с глубины на поверхность, например, у дайверов или исследователей, опускающихся на глубину в батискафе. В крови при этом образуются пузырьки азота, которые разрушают кровеносные сосуды, перекрывают ток крови. При этом возможны паралич и смерть.

4.      Ионы водорода воздействуют на нейроны дыхательных центров головного мозга.

5.      Кислород действует только на специфические хеморецепторы сосудов, не влияя на клетки дыхательных центров мозга.

6.      Если суммировать общий вес крови, перекачивающейся легкими за сутки, результат нас удивит — это около 7 тонн!

Хочешь сдать экзамен на отлично? Жми сюда – мастер класс по биологии

Источник: //EgeVideo.ru/stati/chelovek/dykhanie-kak-protsess-mekhanizmy-vdokha-i-vydokha/

Механизм дыхательных движений

Механизм дыхательных движений

ДЫХАНИЕ

Дыхание и его функции. Этапы дыхания

Практически любой процесс, при котором окисление органических веществ ведёт к выделению химической энергии, называют дыханием.

Если для этого требуется О2, то дыхание называют аэробным, а если же реакции идут в отсутствии О2 – анаэробным дыханием.

Последовательность реакций, посредством которых клетки организма человека используют энергию связей органических молекул, называется внутренним, тканевым или клеточным дыханием.

Под дыханием высших животных и человека понимают совокупность процессов, обеспечивающих непрерывное поступление во внутреннюю среду кислорода, использование его в окислительных реакциях, а также удаление из организма образующихся в процессе метаболизма углекислого газа и частично воды.

Функцию дыхания у человека реализуют:

– внешнее или лёгочное дыхание (газообмен между наружной и внутренней средой организма);

– кровообращение (транспорт газов к тканям и от них);

– система крови (специфическая газотранспортная среда);

– внутреннее или тканевое дыхание (непосредственно процесс клеточного окисления);

– механизмы нейрогуморальной регуляции дыхания.

В связи с этим выделяют следующие основные этапы дыхания:

1. внешнее дыхание, обеспечивающее газообмен между легкими и внешней средой;

2. газообмен между альвеолярным воздухом и притекающей к легким венозной кровью;

3. транспорт газов кровью;

4. газообмен между артериальной кровью и тканями;

5. тканевое дыхание (рис.8.1.).

Результатом деятельности системы внешнего дыхания является обогащение крови О2 и освобождение от избытка СО2.

Основная функция дыхательной системы – обеспечение клеток организма необходимым количеством кислорода и выведение из организма углекислого газа.

Рис. 8.1. Этапы дыхания

Другие функции дыхательной системы:

· выделительная – через легкие происходит выделение летучих продуктов обмена (выделение летучих веществ, например: спиртов, эфиров, а так же пылевых и бактериальных частиц);

· терморегуляторная – дыхание способствует теплоотдаче;

· защитная – в ткани легких присутствует большое количество иммунных клеток.

· участие в водном и электролитном балансе;

· участие в депонировании крови;

· гомеостатическая (поддержание газового гомеостаза, а также химического посредством задержки и инактивации многих химических веществ).

Механизм дыхательных движений

Газообмен в организме осуществляется благодаря ритмичным дыха­тельным движениям путем смены вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). При вдохе в альвеолы поступает атмосферный воздух, содержащий около 21 % кислорода, а при выдохе в окружающую среду удаляется воздух, бедный кислородом, но с высоким содержанием углекислого газа.

Основная причина газообмена между окружающей средой и альвеолярным воздухом, заполняющим полость легких, — это градиент давления. В момент вдоха давление воздуха в полости легких становится меньше атмосферного, и воздух поступает в легкие.

При выдохе давление воздуха в легких становится немного выше атмосферного, и воздух из легких выходит в окружающую среду. Изменение давления воздуха в полости легких обусловлено изменением их объема при дыхании. Характеристикой смеси газов, занимающей определенный объем, служит так называемое парциальное давление.

Если объем увеличивается — парциальное давление падает, если объем уменьшается — парциальное давление увеличивается.

Анатомические особенности, обеспечивающие дыхание.В легких нет мышечной ткани и нет механизмов, позволяющих легким активно изменять свой объем.

Поэтому существует аппарат вентиляции легких, состоящий из грудной клетки (ребра и грудина) и поперечнополосатых дыхательных мышц. В процессе дыхания аппарат вентиляции вследствие сокращения основных дыхательных мышц совершает ритмические дыхательные движения.

При спокойном дыхании в процессе дыхания участвуют поперечнополосатые наружные межреберные мышцы и диафрагма, которая является главной дыхательной мышцей. При форсированном дыхании в этот процесс могут вовлекаться десятки других поперечнополосатых мышц туловища.

В основе легочной вентиляции лежит так называемая модель Дондерса, названная по имени ученого, который ее впервые предложил (рис.8.2).

Рис.8.2. «Модель Дондерса» –устройство для демонстрации роли внутриплеврального давления в дыхательном акте: а – экскурсия легких в конце выдоха; б – экскурсия легких во время вдоха (по //badis.narod.ru/home/nauka/fiziologya/fizds_stm.html).

Модель является, по сути, упрошенной схемой, по которой осуществляется легочная вентиляция. Дондерс проводил опыты с легкими животных, он помещал их в закрытый сосуд, а затем увеличивал объем указанного сосуда путем растяжения его дна, объем легких при этом также увеличивался и в них поступал воздух.

Примерно по такой же схеме осуществляется и вентиляция легких в естественных условиях, вот только в роли сосуда из опыта Дондерса выступает сама грудная клетка. Легкие окружены париетальной и висцеральной плеврой. Париетальная плевра сращена с грудной клеткой. Висцеральная плевра сращена с легкими.

Между париетальной и висцеральной плеврой имеется тонкая щель, заполненная мономолекулярным слоем серозной жидкости. Поверхностное натяжение этой жидкости прочно притягивает друг к другу оба листка плевры, так что при оттягивании одного листка плевры другой следует за ним.

Эта ситуация может быть смоделирована, если прижать друг к другу два небольших стекла, капнуть между ними капельку воды и попробовать разъединить. За счет сил поверхностного натяжения воды, их связывающих, разъединить стекла не удастся. Таким образом, во время дыхания грудная клетка тянет за собой париетальную плевру, которая сращена с ней.

Париетальная плевра тянет за собой висцеральную плевру, связанную с ней силами поверхностного натяжения серозной жидкости, а висцеральная плевра тянет ткань легких, которые увеличиваются в объеме, давление в них уменьшается и по закону Бойля Мариотта, в легкие поступает атмосферный воздух – осуществляется вдох.

При выдохе объем грудной клетки уменьшается, вслед за ним уменьшается, и объем легких, давление в них возрастает и воздух покидает легкие.

Движение грудной клетки осуществляются благодаря сокращению дыхательной мускулатуры. При этом сокращение мышц могут приводить в движение ребра, изменяя тем самым объем грудной клетки. С другой стороны объем грудной клетки может изменяться за счет сокращения (уплощения) и расслабления диафрагмы.

На практике же, оба эти механизма работают в некоторой степени, однако выраженность их неодинакова. Если преобладают движения диафрагмы, то говорят о брюшном типе дыхания, которое в большей степени характерно для мужчин.

Если же преобладают движения ребер под действием межреберных мышц или вспомогательной инспираторной мускулатуры, то говорят о грудном типе дыхания, которое в большей мере характерно для женщин.

В осуществлении внешнего дыхания принимают участие три анатомо-функциональных образования, от свойств которых зависит биомеханизм дыхания. К этим образованиям относят:

1. растяжимые дыхательные пути;

2. эластическую легочную ткань;

3. плотный костно-хрящевой каркас грудной клетки, а также ее связки и мышцы.

Механизм вдоха и выдоха

Вдох — активный процесс, который совершается именно благодаря сокращению дыхательных мышц (рис.8.3). Сокращение наружных межреберных мышц приводит к подъему реберных дуг, грудина отходит немного вперед.

Одновременно сокращаются мышечные волокна диафрагмы, ее сухожильный центр смещается книзу, оттесняя брюшные внутренности вперед и вниз. Объем грудной полости увеличивается в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Смещение диафрагмы при спокойном дыхании составляет 1-1,5 см, а при глубоком — может увеличиваться до 10 см. При смещении диафрагмы на 1 см объем грудной полости изменяется примерно на 250-270 мл. Сокращения диафрагмы обуславливают около 50-70% глубины вдоха.

Легкие пассивно следуют за всеми изменениями объема грудной полости при сокращении и расслаблении дыхательных мышц.

Рис. 8.3. Механизм дыхательных движений.

(www.megabook.ru/ Article.asp?AID=594763)

Одностороннее атмосферное давление, действующее на легкие со стороны дыхательных путей, — главная движущая сила легких.

Существуют и другие силы, обусловливающие увеличение объема легких при вдохе и уменьшение при выдохе.

Увеличение объема грудной полости в момент вдоха приводит к увеличению объема легких, парциальное давление воздуха в них несколько снижается, и воздух из окружающей среды заходит в легкие.

При выдохе объем грудной клетки уменьшается за счет возврата диафрагмы в исходное состояние и расслабление межреберных мышц. Это приводит к увеличению давления внутри легких, которое превышает атмосферное.

Так, попытка сделать сильный выдох, если воздухоносные пути закрыты, вызывает значительный рост давления в альвеолах.

В нормальных условиях в результате плавного уменьшения легочного объема создается градиент давления, и воздух пассивно выходит из легких.

Атмосферное давление, действующее на легкие только со стороны воздухоносных путей, плотно прижимает их к грудной стенке. Атмосферное давление, действующее на нас снаружи, изолируется кожей и подкожной жировой тканью, поэтому оно не достигает легких с наружной поверхности тела. Грудная полость и плевральная полость, которые окружают легкие, герметичны и с атмосферой не сообщаются.

При нарушении герметичности грудной клетки (например, при ранениях) атмосферное давление начинает действовать не только на внутреннюю поверхность легких, но и на внешнюю.

Это приводит к тому, что легкие спадаются (пневмоторакс) и акты вдоха и выдоха становятся невозможными.

Двусторонний пневмоторакс, затрагивающий оба легких, если не применяется искусственное нагнетание воздуха в легкие, ведет к смерти.

Понятие о паттерне дыхания.Под паттерном дыхания понимают характер, рисунок, или «почерк», дыхания. Дыхательные кривые отличаются по длительности его фаз – вдоха и выдоха, величине дыхательно­го объема (рис.8.4).

Паттерн дыхания – это совокупность объемных и временных па­раметров, характеризующих структуру дыхательного цикла и легочную вен­тиляцию в целом.

Рис. 8.4. Структура дыхательного цикла.

Vt – дыхательный объем; Тт – общая продолжительность дыхательного цикла;

Ti – продолжительность инспираторной фазы;

Те – продолжительность экспираторной фазы.

Параметры паттерна дыхания:

количество дыхательных цик­лов в 1 минуту (частота дыхания – ЧД);

– длительность отдельного дыхатель­ного цикла (Тт) – величина, обратная частоте дыхания;

– длительность вдоха и выдоха – инспираторной и экспираторной фаз (ТI и Те);

– дыхательный объем (ДО) или глубина дыхания (ГД);

– легочная вентиляция (ЛВ), обычно обозна­чаемая как минутный объем дыхания (МОД). Он может быть рассчи­тан как произведение частоты дыхания (ЧД) на величину дыхательного объ­ема: МОД=ДОхЧД

Индивидуально паттерн дыхания различается весьма существенно. Так, по количеству дыхательных циклов в одну минуту, которое считается нормальным в диапазоне от 12 до 16 дыхательных циклов, выделяют:

– тахипноический тип дыхания – тип с относительно частым и неглубоким дыханием, когда частота дыхания выше 20 циклов в минуту;

– брадипноический тип дыхания – тип с медленным и глубоким дыханием, когда частота дыхания ниже 8 циклов в минуту;

– нормопноический тип дыхания – промежуточный тип.

Для количественной оценки лёгочной вентиляции, важно знать, какие объёмы воздуха могут находиться в лёгких в зависимости от фазы и глубины дыхания (рис.8.5).

Рис. 8.5. Основные дыхательные объёмы и ёмкости.

Статические объёмы легких

1. Дыхательный объём (ДО) (400-500 мл) – объём воздуха, вдыхаемый и выдыхаемый при каждом дыхательном цикле.

2. Резервный объём вдоха (дополнительный воздух: 1900-3300 мл) – тот объём, который можно вдохнуть при максимальном вдохе после обычного вдоха.

3. Резервный объём выдоха (резервный воздух: 700-1000 мл)

4. Остаточный объём (1200 мл)

Ёмкости легких

1. Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) – количество воздуха находящееся в лёгких после максимального вдоха (4200-6000 мл)

2. Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) (сумма первых 3-х дыхательных объёмов) – количество воздуха, которое выходит из лёгких при максимально глубоком выдохе, после максимально глубокого вдоха (3300-4800 мл).

3. Ёмкость вдоха (сумма первых 2-х объёмов) (3000 мл).

4. Функциональная остаточная ёмкость (ФОЕ) – сумма 2-х последних объёмов (2400 мл).

Источник: //poisk-ru.ru/s12724t9.html

Биомеханика дыхательных движений

Механизм дыхательных движений

Внешнее дыхание осуществляется благодаря изменениям объема грудной клетки и сопутствующим изменениям объема легких.

Объем грудной клетки увеличивается во время вдоха, или инс­пирации, и уменьшается во время выдоха, или экспирации. Эти дыхательные движения обеспечивают легочную вентиляцию.

В дыхательных движениях участвуют три анатомо-функциональных образования: 1) дыхательные пути, которые по своим свойствам являются слегка растяжимыми, сжимаемыми и создают поток воздуха, особенно в центральной зоне; 2) эластичная и растяжимая легочная ткань; 3) грудная клетка, состоящая из пассивной костно-хрящевой основы, которая объединена соединительнотканными связками и дыхательными мышцами. Грудная клетка относительно ригидна на уровне ребер и подвижна на уровне диафрагмы.

Известно два биомеханизма, которые изменяют объем грудной клетки: поднятие и опускание ребер и движения купола диафрагмы; оба биомеханизма осуществляются дыхательными мышцами. Дыха­тельные мышцы подразделяют на инспираторные (вдоха) и экспираторные (выдоха).

Инспираторными мышцами являются диафрагма, наружные межреберные и межхрящевые мышцы. При спокойном дыхании объем грудной клетки изменяется в основном за счет сокращения диафрагмы и перемещения ее купола.

При глубоком форсированном дыхании в инспирации участвуют дополнительные, или вспомога­тельные, мышцы вдоха: трапециевидные, передние лестничные и грудино-ключично-сосцевидные мышцы. Лестничные мышцы под­нимают два верхних ребра и активны при спокойном дыхании.

Грудино-ключично-сосцевидные мышцы поднимают грудину и уве­личивают сагиттальный диаметр грудной клетки. Они включаются в дыхание при легочной вентиляции свыше 50 л/мин или при дыхательной недостаточности.

Экспираторными мышцами являются внутренние межреберные и мышцы брюшной стенки, или мышцы живота. Последние нередко относят к главным экспираторным мышцам. У нетренированного человека они участвуют в дыхании при вентиляции легких свыше 40 л/мин.

Каждое ребро способно вращаться вокруг оси, проходящей через две точки подвижного соединения с телом и поперечным отростком соответствующего позвонка.

Во время вдоха верхние отделы грудной клетки расширяются преимущественно в переднезаднем направлении, так как ось вращения верхних ребер расположена практически поперечно относительно грудной клетки .

Нижние отделы грудной клетки больше расширяются преимущественно в боковых направлениях, поскольку оси нижних ребер занимают более сагиттальное положение. Сокращаясь, на­ружные межреберные и межхрящевые мышцы в фазу инспирации поднимают ребра, напротив, в фазу выдоха ребра опускаются бла­годаря активности внутренних межреберных мышц.

Диафрагма имеет форму купола, обра­щенного в сторону грудной полости. Во время спокойного вдоха купол диафрагмы опускается на 1,5-2,0 см , а перифе­рическая мышечная часть несколько отходит от внутренней повер­хности грудной клетки, поднимая при этом в боковых направле­ниях нижние три ребра.

Во время глубокого дыхания купол диаф­рагмы может смещаться до 10 см. При вертикальном смещении диафрагмы изменение дыхательного объема составляет в среднем 350 мл /см .

Если диафрагма парализована, то во время вдоха ее купол смещается вверх, возникает так называемое парадоксальное движение диафрагмы.

В первую половину выдоха, которая называется постинспираторной фазой дыхательного цикла, в диафрагмальной мышце постепенно уменьшается сила сокращения мышечных волокон. При этом купол диафрагмы плавно поднимается вверх, благодаря эластической тяге легких, а также увеличению внутрибрюшного давления, которое в экспирацию могут создавать мышцы живота.

Движение диафрагмы во время дыхания обусловливает примерно 70-80% вентиляции легких. На функцию внешнего дыхания существенное влияние оказывает брюшная полость, поскольку масса и объем висцеральных (внутренних) органов ограничивают подвижность диафрагмы.

Механизм вдоха и выдоха

Благодаря ритмичному сокращению диафрагмы (16-18 раз в минуту) и других дыхательных мышц объем грудной клетки то увеличивается (при вдохе), то умень­шается (при выдохе). При расширении грудной клетки легкие пассивно растягиваются, расширяются. При этом давление в легких понижается и становится ниже атмосферного (на 3-4 мм рт. ст.).

Поэтому воздух через дыхательные пути извне устремляется в легкие. Так происходит вдох. При глубоком вдохе, форсированном дыхании сокращаются не только дыхательные мышцы, но и вспомогательные. Выдох осуществляется при расслаблении мышц вдоха и сокращении мышц выдоха, которые рассмотрены выше.

Приподнятая и расширенная при вдохе грудная клетка в силу своей тяжести и при действии ряда мышц опускается. Растянутые легкие благодаря своей эластичности уменьшаются в объеме. При этом давление в легких резко возрастает и воздух покидает легкие. Так происходит выдох.

При кашле, чихании, в быстром выдохе участвуют мышцы живота, брюшного пресса, ребра (грудная клетка) опускаются, диафрагма резко поднимается.

Рассмотрим легочные объемы и емкости. В процессе легочной вентиляции непрерывно обновляется газовый состав альвеолярного воздуха. Величина легочной вентиляции оп­ределяется глубиной дыхания, или дыхательным объемом, и частотой дыхательных движений.

Во время дыхательных движений легкие человека заполняются вдыхаемым воздухом, объем которого явля­ется частью общего объема легких. Для количественного описания легочной вентиляции общую емкость легких разделили на несколько компонентов или объемов.

При этом легочной емкостью называется сумма двух и более объёмов.

Легочные объемы подразделяют на статические и динамические. Статические легочные объемы измеряют при завершенных дыха­тельных движениях без лимитирования их скорости. Динамические легочные объемы измеряют при проведении дыхательных движений с ограничением времени на их выполнение.

Объем воздуха в легких и дыхательных путях зависит от следующих показателей: 1) антропометрических инди­видуальных характеристик человека и дыхательной системы; 2) свойств легочной ткани; 3) поверхностного натяжения альвеол; 4) силы, развиваемой дыхательными мышцами.

Измеряют статические и динамические легочные объемы.

Рис.10. Легочные объемы и емкости.

Схематическое изображение статических легочных объемов и емкостей представлено на рис. 10.

Дыхательный объем (ДО) – объем воздуха, который вды­хает и выдыхает человек во время спокойного дыхания. У взрослого человека ДО составляет примерно 500 мл. Величина ДО зависит от условий измерения (покой, нагрузка, положение тела). ДО рас­считывают как среднюю величину после измерения примерно шести спокойных дыхательных движений.

Резервный объем вдоха (РОвд) – максимальный объем воздуха, который способен вдохнуть испытуемый после спокойного вдоха. Величина РОвд составляет 1,5-1,8 л.

Резервный объем выдоха (РОвыд)-максимальный объем воздуха, который человек дополнительно может выдохнуть с уровня спокойного выдоха. Величина РОвыд ниже в горизонтальном поло­жении, чем в вертикальном, уменьшается при ожирении. Она равна в среднем 1,0-1,4 л.

Остаточный объем (ОО) – объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Величина остаточного объема равна 1,0-1,5 л.

После того как человек выдохнет 500 мл воздуха (ды­хательный объем), а затем еще сделает глубокий выдох (1500 мл), в его легких все еще остается примерно 1200 мл остаточного объема воздуха, удалить который из лег­ких практически невозможно. Дышавшее легкое всегда содержит воздух, поэтому легочная ткань в воде не тонет.

Рассмотрим легочные емкости. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) включает в себя дыхательный объем, резервный объем вдоха, ре­зервный объем выдоха. У мужчин среднего возраста ЖЕЛ варьирует в пределах 3,5-5,0 л и более. Для женщин типичны более низкие величины (3,0-4,0 л). У тренированных, физически развитых людей жизненная емкость легких может достигать 7000-7500 мл.

В зависимости от методики измерения ЖЕЛ различают ЖЕЛ вдоха, когда после полного выдоха производится максимально глубокий вдох и ЖЕЛ выдоха, когда после полного вдоха производится максимальный выдох.

Емкость вдоха (Евд) равна сумме дыхательного объема и резервного объема вдоха. У человека Евд составляет в среднем 2,0-2,3 л.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) -объ­ем воздуха в легких после спокойного выдоха. ФОЕ является суммой резервного объема выдоха и остаточного объема. ФОЕ измеряется методами газовой дилюции, или разведения газов, и плетизмографически.

На величину ФОЕ существенно влияет уровень физической активности человека и положение тела: ФОЕ меньше в горизон­тальном положении тела, чем в положении сидя или стоя. ФОЕ уменьшается при ожирении вследствие уменьшения общей растя­жимости грудной клетки.

Общая емкость легких (ОЕЛ) – объем воздуха в легких по окончании полного вдоха. ОЕЛ рассчитывают двумя способами: ОЕЛ = ОО + ЖЕЛ или ОЕЛ = ФОЕ + Евд. ОЕЛ может быть измерена с помощью плетизмографии или методом газовой дилюции.

Измерение легочных объемов и емкостей имеет клиническое значение при исследовании функции легких у здоровых лиц и при диагностике заболевания легких человека.

В течение 1 минуты человек вдыхает и выдыхает 5-8 л воздуха. Это минутный объем дыхания, который при интен­сивной физической нагрузке может достигать 80-120 л в минуту.

Из 500 мл вдыхаемого воздуха (дыхательный объем) только 360 мл проходит в альвеолы и отдает кислород в кровь. Остальные 140 мл остаются в воздухоносных путях и в газообмене не участвуют. Поэтому воздухо-носные пути называют «мертвым» пространством.

Анато­мическим «мёртвым» пространством называют кондуктивную, или воздухопроводящую, зону легкого, которая не участвует в га­зообмене (верхние дыхательные пути, трахея, бронхи и терминаль­ные бронхиолы).

Анатомическое «мёртвое» пространство выполняет ряд важных функций: нагревает вдыхаемый атмосферный воздух, задерживает примерно 30% выдыхаемых тепла и воды. Последнее предупреждает высушивание альвеолярно-капиллярной мембраны легких.

Как указано выше, воздухоносные пути каждого легкого человека имеют 23 генерации, или деления, бронхиального дерева по типу дихотомии от трахеи до альвеол. После прохождения через бронхи 8-12 порядка температура вдыхаемого воздуха достигает 37°С, а влажность – 100%.

Анатомическое «мёртвое» пространство практи­чески соответствует кондуктивной зоне легких, объем которой варь­ирует от 100 до 200 мл, а в среднем составляет 2 мл на 1 кг массы тела, т. е. 150 мл при массе тела 75 кг.

В процессе внешнего дыхания ряд факторов может изменять объем анатомического «мёртвого» пространства. Например, увеличение дыхательного объема сопровождается растяжением дыхательных путей.

На объем анатомического «мёртвого» пространства влияют частота дыхания, которая изменяет время, необходимое для диффузии газов, а также ритмические сокращения сердца и пульсация крупных сосудов.

Наконец, анатомическое «мёртвое» пространство варьирует при изменении тонуса гладких мышц бронхов (например, ацетилхолин повышает, а атропин напротив, понижает тонус гладких мышц дыхательных путей).

В анатомическом «мёртвом» пространстве воздушный поток имеет наибольшую линейную скорость.

По направлению к альвеолярным ходам и альвеолярным мешочкам линейная скорость движения воздуха уменьшается до величин весьма незначительных для конвентивного воздухопроведения.

Это объясняется тем, что вследствие многократных ветвлений бронхиального дерева общее поперечное сечение воздухоносных путей настолько возрастает, что поступательное перемещение газов становится незначительным.

Существует точка зрения, что в пределах переходной зоны легких (от кондуктивной к респираторной), а также респираторной или альвеолярной зоны легкого кислород и углекислый газ переносятся к альвеолярной мембране в основном с помощью диффузии. Это способствует быстрому выравниванию концентрации дыхательных газов на огромной диффузионной поверхности легких.

В здоровом легком некоторое количество апикальных альвеол вентилируется нормально, но частично или полностью не перфузируется кровью. Подобное физиологическое состояние обозначают как «альвеолярное мёртвое пространство».

В физиологических условиях оно может появляться в случае снижения минутного объема крови, уменьшения давления в артериальных сосудах легких, а в патологических состояниях – при анемии, легочной эмболии или эмфиземе.

В подобных зонах легких не происходит газообмена.

Сумма объемов анатомического и альвеолярного «мёртвых» пространств называется физиологическим, или функциональным, «мёртвым» пространством.

Анатомическое «мёртвое» пространство снижает эффективность альвеолярной вентиляции. Во время спокойного вдоха объемом 500 мл в альвеолы поступает только 350 мл вдыхаемого, или атмосферного, воздуха.

Остальные 150 мл вдыхаемого воздуха представляют собой альвеолярный воздух, который после газообмена задерживается в анатомическом «мёртвом» пространстве в конце каждого выдоха.

Анатомическое «мёртвое» пространство, составляющее в среднем 1/3 дыхательного объема, снижает на эту величину эффективность альвеолярной вентиляции при спокойном дыхании.



Источник: //infopedia.su/18x138a1.html

WikiMedSpravka.Ru
Добавить комментарий