Физиология дыхания

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ  АКАДЕНИЯ

им.Н.Н. БУРДЕНКО

 

 

Кафедра ИПМО АНЕСТЕЗИОЛОГИИ И РЕАНИМАЦИИ.

 

 

Р   Е   Ф   Е   Р   А   Т

 

НА  ТЕМУ:   «Физиология дыхания»

 

 

 

 

 

 

                           ВЫПОЛНИЛ:

 

 

 

 ВОРОНЕЖ.

2010 г

Содержание

Механика дыхания………………………………………………………………………..3

А)эластическое сопротивление…………………………………………………………..3

Б)легочные объёмы ……………………………………………………………………….5

В)неэластическое сопротивление………………………………………………………...8

Вентиляция ……………………………………………………………………………….12

Лёгочный кровоток………………………………………………………………………14

Вентиляционно-перфузионные отношения…………………………………………….16

Гемоглобин……………………………………………………………………………….16

Кривая диссоциации  оксигемоглобина…………………………………………………17

Транспорт газов  кровью………………………………………………………………….18

Регуляция дыхания……………………………………………………………………….23

Нереспираторные функции легких ……………………………………………………..26

Список литературы………………………………………………………………………27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механика  дыхания

 

Движения легких пассивны и определяются общим сопротивлением органов дыхания. Общее сопротивление складывается из (1) эластического сопротивления тканей и поверхности "газ-жидкость" и (2) неэластического сопротивления газовому потоку. От первого зависят объем легких и давление в грудной клетке в состоянии покоя (в отсутствие газового потока). Второе представляет собой сопротивление потоку газа и деформации тканей. Работа по преодолению эластического сопротивления аккумулируется в виде потенциальной энергии, а работа по преодолению неэластического сопротивления превращается в тепло.

 

1.ЭЛАСТИЧЕСКОЕ  СОПРОТИВЛЕНИЕ

 

Легкие и  грудная клетка обладают свойством  эластичности. Грудная клетка имеет  тенденцию к расширению, а легкие стремятся спасться. Когда грудная  полость сообщается с атмосферой (открытый пневмоторакс), то ее объем  у взрослых увеличивается на 1 л. Легкое при пневмотораксе, напротив, полностью спадается и из него выходит весь газ. Эластическая тяга грудной клетки объясняется наличием структурных компонентов, противодействующих деформации, возможно, мышечным тонусом грудной стенки. Эластическая тяга легких возникает благодаря высокому содержанию в них эластиновых волокон и, что еще более важно, за счет действия сил поверхностного натяжения на границе "газ-жидкость" в альвеолах.

 

Силы  поверхностного натяжения

 

Выстилающая альвеолы поверхность "газ-жидкость" придает им свойства пузырьков воздуха. Силы поверхностного натяжения стремятся уменьшить площадь этой поверхности, что способствует спадению (коллапсу) альвеол. Эти силы подчиняются закону Лапласа.

Давление, рассчитанное по уравнению,— это давление внутри альвеол. Тенденция к коллапсу альвеол прямо пропорциональна поверхностному натяжению и обратно пропорциональна радиусу альвеол. Риск коллапса альвеол возрастает, когда увеличивается поверхностное натяжение или уменьшается размер альвеол. Сурфактант снижает поверхностное натяжение. Отметим, что способность сурфактанта снижать поверхностное натяжение прямо пропорциональна его концентрации внутри альвеолы. Чем меньше размер альвеолы, тем выше концентрация сурфактанта внутри нее, и тем эффективнее снижается поверхностное натяжение. Когда же альвеолы перерастянуты, то сурфактант становится менее концентрированным и поверхностное натяжение

возрастает. Конечный эффект состоит в стабилизации альвеол: маленькие альвеолы защищены от дальнейшего спадения, большие — от чрезмерного перерастяжения.

Растяжимость

В качестве меры эластической тяги обычно используют растяжимость, которую в физиологии дыхания принято обозначать буквой С (от англ. compliance — растяжимость). Растяжимость — частное от деления изменения объема на соответствующее ему изменение давления. Растяжимость может быть измерена отдельно для грудной клетки или легких, а также для грудной клетки (С_ГК) и легких в целом (Сл) (рис. 22-4). В горизонтальном положении растяжимость грудной клетки уменьшается из-за давления органов брюшной полости на диафрагму. Растяжимость обычно измеряется в статических условиях, т. е. в состоянии равновесия. (Динамическая растяжимость, которую измеряют на фоне ритмичного дыхания, зависит еще и от сопротивления дыхательных путей.)

 

 

ТАБЛИЦА 1. Легочные объемы и емкости

Параметр	Определение	Среднее значение у взрослых, мл
Дыхательный объем (VT)	Объем газа, вдыхаемого или выдыхаемого при каждом дыхательном  цикле	500
Резервный объем  вдоха	Максимальный  объем газа, который можно вдохнуть после обычного вдоха	3000
Резервный объем  выдоха	Максимальный  объем газа, который можно выдохнуть  после обычного выдоха	1100
Остаточный  объем	Объем газа, остающийся в легких в конце максимального  выдоха	1200
Общая емкость легких (ОЕЛ)	Дыхательный объем + Резервный объем вдоха +  Резервный  объем выдоха + Остаточный объем	5800
Функциональная  остаточная емкость	Остаточный  объем + Резервный объем выдоха	2300

 

В норме Сл составляет 150-200 мл/см вод. ст. На растяжимость легких влияют такие факторы, как обьем легких, объем крови в малом круге кровообращения, объем внесосудистой жидкости в легких, а также наличие воспаления или фиброза (гл. 23).

Изменение объема грудной клетки

Сл = −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

Изменение трансторакального давления

где трансторакальное давление равно  разности атмосферного и внутриплеврального давлений.

В норме растяжимость грудной клетки составляет 200 мл/см вод. ст. Общая растяжимость легких и грудной клетки равна 100 мл/см вод. ст. и описывается следующим уравнением:

1/С_общая= 1/С _{грудной клетки} + 1/ С_легких

2. ЛЕГОЧНЫЕ  ОБЪЕМЫ

Легочные объемы— это важные параметры в физиологии дыхания и клинической практике. Сумма всех перечисленных объемов равняется максимальному объему, до которого могут быть расправлены легкие. Легочные емкости представляют собой сумму двух и более объемов.

Рис. 1. Спирограмма, показывающая статические легочные объемы.

 

Функциональная  остаточная емкость

 

Объем легких в конце спокойного выдоха называется функциональной остаточной емкостью (ФОБ).

При этом объеме направленная вовнутрь эластическая тяга легких равна направленной наружу эластической тяге грудной клетки (включая тонус  диафрагмы в покое). Таким образом, положение равновесия эластических сил грудной клетки и легких определяет точку, от которой начинается вдох при спокойном дыхании. Функциональная остаточная емкость может быть измерена при помощи методики вымывания азота или поглощения гелия, а также методом общей плетизмографии. На величину ФОБ влияют следующие факторы:

• Антропометрические характеристики: ФОБ прямо пропорциональна  росту. Ожирение ощутимо снижает  ФОБ, в первую очередь за счет уменьшения растяжимости грудной стенки.

• Пол: у женщин ФОБ приблизительно на 10 % меньше, чем  у мужчин.

• Положение  тела: ФОБ уменьшается при перемещении из вертикального положения в положение лежа на спине или на животе. Уменьшение ФОБ обусловлено снижением растяжимости грудной стенки в результате давления органов брюшной полости на диафрагму. Наибольшие изменения происходят при наклоне тела под углом от 0° до 60° к вертикали. При опускании головного конца вплоть до 30° к горизонтали дальнейшего уменьшения ФОБ не происходит.

• Болезни легких: рестриктивные нарушения характеризуются  снижением растяжимости легких и/или  грудной стенки (гл. 23), что всегда сопровождается снижением ФОБ.

• Тонус диафрагмы: хороший тонус диафрагмы способствует увеличению ФОБ.

Емкость закрытия

Диаметр мелких дыхательных путей, не имеющих хрящевой основы, зависит от радиальной эластической тяги окружающих тканей, которая не позволяет им спадаться. Проходимость этих дыхательных путей, особенно в базальных отделах легких, сильно зависит от объема легких. Объем, при котором мелкие дыхательные пути начинают спадаться, называется емкостью закрытия. При малых легочных объемах альвеолы, расположенные в этих отделах легких, продолжают перфузироваться, но не вентилируются; внутрилегочное шунтирование деоксигенированной крови приводит к гипоксемии (см. ниже). Емкость закрытия обычно измеряется при помощи тест-газа (¹³³Хе): обследуемый делает максимальный выдох, затем — максимальный вдох из емкости с тест-газом, после чего опять максимальный выдох.

Емкость закрытия обычно значительно меньше, чем ФОЕ (рис. 22-6), но с увеличением возраста человека она постепенно повышается (рис. 22-7). Этот факт, возможно, является причиной наблюдающегося в норме у людей возрастного снижения напряжения кислорода в артериальной крови. В положении лежа на спине емкость закрытия становится равна ФОБ в среднем в возрасте 44 лет; в возрасте 66 лет у большинства людей в вертикальном положении емкость закрытия становится равна или превышает ФОБ. В отличие от ФОБ, положение тела на емкость закрытия не влияет.

Рис. 2. Соотношение между функциональной остаточной емкостью, объемом закрытия и емкостью закрытия.

Жизненная емкость легких

 

Жизненная емкость  легких (ЖЕЛ) — это объем воздуха, выдыхаемый при максимальном выдохе после максимального вдоха. На ЖЕЛ, помимо антропометрических характеристик, влияют также сила дыхательных мышц и общая растяжимость легких и грудной клетки. В норме ЖЕЛ составляет 60-70 мл/кг.

 

3. НЕЭЛАСТИЧЕСКОЕ  СОПРОТИВЛЕНИЕ

Сопротивление дыхательных путей газовому потоку

Газовый поток  в легких может быть ламинарным и  турбулентным. Ламинарный поток можно  представить состоящим из концентрических газовых цилиндров, движущихся с различной скоростью; скорость наиболее высока в центре и постепенно снижается к периферии. Для ламинарного потока существует следующая зависимость:

 

Поток = Градиент давления/Р_аw,

 

где R_aw — сопротивление дыхательных путей.

 

8 х Длина  х Вязкость газа

R_aw = ————————————

Пи х (Радиус)⁴

 

Для турбулентного потока характерно беспорядочное движение молекул газа по ходу его перемещения  в дыхательных путях. Математическое описание турбулентного потока значительно сложнее, чем ламинарного:

Плотность газа

Градиент давления = Поток² х ——————————.

Радиус⁵

 

Сопротивление — величина не постоянная, оно возрастает пропорционально  величине газового потока. Более того, сопротивление прямо пропорционально  плотности газа и обратно пропорционально радиусу пятой степени. Из вышеперечисленного следует, что зависимость турбулентного газового потока от радиуса дыхательных путей очень велика. Турбулентное движение возникает при высоких потоках, в местах острых изгибов и разветвлений, а также при резком изменении диаметра дыхательных путей. Число Рейнольдса определяет, будет ли поток ламинарным или турбулентным:

 

Число Рейнольдса =Линейная скорость х Диаметр  х Плотность газа Вязкость газа

 

При низких значениях  числа Рейнольдса (< 1000) поток будет ламинарным, при высоких (> 1500) — турбулентным. В норме газовый поток имеет ламинарный характер только дистальнее мелких бронхиол (диаметром < 1 мм). В более крупных дыхательных путях поток, вероятно, является турбулентным. Среди медицинских газов только гелий имеет низкую величину отношения плотность/вязкость, что делает его полезным при возникновении выраженных турбулентных потоков (например, в случае обструкции верхних дыхательных путей). Ингаляция гелиево-кислородной смеси снижаетриск формирования турбулентного потока, а также уменьшает сопротивление дыхательных путей на фоне уже существующего турбулентного потока (табл. 22-2). В норме общее сопротивление дыхательных путей составляет 0,5-2 см вод. ст./л/с. Наибольшее сопротивление создают бронхи среднего калибра (до 7 генерации). Сопротивление крупных бронхов невелико из-за их большого диаметра, а мелких бронхов — вследствие значительной суммарной площади поперечного сечения. Самые распространенные причины повышенного сопротивления дыхательных путей — бронхоспазм, обструкция бронхиальным секретом и отек слизистой (гл. 23), а также объем-зависимое и поток-зависимое закрытие дыхательных путей.

 

А. Объем-зависимое  закрытие дыхательных путей. При малых объемах легких отсутствие радиальной эластической тяги увеличивает вклад мелких дыхательных путей в формирование общего сопротивления; сопротивление дыхательных путей становится обратно пропорционально объему легких (рис. 22-8). Увеличение объема легких за счет положительного давления в конце выдоха (ПДКВ) способно уменьшить сопротивление дыхательных путей.