Тема: Регуляция дыхания. Легочные объемы и показатели функционального состояния

 

Функция дыхания заключается в доставке тканям кислорода и удалении углекислого газа. При этом, несмотря на различные состояния организма, в крови всегда поддерживаются постоянные концентрации рО₂ и рСО₂. Это достигается с помощью тонкой, многоэтажной регуляции дыхания. В системе управления внешним дыханием можно выделить несколько звеньев:

а) рецепторы, воспринимающие информацию;

б) дыхательный центр, осуществляющий переработку информации;

в) эффекторы (мышцы), непосредственно осуществляющие вентиляцию легких.

Сигналы, несущие информацию о состоянии дыхательной системы, поступают от рецепторов. Различают:

1) Центральные и периферические хеморецепторы. Центральные хеморецепторы находятся на поверхности продолговатого мозга, реагируют на изменение кислотности спинномозговой жидкости, которая меняется в зависимости от количества СО₂ в крови. Периферические хеморецепторы локализованы на поверхности сосудов, реагируют в основном на изменение концентрации кислорода.

2) Механорецепторы делятся на: а) рецепторы растяжения легких, расположенные в гладких мышцах дыхательных путей бронхиального дерева, которые реагируют на растяжение тканей легких; б) ирритантные рецепторы, расположенные в эпителии и подэпителиальной ткани дыхательных путей, которые возбуждаются при действии на слизистую механических и химических раздражителей – пыли, дыма, холодного воздуха, табачного дыма и др; в) юкстакапиллярные рецепторы, расположенные в ткани альвеол в месте их контакта с капиллярами малого круга, которые раздражаются при повышении давления в малом круге, отеке ткани легких, эмболии сосудов, а также химическими агентами, содержащимися в крови (никотин, простагландины, гистамин).

Вся информация, исходящая от рецепторов, поступает в ЦНС к дыхательному центру. Дыхательный центр – это совокупность взаимосвязанных нейронов в ЦНС, которые обеспечивают координированную ритмическую деятельность дыхательных мышц и постоянное приспособление внешнего дыхания к изменяющимся условиям среды. Нейроны, образующие дыхательный центр, локализованы в продолговатом мозге, в области варолиева моста, гипоталамусе, коре. Кроме того, регуляция деятельности легких происходит и на уровне спинного мозга, при этом учитывается информация механорецепторов диафрагмы и межреберных мышц. На этом уровне, главным образом, регулируется тонус респираторной мускулатуры. С помощью других рецепторов растяжения легких реализуются рефлексы Геринга-Брейера:

1. Инспираторный рефлекс (на вершине вдоха инспираторная активность резко тормозится, вдох сменяется выдохом).

2. Экспираторно-тормозящий рефлекс (во время выдоха ниже определенной величины стимулируется глубокий вдох).

3. Парадоксальный эффект Хэда (сильное раздутие легких провоцирует «взрывную» инспирацию – «вздох»).

Интенсивность дыхания напрямую зависит от химического состава крови. Наибольшее влияние имеет углекислый газ, его парциальное давление в крови. При увеличенном содержании углекислого газа происходит усиление вентиляции. Это усиление регулируется дыхательным центром, который возбуждается под влиянием сигналов от центральных хеморецепторов. Центральные хеморецепторы возбуждаются при закислении крови и ликвора, возникающего при накоплении углекислоты.

Определенное значение для регуляции имеют и локальные рефлексы: эффект Эйлера – Лильестранда, который заключается в том, что при снижении количества кислорода в каком-либо участке легкого (за счет снижения вентиляции) происходит сужение сосудов в этом же участке и происходит восстановление вентиляционно – перфузионного отношения.

Регулировать процесс газообмена организм может изменяя площадь, через которую идет диффузия газов. При этом уменьшаются или увеличиваются дыхательные объемы.

В процессе жевания пищи и проглатывания пищевого комка происходят изменения дыхания, которые относятся к защитным дыхательным рефлексам. Эти рефлексы проявляются в остановке дыхания и осуществляются опусканием надгортанника, который закрывает вход в гортань, и приподниманием мягкого неба, которое создает перегородку между ротовой и носовой полостями. Это препятствует попаданию пищи в дыхательные пути.

О функциональном состоянии системы внешнего дыхания и эффективности газообмена можно судить по величинам легочных объемов и емкостей.

Различают следующие легочные объемы:

1. Дыхательный объем (ДО) – объем воздуха, вдыхаемый или выдыхаемый при каждом дыхательном цикле. В норме он равен 450 – 500 мл.

2. Резервный объем вдоха (РО _вдоха) =1500 –2500 мл.

3. Резервный объем выдоха (РО _выдоха) = 1000 мл

4. Остаточный объем (ОО) = 1000 – 1500 мл

Легочные емкости представлены суммой нескольких объемов:

1. Общая емкость легких (ОЕЛ) = 1 + 2 + 3 + 4 = 4 – 6 л

2. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) = 1 + 2 + 3 = 3, 5 – 5 л

3. Функциональная остаточная емкость легких (ФОЕ) = 3 + 4 = 2 – 3 л

4. Емкость вдоха (ЕВ) = 1 + 2 = 2 – 3 л

Измерить легочные объемы и ЖЕЛ можно с помощью спирометров различной конструкции. ЖЕЛ у одного и того же испытуемого в различных измерениях может отклоняться от среднего значения в пределах 200 мл. Ее величина зависит от положения тела, проходимости бронхов, состояния легочной ткани, подвижности диафрагмы и т.д.

Остаточный объем нельзя измерить с помощью спирометрии, его определяют косвенными методами, например, с помощью разведения газа. Для этого используют гелий. Испытуемый делает несколько вдохов и выдохов из емкости с гелием. Гелий распределяется между спирометром и легкими, его концентрация падает. Зная исходную и конечную концентрацию гелия и его исходный объем, можно рассчитать не только остаточный объем газа, но и функциональную остаточную емкость. Функциональная остаточная емкость играет роль буфера при больших колебаниях рО₂ и рСО₂.

Увеличение остаточного объема отражает чрезмерное растяжение легких при спокойном дыхании.

Наиболее важным показателем вентиляции является величина альвеолярной вентиляции, т.к. процессы газообмена протекают практически только в альвеолах. Ее величину определяют 3 фактора: частота дыхания, дыхательный объем, мертвое пространство. Частота дыхания (ЧД) определяется путем подсчета движений грудной клетки. Норма 12 – 16 раз в минуту.

Дыхательный объем (ДО) наиболее просто определить с помощью мешка Дугласа. При этом измеряют общее количество воздуха, выдохнутое за 1 минуту (минутный объем дыхания – МОД) и делят его на ЧД.

В норме анатомическое и физиологическое мертвые пространства (МП) практически совпадают, составляя 140 мл.

Минутная альвеолярная вентиляция легких, таким образом, равна: (ДО-МП) х ЧД = 3, 5 – 4, 5 л. Нормальной альвеолярной вентиляцией считается такая, которая позволяет поддерживать нормальное парциальное давление кислорода и углекислого газа в альвеолах. У взрослого эта величина, рассчитанная на площадь поверхности тела, приблизительно равна 2 – 2, 5 л/мин/м². МОД равен 3 – 4 л/мин/м².

Имеются методы, позволяющие изучить механические свойства аппарата внешнего дыхания, определить силу и сопротивление, возникающее во время вдоха или выдоха, максимальную вентиляцию легких (МВЛ). МВЛ – это наибольший объем воздуха, который можно вдохнуть и выдохнуть за 1 минуту. При измерении этого параметра испытуемый дышит в спирограф как можно глубже и быстрее в течение 10, 15 или 20 секунд. Для мужчин среднего возраста этот показатель равен 126 л/мин (при дыхании в течение 15 сек). МВЛ является интегральным показателем механики внешнего дыхания, т.к. зависит от мышечной силы, растяжимости легких и грудной клетки, сопротивления воздушных путей и тканей.

Для правильной физиологической и клинической оценки полученных показателей необходимо знать должные величины. Рассчитать должные величины параметров внешнего дыхания можно следующим образом:

а) для расчета должной жизненной емкости легких (ДЖЕЛ) наиболее удобна формула Антони:

ДЖЕЛ = должный основной обмен (ДОО) х 2, 3

б) должную максимальную вентиляцию легких (ДМВЛ) рассчитывают по формуле В.Е.Рыжковой:

ДМВЛ = 1/3 ФЖЕЛ (фактическая жизненная емкость легких) х 72.

в) должный минутный объем дыхания (ДМОД) можно рассчитать с помощью формулы А.Г.Дембо:

ДМОД = ДОО/283.

 

УЧЕБНЫЕ ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ.

Студент должен знать: уровни регуляции дыхания; структуру и функции дыхательного центра; рефлексы Геринга-Брейера; виды легочных объемов и емкостей, их средние значения; основные методы исследования легких.

Студент должен уметь: объяснить механизм активации дыхания при физической нагрузке; пользоваться спирометром, спирографом, пневмотахометром; определять основные параметры внешнего дыхания, объемы и емкости легких.

 

ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ ИСХОДНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ

1. Что такое дыхательный центр?

2. Почему возникает вдох?

3. Почему возникает выдох?

4. Почему учащается дыхание при волнении, беге?

5. Зачем нужно регулировать дыхание?

6. Какие объемы и емкости легких Вы знаете?

7. Что такое мертвое пространство?

8. Что такое «альвеолярная вентиляция»?

 

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ

1. Дыхательный центр. Механизм смены дыхательных фаз.

2. Гуморальная регуляция дыхания.

3. Центральные влияния на дыхание со стороны гипоталамуса, лимбической системы, коры больших полушарий.

4. Легочные объемы и емкости.

 

ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Представлены в формате видеоматериалов, содержащих соответствующие эксперименты.