Физиологическая сущность процесса дыхания. Краткая морфо-функциональная характеристика дыхательной системы.

ТЕМА 10. ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ

 

Физиологическая сущность процесса дыхания. Краткая морфо-функциональная характеристика дыхательной системы.

Физиология внешнего дыхания.

Показатели внешнего дыхания.

Механизмы обмена газов в легких.

Регуляция дыхания.

Физиологическая сущность процесса дыхания. Краткая морфо-функциональная характеристика дыхательной системы.

Дыхание – это совокупность процессов, в результате которых происходит потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа.

Кислород используется всеми тканями организма для осуществления процессов окислительного фосфорилирования, в ходе которых часть энергии аккумулируется в форме АТФ и в дальнейшем может быть использована организмом для осуществления различных видов работы (реакций анаболизма, осмотической работы, мышечного сокращения и т.д.).

Процесс дыхания включает следующие этапы (рис. 1):

Ø внешнее дыхание (или вентиляция альвеол легких), представляющее собой газообмен между альвеолярным воздухом и внешней средой; в результате постоянного периодического осуществления этого процесса поддерживается на относительно постоянном уровне газовый состав альвеолярного воздуха (собственно внутренней газовой среды организма); внешнее дыхание обеспечивается дыхательной системой

Ø обмен газов в легких (газообмен между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения), в результате которого венозная кровь, притекающая по легочным артериям к легким, на уровне легочных капилляров (капилляров малого круга кровообращения) насыщается кислородом и частично отдает углекислый газ (и таким образом становится артериальной)

Ø транспорт газов кровью (кислород транспортируется кровью ко всем периферическим тканям, в том числе и к самим легким через посредство сосудов большого круга кровообращения, а углекислый газ, напротив, переносится из тканей (где постоянно образуется в ходе катаболических процессов) в конечном итоге к альвеолам легких);

Ø газообмен на уровне тканей между кровью капилляров большого круга кровообращения и межклеточной жидкостью тканей; в ходе этого постоянно протекающего процесса из артериальной крови в межклеточные пространства, а затем и в сами клетки частично диффундирует кислород, а из межклеточных пространств в капилляры – углекислый газ, и кровь из артериальной превращается в венозную

Ø тканевое дыхание или биологическое окисление – совокупность процессов, протекающих в митохондриях, в ходе которых часть энергии, высвободившейся в процессе распада сложных органических веществ, затрачивается на образование АТФ (универсального источника энергии в клетке); гидролиз же макроэргических связей АТФ сопровождается высвобождением энергии, обеспечивающей осуществление многих видов клеточной работы.

Внешнее дыхание представляет собой совокупность процессов, обеспечивающих газообмен между альвеолярным воздухом (внутренней газовой средой организма) и внешней средой. Т.е. оно направлено на вентиляцию альвеол легких. Результатом внешнего дыхания является поддержание на относительно постоянном уровне (оптимальном для нормального насыщения крови капилляров малого круга кровообращения кислородом) газового состава альвеолярного воздуха. Внешнее дыхание обеспечивается, прежде всего, дыхательной (респираторной) системой, которая с анатомической точки зрения включает:

ü дыхательные пути (верхние – носовая полость, носовая и ротовая часть глотки – и нижние – гортань, трахея и бронхи, в том числе внутрилегочные разветвления бронхов)

ü легкие – парные дыхательные органы, располагающиеся в грудной полости. Нижние поверхности легких прилежат к диафрагме, а передние, боковые и задние соприкасаются с грудной стенкой.

Дыхательные пути состоят из трубок, просвет которых по направлению от начального отдела дыхательной системы (носовая полость) к терминальному ее отделу (внутрилегочные бронхи и, в конечном итоге, дыхательные бронхиолы и альвеолярные ходы) уменьшается по причине деления более крупных воздухоносных путей на ряд таковых меньшего калибра (рис. 2):

Ø трахея дихотомически делится на два главных бронха, которые входят в легкие (в области их ворот).

Ø главные бронхи многократно разветвляются на бронхи меньшего калибра:

ü долевые, входящие в доли соответствующего легкого;

ü сегментарные,

ü мелкие бронхи 9-10 порядков,

ü концевые бронхиолы – тонкие разветвления бронхов, не содержащие в составе своей стенки хрящей,

ü дыхательные бронхиолы, содержащие на своих стенках выпуклости –альвеолы.

 

Таким образом, в дыхательной системе с функциональной точки зрения можно выделить (рис. 3):

Ø воздухоносные пути, специализирующиеся на проведении воздуха и включающие:

ü носовую полость ( иногда и ротовую полость),

ü носовую и ротовую часть глотки, гортань,

ü трахею,

ü бронхиальное дерево

Воздухоносные пути не принимают участия в газообмене с кровью, в связи с чем их просвет носит название анатомически мертвого пространства,общий объем которого у взрослого человека составляет около 150 мл.

Наряду с проведением воздуха, воздухоносные пути обеспечивают его согревание, очистку от пыли и микроорганизмов и некоторое увлажнение. Стенка большинства воздухоносных путей (за исключением концевых бронхиол) содержит в своем составе костный или хрящевой скелет, который обеспечивает сохранение их просвета, а, следовательно, и выполнение основной функции – проведение воздуха в легкие и из легких наружу.

 

 

 

Ø собственно респираторный (дыхательный) отдел включает дыхательные бронхиолы, альвеолярные ходы, альвеолярные мешки и альвеолы. Воздух, заполняющий пространства респираторного отдела дыхательной системы принимает участие в газообмене с кровью капилляров малого круга кровообращения (рис. 4) .

Газообмен осуществляется на уровне легочных альвеол, стенка которых образована всего лишь одним слоем плоских эпителиальных клеток (альвеолоцитов) и окружающей их базальной мембраной, что создает наиболее оптимальные условия для осуществления газообмена. Изнутри альвеолы выстланы слоем сурфактанта (толщиной 20-100 нм), который вырабатывается специальными секреторными альвеолоцитами (рис. 5). Сурфактант обладает уникальными свойствами: он способен изменять свое поверхностное натяжение в зависимости от размеров альвеол. В частности, некоторое спадание альвеол сопровождается снижением поверхностного натяжения сурфактанта, что препятствует дальнейшему уменьшению альвеол и способствует их стабилизации. Общее количество альвеол в одном легком составляет около 400 млн, а их диаметр находится в пределах 150-300 мкм. Альвеолы густо оплетены капиллярами малого круга кровообращения; причем суммарная площадь контакта альвеол с капиллярами составляет около 90 м².

 

Стенка альвеолы вместе с прилежащей к ней стенкой капилляра малого круга кровообращения составляют легочную мембрану или аэрогематический барьер, через который и осуществляется газообмен на уровне легких.

Таким образом, легочная мембрана (общей толщиной 0,4-1,5 мкм) включает (рис. 6):

ü слой сурфактанта (по химической природе является липидом), выстилающий альвеолы

ü один слой плоских эпителиальных альвеолярных клеток (среди эпителиальных клеток в составе альвеолярной стенки встречаются и альвеолярные макрофаги или "пылевые" клетки, выполняющие защитную функцию)

ü базальную мембрану, окружающую альвеолярную стенку

ü базальную мембрану, окружающую стенку капилляра малого круга кровообращения

ü один слой эндотелиальных клеток капиллярной стенки.