Работа дыхания

4. Работа дыхания

Работа дыхания

Выдохв норме полностью пассивен, поэтомуобщая работа вдоха и выдоха выполняетсямышцами вдоха (главным образом диафрагмой).Для осуществления движения легких игрудной клетки при дыхании необходимопреодолевать эластическое сопротивлениегрудной клетки и легких, неэластическоесопротивление дыхательных путей газовомупотоку и сопротивление тканей.

Рис.22-10. Криваяфорсированного выдоха у здоровогочеловека. Скорость форсированноговыдоха (СФВ25-75%).также называется максимальной скоростьюпотока в середине выдоха (MOC25-75%)

Работудыхания можно представить как произведениеобъема и давления (рис. 22-11). Во времявдоха преодолевается и сопротивлениедыхательных путей, и легочное эластическоесопротивление; около 50 % затрачиваемойна это энергии накапливается в упругихструктурах легких.

Во время выдоханакопленная потенциальная энергиявысвобождается, что позволяет преодолетьсопротивление дыхательных путей.Увеличение сопротивления вдоху иливыдоху компенсируется дополнительнымусилием мышц вдоха.

При возрастаниисопротивления выдоху физиологическаякомпенсаторная реакция заключается вувеличении объема легких, вследствиечего дыхательный объем остаетсянеизменным, тогда ФОБ увеличивается.

Избыток энергии, накопленный в упругихструктурах благодаря увеличению ФОБ,идет на преодоление повышенногосопротивления выдоху. Кроме того, призначительном повышенном сопротивлениивыдоху начинают работать мышцы выдоха.

Наработу дыхательной мускулатуры в нормеприходится всего 2-3 % потребляемогоорганизмом кислорода, но коэффициентполезного действия при этом составляеттолько 10 %. А 90 % энергии рассеивается ввиде тепла (из-за эластическогосопротивления и сопротивления воздушномупотоку).

В патологических условиях,когда возрастает нагрузка на диафрагму,эффективность работы дыхания прогрессивноснижается и мышечные сокращения могутстановиться дискоординированными;более того, с некоторого момента весьдополнительный кислород, получаемыйза счет увеличения вентиляции, идет напокрытие соответствующего приростаработы дыхательных мышц.

Рис.22-11. Работа дыхания во время вдоха и еесоставляющие (С разрешения. Из: Guyton А.С. Textbook of MedicalPhysiology, 7th ed.Saunders, 1986.)

Работа,требуемая для преодоления эластическогосопротивления, возрастает по мереувеличения дыхательного объема. Работа,необходимая для преодоления сопротивлениядыхательных путей, возрастает приувеличении частоты дыхания (Увеличениечастоты дыхания неизбежно влечет засобой увеличение потока на выдохе.).

Пациент стремится уменьшить работудыхания, изменяя в зависимости отситуации частоту дыхания и дыхательныйобъем (рис. 22-12).

Для больныхсо сниженной растяжимостью легкиххарактерно частое и поверхностноедыхание, тогда как при увеличенномсопротивлении дыхательных путейнаблюдается, наоборот, медленное иглубокое дыхание.

5. Влияние анестезии на механику дыхания

Влияниеанестезии на легочные объемы и растяжимость

Помимоснижения ФОБ вследствие перемещенияиз вертикального в горизонтальноеположение, индукция анестезии приводитк дополнительному снижению ФОЕна 15-20 %(в среднем на 400 мл).

Из-заутраты мышечного тонуса диафрагма вконце выдоха оттесняется органамибрюшной полости значительно краниальнее,чем в нормальных условиях (рис. 22-13).Более высокое положение диафрагмыснижает объем легких, а также растяжимостьлегких и грудной клетки.

Это уменьшениеФОБ не зависит от глубины анестезии иможет сохраняться в течение несколькихчасов после ее окончания. При чрезмерномопускании головной части тела (положениеТренделенбурга, наклон более 30°)происходит дальнейшее снижение ФОБ,обусловленное возрастанием внутригрудногообъема крови.

Индукция анестезии упациента в положении сидя, напротив, неоказывает значительного эффекта наФОБ. Введение миорелаксантов не влияетна ФОБ у пациента, находящегося всостоянии анестезии.

Воздействиеанестезии на емкость закрытия менееопределенно. Под влиянием анестезииФОБ и емкость закрытия обычно уменьшаютсяв равной степени. Такимобразом, факторы риска повышенноговнутрилегочногошунтирования в условиях анестезии теже, что и в состоянии бодрствования: кним прежде всего относят пожилой возрастпациента, ожирение и сопутствующиезаболевания легких.

Влияниеанестезии на сопротивление дыхательныхпутей

Можнобыло бы ожидать, что снижение ФОБ,вызванное анестезией, приводит кувеличению сопротивления дыхательныхпутей. Однако этого, как правило, непроисходит, потому что широко применяемыедля поддержания анестезии ингаляционныеанестетики обладают бронходилатирую-щимисвойствами.

Повышение сопротивлениядыхательных путей чаще обусловленозападением языка, ларингоспазмом,бронхоконстрикцией, обструкцией(бронхиальным секретом, кровью, опухолью)или техническими проблемами (недостаточнобольшой размер интубационной трубкиили коннектора, неисправность клапановнаркозного аппарата, обструкциядыхательного контура).

Влияниеанестезии на работу дыхания

Возрастаниеработы дыхания при общей анестезии чащевсего объясняется снижением растяжимостилегких и грудной клетки и, реже, повышениемсопротивления дыхательных путей.Проблемы, связанные с увеличением работыдыхания, решаются с помощью ИВЛ.

Вентиляционно-перфузионныеотношения

Источник: https://studfile.net/preview/466056/page:47/

Работа дыхательных мышц в течение дыхательного цикла. Работа дыхательных мышц при глубоком дыхании

Работа дыхания

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.

Сокращение дыхательных мышц создает градиент давления по ходу дыхательных путей. При этом преодолевается эластическое сопротивление легких и грудной клетки, а также сопротивление дыхательных путей потоку воздуха.

Наряду с этим последние два показателя позволяют измерять работу дыхательных мышц во время дыхательного цикла.

Если принять, что величина работы (W) представляет собой произведение силы (F) на путь (х), то получим: W = F х х В дыхательной системе, в которой измеряемыми величинами являются дыхательный объем и внутриплевральное давление, сила сокращения дыхательных мышц приравнивается к развиваемому ими давлению (Р), которое они оказывают на площадь (А).

Поэтому, подставляя выражение F = Р х А в формулу работы дыхательных мышц в течение дыхательного цикла, получим: W = Р х А хх. Поскольку величина А, умноженная на путь (х), в дыхательной системе представляет собой аналог дыхательного объема (V), то общая формула работы дыхательных мышц имеет вид: W = Р х V.

Рис. 10.10. Работа дыхательных мышц при спокойном дыхании. Изменения дыхательного объема (вертикальная ось) при вдохе и выдохе сопровождаются изменениями внутри-плеврального давления. При одновременной регистрации этих величин во время дыхательного цикла общая площадь петель дыхательный объем — внутриплевральное давление отражает количественно работу дыхательных мышц. Работа дыхательных мышц при вдохе больше, поскольку она затрачивается на преодоление эластического сопротивления легких. При выдохе работа дыхания минимальная, поскольку совершается за счет энергии эластической тяги легких, т. е. пассивно. Стрелками показаны изменения внутриплев-рального давления в течение фаз дыхательного цикла. Чем больше площадь петли, тем больше работа дыхательных мышц.

Работа дыхательных мышц при спокойном дыхании. При спокойном дыхании объем вдоха достигает максимум 1 л, а инспираторные мышцы совершают минимальную работу (рис. 10.10). Сокращение инспираторных мышц обеспечивает вдох, а выдох осуществляется пассивно за счет эластической тяги легких.

В этих условиях сопротивление дыхательных путей при вдохе и выдохе не оказывает лимитирующего влияния на процесс внешнего дыхания.

По мере увеличения глубины дыхания дыхательный объем формируется за счет объема функциональной остаточной емкости и резервного объема вдоха, а работа дыхания совершается против существенного нарастания поверхностного натяжения жидкости на поверхности альвеол. Поэтому чем глубже инспирация, тем большую работу совершают инспираторные мышцы.

Во время выдоха, когда глубина дыхательных движений осуществляется в пределах объема жизненной емкости легких, объем легких возвращается пассивно к уровню функциональной остаточной емкости за счет эластической тяги легких, а в пределе функциональной остаточной емкости выдох происходит активно в результате сокращения мышц живота, которые при этом совершают работу.

Работа дыхательных мышц при глубоком дыхании. При глубоком дыхании на силу сокращения дыхательных мышц начинает оказывать влияние изменение диаметра дыхательных путей.

Глубокий вдох вызывает расширение дыхательных путей и снижение сопротивления в них потоку вдыхаемого воздуха, поэтому работа инспираторных мышц обусловлена только величинами комплайенса легких и тканей грудной клетки.

При глубоком выдохе, при котором в вьщыхаемом воздухе оказывается объем воздуха функциональной остаточной емкости, возникает сдавление мелких дыхательных путей высоким градиентом давления между дыхательными путями и внутриплевральным давлением.

Существенное увеличение потока газов через дыхательные пути приводит к росту их сопротивления потоку воздуха, которое становится основным фактором, обусловливающим величину работы дыхания.

Однако при глубоком дыхании механизмы регуляции диаметра дыхательных путей при участии вегетативной нервной системы способны минимизировать величину работы, которые выполняют дыхательные мышцы. Так, при глубоком дыхании за счет регулирующих влияний вегетативной нервной системы на гладкие мышцы дыхательных путей увеличивается их диаметр. В результате на сокращение дыхательных мышц затрачивается минимальное количество энергии. Например, при астме дыхание у пациентов становится медленным и глубоким, что снижает затраты энергии на преодоление сопротивления дыхательных путей потоку воздуха и уменьшает работу дыхательных мышц.

– Вернуться в оглавление раздела “Физиология человека.”

Источник: https://meduniver.com/Medical/Physiology/425.html

Работа дыхания

Работа дыхания

Работа дыхания выражается в энергии, расходуемой для продвижения воздуха в легкие, противодействуя комплексному сопротивлению содержимого брюшной полости, грудной стенки и легких. Сопротивление грудной клетки может быть как эластическим, так и неэластическим, его увеличение может вызывать одышку [77].

Активное мышечное сокращение во время вдоха должно преодолеть: а) эластическую тягу легкого и грудной стенки (эластическое сопротивление) и б) сопротивление, связанное с трением при перемещении тканей легких и грудной клетки, а также сопротивление движению воздуха в дыхательных путях, связанное с трением и турбулентностью (неэластическое сопротивление).

Эластическое сопротивление. Оно включает в себя эластическую тягу легких, а также грудной стенки.

Эластические свойства легких обусловлены не только эластическими волокнами, но также и коллагеновыми волокнами, интерстицием легких, плеврой, бронхами и кровеносными сосудами, поверхностным натяжением мембраны газ — жидкость, гладкой мускулатурой бронхов, объемом крови в легких и, вероятно, также бронхиальной слизью. Эластичность обеспечивает восстановление исходного объема легкого после вдоха.

Работа = сила X расстояние. Сила, необходимая для вдоха, равна изменению внутригрудного или внутриплеврального давления. Расстояние, на котором действует эта сила, пропорционально возникающим изменениям легочного объема.

При соотнесении изменений легочного объема с единицей изменения внутриплеврального (в практике внутрипищеводного) давления этим измеряется растяжимость или податливость легкого, что служит простым способом выражения эластических свойств легкого:
податливость = изменение легочного объема (в литрах)/изменение внутрипищеводного давления (в см вод. ст.)

Податливость измеряется регистрацией изменения внутрипищеводного давления, в то время как исследуемый вдыхает измеренный объем газа, задерживая затем дыхание при открытой ой щели. Многие больные находят это грудным. Транспульмональное давление измеряется при статических условиях без потока газа.

Можно научить больного разделять вдох на две или три части, так что изменения пищеводного давления могут быть измерены для каждой фракции вдоха (рис. 13). По этим данным можно построить кривую давление — объем (см. АВ на рис. 14). Податливость легких отображена спуском кривой. Нормальные величины составляют около 0,2 л/см вод. ст. (например, 0,5 л/2,5 см вод. ст.).

Податливость каждого легкого может быть измерена при бронхоспирометрии.

Рис. 13. Измерение легочной податливости фракционированием вдоха при открытой ой щели. Принимая за основу среднюю часть записи (X и Y), податливость равна:

Податливость может быть также измерена при непрерывном дыхании с определением величины пищеводного давления в конце вдоха и выдоха и соотнесении ее с дыхательным воздухом (см. рис. 14).

У здоровых лиц результаты, получаемые прерывистым («статическим») и непрерывным («динамическим») дыхательными методами, фактически одинаковы, но при патологии легких величины податливости, измеренные при непрерывном дыхании, значительно ниже, особенно при учащенном дыхании, чем полученные при прерывистом методе.

Это связано с отсутствием совершенного заполнения легочных подразделений вследствие относительной кратковременности инспираторной фазы. Это расхождение может быть одним из первых признаков хронического бронхита.

Рис. 14. Петля давление — объем ADBEA построена по отношению внутрипищеводного давления и легочного объема во время одного респираторного цикла. Линия АВ представляет собой давление, необходимое для раздувания легкого, а затрачиваемая эластическая работа представлена треугольником ABC. Если легкое полностью податливо, петля и линия АВ будут горизонтальными. Сверхотрицательное давление, продвигающее воздух по дыхательным путям (неэластическое сопротивление) на вдохе, представлено вертикальной линией DF, а работа, затраченная на преодоление неэластического сопротивления на вдохе, соответствует полю ADBA. Поле АВЕА представляет собой работу выдоха. В норме при растянутом легком выдох обеспечивается накопленной потенциальной энергией, но при хронической обструкции дыхательных путей для выдоха нужна дополнительная работа.

При патологических процессах, вызывающих уплотнение легочной ткани, легкие становятся «ригиднее» и податливость их уменьшается. Увеличение работы для растяжения легких может быть сведено к минимуму при дыхании с меньшим дыхательным объемом, но более частом. Однако при этом увеличивается физиологическое мертвое пространство.

Легочная податливость снижается при застойных явлениях в легких, отеке легких, рестриктивных изменениях (вызванных плевральным, интерстициальным или легочным фиброзом), респираторной патологии у новорожденных, ателектазе, пневмонии, плевральном экссудате, резекциях легких, иногда при наркозе (вероятно, вследствие микроателектазов). Податливость при эмфиземе зависит от частоты дыхания. Измеренная статическим методом, податливость увеличена; при измерении динамическим методом она уменьшена вследствие того, что хорошо вентилируемые участки диспропорционально растянуты, за счет чего увеличивается, таким образом, эластическое сопротивление растяжению.

Хотя изучение податливости внесло важный вклад в понимание механики дыхания, проба эта в настоящее время не является достаточно тонкой, но детали метода чрезвычайно важны при необходимости получить повторные результаты в тех случаях, когда границы «нормы» широки. Тесты податливости не выявляют разницы между диффузными поражениями легких с последующей ригидностью и простой потерей функционирующей легочной ткани, если даже это связано с экстрапульмональными факторами.

Податливость грудной клетки уменьшена при целом ряде патологических процессов, поражающих грудную стенку, включая кифосколиоз, pectus excavatum, торакопластику, спастические состояния скелетной мускулатуры, а также у больных с выраженным ожирением.

Податливость грудной стенки и легких может быть измерена с помощью респиратора Drinker путем определения изменений дыхательного воздуха при различных давлениях. Если податливость легкого известна, податливость грудной стенки может быть высчитана.

Оба эти показателя имеют одинаковое значение у здоровых лиц.

Действие сниженной податливости. Чем менее податливы легкие, тем больше работа, необходимая для продвижения воздуха.

В «ригидном» легком при диффузном интерстициальном легочном фиброзе дыхательный объем величиной в 500 мл может быть достигнут только при амплитудах внутриплеврального (внутрипищеводного) давления в 50 мм вод. ст., т. е. легочная податливость составляет лишь 0,5 л/50 мм вод. ст. или равна 0,01 л/мм вод. ст.

Увеличенная работа, необходимая для движения неподатливых легких, особенно значительна при большой величине дыхательного воздуха; вследствие этого больной обычно дышит менее глубоко и более часто.

Изменения податливости, как и большинства расстройств легочной функции, поражают легкое неравномерно. Это имеет своим результатом неравномерную вентиляцию и нарушение отношения VA/Q.

Неэластическое сопротивление. Как уже упоминалось выше, эластическая работа, необходимая для растяжения легких, измеряется отношением объема вдыхаемого воздуха к увеличению градиента давления в начале и конце вдоха при отсутствии потока воздуха.

Отношение давление — объем почти линейно на средних этапах дыхания (см. рис. 14). Если дополнительный перепад давления, требующийся для поддержания потока газа во время вдоха и выдоха, связан с одновременным изменением объема, то будет видно, что изменения имеют не линейный характер, а форму петли (АЕВ на рис. 14).

Отклонения от линии между точками отсутствия потока (что представляет собой податливость) являются мерилом общего неэластического сопротивления. В конце вдоха и в конце выдоха, когда отсутствует поток воздуха, неэластическое сопротивление равно нулю.

Отклонения от линии, соединяющей точки отсутствия потока, будут увеличиваться с возрастанием неэластического сопротивления, т. е. петля станет объемнее.

Вследствие того что обструктивные заболевания дыхательных путей являются наиболее частой формой нарушений легочной функции, увеличение неэластической работы — наиболее важное расстройство при легочной патологии. Она резко возрастает при астме, бронхите и эмфиземе.

Факторы бронхоспазма, отек слизистой оболочки, избыток слизи и перекрут дыхательных путей играют различную роль. Отмечается более выраженная задержка потока на выдохе, чем на вдохе. Если эластическая тяга уменьшена, могут потребоваться усилия экспираторных мышц для опорожнения легких.

Это может означать, что положительное давление извне легких передается на альвеолы вокруг бронхиол, которые сдавливаются, образуя воздушные ловушки.

До некоторой степени увеличение неэластической работы, вызванное хронической обструкцией дыхательных путей, может быть снижено медленным глубоким дыханием, так как сопротивление потоку воздуха быстро возрастает с увеличением скорости потока.

Источник: http://www.medical-enc.ru/organy-dyhaniya/rabota-dyhaniya.shtml

Строение дыхательной системы человека

Работа дыхания

Дыхательная система — совокупность органов, обеспечивающих поступление кислорода из окружающего воздуха в дыхательные пути, и осуществляющих газообмен, т.е.

поступление кислорода в кровоток и выведение углекислого газа из кровотока обратно в атмосферу.

Однако дыхательная система — это не только обеспечение организма кислородом — это еще и человеческая речь, и улавливание различных запахов, и теплообмен.

Органы дыхательной системы человека условно делятся на дыхательные пути, или проводники, по которым воздушная смесь поступает к легким, и легочную ткань, или альвеолы.

Дыхательные пути по уровню прикрепления пищевода условно делятся на верхние и нижние. К верхним относятся:

  • нос и его придаточные пазухи
  • ротоглотка
  • гортань

К нижним дыхательным путям относятся:

  • трахея
  • главные бронхи
  • бронхи следующих порядков
  • терминальные бронхиолы.

Носовая полость — первый рубеж при поступлении воздуха в организм. На пути пылевых частиц встают многочисленные волоски, расположенные на слизистой полости носа, и очищают проходящий воздух. Носовые раковины представлены хорошо кровоснабжаемой слизистой и, проходя сквозь извитые носовые раковины, воздух не только очищается, но и согревается.

Также нос – орган, благодаря которому мы наслаждаемся ароматом свежей выпечки, или точно можем определить местонахождение общественного туалета. А все потому, что на слизистой верхней носовой раковины расположены чувствительные обонятельные рецепторы. Их количество и чувствительность генетически запрограммированы, благодаря чему парфюмеры создают запоминающиеся ароматы духов.

Проходя сквозь ротоглотку, воздух попадает в гортань. Как же получается, что пища и воздух проходят через одни и те же части тела и не смешиваются? При глотании надгортанник прикрывает дыхательные пути, и пища попадает в пищевод. При повреждении надгортанника человек может поперхнуться. Попадание еды в дыхательные пути требует немедленной помощи и может даже привести к смерти.

Гортань состоит из хрящей и связок. Хрящи гортани видны невооруженным глазом. Самый крупный из хрящей гортани — щитовидный хрящ.

Его строение зависит от половых гормонов и у мужчин он сильно выдвигается вперед, формируя адамово яблоко, или кадык.

Именно хрящи гортани служат ориентиром для врачей при проведении трахеотомии или коникотомии – операций, которые проводятся, когда инородное тело или опухоль перекрывают просвет дыхательных путей, и обычным способом человек не может дышать.

Дальше на пути воздуха встают ые связки. Именно проходя через ую щель и заставляя дрожать натянутые ые связки, человеку доступна не только функция речи, но и пение. Некоторые уникальные певцы могут заставить дрожать связки с частотой 1000 децибел и силой своего голоса взрывать хрустальные стаканы
(в России самым широким диапазоном голоса в пять октав обладает Светлана Феодулова — участница шоу «Голос–2»).

Через гортань и ые связки воздух поступает в трахею. Трахея анатомически делится на шейную и грудную части. Анатомическим ориентиром является яремная вырезка грудины.

Трахея имеет строение хрящевых полуколец. Передняя хрящевая часть обеспечивает беспрепятственное прохождение воздуха за счет того, что трахея не спадается. Сзади к трахее прилегает пищевод, и мягкая часть трахеи не задерживает прохождение пищи по пищеводу.

Дальше воздух по бронхам и бронхиолам, выстланным мерцательным эпителием, добирается до конечного отдела легких — альвеол. Легочная ткань, или альвеолы – конечные, или терминальные отделы трахеобронхиального дерева, похожие на слепо заканчивающиеся мешочки.

Множество альвеол формируют легкие. Легкие — парный орган. Природа позаботилась о своих нерадивых детях, и некоторые важные органы – легкие и почки – создала в двойном экземпляре. Человек может жить и с одним легким. Легкие расположены под надежной защитой каркаса из прочных ребер, грудины и позвоночника.

Функции дыхательной системы

Интересно, что легкие лишены мышечной ткани и сами дышать не могут. Дыхательные движения обеспечивает работа мышц диафрагмы и межреберных мышц.

Человек совершает дыхательные движения благодаря сложному взаимодействию различных групп мышц межреберных, мышц брюшного пресса при глубоком дыхании, а самая мощная мышца, участвующая в дыхании, – диафрагма.

Наглядно представить работу дыхательных мышц поможет опыт с моделью Дондерса, описанный на странице 177 учебника «Биология 9 класс» под редакцией Пономаревой И.Н.

Легкие и грудная клетка выстланы плеврой. Плевра, которая выстилает легкие, называется легочной, или висцеральной. А та, которая покрывает ребра, – пристеночной, или париетальной. Строение дыхательной системы обеспечивает необходимый газообмен.

При вдохе мышцы растягивают легочную ткань, как умелый музыкант меха у баяна, и воздушная смесь атмосферного воздуха, состоящая из 21% кислорода, 79% азота и 0.

03% углекислого газа поступает по дыхательным путям к конечному отделу, где оплетенные тонкой сетью капилляров альвеолы готовы принять кислород и отдать отработанный углекислый газ из человеческого тела.

Состав выдыхаемого воздуха отличается значительно бо´льшим содержанием углекислого газа – 4%.

Чтобы представить масштаб газообмена, только подумайте, что площадь всех альвеол человеческого организма примерно равна волейбольной площадке.

Чтобы альвеолы не слипались, их поверхность выстлана сурфактантом — специальной смазкой, содержащей липидные комплексы.

Терминальные отделы легких густо оплетены капиллярами и стенка кровеносных сосудов тесно соприкасается со стенкой альвеол, что позволяет содержащемуся в альвеолах кислороду по разнице концентраций, без участия переносчиков, путем пассивной диффузии поступать в кровь.

Если вспомнить основы химии, а конкретно – тему растворимость газов в жидкостях, особо дотошные могут сказать: «Ерунда какая, ведь растворимость газов с повышением температуры уменьшается, а тут вы рассказываете, что кислород отлично растворяется в теплой, почти горячей — примерно 38-39°С, соленой жидкости».
И они правы, но забывают, что эритроцит содержит гемоглобин-захватчик, одна молекула которого может присоединить 8 атомов кислорода и транспортировать их к тканям!

В капиллярах кислород связывается с белком-переносчиком на эритроцитах и по легочным венам к сердцу возвращается насыщенная кислородом артериальная кровь.
Кислород участвует в процессах окисления, а клетка в результате получает необходимую для жизнедеятельности энергию.

Дыхание и газообмен – самые важные функции дыхательной системы, но далеко не единственные. Дыхательная система обеспечивает поддержание теплового баланса за счет испарения воды при дыхании. Внимательный наблюдатель замечал, что в жаркую погоду человек начинает чаще дышать. У людей, правда, этот механизм работает не так эффективно, как у некоторых животных, например у собак.

Гормональную функцию через синтез важных нейромедиаторов (серотонина, дофамина, адреналина) обеспечивают лёгочные нейроэндокринные клетки (PNE-pulmonary neuroendocrine cells). Также в легких синтезируются арахидоновая кислота и пептиды.

Регуляция

Казалось бы, что тут сложного. кислорода в крови снизилось, и вот она – команда для вдоха. Однако на самом деле механизм значительно сложнее. Ученые до сих пор не разгадали механизм, благодаря которому человек дышит. Исследователи лишь выдвигают гипотезы, и только некоторые из них доказываются сложными экспериментами. Точно установлено лишь то, что истинного водителя ритма в дыхательном центре, подобного водителю ритма в сердце, нет.

В стволе мозга расположен дыхательный центр, который состоит из нескольких разрозненных групп нейронов. Выделяют три основных группы нейронов:

  • дорсальная группа — основной источник импульсов, которые обеспечивают постоянный ритм дыхания;
  • вентральная группа — контролирует уровень вентиляции легких и может стимулировать вдох или выдох в зависимости от момента возбуждения.Именно эта группа нейронов управляет мышцами брюшного пресса и живота для глубокого дыхания;
  • пневмотаксический центр — благодаря его работе происходит плавная смена выдоха вдохом.

Для полноценного обеспечения организма кислородом нервная система регулирует скорость вентиляции легких через изменение ритма и глубины дыхания. Благодаря отлаженной регуляции даже активные физические нагрузки практически не влияют на концентрацию кислорода и углекислого газа в артериальной крови.

В регуляции дыхания участвуют:

  • хеморецепторы каротидного синуса, чутко реагирующие на содержание газов О2 и СО2 в крови. Рецепторы расположены во внутренней сонной артерии на уровне верхнего края щитовидного хряща;
  • рецепторы растяжения легких, расположенные в гладких мышцах бронхов и бронхиол;
  • инспираторные нейроны, расположенные в продолговатом мозге и варолиевом мосту (делятся на ранние и поздние).

Сигналы с различных групп рецепторов, расположенных в дыхательных путях, передаются в дыхательный центр продолговатого мозга, где в зависимости от интенсивности и продолжительности формируется импульс к дыхательному движению.

Физиологи предположили, что отдельные нейроны объединяются в нейронные сети для регуляции последовательности смены фаз вдоха-выдоха, регистрации отдельными типами нейронов своего потока информации и изменения ритма и глубины дыхания в соответствии с этим потоком.

Расположенный в продолговатом мозге дыхательный центр контролирует уровень напряжения газов крови и регулирует вентиляцию легких с помощью дыхательных движений, чтобы концентрация кислорода и углекислого газа была оптимальной. Регуляция осуществляется при помощи механизма обратной связи.

О регуляции дыхания с помощью защитных механизмов кашля и чихания можно почитать на странице 178 учебника «Биология 9 класс» под редакцией Пономаревой И.Н.

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/stroenie-dykhatelnoy-sistemy-cheloveka/

Работа дыхания: Работой дыхания называют затраты энергии на преодоление эластического

Работа дыхания

Работой дыхания называют затраты энергии на преодоление эластического и неэластического сопротивления при осуществлении дыхательных движений. Работа производится дыхательной мускула­турой (основной и вспомогательной).

Детальное изучение роли раз­личных мышц, их активности в разные фазы дыхательного цикла и в различных условиях дыхания стало возможным благодаря примене­нию электромиографии как в острых, так и хронических опытах.

У человека при спокойном дыхании можно зарегистрировать в фазе вдоха электрическую активность диафрагмы (пищеводным отведе­нием) и наружных межреберных мышц (накожным отведением). При глубоком вдохе наблюдается активность и в других мышцах (лестничных, грудино-ключично-сосцевидных, наружных зубчатых и др.).

При спокойном выдохе у человека в большинстве случаев не удается обнаружить электрической активности дыхательных мышц, что подтверждает представление о пассивной природе выдоха, про­исходящего за счет потенциальной энергии (эластической и грави­тационной), накопленной в результате работы дыхательной муску­латуры.

При форсированном выдохе регистрируется активность внут­ренних межреберных мышц, мышц передней брюшной стенки и не­которых других.

Электромиографический метод не дает возможно­сти количественно определить работу, выполняемую дыхательной мускулатурой, но незаменим для точного исследования степени активности дыхательных мышц при различных условиях выполнения дыхательных движений.

Так, например, при дыхании здорового че­ловека в условиях дополнительного сопротивления дыханию, либо больного, у которого оно повышено, отчетливо выявляется резко увеличенная активность дыхательных мышц, за счет усиленной ра­боты которых поддерживается достаточный дыхательный объем, несмотря на большое сопротивление дыханию.

Для количественной оценки работы дыхания (работы, затрачиваемой на преодоление эластического и неэластического сопротивления системы внешнего дыхания в целом, и ее компонентов) исходят из физических основ. Работа как произведение силы на путь для случая дыхательной сис­темы определяется по следующей формуле:

W = }Р dV,

где W – работа; }Р – интеграл давления, приложенного к дыхатель­ной системе в течение дыхательного цикла; dV – изменение объема системы.

Обычно при помощи разных методов (общая плетизмография, регистрация давления в разных участках дыхательной системы и дыхательного объема) удобнее всего определять работу дыхания графически как эквивалент площади, ограниченной замкнутой ли­нией, соединяющей последовательные значения давлений и объемов в дыхательном цикле, так называемой петли работы. Для определе­ния всей работы дыхания необходимо измерять приложенное извне к аппарату дыхания давление, обеспечивающее дыхательные дви­жения в условиях выключенной активности дыхательной мускула­туры, что бывает сложно реализовать. Значительно шире изучается та часть работы дыхания, которая затрачивается на преодоление эластического и неэластического компонентов легочного сопротив­ления (без учета сопротивления грудной клетки). Для этого доста­точно регистрировать динамику плеврального давления во время дыхательного цикла при одновременной записи дыхательного объе­ма.

При спокойном дыхании работа состоит из двух частей, связан­ных с преодолением эластического и неэластического сопротивле­ния легких. Во время выдоха работа мышц заметно меньше работы вдоха. Это связано с тем, что энергия, затраченная во время вдоха, частично переходит в потенциальную энергию эластического на­пряжения легких, за счет которой пассивно совершается выдох.

В эксперименте во время произвольного усиленного дыхания, близкого к предельно возможному для данного человека, фиксиру­ются величины работы в фазе вдоха, гораздо большие, чем при обычном дыхании.

Кроме того, работа во время выдоха значительно превышает работу, затраченную в фазе вдоха на преодоление эла­стического сопротивления.

Так, общая работа за дыхательный цикл составляет 0,33 кгм (в 33 раза больше) вместо 0,01 кгм при спокой­ном дыхании, или 0,18 кгм (в 9 раз больше) вместо 0,02 кгм на 1 л вентилируемого воздуха, а за 1 мин 20,1 кгм (в 134 раза больше) вместо 0,15 кгм. При оценке работы дыхания важно учитывать:

1) величину работы на 1 л вентилирующего легкие воздуха;

2) величину работы на 1 дыхательный цикл;

3) величину работы в 1 мин.

Из приведенных выше данных видно, что при большом увели­чении минутного объема дыхания величина работы на 1 дыхатель­ный цикл возрастает в большей мере, чем дыхательный объем.

Таким образом, как следует из физики рассматриваемого явления, в этих условиях возрастает работа на 1 л воздуха, вентилирующего легкие. В результате работа дыхания при его большом усилении возрастает вследствие увеличения как МОД, так и работы, затрачи­ваемой на перемещение 1 л воздуха.

У взрослых в покое (МОД до Юл/мин) работа дыхания колеблется, в зависимости от индивиду­альных особенностей, по данным разных авторов, в пределах 0,01 – 0,06 кгм на 1 л МОД или 0,1-0,5 кгм/мин. При увеличении МОД до 60 л/мин, работа дыхания возрастет до 6-12 кгм/мин.

При предель­ном увеличении МОД (почти до 200 л/мин) работа дыхания при­ближается к 250 кгм/мин, т.е. составляет более 1 кгм на 1 л МОД, что во много раз превышает эту величину при спокойном дыхании.

Кислородная стоимость работы дыхания в покое составляет 0,5­1 мл 02, на 1 л МОД или 4-8 мл 02 в 1 мин (2-3% от общего потреб­ления кислорода). При физической работе, при которой МОД уве­личивается до 140 л/мин, она возрастает до 3-4 мл на 1 л или до 500 мл/мин (от 10 до 20% общего потребления кислорода).

Таким образом, работа дыхания, незначительная по затрате энергии в обычных условиях, резко возрастает при увеличении ле­гочной вентиляции.

То же происходит при увеличенном эластиче­ском или неэластическом сопротивлении дыханию и особенно при сочетании обоих этих факторов (как, например, при выполнении фи­зической работы в противогазе или в условиях повышенного давле­ния).

Предельная для каждого человека величина минутного объема дыхания лимитируется предельной работой дыхательной мускула­туры. Вследствие этого приобретает большое значение выбор оптимальных режимов дыхания, т.е.

таких сочетаний глубины и частоты дыхательных движений, последовательности сокращения и расслаб­ления разных дыхательных мышц и других факторов, при которых работа дыхания для данных условий является минимальной.

В предельных условиях, т.е. когда работа дыхания достигает очень больших величин, ее кислородная стоимость может составить значительную часть общего потребления кислорода организмом.

Дальнейшее увеличение МОД может в отдельных случаях стать не­рациональным вследствие того, что обеспечиваемый им прирост общего потребления организмом кислорода может оказаться меньшим, чем то дополнительное количество кислорода, которое необ­ходимо для такого увеличения работы дыхания.

С резко увеличен­ной работой дыхания обычно связано и тягостное ощущение одыш­ки. За исключением особых условий, работу дыхания лимитирует не столько ее энергетическая стоимость, сколько напряжение регули­рующих механизмов.

Действительно, исследование дыхательных мышц при резко усиленном и затрудненном дыхании обнаруживает возрастание мышечной электрической активности в несколько десятков раз (по сравнению со спокойным дыханием). Это является следствием уси­ления импульсации, поступающей к мотонейронам из дыхательного центра и от мотонейронов к дыхательным мышцам.

Можно пола­гать, что предельные величины работы дыхания для каждого данно­го организма зависят от того максимального потока эфферентной импульсации, которую способен посылать дыхательный центр, и от структуры этого потока.

Только оптимальное сочетание количества рекрутируемых нейронов и частоты их разрядов, точное согласова­ние во времени активности разных типов инспираторных и экспира­торных нейронов в разные фазы дыхательного цикла могут обеспе­чить максимальные величины вентиляции легких. Поэтому, при данном состоянии аппарата внешнего дыхания, оптимум его работы (т.е.

любая, вплоть до максимальной, вентиляция легких при мини­мальной работе дыхания) определяется соответствующей (вплоть до предельной) активностью дыхательного центра и совершенством координации работы дыхательных мышц.

Показано, что обычные сочетания глубины и частоты дыхания близки к оптимальным, т.е. к таким, при которых работа дыхания на 1 л альвеолярной вентиляции минимальна. У людей с повышенным эластическим сопротивлением обычно устанавливается более частое и поверхностное дыхание.

Напротив, при большой ЖЕЛ и хорошей растяжимости дыхание чаще бывает редким и глубоким.

Следует отметить, что автоматическое управление дыхательными движения­ми и выбор оптимального режима работы дыхательной мускулатуры возможны благодаря развившимся и закрепившимся в процессе эволюции многочисленным рефлекторным механизмам, высоко развитому дыхательному центру и способности системы управления дыханием к самообучению, которая выражается в совершенствовании качества регулирования в процессе индивидуального развития, тренировки и тонкого приспособления к изменяющимся условиям жизнедеятельности.

Итак, согласно законам физики, упрощенно работа определяется как произведение силы на расстояние: W = FL. Давление (Р) опреде­ляется как сила (F) деленная на площадь (S): Р = F : S. Давление вы­ражается в см вод. ст. В медицинской практике используются не­сколько единиц измерения давления. Для расчетов используются следующие:

1 см вод. ст. = 0,981 mbar = 98,1 Ра

1 мм рт. ст. = 1,33 mbar = 133,3 Ра = 1 Torr

Таким образом, сила может быть рассчитана по формуле: F = PS. При физиологическом дыхании дыхательную работу можно рассчитать по давлению и объему: W = PSL, но так как SL = V, то W = PV. В системе СИ дыхательная работа выражается в джоулях.

Мощность – это работа, выполняемая за единицу времени. Нормальное значение мощности дыхательной мускулатуры 2,5­3 Дж/мин. У взрослых 10-15 Дж/мин считается максимально воз­можной развиваемой мощностью дыхания. На этом уровне пациен­ты требуют респираторной поддержки.

При нормальных условиях рассчитывается только инспираторная дыхательная работа, так как выдох – пассивный процесс. В патологических условиях (экспира­торная обструкция, форсированный выдох или режимы СРАР/РЕЕР) это неприменимо. На графиках давление-объем представлена пло­щадь, которая отражает дыхательную работу (рис. 1.3).

Упрощая теоретические предпосылки, изложенные выше, можно считать, что при спонтанном дыхании работа дыхания включает два компонента:

1) работу по преодолению эластической тяги легких, определяющейся растяжимостью;

2) работу по преодолению сопротивления потоку воздуха через воздухоносные пути.

Рис. 1.3. Динамические соотношения давление-объем и работа дыхания

Упругие легкие требуют больше работы по преодолению эла­стичности. Узкие дыхательные пути требуют большей работы по преодолению трения.

Большая работа выполняется для преодоления сопротивления при обструктивных, рестриктивных поражениях лег­ких.

У пациентов ОИТ увеличение дыхательной работы часто вызы­вается другими причинами – она увеличивается из-за сопротивления эндотрахеальной трубки и дыхательного контура.

Как уже указывалось, при нормальных условиях для нужд дыхательной работы нужно около 5 мл О2/мин, что составляет 2% общего потребления кислорода. Во время глубокого активного дыхания дыхательная работа может значительно возрастать с использованием до 20% потребляемого кислорода.

При тяжелых хронических об­структивных заболеваниях потребление О2 может быть настолько высоким, что кислородное обеспечение остальных частей тела начи­нает страдать. Если потребности в энергии превышают энергетиче­ское обеспечение, то возрастает метаболический дефицит что мо­жет привести к недостаточности дыхательной мускулатуры.

Разви­вается дыхательная усталость – состояние, когда дыхательная мус­кулатура не может больше обеспечивать работу, достаточную для поддержания альвеолярной вентиляции.

Источник: https://med-books.info/terapiya-anesteziologiya-intensivnaya/rabota-dyihaniya-60341.html

Books-med
Добавить комментарий