СИСТЕМА ДЫХАНИЯ

СТРУКТУРНО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ДЫХАНИЯ. ПРОЦЕССЫ СИСТЕМЫ ДЫХАНИЯ

Оптимальный для метаболизма газовый состав организма — относительное постоянство диоксида углерода и кислорода в альвеолярном воздухе, крови и тканях обеспечивается системой дыхания. Система дыхания включает: мышцы инспираторные (вдыхательные) — наружные косые межреберные мышцы и диафрагму; мышцы экспираторные (выдыхательные) — внутренние косые межреберные мышцы, мышцы брюшной стенки; грудную клетку; носовые ходы, носоглотку, гортань (в гортани имеются голосовые связки; пространство между связками называется голосовой щелью), трахею; бронхи и легкие; плевру; сердце и сосуды; кровь, а также механизмы регуляции поддержания оптимального для метаболизма газового состава организма. В процессе метаболизма в клетках тканей постоянно используется кислород и образуется диоксид углерода. Система дыхания обеспечивает снабжение тканей кислородом и удаление диоксида углерода.

Воздухоносные пути. Они обеспечивают прохождение воздуха в легкие из окружающей среды. Проходя через легкие, вдыхаемый воздух увлажняется, согревается или охлаждается, очищается от пыли и микроорганизмов. Слизистая стенки воздухоносных путей покрыта слизью, трахея и бронхи имеют также мерцательный эпителий. Воздух контактирует со слизью (в ней содержится бактерицидное вещество — лизоцим), к которой прилипают пылевые частицы воздуха и микробы, движением ресничек мерцательного эпителия слизь продвигается по направлению к носоглотке.

В слизистой оболочке воздухоносных путей имеются рецепторы, с которых осуществляются защитные рефлексы — чихание (с рецепторов носовой полости) и кашель (с рецепторов трахеи). С рецепторов верхних дыхательных путей осуществляются постоянные стимулирующие влияния на ретикулярную формацию и через нее на все центры. Рецепторы возбуждаются воздухом, проходящим через воздухоносные пути при вдохе и выдохе.

Легкие. Функциональной единицей легких является альвеола — легочной пузырек. Альвеола имеет полушаровидную форму, ее внутренняя поверхность выстлана однослойным эпителием, находящимся на базальной мембране альвеолы, снаружи она густо оплетена легочными капиллярами. Внутренняя поверхность альвеол покрыта пленкой сурфактанта (фосфолипида), которая препятствует слипанию их стенок в период выдоха. Альвеолы образуют губчатую массу легких. Легкие обеспечивают газообмен между воздухом и кровью (т.е. обмен кислорода и углекислого газа).

Физиологические процессы системы дыхания

Дыхание — совокупность физиологических процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа, т.е. поддержание относительного постоянства углекислого газа и кислорода в альвеолярном воздухе, крови и тканях.

Дыхание включает в себя следующие физиологические процессы:

  • 1) обмен газами между внешней средой и легкими (внешнее дыхание, вентиляция легких);
  • 2) обмен газами между альвеолярным воздухом и кровью (в легких);
  • 3) транспорт газов кровью;
  • 4) обмен газами между кровью и тканями;
  • 5) использование кислорода тканями и образование углекислого газа (биологическое окисление в митохондриях клеток).

Внешнее дыхание. Процесс обмена газами между внешней средой и легкими называется легочной вентиляцией (движением воздуха через легкие). Обмен газами обеспечивается за счет дыхательных движений — актов вдоха и выдоха. При вдохе происходит увеличение объема грудной клетки, понижение давления в плевральной полости (оно становится ниже атмосферного). Небольшое отрицательное давление в плевральной полости сохраняется постоянно за счет эластической тяги легких — силы, с которой легкие оказывают сопротивление давлению атмосферного воздуха на внутреннюю поверхности легких. При большем снижении давления в плевральной полости и происходит поступление воздуха из внешней среды в легкие. При выдохе объем грудной клетки уменьшается, давление на воздух в легких повышается, и в результате альвеолярный воздух вытесняется из легких наружу.

Механизм вдоха и выдоха. Дыхательные движения, увеличение и уменьшение объема грудной клетки совершаются с помощью межреберных и других дыхательных мышц и диафрагмы.

При вдохе одновременно сокращаются наружные косые межреберные мышцы, мышцы плечевого пояса, что обеспечивает отведение ребер в стороны, сокращается диафрагма — смещается в сторону брюшной полости, и в результате объем грудной клетки увеличивается, понижается давление в плевральной полости и в легких и как следствие (в результате разницы давлений) воздух из внешней среды поступает в легкие. Содержание газов во вдыхаемом (атмосферном) воздухе: 20,97% кислорода, 0,03% диоксида углерода, 79% азота.

При выдохе одновременно сокращаются экспираторные мышцы — внутренние косые межреберные мышцы, мышцы брюшного пресса, что обеспечивает возвращение ребер в положение до вдоха, в положение до вдоха возвращается и диафрагма. При этом уменьшается объем грудной клетки, повышается давление в плевральной полости и в легких и часть альвеолярного воздуха (объем, равный объему воздуха, поступившего в легкие при вдохе) вытесняется. Содержание газов в выдыхаемом воздухе: 16% кислорода, 4,5% диоксида углерода, 79,5% азота и инертных газов.

У животных различают три типа дыхания: реберный, или грудной, — при вдохе преобладает отведение ребер в стороны и вперед; диафрагмальный, или брюшной, — вдох происходит преимущественно за счет сокращения диафрагмы; реберно-брюшной — вдох обеспечивается за счет сокращения межреберных мышц, диафрагмы и брюшных мышц.

Обмен газами между альвеолярным воздухом и кровью. Обмен газами (кислородом и диоксидом углерода) в легких между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения осуществляется вследствие разности парциального давления этих газов. Концентрация кислорода в альвеолярном воздухе значительно выше, чем в венозной крови, движущейся по капиллярам. Поэтому кислород вследствие разности парциального давления (парциальное давление кислорода в альвеолах — 100 мм рт. ст., напряжение кислорода в венозной крови — 40 мм рт. ст.) по закону диффузии легко переходит из альвеол в кровь, обогащая ее. Кровь становится артериальной. Концентрация диоксида углерода гораздо выше в венозной крови, чем в альвеолярном воздухе. Поэтому диоксид углерода вследствие разности его напряжения в крови (46 мм рт. ст.) и его парциального давления в альвеолярном воздухе (40 мм рт. ст.), по закону диффузии проникает из крови в альвеолы (рис. 25.1). Состав альвеолярного воздуха постоянен: кислорода — около 14%, диоксида углерода — около 5,5%.

Газообмену в легких способствует большая поверхность альвеол и малая толщина мембраны, разделяющая газовую среду и кровь (слой эндотелиальных клеток капилляров и слой плоского альвеолярного эпителия). В течение суток из альвеол в кровь у коровы переходит около 5000 л кислорода, а из крови в альвеолярный воздух поступает около 4300 л диоксида углерода.

Транспорт газов кровью. Кислород, проникнув в кровь, соединяется с гемоглобином эритроцитов и в виде оксигемоглобина транспортируется артериальной кровью до тканей. В артериальной крови кислорода — 16—19 об. %, а диоксида углерода — 52—58 об. %. Мак-

Схема обмена газами между кровью и воздухом альвеол

Рис. 25.1. Схема обмена газами между кровью и воздухом альвеол:

7 — просвет альвеолы; 2 — стенка альвеолы; 3 — стенка кровеносного капилляра; 4 — просвет капилляра; 5 — эритроцит в просвете капилляра (стрелками показан путь кислорода (02), диоксида углерода (С02) через аэрогематический барьер между

кровью и воздухом)

симальное количество кислорода, которое может связать кровь при полном насыщении гемоглобина кислородом, называется кислородной емкостью (около 19 об. %)

Диоксид углерода поступает из тканей в кровь, в плазму, затем в эритроциты. Его часть образует химическое соединение с гемоглобином — карбогемоглобин (4,5 об. %), другая основная часть под действием фермента карбоангидразы образует угольную кислоту Н2С03, которая быстро диссоциирует на ионы Н+ и НСО^. Из эритроцитов НС03” поступает в плазму крови, где соединяется с NaCl или КС1, образуются кислые соли угольной кислоты: NaHC03 и КНС03 (51 об. %). Ионы СГ поступают в порядке сохранения ионного равновесия в эритроциты. Около 2,5 об. % С02 находится в плазме в состоянии физического растворения. В этих формах диоксид углерода и транспортируется венозной кровью от тканей к легким. В венозной крови диоксида углерода — 58—63 об. %, кислорода — 12 об. %.

В легочных капиллярах происходит освобождение С02, который диффундирует в альвеолярный газ. Гидрокарбонат как соль слабой (угольной) кислоты отдает свой анион. Ионы НСО^~ поступают из плазмы в эритроцит, а ионы СГ — в обратном направлении. Дегидратация угольной кислоты в эритроцитах ускоряется также карбоан- гидразой.

Обмен газов между кровью и тканями. В тканях кислород освобождается из непрочного соединения с гемоглобином эритроцитов, по закону диффузии легко проникает в клетки тканей, так как концентрация кислорода в артериальной крови значительно выше (напряжение кислорода равно 100 мм рт. ст.), чем в тканях (20—40 мм рт. ст.). Здесь кислород используется на окисление органических соединений, образуется диоксид углерода. Концентрация диоксида углерода в тканях возрастает и становится значительно выше, чем в притекающей к ним крови. Напряжение диоксида углерода: 60 мм рт. ст. — в тканях и 40 мм рт. ст. — в артериальной крови. Поэтому по закону диффузии диоксид углерода переходит из тканей в кровь, и она становится богатой диоксидом углерода, т.е. венозной.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >