Дихальна система людини

Відео: Будова дихальної системи людини

Функції дихальної системи. Кисень знаходиться в навколишньому нас повітрі, він може проникнути крізь шкіру, але лише в небольшіхколічествах, зовсім недостатніх для підтримки життя. Існує легенда про італійських дітей, яких для участі в релігійній процесії пофарбували золотою фарбою- історія далі оповідає, що всі вони померли від задухи, тому що "шкіра не могла дихати". На підставі наукових даних смерть від ядухи тут зовсім виключена, тому що поглинання кисню через шкіру ледь вимірно, а виділення двоокису вуглецю складає менш 1% від її виділення через легені. Надходження в організм кисню і видалення вуглекислого газу забезпечує дихальна система. Транспорт газів і інших необхідних організму речовин здійснюється за допомогою кровоносної системи. Функція дихальної системи зводиться лише до того, щоб постачати кров достатньою кількістю кисню і видаляти з неї вуглекислий газ. Хімічне відновлення молекулярного кисню з утворенням води служить для ссавців основним джерелом енергії. Без неї життя не може тривати довше декількох секунд.

Відновленню кисню супроводжує освіту CO2. Кисень входить до CO2 не відбувається безпосередньо з молекулярного кисню. Використання O2 і утворення CO2 зв`язані між собою проміжними метаболічними реакціямі- теоретично кожна з них тривають деякий час. Обмін O2 і CO2 між організмом і середовищем називається диханням. У вищих тварин процес дихання осуществляетсяблагодаря ряду послідовних процесів.

1. Обмін газовмежду середовищем і легенями, що звичайно позначають як "легеневу вентиляцію".

2. Обмін газів між альвеолами легень і кров`ю (легеневий подих). 3. Обмін газів між кров`ю і тканинами. Нарешті, гази переходять усередині тканини до місць споживання (для O2) і від місць утворення (для CO2) (клітинне дихання). Випадання будь-якого з цих чотирьох процесів приводять до порушень подиху і створює небезпеку для життя людини.

Анатомія.

Дихальна система людини складається з тканин і органів, що забезпечують легеневу вентиляцію і легеневий подих. До повітроносних шляхів відносяться: ніс, порожнина носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи і бронхіоли. Легені складаються з бронхіол і альвеолярних мішечків, а також з артерій, капілярів і вен легеневого кола кровообігу. До елементів кістково-м`язової системи, зв`язаним з подихом, відносяться ребра, міжреберні м`язи, діафрагма і допоміжні дихальні м`язи.

Повітроносні шляхи.
Ніс і порожнина носа служать провідними каналами для повітря, у яких він нагрівається, зволожується і фільтрується. У порожнині носа укладені також нюхові рецептори. Зовнішня частина носа утворена трикутним кістково-хрящовим кістяком, який покритий кожей- два овальних отвори на нижній поверхні-ніздрі-відкриваються кожне в клиноподібну порожнину носа. Ці порожнини розділені перегородкою. Три легких губчастих завитка (раковини) видаються з бічних стінок ніздрів, частково розділяючи порожнини на чотири незамкнутих проходи (носові ходи). Порожнина носа вистелена багато васкуляризованной слизовою оболонкою. Численні жорсткі волоски, а також забезпечені віями епітеліальні і келихоподібних клітини служать для очищення вдихуваного повітря від твердих частинок. У верхній частині порожнини лежать нюхові клітини.

Гортань лежить між трахеєю і коренем мови. Порожнина гортані розділена двома складками слизової оболонки, що не цілком сходяться по середній лінії. Простір між цими складками - голосова щілина захищена пластинкою волокнистого хряща - надгортанником. По краях голосової щілини в слизовій оболонці лежать фіброзні еластичні зв`язки, які називаються нижніми, чи щирими, голосовими складками (зв`язками). Над ними знаходяться помилкові голосові складки, які захищають істинні голосові складки і зберігають їх влажнимі- вони допомагають також затримувати подих, а при ковтанні перешкоджають попаданню їжі в гортань. Спеціалізовані м`язи натягають і розслаблюють щирі і помилкові голосові складки. Ці м`язи відіграють важливу роль при фонації, а також перешкоджають попаданню будь-яких часток у дихальні шляхи.

Трахея починається в нижнього кінця гортані і спускається в грудну порожнину, де ділиться на правий і лівий бронхі- стінка її утворена сполучною тканиною і хрящем. У більшості ссавців хрящі утворять неповні кільця. Частини, що примикають до стравоходу, заміщені фіброзної зв`язкою. Правий бронх звичайно коротше і ширше лівого. Увійшовши в легені, головні бронхи поступово поділяються на усе більш дрібні трубки (бронхіоли), самі дрібні з яких-кінцеві бронхіоли є останнім елементом повітроносних шляхів. Від гортані до кінцевих бронхіол трубки вистелені миготливим епітелієм.

Легкі.

В цілому легені мають вид губчастих, пористих конусоподібних утворень, що лежать про обох половинах грудної полості.Наіменьшій структурний елемент легкого - часточка складається з кінцевої бронхіоли, що веде в легеневу бронхиолу і альвеолярний мішок. Стінки легеневої бронхіоли і альвеолярного мішка утворять поглиблення-альвеоли. Така структура легень збільшує їхню дихальну поверхню, що у 50-100 разів перевищує поверхню тіла. Відносна величина поверхні, через яку в легенях відбувається газообмін, більше у тварин з високою активністю і подвіжностью.Стенкі альвеол складаються з одного шару епітеліальних клітин і оточені легеневими капілярами. Внутрішня поверхня альвеоли покрита поверхнево-активною речовиною сурфактантом. Як вважають, сурфактант є продуктом секреції гранулярних клітин. Окрема альвеола, тісно стикається з сусідніми структурами, має форму неправильного багатогранника і приблизні розміри до 250 мкм. Прийнято вважати, що загальна поверхня альвеол, через яку здійснюється газообмін, експоненціально залежить від ваги тіла. З віком відзначається зменшення площі поверхні альвеол.

Плевра.

Кожне легке оточене мішком - плеврою. Зовнішній (парієтальних) листок плеври прімикак внутрішньої поверхні грудної стінки і діафрагми, внутрішній (вісцеральний) покриває легке. Щілина між листками називається плевральної порожниною. При русі грудної клітини внутрішній листок зазвичай легко ковзає по зовнішньому. Тиск в плевральній порожнині завжди менше атмосферного (негативне). В умовах спокою внутрішньоплеврально тиск у людини в середньому на 4,5 торр нижче атмосферного (-4,5 торр). Межплевральное простір між легкими називається средостеніем- в ньому знаходяться трахея, зобної заліза (тимус) і серце з великими судинами, лімфатичні вузли і стравохід.

Кровоносні судини легких.

Легенева артерія несе кров від правого шлуночка серця, вона ділиться на праву і ліву гілки, які направляються до легень. Ці артерії розгалужуються, слідуючи за бронхами, постачають великі структури легені й утворять капіляри, що обплітають стінки альвеол. Повітря в альвеоли відділений від крові в капілярі 1) стінкою альвеоли, 2) стінкою капіляра і в деяких випадках 3) проміжним шаром між ними. З капілярів кров надходить у дрібні вени, які врешті-решт з`єднуються і утворюють легеневі вени, що доставляють кров у ліве передсердя.

Бронхіальні артерії великого кола теж приносять кров до легким, а саме постачають бронхи і бронхіоли, лімфатичні вузли, стінки кровоносних судин і плевру. Велика частина цієї крові відтікає в бронхіальні вени, а звідти-в непарну (праворуч) і в полунепарную (зліва). Дуже невелика кількість артеріальної бронхіальної крові надходить в легеневі вени.

Дихальні м`язи.

Дихальні м`язи-це ті м`язи, скорочення яких змінюють обсяг грудної клітини. М`язи, що прямують від голови, шиї, рук і деяких верхніх грудних і нижніх шийних хребців, а також зовнішні міжреберні м`язи, що з`єднують ребро з ребром, піднімають ребра і збільшують обсяг грудної клітини. Діафрагма-м`язово-сухожильних пластина, прикріплена до хребців, ребер і грудини, відділяє грудну порожнину від черевної. Це головна м`яз, що у нормальному вдиху. При посиленому вдиху скорочуються додаткові групи м`язів. При посиленому видиху діють м`язи, прикріплені між ребрами (внутрішні міжреберні м`язи), до ребер і нижнім грудним і верхнім поперекових хребців, а також м`язи черевної полості- вони опускають ребра і притискають черевні органи до розслабилися діафрагми, зменшуючи таким чином ємність грудної клітини.

Легенева вентиляція.

Поки внутрішньоплеврально тиск залишається нижче атмосферного, розміри легких обов`язково діятимуть за за розмірами грудної порожнини. Рухи легких відбуваються в результаті скорочення дихальних м`язів у поєднанні з рухом частин грудної стінки і діафрагми.

Дихальні руху.

Розслаблення всіх пов`язаних з диханням м`язів надає грудній клітці положення пасивного видиху. Відповідна м`язова активність може перевести це положення у вдих або ж посилити видих. Вдих створюється розширенням грудної порожнини і завжди є активним процесом. Завдяки своєму сочленению з хребцями ребра рухаються вгору і назовні, збільшуючи відстань від хребта до грудини, а також бічні розміри грудної порожнини (реберний чи грудний тип дихання). Скорочення діафрагми змінює її форму з куполоподібної на більш пласку, що збільшує розміри грудної порожнини в подовжньому напрямку (діафрагмальний або черевний тип дихання). Зазвичай головну роль у вдиху грає діафрагмальне дихання. Оскільки люди-істоти двоногі, при кожному русі ребер і грудини змінюється центр ваги тіла і виникає необхідність пристосувати до цього різні м`язи.

При спокійному подиху в людини зазвичай досить еластичних властивостей і ваги перемістилися тканин, щоб повернути їх в положення, що передує вдиху. Таким чином, видих в спокої відбувається пасивно внаслідок поступового зниження активності м`язів, що створюють умову для вдиху. Активний видих може виникнути внаслідок скорочення внутрішніх міжреберних м`язів на додаток до інших м`язових груп, які опускають ребра, зменшують поперечні розміри грудної порожнини і відстань між грудиною і хребтом. Активний видих може також статися внаслідок скорочення черевних м`язів, яке притискає нутрощі до розслабленої діафрагми і зменшує подовжній розмір грудної порожнини. Розширення легкого знижує (на час) загальне внутрилегочное (альвеолярне) тиск. Воно дорівнює атмосферному, коли повітря не рухається, а голосова щілина відкрита. Воно нижче атмосферного, поки легені не наповняться при вдиху, і вище атмосферного при видиху. Внутриплевральное тиск теж змінюється протягом дихального руху-але воно завжди нижче атмосферного (т. Е. Завжди негативне).

Зміни обсягу легких.

У людини легені займають близько 6% обсягу тіла незалежно від його ваги. Обсяг легкого змінюється при вдиху не всюди однаково. Для цього є три головні причини, по-перше, грудна порожнина збільшується нерівномірно у всіх напрямках, по-друге, не асі частини легкого однаково розтяжні. По-третє, передбачається існування гравітаційного ефекту, який сприяє зсуву легені донизу. Обсяг повітря, що вдихається при звичайному (неусиленном) вдиху і видихається при звичайному (неусиленном) видиху, називається дихальним повітрям. Обсяг максимального видиху після попереднього максимального вдиху називається життєвою ємністю. Вона не дорівнює всьому об`єму повітря в легені (загальному обсягу легені), оскільки легені повністю не спадаються. Обсяг повітря, який залишається в наспавшихся легких, називається залишковим повітрям. Є додатковий обсяг, який можна вдихнути при максимальному зусиллі після нормального вдиху. А те повітря, що видихається максмальним зусиллям після нормального видиху, це резервний обсяг видиху. Функціональна залишкова ємність складається з резервного обсягу видиху і залишкового обсягу. Це той знаходиться в легенях повітря, в якому розбавляється нормальний дихальний повітря (рис.6). Внаслідок цього склад газу в легенях після одного дихального руху зазвичай різко не змінюється.

Хвилинний обсяг V-це повітря, що вдихається за одну хвилину. Його можна обчислити, помноживши середній дихальний обсяг (Vt) на число подихів у хвилину (f), або V = fVt. Частина Vt, наприклад, повітря в трахеї і бронхах до кінцевих бронхіол і в деяких альвеолах, не бере участі в газообміні, тому що не приходить в зіткнення з активним легеневим кровотоком - це так зване "мертве" простір (Vd). Частина Vt, яка бере участь в газообміні з легеневою кров`ю, називається альвеолярним обсягом (VA). З фізіологічної точки зору альвеолярна вентиляція (VA) - найбільш істотна частина зовнішнього дихання VA = f (Vt-Vd), так як вона є тим обсягом вдихуваного за хвилину повітря, що обмінюється газами з кров`ю легеневих капілярів.

Легеневе дихання.

Газ є таким станом речовини, при якому воно рівномірно розподіляється по обмеженому обсязі. У газовій фазі взаємодія молекул між собою незначно. Коли вони стикаються зі стінками замкнутого простору, їх рух створює певну силу-ця сила, прикладена до одиниці площі, називається тиском газу і виражається в міліметрах ртутного стовпа, або торрах- тиск газу пропорційно числу молекул і їх середньої швидкості. При кімнатній температурі тиск будь-якого виду молекул- наприклад, O2 чи N2, не залежить від присутності молекул іншого газу. Загальне яка вимірюється тиск газу дорівнює сумі тисків окремих видів молекул (так званих парціальних тисків) або РB = РN2 + Ро2 + Рн2o + РB, де РB - барометричний тиск. Частку (F) даного газу (x) в сухий газової суміші потужно обчислити по наступному рівнянню:

Fx = Px / PB-PH2O

І навпаки, парціальний тиск давнього газу (x) можна виісліть з його частки: Рx-Fx (РB-Рн2o). Сухий атмосферне повітря містить 2О, 94% O2 * РO2 = 20,94 / 100 * 760 торр (на рівні моря) = 159,1 торр. Газообмін у легенях між альвеолами і кров`ю відбувається шляхом дифузії. Дифузія виникає в силу постійного руху молекул газу до забезпечує перенесення молекул з області більш високої їх концентрації в область, де їх концентрація нижче. На величину дифузії газів між альвеолами і кровьювліяют деякі чисто фізичні фактори. 1. Щільність газів. Тут діє закон Грема. Він говорить, що в газовій фазі при інших рівних умовах відносна швидкість дифузії двох газів обернено пропорційна квадратному кореню з їх щільності. 2. Розчинність газів в рідкому середовищі. Тут діє закон Генрі: згідно з цим законом, маса газу, розчиненого в даному об`ємі рідини при постійній температурі, пропорційна розчинності газу в цієї рідини і парціальному тиску газу, що знаходиться в рівновазі з рідиною. 3. Температура. З підвищенням температури зростає середня швидкість руху молекул (підвищується тиск) і падає розчинність газу в рідині при даній температурі. 4. Градієнт тиску. До газів в дихальній системі докладемо закон Фіка.

Коефіцієнти дифузії.

Виходячи з розчинності і величини молекул, коефіцієнт дифузії для СО2 приблизно в 2,7 рази більше-ніж для О2. Оскільки ця величина постійна і температура в легенях зазвичай товстішим залишається постійною, то тільки парціальні тиску цих газів визначають напрямок газообміну між легкими і альвеолами. При розгляді фізіологічних аспектів газообміну в легенях слід враховувати 1) легеневий кровообіг в альвеолах, 2) доступну для дифузії поверхню, 3) характеристики альвеолярної та капілярної тканин і 4) відстань, на яке відбувається дифузія. Визначити дифузійну здатність легенів, що позначається як коефіцієнт переносу (ТLx, або DLx деяких дослідників), можна за допомогою вимірювання кількості газу (x), переносний кожну хвилину на кожен торр різниці парціального тиску в альвеолах (РAx) і капілярах (Pсар), або: ТX = Vx / PAx-Pсар- ТLx варіює залежно від досліджуваного газу і його місця в легені. ТLx кисню в усьому легкому людини в стані спокою коливається від 19 до 31 мл / хв на 1 Торре. При легкій фізичній роботі воно зростає до 43 мл / хв.

Співвідношення між вентиляцією і перфузією.

Ефективність легеневого дихання варіює в різних частинах легені. Ця варіабельність в значній мірі пояснюється поданням про співвідношення між вентиляцією і перфузією (VA / Q). Зазначене співвідношення визначається числом вентильованих альвеол, які стикаються з добре перфузіруемих капілярами. При спокійному подиху в людини верхні відділи легкого розправляються повніше, ніж нижні відділи, але при вертикальному положенні нижні відділи перфузируются кров`ю краще, ніж верхні. У міру збільшення дихального обсягу нижні частини легені використовуються все більше і все краще перфузируются. Співвідношення V / Q в нижній частині легкого прагне до одиниці.

Транспорт дихальних газів.

Близько О, 3% О2, що міститься в артеріальній крові великого кола при нормальному Ро2, розчинене в плазмі. Все решта знаходиться в неміцному хімічному з`єднанні з гемоглобіном (НЬ) еритроцитів. Гемоглобін є білок з приєднаною до нього железосодержащей групою. Fе + кожної молекули гемоглобіну з`єднується неміцно і зупинити з одного молекулою О2. Повністю насичений киснем гемоглобін містить 1,39 мл. О2 на 1 г Нb (в деяких джерелах вказується 1,34 мл), якщо Fе + окислені до Fе +, то таке з`єднання втрачає здатність переносити О2. Повністю насичений киснем гемоглобін (НbО2) володіє більш сильними кислотними властивостями, ніж відновлений гемоглобін (Нb). В результаті в розчині, що має рН 7,25, звільнення 1мМ О2 з НbО2 уможливлює засвоєння О, 7 мМ Н + без зміни рН таким чином, виділення О2 надає буферне дію. Співвідношення між числом вільних молекул О2 і кількістю молекул, що з гемоглобіном (НbО2), описується кривої дисоціації О2. НbО2 може бути представлений в одній з двох форм: або як частка з`єднаний з киснем гемоглобіну (% НbО2), або як обсяг О2 на 100 мл крові в узятій пробі (об`ємні відсотки). В обох випадках форма кривої дисоціації кисню залишається однією і тією ж.

Насичення тканин киснем.

Транспорт O2 з крові в ті ділянки тканини, де він використовується, відбувається шляхом простої дифузії. Оскільки кисень використовується головним чином в мітохондріях, відстані, на які відбувається дифузія в тканинах, видаються великими порівняно з обміном у легенях. У м`язової тканини присутність міоглобіну, як вважають, полегшує дифузію O2. Для обчислення тканинного Po2 створено теоретично моделі, які передбачають чинники, що впливають на надходження і споживання O2, а саме відстань між капілярами, ліжок в капілярах і тканинний метаболізм. Найнижче Po2 встановлено в венозному кінці і на півдорозі між капілярами, якщо прийняти, що ліжок в капілярах однаковий і що вони паралельні.

Гігієна дихання.

Фізіології найбільш важливі гази - O2, CO2, N2. Вони присутні в атмосферному повітрі в пропорціях зазначених у табл. 1. Крім того, атмосфера містить водяну пару в сильно варіюють кількостях.

Компонент Вміст,%
кисень 20,95
Двоокис вуглецю 0,03
азот 78,09
Аргон 0,08

З точки зору медицини при недостатньому постачанні тканин киснем виникає гіпоксія. Короткий виклад різних причин гіпоксії може служити і скороченим оглядом всіх дихальних процесів. Нижче в кожному пункті вказані порушення одного або більше процесів. Систематизація їх дозволяє розглядати всі ці явища одночасно.

I. недостатній транспорт О2 кров`ю (аноксемическая гіпоксія) (вміст О2 в артеріальною крові великим колом понижено).
А. Знижений РO2: