Нормальная физиология / КР7 Физиология дыхательной системы

Нарушение кислотно-основного баланса

Дыхательный ацидоз – возникает результат недостаточно интенсивного выдыхания CO2 через легкие. Причиной может быть гиповентиляция альвеол или затрудненная диффузия CO2. Кроме того, к респираторному ацидозу ведет подавление работы карбоангидразы в эритроцитах, так как она препятствует достаточно быстрому образованию CO2 во время короткого контакта крови с альвеолами, затрудняя тем самым выдыхание CO2. Обычно респираторный ацидоз может быть в ограниченной степени компенсирован повышенным образованием HCО3- и выведением Н+ (почечная компенсация).

Реакция клетки на рецспираторный ацидоз

Дыхательный алкалоз – возникает из-за избыточности объема выдыхаемого через легкие CO 2 (гипервентиляция), в том числе при недостатке кислорода (например, из-за пребывания на большой высоте над уровнем моря) или под влиянием определенных гормонов, нейромедиаторов и экзогенных веществ. Сильной гипервентиляцией может иногда сопровождаться эмоциональное возбуждение. Респираторный алкалоз может быть скомпенсирован за счет повышенного выделения HCO3почками. Кроме того, стимуляция гликолиза при алкалозе приводит к повышенному образованию лактата и росту концентрации Н+.

Вопрос 13. Внутриплевральное, альвеолярное и траспульмональное давления, их физиологическое значение и графики изменений во время дыхательного цикла.

между листками – необходима для снижения трения и предотвращает их перетирание + облегчает скольжение листков относительно друг друга.

Азначит есть пространства, в каждом из которых создается какое-то давление:

•В легких;

•Между листками плевры;

•В самой грудной полости.

Соотношение этих давлений важно для обеспечения процессов вдоха и выдоха (влияет на их механизмы).

Внутриплевральное давление (Pпл)

NB: компоненты давления (силы) – 2 разнонаправленные силы создают отрицательное давление:

1.Эластическая тяга легких (см. вопрос 7). Это растяжение эластических волокон и поверхностное натяжение жидкости в альвеолах (модифицированное сурфактантом). Направлена внутрь легких – легкие всегда стремятся сжаться.

2.Упругая сила грудной клетки – направлена наружу (не дает стенкам легких спадаться). Когда человек не дышит (пауза между вдохом/выдохом) давление в легких равно атмосфер-

ному (в ср. 760 мм рт ст). В полости плевры ниже атмосферного (-5 мм рт ст).

Транспульмональное давление (Ртп)

Ртп = Рл – Рпл

В паузе между вдохом и выдохом будет (0 – (-5)) = +5 мм рт ст Рл – легочное = альвеолярное

Закон Бойля-Мариотта:

Р1V1 = P2V2

(индекс 1 означает величины, относящиеся к начальному состоянию газа, индекс 2 – конечное)

При увеличении объема снижается давление.

Т.е. при растягивании легких давление в них снижается.

При вдохе воздух наполняет легкие и давление там снижается (меньше 0, цифры могут быть разные – зависит от стеени растяжеия легких). Поскольку грудная клетка также расширяется, то давление в плевральной полости тоже уменьшается. Уменьшение давления в альвеолах и в плевральной полости позволяет воздуху пассивно засасываться.

При спокойном выдохе эластические силы легких начинают преобладать над другими и легкие сжимаются – при уменьшении объема давление увеличивается до 0 или иногда до положительных значений. Соответственно, плевральное давление также возвращается в норму – с -9 мм рт ст до -5 мм рт ст (см. картинку выше) (+ сила тяжести костей давит на париет. листок плевры)

При форсированном выдохе плевральное давление уменьшается не до -5 мм рт ст, а до -3 или -4 мм рт ст. Соответственно, давление в легких становится положительным, поскольку легкие очень быстро сжимается. За счет этого выходит большое кол-во воздуха, усиленно.

Стрелочки показывают направление сил.

Вопрос 14. Состав вдыхаемого и выдыхаемого и альвеолярного воздуха и физиологические причины их различий

Парциальное давление – часть общего давления смеси газов, приходящаяся на отдельный газ (если бы он занимал весь объем смест)

Мы дышим атмосферным воздухом.

Атмосферное давление = 760 мм рт.ст. (101 кПа) (но зависит от условий – метео, местонахождение относительно уровня воздуха Состав сухого атмосферного воздуха:

Когда воздух попадает в альвеолы, он становится влажным.

По закону Дальтона – парциальное давление каждого газа в смеси пропорционально его процентному содержанию газа в смеси т.е его доле от общего объема.

Парциальное давление газов на уровне моря.

Почему Р(О2) в выдыхаемом воздухе больше, чем в альвеолярном? Т.к. в воздухоносных кондукторных путях остается еще воздух. Часть газа так или иначе ушло в диффузию. То же самое и с СО2 (выдыхаем меньше, чем в альвеолярном воздухе).

Колебания концентраций О2 в альвеолярном воздухе нивелируются сурфактантом. Состав альвеолярного воздуха относительно постоянен.

Газообмен между кровью и тканями зависит от:

1.градиента давления газов между кровью и клетками (в среднем для О2 99 мм.рт.ст, для СО2 20 мм рт.ст.);

2.коэффициента диффузии;

3.площади поверхности, через которую осуществляется диффузия;

4.расстояния, которое проходит газ;

5.функционального состояния мембраны.

Газы переносятся кровью:

•в растворенном виде

•в виде химических соединений.

Напряжение газа равно парциальному давлению в газовой фазе, если жидкость привести в состояние термодинамического равновесия с находящимся над ней газом, и коэффициента растворимости.

Количество растворенных О2 и СО2 (в об.%) в артериальной и венозной крови.

Состав альвеолярного воздуха

Газовый состав альвеолярного воздуха обусловлен альвеолярной вентиляцией и скоростью диффузии О2 и СО2 через альвеолярную мембрану. В обычных условиях у человека количество О2, поступающего в единицу времени в альвеолы из атмосферного воздуха, равно количеству О2, диффундирующего из альвеол в кровь легочных капилляров. Равным образом количество СО2, поступающего в альвеолы из венозной крови, равно количеству СO2, которое выводится из альвеол в атмосферу. Поэтому в норме парциальное давление О2 и СО2 в альвеолярном воздухе остается практически постоянным, что поддерживает процесс газообмена между альвеолярным воздухом и кровью капилляров легких. Газовый состав альвеолярного воздуха отличается от атмосферного воздуха тем, что в нем меньше процентное содержание кислорода и выше процент углекислого газа. Состав альвеолярного воздуха отличается от выдыхаемого воздуха большим содержанием углекислого газа и меньшим содержанием кислорода.

NB: см. также СРС 3

Вопрос 15. Структура бульбарного ДЦ. Классификация дыхательных нейронов

В дыхательной системе дыхательный центр генерирует дыхательный ритм, интегрирует афферентные сигналы, посылает импульсы к дыхательным мышцам грудной клетки и к гладким мышцам дыхательных путей.

Дыхательный центр (в узком смысле) – ограниченный участок ЦНС, где происходит формирование дыхательного импульса, вызывающего координированную деятельность дыхательных мышц, обеспечивающих для организма необходимую величину газообмена в легких. В ЦНС это продолговатый мозг.

Дыхательный центр (в широком смысле) – это сложное структурно-функциональное объединение нервных клеток дыхательных мышц, расположенных на различных уровнях ЦНС от спинного мозга до коры, и обеспечивающих регуляцию внешнего дыхания, газообмен и транспорт газов в соответствии с потребностями организма в изменяющихся условиях внешней среды.

ДЦ состоит из дыхательных нейронов, для которых характерна периодическая электрическая активность в 1 из фаз дыхания. Нейроны ДЦ локализованы двусторонне в продолговатом мозге в виде 2 вытянутых столбов вблизи obex-точки, где центральный канал СМ впадает в 4 желудочек. Эти 2 образования обозначают как дорсальная и вентральная дыхательные группы.

Дорсальная дыхательная группа (ДДГ) образует вентролатеральную часть ядра одиночного тракта. Представлена в основном инспираторными бульбоспинальными нейронами. Не играет значимой роли в респираторном ритмогенезе, ее участие в регуляции дыхания сводится к интеграции афферентных импульсов с импульсацией, формируемой центральным генератором паттерна дыхания, и управлению мотонейронами инспираторных мышц.

Ввентральной дыхательной группе (ВДГ) выделяют ростральную и каудальную части. В рВДГ, расположенной в параамбигуальной области продолговатого мозга, содержится значительное количество инспираторных бульбоспинальных нейронов, иннервирующих мотонейроны диафрагмы и наружных межреберных мышц. В состав кВДГ включены дыхательные нейроны преимущественно с экспираторным паттерном разряда, локализованные в области ретроамбигуального ядра. Экспираторные бульбоспинальные нейроны этого отдела контролируют активность абдоминальной мускулатуры и внутренних межреберных мышц.

Комплекс Бетзингера (Бетцингера) - выше ростральной группы нейронов, непосредственно вблизи n. retrofacialis вентролатеральных отделов продолговатого мозга. Представлен экспираторными нейроны, которые связаны только с другими нейронами дыхательного центра – синхронизируют левую и правую половины ДЦ. Премоторные нейроны КБ тормозят все типы инспираторных нейронов дыхательного центра и диафрагмальные мотонейроны.

Всостав ДЦ входят нейроны двигательных ядер ЧН – обоюдное ядро, ядро подъязычного нерва, иннервирующие мышцы гортани и глотки.

Классификация нейронов

Основным критерием классификации нейронов дыхательного центра является фаза дыхательного цикла, в которую они активны. По этому критерию дыхательные нейроны подразделяют на инспираторные и экспираторные. По паттерну электрической активности нейронов в пределах фаз дыхательного цикла их подразделяют на нейроны с нарастающим, постоянным или декрементным типом активности.

Итого выделяют:

1.Ранние инспираторные нейроны с декрементной активностью – разряжаются с максимальной частотой в начале вдоха (расположены в вентральной группе);

2.Полные инспираторные нейроны с постоянной активностью (расположены в дорсальной и вентральной группах);

3.Поздние инспираторные нейроны с нарастающей активностью – эфферентные нейроны центра, иннервирующие мотонейроны мышц вдоха и активные в конце вдоха (расположены в дорсальной и вентральной группах);

4.Постинспираторные нейроны с декрементной активностью – максимально активны в начале выдоха, (расположены в ростральной вентральной группе);

5.Экспираторные нейроны – эфферентные нейроны центра, иннервирующие мотонейроны мышц выдоха и активные при усиленном выдохе (расположены в каудальной вентральной группе);

6.Преинспираторные нейроны – интернейроны, блокирующие возбуждение экспираторных нейронов, разряжаются с максимальной частотой в самом конце выдоха.

*по проекции аксонов дыхательные нейроны разделяются на премоторные = бульбоспинальные и проприобульбарные.

Аксоны премоторных нейронов переходят на противоположную сторону продолговатого мозга, затем идут к мотонейронам СМ. Функция инспираторных премоторных нейронов – управление электрической активностью инспираторных мотонейронов диафрагмы и наружных межреберных мышц при вдохе. Обычно экспирация осуществляется пассивно, поэтому функция экспираторных премоторных нейронов реализуется только при увеличении глубины дыхательных движений.

Аксоны проприобульбарных нейронов оканчиваются на мембране нейронов самого ДЦ, расположенных в вентральной ДГ. Функция – генерация дыхательного ритма.