Обмен на белодробен газ

Белите дробове са най-обемният вътрешен орган на нашето тяло. Те са нещо много подобно на дърво (този раздел се нарича бронхиално дърво), окачен с мехурчета от плодове (алвеоли). Известно е, че белите дробове съдържат почти 700 милиона алвеоли. И това е функционално оправдано - те играят основната роля във въздушния обмен. Стените на алвеолите са толкова еластични, че при вдишване могат да се разтеглят няколко пъти. Ако сравним повърхността на алвеолите и кожата, тогава се открива удивителен факт: въпреки видимата компактност, алвеолите са десет пъти по-големи от площта на кожата.

Обмен на белодробен газ

Светлина - великите работници на нашето тяло. Те са в непрекъснато движение, сега се свиват, сега се разтягат. Това се случва ден и нощ срещу нашето желание. Този процес обаче не може да се нарече напълно автоматичен. Тя е по-скоро полуавтоматична. Ние можем съзнателно да задържим дъха си или да го принудим. Дишането е една от най-необходимите функции на тялото. Няма да е на място да ви напомня, че въздухът е смес от газове: кислород (21%), азот (около 78%), въглероден диоксид (около 0.03%). Освен това съдържа инертни газове и водни пари.

От уроците по биология мнозина вероятно си спомнят опита с вар. Ако издишате през слама в чиста варовикова вода, ще стане облачно. Това е неопровержимо доказателство, че във въздуха след изтичането на въглеродния диоксид има много повече: около 4%. В същото време количеството на кислорода намалява и достига 14%.

Какво контролира белите дробове или дихателния механизъм

Механизмът на газообмен в белите дробове е много интересен процес. Сами по себе си, белите дробове няма да се разтягат и няма да се свият без мускулна работа. В белодробното дишане участват междуребрените мускули и диафрагмата (специален плосък мускул на границата на гръдния кош и коремната кухина). Когато диафрагмата се свие, налягането в белите дробове пада и въздухът естествено се влива в органа. Издишването настъпва пасивно: самите еластични дробове изтласкват въздуха. Въпреки че понякога мускулите могат да бъдат намалени по време на издишване. Това се случва с активно дишане.

Целият процес се контролира от мозъка. В медулата има специален център за регулиране на дишането. Той реагира на присъствието на въглероден диоксид в кръвта. Веднага след като стане по-малък, центърът на нервните пътеки изпраща сигнал към диафрагмата. Налице е процес на неговото намаляване и идва дишането. Ако дихателният център е повреден, пациентът се вентилира по изкуствен път.

Как се извършва обменът на газ в белите дробове?

Основната задача на белите дробове е не само да дестилира въздуха, но и да извърши процеса на обмен на газ. В белите дробове се променя съставът на вдишания въздух. И тук основната роля принадлежи на кръвоносната система. Каква е кръвоносната система на нашето тяло? Тя може да бъде представена от голяма река с притоци на малки реки, в които текат потоците. Тук такива алвеоли се пробиват с такива капилярни реки.

Кислородът, попадащ в алвеолите, прониква в капилярните стени. Това е така, защото кръвта и въздухът, които се съдържат в алвеолите, налягането е различно. Венозната кръв има по-малко налягане от алвеоларния въздух. Затова кислородът от алвеолите се втурва в капилярите. Налягането на въглеродния диоксид е по-малко в алвеолите, отколкото в кръвта. По тази причина въглеродният диоксид от венозната кръв се изпраща в лумена на алвеолите.

В кръвта има специални клетки - червени кръвни клетки, съдържащи хемоглобинов протеин. Кислородът се присъединява към хемоглобина и пътува в тази форма през тялото. Кръвта, обогатена с кислород, се нарича артериална.

Допълнителна кръв се пренася в сърцето. Сърцето, друг от нашите неуморни работници, кара кръвта, обогатена с кислород, да достигне до клетките на тъканите. И по-нататък по течението на потока, кръвта и кислородът се доставят до всички клетки на тялото. В клетките той отделя кислород, поема въглероден диоксид - отпадъчен продукт. Обратният процес започва: тъканни капиляри - вени - сърце - бели дробове. В белите дробове кръвта (венозна), обогатена с въглероден диоксид, влиза отново в алвеолите и се избутва с останалата част от въздуха. Въглеродният диоксид, както и кислородът, се транспортират чрез хемоглобин.

Така че, в алвеолите има двоен газообмен. Целият процес се осъществява незабавно поради голямата повърхност на алвеолите.

Не дихателна функция

Стойността на белите дробове се определя не само от дишането. Допълнителните функции на този орган включват:

• механична защита: стерилен въздух влиза в алвеолите;
• имунна защита: кръвта съдържа антитела към различни патогенни фактори;
• почистване: кръвта премахва токсични газообразни вещества от тялото;
• поддържане на киселинно-алкален кръвен баланс;
• почистване на кръвта от малки кръвни съсиреци.

Но колкото и важни да изглеждат, основната работа на белите дробове е дишането.

Газов обмен в тъканите и белите дробове. Структурата на дихателната система

Една от най-важните функции на тялото е дишането. По време на него има газообмен в тъканите и белите дробове, в който се поддържа редокс баланс. Дишането е сложен процес, който осигурява тъкан с кислород, използването му от клетките по време на метаболизма и отстраняването на негативни газове.

Етапи на дишане

За да се разбере как се осъществява газообменът в тъканите и белите дробове, е необходимо да се знаят етапите на дишане. Има три от тях:

1. Външно дишане, при което се извършва обмен на газ между клетките на тялото и външната атмосфера. Външният вариант се разделя на обмен на газове между външния и вътрешния въздух, както и на обмена на газове между кръвта на белите дробове и алвеоларния въздух.
2. Транспортиране на газове. Газът в тялото е в свободно състояние, а останалото се прехвърля в свързано състояние с хемоглобин. Газообменът в тъканите и белите дробове се осъществява чрез хемоглобин, който съдържа до двадесет процента въглероден диоксид.
3. Тъканно дишане (вътрешно). Този тип може да се раздели на обмен на газове между кръвта и тъканите и поемането на кислород от клетките и отделянето на различни отпадъчни продукти (метан, въглероден диоксид и др.).

В дихателните процеси участват не само белите дробове и дихателните пътища, но и мускулите на гръдния кош, както и мозъка и гръбначния мозък.

Процес на обмен на газ

По време на насищане с въздух на белите дробове и по време на издишвания, има промяна в химическото ниво.

В издишан въздух при температура от нула градуса и при налягане 765 mm Hg. Изделието съдържа около 16% кислород, четири процента въглероден диоксид, а останалото е азот. При температура от 37 ° C, въздухът в алвеолите е наситен с пари, по време на този процес налягането се променя, падайки до петдесет милиметра живак. Налягането на газовете в алвеоларния въздух е малко повече от седемстотин мм живачен. Чл. Този въздух съдържа петнадесет процента кислород, шест - въглероден диоксид, а останалото е азот и други примеси.

За физиологията на газообмена в белите дробове и тъканите, разликата в парциалното налягане между въглеродния диоксид и кислорода е от голямо значение. Парциалното налягане на кислорода е около 105 mm Hg. Чл., А в венозната кръв е три пъти по-малко. Поради тази разлика, кислородът изтича от алвеоларния въздух във венозната кръв. По този начин настъпва нейното насищане и трансформация в артерия.

CO парциално налягане₂ в венозна кръв по-малко от петдесет милиметра живачен стълб, а в алвеоларния въздух - четиридесет. Поради тази малка разлика, въглеродният диоксид преминава от венозна към алвеоларна кръв и се отделя от тялото по време на издишване.

Обменът на газ в тъканите и белите дробове се извършва с помощта на капилярна мрежа от съдове. Чрез техните стени се образува оксигенация на клетките и се отстранява и въглеродният диоксид. Този процес се наблюдава само с разлика в налягането: в клетките и тъканите кислородът достига нула, а налягането на въглеродния диоксид е около шестдесет mm Hg. Чл. Това ви позволява да преминете СО₂ от клетки към кръвоносни съдове, превръщайки кръвта в венозна.

Транспорт на газ

По време на външното дишане в белите дробове процесът на трансформация на венозна кръв в артериална кръв се осъществява чрез комбиниране на кислород с хемоглобин. В резултат на тази реакция се образува оксигемоглобин. При достигане на клетките на тялото този елемент се разпада. В комбинация с бикарбонати, които се образуват в кръвта, въглеродният диоксид влиза в кръвта. В резултат се образуват соли, но по време на този процес реакцията му остава непроменена.

Достигайки до белите дробове, бикарбонатите се дезинтегрират, давайки алкален радикал на оксихемоглобин. След това бикарбонатите се превръщат в въглероден диоксид и водна пара. Всички тези разпадащи се вещества се отстраняват от тялото по време на издишване. Механизмът на газообмен в белите дробове и тъканите се произвежда чрез превръщането на въглеродния диоксид и кислорода в соли. В това състояние тези вещества се транспортират от кръвта.

Ролята на белите дробове

Основната функция на белите дробове е да се осигури обмен на газове между въздуха и кръвта. Този процес е възможен поради огромната област на органа: при възрастен тя е 90 m 2 и почти същата област на съдовете на ICC, където венозната кръв е наситена с кислород и се освобождава въглероден диоксид.

По време на издишването, повече от двеста различни вещества се екскретират от тялото. Това е не само въглероден диоксид, но и ацетон, метан, етери и алкохоли, водни пари и др.

Освен кондиционирането, функцията на белите дробове е да предпазва тялото от инфекция. При вдишване всички патогени се отлагат по стените на дихателната система, включително и в алвеолите. Те съдържат макрофаги, които улавят микроби и ги унищожават.

Макрофагите произвеждат хемотаксични вещества, които привличат гранулоцитите: те напускат капиляра и участват пряко в фагоцитозата. След абсорбцията на микроорганизми, макрофагите могат да преминат в лимфната система, където може да възникне възпаление. Патологичните агенти причиняват производството на левкоцитни антитела.

Метаболитна функция

Характеристиките на функциите на белите дробове включват метаболитни свойства. По време на обменните процеси, образуването на фосфолипиди и протеини, техният синтез. Синтезът на хепарин също се появява в белите дробове. Дихателният орган участва в образуването и унищожаването на биологично активни вещества.

Общ модел на дишане

Особеността на структурата на дихателната система позволява въздушните маси лесно да преминават през дихателните пътища и в белите дробове, където се случват метаболитни процеси.

Въздухът навлиза в дихателната система през носния проход, след това преминава през ротогълцата до трахеята, откъдето масата достига до бронхите. След преминаване през бронхиалното дърво, въздухът влиза в белите дробове, където се осъществява обменът между различните видове въздух. По време на този процес, кислородът се абсорбира от кръвните клетки, превръщайки венозната кръв в артериална кръв и доставяйки я до сърцето, а оттам се пренася по цялото тяло.

Анатомия на дихателната система

Структурата на дихателната система освобождава дихателните пътища и самата дихателна част. Последното е представено от белите дробове, където се извършва обмен на газ между въздушни маси и кръв.

Въздухът преминава в дихателната част на дихателните пътища, представен от носната кухина, ларинкса, трахеята и бронхите.

Пневматична част

Дихателната система започва с носната кухина. Тя е разделена на две части от хрущялна преграда. Предните канали на носа общуват с атмосферата, а зад - с назофаринкса.

От носа въздухът влиза в устата и след това в ларингеалната част на фаринкса. Тук се намира пресичането на дихателната и храносмилателната системи. С патологията на носните проходи дишането може да се извърши през устата. В този случай, въздухът ще попадне и в фаринкса, а след това и в ларинкса. Разположен е на нивото на шестия шиен прешлен, образувайки кота. Тази част от дихателната система може да се измести по време на разговор.

През горния отвор ларинксът взаимодейства с фаринкса и отдолу органът преминава в трахеята. Той е продължение на ларинкса и се състои от двадесет непълни хрущялни пръстена. На нивото на петия гръбначен гръден сегмент трахеята се разделя на двойка бронхи. Те се отправят към белите дробове. Бронхите се разделят на части, образувайки обърнато дърво, което сякаш пониква в белите дробове.

Дихателната система е завършена от белите дробове. Те се намират в гръдната кухина от двете страни на сърцето. Белите дробове са разделени на акции, всяка от които е разделена на сегменти. Те са оформени като неправилни конуси.

Сегментите на белите дробове са разделени на много части - бронхиолите, по стените на които са разположени алвеолите. Целият комплекс се нарича алвеоларен. Именно в него се осъществява обмен на газ.

8.3. Обмен на белодробен газ

8.3. Обмен на белодробен газ

Съставът на вдишания, издишания и алвеоларния въздух. Вентилацията на белите дробове се дължи на вдишване и издишване. По този начин се поддържа относително постоянен газов състав в алвеолите. Човек вдишва атмосферния въздух с кислородно съдържание (20.9%) и съдържание на въглероден диоксид (0.03%) и издишва въздуха, в който кислородът е 16.3%, въглеродният диоксид - 4%. В алвеоларния въздух на кислорода - 14.2%, въглеродният диоксид - 5.2%. Повишеното съдържание на въглероден диоксид в алвеоларния въздух се обяснява с факта, че когато издишвате, въздухът, който се намира в дихателните пътища и в дихателните пътища се смесва с алвеоларния въздух.

При децата по-ниската ефективност на белодробната вентилация се изразява в различен газов състав както на издишания, така и на алвеоларния въздух. Колкото по-малко е детето, толкова по-голям е процентът на кислород и колкото по-нисък е процентът на въглероден двуокис в издишания и алвеоларния въздух, т.е. кислородът се използва по-малко ефективно от детското тяло. Следователно, за да могат децата да консумират същия обем кислород и да освободят същия обем въглероден диоксид, е необходимо да се извършват респираторни атаки много по-често.

Газов обмен в белите дробове. В белите дробове кислородът от алвеоларния въздух преминава в кръвта и въглеродният диоксид от кръвта влиза в белите дробове.

Движението на газовете осигурява дифузия. Съгласно законите за дифузия, газът се разпространява от среда с високо парциално налягане в среда с по-ниско налягане. Парциалното налягане е част от общото налягане, което се отчита от газа в газовата смес. Колкото по-висок е процентът на газа в сместа, толкова по-високо е неговото парциално налягане. За газове, разтворени в течност, се използва терминът "напрежение", съответстващ на термина "парциално налягане", използван за свободни газове.

В белите дробове, обменът на газ се извършва между въздуха, съдържащ се в алвеолите и кръвта. Алвеолите оплели плътна мрежа от капиляри. Стените на алвеолите и стените на капилярите са много тънки. За газообмен, определящите условия са повърхността, през която се извършва дифузията на газовете, и разликата в парциалното налягане (напрежението) на дифузионните газове. Белите дробове в идеалния случай отговарят на тези изисквания: с дълбок дъх алвеолите се разтягат и повърхността им достига 100-150 квадратни метра. m (не по-малко голяма и повърхността на капилярите в белите дробове), има достатъчна разлика в парциалното налягане на газовете от алвеоларния въздух и напрежението на тези газове във венозната кръв.

Свързване на кислород чрез кръв. В кръвта кислородът се комбинира с хемоглобин, образувайки нестабилно съединение - оксигемоглобин, от който 1 g може да се свърже с 1,34 куб. cm кислород. Произведеното количество оксигемоглобин е право пропорционално на парциалното налягане на кислорода. В алвеоларния въздух парциалното налягане на кислорода е 100–110 mm Hg. Чл. При тези условия, 97% от кръвния хемоглобин е свързан с кислород.

Под формата на оксихемоглобин, кръвта от тъканите на кръвта пренася кислород от белите дробове. Тук парциалното налягане на кислорода е ниско и оксихемоглобинът се дисоциира, освобождавайки кислород, който осигурява на тъканите кислород.

Наличието на въглероден диоксид във въздуха или тъканите намалява способността на хемоглобина да свързва кислорода.

Свързване на въглероден диоксид с кръв. Въглеродният диоксид се транспортира чрез кръв в химически съединения на натриев бикарбонат и калиев бикарбонат. Част от него се транспортира с хемоглобин.

В капилярите на тъканите, където напрежението на въглеродния диоксид е високо, се образува въглеродна киселина и карбоксихемоглобин. В белите дробове карбоанхидразата, която се съдържа в червените кръвни клетки, допринася за дехидратацията, което води до изместване на въглеродния диоксид от кръвта.

Газообменът в белите дробове при децата е тясно свързан с регулирането на киселинно-алкалния баланс. При деца респираторният център е много чувствителен към най-малките промени в рН-реакцията на кръвта. Ето защо, дори и при незначителни промени на равновесието към подкисляване, децата изпитват недостиг на въздух. С развитието на дифузията капацитетът на белите дробове се увеличава поради увеличаване на общата повърхност на алвеолите.

Нуждата на организма от кислород и освобождаването на въглероден диоксид зависи от нивото на окислителните процеси в организма. С възрастта това ниво намалява, което означава, че количеството на газовия обмен на 1 кг маса намалява с нарастването на детето.

Газов обмен в белите дробове и тъканите

Дишането на човека. Структурата и функцията на белите дробове

Дишането е една от жизнените функции на организма, насочена към поддържане на оптимално ниво на редокс процеси в клетките. Дишането е сложен физиологичен процес, който осигурява доставянето на кислород до тъканите, използването му от клетките в процеса на метаболизма и отстраняването на образувания въглероден диоксид.

Целият процес на дишане може да бъде разделен на три етапа: външно дишане, транспортиране на газове чрез кръв и тъканно дишане.

Външното дишане е газообмен между организма и околния въздух, т.е. атмосферата. Външното дишане на свой ред може да се раздели на два етапа: обмен на газове между атмосферния и алвеоларния въздух; обмен на газ между кръвта на белодробните капиляри и алвеоларния въздух.

Транспортиране на газове. Кислородът и въглеродният диоксид в свободното разтворено състояние се транспортират в относително малки количества, като по-голямата част от тези газове се транспортират в свързано състояние. Основният носител на кислород е хемоглобин. Хемоглобинът транспортира до 20% въглероден диоксид. Останалата част от въглеродния диоксид се транспортира под формата на плазмени бикарбонати.

Вътрешно или тъканно дишане. Този етап на дишане може да се раздели на две: обменът на газове между кръвта и тъканите и консумацията на кислород от клетките и освобождаването на въглероден диоксид като продукт на дисимилация.

Външното дишане се осигурява от мускулно-скелетните структури на гръдния кош, белите дробове, дихателните пътища (фиг. 1) и нервните центрове на мозъка и гръбначния мозък.

Фиг. 1. Морфологични структури на дихателните органи на човека

Физиологична роля и свойства на белите дробове

Най-важната функция на белите дробове - осигуряването на обмен на газ между алвеоларния въздух и кръвта - се постига благодарение на голямата газообменна повърхност на белите дробове (средно 90 m 2 при възрастни) и голяма площ на кръвоносните капиляри на белодробната циркулация (70-90 m 2).

Отделителната функция на белите дробове - отстраняването на повече от 200 летливи вещества, образувани в тялото или попадащи в нея отвън. По-специално, въглероден диоксид, метан, ацетон, екзогенни вещества (етилов алкохол, етилов етер), наркотични газообразни вещества (халотан, азотен оксид), образувани в тялото, се отстраняват от кръвта в белите дробове в различна степен. Водата също се изпарява от повърхността на алвеолите.

В допълнение към климатизацията, белите дробове участват в защитата на организма от инфекции. Микроорганизмите, заселени по стените на алвеолите, се улавят и унищожават от алвеоларни макрофаги. Активираните макрофаги произвеждат хемотаксични фактори, които привличат неутрофилни и еозинофилни гранулоцити, които напускат капилярите и участват в фагоцитозата. Макрофагите с абсорбирани микроорганизми могат да мигрират към лимфните капиляри и възли, при които може да се развие възпалителния отговор. За предпазване на тялото от инфекциозни агенти, които влизат в белите дробове с въздух, лизозим, интерферон, имуноглобулини (IgA, IgG, IgM), специфични левкоцитни антитела, са важни в белите дробове.

Филтрация и хемостатична функция на белите дробове - когато кръвта преминава през малък кръг в белите дробове, малки кръвни съсиреци и емболи се задържат и отстраняват от кръвта.

Тромбите се разрушават от фибринолитичната система на белите дробове. Белите дробове синтезират до 90% хепарин, който, влизайки в кръвта, предотвратява коагулацията и подобрява реологичните свойства.

Отлагането на кръв в белите дробове може да достигне до 15% от обема на циркулиращата кръв. В същото време, кръвта, която е влязла в белите дробове от циркулацията, не се изключва. Наблюдава се повишаване на кръвното напълване на съдовете на микроциркулационното легло и вените на белите дробове, а “депозираната” кръв продължава да участва в обмен на газ с алвеоларен въздух.

Метаболитната функция включва: образуване на фосфолипиди и повърхностноактивни протеини, синтез на протеини, които образуват колагенови и еластични влакна, производство на мукополизахариди, които образуват бронхиален слуз, синтез на хепарин, участие в образуването и унищожаването на биологично активни и други вещества.

В белите дробове ангиотензин I се превръща във високо активен вазоконстриктор, ангиотензин II, брадикинин се инактивира с 80%, серотонин се улавя и отлага и 30-40% от норепинефрин се отлага. В тях хистаминът се инактивира и се натрупва, до 25% инсулин, 90-95% от простагландините от групи Е и F се инактивират; Образуват се простагландин (вазодилататор простаноцил) и азотен оксид (NO). Депонираните биологично активни вещества при стрес могат да бъдат освободени от белите дробове в кръвта и да допринесат за развитието на шокови реакции.

Таблица. Не дихателна функция

функция

особеност

Пречистване на въздуха (клетки на мигателния епител. Реологични свойства), клетъчни (алвеоларни макрофаги, неутрофили, лимфоцити), хуморални (имуноглобулини, комплемент, лактоферин, антипротеази, интерферон), лизозим (серозни клетки, алвеоларни макрофаги)

Синтез на физиологично активни вещества

Брадикинин, серотонин, левкотриени, А2 тромбоксан, кинини, простагландини, NO

Метаболизъм на различни вещества

В малък кръг инактивират се до 80% от брадикинина, до 98% от серотонина, до 60% от каликреин.

Синтез на повърхностноактивни вещества (ПАВ), синтез на собствените си клетъчни структури

Синтез на колаген и еластин ("рамка" на белия дроб)

Mri хипоксия до 1/3 от консумираната Cb при окисление на глюкозата

Синтез на простациклин, NO, ADP, фибринолиза

Отстраняване на метаболитни продукти

Изпаряване на вода от повърхността, транскапиларен обмен (пот)

Пренос на топлина в горните дихателни пътища

До 500 мл кръв

Хипоксична вазоконстрикция

Съдово свиване на белия дроб с намаляване на O2 в алвеолите

Обмен на белодробен газ

Най-важната функция на белите дробове е да се осигури обмен на газ между въздуха на белодробните алвеоли и кръвта на малките капиляри. За да се разберат механизмите на газообмена, е необходимо да се знае газовият състав на медиите, които се обменят помежду си, свойствата на алвеолокапилярните структури, през които се осъществява газообменът, и да се вземат предвид характеристиките на белодробния кръвоток и вентилация.

Състав на алвеоларен и издишан въздух

Съставът на атмосферния, алвеоларния (съдържащ се в белодробните алвеоли) и издишания въздух е представен в Таблица. 1.

Таблица 1. Съдържание на основните газове в атмосферния, алвеоларния и издишания въздух

На базата на определянето на процента газове в алвеоларния въздух се изчислява тяхното парциално налягане. При изчисляване на налягането на водните пари в алвеоларния газ се приема, че е 47 mm Hg. Чл. Например, ако съдържанието на кислород в алвеоларния газ е 14,4%, а атмосферното налягане е 740 mm Hg. Чл., Тогава парциалното налягане на кислорода (р0₂) ще бъде: p0₂ = [(740-47) / 100] • 14,4 = 99,8 mm Hg. Чл. При условията на покой парциалното налягане на кислорода в алвеоларния газ варира около 100 mm Hg. И парциалното налягане на въглеродния диоксид около 40 mm Hg. Чл.

Въпреки редуването на вдишване и издишване със спокойно дишане, съставът на алвеоларния газ се променя само с 0,2-0,4%, относителното постоянство на състава на алвеоларния въздух се запазва и обменът на газ между него и кръвта продължава непрекъснато. Постоянството на състава на алвеоларния въздух се запазва поради малката стойност на вентилационния коефициент на белите дробове (CL). Този коефициент показва колко от функционалния остатъчен капацитет се заменя за атмосферен въздух за 1 дихателен цикъл. Обикновено, CWL е равен на 0.13-0.17 (т.е., с тих покой, около 1/7 от IU се обменя). Съставът на алвеоларния газ върху съдържанието на кислород и въглероден диоксид с 5-6% се различава от атмосферното.

Таблица. 2. Газов състав на вдишвания и алвеоларния въздух

Коефициентът на вентилация на различни зони на белите дробове може да се различава, следователно съставът на алвеоларния газ има различна стойност не само в отдалечените, но и в съседните области на белия дроб. Тя зависи от диаметъра и пропускливостта на бронхите, производството на сърфактант и белия дроб, позицията на тялото и степента на запълване на белодробните съдове с кръв, скоростта и съотношението на продължителност на вдишване и издишване и др. Гравитацията има особено силно влияние върху този показател.

Фиг. 2. Динамика на кислорода в белите дробове и тъканите

С възрастта стойността на парциалното налягане на кислорода в алвеолите на практика не се променя, въпреки значителните възрастови промени в много показатели на външното дишане (намаляване на ВК, ОЕЛ, бронхиална проходимост, увеличаване на ЕО, ООЛ и др.). Запазване на устойчивостта на индикатора pO₂ в алвеолите насърчава възрастово увеличение на дихателната честота.

Дифузия на газ между алвеолите и кръвта

Дифузията на газове между алвеоларния въздух и кръвта се подчинява на общия закон за дифузия, според който движещата сила е разликата в парциалните налягания (напрежения) на газа между алвеолите и кръвта (фиг. 3).

Газовете, които са в разтворено състояние в кръвната плазма, протичаща в белите дробове, създават напрежение в кръвта, което се изразява в същите единици (mm Hg), което е парциалното налягане във въздуха. Средната стойност на напрежението на кислорода (рО₂) в кръвта на малки капиляри е равна на 40 mm Hg. Чл., А парциалното му налягане в алвеоларния въздух - 100 мм Hg. Чл. Налягането на кислород между алвеоларния въздух и кръвта е 60 mm Hg. Чл. Напрежението на въглеродния диоксид в потока на венозната кръв - 46 mm Hg. Чл., В алвеолите - 40 мм Hg. Чл. и градиентът на налягането на въглеродния диоксид е 6 mm Hg. Чл. Тези градиенти са движещата сила на газовия обмен между алвеоларния въздух и кръвта. Трябва да се има предвид, че тези градиентни стойности съществуват само в началото на капилярите, но тъй като кръвта се движи през капиляра, разликата между парциалното налягане в алвеоларния газ и напрежението в кръвта намалява.

Фиг. 3. Физико-химични и морфологични условия на газообмена между алвеоларния въздух и кръвта

Скоростта на обмяна на кислород между алвеоларния въздух и кръвта се влияе както от свойствата на средата, през която протича дифузията, така и от времето (около 0,2 s), по време на което прехвърлената част от кислорода се свързва с хемоглобина.

За да се премине от алвеоларния въздух към еритроцитите и към връзките с хемоглобина, кислородната молекула трябва да дифундира през:

• повърхностноактивен слой, покриващ алвеолите;
• алвеоларен епител;
• базални мембрани и интерстициално пространство между епител и ендотел;
• капилярния ендотел;
• слой кръвна плазма между ендотелиума и еритроцита;
• мембрана на естроцитите;
• цитоплазмата в еритроцитите.

Общото разстояние на това дифузионно пространство е от 0.5 до 2 микрона.

Факторите, влияещи на дифузията на газове в белите дробове, са отразени в формулата Fick:

където V е обемът на дифузионния газ; k - коефициент на пропускливост на средата за газове, в зависимост от разтворимостта на газа в тъканите и неговата молекулна маса; S е дифузната повърхност на белите дробове; P₁ и Р₂, - газово напрежение в кръвта и алвеолите; d е дебелината на дифузионното пространство.

На практика, за диагностични цели, се определя индикатор, наречен дифузен капацитет на белите дробове за кислород (DL_O2). Той е равен на обема на кислорода, дифундиран от алвеоларния въздух в кръвта през цялата газова обменяща повърхност за 1 min при градиент на кислородно налягане от 1 mm Hg. Чл.

където е vo₂ - дифузия на кислород в кръвта за 1 min; P₁ - Парциалното налягане на кислорода в алвеолите; P₂ - напрежението на кислорода в кръвта.

Понякога този индикатор се нарича коефициент на трансфер. Обикновено, когато възрастен е в покой, стойността на DL_O2 = 20-25 ml / min mm Hg Чл. По време на тренировка DL_O2увеличава и може да достигне 70 ml / min mm Hg. Чл.

При възрастните хора стойността на DL_O2намалява; при 60 тя е с около 1/3 по-малко от младите хора.

За да определите DL_O2често използват технически по-осъществимо определение на DL_CO. Направете един дъх на въздух, съдържащ 0,3% въглероден оксид, задръжте дъха за 10-12 s, след това издишайте и, определяйки съдържанието на CO в последната част от издишания въздух, изчислете прехода на СО към кръвта: DL_O2= DL_CO • 1.23.

Коефициент на биологична пропускливост за СО₂ 20-25 пъти по-висока, отколкото за кислород. Следователно, дифузията на С0₂ в тъканите на тялото и в белите дробове при по-ниски от кислорода градиенти на неговите концентрации, въглеродният диоксид, съдържащ се във венозната кръв при по-висока (46 mmHg), отколкото в алвеолите (40 mmHg) е бързо, парциалното налягане, като правило, има време да излезе в алвеоларния въздух дори с известна недостатъчност на кръвния поток или вентилация, докато кислородният обмен в такива условия намалява.

Фиг. 4. Газообмен в капилярите на големия и малък кръг на кръвообращението

Скоростта на движение на кръвта в белодробните капиляри е такава, че един еритроцит преминава през капиляра в 0.75-1 s. Това време е достатъчно за почти пълното балансиране на парциалното налягане на кислорода в алвеолите и неговото напрежение в кръвта на белодробните капиляри. Еритроцитният хемоглобин отнема само около 0,2 s за свързване на кислорода. Балансирането на налягането на въглеродния диоксид между кръвта и алвеолите също става бързо. В грижата за белите дробове през вените на малкия кръг на артериалната кръв при здрав човек, при нормални условия, напрежението на кислорода е 85-100 mm Hg. Чл., И напрежение СО₂-35-45 mm Hg. Чл.

Да се ​​характеризират условията и ефективността на газообмена в белите дробове заедно с DL₀ Прилага се и коефициент на използване на кислорода._O2), което отразява количеството кислород (в ml), абсорбирано от 1 литър въздух, постъпващ в белите дробове:₀₂ = V_O2ml * min -1 / MOD l * min -1 Нормално KI = 35-40 ml * 1 -1.

Обмен на газ в тъканите

Обмяната на газове в тъканите се подчинява на същите закони като газовия обмен в белите дробове. Дифузията на газовете протича в посока на градиентите на напрежението, скоростта й зависи от големината на тези градиенти, площта на функциониращите кръвни капиляри, дебелината на дифузионното пространство и свойствата на газовете. Много от тези фактори, а следователно и скоростта на обмен на газ, могат да варират в зависимост от линейната и обемната скорост на кръвния поток, съдържанието и свойствата на хемоглобина, температурата, рН, активността на клетъчните ензими и редица други състояния.

В допълнение към тези фактори, обменът на газове (особено кислород) между кръвта и тъканите се насърчава чрез: подвижност на оксихемоглобиновите молекули (дифундиращи ги към повърхността на еритроцитната мембрана), конвекция на цитоплазмата и интерстициалната течност, както и филтрация и реабсорбция на флуид в микросултурата.

Обмяна на кислород

Газовият обмен между артериалната кръв и тъканите започва на нивото на артериолите с диаметър 30-40 микрона и се провежда в цялата микроваскулатура до нивото на венулите. Основната роля в газообмена обаче играят капилярите. За изследване на газовия обмен в тъканите е полезно да се види т.нар. "Тъкан цилиндър (конус)", който включва капилярите и съседните тъканни структури, осигурени от кислород (фиг. 5). Диаметърът на такъв цилиндър може да се прецени по междукапилярното разстояние. Той е около 25 микрона в сърдечния мускул, 40 микрона в мозъчната кора и 80 микрона в скелетния мускул.

Движещата сила на газообмена в тъканния цилиндър е градиентът на напрежението на кислорода. Има надлъжни и напречни наклони. Надлъжният наклон е насочен по протежението на капиляра. Напрежението на кислорода в началната част на капиляра може да бъде около 100 mm Hg. Чл. Тъй като еритроцитите се движат към венозната част на капиляра и дифузията на кислород в тъканта, рО_ пада до средно 35–40 mm Hg. Чл., Но в някои условия може да се намали до 10 мм Hg. Чл. Напречният градиент на напрежението на O2 в тъканния цилиндър може да достигне 90 mm Hg. Чл. (в областите на тъканите, които са най-отдалечени от капиляра, в така наречения "мъртъв ъгъл", p0₂ може да бъде 0-1 mm Hg. об.).

Фиг. 5. Схематично представяне на “тъканния цилиндър” и разпределението на кислородното напрежение в артериалния и венозния край на капиляра в покой и при интензивна работа

Така в тъканните структури доставянето на кислород до клетките зависи от степента на тяхното отстраняване от кръвоносните капиляри. Клетките, съседни на венозния участък на капиляра, са в най-лошите условия на доставяне на кислород. За нормалния ход на окислителните процеси в клетките е достатъчно кислородното напрежение от 0,1 mm Hg. Чл.

Условията на газообмена в тъканите се влияят не само от междукапилярното разстояние, но и от посоката на кръвния поток в съседните капиляри. Ако посоката на кръвния поток в капилярната мрежа, заобикаляща дадена тъкан на тъканта е многопосочна, това увеличава надеждността на осигуряване на тъканта с кислород.

Ефективността на улавянето на кислород от тъканите се характеризира със стойността на коефициента на използване на кислород (KUK) - това е процентното съотношение на обема на кислород, абсорбиран от тъканта от артериалната кръв за единица време към общия обем кислород, доставян от кръвта към тъканните съдове през същото време. KUK тъканите могат да се определят от разликата в съдържанието на кислород в артериалните кръвоносни съдове и венозната кръв, изтичаща от тъканта. В състоянието на физическа почивка при хората средната CUK е 25-35%. Дори при косене големината на KUK в различните органи варира. В покой KUK миокард е около 70%.

По време на тренировка степента на използване на кислорода се увеличава до 50-60%, а в някои от най-активните мускули и сърцето може да достигне 90%. Подобно увеличение на KUK в мускулите се дължи предимно на увеличаване на кръвния поток в тях. В същото време се откриват капиляри, които не функционират в покой, площта на дифузионната повърхност се увеличава и дифузионните разстояния за кислород намаляват. Увеличението на кръвния поток може да бъде предизвикано както рефлекторно, така и под влияние на местни фактори, които разширяват мускулите. Такива фактори са повишаването на температурата на работния мускул, увеличаването на pC0₂ и понижение на рН на кръвта, което не само допринася за увеличаване на кръвния поток, но също така води до намаляване на афинитета на хемоглобина към кислорода и ускоряване на дифузията на кислород от кръвта в тъканта.

Намаляването на кислородното напрежение в тъканите или трудността при използването му за тъканно дишане се нарича хипоксия. Хипоксията може да бъде резултат от нарушена вентилация на белите дробове или недостатъчност на кръвообращението, нарушена дифузия на газове в тъканите, както и липса на активност на клетъчните ензими.

Развитието на тъканна хипоксия на скелетните мускули и сърцето до известна степен е предотвратено от хромопротеина в тях - миоглобин, който действа като кислородно депо. Протетичната група на миоглобина е подобна на хема на хемоглобина и протеиновата част на молекулата е представена от една полипептидна верига. Една молекула миоглобин може да свърже само една молекула кислород и 1 г миоглобин - 1,34 мл кислород. Особено много миоглобин се открива в миокарда - средно 4 mg / g тъкан. При пълна оксигенация на миоглобина, създаденият от него кислороден резерв в 1 g тъкан ще бъде 0,05 ml. Този кислород може да е достатъчен за 3-4 контракции на сърцето. Афинитетът на миоглобина към кислорода е по-висок от този на хемоглобина. Налягане на половин насищане P₅₀ за миоглобин е между 3 и 4 mm Hg. Чл. Ето защо, в условия на достатъчна перфузия на мускула с кръв, той съхранява кислород и го дава само когато се появят условия, близки до хипоксията. Миоглобинът при хора свързва до 14% от общото количество кислород в организма.

През последните години са открити други протеини, които могат да свържат кислорода в тъканите и клетките. Те включват невроглобиновия протеин, намиращ се в мозъчната тъкан, ретината и цитоглобина, съдържащ се в неврони и други типове клетки.

Хипероксия - повишена спрямо нормалното напрежение на кислорода в кръвта и тъканите. Това състояние може да се развие, когато човек диша чист кислород (за възрастен, такова дишане е позволено не повече от 4 часа) или поставянето му в камери с повишено налягане на въздуха. Когато хипероксията може да развие симптоми на кислородно отравяне. Ето защо, с продължителна употреба на дихателна смес от газове с високо съдържание на кислород, съдържанието му не трябва да надвишава 50%. Особено опасно е повишеното съдържание на кислород във въздуха, който дишаме за новородени. Продължителното вдишване на чист кислород застрашава развитието на увреждане на ретината, белодробния епител и някои мозъчни структури.

Газообмен на въглероден диоксид

Обикновено, напрежението на въглеродния диоксид в артериалната кръв варира между 35-45 mm Hg. Чл. Градиентът на напрежението на въглеродния диоксид между вливащата се артериална кръв и клетките около тъканната капиляра може да достигне 40 mm Hg. Чл. (40 mmHg в артериална кръв и до 60-80 mm в дълбоките слоеве на клетките). Под действието на този градиент, въглеродният диоксид дифундира от тъканите в капилярната кръв, което води до увеличаване на напрежението до 46 mm Hg. Чл. и увеличаване на съдържанието на въглероден диоксид до 56-58% по обем. Около една четвърт от въглеродния диоксид, излъчван от тъканта в кръвта, се свързва с хемоглобина, останалата част се дължи на ензима карбоанхидраза, комбинира се с вода и образува въглеродна киселина, която бързо се неутрализира чрез добавяне на Na 'и K' йони и се транспортира до белите дробове.

Количеството разтворен въглероден диоксид в човешкото тяло е 100-120 литра. Това е около 70 пъти повече кислород в кръвта и тъканите. При промяна на напрежението на въглеродния диоксид в кръвта между него и тъканите се наблюдава неговото интензивно преразпределение. Следователно, при недостатъчна вентилация, нивото на въглероден диоксид в кръвта се променя по-бавно от нивото на кислорода. Тъй като мастната и костната тъкан съдържат особено голямо количество разтворен и свързан въглероден диоксид, те могат да действат като буфер, улавяйки въглероден диоксид в случай на хиперкапния и освобождаване в хипокапния.

Обмен на белодробен газ

Газов обмен в белите дробове.

В белите дробове се извършва обмен на газ между вдишвания и алвеоларния въздух.

Азотът участва в дишането, но съдържанието на азот се увеличава, тъй като въздухът в белите дробове се овлажнява и съдържанието на водна пара нараства. Газовата обмяна между газовите смеси се дължи на разликата в парциалното налягане на газа. Общото налягане на газовата смес е подчинено на закона на Dalton -

Общото налягане на газовата смес е равно на сумата от парциалните налягания, които образуват газовете.

Ако газовата смес е в атмосферно налягане, тогава кислородната фракция ще бъде

На следващия етап се извършва обмен на газ между алвеоларния въздух и кръвните газове (венозната кръв, подходяща за белите дробове) / Газовете могат да бъдат физически разтворени или свързани с нещо. Разтварянето на газовете зависи от състава на течността, от обема и налягането на газовете над течността, от температурата и от природата на самия газ, който се разтваря. Коефициентът на разтворимост показва колко газ може да се разтвори в 1 ml. течности при T = 0 и налягане на газа над течността е 760 mm. Частичното напрежение на газ в течност. Тя се създава от разтворените форми, а не от химичните съединения на газа. Количеството на разтворения кислород във венозната кръв е 0,3 ml на 100 ml кръв. Въглероден диоксид = 2,5 ml на 100 ml кръв. Останалата част от съдържанието попада върху други форми - в кислород - оксихемоглобин, въглероден диоксид - въглена киселина, нейните натриеви бикарбонатни и калиеви соли, и под формата на карбохемоглобин. На нивото на алвеолите се създават условия, при които газът с кислородно налягане ще измести въглеродния диоксид. Основната причина за движението на кислород и въглероден диоксид е разликата в частичните налягания.

В същото време, газовете преминават през въздушно-кръвната бариера, която отделя алвеоларния въздух от кръвта на капиляра. Той включва филм от повърхностноактивно вещество, алвеоларна pnvmotsity, базална мембрана, капилярна ендотелия. Дебелината на тази преграда е около 1 микрона. Скоростта на дифузия на газ се подчинява на закона на Grema-

Скоростта на дифузия на газ през течност е пряко пропорционална на неговата разтворимост и е пропорционална на неговата плътност.

Разтворимостта на въглеродния диоксид е много по-висока (20 пъти) от тази на кислорода. 6-8 mm - разлика в налягането при обмен на въглероден диоксид

Законът на Фик (дифузия на газ)

А - площ, l-дебелина

Газовата обмяна отнема 0.1 секунди.

Фактори, влияещи на газообмена

1. Алвеоларна вентилация
2. Перфузия на белите дробове с кръв
3. Дифузионният капацитет на белите дробове е количеството кислород, което може да проникне в белите дробове за 1 минута, с разлика в парциалното налягане от 1 mm. За кислород (20-30 ml)

Идеалното съотношение на вентилация е 0.8-1 (5 литра въздух и 5 литра кръв, т.е. приблизително 1). Ако алвеолите не са вентилирани и кръвоснабдяването е нормално, тогава парциалното налягане на газовете в алвеоларния въздух е същото като напрежението на венозните кръвни газове (40 за кислород 40-46 за въглероден диоксид). не работят алвеоли, но се хранят с кръв. Съотношението има тенденция към безкрайност, парциалното налягане в алвеоларния въздух ще бъде почти равно на парциалното налягане на атмосферния въздух. Ако съотношението на вентилация към перфузия е 0,6, то това показва недостатъчна вентилация спрямо кръвния поток и следователно ниско съдържание на кислород в артериалната кръв. Високото вентилационно-перфузионно съотношение (например 8) е прекомерна вентилация по отношение на кръвния поток и съдържанието на кислород в артериалната кръв е нормално. Хипервентилацията в някои области не може да компенсира хиповентилацията на други.

Съдържание на газ в кръвта в обемни проценти

Тъканите абсорбират 6% обем кислород - артерио - венозна разлика (нормална 6-8)

O2 - 0,3 об.% CO2 - 2,5 об.%

Останалата част е химически свързана. За кислород - оксигемоглобин, който се образува по време на оксигенацията (не променя степента на окисление на желязото) молекулата на хемоглобина.

При високо парциално налягане хемоглобинът се свързва с кислорода и с ниско налягане се връща. Зависимостта на образуването на оксихемоглобин от парциалното налягане е крива с непряка зависимост. Кривата на дисоциация е S-образна

Зарядно напрежение - съответства на 95% от съдържанието на оксигемоглобин (95% се постига при 80 mm Hg)

Напрежението за разреждане - намалено до 50%. Р50 = 26-27 mm Hg

P O2 от 20 до 40 - съответства на деоксигениране, O2 напрежение в тъканите

1,34 ml кислород се свързва с 1 g хемоглобин.

Основният фактор, който ще допринесе за комбинирането на кислород с хемоглобина, напрежението на кислорода в хода на кривата на дисоциация ще бъде повлияно от редица други - помощни фактори -

- понижаване на рН на кръвта - изместване на кривата надясно

- увеличаване на температурата - право

- повишаване 2,3DFG Твърде измества кривата надясно

- увеличаването на CO2 също се измества надясно

Физиологично е много полезно. Промяната в тези индикатори в обратна посока измества кривата към образуването на по-голямо количество оксигемоглобин. Това ще промени нещата в белите дробове. Кривата на дисоциация зависи от формата на хемоглобина. Хемоглобин F има висок афинитет към кислорода. Това позволява на плода да приема големи количества кислород.

Какво се случва в капилярите на големия кръг на кръвообращението.

В клетките протича окислителен процес, който завършва с абсорбцията на кислород и освобождаването на въглероден диоксид и вода. Съществуват всички условия (парциално налягане), така че въглеродният диоксид да тече от клетките в плазмата (в него той се разтваря до 2.5%, но това е границата, не може да се разтвори допълнително). Въглеродният диоксид влиза в червените кръвни клетки. Има връзка на въглероден диоксид и вода поради въглероден анхидрид с образуването на въглеродна киселина. В еритроцитите се образува въглеродна киселина, която се дисоциира в HCO3 аниона и водородния анион. Натрупва се анион. Тяхната концентрация ще бъде по-голяма, отколкото в плазмата. Анион HCO3 ще отиде в плазмата поради разликата в концентрациите. Кръвната плазма съдържа повече натрий, който винаги е заедно с хлор. Освобождаването на аниони увеличава отрицателните заряди - създава се електрохимичен градиент, който причинява навлизане на хлор от плазмата в еритроцитите. В големия капилярна окръжност ще настъпи временно разделяне на Na и Cl. Na влиза в новата връзка HCO3, образува се натриев бикарбонат, но в плазмата се образува форма на транспортиране на въглероден диоксид.

С кислород. Съдържанието му в клетките е малко - оксигемоглобинът се разпада на кислород и намалява хемоглобина, който има по-слабо изразени киселинни свойства.

KHbO2 + H2CO3 = KHCO3 + HHb + O2 / Хемоглобинът изпълнява буфериращи свойства, предотвратява преминаването към киселата страна, освобождава се и кислород.

Калиев бикарбонат се образува в еритроцитите, форма на транспорт на кислород.

Въглеродният диоксид може да се свърже директно към хемоглобин - към протеиновата част (NH2), образува се карбонитна връзка - R-NH2 + CO2 = R-NHCOOH.

Образуват се всички форми на транспортиране на въглероден диоксид - разтворената форма (2,5%), самите въглена киселина и самата карбонова киселина. Те представляват 60-70% от транспорта на CO2, 10–15% под формата на карбхемоглобин. Кръвта по този начин се превръща във венозен и по-нататък трябва да отиде в белите дробове, където ще се осъществят газообменните процеси в белите дробове. В белите дробове предизвикателството е да се получи кислород и да се получи въглероден диоксид.

В белите дробове кислородът от алвеоларния въздух преминава през аерометричната бариера в плазмата и в алвеоцитите. Кислородът се свързва с хемоглобин, т.е. KHCO3 + HHb + O2 = KHb02 + H2CO3. Въглеродната киселина при ниско напрежение СО2 се излага на въглероден диоксид и въглероден диоксид като се използва въглероден анхидрид. Въглеродният диоксид напуска еритроцитите и навлиза в алвеоларния въздух и съответно концентрацията на анионен НСО3 в еритроцитите ще падне. Анион HCO3 напуска плазмата в еритроцитите. Вътре в еритроцитите повече отрицателни йони и хлор се връщат на натрий.

Има счупване на карбоновата връзка. Въглеродният диоксид се отделя от хемоглобина и въглеродният диоксид преминава в плазмата и в алвеоларния въздух. Унищожаване на транспортирането на въглероден диоксид. След това всички процеси се повтарят отново.

Регулиране на дишането

Под регулиране на дишането се разбира комбинация от нервни и хуморални механизми, които осигуряват ритмичната и координирана работа на дихателните мускули, при които се осъществява достатъчна консумация на кислород и отстраняване на въглеродния диоксид. Това може да се постигне чрез промяна на работата на дихателните мускули. Нервната система участва в регулирането на дишането. Това се проявява, от една страна, с автоматично регулиране на дишането (функция на центровете на мозъчния ствол). В същото време има произволна регулация на дишането, която зависи от функцията на мозъчната кора. Областите на централната нервна система, които са свързани с регулирането на дихателната функция, се наричат ​​дихателни центрове. В същото време, натрупването на неврони, участващи в регулирането на дишането, се наблюдава на различни нива, на кората, на хипоталамуса, на моста, на мозъка и в гръбначния мозък. Значението на отделните раздели няма да бъде същото. Моторните неврони на гръбначния мозък са 3-5 цервикални сегмента, които иннервират диафрагмата и горните 6 гръдни сегмента, които инервират междуребриевите крака. Това ще бъдат работещи или сегментарни центрове. Те директно предават сигнал за свиване на дихателните мускули. Центровете на гръбначния мозък не могат да работят самостоятелно (без влияние). След повреда на по-високо - дишането спира. Автоматичната регулация на дишането е свързана с функцията на жизненоважния център, който се намира в продълговатия мозък. Като се има предвид продълговатия мозък - има 2 центъра - регулацията на дихателната и кръвообращението. Центърът на продълговатия мозък осигурява автоматично регулиране на дишането и дихателния център на продълговатия мозък.

Legallua 1812, Flurans 1842, Mislavsky 1885 - подробно изследване на дихателните центрове на продълговатия мозък. Дихателният център включва медиалната част на ретикуларната формация на продълговатия мозък, която е разположена от двете страни на линията и проксимално съответства на изхода на хипоглиозния нерв и каудално достига отлива и пирамидите. дихателен център е двойка образование. Има неврони, които са отговорни за вдишване и неврони, които са отговорни за издишването - отдел на издишване. Установено е, че генерирането на централния респираторен ритъм е свързано с взаимодействието на 6 групи неврони, които са разположени в 2 ядра - дорзалното дихателно ядро, в съседство с ядрото на един-единствен тракт. Импулси от 9 и 10 двойки черепни нерви идват в един тракт. В дорзалното дихателно ядро ​​са концентрирани главно неврони на вдъхновението и гръбначния стълб. Когато вълнува респираторното ядро ​​изпраща поток от импулси към диафрагмените нерви. Вентралното дихателно ядро, включва 4 ядра. Най-опашната е ретроямбешкото ядро, състоящо се от неврон на издишване. Тази група включва и двойното ядро, което регулира релаксацията на фаринкса, ларинкса и езика на 3е-пара-двусмисленото ядро ​​и заема по-предните секции и лежи успоредно на двойното ядро ​​и съдържа инхалационни неврони и респираторен неврон. 4-ти невронен комплекс на Betzinger, който участва в издишването. В тези ядра има 6 групи неврони -

1. ранно вдишване
2. инспираторни неврони
3. късно инспираторно, включително интерневрон
4. ранно издишване
5. експираторни усилващи неврони
6. неврони с късна експирация (пред-дихателна)

3 фази на респираторния цикъл - инспираторна фаза, пост-вдишваща фаза или първа експираторна фаза, 2-ра фаза на издишване. В първия се случва инхалация (вдъхновение) - сигналът на инспираторните усилващи се неврони се увеличава - невроните са концентрирани в гръбначния респиратор. По низходящите пътеки сигналите се предават към центровете на диафрагмения нерв, диафрагмата се свива, извършва се акт на вдишване,

За да може въздухът да премине в дихателните пътища, настъпва мускулна контракция, която осигурява разширяването на фаринкса и ларинкса. Това се дължи на активността на пред-аспираторните неврони. По време на инхалационния акт се наблюдават два параметъра - скоростта на растеж на нарастващите невронови сигнали и този момент определя продължителността на инхалационния акт, вторият фактор е постигането на ограничаващата точка, при която инспираторният сигнал внезапно изчезва и изчезва до първата инхалационна мускулатура и това води до релаксация на инхалационните мускули и това ще бъде придружено от пасивно издишване. Инхалационните неврони съществуват в вентралното дихателно ядро ​​и тези неврони контролират свиването на външните наклонени междуреберни мускули и спомагателните мускули на вдъхновението, но при тихо дишане тези неврони не трябва да се включват. В началото на първата фаза на експирация може да се появи втора фаза на експирация, свързана с активно издишване, и тази фаза се дължи на включването на усилени експираторни неврони, които лежат в каудалната част на вентралното дихателно ядро ​​и сигналът от тези неврони се предава на вътрешните наклонени междуреберни мускули към коремните мускули - активни издишване. по този начин на нивото на продълговатия мозък, работят 6 групи респираторни неврони, които създават доста сложни невронни вериги, които осигуряват акт на вдишване и издишване, докато активирането на инхалационните неврони потиска групата на невроните на издишване. Тези групи са антагонистични. Многобройни медиатори са открити в веригите на тези неврони, които са възбудителни (глутамат, ацетилхоин, вещество Р) и инхибиторни медиатори GABA и глицин. Преди вентралното дихателно ядро ​​е комплексът Betzinger. В този комплекс се съдържат само неврони на издишване. Активирането на този комплекс, който приема сигнали главно от един-единствен тракт, има инхибиторен ефект върху инспираторните неврони в дорзалните и вентралните комплексни ядра и стимулира каудалната част на вдъбнато ядро ​​на неврана. Комплекс Betzinger е предназначен да стимулира експираторната фаза. В района на Варолиевия мост се намират неврони, свързани с дихателния цикъл, които се намират в две ядра на моста - парабрахия и ядрото на Kelliker Fyuze. В тези ядра се намират неврони, свързани с акта на вдишване, издишване и междинни. Тези неврони се наричат ​​пнемотоксичен център, но в съвременната литература този термин се отхвърля и определя като дихателна група неврони на моста. Невроните на моста участват в регулирането на активността на невроните на продълговатия мозък, като осигуряват ритъма на дишане. Този център е необходим за промяната на акта на вдишване не е акт на издишване и основната функция на тази група е потискане на активността на невроните в дорсалната респираторна сърцевина. Те допринасят за промяната на акта на вдишване за издишване. При отделяне на инхалацията на варолите от продълговатия мозък се наблюдава удължаване на инхалационната фаза, като дихателният център на продълговатия мозък притежава свойството на автоматизация, т.е. тук възниква самовъзбуждането на невроните и преди всичко автоматичността е свързана с инспираторни центрове. В тях възникват потенциалните колебания, които причиняват самовъзбуждане. В допълнение към автоматиката, центърът на продълговатия мозък има ритъм - те гарантират промяната на фазите на вдъхновение и издишване. Дейността на центровете на продълговатия мозък е да се извърши комплексна интегративна работа чрез адаптиране на дишането към различните сигнали на нашето тяло. Каквито и да са промените в дишането - основната задача е да осигурим кислород и да извадим въглероден диоксид. Регулирането на дихателната функция се основава на принципа на обратната връзка. Чрез регулиране на кислородното захранване на организма, дихателният център на ЦА реагира на О2 и СО2.

при втория издишване без включване на мускулните издишвания. В третия - включени са активни издишвания - мускули на издишване.

Опитът на Фредерик с кръстосано разпространение. За провеждане на този експеримент са взети 2 кучета, в които кръвообращението се получава кръстосано - главата на единия получава кръв от долната част на тялото на другата (те са свързани кръстосано). Ако стиснете трахеята при първото куче. Това доведе до намаляване на кислорода и излишък на CO2 в кръвта на първото куче. Тази кръв течеше към главата на второто куче. Второто куче имаше задух (задух). Повишеното дишане на второто куче даде възможност кръвта да бъде наситена с отстранен кислород и въглероден диоксид. Дихателният център на първото куче намалява активността и апнея се наблюдава въпреки факта, че тъканите се задушават. Преместването на газовия състав на кръвта води до промяна на функциите на дихателния център, но опитът не дава отговор - на който се дава материален отговор - липса на кислород или излишък от въглероден диоксид. Това е показано в проучвания на Holden. Холдън проведе изследване на дихателните промени с различно съдържание на кислород и въглероден диоксид. Тези изследвания бяха проведени върху хора и установиха, че намаляването на кислорода в инхалирания въздух от 21 до 12% не причинява видими промени в дишането. Увеличаването на съдържанието на СО2 в алвеоларния въздух с 0%, повишава вентилацията на белите дробове с 100%. По-голямо значение при регулирането на дихателния център има нивото на СО2 в кръвта. Допълнителни проучвания показват, че всички тези фактори водят до промяна в дишането. Нивото на тези показатели се следи в организма с помощта на хеморецептори. Те възприемат нивата на кислород и въглероден диоксид. Хеморецепторите са разделени на 2 групи - периферни и централни. Периферните хеморецептори са разположени под формата на гломерули в арката на аортата и в каротидния синус, като разделителната площ на общата каротида е вътрешна и външна. Тези рецептори получават иннервация - каротидната тъкан, абсорбираща, аортните гломерули - вагус. тези гломерули лежат върху артериите. Притокът на кръв в гломерулните тъкани е най-интензивен. Хистологичното изследване показва, че гломерулите са съставени от основни клетки и поддържащи или поддържащи клетки. В същото време, в мембраните на основните клетки има кислород-зависими калиеви канали, които реагират на намаляване на кислорода в кръвта, пропускливостта на калий намалява пропорционално намалява. Намаляването на добива на калий води до деполяризация на мембраната. Следващият етап отваря калциевите канали. Калций прониква в основните клетки, допринасяйки за освобождаването на медиатора - допамин, вещества P. Тези медиатори ще възбуждат нервните окончания. От chemoretzptor сигнал ще премине към медулата. Ще има стимулация, възбуждане на невронно вдишване, ще се увеличи дишането. Тези рецептори показват особена чувствителност, когато кислородът е намален от 60 mm до 20 mm. Периферните хеморецептори са силно чувствителни към недостига на кислород. При възбуда на хеморецепторите се наблюдава увеличаване на дишането, без да се променя дълбочината. Това са централни хеморецептори, които са разположени на вентралната повърхност на продълговатия мозък, а на вентралната повърхност са открити три полета M, L, S. Централните хеморецептори показват селективна химиочувствителност. Към действието на протоните в гръбначно-мозъчната течност. Увеличението на протоните на водорода се дължи на взаимодействието на въглеродния диоксид и водата, която образува въглеродна киселина, която се дисоциира в водороден протон и анион. И двата инспираторни и експираторни неврони на дихателния център се усилват. Централните хеморецептори са бавни, но по-продължителни и са по-чувствителни към лекарствата. Употребата на морфин като обезболяващо средство предизвиква страничен ефект - респираторна депресия.

За саморегулиране са видими импулсите, които сигнализират за обема на белите дробове, за неговите промени, което осигурява регулирането на честотата и дълбочината на дишането. Дихателният център се влияе от рецепторите на мускулния и сухожилния апарат на гръдния кош, от проприоцепторите на мускулите и сухожилията на гръдния кош са информирани за дължината и степента на напрежение на дихателните мускули, което е важно за оценката на работата по време на дишането. Дихателният център получава информация от други системи - сърдечно-съдови, от рецептори на храносмилателните органи, температурни и болкови рецептори на кожата, от скелетни мускули и сухожилия, стави, т.е. Дихателният център получава много разнообразна информация.

Най-важни са рецепторите на дихателните пътища и белите дробове. Те разграничават 3 групи механорецептори -

1. Бавно се адаптират рецепторите за разтягане на дихателните пътища и белите дробове. Те реагират на увеличаване на обема на белите дробове по време на инхалация и тези рецептори са свързани с дебели аферентни влакна на блуждаещите нерви със скорост от 14.59 m / s.
2. Втората група - рецептори, които са чувствителни към дразнещи ефекти - са подражателни. Те се възбуждат чрез увеличаване или намаляване на обема на белите дробове, до механични раздразнения от прахови частици, разяждащи пари. Тези рецептори са свързани с по-тънки влакна, със скорост от 4 до 26 m / s. Тези рецептори могат да се активират при патологии - пневмоторакс, бронхиална астма, застой на кръвта в малкия кръг.
3. Третата група - юкстакапиларни рецептори - J. Тези рецептори са разположени в капилярния регион. В нормално състояние, тези рецептори са неактивни, тяхната възбудимост нараства с белодробен оток и с възпалителни процеси. От тези процеси са тънки bezkotnye група влакна с 0.5-3 m / s. При патологични състояния - тези рецептори са отговорни за недостиг на въздух. Участието на механорецепторите в регулирането на дишането е доказано от двама учени - Горинг и Брейер. Установено е, че ако по време на вдишване да инжектира въздух в белия дроб (с помощта на спринцовка, свързана с главния бронх), инхалацията спира и издишването настъпва. Той е свързан с рецептори на стреч. Ако има всмукване на въздух и по-голямо намаляване, тогава издишването се спира и се стимулира инхалацията. По този начин ефектът може да се наблюдава при вдишване и издишване. Механорецепторите са свързани с блуждаещия нерв. От белите дробове импулсите влизат в медулата в отделния тракт. Това причинява инхибиране на инспираторните неврони и активиране на невроните на експирацията. Т.е. блуждаещият нерв участва в ритмичната промяна на акта на вдишване за издишване. Те действат подобно на дихателната група на невроните на моста. Рязането на блуждаещите нерви доведе до удължаване на инхалацията. Инхалационната фаза се удължава, след което се замества с издишване. Това се нарича вагална диспнея. Ако след изрязване на вагусовите нерви, отрязаните пондове, дишането спира за дълго време по време на инхалационната фаза. Промените в състоянието на кръвообращението, по-специално промените в налягането, влияят на промяната на дихателната функция. С нарастващо налягане - дишането се освобождава. Намаленото налягане води до повишено дишане. Такъв рефлекс възниква в барорецепторите на аортната дъга, каротидния синус, които реагират на промени в налягането.
4. Отрицателното налягане в междинното пространство влияе върху притока на кръв към сърцето. Колкото по-голяма е дълбочината на дишането, толкова по-голям е притокът на кръв към сърцето, затова той ще хвърли повече кръв в сърдечно-съдовата система и налягането ще се увеличи. Рефлексът увеличава дишането. Ако налягането е високо, дишането е потиснато. Кожните рецептори също са свързани с рефлексната регулация на дишането. Топла експозиция - засилено дишане, студ - забавяне. Рецепторите на болка предизвикват по-бързо дишане и дори спират. Функцията на дихателния център е засегната от хипоталамуса. Хипоталамусът предизвиква промяна в поведенческите реакции. В хипоталамуса са и температурни рецептори. Повишаването на телесната температура е съпроводено с топлина, недостиг на въздух. Хипоталамусът засяга центровете на метеорита, продълговатия мозък. Дишането се регулира от мозъчната кора. Мозъчните полукълба осигуряват фина адаптация на дишането към нуждите на тялото и низходящите ефекти на кората могат да бъдат реализирани върху невроните на гръбначния мозък по протежение на пирамидалните пътища. Произволното регулиране на дишането се проявява в възможността за промяна на честотата и дълбочината на дишането. Човек може произволно да задържи дъха си за 30-60 секунди. Условно-рефлексна респираторна промяна - участието на кората. Например, с комбинацията от включване на повикване с вдишване на газова смес с високо съдържание на CO2, след известно време, когато включите едно повикване - увеличено дишане. По време на хипноза можете да внушите честотата на дишането. Зоните на кората, които участват, са соматосензорните и орбиталните зони на кората. Произволното регулиране на дишането не може да осигури непрекъснат контрол на дихателната функция. Промени в дишането по време на физическа работа, което се дължи на ефекта върху дихателния център на мускулите и сухожилията, а фактът, че самата работа стимулира дихателната работа. - реакцията на възмущение. От дихателните пътища развиваме защитни рефлекси - кашлица и кихане, както при кашлица, така и при кихане - дълбоко дъх, след това спазъм на гласните струни и в същото време свиване на мускулите, осигуряващо принудително издишване. Прахът се отделя.