Механизм вдоха и выдоха. Плевральная полость. Упругие свойства легких

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Общая биология и биохимия"

Реферат

по дисциплине "Физиология животных, высшей нервной деятельности"

на тему: "Механизм вдоха и выдоха. Плевральная полость. Упругие свойства легких"

Выполнил студент: Зубанова М.В.

Группа: 15ФБ2

Провернила: к. б. н., доц. Сугробова Г. А.

Пенза, 2017

Содержание

плевральный дыхательный легкие воздух

Введение

1. Механизм вдоха и выдоха

1.1 Дыхательный цикл

1.2 Работа дыхательных мышц

2. Плевральная полость

2.1 Анатомия

2.2 Фунуции

2.3 Плевральная жидкость

3. Упругие свойства легких

Заключение

Список литературы

Введение

Дыхательная система -- это совокупность органов и анатомических образований, обеспечивающих движение воздуха из атмосферы в легкие и обратно (дыхательные циклы вдох -- выдох), а также газообмен между поступающим в легкие воздухом и кровью.

Органами дыхания являются верхние и нижние дыхательные пути и легкие, состоящие из бронхиол и альвеолярных мешочков, а также из артерий, капилляров и вен легочного круга кровообращения.

Также к дыхательной системе относятся грудная клетка и дыхательные мышцы (деятельность которых обеспечивает растяжение легких с формированием фаз вдоха и выдоха и изменение давленияв плевральной полости), а кроме того -- дыхательный центр, находящийся в головном мозге, периферические нервы и рецепторы, участвующие в регуляции дыхания.

Основная функция органов дыхания -- обеспечение газообмена между воздухом и кровью путем диффузии кислорода и углекислого газа через стенки легочных альвеол в кровеносные капилляры.[1]

1. Механизм вдоха и выдоха

Поддержание постоянства состава альвеолярного воздуха обеспечивается за счет непрерывно осуществляемых дыхательных циклов -- вдоха и выдоха. Во время вдоха атмосферный воздух через воздухоносные пути поступает в легкие, при выдохе примерно такой же объем воздуха вытесняется из легких. За счет обновления части альвеолярного воздуха поддерживается его постоянный газовый состав.

Акт вдоха совершается вследствие увеличения объема грудной полости за счет сокращения наружных косых межреберных мышц и других вдыхательных мышц, обеспечивающих отведение ребер в стороны, а также благодаря сокращению диафрагмы, что сопровождается изменением формы ее купола. Диафрагма становится конусовидной, положение сухожильного центра не изменяется, а мышечные участки смещаются в сторону брюшной полости, оттесняя органы назад. При увеличении объема грудной клетки давление в плевральной щели уменьшается, возникает разница между давлением атмосферного воздуха на внутреннюю стенку легких и давлением воздуха в плевральной полости на наружную стенку легких. Давление атмосферного воздуха на внутреннюю стенку легких начинает преобладать и вызывает увеличение объема легких, а следовательно, и поступление атмосферного воздуха в легкие.

Когда вдох окончен и дыхательные мышцы расслабляются, ребра и купол диафрагмы возвращаются в положение до вдоха, при этом уменьшается объем грудной клетки, повышается давление в плевральной щели, возрастает давление на наружную поверхность легких, часть альвеолярного воздуха вытесняется и происходит выдох.

Возвращение ребер в положение до вдоха обеспечивается эластическим сопротивлением реберных хрящей, сокращением внутренних косых межреберных мышц, вентральных зубчатых мышц, мышц живота. Диафрагма возвращается в положение до вдоха благодаря сопротивлению стенок живота, органов брюшной полости, смешенных при вдохе назад, и сокращению мышц живота.[2]

1.1 Дыхательный цикл

Дыхательный цикл включает вдох, выдох и паузу между ними. Его длительность зависит от частоты дыхания и составляет 2,5-7 с. Продолжительность вдоха у большинства людей короче продолжительности выдоха. Длительность паузы очень изменчива, она может отсутствовать между вдохом и выдохом.

Для инициирования вдоха необходимо, чтобы в инспираторном (активирующем вдох) отделе дыхательного центра в продолговатом мозге возник залп нервных импульсов и их посылка по нисходящим путям в составе вентрального и передней части бокового канатиков белого вещества спинного мозга в его шейный и грудной отделы. Эти импульсы должны достигнуть мотонейронов передних рогов сегментов СЗ-С5, формирующих диафрагмальные нервы, а также мотонейронов грудных сегментов Th2-Th6, формирующих межреберные нервы. Активированные дыхательным центром мотонейроны спинного мозга посылают потоки сигналов по диафрагмальному и межреберным нервам к нервно-мышечным синапсам и вызывают сокращение диафрагмальной, наружных межреберных и межхрящевых мышц. Это приводит к увеличению объема грудной полости за счет опускания купола диафрагмы (рис. 1) и движения (подъем с поворотом) ребер. В результате давление в плевральной щели уменьшается (до 6-20 см вод. ст. в зависимости от глубины вдоха), транспульмональное давление возрастает, становится больше сил эластической тяги легких и они растягиваются, увеличивая объем.

Рис. 1 Изменения размеров грудной клетки, объема легких и давления в плевральной щели при вдохе и выдохе

Увеличение объема легких приводит к снижению давления воздуха в альвеолах (при спокойном вдохе оно становится ниже атмосферного на 2-3 см вод. ст.) и атмосферный воздух по градиенту давления поступает в легкие. Происходит вдох. При этом объемная скорость воздушного потока в дыхательных путях (Q) будет прямо пропорциональна градиенту давления (ДР) между атмосферой и альвеолами и обратно пропорциональна сопротивлению (R) дыхательных путей для потока воздуха:

Q = ДР/R.

При усиленном сокращении мышц вдоха грудная клетка еще более расширяется и объем легких возрастает. Глубина вдоха увеличивается. Это достигается благодаря сокращению вспомогательных инспираторных мышц, к которым относятся все мышцы, прикрепляющиеся к костям плечевого пояса, позвоночнику или черепу, способные при своем сокращении поднимать ребра, лопатку и фиксировать плечевой пояс с отведенными назад плечами. Важнейшими среди этих мышц являются: большие и малые грудные, лестничные, грудино-клю- чично-сосцсвидные и передние зубчатые.

Механизм выдоха отличается тем, что спокойный выдох происходит пассивно за счет сил, накопленных при вдохе. Для остановки вдоха и переключения вдоха на выдох необходимо прекращение посылки нервных импульсов из дыхательного центра к мотонейронам спинного мозга и мышцам вдоха. Это приводит к расслаблению мышц вдоха, в результате чего объем грудной клетки начинает уменьшаться под влиянием следующих факторов: эластической тяги легких (после глубокого вдоха и эластической тяги грудной клетки), силы тяжести грудной клетки, приподнятой и выведенной из устойчивого положения при вдохе, и давления органов брюшной полости на диафрагму. Для осуществления усиленного выдоха необходима посылка потока нервных импульсов из центра выдоха к мотонейронам спинного мозга, иннервирующим мышцы выдоха -- внутренние межреберные и мышцы брюшного пресса. Их сокращение приводит к еще большему уменьшению объема грудной клетки и удалению большего объема воздуха из легких за счет подъема купола диафрагмы и опускания ребер.

Уменьшение объема грудной клетки приводит к снижению транспульмонального давления. Эластическая тяга легких становится больше этого давления и вызывает уменьшение объема легких. Это увеличивает давление воздуха в альвеолах (на 3-4 см вод. ст. больше атмосферного) и воздух по градиенту давления выходит из альвеол в атмосферу. Совершается выдох.

Тип дыхания определяется по величине вклада различных дыхательных мышц в увеличение объема грудной полости и заполнение легких воздухом при вдохе. Если вдох происходит главным образом за счет сокращения диафрагмы и смещения (вниз и вперед) органов брюшной полости, то такое дыхание называют брюшным или диафрагмальным; если же за счет сокращения межреберных мышц - грудным. У женщин преобладает грудной тип дыхания, у мужчин -- брюшной. У людей, выполняющих тяжелую физическую работу, как правило, устанавливается брюшной тип дыхания.[2]

1.2 Работа дыхательных мышц

Для осуществления вентиляции легких необходимо затрачивать работу, которая выполняется за счет сокращения дыхательных мышц.

При спокойном дыхании в условиях основного обмена на работу дыхательных мышц затрачивается 2-3% от всей энергии, расходуемой организмом. При усиленном дыхании эти затраты могут достигать 30% от уровня энергетических затрат организма. У людей с заболеваниями легких и дыхательных путей эти затраты могут быть еще большими.

Работа дыхательных мышц затрачивается на преодоление эластических сил (легких и грудной клетки), динамических (вязкостных) сопротивлений движению потока воздуха через дыхательные пути, инерционной силы и тяжести смещаемых тканей.

Величина работы дыхательных мышц (W) рассчитывается по интегралу произведения изменения объема легких (V) и внутриплеврального давления (Р):

На преодоление эластических сил расходуется 60-80% от общих затрат W, вязкостных сопротивлений -- до 30% W.

Вязкостные сопротивления представлены:

§ аэродинамическим сопротивлением дыхательных путей, которое составляет 80-90% суммарных вязкостных сопротивлений и увеличивается при возрастании скорости потока воздуха в дыхательных путях. Объемная скорость этого потока рассчитывается по формуле:

Q = P_a/R

где Р_a -- разность между давлением в альвеолах и атмосфере; R -- сопротивление дыхательных путей.

При дыхании через нос оно составляет около 5 см вод. ст. л^-1*с^-1, при дыхании через рот -- 2 см вод. ст. л^-1*с^-1. На трахею, долевые и сегментарные бронхи приходится в 4 раза большее сопротивление, чем на более дистальные участки дыхательных путей;

§ сопротивлением тканей, которое составляет 10-20% от общего вязкостного сопротивления и обусловлено внутренним трением и неупругой деформацией тканей грудной и брюшной полости;

§ инерционным сопротивлением (1-3% от общего вязкостного сопротивления), обусловленным ускорением объема воздуха в дыхательных путях (преодоление инерции).

При спокойном дыхании работа по преодолению вязкостных сопротивлений незначительна, но при усиленном дыхании или при нарушении проходимости дыхательных путей может резко возрастать.[2]

2. Плевральная полость

Плевральная полость -- щелевидное пространство между париетальным и висцеральным листками плевры, окружающими каждое лёгкое. Плевра представляет собой гладкую серозную оболочку. Париетальный (наружный) листок плевры выстилает стенки грудной полости и наружные поверхности средостения, висцеральный (внутренний) покрывает лёгкое и его анатомические структуры (сосуды, бронхи и нервы). В норме плевральные полости содержат незначительное количество серозной жидкости.

2.1 Анатомия

В области корней лёгких париетальная плевра, прилегающая к средостению (медиастинальная плевра), переходит в висцеральную плевру. В свою очередь, соединительная ткань, формирующая висцеральную плевру, проникает в ткань лёгких, образуя интерстициальный лёгочный каркас, а также выстилает поверхности долей лёгких в междолевых щелях. Плевра, выстилающая боковые поверхности грудной полости (рёберная плевра) и медиастинальная плевра внизу переходят на поверхность диафрагмы, образуя диафрагмальную плевру.

Места перехода плевры с одной поверхности лёгкого на другую называются плевральными синусами; они не заполняются лёгкими даже при глубоком вдохе. Различают рёберно-диафрагмальные, рёберно-медиастинальные и диафрагмо-медиастинальные синусы, ориентированные в различных плоскостях. В плевральных синусах, особенно самых низкорасположенных задних рёберно-диафрагмальных, в первую очередь накапливается жидкость при развитии гидроторакса (см. рисунок). Иннервируется плевра блуждающими, межрёберными и диафрагмальными нервами. В париетальной плевре располагаются болевые чувствительные рецепторы.[3]

2.2 Функции

Плевральная полость с формирующими её плевральными листками помогают осуществлению акта дыхания. Содержащаяся в плевральных полостях жидкость способствует скольжению листков плевры друг относительно друга при вдохе и выдохе.

Герметичность плевральных полостей, постоянно поддерживающая в них давление ниже атмосферного, а также поверхностное натяжение плевральной жидкости, способствуют тому, что лёгкие постоянно удерживаются в расправленном состоянии и прилежат к стенкам грудной полости. Благодаря этому, дыхательные движения грудной клетки передаются плевре и лёгким.[3]

2.3 Плевральная жидкость

Плевральная жидкость имеет серозное содержимое и вырабатывается плеврой. Здоровый человек с массой 70 кг вырабатывает несколько миллилитров плевральной жидкости.

Плевральная жидкость продуцируется преимущественно капиллярами межрёберных артерий и эвакуируется лимфатической системой. Таким образом, осуществляется постоянная выработка и реабсорбция жидкости. В норме, способность к реабсорбции превышает реальную продукцию жидкости в 40 раз. Плевральная жидкость может накапливаться лишь при превышении объёма её продукции над объёмом обратного всасывания, что может быть обусловлено либо повышенным поступлением жидкости в плевральные полости, либо блокированием её реабсорбции. Верхняя граница избыточной свободной жидкости в плевральной полости соответствует линии Дамуазо.

У человека плевральные полости не сообщаются, в связи с чем жидкость или воздух (при гидротораксе и пневмотораксе соответственно) не поступают из одной плевральной полости в другую.[3]

3. Упругие свойства легких

Эластическая тяга легких обусловлена тремя факторами:

§ поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол;

§ упругостью ткани стенок альвеол вследствие наличия в них эластических волокон;

§ тонусом бронхиальных мышц.

Устранение сил поверхностного натяжения (заполнение легких солевым раствором) снижает эластическую тягу легких на 2/3

Если бы внутренняя поверхность альвеол была покрыта водным раствором, поверхностное натяжение должно было быть в 5-8 раз больше. В таких условиях наблюдалось бы полное спадение одних альвеол (ателектаз) при перерастяжении других. Этого не происходит потому, что внутренняя поверхность альвеол выстлана веществом, имеющим низкое поверхностное натяжение, так называемым сурфактантом, имеющим толщину 20-100 нм и состоящим из белков и липидов. Пленка сурфактанта обладает замечательным свойством: уменьшение размеров альвеол сопровождается снижением поверхностного натяжения; это важно для стабилизации альвеол.

Сурфактант необходим для начала дыхания при рождении ребенка. До рождения легкие находятся в спавшемся состоянии. Ребенок после рождения делает несколько сильных дыхательных движений, легкие расправляются, а сурфактант удерживает их от спадения (коллапса). Недостаток или дефекты сурфактанта вызывают тяжелое заболевание (синдром дыхательного дистресса). Поверхностное натяжение в легких у таких детей высокое, поэтому многие альвеолы находятся в спавшемся состоянии.[4]

Заключение

Дыхание - это одна из основных жизненных функций.

Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в окислительно-восстановительных реакциях и удаление из организма углекислого газа и метаболической воды. Без кислорода невозможен обмен веществ, и для сохранения жизни необходимо постоянное поступление кислорода. Поскольку в организме человека отсутствует депо кислорода, поэтому непрерывное поступление его в организм является жизненной необходимостью.

Если без пищи человек может прожить в необходимых случаях более месяца, без воды - 10 дней, то без кислорода всего лишь около 5 минут (4-6 мин). Таким образом, сущность дыхания заключается в постоянном обновлении газового состава крови, а значение дыхания - в поддержании оптимального уровня окислительно-восстановительных процессов в организме.[5]

Список литературы

1. http://meddoc.com.ua/dyxatelnaya-sistema-cheloveka/.

2. http://www.grandars.ru/college/medicina/dyhatelnye-myshcy.html.

3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Плевральная_полость.

4. http://www.grandars.ru/college/medicina/fiziologiya-dyhaniya.html.

5. https://studopedia.ru/8_181795_obzor-dihatelnoy-sistemi-znachenie-dihaniya.html.

Размещено на Allbest.ru