• Продолжительность  изучения темы:   7 часов;

из них  на занятие  4 часа; самостоятельная  работа  3 часа

• Место проведения учебная комната

Цель  занятия: Познакомится с современными представлениями о процессе дыхания, его механизмах и этапах.

Задачи 1.Теоретически

• знать систему дыхания и ее роль в организме;
• знать процессы и механизмы внешнего дыхания;
• знать способы транспортировки газов в крови.        

     2.Практически

• уметь оценить клинико-физиологические показатели внешнего дыхания и дать толкование о функциональных возможностях аппарата  внешнего дыхания.
• уметь определять статические и динамические показатели внешнего дыхания.

Изучение  данного раздела представляет интерес  не только для теоретической медицины, но и клинической практики. Изучение механизмов осуществляющих и регулирующих процессы дыхания необходимы для понимания этиологии, патогенеза и диагностики заболеваний органов дыхательной системы.

• Методические рекомендации по самоподготовке

Дыхание — газообмен кислорода и углекислого газа между клетками организма и внешней средой состоит из следующих этапов: внешнее дыхание (происходит в органах дыхания), транспорт газов во внутренней среде организма (происходит в крови) и тканевое дыхание.

Внешнее дыхание — поступление газов (вдох) и отведение воздуха (выдох) из внешней среды по дыхательным путям к респираторному отделу лёгких и двусторонняя диффузия газов через аэрогематический барьер (т.е. между полостью альвеол и просветом кровеносных капилляров межальвеолярных перегородок).

Тканевое  дыхание — двусторонняя диффузия газов из просвета кровеносных капилляров к митохондриям клеток внутренних органов. Термин «тканевое дыхание» имеет и более широкое значение — утилизация O2 в метаболизме клеток, точнее — окислительное фосфорилирование (взрослый человек в состоянии покоя на 1 кг массы в 1 мин потребляет 3,5 мл кислорода).Внешнее дыхание — основная функция аппарата дыхания. Помимо функции внешнего дыхания, органы дыхания выполняют множество сопряжённых и дополнительных функций (регуляция КЩР, голосообразование, обоняние, кондиционирование воздуха), а также эндокринную, метаболическую и иммунологические функции. Аппарат дыхания состоит из дыхательных путей, респираторного отдела лёгких, грудной клетки (включая её костно-хрящевой каркас и нервно-мышечную систему), сосудистой системы лёгких, а также нервных центров регуляции дыхания.Функция внешнего дыхания — вентиляция и перфузия ткани лёгких.

Вентиляция  лёгких (V) — функция воздухоносных путей. Перфузия респираторного отдела (Q) — важная характеристика функции внешнего дыхания. Лёгочная вентиляция Функцию внешнего дыхания осуществляют лёгкие, состоящие из воздухоносных путей и респираторного отдела (респираторная поверхность).Воздухоносные пути: здесь происходит активный перенос воздуха путём конвекции (за счёт разности давлений) из атмосферы к респираторной поверхности и в обратном направлении. Начиная от трахеи, трубки воздухоносных путей разделяются дихотомически (надвое), образуя последовательно бронхи (и бронхиолы): главные, долевые, сегментарные, дольковые, ацинарные (терминальные), респираторные. Активный перенос воздуха осуществляется за счёт работы дыхательных мышц, обеспечивающих дыхательные движения с частотой (f) от 12 за 1 мин. Другими словами, функция воздухоносных путей — вентиляция лёгких (V) Выдох в норме при спокойном дыхании является пассивным. Поверхность альвеол образована плоскими клетками (респираторные альвеолоциты), входящими в состав аэрогематического барьера. Помимо множества респираторных альвеолоцитов (альвеолоциты типа I), в стенку альвеолы вмонтированы единичные эпителиальные клетки, синтезирующие компоненты сурфактанта (альвеолоциты типа II), а на поверхности альвеолы находятся альвеолярные макрофаги. Аэрогематический барьер образован плёнкой сурфактанта, респираторным альвеолоцитом, его базальной мембраной, базальной мембраной эндотелиальной клетки и эндотелиальной клеткой. Между базальными мембранами альвеолоцита и эндотелия присутствуют компоненты межклеточного матрикса (в том числе эластические структуры), но диффузия газов наиболее эффективно происходит именно через аэрогематический барьер, его толщина в минимальном варианте составляет около 0,5 мкм.

Вдох  (I, от англ. inspiration — инспирация) в покое в среднем продолжается 2 с. При вдохе дыхательные мышцы нагнетают атмосферный воздух в дыхательные пути, производя работу по преодолению как сопротивления в дыхательных путях, так и сопротивления структур грудной клетки. При вдохе происходит активное увеличение объёма грудной полости и пассивное увеличение объёма лёгких. Часть энергии сокращения мышц при вдохе накапливается в упругих эластических структурах грудной клетки и лёгких.

  Выдох (E, от англ. expiration — экспирация) в покое в среднем продолжается 3 с. В состоянии покоя выдох осуществляется пассивно (в том числе за счёт растянутых эластических структур). При нагрузках на организм, когда возрастает потребность в кислороде, необходима дополнительная работа дыхательных мышц. При выдохе происходит уменьшение объёма грудной полости и объёма лёгких.

 Дыхательные  мышцы подразделяют на осуществляющие вдох (инспираторные, мышцы вдоха) и выдох (экспираторные, мышцы выдоха), а инспираторные дыхательные мышцы — на основные и вспомогательные.

  Инспираторные мышцы:

- Основные (обеспечивают вдох в состоянии покоя): диафрагма, наружные межрёберные, внутренние межхрящевые. При дыхании в состоянии покоя купол диафрагмы смещается вертикально примерно на 2 см, при форсированном дыхании перемещения купола диафрагмы могут достигать 10 см. Таким образом, движения диафрагмы вниз и вверх увеличивают или уменьшают вертикальные размеры грудной полости, а приподнимание или опускание рёбер соответственно увеличивает или уменьшает диаметр грудной клетки в переднезаднем и боковом направлениях.

- Вспомогательные мышцы (лестничные, грудино-ключично-сосцевидные, трапециевидные, большие и малые грудные и ряд других) включаются в обеспечение вдоха при значительных запросах организма к потреблению кислорода.

 Экспираторные мышцы: внутренние межрёберные, а также внутренние и наружные косые, прямые и поперечные мышцы живота. При сокращении брюшных мышц возрастает давление в брюшной полости, это приподнимает диафрагму и приводит к уменьшению объёма грудной полости.

Тип дыхания. Изменение объёма грудной клетки у мужчин и женщин происходит преимущественно за счёт перемещений диафрагмы (брюшной, или диафрагмальный тип дыхания). Ранее полагали, что для женщин характерен так называемый грудной (рёберный) тип дыхания, при котором значительный вклад в увеличение объёма грудной клетки вносят сокращения наружных межрёберных мышц.

Сопротивление (R). Работа, выполняемая дыхательными мышцами, направлена на преодоление всех видов сопротивления (сопротивление движению воздуха в дыхательных путях [около 80%], сопротивление тканей, т.е. структур лёгкого и органов грудной и брюшной полостей [около 20%], а также сил гравитации). Различают вязкое (неэластичное) и упругое (эластическое) сопротивление. На долю вязкого сопротивления приходится примерно 60%, упругого — около 40% от всего сопротивления.

- Вязкое сопротивление обусловлено аэродинамическим сопротивлением воздухоносных путей (примерно 90% всего вязкого сопротивления) и неэластическими свойствами органов и тканей (около 10%).

- Аэродинамическое сопротивление воздухоносных путей зависит от характера и скорости потока в просвете путей и от суммарной площади поперечного сечения путей.

 Характер  потока может быть ламинарным, турбулентным или сочетать свойства того и другого (промежуточный тип). Характеристики ламинарного потока описывает закон Пуазейля: поток воздуха (v) или объём вдоха (дыхательный объём, см. ниже) — VE) прямо пропорционален разности давлений — DP и обратно пропорционален сопротивлению — R):

Упругое сопротивление определяется эластичностью органов и тканей (в первую очередь эластическими структурами в составе лёгкого, вмонтированными практически во все воздухоносные пути, их особенно много на уровне альвеол) и силами поверхностного натяжения на границе раздела фаз (преимущественно на покрытой сурфактантом поверхности альвеол). На долю эластических структур приходится примерно 40%, на долю поверхностного натяжения около 60% от всего упругого сопротивления.

Значения  сопротивления:

1. В состоянии покоя у взрослого человека Raw варьирует от 0,6 до 2,3 см водн.ст. (среднее — 1,5 см водн.ст., при этом на глотку и гортань приходится 0,6 см водн.ст., столько же на воздухоносные пути диаметром >2 мм, а диаметром <2 мм всего 0,3 см водн.ст.).

2. При хронических обструктивных заболеваниях лёгкого Raw увеличивается до 5,0 см водн.ст. и даже до 10,0 см водн.ст. (преимущественно за счёт воздухоносных путей диаметром <2 мм).

Увеличение  значения Raw происходит в результате сокращения ГМК воздухоносных путей, что наблюдается при увеличении так называемого тонуса блуждающего  нерва (освобождающийся из окончаний  парасимпатических нервов ацетилхолин взаимодействует с мускариновыми ацетилхолиновыми рецепторами на поверхности ГМК) и при освобождении гистамина из тучных клеток воздухоносных путей (типичная для приступа бронхиальной астмы ситуация).

Уменьшение  значения Raw происходит в результате расслабления ГМК воздухоносных путей, что наблюдается под влиянием адреналина и других агонистов b₂–адренергических рецепторов на поверхности ГМК.

Давление  в дыхательном  аппарате. При осуществлении дыхательного цикла в альвеолах и во внутриплевральном пространстве лёгких изменяется давление. Наибольшее значение как для осуществления вдоха и выдоха, так и для оценки параметров функции внешнего дыхания имеют альвеолярное (PA), внутриплевральное (Ppl) и транспульмональное (PTP) давление.

Дыхательная пауза. В состоянии покоя (вне вдоха и выдоха) давление во всех частях дыхательной системы и во всех альвеолах равно атмосферному (PB), то есть PA составляет 0 см водн.ст.; другими словами, движения воздуха нет.

Вдох. Во время вдоха PA уменьшается до –1 см водн.ст., и поток воздуха течёт к альвеолам.

Выдох. На выдохе PA увеличено до +1 см водн.ст., поток воздуха течёт от альвеол  во внешнюю среду.

Внутриплевральное давление (Ppl) — давление жидкости в узком пространстве между висцеральной и париетальной плеврой. Значение PPI контролируется мозгом посредством сокращения дыхательных мышц. Ppl имеет 2 компонента — статический (-PTP) и динамический (PA). Ppl создаётся направленной внутрь эластической тягой лёгких и уравновешивающей её эластической тягой грудной клетки, направленной наружу. Ppl в покое составляет –4–5 см водн.ст. (0,3–0,5 кПа). Во время вдоха сила тяги грудной клетки наружу увеличивает отрицательное Ppl, доводя его до –7,5 см вод. ст.

Транспульмональное  давление (PTP) — разность между альвеолярным и внутриплевральным давлением (PA — Ppl). PTP — статический параметр, не влияющий на потоки воздуха и прямо не контролируемый мозгом. Нормально РTP составляет на выдохе –3–4 см водн.ст., на вдохе –9–10 см водн.ст., при глубоком вдохе до –20 см водн.ст.

Респираторный отдел: здесь путём диффузии осуществляется перенос газов к респираторной поверхности альвеол и газообмен через аэрогематический барьер (т.е. между полостью альвеол и кровью, находящейся в кровеносных капиллярах межальвеолярных перегородок). Газообмен респираторного отдела в существенной степени зависит от параметров кровотока через капилляры межальвеолярных перегородок, т.е. от их перфузии кровью. Перфузия респираторного отдела (Q) — важная характеристика функции внешнего дыхания.

 Воздухоносные пути респираторного отдела (респираторные бронхиолы, альвеолярные ходы, преддверие, альвеолярные мешочки, полость альвеол) соответствуют поколениям трубок 17–23 с очень небольшой скоростью потока в них. Другими словами, перемещение газов в них происходит не путём конвекции (как в воздухоносных путях более крупного калибра), а путём диффузии.

Альвеолы — полусферические структуры диаметром от 70 мкм до 300 мкм. Суммарная площадь всех альвеол (около 300 млн) от 50 м2 до 100 м2, их максимальный объём от 5 л до 6 л, что составляет не менее 97% объёма лёгких.

Аэрогематический  барьер. Между полостью альвеолы и просветом капилляра происходит газообмен. Структуры, образующие минимальной толщины аэрогематический барьер: альвеолярные клетки I типа (0,2 мкм), общая базальная мембрана (0,1 мкм), уплощённая часть эндотелиальной клетки капилляра (0,2 мкм). В сумме это составляет 0,5 мкм. Реально в состав барьера входят выстилающая альвеолярную поверхность плёнка сурфактанта и межклеточное вещество (интерстиций) между базальными мембранами альвеолоцитов и капилляров, что увеличивает путь газообмена до нескольких микрометров.