Фізіологія дихання, енергетичного обміну, терморегуляції (стр. 6 из 9)

Центральні хеморецептори локалізуються на вентральній поверхні довгастого мозку (дно ІV шлуночка) і омиваються ліквором. Адекватними подразниками для цих рецепторів є:

- збільшення Рсо₂ ліквора;

- зменшення рН ліквора.

Підвищення активності цих рецепторів, як і периферичних, призводить до розвитку гіпервентиляції Ù нормалізація вказаних показників ліквора.

Таким чином, периферичні хеморецептори, на відміну від центральних реагують на зниження Ро₂ артеріальної крові. Тому гіпоксія стимулює зовнішнє дихання тільки за рахунок рефлексів, які розпочинаються з подразнення периферичних хеморецепторів. Та в цілому в регуляції зовнішнього дихання велике значення мають рефлекси, що пов’язані зі стимуляцією центральних хеморецепторів (співвідношення ролі центральних та периферичних хеморецепторів складає приблизно 4 : 1). Однак зміна Рсо₂ і рН ліквора виникають пізніше, ніж артеріальної крові. Тому рефлекси з центральних хеморецепторів вмикаються в регуляцію зовнішнього дихання пізніше, ніж рефлекси з периферичних хеморецепторів.

Таким чином, не дивлячись на велику роль в регуляції зовнішнього дихання центральних хеморецепторів, периферичні хеморецептори:

- забезпечують більш швидкі рефлекторні відповіді;

- тільки вони реагують на гіпоксію Ù стимуляція зовнішнього дихання в умовах гіпоксії.

До компонентів крові, які стимулюють зовнішнє дихання, відносяться Ро₂, рН, Рсо₂. Найбільшого значення для регуляції зовнішнього дихання має вміст в крові СО₂ (Рсо₂), менше – вміст йонів Н⁺, саме менше – вміст О₂ (Ро₂).

Залежність вентиляції легень від Рсо₂ досліджують при диханні газовою сумішшю, в якій Ро₂ залишається незмінним а Рсо₂ поступово підвищується. При цьому відмічено, що підвищення Рсо₂ в газовій суміші на 1 мм.рт.ст. супроводжується підвищенням ХОД на 2 – 3л/хв. При підвищенні Рсо₂ артеріальної крові від 40 до 60 мм.рт.ст. ХОД зростає від 7 до 65 л/хв. Підвищення ХОД у відповідь на підвищення Рсо₂ проходить лише до певної межі. Якщо Рсо₂ в артеріальній крові стає вищим від 70 мм.рт.ст., ХОД знижується, що є результатом прямого пригнічуючого впливу СО₂ на нейрони дихального центру.

При зниженні рН артеріальної крові нижче 7,4 вентиляція легень (ХОД) також підвищується. Зменшення рН на 0,1 призводить до збільшення ХОД на 2 л/хв. Гіпервентиляція при збільшенні концентрації йонів Н⁺ супроводжується зниженням Рсо₂ в крові. Тому, якщо дослідження проводити при постійному Рсо₂ в артеріальній крові (40 мм.рт.ст.), гіпервентиляція виражена більше (заштрихована лінія).

Зниження Ро₂ в артеріальній крові також супроводжується гіпервентиляцією. Звертає на себе увагу той факт, що вплив зниження Ро₂ впливає на ХОД, якщо величина показника стає нижчою за 50 – 60 мм.рт.ст. (норма – 100 мм.рт.ст.). тобто, гіпервентиляція розвивається у відповідь на значне зниження Ро₂ і ступінь її невелика. Як і в випадку з рН, реакція стає більш вираженою, якщо при дослідженні стабілізувати Рсо₂ на рівні 40 мм.рт.ст. (заштрихована лінія).

Таким чином, підвищення Рсо₂ призводить до гіпервентиляції відразу ж (тобто, при збільшенні показника на 1 – 2 мм.рт.ст.) і ступінь гіпервентиляції є значною. Гіпоксія стимулює зовнішнє дихання тільки при значному зниженні Ро₂ (до 50 – 60 мм.рт.ст.) і ступінь гіпервентиляції при цьому не значна.

Тому головним стимулятором зовнішнього дихання є підвищення Рсо₂ в артеріальній крові, а зниження Ро₂ в фізіологічних умовах рідко виступає як стимулятор зовнішнього дихання (наприклад, при підйомі в гори), та часто стає ним в умовах патології.

14. Регуляція зовнішнього дихання при фізичному навантаженні.

При фізичному навантаженні розвивається гіпервентиляція, ступінь якої пропорційна інтенсивності навантаження. Регуляція зовнішнього дихання в цих умовах здійснюється як по збуренню (ведучий механізм) так і по відхиленню (в умовах дуже інтенсивного або довготривалого навантаження).

Головним механізмом розвитку гіпервентиляції при фізичному навантаженні є безумовні рефлекси з пропріорецепторів працюючих м’язів (керуючий пристрій (КП), яким є дихальний центр, отримує по каналу зовнішнього зв’язку інформацію від пропріорецепторів працюючих м’язів про роботу що виконується; КП аналізує цю інформацію і викликає підвищення глибини та частоти дихання для того, щоб при збільшених метаболічних потребах тканин склад альвеолярного повітря залишався незмінним).

Рецептори з пропріорецепторів працюючих м’язів є ведучим, та не єдиним механізмом, який стимулює розвиток гіпервентиляції при фізичному навантаженні. Ще до початку роботи гіпервентиляція може розвиватися за механізмом умовних рефлексів (передстартові стани у спортсменів).

Від моторної зони кори ГМ паралельно з передачею команди про початок роботи до скелетних м’язів, інформація надходить і до нейронів дихального центру, що також сприяє розвитку гіпервентиляції.

Гіпервентиляція, яка розвивається внаслідок вмикання всіх вищеназваних механізмів, рідко точно відповідає метаболічним потребам організму, частіше вона буває дещо надмірною або недостатньою (дихальному центру “важко” точно оцінити сигнали, які до нього надходять з точки зору інтенсивності м’язевої роботи, а значить і метаболізму). Якщо рівень вентиляції не зовсім відповідає рівню метаболізма, проходить зміна газового складу артеріальної крові. Ці відхилення сприймаються хеморецепторами (центральними та периферичними – СП₁) Ù передача інформації в КП каналом зворотнього зв’язку зміна вентиляції; вона стає відповідати рівню метаболізма Ù нормалізація газового складу артеріальної крові. Таким чином, хеморецептори виступають як детектори похибки і вносять необхідні корективи (рефлекторно) в роботу дихального центру при фізичному навантаженні.

І лише при роботі дуже інтенсивній чи довготривалій, коли система зовнішнього дихання не може забезпечити підтримання постійності газового складу в альвеолярному повітрі (і в артеріальній крові), рефлекси з хеморецепторів виступають як механізми стимуляції зовнішнього дихання.

15. Методи визначення енерговитрат людини. Дихальний коефіцієнт. Джерела і шляхи використання енергії в організмі людини.

З точки зору термодинаміки, організм людини є відкритою термодинамічною системою, тобто він обмінюється з навколишнім середовищем речовиною, енергією та інформацією.

Як будь-яка термодинамічна система, організм людини підкоряється законам термодинаміки:

1-й закон: загальна енергія системи та навколишнього середовища постійна, та в ході хімічних реакцій та фізичних процесів енергія може переходити із однієї форми в іншу. Тобто, 1-й закон термодинаміки представляє собою закон збереження енергії.

2-й закон: всі самовільні процеси намагаються проходити в напрямку зростання ентропії системи та навколишнього середовища. Ентропія – міра невпорядкованості системи, міра деструкції та розсіяності енергії. Тобто, 2-й закон обмежує можливі самовільні перетворення енергії в системі.

У відповідності з другим законом термодинаміки всі самовільні процеси в організмі проходять в напрямку підвищення ентропії, тобто зменшення ступеня впорядкованості структур, які складають організм. Та організм людини, як і будь-який інший організм характеризується високою ступінню впорядкованості структур. Підтримання такої впорядкованості структур можливе тільки завдяки постійному обміну енергією з зовнішнім середовищем.

Надходження енергії в організм людини проходить у вигляді енергії хімічних зв’язків харчових продуктів (жирів, білків та вуглеводів).

Перетворення енергії в організмі людини полягає в її:

- вивільненні;

- акумуляції;

- використанні.

Виділення енергії з організму людини проходить у вигляді тепла (за умові, що людини не виконує зовнішньої механічної роботи, бо при її виконанні частина енергії виділяється із організму у вигляді тепла, а частина іде на виконання роботи).

Перетворення енергії в організмі людини:

1. Вивільнення енергії.

2. Акумуляція енергії.

3. Використання енергії.

Виділення енергії з організму людини відбувається у вигляді тепла (за умови що людина не виконує жодної зовнішньої механічної роботи – тоді частина енергії виділяється у вигляді тепла, а частина йде на виконання роботи).

Перетворення енергії в організмі людини.

1. Вивільнення енергії поживних речовин відбувається при руйнуванні їх хімічних зв’язків. В організмі людини основну роль в процесах вивільнення енергїі відіграють процеси аеробного окисного фосфорилювання. Пари електронів, що вивільняються при окисненні субстратів циклу Кребса, при окисненні жирних кислот передаються на ансамбль ферментів, що називається дихальним ланцюгом. При транспорті електронів по дихальному ланцюгу зменшується їх вільна енергія. При цьому:

- частина енергії перетворюється на тепло (первинне) і виділяється з організму; ця частина складає 50-60% від усієї енергії окиснення;

- решта енергії йде на синтез АТФ з АДФ та неорганічного фосфату.

Ступінь спряження окиснення та фосфорилювання в дихальному ланцюзі характеризує відношення Фн/О₂, максимальна величина якого теоретично може досягати 3 – при витраті одного атома кисню максимально може утворитися 3 молекули АТФ і витратитися 3 атоми неорганічного фосфору. Ступінь спряження окиснення і фосфорилювання може змінюватися під впливом гормонів (катехоламінів, тироксину), при активізації симпатичного відділу вегетативної нервової системи. Вони розділяють окиснення й фосфорилювання в дихальному ланцюзі Ù більша частина енергії перетворюється на первинне тепло і менше її йде на синтез АТФ. Якщо енарговитрати організму при цьому не змінилися (для підтримки життєдіяльності та виконання роботи потрібно стільки ж енергії, як і до розділення окиснення й фосфорилювання), інтенсивність аеробного окиснення буде зростати (для синтезу такої ж кількості АТФ потрібно окиснити більше поживних речовин).