Дыхание при мышечной нагрузке (стр. 2 из 4)
2. Большая скорость диффузии газов через тонкую легочную мембрану около 1 мкм. Выравнивание Ро2 в альвеолах и крови в легких происходит за 0,25 с; кровь находится в капиллярах легких около 0,5 с, т.е. в 2 раза больше. Скорость диффузии СО2 в 23 раза больше таковой О2, т.е. имеется высокая степень надежности в процессах газообмена в организме.
3. Интенсивная вентиляция легких и кровообращение – активация вентиляции легких и кровообращения в них, естественно, способствует диффузии газов в легких.
4. Корреляция между кровотоком в данном участке легкого и его вентиляцией. Если участок легкого плохо вентилируется, то кровеносные сосуды в этой области суживаются и даже полностью закрываются. Это осуществляется с помощью механизмов местной саморегуляции – посредством реакций гладкой мускулатуры: при снижении в альвеолах Ро2 возникает вазоконстрикция.
Изменение содержания О2 и СО2 в легких. Газообмен в легком, естественно, ведет к изменению газового состава в легком по сравнению с составом атмосферного воздуха. В покое человек потребляет около 250 мл О2 и выделяет около 230 мл СО2. Поэтому в альвеолярном воздухе уменьшается количество О2 и увеличивается – СО2 (табл. 2.2).
Таблица 2.2 Состав атмосферного воздуха и газовой смеси легких (в %)
| Компоненты | Атмосферный воздух | Выдыхаемая смесь газов | Альвеолярная смесь газов |
| О2 | 20,93 | 16,0 | 14,0 |
| СО2 | 0,04 | 4,0 | 5,5 |
| Азот и инертные газы | 78,5 | 74,9 | 74,5 |
| Пары воды | 0,5 | 5,5 | 5,6 |
Изменения содержания О2 и СО2 в альвеолярной смеси газов являются следствием потребления организмом О2 и выделения СО2. В выдыхаемом воздухе количество О2 несколько возрастает, а СО2 – уменьшается по сравнению с альвеолярной газовой смесью вследствие того, что к ней добавляется воздух воздухоносного пути, не участвующий в газообмене и, естественно, содержащий СО2 и О2 в таких же количествах, как и атмосферный воздух. Кровь, обогащенная О2 и отдавшая СО2, из легких поступает в сердце и с помощью артерий и капилляров распределяется по всему организму, в различных органах и тканях отдает О2 и получает СО2 [2;111].
1.3 Газообмен в легких
Изменение состава воздуха в легких
В состав атмосферного воздуха входит почти 21 % кислорода, около 79 % азота, примерно 0,03 % углекислого газа, небольшое количество водяного пара и инертных газов. Такой воздух мы вдыхаем. Благодаря изменениям частоты и глубины дыхания в альвеолах поддерживается относительно стабильный состав газов. Процентный состав выдыхаемого воздуха иной: количество кислорода в нем понижается, а углекислого газа увеличивается (табл. 2.3). Содержание водяного пара в выдыхаемом воздухе больше по сравнению с вдыхаемым, только азот и инертные газы остаются неизменными.
Таблица 2.3 Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха
Обмен газов в легких
В легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови переходит в легкие с помощью диффузии через стенки альвеол и кровеносных капилляров.Направление и скорость диффузии определяются парциальным давлением.
Парциальное давление – это давление, под которым была бы та часть газа из общего состава, если бы она занимала весь объем, равный смеси газов. А диффузия — это движение частичек, благодаря которому вещества проходят через мембраны, выравнивая свою концентрацию [3; 134].
Механизм газообмена в легких состоит в том, что во время вдоха атмосферный воздух поступает в легкие и в альвеолах смешивается с оставшимся в них после выдоха воздухом (этот воздух, даже при самом интенсивном выдохе, не позволяет легким спадать). Поступающий в легкие воздух отличается по своему составу от воздуха в альвеолах (табл. 2.3).
Каким образом кислород переходит из альвеолярного воздуха, а углекислый газ в альвеолярный воздух? У здорового человека при условиях нормального барометрического давления парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе составляет 100 мм рт. ст. и значительно выше, чем в венозной крови, протекающей по капиллярам альвеол (40 мм рт. ст.).
Парциальное давление углекислого газа выше в венозной крови (46 мм рт. ст.), чем в альвеолярном воздухе (40 мм рт. ст.). Таким образом, благодаря разнице парциальных давлений обеспечивается переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь, а углекислого газа в альвеолярный воздух. Поступившие в кровь молекулы кислорода взаимодействуют с гемоглобином эритроцитов, образуя оксигемоглобин. Так кровь из венозной превращается в артериальную.
По легочным венам артериальная кровь поступает в левое предсердие, потом – в левый желудочек, отсюда — в большой круг кровообращения, которым переносится к тканям.
Углекислый газ из венозной крови поступает в легочные пузырьки и во время выдоха выводится из организма. Скорость диффузии газов в легочных капиллярах довольно велика: за время течения крови по легочным капиллярам (в среднем 0,3 с) давление газов в крови и альвеолах выравнивается. Это связано с большой общей поверхностью капилляров и особенностями строения альвеолярно-капиллярного барьера [3; 135].
Несмотря на периодическое поступление атмосферного воздуха, состав альвеолярного воздуха постоянный, хотя и отличается от вдыхаемого. Это обеспечивается интенсивным обменом газов, то есть непрерывным поступлением кислорода и удалением углекислого газа, и имеет большое значение для поддержания постоянства внутренней среды организма (гомеостаза).
2. АДАПТАЦИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ
Организм осуществляет тонкое регулирование напряжения О2 и СО2 в крови – их содержание остается относительно постоянным, несмотря на колебания количества доступного кислорода и потребности в нем, которая во время интенсивной мышечной работы может увеличиваться в 20 раз. Частота и глубина дыхания регулируются дыхательным центром, нейроны которого расположены в различных отделах ЦНС; главными из них являются продолговатый мозг и мост. Дыхательный центр по соответствующим нервам ритмично посылает к диафрагме и межреберным мышцам импульсы, которые вызывают дыхательные движения. В основе своей ритм дыхания является непроизвольным, но может изменяться в некоторых пределах высшими центрами головного мозга, что свидетельствует о возможности произвольного влияния на нижележащие отделы дыхательного центра.
Локализация дыхательного центра. В продолговатом мозге находится главная часть дыхательного центра. Об этом свидетельствуют исследования П.Флуранса (1794-1867) [6;217]. Он обнаружил, что разрушение медиальной части продолговатого мозга в нижнем углу ромбовидной ямки ведет к полной остановке дыхания. Позже (1885) Н. А. Миславский [7;39] установил наличие двух структур, ответственных за вдох и выдох.
Мост играет важную роль в регуляции продолжительности фаз вдоха, выдоха и паузы между ними.
Мотонейроны спинного мозга получают импульсы от нейронов продолговатого мозга и посылают их к дыхательным мышцам по диафрагмальному и межреберным нервам. Центр диафрагмальных нервов находится в основном в 3-4-м шейных сегментах спинного мозга. Центры межреберных нервов, иннервирующих мускулатуру грудной клетки, локализуются в грудном отделе спинного мозга (4 – 10 сегменты), иннервация мышц живота осуществляется Th4 – L3 – сегментами.
В регуляции дыхания принимают участие также средний мозг, гипоталамус, лимбико-ретикулярный комплекс, кора большого мозга.
Дыхательные нейроны (нейроны, которые возбуждаются в различные фазы дыхательного цикла) обнаружены почти на всем протяжении продолговатого мозга. Однако в обеих половинах продолговатого мозга есть участки ретикулярной формации, где имеются основные скопления дыхательных нейронов. В правой и левой половинах продолговатого мозга имеется по два таких скопления - дорсальное и вентральное. Они локализуются вблизи задвижки (obex), которая расположена у нижнего угла ромбовидной ямки.
Нейронная организация автоматии дыхательного центра. Под автоматией дыхательного центра понимают циркуляцию возбуждения в его нейронах, обеспечивающую саморегуляцию вдоха и выдоха. Взаимодействие нейронов дыхательного центра заключается в следующем. Ритмическая смена вдоха и выдоха (постоянное их чередование) обеспечивается циркуляцией возбуждения вдыхательных нейронах продолговатого мозга- главной части дыхательного центра, а также взаимодействием импульсации нейронов продолговатого мозга с импульсацией дыхательных нейронов моста и рефлексогенных зон, главной из которых является легочная (механорецепторы). При этом эфферентные импульсы ритмично поступают по диафрагмальному и межреберным нервам к дыхательным мышцам, что ведет к их сокращению (вдох). Прекращение импульсации сопровождается расслаблением дыхательной мускулатуры (выдох) [8;238].
Цикл дыхания у человека состоит из вдоха, выдоха и паузы. С учетом этого дыхательные нейроны классифицируют на группы, основными из которых являются: 1) ранние инспираторные и экспираторные нейроны; 2) поздние инспираторные и экспираторные нейроны; 3) полные инспираторные и экспираторные нейроны.
Большинство экспираторных нейронов являются антиинспираторными, и только часть из них посылают свои импульсы к мышцам выдоха. Они возбуждаются под влиянием афферентной импульсации блуждающих нервов и нейронов моста. Большинство инспираторных нейронов обладают непрерывной спонтанной импульсной активностью, которая преобразуется в фазную благодаря тормозным реципрокным влияниям экспираторных и поздних инспираторных нейронов [9;218].