text_fields

text_fields

arrow_upward

Общим для всех живых клеток является процесс расщепления органических молекул последовательным рядом ферментативных реакций, в результате чего высвобождается энергия. Практичес­ки любой процесс, при котором окисление органических ве­ществ ведет к. выделению химической энергии, называют дыха­нием. Если для него требуется кислород, то дыхание называют аэробным , а если же реакции идут в отсутствии кислорода - анаэробным дыханием . Для всех тканей позвоночных животных и человека основным источником энергии являются процессы аэробного окисления, которые протекают в митохондриях кле­ток, приспособленных для превращения энергии окисления в энергию резервных макроэргических соединений типа АТФ. Последовательность реакций, посредством которых клетки орга­низма человека используют энергию связей органических моле­кул, называется внутренним, тканевым или клеточным дыханием.

Под дыханием высших животных и человека понимают сово­купность процессов, обеспечивающих поступление во внутрен­нюю среду организма кислорода, использование его для окис­ления органических веществ и удаление из организма углекислого газа.

Функцию дыхания у человека реализуют:

1) внешнее, или легоч­ное, дыхание, осуществляющее газообмен между наружной и внут­ренней средой организма (между воздухом и кровью);
2) кровооб­ращение, обеспечивающее транспорт газов к тканям и от них;
3) кровь как специфическая газотранспортная среда;
4) внутреннее, или тканевое, дыхание, осуществляющее непосредственный процесс клеточного окисления;
5) средства нейрогуморальной регуляции дыхания.

Результатом деятельности системы внешнего дыхания является обогащение крови кислородом и освобождение от избытка углекис­лоты.

Изменение газового состава крови в легких обеспечивают три процесса :

1) непрерывная вентиляция альвеол для поддержания нормального газового состава альвеолярного воздуха;
2) диффузия газов через альвеолярно- капиллярную мембрану в объеме, достаточ­ном для достижения равновесия давления кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и крови;
3) непрерывный кровоток в капиллярах легких в соответствии с объемом их вентиляции

Емкость легких

text_fields

text_fields

arrow_upward

Общая емкость . Количество воздуха, находящееся в легких после максимального вдоха, составляет общую емкость легких, величина которой у взрос­лого человека составляет 4100-6000 мл (рис.8.1).
Она состоит из жизненной емкости легких, представляющей собой то количество воздуха (3000-4800 мл), которое выходит из легких при максимально глубоком выдохе после максимально глубокого вдоха, и
остаточного воздуха (1100-1200 мл), который еще остается в легких после мак­симального выдоха.

Общая емкость = Жизненная емкость + Остаточный объем

Жизненная емкость составляет три легочных объема:

1) дыхательный объем , представляющий собой объем (400- 500 мл) воздуха, вдыхае­мый и выдыхаемый при каждом дыхательном цикле;
2) резервный объем вдоха (дополнительный воздух), т.е. тот объем (1900-3300 мл) воз­духа, который можно вдохнуть при максимальном вдохе после обыч­ного вдоха;
3) резервный объем выдоха (резервный воздух), т.е. объем (700- 1000 мл), который можно выдохнуть при максимальном выдохе после обычного выдоха.

Жизненная емкость = Резервный объем вдоха + Дыхательный объем + Резервный объем выдоха

функциональная остаточная емкость . При спокойном дыхании после выдоха в легких остается резервный объем выдоха и остаточный объем. Сум­му этих объемов называют функциональной остаточной емкостью, а также нормальной емкостью легких, емкостью покоя, емкостью рав­новесия, буферным воздухом.

функциональная остаточная емкость = Резервный объем выдоха + Остаточный объем

Рис.8.1. Легочные объемы и емкости.

Показатели легочной вентиляции в значительной мере зависят от конституции, физической тренировки, роста, массы тела, пола и возраста человека, поэтому полученные данные необходимо сравнивать с так называемыми должными величинами. Должные величины высчитывают по специальным номограммам и формулам, в основе которых лежит определение должного основного обмена. Многие функциональные методы исследования в течением времени сократились до определенного стандартного объема.

Измерение легочных объемов

Дыхательный объем

Дыхательный объем (ДО) - это объем воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого при нормальном дыхании, равный в среднем 500 мл (с колебаниями от 300 до 900 мл). Из него около 150 мл составляет объем воздуха функционального мертвого пространства (ВФМП) в гортани, трахее, бронхах, который не принимает участия в газообмене. Функциональная роль ВФМП заключается в том, что он смешивается с вдыхаемым воздухом, увлажняя и согревая его.

Резервный объем выдоха

Резервный объем выдоха - это объем воздуха, равныйу1500 -2000 мл, который человек может выдохнуть, если после нормального выдоха сделает максимальный выдох.

Резервный объем вдоха

Резервный объем вдоха - это объем воздуха, который человек может вдохнуть, если после нормального вдоха сделает максимальный вдох. Равен 1500 - 2000 мл.

Жизненная емкость легких

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - равна сумме резервных объемов вдоха и выдоха и дыхательного объема (в среднем 3700 мл) и составляет тот объем воздуха, который человек в состоянии выдохнуть при самом глубоком выдохе после максимального вдоха.

Остаточный объем

Остаточный объем (ОО) - это объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Равен 1000 - 1500 мл.

Общая емкость легких

Общая (максимальная) емкость легких (ОЕЛ) является суммой дыхательного, резервных (вдох и выдох) и остаточного объемов и составляет 5000 - 6000 мл.

Исследование дыхательных объемов нужно для оценки компенсации дыхательной недостаточности путем увеличения глубины дыхания (вдоха и выдоха).

Спирография легких

Спирография легких позволяет получить наиболее достоверные данные. Кроме измерения легочных объемов, с помощью спирографа можно получить ряд дополнительных показателей (дыхательный и минутный объемы вентиляции и др.). Данные записываются в виде спирограммы, по которой можно судить о норме и патологии.

Исследование интенсивности легочной вентиляции

Минутный объем дыхания

Минутный объем дыхания определяется умножением дыхательного объема на частоту дыхания, в среднем равен 5000 мл. Более точно определяется с помощью спирографии.

Максимальная вентиляция легких

Максимальная вентиляция легких ("предел дыхания") - это количество воздуха, которое может провентилироваться легкими при максимальном напряжении дыхательной системы. Определяют спирометрией при максимально глубоком дыхании с частотой около 50 в мин., в норме равно 80 - 200 мл.

Резерв дыхания

Резерв дыхания отражает функциональные возможности дыхательной системы человека. У здорового человека равен 85% от максимальной вентиляции легких, а при дыхательной недостаточности уменьшается до 60 - 55% и ниже.

Все эти пробы позволяют изучать состояние легочной вентиляции, ее резервы, необходимость в которых может возникнуть при выполнении тяжелой физической работы или при заболевании органов дыхания.

Исследование механики дыхательного акта

Этот метод позволяет определить соотношения вдоха и выдоха, дыхательного усилия в разные фазы дыхания.

ЭФЖЕЛ

Экспираторную форсированную жизненную емкость легких (ЭФЖЕЛ), исследуют по Вотчалу - Тиффно. Она измеряется так же, как при определении ЖЕЛ, но при максимально быстром, форсированном выдохе. У здоровых лиц она оказывается на 8- 11% меньше, чем ЖЕЛ, в основном за счет увеличения сопротивления току воздуха в мелких бронхах. При ряде заболеваний, сопровождающихся увеличением сопротивления в мелких бронхах, например при бронхо-обструктивных синдромах, эмфиземе легких, ЭФЖЕЛ изменяется.

ИФЖЕЛ

Инспираторная форсированная жизненная емкость легких (ИФЖЕЛ) определяется при максимально быстром форсированном вдохе. Она не изменяется при эмфиземе, но уменьшается при нарушении проходимости дыхательных путей.

Пневмотахометрия

Пневмотахометрия

Пневмотахометрия оценивает изменение "пиковых" скоростей воздушного потока при форсированном вдохе и выдохе. Она позволяет оценить состояние бронхиальной проходимости. ###Пневмотахография

Пневмотахография проводится с помощью пневмотахографа, который регистрирует движение струи воздуха.

Пробы на выявление явной или скрытой дыхательной недостаточности

Основаны на определении потребления кислорода и кислородного дефицита с помощью спирографии и эргоспирографии. Этим методом можно определить потребление кислорода и кислородный дефицит у больного при выполнении им определенной физической нагрузки и в покое.

Частота дыхания - количество вдохов и выдохов за единицу времени. Взрослый человек делает в среднем 15-17 дыхательных движений в минуту. Большое значение имеет тренировка. У тренированных людей дыхательные движения совершаются более медленно и составляют 6-8 дыханий в минуту. Так, у новорожденных ЧД зависит от ряда факторов. При стоянии ЧД больше, чем при сидении или лежании. Во время сна дыхание более редкое (приблизительно на 1 / 5).

При мышечной работе дыхание учащается в 2-3 раза, доходя при некоторых видах спортивных упражнений до 40-45 циклов в минуту и более. На частоту дыхания влияет температура окружающей среды, эмоции, умственная работа.

Глубина дыхания или дыхательный объем - количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании. Во время каждого дыхательного движения обменивается 300-800 мл воздуха, находящегося в легких. Дыхательный объем (ДО) падает с увеличением частоты дыхания.

Минутный объем дыхания - количество воздуха, которое проходит через легкие в минуту. Он определяется произведением величины вдыхаемого воздуха на число дыхательных движений за 1 мин: МОД = ДО х ЧД.

У взрослого человека МОД составляет 5-6 л. Возрастные изменения показателей внешнего дыхания представлены в табл. 27.

Табл. 27.Показатели внешнего дыхания (по: Хрипкова , 1990)

Дыхание новорожденного ребенка частое и поверхностное и подвержено значительным колебаниям. С возрастом происходит урежение частоты дыхания, увеличение дыхательного объема и легочной вентиляции. За счет большей частоты дыхания у детей значительно выше, чем у взрослых, минутный объем дыхания (в пересчете на 1 кг массы).

Вентиляция легких может меняться в зависимости от поведения ребенка. В первые месяцы жизни беспокойство, плач, крик увеличивают вентиляцию в 2-3 раза главным образом за счет увеличения глубины дыхания.

Мышечная работа повышает минутный объем дыхания пропорционально величине нагрузки. Чем старше дети, тем более интенсивную мышечную работу они могут выполнять и тем больше у них увеличивается вентиляция легких. Однако под влиянием тренировки одну и ту же работу можно выполнять при меньшем увеличении вентиляции легких. В то же время тренированные дети способны увеличить свой минутный объем дыхания при работе до более высокого уровня, чем их сверстники, не занимающиеся физическими упражнениями (цит. по: Маркосян , 1969). С возрастом эффект тренировки сказывается больше, и у подростков 14-15 лет тренировка вызывает столь же значительные сдвиги легочной вентиляции, как и у взрослых людей.

Жизненная емкость легких - наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) является важной функциональной характеристикой дыхания и слагается из дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха.

В покое дыхательный объем мал по сравнению с общим объемом воздуха в легких. Поэтому человек может как вдохнуть, так и выдохнуть большой дополнительный объем. Резервный объем вдоха (РО вд) - количество воздуха, которое человек может дополнительно вдохнуть после нормального вдоха и составляет 1500-2000 мл. Резервный объем выдоха (РО выд) - количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха; его величина 1000-1500 мл.

Даже после самого глубокого выдоха в альвеолах и воздухоносных путях легких остается некоторое количество воздуха - это остаточный объем (ОО). Однако при спокойном дыхании в легких остается значительно больше воздуха, чем остаточный объем. Количество воздуха, остающееся в легких после спокойного выдоха, называется функциональной остаточной емкостью (ФОЕ). Она состоит из остаточного объема легких и резервного объема выдоха.

Наибольшее количество воздуха, которое полностью заполняет легкие, называется общей емкостью легких (ОЕЛ). Она включает остаточный объем воздуха и жизненную емкость легких. Соотношение между объемами и емкостями легких представлено на рис. 8 (Атл., с. 169). Жизненная емкость меняется с возрастом (табл. 28). Так как измерение жизненной емкости легких требует активного и сознательного участия самого ребенка, то ее измеряют у детей с 4-5 лет.

К 16-17 годам жизненная емкость легких достигает величин, характерных для взрослого человека. Жизненная емкость легких является важным показателем физического развития.

Табл. 28. Средняя величина жизненной емкости легких, мл (по: Хрипкова , 1990)

С детского возраста и до 18-19 лет жизненная емкость легких увеличивается, с 18 до 35 лет она сохраняется на постоянном уровне, а после 40 уменьшается. Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки.

Жизненная емкость легких зависит от ряда факторов, в частности от длины тела, веса и пола. Для оценки ЖЕЛ рассчитывают должную величину с использованием специальных формул:

для мужчин:

ЖЕЛ должн = [(рост, см ∙ 0,052)] - [(возраст, лет ∙ 0,022)] - 3,60;

для женщин:

ЖЕЛ должн = [(рост, см ∙ 0,041)] - [(возраст, лет ∙ 0,018)] - 2,68;

для мальчиков 8-10 лет:

ЖЕЛ должн = [(рост, см ∙ 0,052)] - [(возраст, лет ∙ 0,022)] - 4,6;

для мальчиков 13-16 лет:

ЖЕЛ должн = [(рост, см ∙ 0,052)] - [(возраст, лет ∙ 0,022)] - 4,2

для девочек 8-16 лет:

ЖЕЛ должн = [(рост, см ∙ 0,041)] - [(возраст, лет ∙ 0,018)] - 3,7

У женщин ЖЕЛ на 25% меньше, чем у мужчин; у людей тренированных она больше, чем у нетренированных. Особенно она велика при занятиях такими видами спорта, как плавание, бег, лыжи, гребля и т. д. Так, например, у гребцов она составляет 5 500 мл, у пловцов - 4 900 мл, гимнастов - 4 300 мл, футболистов - 4 200 мл, штангистов - около 4 000 мл. Для определения жизненной емкости легких используется прибор спирометр (метод спирометрии). Он состоит из сосуда с водой и помещенного в него вверх дном другого сосуда емкостью не менее 6 л, в котором находится воздух. Ко дну этого второго сосуда подведена система трубок. Через эти трубки испытуемый дышит, так что воздух в его легких и в сосуде составляет единую систему.

Газообмен

Содержание газов в альвеолах . Во время акта вдоха и выдоха человек постоянно вентилирует легкие, поддерживая в альвеолах газовый состав. Вдыхает человек атмосферный воздух с большим содержанием кислорода (20,9%) и низким содержанием углекислого газа (0,03%). В выдыхаемом воздухе содержится 16,3% кислорода, а углекислого - 4%. При вдохе из 450 мл вдыхаемого атмосферного воздуха в легкие попадает лишь около 300 мл, а приблизительно 150 мл остается в воздухоносных путях и в газообмене не участвует. При выдохе, который следует за вдохом, этот воздух выводится наружу неизменным, то есть не отличается по своему составу от атмосферного. Поэтому его называют воздухом мертвого, или вредного, пространства. Воздух, достигший легких, смешивается здесь с 3000 мл воздуха, уже находящегося в альвеолах. Газовая смесь в альвеолах, участвующая в газообмене, называется альвеолярным воздухом . Поступившая порция воздуха невелика по сравнению с объемом, к которому она добавляется, поэтому полное обновление всего находящегося в легких воздуха - процесс медленный и прерывистый. Обмен между атмосферным и альвеолярным воздухом незначительно сказывается на альвеолярном воздухе, и его состав практически остается постоянным, что видно из табл. 29.

Табл. 29. Состав вдыхаемого, альвеолярного и выдыхаемого воздуха, в %

При сравнении состава альвеолярного воздуха с составом вдыхаемого и выдыхаемого видно, что одну пятую часть поступающего кислорода организм удерживает для своих нужд, в то время как количество СО 2 в выдыхаемом воздухе в 100 раз больше того количества, которое поступает в организм при вдохе. По сравнению с вдыхаемым воздухом он содержит меньше кислорода, но больше СО 2 . Альвеолярный воздух вступает в тесный контакт с кровью, и от его состава зависит газовый состав артериальной крови.

У детей иной состав как выдыхаемого, так и альвеолярного воздуха: чем моложе дети, тем меньше у них процент углекислого газа и тем больше процент кислорода в выдыхаемом и альвеолярном воздухе, соответственно меньше процент использования кислорода (табл. 30). Следовательно, у детей низкая эффективность легочной вентиляции. Поэтому ребенку на один и тот же объем потребленного кислорода и выделяемого углекислого газа нужно больше вентилировать легкие, чем взрослым.

Табл. 30. Состав выдыхаемого и альвеолярного воздуха
(средние данные по: Шалков , 1957; сост. по: Маркосян , 1969)

Поскольку у маленьких детей дыхание частое и поверхностное, то большую долю дыхательного объема составляет объем «мертвого» пространства. В результате этого выдыхаемый воздух состоит в большей степени из атмосферного воздуха, и в нем меньше процент углекислого газа и процент использования кислорода из данного объема дыхания. Вследствие этого низка эффективность вентиляции у детей. Несмотря на повышенный, по сравнению со взрослыми процент кислорода в альвеолярном воздухе у детей не имеет существенного значения, так как для полного насыщения гемоглобина крови достаточно 14-15% кислорода в альвеолах. Больше кислорода, чем его связывается гемоглобином, в артериальную кровь перейти не может. Низкий уровень содержания углекислого газа в альвеолярном воздухе у детей свидетельствует о его более низком содержании в артериальной крови по сравнению со взрослыми.

Обмен газов в легких . Газообмен в легких осуществляется в результате диффузии кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и углекислого газа из крови в альвеолярный воздух. Диффузия происходит вследствие разности парциального давления этих газов в альвеолярном воздухе и их насыщения в крови.

Парциальное давление - это часть общего давления, которое приходится на долю данного газа в газовой смеси. Парциальное давление кислорода в альвеолах (100 мм рт. ст.) значительно выше, чем напряжение О 2 в венозной крови, поступающей в капилляры легких (40 мм рт. ст.). Параметры парциального давления для СО 2 имеют обратное значение - 46 мм рт. ст. в начале легочных капилляров и 40 мм рт. ст. в альвеолах. Парциальное давление и напряжение кислорода и углекислого газа в легких приведены в табл. 31.

Табл. 31. Парциальное давление и напряжение кислорода и углекислого газа в легких, в мм рт. ст.

Эти градиенты (разность) давлений являются движущей силой диффузии О 2 и СО 2 , то есть газообмена в легких.

Диффузионная способность легких для кислорода очень велика. Это обусловлено большим количеством альвеол (сотни миллионов), большой их газообменной поверхностью (около 100 м 2), а также малой толщиной (около 1 мкм) альвеолярной мембраны. Диффузионная способность легких для кислорода у человека равна около 25 мл/мин в расчете на 1 мм рт. ст. Для углекислого газа вследствие его высокой растворимости в легочной мембране диффузионная способность в 24 раза выше.

Диффузия кислорода обеспечивается разностью парциальных давлений, равной около 60 мм рт. ст., а углекислого газа - всего лишь около 6 мм рт. ст. Времени на протекание крови через капилляры малого круга (около 0,8 с) достаточно для полного выравнивания парциального давления и напряжения газов: кислород растворяется в крови, а углекислый газ переходит в альвеолярный воздух. Переход углекислого газа в альвеолярный воздух при относительно небольшой разнице давлений объясняется высокой диффузионной способностью для этого газа (Атл., рис. 7, с. 168).

Таким образом, в легочных капиллярах совершается постоянный обмен: кислорода и углекислого газа. В результате этого обмена кровь насыщается кислородом и освобождается от углекислого газа.

К основным методам исследования дыхания у человека относятся:

· Спирометрия - метод определения жизненной емкости легких (ЖЕЛ) и составляющих ее объёмов воздуха.

· Спирография - метод графической регистрации показателей функции внешнего звена системы дыхания.

· Пневмотахометрия - метод измерения максимальной скорости вдоха и выдоха при форсированном дыхании.

· Пневмография - метод регистрации дыхательных движений грудной клетки.

· Пикфлуорометрия - простой способ самооценки и постоянного контроля проходимости бронхов. Прибор - пикфлоуметр позволяет измерять объем проходящего воздуха при выдохе в единицу времени (пиковая скорость выдоха).

· Функциональные пробы (Штанге и Генче).

Спирометрия

Функциональное состояние легких зависит от возраста, пола, физического развития и ряда других факторов. Наиболее распространенной характеристикой состояния легких является измерение легочных объёмов, которые свидетельствуют о развитии органов дыхания и функциональных резервах дыхательной системы. Объём вдыхаемого и выдыхаемого воздуха можно измерить с помощью спирометра..

Спирометрия - это важнейший способ оценки функции внешнего дыхания. Данным методом определяется жизненная емкость легких, легочные объемы, а также объемная скорость воздушного потока. При проведении спирометрии человек вдыхает и выдыхает с максимальной силой. Наиболее важные данные дает анализ экспираторного маневра - выдоха. Легочные объемы и емкости называются статическими (основными) дыхательными показателями. Различают 4 первичных легочных объема и 4 емкости.

Жизненная ёмкость лёгких

Жизненная ёмкость лёгких - это то, максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. При исследовании определяется фактическая ЖЕЛ, которая сравнивается с должной ЖЕЛ (ДЖЕЛ) и рассчитывается по формуле (1). У взрослого человека среднего роста ДЖЕЛ составляет 3-5 литров. У мужчин её величина примерно на 15% больше, чем у женщин. Школьники в возрасте 11-12 лет имеют ДЖЕЛ около 2 литров; дети до 4 лет - 1 литр; новорожденные - 150 мл.

ЖЕЛ=ДО+РОвд+РОвыд, (1)

Где ЖЕЛ - жизненная ёмкость лёгких; ДО- дыхательный оббьем; РОвд- резервный объём вдоха; РОвыд- резервный объём выдоха.

ДЖЕЛ (л) = 2,5Чрост (м). (2)

Дыхательный объём

Дыхательный объём (ДО), или глубина дыхания, - объем вдыхаемого и

выдыхаемого в покое воздуха. У взрослых людей ДО=400-500 мл, у детей 11-12 лет - около 200 мл, у новорожденных - 20-30 мл.

Резервный объём выдоха

Резервный оббьем выдоха (РОВЫД) - максимальный объем, который можно с усилием выдохнуть после спокойного выдоха. РОвыд = 800-1500 мл.

Резервный объём вдоха

Резервный объём вдоха (РОВД) - максимальный объем воздуха, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. Резервный объём вдоха можно определить двумя способами: вычислить или измерить спирометром. Для вычисления необходимо из величины ЖЕЛ вычесть сумму дыхательного и резервного объёмов выдоха. Для определения резервного объёма вдоха с помощью спирометра необходимо набрать в спирометр от 4 до 6 литров воздуха и после спокойного вдоха из атмосферы сделать максимальный вдох из спирометра. Разность между первоначальным объёмом воздуха в спирометре и объёмом, оставшимся в спирометре после глубокого вдоха, соответствует резервному объёму вдоха. РОвд =1500-2000 мл.

Остаточный объём

Остаточный объём (ОО)- объем воздуха, остающийся в легких даже после максимального выдоха. Измеряется только непрямыми методами. Принцип одного из них заключается в том, что в легкие вводят инородный газ типа гелия (метод разведения) и по изменению его концентрации рассчитывают объём легких. Остаточный объём составляет 25-30% от величины ЖЕЛ. Принимают ОО=500-1000 мл.

Общая ёмкость лёгких

Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) - количество воздуха, находящееся в легких после максимального вдоха. ОЕЛ = 4500-7000 мл. Рассчитывается по формуле (3)

ОЕЛ=ЖЕЛ+ОО. (3)

Функциональная остаточная ёмкость лёгких

Функциональная остаточная ёмкость лёгких (ФОЕЛ) - количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха.

Рассчитывается по формуле (4)

ФОЕЛ=РОвд. (4)

Ёмкость входа

Ёмкость входа (ЕВД) - максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного выдоха. Рассчитывается по формуле (5)

ЕВД=ДО+РОвд. (5)

Кроме статических показателей, характеризующих степень физического развития дыхательного аппарата, существуют и дополнительные - динамические показатели, дающие информацию об эффективности вентиляции легких и функциональном состоянии дыхательных путей.

Форсированная жизненная ёмкость легких

Форсированная жизненная ёмкость легких (ФЖЕЛ) - количество воздуха, которое можно выдохнуть при форсированном выдохе после максимального вдоха. В норме разница между ЖЕЛ и ФЖЕЛ, равна 100-300 мл. Увеличение этой разницы до 1500 мл и более указывает на сопротивление току воздуха вследствие сужения просвета мелких бронхов. ФЖЕЛ = 3000-7000 мл.

Анатомическое мёртвое пространство

Анатомическое мёртвое пространство (ДМП)- объем, в котором не происходит газообмена (носоглотка, трахея, крупные бронхи) - прямому определению не подлежит. ДМП = 150 мл.

Частота дыхания

Частота дыхания (ЧД) - количество дыхательных циклов за одну минуту. ЧД = 16-18 д.ц./мин.

Минутный объём дыхания

Минутный объём дыхания (МОД) - количество вентилируемого в легких воздуха за 1 минуту.

МОД = ДО + ЧД. МОД = 8-12 л.

Альвеолярная вентиляция

Альвеолярная вентиляция (АВ) - объем, выдыхаемого воздуха, поступающего в альвеолы. АВ = 66 - 80% от МОД. АВ = 0,8л/мин.

Резерв дыхания

Резерв дыхания (РД) - показатель, характеризующий возможности увеличения вентиляции. В норме РД составляет 85% максимальной вентиляции легких (МВЛ). МВЛ = 70-100 л/мин.

УДК 612.215+612.1 ББК Е 92 + Е 911

А.Б. Загайнова, Н.В. Турбасова. Физиология дыхания и кровообращения. Учебно-методическое пособие по курсу «Физиология человека и животных»: для студентов 3 курса ОДО и 5 курса ОЗО биологического факультета. Тюмень.: Издательство Тюменского государственного университета, 2007. - 76 с.

Учебно-методическое пособие включает лабораторные работы, составленные в соответствии с программой курса «Физиология человека и животных», многие из которых иллюстрируют фундаментальные научные положения классической физиологии. Часть работ имеет прикладной характер и представляет собой методы самоконтроля здоровья и физического состояния, способы оценки физической работоспособности.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: В.С.Соловьев, д.мед.н., профессор

© Тюменский государственный университет, 2007

© Издательство Тюменского государственного университета, 2007

© А.Б. Загайнова, Н.В. Турбасова, 2007

Пояснительная записка

Предметом исследования в разделах «дыхание» и «кровообращение» являются живые организмы и их функционирующие структуры, обеспечивающие эти жизненно-важные функции, чем и определяется выбор методов физиологического исследования.

Цель курса: сформировать представления о механизмах функционирования органов дыхания и кровообращения, о регуляции деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, об их роли в обеспечении взаимодействия организма с внешней средой.

Задачи лабораторного практикума: ознакомить студентов с методами исследования физиологических функций человека и животных; проиллюстрировать фундаментальные научные положения; представить методики самоконтроля физического состояния, оценки физической работоспособности при физических нагрузках различной интенсивности.

На проведение лабораторных занятий по курсу «Физиология человека и животных» отводится 52 часа на ОДО и 20 часов на ОЗО. Итоговая форма отчетности по курсу «Физиология человека и животных» - экзамен.

Требования к экзамену: необходимо понимание основ жизнедеятельности организма, в том числе механизмов функционирования систем органов, клеток и отдельных клеточных структур, регуляции работы физиологических систем, а также закономерности взаимодействия организма с внешней средой.

Учебно-методическое пособие разработано в рамках программы общего курса «Физиология человека и животных» для студентов биологического факультета.

ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ

Сущность процесса дыхания заключается в доставке к тканям орга­низма кислорода, обеспечивающего протекание окислительных реакций, что приводит к освобождению энергии и выделению из организма диоксида углерода, образующегося в результате обмена веществ.

Процесс, протекающий в легких и заключающийся в обмене газов между кровью и окружающей средой (воздухом, поступающим в альвеолы, называют внешним, легочным дыханием, или вентиляцией легких .

В результате газообмена в легких кровь насыщается кислородом, теряет углекислоту, т.е. вновь становится способной переносить кислород к тканям.

Обновление газового состава внутренней среды организма происходит вследствие циркуляции крови. Транспортная функция осуществляется кровью благодаря физическому растворению в ней СО 2 и О 2 и связыванию их с компонентами крови. Так, гемоглобин способен вступать в обратимую реакцию с кислородом, а связывание СО 2 происходит в результате образования в плазме крови обратимых бикарбонатных соединений.

Потребление кислорода клетками и осуществление окислительных реакций с образованием углекислого газа составляет сущность процессов внутреннего , или тканевого дыхания .

Таким образом, лишь последовательное изучение всех трех звеньев дыхания может дать представление об одном из самых сложных физиологических процессов.

Для изучения внешнего дыхания (вентиляция легких), газообмена в легких и тканях, а также транспорта газов кровью используют различные методы, позволяющие оценивать дыхательную функцию в состоянии покоя, при физической нагрузке и различных воздействиях на организм.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ПНЕВМОГРАФИЯ

Пневмография - это регистрация дыхательных движений. Она позволяет определить частоту и глубину дыхания, а также соотношение продолжительности вдоха и выдоха. У взрослого человека число дыхательных движений составляет 12-18 в минуту, у детей дыхание более частое. При физической работе оно увеличивается вдвое и более. При мышечной работе изменяется и частота, и глубина дыхания. Изменение ритма дыхания и его глубины наблюдаются во время глотания, разговора, после задержки дыхания и т. п.

Между двумя фазами дыхания нет пауз: вдох непосредственно переходит в выдох и выдох во вдох.

Как правило, вдох несколько короче выдоха. Время вдоха относится ко времени выдоха, как 11:12 или даже как 10:14.

Кроме ритмических дыхательных движений, обеспечивающих вентиляцию легких, по времени могут наблюдаться особые дыхательные движения. Некоторые из них возникают рефлекторно (защитные дыхательные движения: кашель, чихание), другие произвольно, в связи с фонацией (речью, пением, декламацией и др.).

Регистрация дыхательных движений грудной клетки осуществляется при помощи специального прибора - пневмографа. Получаемая запись – пневмограмма – позволяет судить: о продолжительности фаз дыхания - вдоха и выдоха, частоте дыхания, относительной глубине, зависимости частоты и глубины дыхания от физиологического состояния организма - покоя, работы и т.д.

Пневмография основана на принципе воздушной передачи дыхательных движений грудной клетки пишущему рычажку.

Наиболее употребительный в настоящее время пневмограф представляет собой продолговатую резиновую камеру, помещенную в матерчатый чехол, герметически соединенный резиновой трубочкой с капсулой Марэ. При каждом вдохе грудная клетка расширяется и сдавливает воздух в пневмографе. Это давление передается в полость капсулы Марэ, ее упругая резиновая крышечка поднимается, и опирающийся на нее рычажок пишет пневмограмму.

В зависимости от применяемых датчиков пневмографию можно осуществлять различными способами. Наиболее простым и доступным для регистрации дыхательных движений является пневмодатчик с капсулой Марэ. Для пневмографии можно применять реостатные, тензометрические и емкостные датчики, но в этом случае необходимы электронные усилительные и регистрирующие устройства.

Для работы необходимы: кимограф, манжетка от сфигмоманометра, капсула Марэ, штатив, тройник, резиновые трубки, отметчик времени, раствор аммиака. Объект исследования - человек.

Проведение работы. Собирают установку для регистрации ды­хательных движений, как показано на рис. 1, А. Манжетку от сфигмоманометра укрепляют на самой подвижной части грудной клетки испытуемого (при брюшном типе дыхания это будет нижняя треть, при грудном - средняя треть грудной клетки) и соединяют ее с помощью тройника и резиновых трубок с капсулой Марэ. Через тройник, открыв зажим, в регистрирующую систему вводят небольшое количество воздуха, следя за тем, чтобы слишком высокое давление неразорвало резиновую перепонку капсулы. Убедившись, что пневмограф укреплен правильно и движения грудной клетки передаются рычажку капсулы Марэ, подсчитывают число дыхательных движений в минуту, а затем устанавливают писчик по касательной к кимографу. Включают кимограф и отметчик времени и приступают к записи пневмограммы (испытуемый при этом не должен смотреть на пневмограмму).

Рис. 1. Пневмография.

А - графическая регистрация дыхания с помощью капсулы Марэ; Б - пневмограммы, записанные при действии различных факторов, вызывающих изменение дыхания: 1 - широкая манжетка; 2 - резиновая трубка; 3 – тройник; 4 - капсула Марэ; 5 – кимограф; 6 -отметчик времени; 7 - универсальный штатив; а - спокойное дыхание; б - при вдыхании паров аммиака; в - во время разговора; г - после гипервентиляции; д - после произвольной задержки дыхания; е - при физической нагрузке; б"-е" - отметки применяемого воздействия.

Регистрируют на кимографе следующие типы дыхания:

1) спокойное дыхание;

2) глубокое дыхание (испытуемый произвольно делает несколько глубоких вдохов и выдохов – жизненная емкость легких);

3) дыхание после физической нагрузки. Для этого испытуемого просят, не сни­мая пневмографа, сделать 10-12 приседаний. При этом, чтобы в результате резких толчков воздуха не разорвалась покрышка капсулы Марея, зажимом Пеана пережимают резиновую трубочку соединяющую пневмограф с капсулой. Тотчас после окончания приседаний зажим снимают и записывают дыхательные движения);

4) дыхание во время декламации, разговорной речи, смеха (обращают внимание, как изменяется продолжительность вдоха и выдоха);

5) дыхание при кашле. Для этого испытуемый делает несколько произвольных выдыхательных кашлевых движений;

6) одышку - диспноэ, вызванную задержкой дыхания. Опыт произво­дят в следующем порядке. Записав нормальное дыхание (эйпноэ) в положении испытуемого сидя, просят его задержать дыхание на выдохе. Обычно через 20-30 секунд происходит непро­извольное восстановление дыхания, причём частота и глубина дыхательных движений становятся значительно больше, наблю­дается одышка;

7) изменение дыхания при уменьшении углекислого газа в аль­веолярном воздухе и крови, что достигается гипервентиляци­ей лёгких. Испытуемый делает глубокие и частые дыхательные движения до лёгкого головокружения, после чего наступает естественная задержка дыхания (апноэ);

8) при глотании;

9) при вдыхании паров аммиака (к носу испытуемого подносят вату, смоченную раствором аммиака).

Некоторые пневмограммы представлены на рис. 1,Б.

Полученные пневмограммы наклейте в тетрадь. Рассчитайте количество дыхательных движений в 1 минуту при разных условиях регистрации пневмограммы. Определите, в какую фазу дыхания осуществляется глотание и речь. Сравните характер изменения дыхания под влиянием различных факторов воздействия.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

СПИРОМЕТРИЯ

Спирометрия - метод определения жизненной емкости легких и составляющих ее объемов воздуха. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - это наибольшее количество воздуха, которое человек может выдохнуть после максимального вдоха. На рис. 2 показаны легочные объемы и емкости, характеризующие функциональное состояние легких, а также пневмограмма, поясняющая связь объемов и емкостей легких с дыхательными движениями. Функциональное состояние легких зависит от возраста, роста, пола, физического развития и ряда, других факторов. Для оценки функции дыхания у данного лица, измеренные у него легочные объемы следует сравнивать с должными величинами. Должные величины рассчитывают по формулам или определяют по номограммам (рис. 3), отклонения на ± 15% расцениваются как несущественные. Для измерения ЖЕЛ и составляющих ее объемов используют сухой спирометр (рис. 4).

Рис. 2. Спирограмма. Легочные объёмы и ёмкости:

РОвд - резервный объем вдоха; ДО - дыхательный объем; РОвыд - резервный объем выдоха; ОО - остаточный объем; Евд - емкость вдоха; ФОЕ - функциональная остаточная емкость; ЖЕЛ - жизненная емкость легких; ОЕЛ - общая емкость легких.

Легочные объемы:

Резервный объем вдоха (РОвд) – максимальный объем воздуха, который человек может вдохнуть после спокойного вдоха.

Резервный объем выдоха (РОвыд) – максимальный объем воздуха, который человек может выдохнуть после спокойного выдоха.

Остаточный объем (ОО) – объем газа в легких после максимального выдоха.

Емкость вдоха (Евд) – максимальный объем воздуха, который человек может вдохнуть после спокойного выдоха.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) – объем газа в легких, остающийся после спокойного вдоха.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха.

Общая емкость легких (ОЕл) – объем газов в легких после максимального вдоха.

Для работы необходимы: сухой спирометр, носовой зажим, загубник, спирт, вата. Объект исследования - человек.

Преимущество сухого спирометра заключается в том, что он портативен и удобен в работе. Сухой спирометр представляет собой воздушную турбинку, вращаемую струей выдыхаемого воздуха. Вращение турбинки через кинематическую цепь передается стрелке прибора. Для остановки стрелки по оконча­нии выдоха спирометр снабжен тормозным устройством. Величину измеряемого объема воздуха определяют по шкале прибора. Шкалу можно поворачивать, что позволяет устанавливать стрелку на нуль перед каждым измерением. Выдох воздуха из легких производят через мундштук.

Проведение работы. Мундштук спирометра протирают ватой, смоченной спиртом. Испытуемый после максимального вдоха делает максимально глубокий выдох в спирометр. По шкале спирометра определяют ЖЕЛ. Точность результатов повышается, если измерение ЖЕЛ производят несколько раз и вычисляют среднюю величину. При многократных измерениях необходимо каждый раз устанавливать исходное положение шкалы спирометра. Для этого у сухого спирометра поворачивают из­мерительную шкалу и нулевое деление шкалы совмещают со стрелкой.

ЖЕЛ определяют в положении испытуемого стоя, сидя и лежа, а также после физической нагрузки (20 приседаний за 30 секунд). Отмечают разницу в результатах измерений.

Затем испытуемый осуществляет несколько спокойных выдохов в спирометр. При этом подсчитывают количество дыхательных движений. Разделив показания спирометра на число выдохов, сделанных в спирометр, определяют дыхательный объем воздуха.

Рис. 3. Номограмма для определения долж­ной величины ЖЕЛ.

Рис. 4. Суховоздушный спиро­метр.

Для определения резервного объема выдоха испытуемый делает после очередного спокойного выдоха максимальный выдох в спирометр. По шкале спирометра определяют резервный объем выдоха. Повторяют измерения несколько раз и вычисляют среднюю величину.

Резервный объем вдоха можно определить двумя способами: вычислить и измерить спирометром. Для его вычисления необходимо из величины ЖЕЛ вычесть сумму дыхательного и резервного (выдоха) объемов воздуха. При измерении резервного объема вдоха спирометром в него набирают определённый объем воздуха и испытуемый после спокойного вдоха делает максимальный вдох из спирометра. Разность между первоначальным объемом воздуха в спирометре и объемом, оставшимся там после глубокого вдоха, соответствует резервному объему вдоха.

Для определения остаточного объема воздуха не существует прямых методов, поэтому используют косвенные. Они могут быть основаны на разных принципах. Для этих целей применяют, например, плетизмографию, оксигемометрию и измерение концентрации индикаторных газов (гелий, азот). Считают, что в норме остаточный объем составляет 25-30% от величины ЖЕЛ.

Спирометр дает возможность установить и ряд других характеристик дыхательной деятельности. Одной из них являет величина легочной вентиляции. Для ее определения число циклов дыхательных движений в минуту умножают на дыхательный объем. Так, за одну минуту между организмом и средой в норме обменивается около 6000 мл воздуха.

Альвеолярная вентиляция = частота дыхания х (дыхательный объем - объем «мертвого» пространства).

Установив параметры дыхания, можно оценить интенсивность обмена веществ в организме, определив потребление кислорода.

В ходе работы важно выяснить, находятся ли величины, полученные для конкретного человека, в пределах нормы. С этой целью были разработаны специальные номограммы и формулы, где учитывается корреляция отдельных характеристик функции внешнего дыхания и таких факторов как: пол, рост, возраст и др.

Должная величина жизненной емкости легких рассчитывается по формулам (Гуминский А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В., 1990):

для мужчин -

ЖЕЛ = {(рост (см) х 0,052) – (возраст (лет) х 0,022)} - 3,60;

для женщин –

ЖЕЛ = {(рост (см) х 0,041)- (возраст (лет) х 0,018)} - 2,68.

для мальчиков 8 -12 лет -

ЖЕЛ = {(рост (см) х 0,052) - (возраст (лет) х 0,022)} - 4,6;

для мальчиков 13 -16 лет-

ЖЕЛ = {(рост (см) х 0,052) - (возраст (лет) х 0,022)} - 4,2;

для девочек 8 - 16 лет -

ЖЕЛ = {(рост (см) х 0,041) - (возраст (лет) х 0,018)} - 3,7.

К 16-17 годам жизненная емкость легких достигает величин, характерных для взрослого человека.

Результаты работы и их оформление. 1. Занесите в таблицу 1 результаты измерений, вычислите среднее значение ЖЕЛ.

Таблица 1

Номер измерения	ЖЕЛ (покой)
	стоя	сидя
1 2 3 Среднее

2. Сравните результаты измерений ЖЕЛ (покой) стоя и сидя. 3. Сравните результаты измерений ЖЕЛ стоя (покой) с результатами, полученными после физической нагрузки. 4. Рассчитайте % от должной величины, зная показатель ЖЕЛ, полученный при измерении стоя (покой) и должной ЖЕЛ (рассчитанной по формуле):

ЖЕЛфакт. х 100 (%).

5. Сравните величину ЖЕЛ, измеренную спирометром, с должной ЖЕЛ, найденной по номограмме. Рассчитайте остаточный объем, а также емкости легких: общую емкость легких, емкость вдоха и функциональную остаточную емкость. 6. Сделайте выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНУТНОГО ОБЪЕМА ДЫХАНИЯ (МОД) И ЛЕГОЧНЫХ ОБЪЕМОВ

(ДЫХАТЕЛЬНОГО, РЕЗЕРВНОГО ОБЪЕМА ВДОХА

И РЕЗЕРВНОГО ОБЪЕМА ВЫДОХА)

Вентиляция легких определяется объемом воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого в единицу времени. Обычно измеряют минутный объем дыхания (МОД). Его величина при спокойном дыхании 6-9 л. Вентиляция легких зависит от глубины и частоты дыхания, которая в состоянии покоя составляет 16 в 1 мин (от 12 до 18). Минутный объем дыхания равен:

МОД = ДО х ЧД,

где ДО - дыхательный объем; ЧД - частота дыхания.

Для работы необходимы: сухой спирометр, носовой зажим, спирт, вата. Объект исследования - человек.

Проведение работы. Для определения объема дыхательного воздуха испытуемый должен сделать спокойный выдох в спирометр после спокойного вдоха и определить дыхательный объем (ДО). Для определения резервного объема выдоха (РОвыд) после спокойного обычного выдоха в окружающее пространство сделать глубокий выдох в спирометр. Для определения резервного объема вдоха (РОвд) установить внутренний цилиндр спирометра на каком-либо уровне (3000-5000), а затем, сделав спокойный вдох из атмосферы, зажав нос, сделать максимальный вдох из спирометра. Все измерения повторить три раза. Резервный объем вдоха можно определить по разнице:

РОвд = ЖЕЛ – (ДО – РОвыд)

Расчетным методом определить сумму ДО, РОвд и РОвыд, составляющую жизненную емкость легких (ЖЕЛ).

Результаты работы и их оформление. 1. Полученные данные оформите в виде таблицы 2.

2. Рассчитайте минутный объем дыхания.

Таблица 2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4