Физиология на дишането

Лекция 9:
Физиология на дишането

Дишане. Външно дишане. Вдишване. Издишване. Дифузия. РЕГУЛАЦИЯ Транспорт на газове. Клетъчно дишане. О2, СО2

ВЪНШНО (БЕЛОДРОБНО) ДИШАНЕ
Процесът дишане …
Белодробна вентилация обмяна на О2 и СО2 между атмосферата и алвеолите
Дифузия на О2 и СО2 в белодробните капиляри
Транспорт на О2 и на СО2
Дифузия на О2 и СО2 в тъканните капиляри
Клетъчно дишане – използване на О2 и образуване на СО2

Функции на белите дробове
Дишане – доставят О2 и елиминират СО2
Метаболитни функции – контрол на рН в организма
Сигнализация - отстраняват някои химични сигнали и излъчват други в кръвообращението (превръщат ангиотензин І в ангиотензин ІІ)
Защитно кръвообращение – контрол на обема на кръвта и филтрира малки съсиреци
Говор
Защита от микроорганизми

Дихателна система
Два бели дроба
Въздухоносни пътища
Път на въздуха при вдишване:
Нос или уста → фаринкс (гърло) → ларинкс → трахея → бронхи → бронхиоли → терминални бронхиоли → респираторни бронхиоли → алвеоларни пътища → алвеоларните сакчета

Въздухоносни пътища
Хрущялни пръстени – придават цилиндрична форма и ги поддържа отворени (трахея и бронхи)
Гладки мускули – промяна на диаметъра
Провеждаща зона (от трахеята до началото на респираторните бронхиоли) – не осъществява газова обмяна
Респираторна зона (от респираторните бронхиоли надолу) – съдържат алвеоли и осъществяват газова обмяна с кръвта
Епител на въздухоносните пътища - до края на респираторните бронхиоли е покрит с реснички
Придвижват мукуса
Отделят мукус – полепва прахови частици от вдишания
Водниста течност –улеснява придвижването на мукуса

Алвеоли
Мястото, където се реализира газовата обмяна
Тънки кухи сакчета, чийто отвори са естествено продължение на лумена на въздухоносните пътища
Покрити от непрекъснат слой плосък епител в един слой (тип І пневмоцити) – газова обмяна
Кубични епителни клетки (тип ІІ пневмоцити) произвеждат сърфактант
Алвеоларната стена (0,2 µm) съдържа:
Капиляри
Малко междуклетъчно пространство
Мрежа от съединителна тъкан
Огромната площ (колкото тенис-корт) и тънката бариера осигуряват бърза обмяна на големи количества кислород и въглероден диоксид чрез дифузия

Белодробна вентилация. Външно дишане
Вдишване
Издишване
Въздухът се придвижва като обемен поток от място с високо към място с ниско налягане.
Разликата в налягането се определя от разликата между алвеоларното налягане и налягането в носа и устата, което нормално е равно на атмосферното налягане:
Алвеоларното налягане се определя като нула, когато е равно на атмосферното (760 mmHg)

Вентилация
Вентилация - движение на въздуха навътре и навън от белите дробове (алвеоларното налягане става пониско / по-високо от атмосферното
Алвеоларното налягане се променя поради промяна на размерите на белите дробове – закон на Бойл (при t=const ↑ V води до ↓ P и обратно
До колко белите дробове ще последват гръдната стена) зависи от:
Разликата в налягането между външната и вътрешната повърхност на белите дробове (транспулмонално налягане)
𝑃𝑡𝑝 = 𝑃𝑎𝑙𝑣 − 𝑃𝑖𝑝
Разтегливостта на белите дробове

Налягания. Плевра
Гръдна кухина - откъм врата ограничена от мускули и съединителна тъкан; напълно отделена от коремната кухина от диафрагмата
Гръдна стена
Гръбначен стълб, ребра, гръдна кост и няколко групи мускули (междуребрени)
голямо количество еластична съединителна тъкан
Плевра
Затворена торбичка от тънък слой клетки – по една за всеки бял дроб
Висцерален (вътрешен) лист - свързан с белите дробове
Париетален лист – свързан с вътрешността на гръдната стена и диафрагмата
Интраплеврална течност (няколко ml) – трансудат (филтрат) от капилярите на външния лист и се резорбира от капилярите на вътрешния лист поради по-ниското хидростатично налягане в тях
Овлажнява плеврата
Позволява плъзгането на двата листа по време на дихателните движения
Позволява белите дробове и гръдната стена да се движат заедно при нормално дишане
Осигурява херметичността на гръдния кош – създава отрицателно интраплеврално налягане (-4 mmHg)

Дихателни движения
Вдишване + издишване = дихателен цикъл (през цялото време на дихателния цикъл дясната камера изпомпва кръв в капилярите около алвеолите)
Дихателни движения – възможни поради специфичното свързване на ребрата с гръдната кост и прешлените
11-то и 12-то ребро не формират ребрени пръстени
8-мо, 9-то и 10-то ребро се свързват с гръдната кост чрез хрущялната дъга на 7-мо ребро
1-во до 7-мо се свързват чрез собствени хрущялни дъги
Равнината на свързване към гръден прешлен е по-високо от равнината на свързване с гръдната кост движение в ставите и повдигане напред и нагоре поради неподвижното свързване с гръдната кост
Първият ребрен пръстен е опора за повдигане на целия гръден кош при съкращение на външните междуребрени мускули.

Вдишване
Движение на въздуха от външната среда към алвеолите
Инспираторни мускули:
Диафрагма - центърът се измества надолу, куполите се изглаждат, коремните органи се избутват надолу и коремната стена се издува напред.
Външни междуребрени мускули
Активно повишавне на обема на гръдния кош → пасивно разширяване на белите дробове поради:
Промяна на интраплевралното налягане → промяна натранспулмоналното налягане → алвеоларното налягане спада под атмосферното и атмосферният въздух навлиза в алвеолите

Вдишване
Съкращение на диафрагмата и вътрешните междуребрени мускули
Pip спада под атмосферното Транспулмоналното налягане ↑
Алвеоларното налягане спада под атмосферното
Въздухът навлиза в белите дробове

Издишване
При покой е пасивен процес
В края на вдишването инспираторните мускули се отпускат → гръдният кош се връща в
изходна позиция поради:
Еластични сили в хрущялите на ребрените
Масата на гръдния кош (1.5 кг)
Повърхностното напрежение
Интраплевралното налягане ↑ → транспулмоналното налягане ↓ → обемът на белите дробове ↓, а алвеоларното налягане ↑ → въздухът напуска белите дробове към атмосферата
Усилено издишване (при физическо натоварване) – включват се експираторните мускули (активен процес)
Вътрешни междуребрени мускули
Коремните мускули
Гръдни мускули

Вдишване
Диафрагмата и вътрешните междуребрени мускули се отпускат
Pip се връща към стойности преди вдишване
Транспулмоналното налягане се връща към стойности преди вдишване
Въздухът в алвеолите се компресира
Palv става по-голямо от Patm
Въздухът излиза от белите дробове

Къмплайънс
Отрицателно интраплеврално налягане (по-ниско от атмосферното)
Поради разлика в скоростта на нарастване на белите дробове и гръдния кош
Тенденцията на белите дробове да се свиват към хилуса (еластични сили в стените на белите дробове и повърхностно напрежение на водния слой отвътре на алвеолите
Къмплайънс (разтегливост на белите дробове) – определя при дадедно транспулмонално налягане колко ще се промени обема на белите дробове (поголям къмплайънс - по-лесно се разширяват белите дробове); ↓комплайънс изисква по-голямо транспулмонално налягане за същото разтягане на белите дробове
Сърфактант - синтезира се от тип ІІ пневмоците (необходими са кортизол и тироидни хормони)
Започва да се синтезира 32-гестационна седмица
Комплекс от фосфолипиди и протеини
Повлиява повърхностното напрежение като намалява кохезията между водните молекули
Секрецията се повишава при дълбоко дишане
Респираторен дистрес синдром

Пневмоторакс
Нарушаване на херметичността на гръдния кош
Интраплевралното и атмосферно налягане се изравняват и белите дробове се свиват към хилуса
Едностранен и двустранен пневмоторакс

Дихателни обеми. Съпротивление на въздухоносните пътища
Обемът на постъпващия въздух в белите дробове зависи от:
функционално състояние на организма
физическа натовареност
Количество обменян въздух за единица време:
Съпротивление на въздухоносните пътища
Нормално съпротивлението е ниско (минимална разлика в налягането придвижва голям обем въздух)
Съпротивлението на въздухоносните пътища се повлиява от
Физични – транспулмонално налягане
Нервни - нервно-ендокринни и паракринни фактори, които действат на гладките мускули (адреналин, левкотриени)
Химични фактори

Дихателни обеми
Дихателен обем - 500 ml въздух при спокойно дишане
Инспираторен резервен обем (допълнителен дихателен обем ) - въздухът, приет в повече при максимално вдишване след обикновено вдишване (2500 – 4300 ml)
Експираторен резервен обем (резервен обем ) - максималното количество въздух, издишан допълнително след нормално издишване (700 – 1200 ml)
Жизнена вместимост - максималният обем въздух, който може да се издиша след максимално вдишване (сумата от дихателния, инспираторният и експираторният обем)
Остатъчен обем - въздухът, който остава в белите дробове след максимално издишване (1000 – 1200 ml)
Функционален остатъчен капацитет - сборът от експираторния резервен обем и остатъчния обем
Инспираторен капацитет - сборът от дихателния обем и инспираторния резервен обем

Виталният капацитет
Зависи от:
Пола
Възрастта
Ръста на индивида
Разположението на тялото в пространството

Алвеоларна вентилация
Дихателен обем (500 ml) = въздухът в алвеолите (350 ml) + въздухът във въздухоносните пътища (150 ml)
Обем на анатомичното мъртво пространство (150 ml) – остават при издишване и постъпват първи в алвеолите при следващото вдишване
В алвеолите постъпват само 350 ml атмосферен въздух
Не позволяват големи промени в алвеоларното съдържание на О2 и СО2
Дихателна честота - 12 – 14 пъти в минута при покой
Mинутен дихателен обем (6 L)
МДО = ДО × ДЧ = 500 × 12 = 6000 𝑚𝑙

Минутна алвеоларна вентилация (4.2 L) – Най-голяма при малка честота на дишането и голям дихателен обем
↓ mри плитко повърхностно дишане – всеки дихателен обем остава в мъртвото пространство
↑ мъртво пространство трябва да ↑ дихателния обем за оптимална алвеоларна вентилация
Алвеоларно мъртво пространство – част от алвеоларния обем, която не участва в газовата обмяна
Физиологично мъртво пространство – алвеоларното мъртво пространство + анатомичното мъртво пространство
Теоретична жизнена вместимост
Жизнената вместимост зависи от:
Пола
Възрастта
Масата
Ръста
Повърхността на тялото
Гръдната обиколка и др.
Действителна жизнена вместимост × 100=Теоретична жизнена вместимост
Отклонението не бива да е повече от 10 – 15 %

Транспорт на газовете с кръвта
Хипо- и хипервентилация
Хиповентилация – съотношението произведен СО2 в тъканите/ алвеоларна вентилация нарасне (алвеоларната вентилация не може да следва темпото на образуване на СО2)  РСО2 в алвеолите нараства над нормалната стойност от 40 mmHg
Хипервентилация –съотношението произведен СО2 в тъканит