легеневі обсяги

Для дослідження функціонального стану апарату зовнішнього дихання як в клінічній практиці, так і в фізіологічних лабораторіях широко використовують визначення легеневих обсягів.

Розрізняють чотири основних положення грудної клітки, яким відповідають чотири основних обсягу легких: дихальний, додатковий, резервний і залишковий.

Дихальний обсяг - це кількість повітря, яке людина вдихає і видихає при спокійному диханні. Його обсяг становить 3 · 10 -4 -7 · 10 -4 м 3 (300-700 мл). Дихальний обсяг забезпечує підтримку певного рівня парціального тиску кисню і вуглекислого газу в альвеолярному повітрі, сприяючи тим самим нормальному напрузі газів в артеріальній крові.

Остаточний обсяг - це об'єм повітря, який залишається в легенях після максимально глибокого видиху. Остаточний обсяг дорівнює 1 · 10 -3 -1,5 · 10 -3 м 3 (1000-1500 мл).

Дихальний обсяг, резервні обсяги вдиху і видиху складають так звану життєву ємність легенів.

Життєва ємність легенів - це найглибше дихання, на яке здатний дана людина. Вона визначається тією кількістю повітря, яке може бути видалено з легких, якщо після максимального вдиху зробити максимальний видих.

Життєва ємність легенів у чоловіків молодого віку становить 3,5 · 10 -3 -4,8 · 10 -3 м 3 (3,5-4,8 л), у жінок - 3 · 10 -3 -3,5 · 10 -3 м 3 (3-3,5 л). Показники життєвої ємності легень вельми мінливі. Вони залежать від статі, зросту, віку, маси, положення тіла, стану дихальних м'язів, рівня збудливості дихального центру і інших чинників. За величиною життєвої ємності легень до певної міри можна судити про функціональні можливості апарату зовнішнього дихання.

Загальна ємність легенів складається з життєвої ємності легень і залишкового об'єму повітря.

Коллапсний повітря - це мінімальна кількість повітря, яке залишається в легенях після двостороннього відкритого пневмотораксу. Наявність коллапсного повітря в легенях доводиться простим досвідом. Встановлено, що шматочок тканини легені після пневмотораксу плаває у воді, а легке мертвонародженого, що не дихав плода тоне.

Частота і глибина дихання може мати значний вплив на циркуляцію повітря в легенях під час дихання, або на легеневу вентиляцію.

Легенева вентиляція - кількість повітря, обмінюване в 1 хв. За рахунок легеневої вентиляції оновлюється альвеолярне повітря і в ньому підтримується парціальний тиск кисню і вуглекислого газу на такому рівні, який забезпечує нормальний газообмін. Легеневу вентиляцію визначають шляхом множення дихального обсягу на кількість подихів в 1 хв (хвилинний об'єм дихання). У дорослої людини в стані відносного фізіологічного спокою легенева вентиляція становить 6 · 10 -3 -8 · 10 -3 м (6-8 л) в 1 хв. Визначення хвилинного обсягу дихання має діагностичне значення при легеневої патології.

Легеневі обсяги можуть бути визначені за допомогою спеціальних приладів спирометра і спірометру. Спирографических метод дозволяє реєструвати величини легеневих обсягів.

Транспорт газів кров'ю

Ми розглянули тільки одну сторону дихального процесу - зовнішнє дихання, т. Е. Обмін газів між організмом і навколишнім середовищем.

Місцем же споживання кисню і утворення вуглекислого газу є всі клітини організму, де здійснюється тканинний, або внутрішнє, дихання. Внаслідок цього, коли мова йде про диханні в цілому, необхідно враховувати шляхи і умови перенесення газів: кисню від легенів до тканин, вуглекислого газу від тканин до легень. Посередником між клітинами і зовнішнім середовищем є кров. Вона доставляє тканинам кисень і забирає від них вуглекислий газ.

Перехід газів з навколишнього середовища в рідину і з рідини в навколишнє середовище підпорядковується певним фізичним закономірностям. Кожен газ переходить в рідину в залежності від величини його парціального тиску.

Для позначення тиску газів в газовій суміші може бути використаний термін "напруга". Напруга виражається в міліметрах ртутного (мм рт. Ст.) Або водяного (мм вод. Ст.) Стовпа.

Рух газів з навколишнього середовища в рідину і з рідини в навколишнє середовище здійснюється через різницю їх парціального тиску. Газ завжди дифундує з середовища, де є високий тиск, в середу з меншим тиском. Це відбувається до тих пір, поки не встановиться динамічна рівновага газів.

Газообмін у всіх ланках дихального процесу підпорядковується розглянутим фізичним закономірностям.

Простежимо рух кисню з навколишнього середовища в альвеолярне повітря, потім в капілярах малого і великого кола кровообігу і до клітин організму.

Найвища парціальний тиск кисню в атмосферному повітрі 21,1 кПа (158 мм рт. Ст.), В альвеолярному повітрі 14,4-14,7 кПа (108-110 мм рт. Ст.) І в венозної крові, що притікає до легких , 5,33 кПа (40 мм рт. ст.). У артеріальної крові капілярів великого кола кровообігу напруга кисню становить 13,6-13,9 кПа (102-104 мм рт. Ст.), В міжтканинної рідини - 5,33 кПа (40 мм рт. Ст.), В тканинах - 2 , 67 кПа (20 мм рт. ст.) і менше, в залежності від функціональної активності клітин.

Таким чином, на всіх етапах руху кисню є різниця його парціального тиску, що сприяє дифузії газу.

Рух вуглекислого газу відбувається в протилежному напрямку. Найбільше напруга вуглекислого газу є в тканинах, в місцях його утворення, - 8,00 кПа і більше (60 мм рт. Ст. І більше), в венозної крові 6,13 кПа (46 мм рт. Ст.), А альвеолярном повітрі 5,33 кПа (40 мм рт. ст.) і в атмосферному повітрі 0,04 кПа (0,3 мм рт. ст.). Отже, різниця парціального тиску вуглекислого газу по шляху його проходження є причиною дифузії газу від тканин в навколишнє середовище. Схема дифузії газів через стінку альвеол представлена ​​на рис. 25. Однак одними фізичними закономірностями пояснити рух газів не можна. В живому організмі рівності парціального тиску кисню і вуглекислого газу на етапах їх руху ніколи не настає. У легенях постійно відбувається обмін газів внаслідок дихальних рухів грудної клітки, в тканинах ж різниця парціального тиску газів підтримується безперервним процесом окислення.

Мал. 25. Схема дифузії газів через мембрану альвеоли

Транспорт кисню кров'ю. Кисень в крові знаходиться в двох станах: фізичному розчиненні і в хімічній зв'язку з гемоглобіном. З 19 об.% Кисню, що витягується з артеріальної крові, тільки 0,3 об.% Знаходяться в розчиненому стані в плазмі, інша ж частина кисню хімічно пов'язана з гемоглобіном еритроцитів.

Насичення гемоглобіну киснем коливається від 96 до 98%. Ступінь насичення гемоглобіну киснем і дисоціація оксигемоглобіну (освіта відновленого гемоглобіну) не перебувають у прямій пропорційній залежності від напруги кисню. Ці два процеси не є лінійними, а відбуваються по кривій, яка отримала назву кривої зв'язування, або дисоціації, оксигемоглобина.

При нульовій напрузі кисню оксигемоглобина в крові немає. При низьких значеннях парціального тиску кисню швидкість утворення оксигемоглобіну невелика. Максимальна кількість гемоглобіну (45-80%) зв'язується з киснем при його напруженні 3,47-6,13 кПа (26-46 мм рт. Ст.). Подальше підвищення напруги кисню призводить до зниження швидкості утворення оксигемоглобіну (рис. 26).

Мал. 26. Криві дисоціації оксигемоглобіну в водному розчині (I) і в крові (II) при напрузі вуглекислого газу 5,33 кПа (40 мм рт. Ст.) (По Баркрофт)

Спорідненість гемоглобіну до кисню значно знижується при зсуві реакції крові в кислу сторону, що спостерігається в тканинах і клітинах організму внаслідок утворення вуглекислого газу. Це властивість гемоглобіну має важливе значення для організму. У капілярах тканин, де концентрація вуглекислого газу в крові збільшена, здатність гемоглобіну утримувати кисень зменшується, що полегшує його віддачу клітинам. В альвеолах легких, де частина вуглекислого газу переходить в альвеолярний повітря, здатність гемоглобіну зв'язувати кисень знову зростає.

Перехід гемоглобіну в оксигемоглобін і з нього в відновлений гемоглобін залежить від температури. При одному і тому ж парціальному тиску кисню в навколишньому середовищі при температурі тіла 37-38 ° С в відновлену форму переходить найбільшу кількість оксигемоглобіну.

Таким чином, транспорт кисню забезпечується в основному за рахунок хімічного зв'язку його з гемоглобіном еритроцитів. Насичення гемоглобіну киснем залежить в першу чергу від парціального тиску газу в атмосферному і альвеолярному повітрі. Однією з основних причин, що сприяють віддачі кисню гемоглобіном, є зрушення активної реакції середовища в тканинах в кислу сторону.

Кров, проходячи по капілярах великого кола кровообігу, віддає не весь свій кисень. Артеріальна кров містить близько 20 об.% Кисню, венозна - 12 об.%. Отже, з 20 об.% Тканини отримують всього 8 об.%, Або 40%, кисню, що міститься в крові. Різниця в кількості кисню в артеріальній і венозній крові називається артериовенозной різницею. Ця величина характеризує ту кількість кисню, яке переходить в тканини з 1 · 10 -1 л (100 мл) крові.

Транспорт вуглекислого газу кров'ю. Розчинність вуглекислого газу в крові набагато вище, ніж розчинність кисню. Однак тільки 2,5-3 об.% Вуглекислого газу із загального його кількості (55-58 об.%) Знаходиться в розчиненому стані. Велика частина вуглекислого газу міститься в крові і в еритроцитах у вигляді солей вугільної кислоти (48-51 об.%), Близько 4-5 об.% - в поєднанні з гемоглобіном, у вигляді карбгемоглобина, близько 2/3 всіх з'єднань вуглекислого газу знаходиться в плазмі і близько 1/3 - в еритроцитах.

Вугільна кислота утворюється в еритроцитах з вуглекислого газу і води. І. М. Сєченов вперше висловив думку про те, що в еритроцитах повинен міститися якийсь фактор типу каталізатора, який прискорює процес синтезу вугільної кислоти. Однак лише в 1935 р припущення, висловлене І. М. Сеченовим, було підтверджено. В даний час твердо встановлено, що в еритроцитах міститься вугільна ангидраза (карбоангидраза) - біологічний каталізатор, фермент, який значно в (в 300 разів) прискорює розщеплення вугільної кислоти в капілярах легких. У тканинних ж капілярах за участю карбоангідрази відбувається синтез вугільної кислоти в еритроцитах. Активність карбоангідрази в еритроцитах настільки велика, що синтез вугільної кислоти прискорюється в десятки тисяч разів.

Новоутворена вугільна кислота віднімає підстави від відновленого гемоглобіну, в результаті чого виходять солі вугільної кислоти - бікарбонати натрію в плазмі і бікарбонати калію в еритроцитах. Крім того, гемоглобін утворює хімічну сполуку з вуглекислим газом - карбгемоглобін. Вперше ця сполука виявлено І. М. Сеченовим. Роль карбгемоглобина в транспорті вуглекислого газу досить велика. Близько 25-30% вуглекислого газу, поглинати кров'ю в капілярах великого кола кровообігу, транспортується у вигляді карбгемоглобина. У легких гемоглобін приєднує кисень і переходить в оксигемоглобін. Оксигемоглобін є сильнішою кислотою, ніж вугільна. Внаслідок цього гемоглобін вступає в реакцію з бікарбонатами і витісняє з них вугільну кислоту. Вільна вугільна кислота розщеплюється карбоангидразой на вуглекислий газ і воду. Вуглекислий газ дифундує через мембрану легеневих капілярів і переходить в альвеолярний повітря. Зменшення напруги вуглекислого газу в капілярах легких сприяє розщепленню карбгемоглобина із звільненням вуглекислого газу.

Таким чином, вуглекислий газ переноситься до легким в формі бікарбонатів і в стані хімічної зв'язку з гемоглобіном (карбгемоглобін). Важлива роль в найскладніших механізмах транспорту вуглекислого газу належить карбоангидразой еритроцитів.

Кінцевою метою дихання є постачання всіх клітин, органів і тканин киснем, необхідним для їх життєдіяльності, і видалення з організму вуглекислого газу. Для здійснення цієї мети дихання необхідний ряд умов: 1) нормальна діяльність апарату зовнішнього дихання і достатня вентиляція легенів; 2) нормальний транспорт газів кров'ю; 3) забезпечення системою кровообігу достатнього кровотоку; 4) здатність тканин "забирати" з плинною крові кисень, утилізувати його і віддавати в кров вуглекислий газ.

Таким чином, нормальне тканинне дихання забезпечується функціональними взаємозв'язками між системами дихання, крові і кровообігу.