Отрицательное давление воздуха в дыхательной системе человека имеется в: отрицательное давление воздуха в дыхательной системе человека имеется в а)бронхах

отрицательное давление воздуха в дыхательной системе человека имеется в а)бронхах

почему у людей появляются попыломы (родинка)помогите пожалуйста по биологии​

С какого года Мендель проводил опыты по скрещиванию растений гороха? *2 баллаа)1854б)1830в)1890​

Избыточное количество углеводов в организме приводит к:  а) их превращению в белки б) отравлению организма в) их превращению в жиры​

что такое Аллельное исключение? * 2 балла а)отсутствие или инактивация одного из пары генов б)чистоту генов в)малое количество хромосом​

ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА КТО ДЕЛАЛ Какие из элементов содержания, проверяемых на ЕГЭ (из кодификатора ФИПИ по биологии за 2020 г.), помимо КЭС 2.7, учителю … целесообразно отработать с обучающимися на лабораторных работах по митозу и мейозу? Выберите три правильных ответа. КЭС 4.4 «Распознавание (на рисунках) органов растений» КЭС 3.8. «Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Значение генетики для селекции» КЭС 7.3 «Биологическое разнообразие, саморегуляция и круговорот веществ – основа устойчивого развития экосистем» КЭС 4.5 «Многообразие растений. Основные отделы растений» КЭС 3.3 «Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов» КЭС 4.2 «Бактерии – возбудители заболеваний растений, животных, человека»

Цифровой микроскоп, поставляемый в образовательные организации, позволяет изучать объекты: 1 в проходящем свете 2 в отраженном свете 3 в инфракрасном … свете 4 в ультрафиолетовом свете помогите пожалуйста

Оптический микроскоп, поставляемый в образовательные организации, позволяет изучать объекты на микропрепаратах: 1 в проходящем свете 2 в отраженном св … ете 3 в инфракрасном свете 4 в ультрафиолетовом свете

В лабораторной работе, посвященной тургору у растений, ученикам следует выбрать одно из следующих описаний этого биологического явления. Какое именно? … 1 разновидность осмотического давления 2 результат действия сосущих сил 3 напряженное состояние клеточной оболочки 4 измеряемый уровень осмотического давления

АНАТОМИЯ НА ПАЛЬЦАХ КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ!!! СРОЧНО!!!

Нарисуй 7 желтых квадратов. (раскрась их) Ниже нарисуй на 3 синих кружка меньше. Покажи двумя способами, как мы можем сделать Одинаковое количество пр … едметов.​срочно только правильный ответ дам 50 балов срочно

Второе дыхание: как спасают аппараты ИВЛ

Искусственная вентиляция легких применяется в тяжелых случаях заболевания COVID-19, при котором поражаются нижние дыхательные пути. Таким больным требуется срочное подключение к аппарату ИВЛ. Спрос на подобные устройства в условиях пандемии сегодня сильно превышает предложение.

Разбираемся, как работают аппараты искусственной вентиляции легких и почему их так остро не хватает при пандемии коронавируса.

История ИВЛ

Восстановление и поддержка дыхательных процессов волновали еще древних врачевателей и ученых. В классических трактатах содержатся теории дыхания и описания первых попыток искусственной вентиляции легких. Известно, что в XVI веке европейские реформаторы медицины Парацельс и Везалий применяли вентиляцию легких в своих практиках. С XVII века для поддержки дыхания использовались аппараты, устроенные на основе мехов для раздувания огня. К сожалению, такая вентиляция часто приводила к разрыву легких. Параллельно развиваются более щадящие мануальные методы вентиляции посредством наружного воздействия на грудную клетку.

Во второй половине XIX – начале XX века на волне научно-технического прогресса появляются новые методики и устройства для ИВЛ. В частности, в 1907 году был разработан мобильный респиратор Pulmotor «патефонного» типа, который применялся в горноспасательных работах. Однако ученые пришли к выводу, что экспираторные методы ИВЛ, основанные на активном вдувании воздуха в дыхательные пути, не физиологичны и могут приводить к негативным последствиям: изменению легочной механики, атрофии легочных мышц, недостаточному притоку крови к сердцу. Как следствие, появился новый тип устройств – камера с отрицательным давлением, в которую помещался пациент и из которой периодически откачивался воздух. Возникающий вакуум оказывал присасывающее воздействие на грудную клетку, создавая отрицательное давление в дыхательных путях и таким образом обеспечивая дыхание.

Пациенты, пораженные полиомиелитом, в аппаратах Энгстрёма, 1953 г. Фото: wikimedia.org

Как это часто бывает в медицине, ее развитию способствуют нерадостные события. Так, толчком для создания первого поколения современных аппаратов ИВЛ стали эпидемия полиомиелита 1940-50 гг. и Вторая мировая война, когда военные технологии активно использовались гражданскими медиками. В 1960-70-е годы компактные экспираторные приборы становятся основным типом аппаратов для ИВЛ. В это время в СССР начат выпуск серии аппаратов ИВЛ «РО». Они выпускались как с ручным, так и с автоматическим приводом, были просты в работе и эффективны.

Второе поколение аппаратов ИВЛ отличалось расширенными функциями мониторинга дыхания и появлением новых режимов работы. Для третьего поколения характерно широкое использование микропроцессоров, которые помогли эффективнее управлять устройствами. Сегодня медики имеют дело с аппаратами ИВЛ четвертого поколения. Кроме большого спектра режимов работы и широкого арсенала мониторинга параметров, их системы отклика отличаются высокой чувствительностью на дыхательную попытку пациента, то есть внимательно следят за тем, когда больной начнет дышать самостоятельно.
 

Последний шанс на спасение

Искусственная вентиляция легких – крайняя мера, необходимая в том случае, если дыхательная система человека не справляется самостоятельно. Известно, что без питания кислородом человек может прожить до 7 минут, дальше наступают необратимые изменения в мозге, остановка сердца и смерть. Аппарат ИВЛ замещает функцию дыхания и позволяет организму направить силы на восстановление. Очень часто подключение к аппарату ИВЛ является последним шансом на спасение пациента.

Аппарат работает следующим образом. С помощью компрессора под давлением в легкие подается воздух, в обратном направлении – из легких − выводится углекислый газ. Специальные устройства увлажняют входящую смесь и корректируют ее температуру. Также при наличии жидкости в легких она откачивается.

Общая схема работы аппарата ИВЛ

Вентиляция может выполняться двумя способами: неинвазивным и инвазивным. В первом случае воздух подается через плотно прилегающую маску. Такая вентиляция показана пациентам с более легкими симптомами. При инвазивном способе в трахею через рот или нос вводится интубационная трубка. Это довольно болезненная процедура, поэтому часто она сопровождается анестезией. Кроме того, пациент, подключенный к респиратору, не может ни есть, ни пить, ни разговаривать. Питание при этом подается через специальную трубку.

Несмотря на кажущуюся простоту процесса и возможности современных приборов работать в автоматическом режиме, аппарат ИВЛ может использоваться только квалифицированным медперсоналом. Поэтому покупка аппарата ИВЛ в личное пользование – довольно бессмысленная затея. Его обладателю придется также нанимать соответствующий штат медиков. И нужно понимать, что сам по себе аппарат не лечит. Он лишь дает возможность пройти тяжелый этап болезни, чтобы время и лекарственная терапия восстановили естественное дыхание.

«Искусственные легкие» для российских клиник 

Одно из серьезных осложнений от вируса COVID-19, с которым столкнулся весь мир – это быстрое развитие тяжелой пневмонии, при котором возникает острая дыхательная недостаточность. Такого больного нужно как можно быстрее подключить к аппарату искусственной вентиляции легких, иначе существует риск летального исхода. Еще раз повторим: подключение к аппарату ИВЛ требуется только самым тяжелым больным, находящимся на грани жизни и смерти.

Аппараты ИВЛ не являются чем-то уникальным и сегодня достаточно распространены. Ими оснащаются отделения интенсивной терапии, реанимационные, машины и вертолеты скорой помощи. Но в условиях пандемии резкий рост количества больных с острыми формами пневмонии привел к тому, что во всем мире возникла нехватка и аппаратов ИВЛ, и специалистов по работе с ними.

Глава Минпромторга Денис Мантуров отметил, что Россия уже сейчас является одной из самых обеспеченных стран в мире с точки зрения количества аппаратов ИВЛ на душу населения, и призвал еще увеличить производство. В стране есть несколько производителей ИВЛ, в числе которых − холдинги Госкорпорации Ростех КРЭТ и «Швабе». В линейке продукции Корпорации есть универсальные приборы, которые подходят как для взрослых, так и для детей, а также мобильные транспортные варианты для машин скорой помощи и бортов санитарной авиации.

Ростех, как крупнейший производитель аппаратов ИВЛ в России, также наращивает их производство. В соответствии с распоряжением правительства, основным поставщиком аппаратов искусственной вентиляции легких в региональные медучреждения назначен КРЭТ, а в качестве производственной площадки выступает Уральский приборостроительный завод. 

С начала 2010-х годов завод успешно производит аппараты ИВЛ под маркой «Авента». Это новое поколение «искусственных легких» – некоторые специалисты в области ИВЛ называют их «интеллектуальными». В частности, эти аппараты обладают активным клапаном выдоха – не препятствуют попыткам выдоха пациента в случае, если он начинает дышать самостоятельно. Кроме того, работа врача облегчается интуитивно понятным интерфейсом, а также возможностью передачи данных по Wi-Fi.

В апреле УПЗ получил заказ от государства на изготовление партии примерно в 6,7 тысячи аппаратов искусственной вентиляции легких для российских клиник. Предприятие работает над увеличением выпуска приборов до 3 тысяч единиц в месяц.

Дыхательная система

Дыханием называется процесс газообмена между организмом и окружающей, средой. Жизнедеятельность человека тесно связана с реакциями биологического окисления и сопровождается поглощением кислорода. Для поддержания окислительных процессов необходимо непрерывное поступление кислорода, который разносится кровью ко всем органам, тканям и клеткам, где большая его часть связывается с конечными продуктами расщепления, а организм освобождается от диоксида углерода. Сущность процесса дыхания и заключается в потреблении кислорода и выделении диоксида углерода. (Н.Е.Ковалев, Л.Д.Шевчук, О.И.Щуренко. Биология для подготовительных отделений медицинских институтов.)

Функции дыхательной системы.

Кислород находится в окружающем нас воздухе.
Он может проникнуть сквозь кожу, но лишь в небольших количествах, совершенно недостаточных для поддержания жизни. Существует легенда об итальянских детях, которых для участия в религиозной процессии покрасили золотой краской; история дальше повествует, что все они умерли от удушья, потому что «кожа не могла дышать». На основании научных данных смерть от удушья здесь совершенно исключена, так как поглощение кислорода через кожу едва измеримо, а выделение двуокиси углерода составляет менее 1% от ее выделение через легкие. Поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа обеспечивает дыхательная система. Транспорт газов и других необходимых организму веществ осуществляется с помощью кровеносной системы. Функция дыхательной системы сводится лишь к тому, чтобы снабжать кровь достаточным количеством кислорода и удалять из нее углекислый газ. Химическое восстановление молекулярного кислорода с образованием воды служит для млекопитающих основным источником энергии. Без нее жизнь не может продолжаться дольше нескольких секунд. Восстановлению кислорода сопутствует образование CO₂. Кислород входящий в CO₂ не происходит непосредственно из молекулярного кислорода. Использование O₂ и образование CO₂ связаны между собой промежуточными метаболическими реакциями; теоретически каждая из них длятся некоторое время. Обмен O₂ и CO₂ между организмом и средой называется дыханием. У высших животных процесс дыхания осуществляется благодаря ряду последовательных процессов. 1. Обмен газов между средой и легкими, что обычно обозначают как «легочную вентиляцию». 2. Обмен газов между альвеолами легких и кровью (легочное дыхание). 3. Обмен газов между кровью и тканями. Наконец, газы переходят внутри ткани к местам потребления (для O₂) и от мест образования (для CO₂) (клеточное дыхание). Выпадение любого из этих четырех процессов приводят к нарушениям дыхания и создает опасность для жизни человека.
 
Анатомия.
 
Дыхательная система человека состоит из тканей и органов, обеспечивающих легочную вентиляцию и легочное дыхание. К воздухоносным путям относятся: нос, полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы. Легкие состоят из бронхиол и альвеолярных мешочков, а также из артерий, капилляров и вен легочного круга кровообращения. К элементам костно-мышечной системы, связанным с дыханием, относятся ребра, межреберные мышцы, диафрагма и вспомогательные дыхательные мышцы.

Воздухоносные пути.

Нос и полость носа служат проводящими каналами для воздуха, в которых он нагревается, увлажняется и фильтруется. В полости носа заключены также обонятельные рецепторы.
Наружная часть носа образована треугольным костно-хрящевым остовом, который покрыт кожей; два овальных отверстия на нижней поверхности-ноздри-открываются каждое в клиновидную полость носа. Эти полости разделены перегородкой. Три легких губчатых завитка (раковины) выдаются из боковых стенок ноздрей, частично разделяя полости на четыре незамкнутых прохода (носовые ходы). Полость носа выстлана богато васкуляризованной слизистой оболочкой. Многочисленные жесткие волоски, а также снабженные ресничками эпителиальные и бокаловидные клетки служат для очистки вдыхаемого воздуха от твердых частиц. В верхней части полости лежат обонятельные клетки.

Гортань лежит между трахеей и корнем языка. Полость гортани разделена двумя складками слизистой оболочки, не полностью сходящимися по средней линии. Пространство между этими складками — голосовая щель защищено пластинкой волокнистого хряща — надгортанником. По краям голосовой щели в слизистой оболочке лежат фиброзные эластичные связки, которые называются нижними, или истинными, голосовыми складками (связками). Над ними находятся ложные голосовые складки, которые защищают истинные голосовые складки и сохраняют их влажными; они помогают также задерживать дыхание, а при глотании препятствуют попаданию пищи в гортань.   Специализированные мышцы натягивают и расслабляют истинные и ложные голосовые складки. Эти мышцы играют важную роль при фонации, а также препятствуют попаданию каких-либо частиц в дыхательные пути.

Трахея начинается у нижнего конца гортани и спускается в грудную полость, где делится на правый и левый бронхи; стенка ее образована соединительной тканью и хрящом. У большинства млекопитающих хрящи образуют неполные кольца. Части, примыкающие к пищеводу, замещены фиброзной связкой. Правый бронх обычно короче и шире левого. Войдя в легкие, главные бронхи постепенно делятся на все более мелкие трубки (бронхиолы), самые мелкие из которых-конечные бронхиолы являются последним элементом воздухоносных путей. От гортани до конечных бронхиол трубки выстланы мерцательным эпителием.

Легкие
 
В целом легкие имеют вид губчатых, по-тых конусовидных образований, лежащих о обеих половинах грудной полости. Наименьший структурный элемент легкого — долька состоит из конечной бронхиолы, ведущей в легочную бронхиолу и альвеолярный мешок. Стенки легочной бронхиолы и альвеолярного мешка образуют углубления-альвеолы. Такая структура легких увеличивает их дыхательную поверхность, которая в 50-100 раз превышает поверхность тела. Относительная величина поверхности, через которую в легких происходит газообмен, больше у животных с высокой активностью и подвижностью.Стенки альвеол состоят из одного слоя эпителиальных клеток и окружены легочными капиллярами. Внутренняя поверхность альвеолы покрыта поверхностно-активным веществом сурфактантом. Как полагают, сурфактант является продуктом секреции гранулярных клеток. Отдельная альвеола, тесно соприкасающаяся с соседними структурами, имеет форму неправильного многогранника и приблизительные размеры до 250 мкм. Принято считать, что общая поверхность альвеол, через которую осуществляется газообмен, экспоненциально зависит от веса тела. С возрастом отмечается уменьшение площади поверхности альвеол.

Плевра

Каждое легкое окружено мешком -плеврой. Наружный (париетальный) листок плевры примыкает к внутренней поверхности грудной стенки и диафрагме, внутренний (висцеральный) покрывает легкое. Щель между листками называется плевральной полостью. При движении грудной клетки внутренний листок обычно легко скользит по наружному. Давление в плевральной полости всегда меньше атмосферного (отрицательное). В условиях покоя внутриплевральное давление у человека в среднем на 4,5 торр ниже атмосферного (-4,5 торр). Межплевральное пространство между легкими называется средостением; в нем находятся трахея, зобная железа (тимус) и сердце с большими сосудами, лимфатические узлы и пищевод.
 
Кровеносные сосуды легких
 
Легочная артерия несет кровь от правого желудочка сердца, она делится на правую и левую ветви, которые направляются к легким. Эти артерии ветвятся, следуя за бронхами, снабжают крупные структуры легкого и образуют капилляры, оплетающие стенки альвеол.

Воздух в альвеоле отделен от крови в капилляре стенкой альвеолы, стенкой капилляра и в некоторых случаях промежуточным слоем между ними. Из капилляров кровь поступает в мелкие вены, которые в конце концов соединяются и образуют легочные вены, доставляющие кровь в левое предсердие.
Бронхиальные артерии большого круга тоже приносят кровь к легким, а именно снабжают бронхи и бронхиолы, лимфатические узлы, стенки кровеносных сосудов и плевру. Большая часть этой крови оттекает в бронхиальные вены, а оттуда — в непарную (справа) и в полунепарную (слева). Очень небольшое количество артериальной бронхиальной крови поступает в легочные вены.
 
Дыхательные мышцы
 
Дыхательные мышцы — это те мышцы, сокращения которых изменяют объем грудной клетки. Мышцы, направляющиеся от головы, шеи, рук и некоторых верхних грудных и нижних шейных позвонков, а также наружные межреберные мышцы, соединяющие ребро с ребром, приподнимают ребра и увеличивают объем грудной клетки. Диафрагма — мышечно-сухожильная пластина, прикрепленная к позвонкам, ребрам и грудине,отделяет грудную полость от брюшной. Это главная мышца, участвующая в нормальном вдохе. При усиленном вдохе сокращаются дополнительные группы мышц. При усиленном выдохе действуют мышцы, прикрепленные между ребрами (внутренние межреберные мышцы), к ребрам и нижним грудным и верхним поясничным позвонкам, а также мышцы брюшной полости; они опускают ребра и прижимают брюшные органы к расслабившейся диафрагме, уменьшая таким образом емкость грудной клетки.
 
Легочная вентиляция
 
Пока внутриплевральное давление остается ниже атмосферного, размеры легких точно следуют за размерами грудной полости. Движения легких совершаются в результате сокращения дыхательных мышц в сочетании с движением частей грудной стенки и диафрагмы.
 
Дыхательные движения
 
Расслабление всех связанных с дыханием мышц придает грудной клетке положение пассивного выдоха. Соответствующая мышечная активность может перевести это положение во вдох или же усилить выдох.
Вдох создается расширением грудной полости и всегда является активным процессом. Благодаря своему сочленению с позвонками ребра движутся вверх и наружу, увеличивая расстояние от позвоночника до грудины, а также боковые размеры грудной полости (реберный или грудной тип дыхания). Сокращение диафрагмы меняет ее форму из куполообразной в более плоскую, что увеличивает размеры грудной полости в продольном направлении (диафрагмальный или брюшной тип дыхания). Обычно главную роль во вдохе играет диафрагмальное дыхание. Поскольку люди — существа двуногие, при каждом движении ребер и грудины меняется центр тяжести тела и возникает необходимость приспособить к этому разные мышцы.
При спокойном дыхании у человека обычно достаточно эластических свойств и веса переместившихся тканей, чтобы вернуть их в положение, предшествующее вдоху. Таким образом, выдох в покое происходит пассивно вследствие постепенного снижения активности мышц, создающих условие для вдоха. Активный выдох может возникнуть вследствие сокращения внутренних межреберных мышц в дополнение к другим мышечным группам, которые опускают ребра, уменьшают поперечные размеры грудной полости и расстояние между грудиной и позвоночником. Активный выдох может также произойти вследствие сокращения брюшных мышц, которое прижимает внутренности к расслабленной диафрагме и уменьшает продольный размер грудной полости.
Расширение легкого снижает (на время) общее внутрилегочное (альвеолярное) давление. Оно равно атмосферному, когда воздух не движется, а голосовая щель открыта. Оно ниже атмосферного, пока легкие не наполнятся при вдохе, и выше атмосферного при выдохе. Внутриплевральное давление тоже меняется на протяжении дыхательного движения; но оно всегда ниже атмосферного (т. е. всегда отрицательное).
 
Изменения объема легких
 
У человека легкие занимают около 6% объема тела независимо от его веса. Объем легкого меняется при вдохе не всюду одинаково. Для этого имеются три главные причины, во-первых, грудная полость увеличивается неравномерно во всех направлениях, во-вторых, не асе части легкого одинаково растяжимы. В-третьих, предполагается существование гравитационного эффекта, который способствует смещению легкого книзу.
Объем воздуха, вдыхаемый при обычном (неусиленном) вдохе и выдыхаемой при обычном (неусиленном) выдохе, называется дыхательным воздухом. Объем максимального выдоха после предшествовавшего максимального вдоха называется жизненной емкостью. Она не равна всему объему воздуха в легком (общему объему легкого), поскольку легкие полностью не спадаются. Объем воздуха, который остается в наспавшихся легких, называется остаточным воздухом. Имеется дополнительный объем, который можно вдохнуть при максимальном усилии после нормального вдоха. А тот воздух, который выдыхается максимальным усилием после нормального выдоха, это резервный объем выдоха. Функциональная остаточная емкость состоит из резервного объема выдоха и остаточного объема. Это тот находящийся в легких воздух, в котором разбавляется нормальный дыхательный воздух. Вследствие этого состав газа в легких после одного дыхательного движения обычно резко не меняется.
Минутный объем V-это воздух, вдыхаемый за одну минуту. Его можно вычислить, умножив средний дыхательный  объем (V_t) на число дыханий в минуту (f), или V=fV_t. Часть V_t, например, воздух в трахее и бронхах до конечных бронхиол и в некоторых альвеолах, не участвует в газообмене, так как не приходит в соприкосновение с активным легочным кровотоком — это так называемое «мертвое» пространство (V_d). Часть V_t, которая участвует в газообмене с легочной кровью, называется альвеолярным объемом (V_A). С физиологической точки зрения альвеолярная вентиляция (V_A) — наиболее существенная часть наружного дыхания V_A=f(V_t-V_d), так как она является тем объемом вдыхаемого за минуту воздуха, который обменивается газами с кровью легочных капилляров.
 
Легочное дыхание
 
Газ является таким состоянием вещества, при котором оно равномерно распределяется по ограниченному объему. В газовой фазе взаимодействие молекул между собой незначительно. Когда они сталкиваются со стенками замкнутого пространства,их движение создает определенную силу; эта сила, приложенная к единице площади, называется давлением газа и выражается в миллиметрах ртутного столба.

Гигиенические рекомендации в отношении органов дыхания включают согревание воздуха, очищение его от пыли и болезнетворных организмов. Этому способствует носовое дыхание. На поверхности слизистой носа и носоглотки есть множество складок, обеспечивающих при прохождении воздуха его согревание, что предохраняет человека от простудных заболеваний в холодное время года. Благодаря носовому дыханию увлажняется сухой воздух, удаляется мерцательным эпителием осевшая пыль, предохраняется от повреждения зубная эмаль, которое происходило бы при вдыхании холодного воздуха через рот. Через органы дыхания в организм вместе с воздухом могут проникать возбудители гриппа, туберкулеза, дифтерии, ангины и др. Большинство их, так же как пылинки, прилипает к слизистой воздухоносных путей и удаляется из них ресничным эпителием, а микробы обезвреживаются слизью. Но часть микроорганизмов оседает в дыхательных путях и может вызвать различные заболевания.
Правильное дыхание возможно при нормальном развитии грудной клетки, что достигается систематическими физическими упражнениями на открытом воздухе, правильной позой во время сидения за столом, прямой осанкой при ходьбе и стоянии. В плохо проветриваемых помещениях воздух содержит от 0,07 до 0,1%CО₂, что очень вредно.
Большой вред здоровью наносит курение. Оно вызывает постоянное отравление организма и раздражение слизистых оболочек дыхательных путей. О вреде курения говорит и тот факт, что у курильщиков рак легких бывает значительно чаще, чем у некурящих. Табачный дым вреден не только самим курильщикам, но и тем, кто остается в атмосфере табачного дыма — в жилом помещении или на производстве.
Борьба с загрязнением атмосферного воздуха в городах включает систему очистных установок на промышленных предприятиях и широкое озеленение. Растения, выделяя в атмосферу кислород и испаряя в большом количестве воду, освежают и охлаждают воздух. Листья деревьев задерживают пыль, вследствие чего воздух становится чище и прозрачнее. Важное значение для здоровья имеют правильное дыхание и систематическое закаливание организма, для чего необходимо часто бывать на свежем воздухе, совершать прогулки, желательно за город, в лес.

Тест по биологии на тему: Дыхательная система»(8 класс)

Дыхательная система

1. Центр дыхательных рефлексов расположен в

1) мозжечке,

2) среднем мозге

3) продолговатом мозге

4) промежуточном мозге

2.. У человека, растений, животных, грибов и большинства бактерий в процессе дыхания происходит 

1) образование сложных органических веществ из неорганических

2) окисление органических веществ и освобождение энергии

3) значительное увеличение массы тела и его размеров

4) значительное уменьшение массы тела и изменение его размеров

3. Дышать следует через нос, так как в носовой полости 

1) происходит газообмен

2) образуется много слизи

3) имеются хрящевые полукольца

4) воздух согревается и очищается

4.. Главная роль дыхательной системы в организме- 

1) перенос кровью кислорода;

2) перенос кровью углекислого газа;

3) снабжение крови кислородом и удаление из нее углекислого газа;

4) снабжение крови углекислым газом.

5. Орган, в который воздух при вдохе попадает из гортани, называется 

1) носовая полость

2) лёгкое

3) бронх

4) трахея

6. В грудной полости у человека располагается

 

1) желудок

2) печень

3) трахея

4) поджелудочная железа

7. Определите последовательность движения воздуха к легким по дыхательным путям человека

 

1) носовая полость -> носоглотка -> трахея -> гортань -> бронхи -> легочные пузырьки

2) носовая полость -> носоглотка -> гортань -> бронхи -> трахея -> легочные пузырьки

3) носовая полость -> носоглотка -> гортань -> трахея -> бронхи -> легочные пузырьки

4) носовая полость -> носоглотка -> бронхи -> гортань -> трахея -> легочные пузырьки

8.Отрицательное давление воздуха в дыхательной системе человека имеется в

 

1) бронхах

2) плевральной полости

3) альвеолах лёгких

4) гортани

9. Из альвеол, оплетённых капиллярной сетью, состоят

 

1) бронхи

2) лёгкие

3) печень

4) почки

10. Диафрагма в теле человека — это

 

1) пространство между листками плевральной полости

2) мышца, разделяющая грудную и брюшную полости

3) плёнка из соединительной ткани, связывающая отделы кишечника

4) мышца, образующая сердечную сумку

11.Частота дыхания у человека в плохо проветриваемом помещении увеличивается, так как в воздухе этого помещения содержится много

 

1) кислорода

2) оксида азота

3) углекислого газа

4) водорода

 

Механика человеческого дыхания

Результаты обучения

• Опишите, как структуры легких и грудной полости контролируют механику дыхания

Рис. 1. На этом графике показаны данные оригинального эксперимента Бойля 1662 года, который показывает, что давление и объем обратно пропорциональны. Единицы не указаны, поскольку Бойль использовал произвольные единицы в своих экспериментах.

Закон Бойля — это закон газа, который гласит, что в замкнутом пространстве давление и объем обратно пропорциональны.По мере уменьшения объема давление увеличивается и наоборот (рис. 1). Связь между давлением газа и объемом помогает объяснить механику дыхания.

В грудной полости всегда присутствует небольшое отрицательное давление, которое помогает держать дыхательные пути легких открытыми. Во время вдоха объем увеличивается в результате сжатия диафрагмы, а давление уменьшается (согласно закону Бойля). Это снижение давления в грудной полости относительно окружающей среды делает полость меньше атмосферы (рис. 2а).Из-за этого падения давления воздух устремляется в дыхательные пути. Для увеличения объема легких грудная стенка расширяется. Это происходит в результате сокращения межреберных мышц, , мышц, которые связаны с грудной клеткой. Объем легких увеличивается за счет сокращения диафрагмы и сокращения межреберных мышц, расширяя грудную полость. Это увеличение объема грудной полости снижает давление по сравнению с атмосферным, поэтому воздух устремляется в легкие, увеличивая его объем.Результирующее увеличение объема в значительной степени объясняется увеличением альвеолярного пространства, потому что бронхиолы и бронхи представляют собой жесткие структуры, которые не меняются в размере.

Рис. 2. Легкие, грудная стенка и диафрагма участвуют в дыхании, как (а) вдохе, так и (б) выдохе. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреаль)

Рис. 3. Слой ткани, называемый плеврой, окружает легкое и внутреннюю часть грудной полости. (кредит: модификация работы НЦИ)

Грудная стенка расширяется в сторону от легких.Легкие эластичны; поэтому, когда воздух заполняет легкие, упругая отдача в тканях легкого оказывает давление обратно внутрь легких и выталкивает воздух обратно из легких. Эти внешние и внутренние силы соревнуются в надувании и сдутии легкого при каждом вдохе. На выдохе легкие отскакивают, вытесняя воздух из легких, и межреберные мышцы расслабляются, возвращая грудную стенку в исходное положение (рис. 2b).

Диафрагма также расслабляется и перемещается выше в грудную полость.Это увеличивает давление в грудной полости по сравнению с окружающей средой, и воздух устремляется из легких. Выход воздуха из легких — пассивное явление; никакие мышцы не сокращаются, чтобы изгнать воздух.

Каждое легкое окружено инвагинированным мешком. Слой ткани, покрывающий легкое и впадающий в пространство, называется висцеральной плеврой . Второй слой париетальной плевры выстилает внутреннюю часть грудной клетки (рис. 3). Пространство между этими слоями, внутриплевральное пространство , содержит небольшое количество жидкости, которая защищает ткань и уменьшает трение, возникающее при трении слоев ткани друг с другом, когда легкие сокращаются и расслабляются. Плеврит возникает, когда эти слои ткани воспаляются; это болезненно, потому что воспаление увеличивает давление в грудной полости и уменьшает объем легкого.

Посмотрите, как закон Бойля связан с дыханием, и посмотрите это видео:

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

Физиология, закон Бойля — StatPearls

Введение

Закон Бойля — это газовый закон, который описывает соотношение между давлением и объемом газа для массы и температуры.Этот закон является механизмом функционирования дыхательной системы человека. Закон Бойля эквивалентен PV = K (P — давление, V — объем, K — постоянная величина), или можно утверждать, что давление обратно пропорционально объему.

Проблемы, вызывающие озабоченность

Легкие не подчиняются закону Бойля во всех объемах. В состоянии покоя с нормальным дыхательным объемом, когда альвеолы ​​не сплющены и легкие не работают на полную мощность, легкие следуют пропорциональным изменениям объема и давления в соответствии с законом Бойля.При малых объемах легких требуется большое изменение давления для небольших изменений объема (низкая податливость легочной ткани). При больших объемах в легких требуется более отрицательное давление для расширения ткани, что опять же не соответствует прямой зависимости, как того требует закон Бойля. При малых и больших объемах легкое имеет низкую податливость, что означает, что способность ткани расширяться или ее эластичность снижается (податливость = [изменение объема] / [изменение давления]) . [1]

Вовлеченные системы органов

Основной системой органов, участвующей в использовании закона Бойля, является дыхательная система.Человеческое тело приносит воздух в легкие за счет отрицательного давления. Исходно грудная полость находится в статическом равновесии с внутриплевральным давлением около -5 см вод. Во время вдоха происходит сокращение инспираторных мышц (диафрагмы, наружных межреберных мышц; дополнительные мышцы, такие как лестничная и грудинно-ключично-сосцевидная мышцы, могут принимать участие при определенных обстоятельствах), что увеличивает внутригрудной объем. Благодаря совместному движению легких и грудной стенки легкие начнут расширяться по мере того, как грудная клетка расширяется во время вдоха.Согласно закону Бойля, по мере увеличения объема давление должно уменьшаться, поэтому по мере увеличения внутриплеврального объема внутриплевральное давление снижается примерно до -8 см вод. Ст. В конце вдоха. [1]

На исходном уровне (покой) альвеолярное давление равно атмосферному давлению (0 см вод. Ст.), А во время вдоха это давление упадет до -1 см вод. Ст., Поскольку объем внутри альвеол увеличивается. Когда альвеолярное давление падает ниже атмосферного, воздух поступает в легкие для газообмена.[1]

Когда мышцы вдоха расслабляются, объем грудной клетки уменьшается, поэтому давление увеличивается и вытесняет альвеолярный воздух обратно в атмосферу. При вдохе: увеличивается объем легких, снижается внутриплевральное давление. С выдохом: объем легких уменьшается, внутриплевральное давление увеличивается. [1]

Функция

Внутриплевральное давление — это термин, обозначающий давление внутри внутриплеврального пространства; альвеолярное давление — это давление внутри альвеол. Поскольку внутриплевральное и альвеолярное давление становится все более отрицательным из-за расширения грудной полости во время вдоха, воздух из атмосферы поступает в легкие, что позволяет объему легких увеличиваться и участвовать в газообмене.

Соответствующее тестирование

Тестирование, связанное с механизмом действия закона Бойля, может быть применено к объему в легком и уравнениям для описания того, сколько воздуха движется.

Минутная вентиляция, рассчитываемая как произведение дыхательного объема и частоты дыхания, по сути, представляет собой количество вдыхаемого воздуха каждую минуту. Эти два фактора контролируют вентиляцию, которая напрямую зависит от расширения объема грудной полости и снижения давления во внутриплевральном пространстве и альвеолах, что позволяет легким заполняться воздухом, создавая дыхательный объем.При достаточном дыхательном объеме будет обеспечена нормальная частота дыхания. Если дыхательный объем недостаточен, произойдет компенсационное увеличение частоты дыхания в попытке поддерживать нормальную минутную вентиляцию. [2]

Минутная альвеолярная вентиляция — это уравнение, которое также зависит от закона Бойля и обратной зависимости давления и объема грудной полости. Альвеолярная вентиляция — это количество воздуха, которое достигает альвеол для газообмена при каждом вдохе; рассчитывается путем вычитания мертвого пространства из дыхательного объема и последующего умножения на частоту вентиляции.[2]

Патофизиология

При пневмотораксе или гемотораксе повышенное давление во внутриплевральном пространстве. Из-за этого повышенного давления он перемещает состояние покоя, составляющее примерно -5 см ч3O, на более высокое значение в зависимости от степени заболевания. Когда это произойдет, потребуется гораздо более значительное расширение грудной полости, чтобы создать отрицательное давление, чтобы вывести воздух из атмосферы. При напряженном пневмотораксе давление в плевральной полости постоянно увеличивает внутриплевральное давление, тем самым уменьшая объем легких.Напряженный пневмоторакс может вызвать давление, достаточное для того, чтобы вызвать сдвиг средостения, который в конечном итоге препятствует венозному возврату в правую часть сердца и сердечно-сосудистой недостаточности. [3] [4] [5]

Клиническая значимость

При рождении новорожденные рождаются без воздуха в альвеолах; таким образом, объем равен нулю. Податливость (эластичность легочной ткани) при рождении низкая. Следовательно, усилия по созданию отрицательного внутриплеврального давления во время начальных вдохов высоки, однако при последовательных вдохах легкие наполняются воздухом и становятся более податливыми.По мере того, как легкие становятся более податливыми, легкие новорожденного будут следовать закону Бойля об обратной зависимости давления и объема [1].

Пневмоторакс — это клиническое состояние, которое может быть первичным (обычно в результате травмы) или вторичным (у пациента есть предрасполагающее состояние, такое как ХОБЛ). Закон Бойля определяет, как воздух попадает в легкие. По мере того, как внутригрудное давление становится все более отрицательным, внутриальвеолярное давление падает ниже атмосферного, в результате чего воздух попадает в легкие.При пневмотораксе повышенное давление во внутриплевральном пространстве вызывает необходимость в увеличении силы для создания отрицательного давления, достаточного для проникновения воздуха в легкие. [3] [4] [5]

Закон Бойля также применяется при использовании медицинского шприца. Когда цилиндр шприца пуст, говорят, что он находится в нейтральном состоянии, поскольку в шприце нет воздуха. При оттягивании плунжера объем цилиндра увеличивается, поэтому по закону Бойля давление уменьшается.Таким образом, жидкость втягивается в цилиндр для уравновешивания давления внутри шприца и вне шприца.

Аквалангисты должны знать закон Бойля при спуске и подъеме на большие глубины. Когда дайвер спускается в воду, давление на легкие человека увеличивается, и, следовательно, согласно закону Бойля, объем воздуха в легких должен уменьшаться. По мере того, как дайвер всплывает в воде и давление на грудную клетку уменьшается, объем воздуха увеличивается. Важно постоянно выдыхать, чтобы выпустить объем газа, если этого не происходит, дайвер может испытать легочную баротравму, которая представляет собой чрезмерное расширение и разрыв альвеол.У дайвера может быть пневмоторакс (боль в груди, одышка, одностороннее снижение звуков дыхания) или пневмомедиастинум (боль в шее, плевритная боль в груди, одышка, кашель; может быть подкожная эмфизема, вызывающая крепитацию при пальпации). [6]

Дополнительное образование / Контрольные вопросы

Ссылки

1.

Mortola JP. Как дышать? Дыхательная механика и характер дыхания. Respir Physiol Neurobiol. 2019 Март; 261: 48-54. [PubMed: 30605732]

2.

Тантуччи К., Боттон Д., Боргези А., Герини М., Квадри Ф., Пини Л. Методы измерения объема легких: есть ли лучший? Дыхание. 2016; 91 (4): 273-80. [PubMed: 26982496]

3.

Имран Дж.Б., Истман А.Л. Пневмоторакс. ДЖАМА. 2017 12 сентября; 318 (10): 974. [PubMed: 28898380]

4.

Swierzy M, Helmig M, Ismail M, Rückert J, Walles T., Neudecker J. [Пневмоторакс]. Zentralbl Chir. 2014 сентябрь; 139 Приложение 1: S69-86; викторина S87. [PubMed: 25264729]

5.

Аршад Х, Янг М., Адурти Р., Сингх А.С. Острый пневмоторакс. Crit Care Nurs Q. Апрель-июнь 2016; 39 (2): 176-89. [PubMed: 26919678]

6.

Уокер, III младший, Хексдалл EJ, Мерфи-Лавуа HM. StatPearls [Интернет]. StatPearls Publishing; Остров сокровищ (Флорида): 1 августа 2020 г. Газовая эмболия у дайвинга. [PubMed: 29493946]

Дыхательная система — канал лучшего здоровья

Для выживания нашим клеткам нужен кислород. Одним из продуктов жизнедеятельности клеток является другой газ, называемый углекислым газом.Дыхательная система забирает кислород из воздуха, которым мы дышим, и удаляет нежелательный углекислый газ.

Главный орган дыхательной системы — легкие. Другие органы дыхания включают нос, трахею и дыхательные мышцы (диафрагму и межреберные мышцы).

Нос и трахея

Вдыхание через нос согревает и увлажняет вдыхаемый воздух. Волосы в носу помогают задерживать частицы пыли. Нагретый воздух попадает в легкие через дыхательное горло или трахею.Трахея представляет собой полую трубку, поддерживаемую кольцами хряща, чтобы предотвратить ее разрушение.

Легкие

Легкие находятся внутри грудной клетки, защищены грудной клеткой и покрыты мембраной, называемой плеврой. Легкие похожи на гигантские губки. Они заполнены тысячами трубок, ответвляющихся все меньше и меньше. Самыми маленькими компонентами являются воздушные мешочки, называемые «альвеолами». Каждый из них имеет тонкую сетку капилляров. Здесь происходит обмен кислорода и углекислого газа.

Дыхательные мышцы

Чтобы оставаться раздутыми, легкие полагаются на вакуум внутри грудной клетки. Диафрагма — это мышечный лист, расположенный под легкими. Когда мы дышим, диафрагма сжимается и расслабляется. Это изменение давления воздуха означает, что воздух «всасывается» в легкие при вдохе и «выталкивается» из легких при выдохе.

Межреберные мышцы между ребрами помогают изменять внутреннее давление, поднимая и расслабляя грудную клетку в ритме с диафрагмой.

Газообмен

Кровь, содержащая углекислый газ, попадает в капилляры, выстилающие альвеолы. Газ перемещается из крови через тонкий слой влаги в воздушный мешок. Затем выдыхается углекислый газ.

При вдыхании кислород втягивается в альвеолы, где он переходит в кровь, используя ту же пленку влаги.

Речь и дыхательная система

Дыхательная система также позволяет нам разговаривать. Выдыхаемый воздух проходит по голосовым связкам внутри горла.Звук голоса зависит от:

• напряжения и длины голосовых связок
• формы груди
• количества выдыхаемого воздуха.

Проблемы дыхательной системы

Некоторые общие проблемы дыхательной системы включают:

• астма — хрипы и одышка, вызванные сужением дыхательных путей
• бронхит — воспаление больших дыхательных путей легких
• эмфизема — болезнь альвеолы ​​(воздушные мешочки) легких
• сенная лихорадка — аллергическая реакция на пыльцу, пыль или другие раздражители
• грипп — вызванный вирусами
• ларингит — воспаление голосового аппарата (гортани)
• пневмония — инфекция легкое.

Куда обратиться за помощью

Физиология человека — Дыхание

Физиология человека — Дыхание БИО 301
Физиология человека

Дыхание

---

Дыхательная система:

• Основная функция — получение кислорода для использования клетками организма и удаление углекислый газ, который клетки производят
• Включает дыхательные пути, ведущие в легкие (и из них), а также легкие сами
• Путь воздуха: носовые полости (или ротовая полость)> глотка> трахея> первичный бронхи (правые и левые)> вторичные бронхи> третичные бронхи> бронхиолы > альвеолы ​​(место газообмена)

Дыхательная система

www.niehs.nih.gov/oc/factsheets/ozone/ithurts.htm

Дыхание

Обмен газов (O2 и CO2) Между альвеолами и кровью происходит простая диффузия: O2 диффундирует из альвеол в кровь и CO2 из крови в альвеолы. Для диффузии требуется градиент концентрации. Итак, концентрация (или давление) O2 в альвеолах должен поддерживаться на более высоком уровне, чем в крови, и концентрация (или давление) СО2 в альвеолах должно поддерживаться на уровне рычаг ниже, чем в крови.Делаем это, конечно, дыханием — постоянный приток свежего воздуха (с большим количеством O2 и небольшим количеством CO2) в легкие и альвеолы.

Дыхание это активный процесс, требующий сокращения скелетных мышц. Основные мышцы дыхания включают наружные межреберные мышцы (расположенные между ребра) и диафрагмы (лист мышцы, расположенный между грудной и брюшной полостями).

Наружные межреберные суставы плюс диафрагма сокращаются, вызывая вдохновение:

• Сокращение наружных межреберных мышц > подъем ребер и грудины> увеличенное расстояние между грудной клеткой> снижает давление воздуха в легких> воздух попадает в легкие

• Сокращение диафрагмы > диафрагма движется вниз> увеличивает вертикальный размер грудной полости> снижает давление воздуха в легких> воздух попадает в легкие:

www.fda.gov/fdac/features/1999/emphside.html

Диафрагма

Для выдоха:

• расслабление наружных межреберных мышц и диафрагмы> возвращение диафрагма, ребра и грудина в положение покоя> восстанавливает грудной полость до прединспираторного объема> увеличивает давление в легких> воздух выдохнул

---

Внутриальвеолярное давление на вдохе и выдохе

По мере сокращения внешних межреберных промежутков и диафрагмы легкие расширяются.Расширение легких вызывает давление в легких (и альвеолах). стать немного отрицательным по отношению к атмосферному давлению. Как результат, воздух перемещается из области с более высоким давлением (воздух) в область с более низким давлением. давление (наши легкие и альвеолы). Во время выдоха дыхание расслабляются мышцы и уменьшается объем легких. Это вызывает давление в легкие (и альвеолы) становятся слегка положительными по отношению к атмосферному давлению. В результате из легких выходит воздух (посмотрите эту анимацию Макгроу-Хилла).

---

Стенки альвеол покрыты тонкой пленкой воды и это создает потенциальную проблему. Молекулы воды, в том числе на альвеолярные стенки больше тянутся друг к другу, чем к воздуху, и это притяжение создает силу, называемую поверхностным натяжением. Это поверхностное натяжение увеличивается по мере сближения молекул воды, что и происходит когда мы выдыхаем, и наши альвеолы ​​становятся меньше (как воздух, выходящий из воздушного шара). Потенциально поверхностное натяжение может вызвать коллапс альвеол и, кроме того, затруднит «повторное расширение» альвеол (при вдохе).Оба они могут представлять собой серьезные проблемы: если альвеолы ​​разрушатся, они будут не содержат воздуха и кислорода, который мог бы диффундировать в кровь и, в случае «повторного расширения» было труднее, вдыхание было бы очень, очень трудным, если не невозможным. К счастью, наши альвеолы ​​не разрушаются, и вдыхание относительно легко, потому что легкие вырабатывают вещество, называемое сурфактантом, которое снижает поверхностное натяжение.

Роль легких Поверхностно-активное вещество

• Поверхностно-активное вещество снижает поверхностное натяжение, которое:
• увеличивает растяжимость легких (уменьшая усилия, необходимые для расширения легкие)
• снижает склонность альвеол к коллапсу

Клетки легких, вырабатывающие сурфактант

---

Обмен газов:

• обмен O2 и CO2 между внешняя среда и клетки тела
• эффективен, потому что альвеолы ​​и капилляры имеют очень тонкие стенки и очень много (в легких около 300 миллионов альвеол с общей поверхностью площадью около 75 квадратных метров)
• Внутреннее дыхание — внутриклеточное использование O2 для сделать ATP
• происходит простой диффузией по градиентам парциального давления

Что такое парциальное давление ?:

• это индивидуальное давление, оказываемое независимо от конкретного газа в смеси газов.Воздух, которым мы дышим, представляет собой смесь газов: в первую очередь азот, кислород и углекислый газ. Итак, воздух в воздушный шар дует создает давление, которое заставляет воздушный шар расширяться (и это давление генерируется как все молекулы азота, кислорода и углекислого газа перемещаться и сталкиваться со стенками воздушного шара). Однако общая давление, создаваемое воздухом, частично связано с азотом, частично с кислородом, и частично в углекислый газ. Эта часть общего давления создается кислородом — это «парциальное давление» кислорода, в то время как давление, создаваемое кислородом. углекислый газ — это «парциальное давление» углекислого газа.Частичное газовое давление, следовательно, является мерой того, сколько газа присутствует (например, в крови или альвеолах).


• парциальное давление, оказываемое каждым газом в смеси, равно общему давление, умноженное на фракционный состав газа в смеси. Так, учитывая, что общее атмосферное давление (на уровне моря) составляет около 760 мм рт. и, кроме того, воздух содержит около 21% кислорода, тогда парциальное давление кислород в воздухе 0.21 умножить на 760 мм рт. Ст. Или 160 мм рт. Ст.
  

---

Парциальное давление O2 и CO2 в теле (нормальные условия, в состоянии покоя): (проверьте эту анимацию МакГроу-Хилла)

• Альвеолы ​​
• PO2 = 100 мм рт. Ст.
• PCO2 = 40 мм рт. Ст.
• Альвеолярные капилляры
• Ввод альвеолярных капилляров
• PO2 = 40 мм рт. Ст. (Относительно низкое потому что эта кровь только что вернулась из системного кровообращения и потеряла большую часть кислорода)
• PCO2 = 45 мм рт. Ст. (Относительно высокое потому что кровь, возвращающаяся из системного кровообращения, забрала углекислый газ)

В альвеолярных капиллярах происходит диффузия газов: кислорода диффундирует из альвеол в кровь и углекислый газ из кровь в альвеолы.

• Выход из альвеолярных капилляров
• PO2 = 100 мм рт. Ст.
• PCO2 = 40 мм рт. Ст.

Кровь, покидающая альвеолярные капилляры, возвращается в левое предсердие и закачивается левым желудочком в большой круг кровообращения. Эта кровь путешествует по артериям и артериолам в системный или организм, капилляры. Поскольку кровь проходит по артериям и артериолам, нет газа происходит обмен.

• Ввод в системные капилляры
• PO2 = 100 мм рт. Ст.
• PCO2 = 40 мм рт. Ст.
• Клетки тела (в условиях покоя)
,00
• PO2 = 40 мм рт. Ст.
• PCO2 = 45 мм рт. Ст.

Из-за разницы парциальных давлений кислорода и углерода диоксид в системных капиллярах и клетках тела, кислород диффундирует из крови и в клетки, в то время как углекислый газ диффундирует из клетки в кровь.

• Выход из системных капилляров
• PO2 = 40 мм рт. Ст.
• PCO2 = 45 мм рт. Ст.

Кровь, покидающая системные капилляры, возвращается в сердце (правое предсердие) через венулы и вены (и газообмен не происходит, пока кровь находится в венулах и вены). Затем эта кровь перекачивается в легкие (и альвеолярный отросток). капилляры) правым желудочком.

---

Как кислород и углекислый газ транспортируются в крови?

• Кислород переносится кровью:

Поскольку почти весь кислород в крови переносится гемоглобином, соотношение между концентрацией (парциальным давлением) кислорода и насыщение гемоглобина (процент молекул гемоглобина, переносящих кислород) составляет важный.

Кислородный транспорт

Насыщение гемоглобина:

• степень, в которой гемоглобин в крови сочетается с O2
• зависит от РО2 в крови:

Связь между уровнем кислорода и насыщением гемоглобина на что указывает кривая диссоциации (насыщения) кислород-гемоглобин (дюйм график выше).Вы можете видеть, что при высоких парциальных давлениях O2 (см. Выше около 40 мм рт. ст.), сатурация гемоглобина остается довольно высокой (обычно около 75 — 80%). Этот довольно плоский участок диссоциации кислород-гемоглобин кривая называется «плато».

Напомним, что 40 мм рт. Ст. — типичное парциальное давление кислорода в клетки тела. Изучение кривой диссоциации кислород-гемоглобин показывает, что в условиях покоя только около 20-25% гемоглобина молекулы отдают кислород в системных капиллярах.Это важно (другими словами, «плато» имеет значение), потому что это означает, что вы имеют значительный запас кислорода. Другими словами, если вы станете более активен, и вашим клеткам нужно больше кислорода, кровь (молекулы гемоглобина) имеет много кислорода, чтобы обеспечить

Когда вы действительно станете более активными, парциальное давление кислорода в вашем (активные) клетки могут упасть ниже 40 мм рт. Посмотрите на кислород-гемоглобин кривая диссоциации показывает, что по мере снижения уровня кислорода насыщение гемоглобина также снижается — и резко снижается.Это означает, что кровь (гемоглобин) «выгружает» много кислорода активным клеткам — клеткам, которые, конечно, нуждаются в больше кислорода.

Факторы, влияющие на кривую диссоциации кислород-гемоглобин:

Кривая диссоциации кислород-гемоглобин «смещается» при определенных условиях. Эти факторы могут вызвать такой сдвиг:

• более низкий pH
• повышенная температура
• подробнее 2,3-дифосфоглицерат (DPG)
• повышенный уровень CO2

Эти факторы меняются, когда ткани становятся более активными.Например, когда скелетная мышца начинает сокращаться, клетки этой мышцы используют больше кислород, производят больше АТФ и производят больше отходов (CO2). Производство большего количества АТФ означает выделение большего количества тепла; так что температура в активном тканей увеличивается. Чем больше CO2, тем ниже pH. Это так, потому что эта реакция происходит, когда CO2 вышел:

CO2 + h30 ——> h3CO3 ——> HCO3 ^— + H ⁺

и больше ионов водорода = более низкий (более кислый) pH.Итак, в активных тканях есть более высокий уровень CO2, более низкий pH и более высокий температуры. Кроме того, при более низком уровне PO2 эритроциты увеличивают выработку вещества, называемого 2,3-дифосфоглицератом. Эти меняющиеся условия (больше CO2, ниже pH, выше температура и др. 2,3-дифосфоглицерат) в активных тканях вызывают изменение структуры гемоглобина, что, в свою очередь, вызывает гемоглобин отказаться от кислорода. Другими словами, в активных тканях больше гемоглобина молекулы отдают кислород.Другими словами, Кривая диссоциации кислород-гемоглобин «сдвигается вправо» (как показано голубая кривая на графике ниже). Это означает, что при заданном частичном давление кислорода, процент насыщения гемоглобином должен быть ниже. Например, на графике ниже экстраполировать до «нормальной» кривой (зеленая кривая) от PO2 до 40, затем более, и насыщение гемоглобином составляет около 75%. Затем экстраполируйте к «смещенной вправо» (голубой) кривой от PO2 40, затем выше, и насыщение гемоглобином составляет около 60%.Итак, смена вправо ‘на кривой диссоциации кислород-гемоглобин (показанной выше) означает, что гемоглобин выделяет больше кислорода — именно то, что необходимо клетками активной ткани!

---

Углекислый газ — переносится из клеток организма обратно в легкие как:

1 — бикарбонат (HCO3) — 60%
• образуется при объединении CO2 (выделяемого клетками, производящими АТФ) с h3O (из-за фермента красных кровяных телец, называемого карбоангидраза), как показано на диаграмме ниже
2 — карбаминогемоглобин — 30%
• образуется, когда CO2 соединяется с гемоглобином (гемоглобин молекулы, которые отказались от кислорода)
3 — растворен в плазме — 10%

Транспорт углекислого газа

Обмен СО2 в альвеолах

---

Контроль дыхания

Ваша частота дыхания меняется.Когда активен, например, ваш респираторный курс идет вверх; когда менее активен или спит, скорость идет вниз. Кроме того, несмотря на то, что дыхательные мышцы работают произвольно, вы не можете сознательно контролируйте их, когда спите. Итак, как частота дыхания изменено и как контролируется дыхание, когда вы не осознанно думаешь о дыхании?

Ритмичность центр мозгового вещества:

• контролирует автоматическое дыхание
• состоит из взаимодействующих нейронов, которые срабатывают либо во время вдоха (I нейроны) или истечение (E нейроны)
• I нейроны — стимулируют нейроны, которые иннервируют дыхательные мышцы (чтобы о вдохновении)
• E нейронов — подавляют I нейроны (чтобы « выключить » I нейроны и принести об истечении срока)

Центр апнейстики (расположен в мосту) — стимулирует I нейроны (способствует вдохновение)

Пневмотаксический центр (также расположенный в мосту) — подавляет апнейстический центр и подавляет вдох

Факторы, участвующие в увеличении частоты дыхания

• Хеморецепторы — расположены в аорте и сонных артериях (периферические хеморецепторы) & в мозговом веществе (центральные хеморецепторы)
• Хеморецепторы (больше стимулируются повышенным уровнем СО2 чем за счет снижения уровня O2)> стимулировать ритмичность Площадь> Результат = учащение дыхания

Тяжелые упражнения ==> значительно увеличивает частоту дыхания

Механизм?

• НЕ повышенный СО2
• Возможные факторы:
• рефлексы, происходящие от движений тела (проприорецепторы)
• высвобождение адреналина (во время тренировки)
• импульсов от коры головного мозга (может одновременно стимулировать ритмичность области и двигательных нейронов)
  

---

Ссылки по теме:

Дыхательная система

Введение к Анатомия: Дыхательная система

---

Назад к программе BIO 301

Лекция Примечания 1 — Структура клетки и метаболизм

Лекция Примечания 2 — Нейроны и нервная система I

Лекция Примечания 2b — Нейроны и нервная система II

Лекция Примечания 3 — Мышца

Лекция Примечания 4 — Защита крови и тела I

Лекция Примечания 4b — Защита крови и тела II

Лекция Примечания 5 — Сердечно-сосудистая система

---

В чем разница между аппаратами ИВЛ с положительным и отрицательным давлением для лечения дыхательной недостаточности?

Автор

Ата Мурат Кайнар, доктор медицины Доцент кафедры реанимации и анестезиологии, Медицинская школа Университета Питтсбурга

Ата Мурат Кайнар, доктор медицины, является членом следующих медицинских обществ: Американской ассоциации содействия развитию науки, Американской Колледж грудных врачей, Американское общество анестезиологов, Общество интенсивной терапии, Общество анестезиологов интенсивной терапии

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Соавтор (ы)

Сат Шарма, доктор медицины, FRCPC Профессор и руководитель отделения легочной медицины, отделение внутренней медицины, медицинский факультет Университета Манитобы; Директор отделения респираторной медицины, больница общего профиля Св. Бонифация, Канада

Сат Шарма, доктор медицины, FRCPC является членом следующих медицинских обществ: Американской академии медицины сна, Американского колледжа грудных врачей, Американского колледжа врачей-Американского общества внутренних болезней. Медицина, Американское торакальное общество, Канадская медицинская ассоциация, Королевский колледж врачей и хирургов Канады, Королевское медицинское общество, Общество интенсивной терапии, Всемирная медицинская ассоциация

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Главный редактор

Майкл Р. Пинский, доктор медицины, CM, доктор (HC), FCCP, FAPS, MCCM Профессор реанимации, биоинженерии, сердечно-сосудистых заболеваний, клинических и трансляционных наук и анестезиологии, заместитель председателя по академическим вопросам, Департамент интенсивной терапии Медицина, Медицинский центр Университета Питтсбурга, Школа медицины Университета Питтсбурга

Майкл Р. Пински, MD, CM, Dr (HC), FCCP, FAPS, MCCM является членом следующих медицинских обществ: American College of Chest Physicians, American Колледж интенсивной терапии, Американское торакальное общество, Европейское общество интенсивной медицины, Общество реаниматологии

Раскрытие информации: Полученный доход в сумме не менее 250 долларов от: Baxter Medical, Exostat, LiDCO
Получен гонорары от LiDCO Ltd за консультации; Получены права интеллектуальной собственности от iNTELOMED.

Благодарности

Кори Франклин, доктор медицины Профессор, факультет медицины, Медицинский и научный университет Розалинд Франклин; Директор отделения интенсивной терапии, больница округа Кук

Кори Франклин, доктор медицины, является членом следующих медицинских обществ: Нью-Йоркской академии наук и Общества интенсивной терапии

Раскрытие: Ничего не нужно раскрывать.

Гарольд Л. Мэннинг, доктор медицины Профессор, кафедры медицины, анестезиологии и физиологии, отделение легочной медицины и реанимации, Дартмутская медицинская школа

Гарольд Л. Мэннинг, доктор медицины, является членом следующих медицинских обществ: Американского колледжа грудных врачей, Американского колледжа врачей и Американского торакального общества

Раскрытие: Ничего не раскрывать.

Франсиско Талавера, фармацевт, доктор философии Адъюнкт-профессор, Фармацевтический колледж Медицинского центра Университета Небраски; Главный редактор Medscape Drug Reference

Раскрытие информации: Medscape Salary Employment

Дыхательная система

| Интерактивное руководство по анатомии

Нажмите, чтобы просмотреть большое изображение

Продолжение сверху… действуют как функциональные единицы дыхательной системы, передавая кислород в тело и углекислый газ из тела. Наконец, дыхательные мышцы, включая диафрагму и межреберные мышцы, работают вместе, чтобы действовать как насос, выталкивая воздух в легкие и из них во время дыхания.

Анатомия дыхательной системы

Нос и носовая полость

Нос и носовая полость образуют главное внешнее отверстие для дыхательной системы и являются первой частью дыхательных путей тела — дыхательными путями, по которым движется воздух.Нос — это структура лица, состоящая из хрящей, костей, мышц и кожи, которая поддерживает и защищает переднюю часть носовой полости. Носовая полость — это полое пространство внутри носа и черепа , которое выстлано волосками и слизистой оболочкой. Функция носовой полости — нагревать, увлажнять и фильтровать воздух, поступающий в организм, прежде чем он достигнет легких. Волосы и слизь, выстилающие носовую полость, улавливают пыль, плесень, пыльцу и другие загрязнения окружающей среды, прежде чем они достигнут внутренних частей тела.Воздух, выходящий из тела через нос, возвращает влагу и тепло в носовую полость, а затем выдыхается в окружающую среду.

Устье

Рот, также известный как полость рта , является вторичным наружным отверстием для дыхательных путей. Обычно нормальное дыхание происходит через носовую полость, но полость рта может использоваться для дополнения или замены функций носовой полости, когда это необходимо. Поскольку путь воздуха, поступающего в тело изо рта, короче, чем путь воздуха, поступающего из носа, рот не согревает и не увлажняет воздух, поступающий в легкие, а нос выполняет эту функцию.Во рту также отсутствуют волосы и липкая слизь, которые фильтруют воздух, проходящий через носовую полость. Одно из преимуществ дыхания через рот заключается в том, что его меньшее расстояние и больший диаметр позволяют большему количеству воздуха быстро проникать в тело.

Глотка

Глотка, также известная как глотка, представляет собой мышечную воронку, которая простирается от заднего конца носовой полости до верхнего конца пищевода и гортани. Глотка делится на 3 области: носоглотку, ротоглотку и гортань. носоглотка — верхняя область глотки, расположенная в задней части носовой полости. Вдыхаемый воздух из полости носа попадает в носоглотку и спускается через ротоглотку, расположенную в задней части ротовой полости. Воздух, вдыхаемый через ротовую полость, попадает в глотку на уровне ротоглотки . Затем вдыхаемый воздух опускается в гортань , где он направляется в отверстие гортани надгортанником. надгортанник представляет собой лоскут из эластичного хряща, который действует как переключатель между трахеей и пищеводом.Поскольку глотка также используется для проглатывания пищи, надгортанник обеспечивает попадание воздуха в трахею, закрывая отверстие в пищеводе. В процессе глотания надгортанник перемещается, чтобы покрыть трахею, чтобы пища попала в пищевод и предотвратить удушье.

Гортань

Гортань , также известная как голосовой ящик, представляет собой короткий отрезок дыхательного пути, соединяющий гортань и трахею. Гортань расположена в передней части шеи, чуть ниже подъязычной кости и выше трахеи.Несколько структур хряща составляют гортань и придают ей ее структуру. Надгортанник является одним из хрящевых участков гортани и служит прикрытием гортани во время глотания. Ниже надгортанника располагается щитовидный хрящ , который часто называют адамово яблоко, поскольку он чаще всего увеличивается и виден у взрослых мужчин. Щитовидная железа держит открытым передний конец гортани и защищает голосовые связки. Ниже щитовидного хряща находится перстневидный хрящ в форме кольца, который держит гортань открытой и поддерживает ее задний конец.Помимо хряща, гортань содержит особые структуры, известные как голосовые связки, которые позволяют телу воспроизводить звуки речи и пения. Голосовые складки — это складки слизистой оболочки, которые вибрируют, издавая голосовые звуки. Напряжение и скорость вибрации голосовых связок можно изменить, чтобы изменить высоту звука, которую они производят.

Трахея

Трахея, или трахея, представляет собой трубку длиной 5 дюймов, состоящую из С-образных колец гиалинового хряща, выстланных псевдостратифицированным мерцательным столбчатым эпителием.Трахея соединяет гортань с бронхами и позволяет воздуху проходить через шею в грудную клетку. Кольца хряща, составляющие трахею, позволяют ей постоянно оставаться открытой для воздуха. Открытый конец хрящевых колец обращен кзади к пищеводу, позволяя пищеводу расширяться в пространство, занимаемое трахеей, для размещения масс пищи, движущихся по пищеводу.

Основная функция трахеи — обеспечивать свободный проход воздуха для входа и выхода воздуха из легких.Кроме того, эпителий, выстилающий трахею, производит слизь, которая улавливает пыль и другие загрязнения и не дает ей попасть в легкие. Реснички на поверхности эпителиальных клеток перемещают слизь вверх по направлению к глотке, где она может проглатываться и перевариваться в желудочно-кишечном тракте.

Бронхи и бронхиолы

В нижнем конце трахеи дыхательные пути разделяются на левую и правую ветви, известные как главные бронхи. Левый и правый бронхи входят в каждое легкое, а затем разветвляются на более мелкие вторичные бронхи.Вторичные бронхи переносят воздух в доли легких — 2 в левом и 3 в правом легком. Вторичные бронхи, в свою очередь, разделяются на множество более мелких третичных бронхов в каждой доле. Третичные бронхи разделены на множество более мелких бронхиол, которые распространяются по легким. Каждая бронхиола далее разделяется на множество более мелких ветвей диаметром менее миллиметра, называемых терминальными бронхиолами. Наконец, миллионы крошечных конечных бронхиол проводят воздух к альвеолам легких.

Когда дыхательные пути разделяются на древовидные ветви бронхов и бронхиол, структура стенок дыхательных путей начинает меняться. Первичные бронхи содержат множество хрящевых колец С-образной формы, которые прочно удерживают дыхательные пути открытыми и придают бронхам форму поперечного сечения, подобную сплющенному кругу или букве D. По мере того, как бронхи разветвляются на вторичные и третичные бронхи, хрящ становится более широким. в стенках обнаруживается больше гладких мышц и белка эластина. Бронхиолы отличаются от строения бронхов тем, что совсем не содержат хрящей.Наличие гладких мышц и эластина позволяет более мелким бронхам и бронхиолам быть более гибкими и сократительными.

Основная функция бронхов и бронхиол — переносить воздух из трахеи в легкие. Гладкая мышечная ткань в их стенках помогает регулировать приток воздуха в легкие. Когда телу требуется больший объем воздуха, например, во время упражнений, гладкие мышцы расслабляются, расширяя бронхи и бронхиолы. Расширенные дыхательные пути обеспечивают меньшее сопротивление потоку воздуха и позволяют большему количеству воздуха проходить в легкие и из них.Гладкие мышечные волокна способны сокращаться во время отдыха, чтобы предотвратить гипервентиляцию. Бронхи и бронхиолы также используют слизь и реснички своей эпителиальной выстилки для улавливания и удаления пыли и других загрязняющих веществ из легких.

Легкие

Легкие — это пара больших губчатых органов, расположенных в грудной клетке латеральнее сердца и выше диафрагмы. Каждое легкое окружено плевральной мембраной, которая дает легкому пространство для расширения, а также пространство отрицательного давления по отношению к внешней части тела.Отрицательное давление позволяет легким пассивно наполняться воздухом при расслаблении. Левое и правое легкие немного отличаются по размеру и форме из-за того, что сердце указывает на левую сторону тела. Таким образом, левое легкое немного меньше правого и состоит из 2 долей, а правое легкое — из 3 долей.

Внутренняя часть легких состоит из губчатых тканей, содержащих множество капилляров и около 30 миллионов крошечных мешочков, известных как альвеол . Альвеолы ​​- это чашевидные структуры, расположенные на конце терминальных бронхиол и окруженные капиллярами.Альвеолы ​​выстланы тонким простым плоским эпителием, который позволяет воздуху, поступающему в альвеолы, обмениваться газами с кровью, проходящей через капилляры.

Мышцы дыхания

Окружающие легкие группы мышц, способные заставлять воздух вдыхать или выдыхать из легких. Основная дыхательная мышца человеческого тела — это диафрагма, тонкий слой скелетных мышц, образующий дно грудной клетки. Когда диафрагма сжимается, она продвигается вниз на несколько дюймов в брюшную полость, расширяя пространство в грудной полости и втягивая воздух в легкие.Расслабление диафрагмы позволяет воздуху выходить из легких во время выдоха.

Между ребрами расположено множество мелких межреберных мышц , которые помогают диафрагме расширять и сжимать легкие. Эти мышцы делятся на 2 группы: внутренние межреберные мышцы и внешние межреберные мышцы. Внутренние межреберные мышцы — это более глубокий набор мышц, которые вдавливают ребра, чтобы сжать грудную полость и заставить воздух выдыхаться из легких.Наружные межреберные кости расположены над внутренними межреберями и служат для подъема ребер, увеличения объема грудной полости и обеспечения вдыхания воздуха в легкие.

Физиология дыхательной системы

Легочная вентиляция

Легочная вентиляция — это процесс перемещения воздуха в легкие и из легких для облегчения газообмена. Дыхательная система использует как систему отрицательного давления, так и сокращение мышц для обеспечения легочной вентиляции.Система отрицательного давления дыхательной системы включает создание отрицательного градиента давления между альвеолами и внешней атмосферой. Плевральная мембрана изолирует легкие и поддерживает в них давление, немного ниже атмосферного, когда легкие находятся в состоянии покоя. Это приводит к тому, что воздух следует градиенту давления и пассивно заполняет легкие в состоянии покоя. Когда легкие наполняются воздухом, давление в них повышается до тех пор, пока не станет равным атмосферному.В этот момент можно вдохнуть больше воздуха за счет сокращения диафрагмы и внешних межреберных мышц, увеличивая объем грудной клетки и снова снижая давление в легких ниже атмосферного.

Для выдоха воздуха диафрагма и внешние межреберные мышцы расслабляются, в то время как внутренние межреберные мышцы сокращаются, чтобы уменьшить объем грудной клетки и повысить давление в грудной полости. Теперь градиент давления меняется на противоположный, что приводит к выдоху воздуха до тех пор, пока давление внутри легких и снаружи тела не станет равным.В этот момент эластичная природа легких заставляет их возвращаться в исходный объем, восстанавливая отрицательный градиент давления, присутствующий во время вдоха.

Внешнее дыхание

Внешнее дыхание — это обмен газов между воздухом, наполняющим альвеолы, и кровью в капиллярах, окружающих стенки альвеол. Воздух, поступающий в легкие из атмосферы, имеет более высокое парциальное давление кислорода и более низкое парциальное давление углекислого газа, чем кровь в капиллярах.Разница в парциальных давлениях заставляет газы пассивно диффундировать в соответствии с их градиентами давления от высокого до низкого давления через простую выстилку плоского эпителия альвеол. Чистым результатом внешнего дыхания является перемещение кислорода из воздуха в кровь и перемещение углекислого газа из крови в воздух. Затем кислород может транспортироваться к тканям тела, в то время как углекислый газ выделяется в атмосферу во время выдоха.

Внутреннее дыхание

Внутреннее дыхание — это обмен газов между кровью в капиллярах и тканями тела.Капиллярная кровь имеет более высокое парциальное давление кислорода и более низкое парциальное давление углекислого газа, чем ткани, через которые она проходит. Разница в парциальных давлениях приводит к диффузии газов по градиентам их давления от высокого до низкого давления через эндотелиевую выстилку капилляров. Конечным результатом внутреннего дыхания является диффузия кислорода в ткани и диффузия углекислого газа в кровь.

Транспортировка газов

Два основных дыхательных газа, кислород и углекислый газ, переносятся через тело с кровью.Плазма крови обладает способностью переносить растворенный кислород и углекислый газ, но большинство газов, переносимых кровью, связаны с переносчиками молекул. Гемоглобин — важная транспортная молекула, обнаруженная в красных кровяных тельцах, которая переносит почти 99% кислорода в крови. Гемоглобин также может переносить небольшое количество углекислого газа из тканей обратно в легкие. Однако подавляющее большинство углекислого газа переносится в плазме в виде бикарбонат-иона. Когда парциальное давление диоксида углерода в тканях высокое, фермент карбоангидраза катализирует реакцию между диоксидом углерода и водой с образованием угольной кислоты.Угольная кислота затем диссоциирует на ион водорода и ион бикарбоната. Когда парциальное давление углекислого газа в легких низкое, реакции меняются, и углекислый газ выделяется в легкие для выдоха.

Гомеостатический контроль дыхания

В нормальных условиях покоя тело поддерживает спокойную частоту и глубину дыхания, называемую эвпноэ. Эвпноэ сохраняется до тех пор, пока потребность организма в кислороде и производстве углекислого газа не возрастет из-за больших нагрузок.Вегетативные хеморецепторы в организме контролируют парциальное давление кислорода и углекислого газа в крови и посылают сигналы в дыхательный центр ствола мозга. Затем дыхательный центр регулирует частоту и глубину дыхания, чтобы вернуть кровь к нормальному уровню парциального давления газа.

Проблемы со здоровьем, влияющие на дыхательную систему

Когда что-то нарушает нашу способность обменивать углекислый газ на кислород, это, очевидно, серьезная проблема. Многие проблемы со здоровьем могут вызывать респираторные проблемы, от аллергии и астмы до пневмонии и рака легких.Причины этих проблем столь же разнообразны — среди них инфекция (бактериальная или вирусная), воздействие окружающей среды (например, загрязнение или сигаретный дым), генетическая наследственность или сочетание факторов. Иногда начало настолько постепенное, что мы не обращаемся за медицинской помощью, пока состояние не улучшится. Иногда, как в случае с генетическим заболеванием, называемым дефицитом альфа-1-антитрипсина (A1AD), симптомы появляются постепенно, и их часто недооценивают или ставят неверный диагноз. Тестирование здоровья ДНК может выявить генетический риск A1AD.

Вентиляция легких: естественная и механическая

3.2.1 Анатомия дыхательной системы

Дыхательная система относится к шести функциональным частям, необходимым для завершения жизненно важного процесса газообмена: дыхательные пути , легкие, грудная клетка, дыхательные мышцы, диафрагмальный нерв и дыхательный центр . Эти части можно условно разделить на две группы: (а) анатомическая основа газообмена и (б) движущая сила и регулирование этого газообмена (рис.3.1).

Рис. 3.1 Шесть ключевых частей дыхательной системы.

Воздуховод

Дыхательные пути, также известные как легочные дыхательные пути или дыхательные пути , относятся к тем частям дыхательной системы, через которые проходит воздух, начиная с носа и рта и заканчивая альвеолами (рис. 3.2). Как следует из этих названий, дыхательные пути — это проход газа между атмосферой и альвеолами. Он не участвует в газообмене между альвеолами и кровью.

Рис. 3.2 Дыхательные пути и легкие.

Дыхательный путь состоит из верхних дыхательных путей и нижних дыхательных путей . Обычно мы думаем, что верхние дыхательные пути включают нос, носовую полость, рот, глотку и гортань. Нижние дыхательные пути включают все, от трахеи до мелких бронхиол.

Дыхательный путь создает сопротивление потоку газа в обоих направлениях. Сопротивление дыхательных путей — одно из важнейших свойств механики легких. Некоторые респираторные заболевания, такие как астма, обструкция верхних дыхательных путей и бронхоспазм, возникают в результате аномально высокого сопротивления дыхательных путей.

Дыхательные пути обычно содержат определенное количество газа, который всегда является неотъемлемой частью дыхательного объема. Этот объем называется мертвым пространством или анатомическим мертвым пространством , потому что объем не участвует в газообмене. Нам нужно уделять особое внимание мертвому пространству, особенно когда дыхательный объем крошечный.

Легкие

У человека два легких расположены в грудной клетке. Это губчатые органы. Трахея делится на два основных ствола бронхов для соответствующих легких.Каждый главный стволовый бронх затем разветвляется на все меньшие и меньшие бронхи, как дерево. Самая крошечная ветвь называется бронхиолой . В конце каждой бронхиолы находится группа крошечных воздушных мешочков, называемых альвеолами .

(стр.16) Каждая альвеола имеет сетку из крошечных кровеносных сосудов, называемых капиллярами . Очень тонкие стенки альвеол и бронхиол создают влажную, чрезвычайно тонкую и большую поверхность для газообмена. Градиенты парциального давления O ₂ и CO ₂ заставляют газы диффундировать (рис.3.3). Вдыхаемый O ₂ диффундирует из альвеол в капилляры, в то время как CO ₂ из крови диффундирует в альвеол. Отработанный CO ₂ в альвеолах затем выводится через вентиляцию легких.

Рис. 3.3 Газообмен у альвеолярной стенки.

Поскольку потребность в энергии для всех живых клеток и тканей непрерывна, дыхание также должно быть непрерывным. Как для отдельной клетки, так и для всего тела смерть неизбежна, если дыхание останавливается на определенное время.

Легкие и грудная клетка стены эластичные. Во время спокойного дыхания вдох является активным процессом, а это означает, что сокращение дыхательных мышц, особенно диафрагмы, вызывает увеличение общего объема легких по сравнению с тем, когда легкие находились в положении покоя. Выдох обычно является пассивным процессом, что означает, что мышцы вдоха расслабляются, а нагруженная упругая сила отдачи грудной стенки и легких возвращает легкие в исходное положение. Это похоже на втягивание натянутой резинки при снятии приложенной силы.Эластичность легких и грудной стенки является основой податливости легких , что является еще одним ключевым свойством дыхательной системы. (стр.17) механика. Эластичность может быть выше нормы (вызывая «жесткие легкие», как у пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом (ОРДС)), или ниже нормы (вызывая «мягкие легкие», как у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ)). . В случае пневмоторакса эластичность вызывает частичное или полное коллапс пораженного легкого.

Эффективность альвеолярного газообмена определяется: (а) общей площадью и толщиной диффузионной мембраны, (б) альвеолярной вентиляцией и (в) легочной капиллярной циркуляцией. Мы обсудим это далее в разделе 3.2.2.

Стенка грудной клетки

Грудь или грудная клетка — это часть туловища человека между шеей и животом (рис. 3.4). Грудная стенка состоит из костей и мышц. Кости (в первую очередь, ребра, грудина и позвонки) образуют защитную клетку для внутренних структур грудной клетки.Основными мышцами грудной стенки являются наружные и внутренние межреберные . Сокращение внешних межреберных костей увеличивает грудную полость, сближая ребра и поднимая грудную клетку, в то время как внутренние межреберные мышцы уменьшают размеры грудной полости.

Рис. 3.4 Анатомическое строение грудной стенки и внутренних органов.

Внутри грудной клетки есть три отдела. Два боковых отдела удерживают легкие. Между легкими находится средостение , которое содержит сердце, магистральные сосуды, части трахеи и пищевода и другие структуры.

Поверхность легких и внутренняя стенка грудной клетки фактически не прикреплены друг к другу напрямую. Вместо этого легкое буквально плавает в грудной полости, окруженное очень тонким слоем. (стр.18) плевральной жидкости. Это потенциальное пространство называется плевральной полостью . Полость обычно содержит небольшое количество серозной жидкости для смазки движений легких во время дыхания. Хотя обычно плевральная полость является потенциальным пространством, в ненормальных условиях она может содержать большое количество воздуха (пневмоторакс) или жидкости (плевральный выпот).Если это так, пораженное легкое частично или полностью разрушается, не позволяя ему выполнять свою функцию.

В грудной клетке находится несколько жизненно важных мягких органов, включая сердце, легкие и крупные кровеносные сосуды. Высокое положительное давление в конце выдоха (PEEP) для расширения легких сдавливает соседние органы и в определенной степени нарушает гемодинамику.

Как мы упоминали ранее, эластичность легких является ключевым свойством легочной системы. Это измерение эластичности легких и грудной стенки вместе.Иногда респираторная податливость используется для обозначения общей или суммы податливости легких и податливости грудной стенки.

Грудь и брюшная полость разделены мягкой диафрагмой , которая позволяет легко передавать грудное давление в брюшную полость и наоборот. По этой причине высокое ПДКВ может привести к высокому напряжению живота. С другой стороны, высокое напряжение живота может снизить респираторную податливость.

Дыхательные мышцы

Сокращение и расслабление дыхательных мышц увеличивает или уменьшает объем грудной полости, что приводит к соответствующим изменениям альвеолярного давления.Воздух засасывается в легкие, когда альвеолярное давление ниже атмосферного. Газ выталкивается из легких, когда альвеолярное давление выше, чем давление окружающей среды.

Во время вдохновения

Основными мышцами, участвующими в вдохе, являются диафрагма и внешние межреберные мышцы. Грудная полость увеличивается двумя способами: (а) сокращение диафрагмы увеличивает вертикальные размеры грудной полости, или (б) сокращение внешней межреберной мышцы увеличивает ширину грудной полости.При интенсивном дыхании во вдохе участвуют и вспомогательные дыхательные мышцы. Типичными добавочными мышцами являются грудино-ключично-сосцевидная и лестничная мышцы.

По истечении срока

При спокойном дыхании выдох — это пассивный процесс. Когда инспираторные мышцы расслабляются, упругая сила отдачи легких и грудной стенки переводит объем легких в исходное положение, создавая положительное альвеолярное давление. Возникающий в результате градиент давления выталкивает определенное количество газа внутрь легких.Когда выдох активен, мышцы живота, а также внутренние и самые внутренние межреберные мышцы помогают вытеснить газ.

Поочередное сокращение и расслабление дыхательных мышц обеспечивает конечную движущую силу для вентиляции легких. Если мышечная активность ослаблена или подавлена ​​болезнью, усталостью, общей анестезией или травмой, вентиляция легких ухудшается. В этом случае показана искусственная вентиляция легких.

Активация дополнительных респираторных мышц является убедительным признаком респираторной недостаточности или «недостатка воздуха».

Дыхательные нервы

Диафрагма иннервируется левым и правым диафрагмальными нервами, которые отходят от шейного отдела спинного мозга (C3 – C5) у человека. Иннервация дыхательных межреберных мышц и мышц живота происходит от грудопоясничного отдела спинного мозга, T1 – T11 и T7 – L2, соответственно.

Опираясь на этот факт, шведский производитель аппаратов ИВЛ Maquet разработал техническую функцию под названием NAVA (вспомогательная система искусственной вентиляции легких). Вспомогательная система искусственной вентиляции легких с нервной регулировкой использует специальный катетер , датчик , расположенный в нижней части пищевода, для обнаружения импульсов диафрагмального нерва.Обнаруженные сигналы, в свою очередь, используются для управления работой аппарата ИВЛ.

(стр.19) Повреждение спинного мозга на уровне C4 или выше может нарушить нервные импульсы от головного мозга к диафрагмальному нерву. Такие травмы могут парализовать диафрагму, в результате чего пострадавший должен быть на ИВЛ. Повреждение спинного мозга ниже C5 не затрагивает диафрагмальный нерв; Таким образом, человек с такой травмой может дышать, несмотря на возможный паралич нижних конечностей.

Дыхательный центр

Дыхательный центр относится к группе нервных клеток в продолговатом мозге и мосту головного мозга, которые: (а) получают сенсорные сигналы об уровне O ₂ , CO ₂ и pH в крови и спинномозговая жидкость; (б) определить, нужно ли и как изменить характер дыхания; и (c) посылать сигналы дыхательным мышцам для выполнения этого изменения в модели дыхания.

Функционирование дыхательного центра имеет решающее значение для правильного дыхания. У большинства пациентов, находящихся на ИВЛ, дыхательный центр не поврежден, то есть у активного пациента наблюдается нормальная респираторная реакция на изменения в крови O ₂ , CO ₂ и pH. Нормальный респираторный центр требуется для нескольких новых функций аппарата ИВЛ, таких как режим пропорциональной вспомогательной вентиляции (PAV), компенсация сопротивления трубки , (TRC или автоматическая компенсация трубки (ATC)) и NAVA.Тем не менее дыхательный центр может не функционировать должным образом у неврологических или нейрохирургических пациентов.

3.2.2 Физиология дыхания

Два основных вопроса о дыхании

Почему необходимо дыхание?

Все живые клетки нуждаются в источнике энергии, чтобы выжить и выполнять свои физиологические функции. Энергия вырабатывается в клетках в процессе биохимического метаболизма (рис.3.5). В ходе метаболического химического процесса потребляются кислород (O ₂ ) и глюкоза, а также образуется вода, диоксид углерода (CO ₂ ) и аденозинтрифосфат (АТФ), который является основной «валютой» энергии в организме.

Рис. 3.5 Схема обменного процесса.

Метаболизм — это непрерывный процесс, в котором непрерывно потребляется O ₂ и образуется CO ₂ . Чтобы поддерживать локальные концентрации O ₂ и CO ₂ в надлежащих пределах, новый O ₂ необходимо постоянно доставлять в ячейки, а отработанный CO ₂ удалять.Это задача дыхания.

Что такое дыхание?

Короче говоря, дыхание — это процесс транспортировки O ₂ из атмосферного воздуха к клеткам в тканях и транспортировка CO ₂ из клеток в воздух. В общем, дыхание состоит из трех основных частей: газообмена в легких, кровообращение и газообмен в тканях и клетках (рис. 3.6).

Рис. 3.6 Схема всего процесса дыхания.

Кислород и CO ₂ переносятся кровью по мере ее циркуляции.Если кровоснабжение ткани резко снижается или даже прекращается, локальная концентрация O ₂ падает, а концентрация CO ₂ быстро возрастает. Ткань погибнет, если нормальное кровоснабжение быстро не восстановится. Типичный пример — инфаркт сердца.

(стр.20) Газовый транспорт

Кислород и CO ₂ транспортируются тремя способами: (1) диффузия газа, (2) вентиляция легких и (3) кровообращение.

Газодиффузионный

Диффузия газа — это естественный процесс, при котором молекулы газа перемещаются из области с высокой концентрацией в соседнюю область с низкой концентрацией.Эти две области имеют общую диффузионную мембрану. Такая диффузия газа происходит в основном в трех областях: (а) стенки альвеол, (б) стенки кровеносных капилляров и (в) ткани и клеточные мембраны.

Скорость диффузии газа зависит от: (а) разницы в молекулярных концентрациях газа, (б) свойств диффузионной мембраны, включая ее общую площадь и толщину, и (в) растворимости и молекулярной массы вовлеченного газа. Углекислый газ диффундирует в 20 раз быстрее, чем O ₂ .

Транспортировка крови O ₂ и CO ₂

Кислород в крови переносится двумя путями. эритроцитов или эритроцитов несут 97% всех молекул O ₂ в химической комбинации с гемоглобином. Остальные 3% растворяются в плазме.

Гемоглобин (Hb), глобулярный белок, является основным транспортным средством для транспорта O ₂ в крови. В альвеолярном капилляре, где концентрация O ₂ высока, O ₂ легко связывается с гемоглобином. (стр.21) настоящее время. В капиллярах ткани, где концентрация O ₂ низкая, гемоглобин высвобождает O ₂ в ткань.Кривая диссоциации кислород-гемоглобин используется для выражения взаимосвязи между концентрацией O ₂ и тем, получает или высвобождает гемоглобин молекулы O ₂ .

CO ₂ переносится с кровью тремя путями. Большинство молекул CO ₂ транспортируются в виде ионов бикарбоната (HCO ₃ -), около 10% связываются с гемоглобином и белками плазмы, а остальные 5% растворяются в плазме.

Вентиляция легких

Вентиляция легких является важной частью дыхания, отвечающей за газообмен между альвеолами и атмосферным воздухом.Он предполагает регулярную замену застоявшихся газов в легких свежими газами из атмосферы.

Простая физическая модель может помочь нам лучше понять вентиляцию легких (рис. 3.7). Подходящим вариантом является модифицированная пара сильфонов камина с «расширяемыми грудными стенками», «дыхательными путями» и «общим объемом легких». Между двумя ручками сильфона добавлена ​​пружина, имитирующая «упругую силу отдачи». Еще одна модификация заключается в том, что модель не имеет одностороннего клапана, поэтому воздух входит и выходит исключительно через форсунку.

Рис. 3.7 Узел воздуховод-легкие-грудная клетка можно имитировать с помощью модифицированных сильфонов камина.

В дыхательной системе всегда действуют две противоположные силы: одна — для расширения легких, а другая — для втягивания легких. Объем легких определяется балансом двух сил. Легкие надуваются, если сила расширения больше, чем сила втягивания, и сдуваются, если происходит обратное. Объем легких не изменяется, если обе силы равны. В конце выдоха объем легких в состоянии покоя остается стабильным.Этот объем называется функциональной остаточной емкостью (FRC) (рис. 3.8). FRC имеет решающее значение для альвеолярного газообмена.

Рис. 3.8 Функциональная остаточная емкость (FRC), дыхательный объем и мертвое пространство.

T _e : время выдоха: T _i ; время вдоха: V _T ; дыхательный объем.

Во время естественного вдоха сокращение дыхательных мышц (в основном диафрагмы) увеличивает объем грудной клетки, создавая временное отрицательное альвеолярное давление (P _alv ).Воздух всасывается в легкие и смешивается с содержащимися там газами. Этот объем вдыхаемого газа называется дыхательным объемом на вдохе . Во время вдоха усиливается упругая сила отдачи (показанная как растянутая пружина).

Во время выдоха дыхательные мышцы расслабляются, и сила упругой отдачи возвращает грудную клетку и легкие в исходное положение, создавая временный положительный результат P _alv . Некоторое количество газа выталкивается из легких. Этот объем выдыхаемого газа называется дыхательный объем выдоха .(стр.22) Дыхание должно включать как вдох, так и выдох. Дыхательные объемы вдоха и выдоха примерно равны.

Дыхательный объем каждого вдоха состоит из двух частей. Часть, которая участвует в альвеолярном газообмене, составляет альвеолярного дыхательного объема . Другая часть, не участвующая в газообмене, — это (анатомическое) мертвое пространство . Объем мертвого пространства всегда сначала вводится или выводится.

Мертвое пространство неизбежно.Не забывайте об этом при установке и интерпретации дыхательного или минутного объема. Во время механической вентиляции мертвое пространство обычно увеличивается из-за наличия искусственных дыхательных путей. Эффективная альвеолярная вентиляция определяется разницей между дыхательным объемом и общим мертвым пространством. Если дыхательный объем очень близок к объему мертвого пространства или равен ему, альвеолярная вентиляция (почти) равна нулю, то есть удаление CO ₂ равно (почти) нулю. Эта нежелательная ситуация известна как вентиляция мертвого пространства .

Обратите внимание, что после каждого вдоха замещается только часть альвеолярного газа.

Помимо определения вентиляции как одного вдоха, мы также можем определить ее через минутный интервал (рис. 3.9). Когда мы говорим о вентиляции минут, или минутном объеме, нам необходимо определить несколько общих респираторных терминов:

Рис. 3.9 Взаимосвязь между минутным объемом, дыхательным объемом, частотой и мертвым пространством.

Взаимосвязь может быть выражена простым уравнением:

Альвеолярный минутный объем = Частота × (Дыхательный объем — Мертвое пространство)

Регуляция дыхания

Даже в нормальных условиях потребность человека в энергии сильно различается.Подумайте, сколько энергии вам нужно во время сна по сравнению с физическими упражнениями. Биохимически эти активности сильно различаются по скорости метаболизма, O ₂ потребления и CO ₂ производства . Нормального значения потребности в энергии не существует.

С другой стороны, физиологически важно поддерживать артериальное парциальное давление кислорода и углекислого газа (PaO ₂ , PaCO ₂ ) и pH в относительно узких нормальных диапазонах даже при изменении потребности в энергии.Это достигается за счет механизма управления, который автоматически и точно адаптирует характер дыхания (то есть частоту и глубину дыхания) к текущим уровням PaO ₂ , PaCO ₂ и pH. В некоторой степени мы можем свободно менять свое дыхание.

Этот механизм управления использует последовательность из трех частей:

Механизм реагирует на изменения PaCO ₂ , PaO ₂ и артериального pH. Из них основным стимулятором является PaCO ₂ .Как показано на рис. 3.10, увеличение PaCO ₂ приводит к резкому усилению альвеолярной вентиляции и наоборот. Таким образом, все три стимулятора обычно поддерживаются в пределах их нормальных диапазонов, даже когда потребление O ₂ и / или производство CO ₂ резко меняется.

Рис. 3.10 Влияние увеличения РСО в артериях ₂ и снижения рН в артериях на скорость альвеолярной вентиляции.

Перепечатано с разрешения из Учебник медицинской физиологии , 8-е издание, Гайтон А.С., с. 447. Авторские права (1990) с разрешения Harcourt College Publishers и Elsevier Inc.

У большинства пациентов, находящихся на ИВЛ, этот механизм контроля дыхания остается неизменным. Этот механизм играет ключевую роль в респираторном дистресс-синдроме, асинхронности пациента и аппарата ИВЛ и отлучении от груди. У некоторых неврологических и нейрохирургических пациентов это может быть ненормально.

3.2.3 Дыхательная недостаточность

Таким образом, дыхание — это механизм, поддерживающий PaO ₂ и PaCO ₂ в их нормальных пределах, даже когда потребность в энергии колеблется.

Дыхательная недостаточность относится к синдрому, при котором дыхательная система не может поддерживать PaO ₂ или PaCO ₂ в пределах нормы, то есть PaO ₂ = 80–100 мм рт. Ст. И PaCO ₂ = 35–45 мм рт. (Таблица 3.1). Дыхательная недостаточность может возникать из-за тяжелого функционального нарушения дыхательных путей, легких, грудной клетки, дыхательного центра, дыхательных нервов и дыхательных мышц по ряду клинических причин.

Таблица 3.1 Определение нормального и аномального pH, PaO ₂ и PaCO ₂

Ниже нормы	Нормальные диапазоны	Выше нормы
	pH 7.35–7,45
PaO 2 <80 мм рт. Ст. Гипоксемия	PaO 2 80–100 мм рт. Ст.	PaO 2 > 100 мм рт. Ст. Гипероксемия
PaCO 2 <35 мм рт. Ст. Гипокапния	PaCO 2 35–45 мм рт. Ст.	PaCO 2 > 45 мм рт. Ст. Гиперкапния

Здесь необходимо ввести два ключевых термина. Гипоксия означает, что PaO ₂ ниже 80 мм рт. Ст., А гиперкапния означает, что PaCO ₂ выше 45 мм рт.

Дыхательную недостаточность можно условно разделить на два типа: тип 1 и тип 2.

Дыхательная недостаточность типа 1 также известна как гипоксическая дыхательная недостаточность или легочная недостаточность . Его основная особенность — аномально низкий PaO ₂ (<60 мм рт. Ст.), Но почти нормальный PaCO ₂ .Дыхательная недостаточность 1 типа обычно вызвана недостаточной оксигенацией при прохождении крови через легкие из-за: (а) несоответствия вентиляции / перфузии, (б) артериовенозного шунта или (в) нарушения диффузии газа.

Дыхательная недостаточность 2 типа также известна как гиперкапническая дыхательная недостаточность или отказ помпы . Его основная особенность — аномально высокое PaCO ₂ (> 50 мм рт. Ст.) И аномально низкое PaO ₂ (<60 мм рт. Ст.). Дыхательная недостаточность 2 типа обычно вызвана недостаточной вентиляцией легких из-за: (а) чрезмерного (п.24) сопротивление дыхательных путей, (б) снижение респираторного драйва, (в) усталость или недостаточность дыхательных мышц, или (г) аномальное состояние легких и грудной стенки.

Клинические признаки дыхательной недостаточности включают тахипноэ, тахикардию, цианоз, потливость, втягивание межреберных промежутков, хрюканье и вздутие носа. Пульсоксиметрия и анализ газов крови могут помочь диагностировать дыхательную недостаточность. Обратите внимание, что эти клинические признаки неспецифичны.

Для простоты мы можем рассматривать патофизиологический процесс дыхательной недостаточности как состоящий из нескольких этапов (рис.3.11):

Рис. 3.11 Дыхательная недостаточность — это нисходящая спираль.

Если пациент может поддерживать нормальные значения PaO ₂ и PaCO ₂ с помощью этих усиленных дыхательных усилий, компенсация будет успешной. Однако в противном случае дыхательная недостаточность неизбежна.

В зависимости от основного заболевания оба типа дыхательной недостаточности могут быть острыми, с быстрым появлением симптомов; например, при утоплении, приступе астмы, остановке дыхания, передозировке наркотиками, обструкции верхних дыхательных путей или травме грудной клетки и легких.Дыхательная недостаточность также может быть прогрессирующей (хронической), как при эмфиземе, хроническом бронхите или нервно-мышечном заболевании. Для целей клинического лечения важно различать типы 1 и 2, как показано в таблице 3.2.

Таблица 3.2 Краткое описание респираторной недостаточности

Классификация	Дыхательная недостаточность 1 типа	Дыхательная недостаточность 2 типа
Прочие наименования
Основная функция	Гипоксия и нормальный PaCO 2	Гиперкапния и гипоксия
Типичные причины

Лечение дыхательной недостаточности обычно включает: (а) кислородную терапию, (б) поддержку искусственной вентиляции легких с помощью системы искусственной вентиляции легких или системы постоянного положительного давления в дыхательных путях (СРАР), (в) лечение основной причины и (г) другую поддерживающую терапию.