Cum au loc inhalarea și expirația? Mecanismul de inspirație și expirare
Intrarea aerului în plămâni în timpul inhalării și expulzarea acestuia din plămâni în timpul expirației se realizează datorită expansiunii și contracției ritmice a toracelui. Inhalarea este în primul rând activă (efectuată cu cheltuială directă de energie), expirația poate fi, de asemenea, activă în primul rând, de exemplu, în timpul respirației forțate. În timpul respirației liniștite, expirarea este secundar activă, deoarece se realizează datorită energiei potențiale acumulate în timpul inhalării.
O.Mecanismul de inhalare. Când se descrie mecanismul inhalării, este necesar să se explice trei procese care apar simultan: 1) extinderea toracelui, 2) expansiunea plămânilor, 3) intrarea aerului în alveole.
1. Expansiunea pieptuluiîn timpul inhalării este asigurată de contracția mușchilor inspiratori și are loc în trei direcții: verticală, frontală și sagitală. Mușchii inspiratori sunt diafragma, mușchii intercostali externi și mușchii intercartilaginoși. Direcția verticală toracele se extinde în principal datorită contracției diafragmei și deplasării centrului tendonului său în jos. Aceasta este o consecință a faptului că punctele de atașare a părților periferice ale diafragmei la suprafața interioară a pieptului de-a lungul întregului perimetru sunt situate sub cupola diafragmei. Mușchiul diafragmatic este principalul mușchi respirator în mod normal, 2/3 din ventilația pulmonară se realizează datorită mișcărilor sale. Diafragma participă la răspunsul la tuse, vărsături, efort, sughiț și dureri de travaliu. Cu o inhalare calmă, cupola diafragmei scade cu aproximativ 2 cm, cu respirație profundă - până la 10 cm
Pentru bărbați, diferența dintre circumferința toracelui în pozițiile de inspirație și expirație este de 7-10 cm, iar pentru femei este de 5-8 cm.
Expansiunea pieptului în direcţia antero-posterior şi în lateral apare atunci când coastele sunt ridicate din cauza contracției mușchilor intercostali și intercartilaginoși externi. Când mușchii intercostali externi se contractă cu forță egală (P), coasta superioară este trasă în jos și coasta inferioară este ridicată, însă sistemul fiecărei perechi de coaste se ridică (Fig. 7.2), din momentul forței. îndreptat în sus (P 2) este mai mare decât momentul forței în jos (P[), întrucât umărul coastei inferioare (C) este mai mare decât cea superioară (C): p! = P 2. dar b 9 >b,; De aceea
În același mod acționează și agenții intercartilaginoși. 
muşchii. În ambele cazuri, fibrele musculare sunt orientate în așa fel încât punctul lor de atașare la coasta subiacentă să fie situat mai departe de centrul de rotație decât punctul de atașare la coasta de deasupra. Expansiunea pieptului este, de asemenea, facilitată de forțele elasticității sale, deoarece pieptul în timpul expirației este puternic comprimat, ca urmare a căruia tinde să se extindă. Prin urmare energie
2. Principalul motiv pentru expansiunea plămânilor în timpul inhalării este presiunea aerului atmosferic, acţionând asupra plămânului doar pe o parte, un rol auxiliar îl joacă forţele de adeziune ale straturilor viscerale şi parietale ale pleurei (fig. 7.3).
Forța cu care plămânii sunt presați pe suprafața interioară a toracelui de către aerul atmosferic este egală cu P - P etl. Aceeași presiune, în mod natural, în fisura pleurală (P pl), adică este mai mică decât presiunea atmosferică cu cantitatea P. P = P„„ - P„,„, adică cu 4-8 mm
T G ] etl pl atm etl"
Hg Artă. sub presiunea atmosferică. Din exterior, P atm acţionează asupra toracelui, dar această presiune nu este transmisă plămânilor, deci doar presiunea atmosferică unilaterală * acţionează asupra plămânilor prin căile respiratorii. Deoarece R atm acționează asupra pieptului din exterior, iar R atm acționează în interior din interior, la inhalare este necesar să se depășească forța ETL. Deoarece în timpul inhalării ETL crește din cauza expansiunii (întinderii) plămânilor, crește și presiunea negativă în fisura pleurală. Și asta înseamnă că creșterea presiunii negative în fisura pleurală este nu o cauză, ci o consecință expansiunea pulmonară.
Există o altă forță care contribuie la expansiunea plămânilor în timpul inhalării este forța de aderență dintre straturile visceral și parietal ale pleurei. Dar este extrem de mic în comparație cu presiunea atmosferică care acționează asupra plămânilor prin căile respiratorii. Acest lucru este dovedit, în special, de faptul că plămânii cu pneumotorax deschis se prăbușesc atunci când aerul intră în fisura pleurală și aceeași presiune atmosferică acționează asupra plămânilor de ambele părți - atât din alveole, cât și din fisura pleurală (vezi Fig. .7.3). Deoarece plămânii sunt rupți de suprafața interioară a toracelui în timpul pneumotoraxului, aceasta înseamnă că ETL depășește forța de aderență dintre straturile parietal și visceral ale pleurei. Prin urmare, forța adezivă nu poate asigura întinderea plămânilor în timpul inhalării, deoarece este mai mică decât ETL, acționând în direcția opusă. În timpul respirației, pleura viscerală alunecă în raport cu pleura parietală, ceea ce indică și faptul că forțele de aderență ale celor două straturi ale pleurei sunt nesemnificative.
Astfel, plămânii urmăresc pieptul în expansiune în timpul inhalării, în principal datorită acțiunii presiunii atmosferice asupra lor dintr-o singură parte - prin căile respiratorii. Pe măsură ce toracele și plămânii se extind, presiunea din plămâni scade cu aproximativ 1,5 mmHg. Art., însă, această scădere este nesemnificativă o presiune de 758-759 mm Hg continuă să acționeze asupra plămânilor. Această presiune apasă plămânii pe suprafața interioară a pieptului.
3. Aerul care intră în plămâni atunci când se extind, este rezultatul unei scăderi ușoare (1,5 mm Hg) a presiunii în alveole. Acest gradient de presiune este suficient, deoarece căile respiratorii au un lumen mare și nu oferă o rezistență semnificativă la mișcarea aerului. În plus, o creștere a ETL în timpul inspirației oferă o expansiune suplimentară a bronhiilor. După inhalare, expirația începe fără probleme.
B.Mecanism de expirare. Luând în considerare procesele care asigură expirarea, este necesar să se explice motivele îngustarii simultane a toracelui, îngustarea plămânilor și expulzarea aerului din plămâni în atmosferă. Mușchii expiratori sunt mușchii intercostali interni și mușchii peretelui abdominal. Deși există mai puține contradicții în ideile diverșilor autori cu privire la mecanismul expirării decât în ceea ce privește mecanismele inspirației, este necesar să se facă precizări pe această temă. Aceasta se referă la rolul presiunii negative în fisura pleurală.
Se efectuează o expirație calmă fără consum direct de energie. Îngustarea pieptului oferă ETL
și pereții abdominali. Acest lucru se realizează după cum urmează. Când inhalați, plămânii se întind, rezultând o creștere a ETL. În plus, diafragma se mișcă în jos și împinge organele departe cavitatea abdominală, în timp ce întindeți peretele abdominal. De îndată ce se oprește furnizarea de impulsuri nervoase către mușchii inspiratori prin nervii frenic și intercostal, excitația mușchilor se oprește, în urma căreia aceștia se relaxează. Pieptul se îngustează sub influența ETL și a tonusului constant al mușchilor peretelui abdominal - în timp ce organele abdominale pun presiune asupra diafragmei. Din cauza îngustării toracelui, plămânii sunt comprimați. ETL contribuie, de asemenea, la ridicarea domului diafragmei. Presiunea aerului în plămâni crește cu 1,5 mm Hg. ca urmare a scăderii volumului lor, aerul din plămâni este expulzat în atmosferă. Îngustarea bronhiilor îngreunează oarecum expirația din cauza scăderii ETL și a prezenței tonusului mușchilor netezi bronșici.
Cum se transmite forța ETL către piept și îl comprimă? Acest lucru se realizează prin reducerea presiunii aerului atmosferic pe piept din interior prin căile respiratorii și plămâni (vezi Fig. 7.3). Scăderea presiunii este egală cu forța ETL, deoarece din interior, presiunea reală exercitată de aer asupra pieptului este egală cu P atm - P etl, iar din exterior, P a s acționează asupra pieptului. Această diferență de presiune (P, tl) acționează atât asupra inhalării, cât și asupra expirării, dar previne inhalarea (depășirea ETL) și promovează expirația. Cu alte cuvinte, ETL comprimă pieptul ca un arc. Este necesar să țineți cont de faptul că atunci când inhalați, presiunea din alveole scade cu 1,5 mm Hg, iar atunci când expirați, crește cu aceeași cantitate. Ca urmare, forța care comprimă toracele, P compress.g R.cl.
= P etl * 1,5 mm Hg. (la inspirație +1,5, la expirație - 1,5 mm Hg).
Un mecanism auxiliar pentru transmiterea ETL la torace este forța de adeziune (aderență) a straturilor viscerale și parietale ale pleurei. Dar forța de aderență este mică, nu este adăugată sau scăzută din ETL, ci doar ajută la menținerea straturilor pleurale împreună.
Consumul de energie pentru asigurarea ventilației
În timpul respirației liniștite, doar aproximativ 2% din oxigenul consumat de organism este cheltuit pentru munca mușchilor respiratori (sistemul nervos central consumă 20% 0 2, pompa Na/K consumă 30% din energia totală a corpului).
Consumul de energie pentru asigurarea respirației externe este nesemnificativ, În primul rând, pentru că atunci când inspiri, toracele se extinde datorită propriilor forțe elastice și ajută la depășirea tracțiunii elastice a plămânilor. În al doilea rând, consumul de energie pentru ventilarea plămânilor este scăzut deoarece rezistența inelastică la inhalare și expirare este scăzută. Se compune din următoarele componente: 1) rezistenţa aerodinamică a căilor aeriene; 2) rezistența vâscoasă a țesuturilor; 3) rezistență inerțială. În timpul respirației liniștite, energia este cheltuită în principal pentru depășirea ETL și a peretelui abdominal. În timpul muncii grele, consumul de energie pentru ventilarea plămânilor poate crește de la 2 până la 20% din consumul total de energie al organismului datorită creșterii rezistenței inelastice la inhalare și expirare. În al treilea rând, consumul de energie pentru ventilarea plămânilor este atât de mic deoarece, și acesta este principalul lucru, organele respiratorii funcționează ca un leagăn (Fig. 7.4), foarte puțină energie este cheltuită pentru a menține balansul.
Faptul este că o parte semnificativă a energiei contracției musculare, care asigură expansiunea toracelui în timpul inhalării, merge în energia potențială a ETL și a peretelui abdominal - se întind. Această energie potențială acumulată de tracțiune elastică în timpul inhalării asigură și expirarea - ridicarea diafragmei și comprimarea pieptului ca un resort după relaxarea mușchilor inspiratori. La rândul său, energia potențială a ETL, comprimând pieptul ca un arc în timpul expirației, se transformă în energie potențială sub formă de forțe elastice ale pieptului, oferind ridicarea coaste cu următoarea inhalare.
În ceea ce privește cunoscutul model Donders, la care se face referire atunci când se dovedește rolul creșterii presiunii negative în expansiunea plămânilor în timpul inhalării, acesta nu reflectă realitatea.
În acest model, plămânii nu sunt apăsați pe „piept”.
Ele se extind atunci când presiunea din „cavitatea pleurală” este redusă artificial. Deoarece presiunea atmosferică este menținută în plămâni, apare un gradient de presiune, care asigură expansiunea plămânilor. În organism, plămânii sunt apăsați pe suprafața interioară a pieptului din cauza presiunii atmosferice. La inhalare, fisura pleurală nu se extinde, deoarece nu există deloc aer în ea. Deoarece plămânii sunt apăsați pe piept de presiunea atmosferică, ei se extind în mod natural împreună cu pieptul în expansiune. Pe măsură ce plămânii se extind, ETL crește în mod natural, ceea ce este însoțit de o creștere a presiunii negative în fisura pleurală. Din această analiză mai rezultă că creșterea acestei presiuni nu este o cauză, ci o consecință a expansiunii plămânilor.
Tot ce s-a afirmat despre mecanismul ventilației pulmonare explică motivele consumului nesemnificativ de energie pentru a asigura respirația externă în repaus, precum și de ce respirăm atât de ușor, fără să observăm efortul depus!
Respirație forțată. Tipuri de respirație. Volumul ventilației pulmonare. Ventilatie alveolara
O.Respirație forțată este asigurată prin implicarea unui număr de mușchi suplimentari în contracție, se efectuează cu o cheltuială mare de energie, deoarece în acest caz rezistența inelastică crește brusc. La inhalare, un rol auxiliar îl joacă toți mușchii atașați de oasele centurii umărului, craniului sau coloanei vertebrale și capabili să ridice coastele - acestea sunt sternocleidomastoidul, trapezul, ambii mușchi pectorali, mușchiul ridicător al omoplatului, mușchiul scalen. , mușchiul serratus anterior. În primul rând, Expirația forțată se efectuează și cu cheltuială suplimentară de energie directă, În al doilea rând, ca urmare a contracției mușchilor intercostali interni. Direcția lor este opusă direcției mușchilor intercostali externi, prin urmare, ca urmare a contracției lor, coastele sunt coborâte.
B.Cei mai importanți mușchi auxiliari expiratori sunt mușchii abdominali, cu contracția cărora coastele sunt coborâte, iar organele abdominale sunt comprimate și deplasate în sus împreună cu diafragma. La expirația forțată contribuie și mușchii serratus posterior. Desigur, cu inhalarea și expirația forțată, acționează și toate forțele cu ajutorul cărora se realizează o respirație calmă.
Tipul de respirație depinde de sex și de tipul activității de muncă. Bărbații au un tip de respirație preponderent abdominal, în timp ce femeile au un tip preponderent toracic. În cazul muncii preponderent fizice, și la femei, se formează un tip de respirație predominant abdominal. Respirația de tip toracic este asigurată în principal datorită lucrului mușchilor intercostali. Cu tipul abdominal, ca urmare a unei contracții puternice a diafragmei, organele abdominale se deplasează în jos, astfel încât atunci când inhalați, stomacul „iese în afară”.ÎN. Volumele ventilare plămânii depind de adâncimea inspirației și expirației. Ventilația este schimbul de gaze între aerul atmosferic și plămâni. Intensitatea și esența sa sunt exprimate în două concepte. Hiperventilația
Volumul curent(DO) este volumul de aer pe care o persoană îl inspiră și expiră în timpul unei respirații liniștite, în timp ce durata unui ciclu de respirație este de 4-6 s, actul de inhalare este ceva mai rapid.
Acest tip de respirație se numește eipnoe (respirație bună). Volumul de rezervă inspiratorie
(PO inspirator) - volumul maxim de aer pe care o persoană îl poate inspira suplimentar după o inhalare liniștită. Volumul de rezervă expiratorie
4. (Expirație RO) - volumul maxim de aer care poate fi expirat după o expirație liniștită. Volumul rezidual
(00) - volumul de aer rămas în plămâni după expirarea maximă. Capacitatea vitală a plămânilor
(VC) este cel mai mare volum de aer care poate fi expirat după o inhalare maximă. La tineri, valoarea adecvată a capacității vitale poate fi calculată folosind formula: capacitate vitală = Înălțime (m) 2,5 l. Capacitate reziduala functionala
7. (FRC) - cantitatea de aer rămasă în plămâni după o expirație liniștită este egală cu suma volumului rezidual și a volumului de rezervă expirator. Capacitate pulmonară totală
(VEL) - volumul de aer continut in plamani la inaltimea inspiratiei maxime este egal cu suma capacitatii vitale plus volumul rezidual. Capacitatea pulmonară totală, ca și alte volume și capacități, este foarte variabilă și depinde de sex, vârstă și înălțime. Astfel, la tinerii de 20-30 de ani este în medie de 6 litri, la bărbații de 50-60 de ani este în medie de 5,5 litri. În cazul pneumotoraxului, cea mai mare parte a aerului rezidual scapă, lăsând așa-numitul volum minim aer.
Acest aer este reținut în așa-numitele capcane de aer, deoarece unele dintre bronhiole se prăbușesc înainte de alveole (bronhiolele terminale și respiratorii nu conțin cartilaj). Prin urmare, plămânul unui adult și al unui nou-născut care respiră nu se scufundă în apă (un test pentru a determina prin examinare medico-legală dacă un copil s-a născut viu: plămânul unui născut mort se îneacă în apă pentru că nu conține aer). Volum de aer pe minut
(MOV) este volumul de aer care trece prin plămâni într-un minut. Este de 6-8 litri în repaus, ritmul respirator este de 14-18 pe minut. Cu o sarcină musculară intensă, ROM-ul poate ajunge la 100 de litri. Ventilatie maxima
(MVL) este volumul de aer care trece prin plămâni în 1 minut la adâncimea și frecvența maximă posibilă a respirației. MVL poate ajunge la 120-150 l/min la o persoană tânără și la 180 l/min la sportivi, depinde de vârstă, înălțime și sex. Toate celelalte lucruri fiind egale, MVL caracterizează permeabilitatea căilor respiratorii, precum și elasticitatea toracelui și complianța plămânilor.Întrebarea cum să respirați atunci când nevoia organismului de schimb de gaze crește este adesea discutată: mai rar, dar mai profund sau mai des, dar mai puțin profund? Respirația profundă este mai eficientă pentru schimbul de gaze în plămâni, deoarece o parte din aer poate curge convectiv direct în alveole. Cu toate acestea, devine dificil să respirați profund în timpul activității musculare intense, deoarece rezistența inelastică (rezistența aerodinamică a căilor respiratorii, rezistența țesutului vâscos și rezistența inerțială) crește foarte mult. Prin urmare, cu respirația forțată, consumul de energie pentru a asigura munca componentei respiratorii externe crește de la 2% din consumul total în repaus la 20% în timpul muncii fizice grele. În același timp, la persoanele antrenate, creșterea ventilației pulmonare în timpul activității fizice se realizează în principal datorită aprofundării respirației, iar la persoanele neantrenate - în principal datorită creșterii respirației până la 40-50 pe minut. Cu toate acestea, de obicei, frecvența și profunzimea respirației sunt determinate de activitatea fizică în sine. Organismul în mod independent (neprodus)
D.Ventilatie alveolara calea convectivă (aportul direct de aer proaspăt în alveole) are loc numai în timpul muncii fizice foarte intense. Mult mai des, ventilația alveolelor se realizează prin difuzie. Acest lucru se explică prin faptul că diviziunea dihotomică repetată a bronhiolelor duce la o creștere a secțiunii transversale totale a căilor aeriene în direcția distală și, în mod natural, la o creștere a volumului acesteia. Timpul de difuzie a gazelor în zona de schimb de gaze și de egalizare a compoziției amestecului de gaze în canalele alveolare și alveole este de aproximativ 1 s. Compoziția gazelor din zona de tranziție se apropie de cea a canalelor alveolare în aproximativ același timp - 1 s.
Schimbul de gaze între alveole și sângele corpului
Schimbul de gaze se realizează prin difuzie: CO 2 este eliberat din sânge în alveole, 0 2 intră în sângele venos din alveole, care intră în capilarele pulmonare din toate organele și țesuturile corpului. În acest caz, sângele venos, bogat în CO 2 și sărac în 0 2, se transformă în sânge arterial, bogat în 0 2 și sărac în CO 2. Schimbul de gaze între alveole și sânge are loc continuu, dar în timpul sistolei este mai mare decât în timpul diastolei.
O.Forța motrice, asigurarea schimbului de gaze în alveole este diferența dintre presiunile parțiale ale Po 2 și Pco 2 din amestecul alveolar de gaze și tensiunea acestor gaze în sânge. Presiunea parțială a unui gaz (paGaNz - parțială) este partea din presiunea totală a amestecului de gaze care cade pe ponderea unui anumit gaz. Tensiunea unui gaz într-un lichid depinde doar de presiunea parțială a gazului deasupra lichidului și sunt egale între ele.
Po 2 și Pco sunt egalizate în alveole și capilare.
Pe lângă gradientul parțial presiune-tensiune care asigură schimbul de gaze în plămâni, există o serie de alți factori auxiliari care joacă un rol important în schimbul de gaze.
B.Factorii care favorizează difuzia gazelor în plămânii.
Suprafață mare de contact capilarele si alveolele pulmonare (60-120m2).
Alveolele sunt vezicule cu diametrul de 0,3-0,4 mm, formate din celule epiteliale. Mai mult, fiecare capilar este în contact cu 5-7 alveole. Viteză mare de difuzie a gazului
printr-o membrană pulmonară subțire de aproximativ 1 micron. Egalizarea Po 2 în alveole și sânge în plămâni are loc în 0,25 s; sângele rămâne în capilarele plămânilor aproximativ 0,5 s, adică. de 2 ori mai mult. Rata de difuzie a CO2 este de 23 de ori mai mare decât cea a lui 02, adică. există un grad ridicat de fiabilitate în procesele de schimb de gaze din organism. activarea ventilației pulmonare și a circulației sângelui în acestea favorizează în mod natural difuzia gazelor în plămâni.
Corelația dintre fluxul sanguinîn această zonă a plămânului și a acestuia ventilare. Dacă o zonă a plămânului este slab ventilată, vasele de sânge din această zonă se îngustează și chiar se închid complet. Aceasta se realizează folosind mecanisme locale de autoreglare - prin reacții ale mușchilor netezi: atunci când Po 2 scade în alveole, apare vasoconstricția.
Tipul de respirațieModificați conținutul 0 2 și C0 2 în plămâni. Schimbul de gaze în plămân duce în mod natural la o modificare a compoziției gazelor din plămân în comparație cu compoziția aerului atmosferic. În repaus, o persoană consumă aproximativ 250 ml 0 2 și eliberează aproximativ 230 ml CO 2. Prin urmare, cantitatea de 0 2 din aerul alveolar scade și cantitatea de CO 2 crește (Tabelul 7.2).
Modificările conținutului de 0 2 și CO 2 în amestecul alveolar de gaze sunt o consecință a consumului de 0 2 de către organism și a eliberării de CO 2. În aerul expirat, cantitatea de 0 2 crește ușor, iar CO 2 scade în comparație cu amestecul de gaz alveolar datorită faptului că i se adaugă aer din căile respiratorii, care nu participă la schimbul de gaze și, în mod natural, conține CO 2 și 0 2 în aceleași cantități, precum și aerul atmosferic. Sângele, îmbogățit cu 0 2 și renunțând la CO 2, pătrunde în inimă din plămâni și, cu ajutorul arterelor și capilarelor, se distribuie în tot organismul, cedând 0 2 în diverse organe și țesuturi și primind CO 2.
Menținerea unei compoziții constante a aerului alveolar este asigurată de ciclurile respiratorii care apar continuu - inhalare și expirație. În timpul inhalării, aerul atmosferic intră în plămâni prin căile respiratorii la expirare, aproximativ același volum de aer este deplasat din plămâni; Prin reînnoirea unei părți a aerului alveolar, acesta este menținut constant.
Actul de inhalare are loc ca urmare a creșterii volumului cavității toracice datorită contracției mușchilor intercostali oblici externi și a altor mușchi inspiratori care asigură abducția coastelor în lateral, precum și datorită contracției diafragma, care este însoțită de o schimbare a formei cupolei sale. Diafragma devine conică, poziția centrului tendonului nu se modifică, iar zonele musculare se deplasează spre cavitatea abdominală, împingând organele înapoi. Pe măsură ce volumul toracelui crește, presiunea în fisura pleurală scade și apare o diferență între presiunea atmosferică a aerului pe peretele interior al plămânilor și presiunea aerului din cavitatea pleurală de pe peretele exterior al plămânilor. Presiunea aerului atmosferic pe peretele interior al plămânilor începe să prevaleze și determină o creștere a volumului plămânilor și, în consecință, fluxul de aer atmosferic în plămâni.
Tabelul 1. Mușchii care asigură ventilația pulmonară
Nota. Apartenența mușchilor la grupele principale și auxiliare poate varia în funcție de tipul de respirație.
Când inhalarea este încheiată și mușchii respiratori se relaxează, coastele și cupola diafragmei revin în poziția înainte de inhalare, în timp ce volumul toracelui scade, presiunea în fisura pleurală crește, presiunea pe suprafața exterioară a plămânilor. crește, o parte din aerul alveolar este deplasată și are loc expirația.
Revenirea coastelor în poziția înainte de inhalare este asigurată de rezistența elastică a cartilajelor costale, contracția mușchilor intercostali oblici interni, a mușchilor serratus ventral și a mușchilor abdominali. Diafragma revine în poziția de dinainte de inhalare datorită rezistenței pereților abdominali, a organelor abdominale amestecate înapoi în timpul inhalării și a contracției mușchilor abdominali.
Mecanismul inspirației și expirației. Ciclul respirator
Ciclul respirator include inhalarea, expirația și o pauză între ele. Durata sa depinde de ritmul respirator și este de 2,5-7 s. Pentru majoritatea oamenilor, durata inhalării este mai scurtă decât durata expirării. Durata pauzei este foarte variabilă, poate fi absentă între inhalare și expirație.
A iniția inhalare este necesar ca în secțiunea inspiratorie (activare a inhalării) să apară o salvă de impulsuri nervoase și să fie trimise de-a lungul căilor descendente ca parte a părții ventrale și anterioare a cordurilor laterale ale substanței albe. măduva spinăriiîn regiunile sale cervicale şi toracice. Aceste impulsuri trebuie să ajungă la neuronii motori ai coarnelor anterioare ale segmentelor C3-C5, formând nervii frenici, precum și neuronii motori ai segmentelor toracice Th2-Th6, formând nervii intercostali. Activați de centrul respirator, neuronii motori ai măduvei spinării trimit fluxuri de semnale de-a lungul nervilor frenic și intercostal către sinapsele neuromusculare și provoacă contracția mușchilor diafragmatici, intercostali externi și intercartilaginoși. Aceasta duce la o creștere a volumului cavității toracice datorită coborârii cupolei diafragmei (Fig. 1) și mișcării (ridicarea și rotația) coastelor. Ca urmare, presiunea în fisura pleurală scade (la 6-20 cm de apă, în funcție de adâncimea inspirației), presiunea transpulmonară crește, forțele elastice de tracțiune ale plămânilor devin mai mari și se întind, crescându-și volumul.
Orez. 1. Modificări ale dimensiunii pieptului, volumului pulmonar și presiunii în fisura pleurală în timpul inhalării și expirării
O creștere a volumului pulmonar duce la o scădere a presiunii aerului în alveole (cu o inhalare liniștită, devine cu 2-3 cm de apă sub presiunea atmosferică) și aerul atmosferic intră în plămâni de-a lungul unui gradient de presiune. Are loc inhalarea. În acest caz, viteza volumetrică a fluxului de aer în tractul respirator (O) va fi direct proporțională cu gradientul de presiune (ΔP) dintre atmosferă și alveole și invers proporțională cu rezistența (R) a căilor respiratorii pentru fluxul de aer. .
Odată cu contracția crescută a mușchilor inspiratori, pieptul se extinde și mai mult și volumul plămânilor crește. Profunzimea inspirației crește. Acest lucru se realizează datorită contracției mușchilor inspiratori auxiliari, care includ toți mușchii atașați la oasele brâului scapular, a coloanei vertebrale sau a craniului, care, atunci când sunt contractați, sunt capabili să ridice coastele, scapula și să fixeze centura scapulară cu umerii întinși pe spate. Cei mai importanți dintre acești mușchi sunt: pectoralul mare și minor, scaleni, sternocleidomastoidian și serratus anterior.
Mecanism de expirare diferă prin aceea că expirarea calmă are loc pasiv datorită forțelor acumulate în timpul inhalării. Pentru a opri inhalarea și a comuta inhalarea în expirație, este necesar să opriți trimiterea de impulsuri nervoase de la centrul respirator către neuronii motori ai măduvei spinării și mușchii inspiratori. Acest lucru duce la relaxarea mușchilor inspiratori, în urma căreia volumul toracelui începe să scadă sub influența următorilor factori: tracțiune elastică a plămânilor (după o respirație profundă și tracțiune elastică a pieptului), gravitatea pieptul, ridicat și îndepărtat dintr-o poziție stabilă în timpul inspirației, și presiunea organelor abdominale către diafragmă. Pentru a efectua expirația intensificată, este necesar să se trimită un flux de impulsuri nervoase din centrul expirației către neuronii motori ai măduvei spinării, care inervează mușchii expiratori - mușchii intercostali interni și mușchii abdominali. Contracția lor duce la o reducere și mai mare a volumului toracelui și la eliminarea unui volum mai mare de aer din plămâni datorită ridicării cupolei diafragmei și coborârii coastelor.
O scădere a volumului toracic duce la o scădere a presiunii transpulmonare. Tracțiunea elastică a plămânilor devine mai mare decât această presiune și determină o scădere a volumului pulmonar. Aceasta crește presiunea aerului în alveole (cu 3-4 cm de coloană de apă mai mult decât presiunea atmosferică) și aerul curge din alveole în atmosferă de-a lungul unui gradient de presiune. Expiră.
Tipul de respirație determinată de contribuția diverșilor mușchi respiratori la creșterea volumului cavității toracice și umplerea plămânilor cu aer în timpul inspirației. Dacă inhalarea are loc în principal datorită contracției diafragmei și deplasării (în jos și înainte) a organelor abdominale, atunci o astfel de respirație se numește abdominale sau diafragmatice; dacă din cauza contracției mușchilor intercostali - sugar. La femei predomină tipul de respirație toracică, la bărbați – respirația abdominală. Persoanele care efectuează muncă fizică grea, de regulă, au un tip de respirație abdominală.
Munca muschilor respiratori
Pentru a ventila plămânii, este necesar să cheltuiți munca, care se realizează prin contractarea mușchilor respiratori.
În timpul respirației liniștite în condiții metabolice bazale, 2-3% din energia totală cheltuită de organism este cheltuită pentru munca mușchilor respiratori. Cu o respirație crescută, aceste costuri pot ajunge la 30% din costurile energetice ale organismului. Pentru persoanele cu boli pulmonare și respiratorii, aceste costuri pot fi și mai mari.
Munca mușchilor respiratori este cheltuită pentru depășirea forțelor elastice (plămâni și torace), rezistență dinamică (vâscoasă) la mișcarea fluxului de aer prin tractul respirator, forța inerțială și gravitația țesuturilor deplasate.
Cantitatea de muncă a mușchilor respiratori (W) este calculată prin integrala produsului dintre modificarea volumului pulmonar (V) și presiunea intrapleurală (P):
60-80% din costurile totale sunt cheltuite pentru depășirea forțelor elastice W, rezistență vâscoasă - până la 30% W.
Rezistențele vâscoase sunt prezentate:
- rezistența aerodinamică a căilor respiratorii, care reprezintă 80-90% din rezistența vâscoasă totală și crește odată cu creșterea debitului de aer în tractul respirator. Viteza volumetrică a acestui flux este calculată prin formula
Unde R a- diferenta dintre presiunea din alveole si atmosfera; R- rezistenta cailor respiratorii.
Când respiră pe nas, este vorba de aproximativ 5 cm de apă. Artă. l -1 *s -1, la respirație pe gură - 2 cm de apă. Artă. l -1 *s -1 . Traheea, bronhiile lobare și segmentare suferă de 4 ori mai multă rezistență decât părțile mai distale ale tractului respirator;
- rezistența tisulară, care reprezintă 10-20% din rezistența totală a vâscoasei și este cauzată de frecarea internă și deformarea inelastică a țesuturilor cavității toracice și abdominale;
- rezistență inerțială (1-3% din rezistența vâscoasă totală), datorită accelerării volumului de aer din căile respiratorii (depășirea inerției).
În timpul respirației liniștite, munca de depășire a rezistenței vâscoase este nesemnificativă, dar la creșterea respirației sau dacă căile respiratorii sunt obstrucționate, aceasta poate crește brusc.
Tracțiune elastică a plămânilor și a toracelui
Recul elastic este forța cu care plămânii tind să se comprima. Două treimi din tracțiunea elastică a plămânilor se datorează tensiunii superficiale a surfactantului și fluidului suprafeței interioare a alveolelor, aproximativ 30% este creată de fibrele elastice ale plămânilor și aproximativ 3% de tonusul plămânilor. fibrele musculare netede ale bronhiilor intrapulmonare.
Tracțiune elastică a plămânilor- forta cu care tesutul pulmonar contracareaza presiunea cavitatii pleurale si asigura colapsul alveolelor (datorita prezentei alveolelor in perete cantitate mare fibre elastice și tensiune superficială).
Cantitatea de tracțiune elastică a plămânilor (E) este invers proporțională cu cantitatea de extensibilitate a acestora (C l):
Complianța pulmonară la persoanele sănătoase este de 200 ml/cm de apă. Artă. și reflectă o creștere a volumului pulmonar (V) ca răspuns la o creștere a presiunii transpulmonare (P) cu 1 cm de apă. Artă.:
Cu emfizem, complianța lor crește, cu fibroză scade.
Cantitatea de distensibilitate și tracțiune elastică a plămânilor este puternic influențată de prezența surfactantului pe suprafața intra-alveolară, care este o structură de fosfolipide și proteine formate din pneumocite alveolare de tip 2.
Surfactantul joacă un rol important în menținerea structurii și proprietăților plămânilor, facilitând schimbul de gaze și îndeplinește următoarele funcții:
- reduce tensiunea superficială în alveole și crește complianța plămânilor;
- previne lipirea pereților alveolelor;
- creste solubilitatea gazelor si faciliteaza difuzia lor prin peretele alveolar;
- previne dezvoltarea edemului alveolar;
- facilitează expansiunea plămânilor în timpul primei respirații a nou-născutului;
- favorizează activarea fagocitozei de către macrofagele alveolare.
Tracțiunea elastică a toracelui va fi creată datorită elasticității cartilajului intercostal, mușchilor, pleurei parietale și structurilor de țesut conjunctiv care se pot contracta și extinde. La sfârșitul expirației, forța de tracțiune elastică a toracelui este îndreptată spre exterior (spre expansiunea toracelui) și este maximă ca magnitudine. Pe măsură ce inspirația se dezvoltă, aceasta scade treptat. Când inhalarea atinge 60-70% din valoarea maximă posibilă, forța elastică a toracelui devine zero, iar odată cu adâncirea în continuare a inhalării este îndreptată spre interior și împiedică expansiunea toracelui. În mod normal, distensibilitatea toracelui (C|k) se apropie de 200 ml/cm apă. Artă.
Compatibilitatea totală a toracelui și plămânilor (C 0) se calculează prin formula 1/C 0 = 1/C l + 1/C gk. Valoarea medie a C0 este de 100 ml/cm apă. Artă.
La sfârșitul unei expirații liniștite, mărimile tracțiunii elastice a plămânilor și a toracelui sunt egale, dar de direcție opusă. Se echilibrează unul pe altul. În acest moment, pieptul este în cea mai stabilă poziție, ceea ce se numește nivelul de respirație liniștităşi este luată ca punct de plecare pentru diverse studii.
Presiune negativă în fisura pleurală și pneumotorax
Pieptul formează o cavitate etanșă care izolează plămânii de atmosferă. Plamanii sunt acoperiti de un strat de pleura viscerala, iar suprafata interioara a toracelui este acoperita de un strat de pleura parietala. Frunzele trec una în alta la porțile plămânului și între ele se formează un spațiu în formă de fante, umplut cu lichid pleural. Acest spațiu este adesea numit cavitate pleurală, deși cavitatea dintre straturi se formează doar în cazuri speciale. Stratul de lichid din fisura pleurală este incompresibil și inextensibil, iar straturile pleurale nu se pot îndepărta unele de altele, deși pot aluneca cu ușurință de-a lungul (ca două pahare atașate de suprafețe umede, sunt greu de separat, dar sunt ușor de mutat). de-a lungul avioanelor).
În timpul respirației normale, presiunea dintre straturile pleurale este mai mică decât cea atmosferică; îl cheamă presiune negativăîn fisura pleurală.
Motivele apariției presiunii negative în golul pleural sunt prezența tracțiunii elastice a plămânilor și a toracelui și capacitatea straturilor pleurale de a capta (sorb) moleculele de gaz din fluidul din golul pleural sau aerul care intră în acesta în timpul pieptului. leziuni sau înţepături cu scop terapeutic. Datorită prezenței presiunii negative în fisura pleurală, există o filtrare constantă în ea cantitate mica gazele din alveole. În aceste condiții, activitatea de sorbție a straturilor pleurale împiedică acumularea de gaze în el și protejează plămânii de colaps.
Rolul important al presiunii negative în fisura pleurală este de a menține plămânii într-o stare întinsă chiar și în timpul expirației, ceea ce este necesar pentru ca aceștia să umple întregul volum al cavității toracice, determinat de dimensiunea toracelui.
La un nou-născut, raportul dintre volumele parenchimului pulmonar și cavitatea toracică este mai mare decât la adulți, prin urmare, la sfârșitul unei expirații liniștite, presiunea negativă în fisura pleurală dispare.
La un adult, la sfârșitul unei expirații liniștite, presiunea negativă dintre straturile pleurei este în medie de 3-6 cm de apă. Artă. (adică cu 3-6 cm mai puțin decât cel atmosferic). Dacă o persoană se află într-o poziție verticală, atunci presiunea negativă în fisura pleurală de-a lungul axei verticale a corpului variază semnificativ (se modifică cu 0,25 cm de coloană de apă pentru fiecare centimetru de înălțime). Este maxim în zona vârfurilor plămânilor, așa că atunci când expirați, aceștia rămân mai întinși și cu inhalarea ulterioară volumul și ventilația lor cresc într-o mică măsură. La baza plămânilor, cantitatea de presiune negativă se poate apropia de zero (sau chiar poate deveni pozitivă dacă plămânii își pierd elasticitatea din cauza îmbătrânirii sau a bolii). Cu greutatea lor, plămânii pun presiune asupra diafragmei și a părții din piept adiacentă acesteia. Prin urmare, în zona bazei la sfârșitul expirației, acestea sunt cel mai puțin întinse. Acest lucru va crea condiții pentru o întindere mai mare și o ventilație sporită în timpul inhalării, crescând schimbul de gaze cu sângele. Sub influența gravitației, mai mult sânge curge la baza plămânilor, fluxul de sânge în această zonă a plămânilor depășește ventilația.
La o persoană sănătoasă, doar cu expirație forțată presiunea din fisura pleurală poate deveni mai mare decât presiunea atmosferică. Dacă expirați cu efort maxim într-un spațiu închis mic (de exemplu, într-un pneumotonometru), atunci presiunea în cavitatea pleurală poate depăși 100 cm de apă. Artă. Folosind această manevră de respirație, puterea mușchilor expiratori este determinată cu ajutorul unui pneumotonometru.
La sfarsitul unei inspiratii linistite, presiunea negativa in fisura pleurala este de 6-9 cm de apa. Art., iar cu cea mai intensă inhalare poate ajunge la o valoare mai mare. Dacă inhalarea se efectuează cu efort maxim în condiții de blocare a căilor respiratorii și imposibilitatea de a pătrunde aer în plămâni din atmosferă, atunci presiunea negativă în fisura pleurală pentru o perioadă scurtă de timp (1-3 s) ajunge la 40-80 cm de apă. . Artă. Folosind acest test și un dispozitiv pneumogonometru, se determină puterea mușchilor inspiratori.
Când se ia în considerare mecanica respirației externe, se ia în considerare și aceasta presiunea transpulmonară- diferenţa dintre presiunea aerului din alveole şi presiunea din fisura pleurală.
Pneumotorax numită intrarea aerului în fisura pleurală, ducând la colapsul plămânilor. În condiții normale, în ciuda acțiunii forțelor elastice de tracțiune, plămânii rămân îndreptați, deoarece din cauza prezenței lichidului în fanta pleurală, straturile pleurei nu se pot separa. Când aerul pătrunde în fanta pleurală, care poate fi comprimată sau extinsă în volum, gradul de presiune negativă în ea scade sau devine egal cu presiunea atmosferică. Sub influența forțelor elastice ale plămânului, stratul visceral este tras înapoi din stratul parietal și plămânii scad în dimensiune. Aerul poate pătrunde în fisura pleurală printr-o deschidere dintr-un perete toracic deteriorat sau prin comunicarea dintre un plămân deteriorat (de exemplu, în tuberculoză) și fisura pleurală.
cum inspiră și expiră o persoană și a primit cel mai bun răspuns
Răspuns de la Vahit Shavaliev[guru]
Cum au loc inhalarea și expirația?
Acolo unde coastele se unesc cu coloana vertebrală există mușchi care se atașează la un capăt de coaste și la celălalt capăt de coloana vertebrală. În acest caz, unii mușchi sunt atașați la exteriorul coastei (se află imediat sub piele), iar alții la interiorul coastei. De aici provine numele lor – mușchii intercostali externi și mușchii intercostali interni.
Când mușchii intercostali externi se contractă, coastele se depărtează (pieptul crește), datorită faptului că volumul plămânilor crește. Pe măsură ce volumul plămânilor crește, are loc o scădere a presiunii (presiunea din plămâni scade). Ca urmare a acestei diferențe, aerul (oxigenul) pătrunde în plămâni;
Când mușchii se relaxează, pieptul coboară sub greutatea greutății sale, volumul plămânilor scade (prin urmare, presiunea crește) și are loc expirația. Așa apare așa-numita expirație pasivă. Cu toate acestea, atunci când mușchii intercostali interni se contractă, are loc expirația forțată (sau activă).
Răspuns de la 2 raspunsuri[guru]
Buna ziua! Iată o selecție de subiecte cu răspunsuri la întrebarea dvs.: cum inspiră și expiră o persoană?
Răspuns de la Natalia Abramova[începător]
Mulțumesc foarte mult!))
Răspuns de la Karina Sergazina[începător]
mmm.... În clasa a IV-a mai știm două grupe de mușchi... Și probabil că au întrebat asta conform unei sarcini din manual, dar am uitat să respir
Răspuns de la Hsghf gfdgdf[începător]
KLAS
Răspuns de la Ory Zolotarev[începător]
Doha și Expirația implică două grupe de mușchi. Principalii mușchi respiratori sunt mușchii intercostali și diafragma!
Răspuns de la Dmitri[expert]
În general, principalul lucru este ceea ce se întâmplă) Și așa - aceasta este o funcție a corpului, sau mai degrabă a plămânilor, adusă la punctul de automatizare)
O modificare a compoziției gazelor din plămâni sau ventilația plămânilor are loc din cauza lucrului mușchilor respiratori. Actul respirator constă în inspirație, expirație și pauză.
Așa-numitul centru respirator este situat în medula oblongata, de la care se primesc periodic comenzi către mușchii respiratori. Această formațiune nervoasă centrală, compusă din celule nervoase funcțional diferite, asigură funcționarea sistemului respirator într-un mod automat involuntar (de aceea, de obicei, nu observăm propria respirație). Centrul respirator determină ordinea activării, forța și durata contracției diverșilor mușchi, în funcție de nevoile de schimb gazos ale organismului. Saloane de impulsuri incitante sunt transmise de la centrul respirator de-a lungul nervului frenic la diafragmă și de-a lungul nervilor intercostali la mușchii intercostali.
Mușchii inspiratori
La inhalare, conform comenzii centrului respirator, mușchiul inspirator principal - diafragma și mușchii intercostali externi - se contractă. Ca urmare a contracției mușchilor inspiratori, cupola diafragmei se aplatizează și coboară, iar coastele se ridică, rezultând o creștere a volumului toracelui. Cavitatea pleurală, repetăm, este sigilată, iar presiunea din ea este negativă în raport cu presiunea atmosferică. Prin urmare, plămânii se extind pasiv în cavitatea toracică și, sub influența presiunii atmosferice, sunt umpluți cu aer prin căile respiratorii. Așa are loc inhalarea.
Mușchii inspiratori înving o serie de rezistențe, dintre care cea mai importantă este rezistența elastică a cartilajelor costale și a țesutului pulmonar propriu-zis, masa toracelui ridicat și rezistența viscerelor abdominale și a pereților abdominali, împinse la o parte de diafragmă. deoarece se aplatizează în timpul contracției.
Când inhalarea este finalizată și mușchii inspiratori se relaxează, efectul total al rezistențelor enumerate readuce pieptul în poziția inițială: coastele, datorită elasticității conexiunilor lor, sunt mai jos, diafragma iese în sus. Ca urmare, volumul toracelui și, în consecință, volumul plămânilor scad. În plus, excesul de aer care a intrat în timpul inhalării este împins afară. Deci, într-o stare calmă, expirația se efectuează pasiv, fără participarea activă a mușchilor respiratori.
După expirare are loc o pauză, apoi ciclul de respirație se repetă. Și așa toată viața mea. De la prima până la ultima respirație... Cu dorința voluntară de a schimba mișcările respiratorii, de exemplu, de a-ți ține respirația în timpul scufundării sau de a coordona ritmul mișcărilor sportive cu mișcările respiratorii, sunt implicate părțile superioare ale creierului, controlând munca tuturor mușchilor corpului.
Fiziologia respirației.
1. Sensul respirației. Externe și respirație internă. Fiziologia tractului respirator.
2. Mecanismul inspiratiei si expirarii.
3. Capacitatea vitală a plămânilor. Spirometrie. Ventilatie pulmonara. Volum de respirație pe minut.
4. Transferul de gaze prin sânge. Rolul factorilor fizici și chimici în transferul gazelor. Presiunea parțială a oxigenului și a dioxidului de carbon în aerul alveolar și tensiunea lor în sânge.
5. Curba de disociere a oxihemoglobinei.
6. Mecanismul transferului de dioxid de carbon în sânge.
7. Reglarea respirației. Centrul respirator și departamentele sale. Automatizarea centrului respirator.
8. dioxid de carbon ca iritant specific centrului respirator. Rolul factorilor umorali și al cortexului cerebral în reglarea respirației. Reflexele Hering-Breuer.
9. Caracteristici ale respiraţiei în timpul conditii diferite. Respirația în timpul lucrului muscular, în condiții de presiune atmosferică ridicată și scăzută. Hipoxia și semnele ei.
Caracteristici generale. Activitatea vitală a organismului este asociată cu consumul continuu de oxigen atmosferic și formarea de dioxid de carbon în țesuturi. În timpul inhalării, aerul intră în plămâni, unde are loc schimbul de gaze: sângele venos care curge către plămâni este saturat cu oxigen, iar excesul de dioxid de carbon este îndepărtat odată cu aerul expirat.
Suflare- un proces continuu complex, în urma căruia compoziția gazoasă a sângelui este actualizată constant.
Reînnoirea periodică a aerului din plămâni permite organismului să mențină homeostazia respiratorie - o stare caracterizată prin constanta relativă a compoziției de gaze a sângelui și a țesuturilor, care este optimă pentru viață. Simpla aprovizionare cu oxigen în organism și eliminarea dioxidului de carbon din acesta nu pot asigura încă menținerea metabolismului tisular optim pentru metabolism. Modificarea constantă a modurilor de activitate ale corpului asociate cu modificări ale consumului de oxigen și eliberării de dioxid de carbon, de exemplu, în timpul activității musculare, reacții emoționale etc., pot afecta homeostazia respiratorie. În plus, compoziția aerului atmosferic, conținutul său de oxigen și dioxid de carbon și presiunea atmosferică nu sunt constante, ceea ce, la rândul său, poate provoca și modificări ale raportului dintre oxigen și dioxid de carbon din organism. Cu toate acestea, în ciuda a tot felul de factori perturbatori care pot perturba homeostazia respiratorie, organismul este capabil să-și mențină optimul în sânge și țesuturi în diferite condiții de existență. Această funcție este îndeplinită de sistemul respirator funcțional. Activitățile sale vizează stabilizarea echilibrului oxigen-dioxid de carbon din organism și completarea necesarului de gaze emergente. Datorită activității sistem functional Respirând în condiții de viață în schimbare, volumul ventilației pulmonare capătă valori care contribuie la satisfacerea cât mai completă a nevoilor respiratorii ale organismului.
În procesul respirației, se disting trei părți: respirația externă, sau pulmonară, transportul gazelor prin sânge și respirație internă sau tisulară.
Aerul atmosferic conține aproximativ 80% oxigen, ceea ce corespunde presiunii sale parțiale de 159 mm Hg. Artă. Presiunea parțială reflectă presiunea unui gaz într-un amestec de gaze, corespunzător procentului său în acesta. Aerul atmosferic care conține oxigen pătrunde în plămâni prin mișcări respiratorii - inhalare și expirare. Aerul care intră în plămâni din atmosferă se numește inhalat, iar aerul eliminat în timpul expirației se numește expirat. Schimbul de gaze are loc în alveolele plămânilor.
Oxigenul difuzează din alveole în sângele capilarelor pulmonare și este transferat către țesuturi prin curentul sanguin circulant. În capilarele tisulare, oxigenul difuzează în țesutul din jur. Dioxidul de carbon este transferat în direcția opusă: din celule, unde se formează ca urmare a metabolismului oxidativ, în capilarele tisulare și apoi prin sânge către plămâni. Din capilarele pulmonare, dioxidul de carbon difuzează în alveole și apoi este eliberat în atmosferă împreună cu aerul expirat.
Etapele respirației. Furnizarea organismului cu oxigen și eliminarea dioxidului de carbon are loc în mai multe etape. Ciclul respirator constă din inspirație, expirație și o pauză respiratorie. Durata inhalării la un adult este de la 0,9 la 4,7 s, durata expirației este de 1,2-6 s. Pauza de respirație variază în mărime și poate chiar să lipsească.
Mișcările respiratorii apar cu un anumit ritm și frecvență, care sunt determinate de numărul de excursii toracice pe minut. La un adult, ritmul respirator este de 12-18 pe minut.
Adâncimea mișcărilor respiratorii este determinată de amplitudinea excursiilor toracice și folosind metode speciale care permit studierea volumelor pulmonare.
Prima etapă - respirația pulmonară, sau externă - este asociată cu intrarea și eliminarea aerului din plămâni, adică. cu inspiratie si expiratie.
A doua etapă este schimbul de gaze în plămâni între aerul alveolar și capilarele pulmonare.
A treia etapă este transportul gazelor de către sânge: oxigen - de la plămâni la țesuturi, dioxid de carbon - de la țesuturi la plămâni.
A patra etapă este respirația tisulară (internă) - procese metabolice de utilizare a oxigenului de către celule și formarea dioxidului de carbon.
Ventilația plămânilor se realizează prin inhalare (inspirație) și expirație (expirație) continuă (de-a lungul vieții) și alternativă. În timpul inhalării, aerul atmosferic bogat în oxigen intră în plămâni la expirare, aerul sărăcit în oxigen și îmbogățit în dioxid de carbon este returnat în atmosferă.
Respirația externă.
Respirația externă apare din cauza modificărilor volumului toracic și modificărilor concomitente ale volumului pulmonar.
În timpul inhalării, volumul toracelui crește, iar în timpul expirației, acesta scade. Mișcările respiratorii implică:
1. Căile respiratorii, care prin proprietățile lor sunt ușor extensibile, compresibile și creează flux de aer. Aparatul respirator este format din tesuturi si organe care asigura ventilatia pulmonara si respiratia pulmonara (caile respiratorii, plamani si elemente ale sistemului musculo-scheletic).
Căile respiratorii care controlează fluxul de aer includ:
nas, cavitate nazală, nazofaringe, laringe, trahee, bronhii și bronhiole. Plămânii sunt formați din bronhiole și saci alveolari, precum și artere, capilare și vene ale circulației pulmonare.
Elementele sistemului musculo-scheletic asociate cu respirația includ coastele, mușchii intercostali, diafragma și mușchii respiratori accesorii. Nasul și cavitatea nazală servesc drept conducte pentru aer, unde este încălzit, umidificat și filtrat. Cavitatea nazală este căptușită cu o mucoasă bogat vascularizată. Receptorii olfactivi se află în partea superioară a cavității nazale. Căile nazale se deschid în nazofaringe. Laringele se află între trahee și rădăcina limbii. Traheea începe la capătul inferior al laringelui și coboară în cavitatea toracică, unde se împarte în bronhiile drepte și stângi. S-a stabilit că căile respiratorii de la trahee la unitățile respiratorii terminale (alveole) se ramifică (se bifurcă) de 23 de ori. Primele 16 „generații” ale tractului respirator - bronhii și bronhiole - îndeplinesc o funcție de conducere. „Generațiile” 17 - 22 - bronhiolele respiratorii și canalele alveolare constituie zona de tranziție, iar doar a 23-a „generație” este zona respiratorie respiratorie și este formată în întregime din saci alveolari cu alveole. Suprafața totală a secțiunii transversale a tractului respirator crește de peste 4,5 mii de ori pe măsură ce se ramifică. Bronhia dreaptă este de obicei mai scurtă și mai lată decât cea stângă.
2. Țesut pulmonar elastic și extensibil. Compartimentul respirator este reprezentat de alveole. Există trei tipuri de alveolocite (pneumocite) în plămâni care îndeplinesc diferite funcții. Alveolocitele de al doilea tip realizează sinteza lipidelor și fosfolipidelor surfactantului pulmonar. Suprafața totală a alveolelor la un adult ajunge la 80 - 90 m2, adică de aproximativ 50 de ori suprafața corpului uman.
3. Pieptul, format dintr-o bază osteocondrală pasivă, care este conectată prin ligamente conjunctive și mușchi respiratori care ridică și coboară coastele și mișcă cupola diafragmei. Datorită cantității mari de țesut elastic, plămânii, având extensibilitate și elasticitate semnificative, urmăresc pasiv toate modificările de configurație și volum ale toracelui. Cu cât este mai mare diferența dintre presiunea aerului din interiorul și din afara plămânilor, cu atât aceștia se vor întinde mai mult.
Există două mecanisme care provoacă modificări ale volumului toracelui: ridicarea și căderea coastelor și mișcarea cupolei diafragmei. Mușchii respiratori sunt împărțiți în mușchi inspiratori și expiratori.
Mușchii inspiratori sunt diafragma, mușchii intercostali externi și intercondrali. În timpul respirației liniștite, volumul toracelui se modifică în principal datorită contracției diafragmei și mișcării cupolei acesteia. O scădere a diafragmei cu doar 1 cm corespunde unei creșteri a capacității cavității toracice cu aproximativ 200 - 300 ml. În timpul respirației forțate profunde, sunt implicați mușchii inspiratori suplimentari: mușchii trapez, scalen anterior și sternocleidomastoidian. Sunt incluși în procesul de respirație activă la niveluri semnificativ mai mari de ventilație pulmonară, de exemplu, atunci când alpiniștii urcă la înălțimi mari sau în timpul insuficienței respiratorii, când aproape toți mușchii corpului intră în procesul de respirație.
Mușchii expiratori sunt mușchii intercostali interni și mușchii peretelui abdominal sau mușchii abdominali. Fiecare coastă este capabilă să se rotească în jurul unei axe care trece prin două puncte de legătură mobilă cu corpul și procesul transversal al vertebrei corespunzătoare.
În timpul inhalării, secțiunile superioare ale pieptului se extind în principal în direcția anteroposterioră, iar secțiunile inferioare se extind mai mult în direcțiile laterale, deoarece axa de rotație a coastelor inferioare ocupă o poziție sagitală. În faza de inspirație, mușchii intercostali externi, contractându-se, ridică coastele, iar în faza de expirație, coastele coboară datorită activității mușchilor intercostali interni. În timpul respirației normale liniștite, expirarea se efectuează pasiv, deoarece pieptul și plămânii se prăbușesc - după inhalare se străduiesc să ia poziția din care au fost îndepărtați prin contracția mușchilor respiratori. Cu toate acestea, atunci când tuse, vărsături sau efort, mușchii expiratori sunt activi.
Cu o inhalare liniștită, creșterea volumului toracic este de aproximativ 500 - 600 ml. Mișcarea diafragmei în timpul respirației determină până la 80% din ventilația plămânilor. La sportivii cu înaltă calificare, în timpul respirației profunde, cupola diafragmei se poate deplasa până la 10 - 12 cm.
Mișcări de respirație. Inhalarea și expirația sunt asigurate de excursii (mișcări) respiratorii ale toracelui și diafragmei. Volumul toracelui se modifică datorită contracției mușchilor intercostali, mișcării coastelor și aplatizării diafragmei.
Când mușchii inspiratori se contractă, coastele se ridică și se deplasează în jurul unui ax care trece prin articulațiile vertebrelor toracice. Ca urmare, volumul toracelui crește, mai ales în secțiunile sale inferioare, ceea ce determină o ventilație semnificativ mai mare a secțiunilor inferioare ale plămânilor în comparație cu vârfurile.
Circumferința toracică este măsurată în timpul inhalării și expirației. Diferența dintre circumferința în poziția de inspirație și expirare la un bărbat sănătos este de 7-10 cm, la o femeie - 5-8 cm Contracția mușchiului diafragmei provoacă și o creștere a volumului toracelui. În timpul inhalării, diafragma se aplatizează, iar în repaus și mai ales în timpul expirației, cupola ei se ridică și se deplasează în piept.
Respirația toracică și abdominală.În tipul toracic, respirația se realizează datorită contracției mușchilor intercostali în tipul abdominal, diafragma se contractă în principal, ceea ce deplasează simultan organele abdominale.
Modelul Donders poate servi ca o ilustrare a mecanismului de inspirație și expirație. Plămânii unui animal mic au fost plasați într-un volum închis; traheea comunica cu aerul atmosferic prin orificiu. La tragerea unui fir atașat de fundul de cauciuc al unui vas de sticlă, volumul acestuia a crescut, ceea ce a dus la o scădere a presiunii în acesta, la dilatarea plămânilor și la intrarea aerului în ei. Când volumul a scăzut, procesul a mers în direcția opusă, iar aerul a părăsit plămânii. Ceva similar se întâmplă în condiții fiziologice naturale.
Elasticitatea plămânilor.Într-un cufăr închis, complet izolat de aerul atmosferic, se află plămânii, care, datorită elasticității lor, ocupă spațiul din jurul rădăcinii. Plămânii întinși au tendința de a se contracta datorită propriei tracțiuni elastice și tensiunii superficiale în alveole. Tracțiunea elastică a plămânilor creează o presiune negativă slabă (în comparație cu cea atmosferică) în cavitatea pleurală.
Mecanismul inspirației și expirației.
La un adult, ritmul respirator este de aproximativ 16-18 respirații pe minut. Depinde de intensitatea proceselor metabolice și de compoziția gazelor din sânge.
Ciclul respirator este format din trei faze:
1) faza de inhalare (durează aproximativ 0,9–4,7 s);
2) faza expiratorie (dureaza 1,2–6,0 s);
3) pauză respiratorie (componentă nepermanentă).
MECANISM DE INSPIRAȚIE.
În timpul inhalării, pe măsură ce volumul toracelui crește, presiunea din cavitatea pleurală închisă scade și mai mult. Din cauza diferenței dintre presiunea atmosferică din alveole și presiunea pleurală, plămânii se întind, în general crescând în volum, urmând pieptul. În același timp, presiunea din cavitatea pulmonară scade și devine sub nivelul atmosferic. Plămânii comunică cu atmosfera prin căile respiratorii. Diferența rezultată între presiunea din plămâni și presiunea atmosferică duce la faptul că aerul începe să curgă prin căile respiratorii (trahee, bronhii) în alveole, umplându-le, iar presiunea se egalizează. În condiții fiziologice naturale, aerul pătrunde pasiv în plămâni, ca și cum ar fi „aspirat” din cauza rarefării plămânilor, și nu este pompat, așa cum ar putea fi cazul dacă presiunea din mediul extern crește.
MECANISMUL DE EXHALIȚIE.
Expirația are loc în principal pasiv: mușchii intercostali se relaxează, cupola diafragmei se ridică. Ca urmare, volumul toracelui scade și presiunea în cavitatea pleurală crește. Această presiune este transmisă țesutului pulmonar, astfel încât în același timp crește presiunea aerului din alveole. Acum presiunea aerului în plămâni devine mai mare decât în atmosferă și, datorită acestui lucru, aerul începe să părăsească plămânii prin căile respiratorii spre exterior.
Ciclul respirator. Frecvența respirației (ciclul inspirație - expirație) este asociată cu procesele ritmice de expansiune și reducere a volumului toracelui. Cantitatea de inhalare și, în consecință, cantitatea de expirație depind de gradul de mărire a pieptului. Presiune negativă în cavitatea pleurală. Dacă măsurați presiunea din cavitatea pleurală în timpul unei pauze respiratorii, veți constata că este cu 3-4 mm Hg mai mică decât presiunea atmosferică, adică. negativ. Acest lucru este cauzat de tracțiunea elastică a plămânilor până la rădăcină, creând un oarecare vid în cavitatea pleurală.
În timpul inhalării, presiunea din cavitatea pleurală scade și mai mult din cauza creșterii volumului toracelui, ceea ce înseamnă că presiunea negativă crește (până la -9 mm Hg în timpul liniștii și până la -20 mm Hg în timpul inspirației profunde) .
În timpul expirației, volumul toracelui scade, iar în același timp presiunea din cavitatea pleurală crește, iar în funcție de intensitatea expirației, aceasta poate deveni pozitivă.
Pneumotorax. Dacă pieptul este deteriorat, aerul intră în cavitatea pleurală. Acest fenomen se numește pneumotorax. În acest caz, plămânii sunt comprimați sub presiunea aerului care intră din cauza elasticității țesutului pulmonar și a tensiunii superficiale a alveolelor. Ca urmare, în timpul mișcărilor de respirație plămânii nu sunt capabili să urmărească pieptul, iar schimbul de gaze în ei scade sau se oprește complet. În cazul pneumotoraxului unilateral, respirația cu un singur plămân pe partea nevătămată poate satisface nevoia respiratorie în absența efortului fizic. Pneumotoraxul bilateral face imposibilă respirația naturală în acest caz, singura modalitate de a salva viața este respirația artificială.
Tipul de respirație depinde de mușchi, așa că ei disting:
1) piept. Se efectuează cu participarea mușchilor intercostali și a mușchilor din intervalul respirator 1-3 la inhalare, este asigurată o bună ventilație secțiunea superioară plămâni, tipic pentru femei și copii sub 10 ani;
2) abdominale. Inhalarea are loc din cauza contracțiilor diafragmei, ceea ce duce la o creștere a dimensiunii verticale și, în consecință, ventilație mai bună secțiunea inferioară, caracteristică bărbaților;
3) amestecat. Se observă cu munca uniformă a tuturor mușchilor respiratori, însoțită de o creștere proporțională a toracelui în trei direcții, observată la persoanele antrenate.
Presiune intrapleurală negativă- aceasta este diferența de presiune dintre straturile parietal și visceral ale pleurei. Este întotdeauna sub nivelul atmosferic. Factorii care o determină:
1) creșterea neuniformă a plămânilor și a pieptului;
2) prezența tracțiunii elastice a plămânilor.
Rata de creștere a toracelui este mai mare decât cea a țesutului pulmonar. Acest lucru duce la o creștere a volumului cavității pleurale și, deoarece este sigilată, presiunea devine negativă.
Tracțiunea elastică a plămânilor este forța cu care țesutul tinde să se prăbușească. Apare din două motive:
1) datorită prezenței tensiunii superficiale a lichidului în alveole;
2) datorită prezenței fibrelor elastice.
Presiune intrapleurală negativă:
1) duce la extinderea plămânilor;
2) asigură întoarcerea venoasă a sângelui în piept;
3) facilitează mișcarea limfei prin vase;
4) promovează fluxul sanguin pulmonar, deoarece menține vasele deschise.
Țesutul pulmonar nu se prăbușește complet chiar și cu expirație maximă. Acest lucru se datorează prezenței surfactantului, care scade tensiunea fluidului. Surfactantul este un complex de fosfolipide (în principal fosfotidilcolină și glicerol) format din alveolocite de tip II sub influența nervului vag.
Astfel, se creează presiune negativă în cavitatea pleurală, datorită căreia se efectuează procesele de inspirație și expirație.
3. Capacitatea vitală a plămânilor. Spirometrie. Ventilatie pulmonara. Volum de respirație pe minut.
Ventilația pulmonară este împărțită în mai multe componente (Fig.).
Volumul curent este cantitatea de aer pe care o persoană o inspiră și o expiră în repaus.
Volumul de rezervă inspiratorie este cantitatea de aer pe care o persoană o poate inspira suplimentar după o inhalare normală.
Volumul de rezervă expirator este cantitatea de aer pe care o persoană o poate expira suplimentar după o expirație liniștită.
Volumul rezidual este cantitatea de aer rămasă în plămâni după expirarea maximă.
Capacitatea vitală a plămânilor este cantitatea maximă de aer care poate fi expirată după cea mai mare inhalare, constând din suma volumului curent și a volumelor de rezervă ale inspirației și expirației.
Capacitatea pulmonară totală - cantitatea maximă de aer conținută în plămâni în timpul celei mai mari inspirații, este suma capacității vitale și a capacității pulmonare totale.
Dintre toate componentele funcționale enumerate, volumul curent și capacitatea vitală a plămânilor sunt de cea mai mare importanță practică.
Capacitatea vitală (VC) este un indicator al mobilității plămânilor și toracelui. Depinde de mulți factori: constituție, vârstă, sex, grad de pregătire. Odată cu vârsta, capacitatea vitală scade, ceea ce este asociat cu o scădere a elasticității plămânilor și a mobilității toracelui. Capacitatea vitală a femeilor este în medie cu 25% mai mică decât a bărbaților. La bărbații cu o înălțime de 180 cm, are o medie de 4,5 litri.
Volumul aerului inspirat - expirat și capacitatea vitală a plămânilor pot fi măsurate cu ajutorul unui spirometru.
Spațiul aerian „mort”. Căile respiratorii, inclusiv cavitățile nasului, gurii, traheei și bronhiilor, formează așa-numitul spațiu „mort”. Aerul care ocupă volumul spațiului „mort” nu participă la schimbul de gaze. În timpul inhalării, prima porțiune de aer inhalat intră în alveole din spațiul „mort”. În timpul expirației, se întoarce ultimul în căile respiratorii din acest spațiu, adică. de fapt, același aer din spațiul „mort” intră în plămâni fără a-și actualiza compoziția.
Eficiența respirației depinde de volumul ventilației pulmonare și de spațiul „mort”. Cu cât volumul mareelor este mai mic, cu atât este mai mare proporția acestui spațiu.
Căile respiratorii, împreună cu funcția lor principală, îndeplinesc o serie de funcții auxiliare importante. Acestea includ purificarea, umidificarea și încălzirea aerului.
Surfactanți. Lichidul alveolar, care acoperă interiorul alveolelor, conține agenți tensioactivi care reduc tensiunea superficială, mai ales când plămânii se prăbușesc. Dacă acest lucru nu s-ar întâmpla, atunci odată cu scăderea volumului alveolelor, tensiunea de suprafață în ele ar fi atât de mare încât s-ar prăbuși complet.
În compoziție, agenții tensioactivi pulmonari sunt un amestec de proteine și lipide.
Spirometrie este o metodă destul de simplă și informativă pentru studierea funcției respirației externe, care include măsurarea parametrilor de volum și viteză ai respirației pentru a identifica patologia bronhopulmonară cronică, a monitoriza starea pacienților și a evalua eficacitatea tratamentului. Spirometria este, de asemenea, utilizată în pneumologie practică în scopul:
Evaluarea severității tulburărilor de ventilație și a stării de sănătate înainte de a începe o activitate fizică semnificativă (important atunci când planificați și desfășurați programe de reabilitare);
Evaluarea impactului bolii asupra funcției pulmonare și a riscului preoperator;
Evaluarea prognozei de boală, invaliditate, precum și a posibilelor riscuri în asigurare, evaluarea stării de sănătate a persoanelor în practica juridică etc.
Scopul principal al spirometriei (a cărei realizare permite interpretarea tuturor celorlalți indicatori ai săi): să afle (1) cât aer poate inspira și expira subiectul și (2) cu ce viteză este capabil să facă acest lucru.
Spirometria este deosebit de relevantă pentru identificare stadii incipiente BPOC (boală pulmonară obstructivă cronică) la fumători, când „persoana care fumează” nu se consideră încă bolnavă, deoarece principalul simptom - dificultăți de respirație, care interferează cu activitatea zilnică și îl obligă să meargă la medic - este absent.
În ultimii ani au fost dezvoltate multe modele de spirometre portabile, ceea ce face această metodă și mai accesibilă, deoarece permite efectuarea cercetărilor în orice instituție medicală. Dar trebuie amintit că spirometria are o valoare diagnostică ridicată numai dacă este efectuată corect din punct de vedere tehnic cu echipamente adecvate, deoarece diagnosticul, tratamentul și prognosticul depind de corectitudinea spirografiei.
Contraindicații la spirometrie: (1) relativă - tuberculoză pulmonară activă și alte boli transmise prin picături în aer; (2) absolută - nu există, dar manevra de expirație forțată trebuie efectuată cu prudență în pneumotorax, în primele două săptămâni de infarct miocardic acut, după operații abdominale și oftalmice, severe. astmul bronșic si cu hemoptizie severa. Unii autori indică faptul că în termen de șase săptămâni după tratamentul chirurgical al bolilor oculare, precum și intervenția asupra pieptului sau a organelor abdominale și timp de cel puțin patru săptămâni după infarct miocardic sau accident vascular cerebral acut (accident vascular cerebral), spirometria este absolut contraindicată.
Volum de respirație pe minut(MOD) caracterizează funcția respirației externe.
Într-o stare calmă, aerul din trahee, bronhii, bronhiole și alveole neperfuzate nu participă la schimbul de gaze, deoarece nu intră în contact cu fluxul sanguin pulmonar activ - acesta este așa-numitul spațiu „mort” .
Partea din volumul curent care participă la schimbul de gaze cu sângele pulmonar se numește volum alveolar. Din punct de vedere fiziologic, ventilația alveolară este partea cea mai esențială a respirației externe, deoarece este volumul de aer inhalat într-un minut care face schimb de gaze cu sângele capilarelor pulmonare.
MOR este măsurată prin produsul BH și DO. U indivizi sanatosi RR este de 16-18 pe minut, iar DO este de 350-750 ml pentru sportivi, RR este de 8-12 ml, iar DO este de 900-1300 ml; Se observă o creștere a MOP (hiperventilație) din cauza excitării centrului respirator, dificultății în difuzarea oxigenului etc.
În repaus, MOD este de 5-6 l, cu intens activitate fizică poate crește de 20-25 de ori și ajunge la 120-150 litri pe minut sau mai mult. Creșterea MOR este direct dependentă de puterea muncii efectuate, dar numai până la un anumit punct, după care creșterea sarcinii nu mai este însoțită de o creștere a MOR.
Chiar și la cea mai grea sarcină, MOP-ul nu depășește niciodată 70-80% din nivelul maxim de ventilație. Calculul valorii MOD adecvate se bazează pe faptul că persoanele sănătoase absorb aproximativ 40 ml de oxigen din fiecare litru de aer ventilat (acesta este așa-numitul factor de utilizare a oxigenului - KI).
Proper MOD = consum adecvat de oxigen / 40,
iar cantitatea adecvată de absorbție de oxigen este calculată folosind formula.
