Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

20.4: Процеси дихальної системи

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    68382

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    До кінця цього розділу ви зможете:

    • Опишіть, як взаємозв'язок між тиском і об'ємом рухає легеневу вентиляцію
    • Порівняйте і контрастну вентиляцію, транспорт газів і конкретні види дихання

    Процеси дихальної системи слідують кисню від його походження в повітрі, яке ви вдихаєте, до його використання клітинами організму для перетворення глюкози в клітинну енергію у вигляді аденозинтрифосфату (АТФ). Оскільки перетворення глюкози в АТФ виробляє вуглекислий газ як відходи, вуглекислий газ походить у клітині організму і займає ту саму подорож назад, щоб вивести з організму при вдиху. Процеси дихальної системи - легенева вентиляція, зовнішнє дихання, транспорт газів, внутрішнє дихання, клітинне дихання.

    Легенева вентиляція

    Легенева вентиляція - це акт дихання, який можна охарактеризувати як рух повітря в легені і з них. Коли ви робите глибокий вдих, помітите розширення грудної клітини. Скорочення діафрагми і зовнішніх міжреберних м'язів збільшує обсяг в грудній порожнині, що в свою чергу знижує тиск і втягує повітря в легені для вдиху. Процес видиху (або видиху) аналогічний тільки в зворотному (рис.\(\PageIndex{1}\)). Закон Бойла описує взаємозв'язок між об'ємом і тиском в газі при постійній температурі. Бойл виявив, що тиск газу обернено пропорційний його об'єму: якщо обсяг збільшується, тиск зменшується. Так само, якщо обсяг зменшується, тиск збільшується.

    Самі легені пасивні під час дихання, тобто вони не беруть участі у створенні руху, який допомагає вдиху та видиху. Це пов'язано з адгезивним характером плевральної рідини, яка дозволяє витягувати легені назовні при русі грудної стінки під час вдиху. Віддача грудної стінки, частково обумовлена еластичністю легенів, під час видиху викликає здавлення легенів. Хоча типовий видих - це пасивний процес, викликаний розслабленням м'язів і еластичністю тканин, вимушене або максимальне видихання може включати скорочення внутрішніх міжреберних та інших м'язів, які стискають грудну клітку.

    Різниця тисків призводить до легеневої вентиляції, оскільки повітря стікає вниз за градієнтом тиску, тобто повітря тече з області більш високого тиску в область нижчого тиску. Розширюючи грудну порожнину і, таким чином, легені, збільшений обсяг призводить до зниження тиску повітря в легенях. В цей час атмосферний тиск більше, ніж тиск всередині легенів і повітря надходить (вдихання). Повітря витікає з легенів при видиху за тим же принципом; при віддачі легенів тиск всередині легенів стає більше атмосферного.

    Вдих відбувається, коли м'язи дихання розширюють обсяг грудної порожнини, при цьому видих відбувається, коли м'язи дихання зменшують обсяг грудної порожнини.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Натхнення та витікання. Під час вдиху діафрагма і зовнішні міжреберні м'язи скорочуються, розширюючи обсяг в грудній порожнині, створюючи градієнт тиску з меншим тиском повітря в легенях, що втягує всередину повітря. Під час видиху діафрагма і зовнішні міжреберні м'язи розслабляються, зменшуючи обсяг в грудній порожнині і змінюючи градієнт тиску з більш високим тиском повітря в легенях, що змушує повітря назовні. (Кредит зображення: «Натхнення та закінчення терміну дії» від OpenStax ліцензується відповідно до CC BY 3.0)

    РОЗЛАДИ...

    Дихальна система: хронічний обструктивний розлад легень (ХОЗЛ)

    Хронічний обструктивний легеневий розлад (ХОЗЛ) використовується для опису ряду тісно пов'язаних дихальних захворювань, включаючи хронічний бронхіт та емфізему. ХОЗЛ часто асоціюється з завзятими курцями, хоча може вражати людей, які ніколи не курили. При хронічному бронхіті стінки бронхіол хронічно запалюються, зменшуючи обсяг просвіту і відзначаються перепродукуванням слизу, яка може перешкоджати руху повітря при вентиляції. При емфіземі альвеолярні стінки втрачають свою еластичність і руйнуються, часто за рахунок накопичення пошкоджень і сміття, що очищаються альвеолярними макрофагами (рис.\(\PageIndex{2}\)). Пошкодження призводить до фіброзу, при якому нормальна тканина заміщається рубцевою тканиною, ще більше знижуючи еластичність стінок альвеол і увічнюючи прогресування захворювання.

    Пацієнти з ХОЗЛ можуть мати задишку і можуть мати труднощі, зокрема, з видихом, що впливає на ефективність вентиляції легенів. У поєднанні з альвеолярним ураженням результатом є зниження рівня кисню в крові, що може вплинути на функцію багатьох систем організму. Бронходилататори та протизапальні препарати зазвичай використовуються для лікування ХОЗЛ. Зрештою, у хворих на важку форму ХОЗЛ, навіть лікування додатковим киснем буде недостатньо для запобігання дихальної недостатності.

    Нормальні альвеоли порівнюють з видимими у пацієнта з ХОЗЛ, у яких альвеолярні стінки руйнуються, створюючи меншу кількість більших альвеол зі зниженою здатністю газообміну.Малюнок\(\PageIndex{2}\): Хронічний обструктивний розлад легень. Легкі при ХОЗЛ містять менше альвеол після руйнування стінок між сусідніми альвеолами, утворюючи менше, більших альвеол і зменшуючи площу поверхні для газообміну. Бронхіоли втрачають форму і закупорюються зайвою слизом. (Кредит зображення: «COPD_2010side» Національного інституту легенів та крові серця знаходиться у відкритому доступі)

    Частота дихання і контроль вентиляції

    Дихання зазвичай відбувається без роздумів, хоча часом ви можете свідомо контролювати його, наприклад, коли плаваєте під водою, співаєте пісню або видуваєте бульбашки. Частота дихання - це загальна кількість вдихів, або дихальних циклів, які відбуваються щохвилини. Частота дихання може бути важливим показником захворювання, оскільки частота може збільшуватися або зменшуватися під час хвороби або при захворюванні. Частота дихання контролюється дихальним центром, розташованим всередині довгастого мозку мозку, який реагує насамперед на вхід, отриманий від центральних і периферичних хеморецепторів, які відчувають вуглекислий газ і рН крові. Хоча рівень кисню в крові не є основним приводом частоти дихання, дихальний центр отримає вхід, якщо вони стануть небезпечно низькими.

    Нормальна частота дихання дитини знижується від народження до підліткового віку. У дитини до 1 року нормальна частота дихання становить від 30 до 60 вдихів в хвилину, але до того моменту, коли дитині виповниться близько 10 років, нормальний показник наближається до 18 - 30. До підліткового віку нормальна частота дихання схожа на частоту дорослих, від 12 до 18 вдихів на хвилину.

    РОЗЛАДИ...

    Дихальна система: Апное сну

    Апное сну - це хронічне порушення, яке може виникнути у дітей або дорослих, і характеризується припиненням дихання під час сну. Ці епізоди можуть тривати кілька секунд або кілька хвилин, і можуть відрізнятися частотою, з якою вони переживаються. Апное сну призводить до поганого сну, що відбивається на симптомах втоми, вечірнього дрімоти, дратівливості, проблем з пам'яттю та ранкових головних болів. Крім того, багато людей з апное сну відчувають сухість в горлі вранці після пробудження від сну, що може бути пов'язано з надмірним хропінням.

    Існує два типи апное сну: обструктивне апное сну та центральне апное сну. Обструктивне апное сну викликано непрохідністю дихальних шляхів під час сну, яка може виникати в різних точках дихальних шляхів, залежно від основної причини обструкції. Наприклад, м'язи мови та горла деяких людей з обструктивним апное сну можуть надмірно розслаблятися, змушуючи м'язи штовхати в дихальні шляхи. Іншим прикладом є ожиріння, яке є відомим фактором ризику апное сну, оскільки надлишок жирової тканини в області шиї може штовхати м'які тканини до просвіту дихальних шляхів, викликаючи звуження трахеї.

    При центральному апное сну дихальні центри мозку не реагують належним чином на підвищення рівня вуглекислого газу і тому не стимулюють скорочення діафрагми та міжреберних м'язів регулярно. В результаті вдиху не відбувається і дихання зупиняється на короткий період. У деяких випадках причина центрального апное сну невідома. Однак деякі медичні стани, такі як інсульт та застійна серцева недостатність, можуть спричинити пошкодження понса або довгастого мозку. Крім того, деякі фармакологічні засоби, такі як морфін, можуть впливати на дихальні центри, викликаючи зниження частоти дихання. Симптоми центрального апное сну схожі на симптоми обструктивного апное сну.

    Діагноз апное сну зазвичай робиться під час дослідження сну, де пацієнт контролюється в лабораторії сну протягом декількох ночей. У пацієнта контролюється рівень кисню в крові, частота серцевих скорочень, частота дихання і артеріальний тиск, а також мозкова активність і обсяг повітря, який вдихається і видихається. Лікування апное сну зазвичай включає використання пристрою, який називається безперервним позитивним тиском дихальних шляхів (CPAP) машини під час сну. Машина CPAP має маску, яка закриває ніс, або ніс і рот, і через рівні проміжки часу пригнічує повітря в дихальні шляхи. Це повітря під тиском може допомогти м'яко змусити дихальні шляхи залишатися відкритими, що дозволяє проводити більш нормальну вентиляцію. Інші методи лікування включають зміни способу життя для зменшення ваги, усунення алкоголю та інших препаратів, що сприяють апне сну, та зміни положення сну. На додаток до цих методів лікування, пацієнтам з центральним апное сну може знадобитися додатковий кисень під час сну.

    Дихання і транспорт газів

    Зовнішнє дихання - це процес газообміну між повітрям в альвеолах легенів і кров'ю в капілярах, загорнутих навколо них. Кисень рухається шляхом простої дифузії з області більш високої концентрації в повітрі через дві прості плоскоклітинні епітелієві прокладки: перша вистилає альвеолу, а друга вистилає капіляр крові. Потім кисень переміщається в еритроцит і зв'язується з молекулою гемоглобіну. Натомість вуглекислий газ переміщається з крові в альвеолу тим же процесом в зворотному напрямку.

    Після того, як кисень зв'язується з гемоглобіном в кровотоці легеневого контуру, він транспортується назад до серця, а потім доставляється до іншого капілярного русла в тканини тіла через системний контур. Вуглекислий газ - це продукт метаболічних відходів, який подорожує через кров з тканин, тому він може бути виведений з організму під час видиху. Деякий вуглекислий газ подорожує в еритроцитах, але більша частина його подорожує в плазмі і може бути у вигляді вугільної кислоти (слабка кислота) або бікарбонату натрію (слабка основа), щоб допомогти збалансувати рН крові. Таким чином, рівень вуглекислого газу, що усувається під час видиху, може бути скоригований, щоб допомогти збалансувати рН крові. Цими способами кров виступає середовищем транспорту дихальних газів.

    Внутрішнє дихання - це процес газообміну між кров'ю в капілярах у клітин тканин організму. Процес схожий на процес зовнішнього дихання, але в зворотному напрямку: кисень рухається шляхом простої дифузії з капіляра в клітини, в той час як вуглекислий газ рухається шляхом простої дифузії з клітин в капіляр. Мітохондрії клітин у тканині призначення використовуватимуть кисень для завершення клітинного дихання, хімічного процесу, за допомогою якого глюкоза перетворюється в клітинну енергію АТФ для живлення різних видів діяльності клітини. Вуглекислий газ виробляється як продукт метаболізму клітинного дихання і повинен бути виведений з тканини і транспортується для виведення з організму.

    Огляд концепції

    Легенева вентиляція - це процес дихання, який приводиться в рух перепадами тиску між легенями і атмосферою. Легенева вентиляція складається з процесу вдиху (або вдиху), де повітря надходить в легені, і видиху (або видиху), де повітря виходить з легенів. Під час вдиху діафрагма і зовнішні міжреберні м'язи скорочуються, внаслідок чого грудна клітка розширюється і рухається назовні, розширюючи грудну порожнину та об'єм легенів. Це створює нижчий тиск всередині легені, ніж у атмосфері, внаслідок чого повітря втягується в легені. Під час видиху діафрагма і міжребер'я розслабляються, змушуючи грудну клітку і легені віддалятися. Тиск повітря в легенях збільшується до вище тиску атмосфери, внаслідок чого повітря витісняється з легенів. Однак під час вимушеного видиху внутрішні міжребер'я і м'язи живота можуть бути залучені до виштовхування повітря з легенів.

    І частота дихання, і глибина контролюються дихальними центрами мозку, які стимулюються такими факторами, як хімічні та рН зміни крові. Підвищення вуглекислого газу або зниження рівня кисню в крові стимулює збільшення частоти дихання і глибини.

    Зовнішнє дихання - це процес газообміну, який відбувається між альвеолами і кровоносним руслом. Транспорт газів описує рух кисню і вуглекислого газу через кров, звідки кожен газ бере свій початок до місця призначення в організмі. Внутрішнє дихання - це процес газообміну між кров'яним руслом і клітинами організму. Клітинне дихання - це метаболічний процес споживання кисню для перетворення глюкози в енергію АТФ.

    Переглянути питання

    Питання: У якому з наведених нижче процесів відіграє роль атмосферний тиск?

    А. легенева вентиляція

    Б. виробництво легеневої поверхнево-активної речовини

    C. опір

    D. поверхневий натяг

    Відповідь

    A

    Питання: Зменшення обсягу призводить до a (n) ________ тиску.

    А. зниження

    Б. вирівнювання

    C. збільшення

    Д. нуль

    Відповідь

    C

    Питання критичного мислення

    Питання: Що таке частота дихання і як вона контролюється?

    Відповідь

    Частота дихання визначається як кількість вдихів, зроблених за хвилину. Частота дихання контролюється дихальним центром, розташованим в довгастому мозку. Свідома думка може змінити нормальну частоту дихання через контроль скелетних м'язів, хоча свідомо не можна взагалі зупинити швидкість. Типова частота дихання в спокої становить близько 14 вдихів в хвилину.

    Глосарій

    атмосферний тиск
    кількість сили, яка чиниться газами в повітрі, що оточує будь-яку задану поверхню
    Закон Бойла
    співвідношення між об'ємом і тиском як описано формулою: P 1 V 1 = P 2 V 2
    закінчення терміну
    (також, видих) процес, який змушує повітря покинути легені
    натхнення
    (також, інгаляційний) процес, який викликає потрапляння повітря в легені
    легенева вентиляція
    обмін газів між легенями і атмосферою; дихання
    частота дихання
    загальна кількість вдихів, зроблених щохвилини

    Дописувачі та атрибуція

    Template:ContribOpenStaxAP