Особенности дыхания в разных условиях

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….3

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ………………………………………………………………….5

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ  ДЫХАНИЯ В РАЗНЫХ УСЛОВИЯХ…………..6

1. Дыхание при мышечной работе……………………………………………. .7
2. Дыхание при пониженном атмосферном давлении……………………….11
3. Дыхание при повышенном давлении вдыхаемых газов…………………..14
4. Искусственное дыхание……………………………………………………..17

ВЫВОД……………………………………………………………………………..20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………...21

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………….................22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Жизнедеятельность живого организма  связана с поглощением им О₂ и выделением СО₂. Поэтому в понятие «дыхание» входят все процессы, связанные с доставкой О₂ из внешней среды внутрь клетки и выделением СО₂ из клетки в окружающую среду.

У человека различают дыхание: 1) внутреннее (клеточное, тканевое);      2) транспорт газов кровью или другими жидкостями тела; 3) внешнее (легочное). Фактически все звенья газотранспортной системы организма, включая регуляторные механизмы, призваны обеспечить концентрацию кислорода в клетках, необходимую для поддержания активности дыхательных ферментов.

Перенос О₂ из альвеолярного воздуха в кровь и СО₂ из крови в альвеоляр-ный воздух происходит исключительно путем диффузии. Движущей силой диффузии является разница парциального давления О₂ и СО₂ по обеим сторонам альвеолокапиллярной мембраны. Кислород и углекислый газ диффундируют через слой тонкой пленки фосфолипидов (сурфактанта), альвеолярный эпителий, две основные мембраны, эндотелий кровеносного капилляра. Диффузионная способность легких для кислорода значительная. Это обусловлено большим количеством альвеол и их значительной газообменной поверхностью, а также небольшой толщиной (около 1 мкм) альвеолокапиллярной мембраны. Время прохождения крови через капилляры легких составляет около 1 с, напряжение газов в артериальной крови, которая оттекает от легких, полностью соответствует парциальному давлению в альвеолярном воздухе. Если вентиляция легких недостаточная и в альвеолах увеличивается содержание СО₂, то уровень концентрации СО₂ сразу же повы-шается в крови, что приводит к учащению дыхания.

В легких кровь из венозной превращается в артериальную, богатую О₂ и бедную СО₂. Артериальная кровь поступает в ткани, где в результате беспрерывно проходящих процессов используется О₂ и образуется СО₂. В тканях напряжение О₂ близко к нулю, а напряжение СО₂ около 60 мм рт. ст. В результате разности давления СО; из ткани диффундирует в кровь, а О₂ — в ткани. Кровь становится венозной и по венам поступает в легкие, где цикл обмена газов повторяется вновь (Федюкович, 2003)

Легкие представляют собой  важнейшую структуру, осуществляющую физиологическую связь организма  с окружающей средой: общая площадь  их поверхности примерно в 30 раз  больше, чем у кожи. Стремление человека покорять все новые высоты и проникать  все глубже в океаны, вызывает сильный  стресс дыхательной системы, впрочем не сравнимый с трудностями, испытываемыми ей при рождении ребенка. Мы рассмотрим некоторые особенности дыхания в необычной среде, что поможет лучше понять деятельность легких в нормальных условиях (Генин, 1988).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Цель: изучить особенности  дыхания в разных условиях.

Задачи: изучить особенности  дыхания:

- при мышечной работе;

- при пониженном атмосферном  давлении;

- при повышенном атмосферном  давлении;

- при искусственном дыхании;

- при дыхании чистым  кислородом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ  ДЫХАНИЯ В РАЗНЫХ УСЛОВИЯХ

Большинство людей живет  в местностях, находящихся на высоте менее 3000 м над уровнем моря. Однако человек может подниматься без  вспомогательных технических средств  и на большую высоту – до 5000-8000 м. С определенными вспомогательными средствами он может дышать и под  водой. Жизнь на большой высоте и  пребывание под водой предъявляют  особые требования к системе дыхания. С незапамятных времен люди ныряют на десятки метров, задерживая дыхание. Используя дыхательные аппараты, человек сам может дышать под  водой и погружаться на глубину  до 20 м, дыша чистым кислородом, до 60 м  – сжатым воздухом, на 500 и более  метров – используя смесь кислорода  и гелия. В этих необычных условиях формируются специальные приспособительные  реакции организма. К необычным  условиям относится также дыхание  загрязненным воздухом. Также формой дыхания в необычных условиях является искусственно производимое с  помощью специальных аппаратов дыхание пациентов (Камкин, Каменский, 2003).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Дыхание при мышечной работе

Мышечная работа всегда связана  с увеличением газообмена, поскольку  энергия черпается в процессе окисления органических веществ. Изменения  дыхания четко выражены даже при  физических нагрузках, выполняемых  малыми мышечными группами. При легкой работе обмен газов может повыситься в 2 – 3 раза, а при тяжелой –  в 20 – 30 раз по сравнению с уровнем  покоя. Исключительно большой удельный вес потребления кислорода при  работе зависит не только от его  потребления мышцами, непосредственно  участвующими в выполнении движений, но и от потребления кислорода  мышцами, обеспечивающими высокую  легочную вентиляцию, а также мышцей сердца и другими тканями тела (Зимкин, 1975).

При физической нагрузке регуляция  дыхания не обусловлена исключительно  ролью хеморецепторов, поскольку  парциальное напряжение О₂ в альвеолах повышено относительно нормы в связи с увеличенной вентиляцией, или гиперпноэ, а прирост СО₂ недостаточен для хеморецепторной стимуляции внешнего дыхания. При физической нагрузке в мышцах возрастает продукция молочной кислоты, которая стимулирует периферические хеморецепторы дыхания, но основное значение в увеличении вентиляции имеют супрабульбарные входы, которые изменяют активность дыхательного центра продолговатого мозга (Ткаченко, 2005).

Во время физической нагрузки мышцам необходимо очень большое  количество кислорода. У человека в покое потребление кислорода составляет 250—350 мл в 1 мин, при быстрой ходьбе до 2,5 л, а при чрезмерно тяжелой работе — до 4 л в 1 мин. Одновременно увеличивается образование в мышцах двуокиси углерода и кислых продуктов обмена веществ, подлежащих удалению из организма. Обеспечение организма кислородом достигается сочетанным усилением дыхания и кровообращения.

Вентиляция легких при  мышечной работе. Вентиляция легких возрастает пропорционально затратам энергии организма. Она может увеличиваться в 10—20 раз и достигать 120—150 л в 1 мин.

Механизмы регуляции вентиляции легких при физической работе сложны. Вентиляция легких увеличивается в  начале работы, когда газовый состав крови еще не успел измениться. Значит, гиперпноэ возникает под влиянием нервных факторов. Кора большого мозга, вызывая произвольные движения, активирует и деятельность дыхательного центра (как прямыми влияниями, так и через гипоталамус). Помимо этого, вентиляция легких увеличивается под влиянием сигналов от проприорецепторов (механорецепторов) сокращающихся мышц. Усиление вентиляции легких наблюдается, например, при сокращении мышц, вызванном раздражением передних корешков спинного мозга, пассивными движениями конечностей. Это увеличение сохраняется и в условиях, при которых исключено поступление венозной крови от работающих мышц в общий кровоток (например, при наложении жгута).

Позднее во время продолжающейся физической работы происходит более  медленное возрастание вентиляции легких до устойчивых величин. В развитии этой фазы гиперпноэ имеет значение раздражение артериальных и центральных хеморецепторов. Однако способ, которым достигается увеличение вентиляции легких под влиянием сигналов от хеморецепторов, далеко не прост. Дело в том, что во время физической работы, даже достаточно напряженной, вследствие возросшей вентиляции легких напряжение двуокиси углерода в артериальной крови может не изменяться (или даже снижаться), а напряжение кислорода оставаться без изменений. Даже удаление каротидных телец не исключает увеличения вентиляции легких при мышечной работе и тем не менее сигналы от хеморецепторов имеют существенное значение в увеличении вентиляции легких. Объясняется это тем, что при физической работе повышается чувствительность дыхательного центра к гиперкапнии и гипоксии, возрастает и возбудимость хеморецепторов. Дыхание чистым кислородом во время физической работы значительно снижает вентиляцию легких, уменьшая возбудимость артериальных хеморецепторов. Раздражение хеморецепторов усиливается при воздействии молочной кислоты, образующейся в работающих мышцах и снижающей рН артериальной крови. Имеет значение также повышение температуры тела: этот фактор через центры гипоталамуса увеличивает частоту дыхания.

При физической нагрузке, имеющей  периодический характер, частота  дыхания приспосабливается к  ритму работы, соответствуя ритму  движений или становясь кратной  ей.

После окончания физической работы вентиляция легких сразу снижается в результате прекращения действия нервных факторов, усиливавших возбуждение дыхательного центра, но не до исходного уровня. Вентиляция легких продолжает оставаться высокой в течение нескольких минут под влиянием накопившейся в работавших мышцах молочной кислоты.

Таким образом, гиперпноэ при физической работе обеспечивается сложным комплексом нервных и гуморальных механизмов.

Рассмотренные механизмы  не полностью объясняют точное соответствие вентиляции легких уровню метаболизма  в мышцах. Предполагают, что существуют хеморецепторы в самих мышцах («метаборецепторы») и венозной части малого круга кровообращения. Однако, несмотря на усилия исследователей, такие рецепторы обнаружить не удалось.

Транспорт газов крови  при мышечной работе. В состоянии  покоя кровь насыщается кислородом почти полностью (на 96%). Транспорт  кислорода может быть увеличен либо путем ускорения кровотока, либо повышением кислородной емкости  крови.

Действительно, интенсивность  кровообращения при мышечной деятельности значительно возрастает. Частота  сердечных сокращений может увеличиваться с 70 до 150 – 200 в 1 мин, систолический объем – с 70 до 200 мл, минутный объем крови – с 4 – 5 л до 25 – 30 л в 1 мин. Резко возрастает кровоток через работающие мышцы вследствие расширения в них сосудов (рабочая гиперемия).

Кислородная емкость крови  повышается вследствие поступления  из кровяных депо крови, богатой эритроцитами. Кроме того, при длительной физической работе организм теряет часть воды за счет потения, что ведет к сгущению крови и увеличению в ней концентрации эритроцитов и гемоглобина.

Усиление снабжения работающих мышц кислородом в значительной степени обеспечивается возрастанием диссоциации оксигемоглобина вследствие очень низкого напряжения кислорода в них. Диссоциация оксигемоглобина возрастает также в результате увеличения напряжения двуокиси углерода, снижения рН и повышения температуры в работающих мышцах. В результате при физической работе коэффициент утилизации кислорода повышается с 30 – 40 до 50 – 60%.

Во время физической работы увеличивается напряжение двуокиси углерода в венозной крови, так как в больших количествах этот газ диффундирует из мышц в кровь. Кроме того, кислые продукты обмена веществ вытесняют угольную кислоту из бикарбонатов. Повышенное количество двуокиси углерода из венозной крови выводится из организма за счет увеличения минутного объема крови и вентиляции легких (Косицкий, 1985).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Дыхание при пониженном атмосферном давлении

Дыхание при пониженном атмосферном  давлении наблюдается при подъеме  на высоту (в том числе и в  барокамере). Подъем на высоту до 2 км не сопровождается изменением дыхания, так  как небольшое падение РО₂ не ведет к развитию гипоксемии: насыщение гемоглобина кислородом достаточное, работоспособность и самочувствие практически не изменяются. На высоте 3 км РО₂ в альвеолах равно 60 мм рт. ст., что обеспечивает насыщение гемоглобина кислородом до 90 %. Это высокий процент насыщения. До высоты 4 км сохраняется полная компенсация дефицита кислорода, хотя у человека может наблюдаться некоторое учащение сердцебиений, возрастает объем дыхания. В последующем из-за выраженного снижения РО₂ развивается гипоксия. Уменьшение РО₂ в крови, как известно, посредством возбуждения хеморецепторов аортальной и синокаротидной рефлексогенных зон вызывает усиление дыхания, что улучшает насыщение гемоглобина кислородом. Однако усиление дыхания имеет и негативные последствия – ведет к чрезмерному удалению СО₂ из крови – гипокапнии. При этом ослабевает возбуждение дыхательного центра, поэтому стимулирующий эффект гипоксической крови также ослабевает, вентиляция легких уменьшается. Она может быть нормальной (обычной), но вследствие падения РО₂ гипоксемия становится значительной и на высоте 4-5 км развивается высотная болезнь (Смирнов, 2002).

При подъеме на гору (более 4, 5 км) возникает горная болезнь  как результат низкого парциального давления кислорода. Если человек быстро поднимается на высоту, то развивается  острая гипоксия. В основе явления  лежит гипервентиляция, возникающая  в ответ на острую гипоксию (за счет возбуждения хеморецепторов каротидного  синуса), но при этом наблюдается  гипокапния, т.е. вымывание углекислого  газа, и поэтому импульсация с центральных хеморецепторов резко снижается, что приводит к гипопноэ. У горцев снижена чувствительность к гипоксии, их периферические хеморецепторы снижают свою чувствительность к недостатку кислорода, т.е. наблюдается своеобразная гипоксическая «глухота». Поэтому у них МОД не возрастает, не создается снижение парциального напряжения углекислого газа. Есть, конечно, и другие механизмы, позволяющие горцам адаптироваться к таким условиям. Например, у них возрастает диффузионная способность легких, увеличивается кислородная емкость крови за счет роста содержания гемоглобина, повышается способность тканей экстрагировать кислород (Агаджанян, 2003).