Нижегородский медицинский сайт

Разделы:


Главная

Врачам

Пациентам

Студентам

Мед. учреждения

Мед. анекдоты

Полезные ссылки

Обратная связь












 

© В.Н.Садовников, 2002 г.
УДК 612.2
Поступила 6.12.2000 г.

В.Н.Садовников

Государственная медицинская академия, Нижний Новгород

Структурно-функциональный статус дыхательной системы человека

Термин «дыхание» означает совокупность процессов, которые обеспечивают поступление в организм кислорода и удаление из него углекислого газа. Различают «внешнее» и «внутреннее» дыхание. Под «внешним» дыханием понимают доставку атмосферного воздуха к респираторным структурам легких и выведение из организма летучих объектов метаболизма (двуокиси углерода, аммиака). Далее кровь транспортирует кислород к различным органам, где и осуществляется «внутреннее» дыхание. Механизмом преобразования энергии, заключенной в органических веществах, становится аэробное (с участием кислорода) окисление. Оно более производительно по сравнению с анаэробным. В результате энергия основных питательных веществ становится доступной для использования организмом. Она аккумулируется в макроэргах (АТФ и креатинфосфате) и расходуется на поддержание функциональной активности различных органов, синтез белка, процесс физиологической регенерации.

Рассмотрим основные моделирующие факторы дыхательной системы. Атмосферный воздух, используемый организмом при дыхании, представляет собой газовую смесь, содержащую 79% азота, 21% кислорода, 0,03% углекислого газа, а также озон, аргон, криптон, йод, перекись водорода. Его физико-химические характеристики (объем, температура, давление, влажность, характер перемещения потоков), а также загрязненность отходами промышленных предприятий (смог) моделируют структуру путей воздухопроведения; к ним относят: полость носа с придаточными пазухами, рото– и носоглотку, гортань, трахею и бронхиальное дерево. Последнее насчитывает в своем составе 23 генерации. Емкость перечисленных анатомических образований у взрослого человека достигает 140 мл. В них осуществляется преобразование атмосферного воздуха в альвеолярный.

Различают верхние и нижние пути проведения воздуха. На их границе располагается гортань, предшественником которой был сфинктер. Он обеспечивал защиту более структурно-дифференцированного нижнего отдела от неблаго­приятных изменений атмосферного воздуха. Сохраняя цилиндрическую конструкцию и трехкомпонентный состав стенок, пути воздухопроведения постепенно уменьшают свой просвет. Их протяженность в легких достигает 700 метров. Количество бронхиол с диаметром менее миллиметра составляет одну тысячу. Сложную конструкцию путей можно сравнить с ветвящейся кроной дерева, формирующей обширную поверхность контакта воздуха с системой крови. У взрослого человека она колеблется в пределах 60—100 кв. м.

Сложный рельеф носовых ходов, их взаимодействие с придаточными пазухами моделируют вихревые (турбулентные) потоки циркулирующего по ним воздуха. Этим формируется продолжительность его контакта с мерцательным эпителием и венозными сплетениями, расположенными в подслизистом слое, что способствует очищению, увлажнению и согреванию атмосферного воздуха и составляет сущность его преобразований.

Особое место среди путей воздухопроведения занимает гортань. Она не только моделирует характер перемещения потоков воздуха, но и регулирует его объем. Именно здесь происходит произвольное дробление объемов выдыхаемого воздуха во время устной речи. Если при спокойном (неречевом) дыхании соотношение продолжительности фаз вдоха и выдоха составляет 1:1, то при речевом дыхании оно становится равным 1:10 или 1:40. Данный орган достигает высокой структурной дифференцировки, занимая сравнительно небольшое пространство. В его состав входят: 9 хрящей, 23 связки, 17 мышц, которые формируют морфологическую основу широкого спектра микродвижений, столь значимых для человека при речевом общении. В последние годы оформляется новая научная дисциплина — фониатрия, разрабатывающая проблемы формирования нормального функционирования речевого аппарата. В таблице представлены составляющие, взаимодействие которых моделирует основные характеристики человеческого голоса: тональность, силу, тембр.

Компоненты речевого аппараты человека
Структуры извлечения голоса Артикуляционный аппарат Фонаторный аппарат Структуры, обеспечивающие вентиляцию воздуха
Гортань Зубы, язык, десны Полости рта, носа, глотки, придаточные пазухи Дыхательные мышцы

Произнесение речи представляет собой сложный двигательный акт, в котором принимает участие большое количество анатомических образований. Биомеханика голосоизвлечения детерминировала структуры сократительного аппарата гортани. Различают наружные и внутренние мышцы. Первые располагаются на шее поверх данного органа и включают в себя супра– и инфрагиоидные мышцы, а также мышцы глотки. Их деятельность направлена на изменение положения гортани во время дыхательной экскурсии и акта глотания. Особого внимания заслуживает способ фиксации гортани к подъязычной кости, выполняющей роль плавающего опорного центра. Группа внутренних мышц осуществляет микродвижения, устанавливающие, в конечном счете, размеры голосовой щели.

До настоящего времени не существует единого мнения относительно механизмов возникновения голоса. Согласно миоэластической теории Фейпена, в его образовании принимают участие истинные голосовые связки. Они колеблются с определенной частотой под действием струи выдыхаемого воздуха. У теноров она составляет 120—580 колебаний в секунду, у басов — 80—320. Эти различия определяются протяженностью голосовых связок. У теноров она составляет 16—17 мм, у басов — 22—25 мм. Голос у женщин выше, чем у мужчин, по той же причине. Эти различия появляются в период полового созревания (мутации голоса). У юношей увеличивается просвет голосовой щели, нарастает толщина истинных голосовых связок в связи с их гиперемией. Смещение плоского эпителия, выстилающего поверхность связок, приводит к формированию подслизистого пространства, заполняемого сосудистыми образованиями. Гиперемия, которая может возникнуть в случае переохлаждения организма, затрудняет прохождение воздуха через голосовую щель (возникает эффект удушья).

Согласно нейрохроноксической теории Хассона, существенная роль в колебании голосовых связок отводится нервным импульсам, поступающим к внутренним мышцам гортани. Различают сфинктеры и дилататоры голосовой щели. Доминирование мышц, осуществляющих сужение голосовой щели, позволяет варьировать силу, тембр и тональность голоса. Этому же способствует дифференцирование хрящевого скелета гортани на более крупные и на более мелкие анатомические образования. В первую группу входят щитовидный, перстневидный хрящи и надгортанник. Они выполняют преимущественно опорную функцию, следствием чего является их гиалиновая природа и более крупные размеры. Эластические, волокнистые структуры доминируют в парных, мелких хрящах гортани (черпаловидных, рожковидных и пшеничных), диапазон смещения которых нарастает. Давление, создаваемое в полости гортани под истинными голосовыми связками, приводит к формированию эластического конуса в форме четырехугольной пластинки, расположенной между перстневидным хрящом и голосовыми связками.

Автором третьей теории голосообразования — мукоундулярной — является Перрияно. Он утверждает, что голос возникает в результате перемещения секрета, вырабатываемого бокаловидными клетками мерцательного эпителия, по поверхности голосовых связок.

Уровень вентиляции легких следует рассматривать в качестве определяющего фактора в деятельности дыхательной системы. Он зависит от биомеханики дыхательной экскурсии. За стандартное (исходное) принимается такое положение, которое имеет грудная клетка после спокойного выдоха. Легкие находятся в положении равновесия сил, действующих в противоположных направлениях: с одной стороны — эластической тяги соединительнотканного каркаса легких, с другой — эластических сил в составе конструкции грудной клетки. В данном положении легкие содержат только остаточный объем (30% их емкости) и резервный объем воздуха.

Различают ряд положений грудной клетки, соответствующих различному уровню вентиляции легких. Положение, которое она занимает после максимального вдоха, соответствует общей емкости легких. При максимальном выдохе в легких содержится только остаточный объем, который отсутствует в ткани мертворожденных. Остальные положения грудной клетки соответствуют различным типам дыхательных экскурсий — ключичному, срединногрудинному, нижнереберному, брюшному и смешанному. При каждом из них регистрируется различное участие в дыхательных экскурсиях инспираторных мышц. К стереометрическим параметрам, отражающим динамичность функционирования системы дыхания, относятся:

  • дыхательный объем;
  • резервный объем вдоха;
  • резервный объем выдоха;
  • остаточный объем легких.

    С изменением положения тела в пространстве (от горизонтального к вертикальному) нарастает степень вентиляции легких.

    Выделяют следующие режимы функционирования дыхательной системы: спокойное, глубокое и форсированное. По мере их становления возрастают параметры дыхательного объема за счет мобилизации резервов. Одновременно наблюдается расширение круга мышц, участвующих в дыхательных экскурсиях. Основной инспираторной мышцей является грудо­брюшная преграда (диафрагма), обеспечивающая до 70% вентиляции легких. По мере нарастания функционального напряжения системы дыхания к ним присоединяются межреберные мышцы, мышцы живота, шеи, верхнего плечевого пояса.

    Неравномерность вентиляции легких зависит от ряда причин, среди которых в первую очередь необходимо отметить особенности конструкции грудной клетки. Фиксация костей плечевого пояса к ее верхнему полюсу лимитирует наполняемость воздухом верхних долей легкого. Напротив, отсутствие ограничителей в нижней апертуре способствует большей степени вентиляции нижних долей легких и большей структурной дифференцировке их на сегменты.

    Конструктивной особенностью серозных полостей, в которых размещены легкие, является наличие резервных пространств (синусов). Они располагаются между париетальными листками плевры и заполняются легочной тканью во время вдоха. В образовавшееся между париетальным и висцеральным листками серозной оболочки щелевидное пространство (плевральную полость) постоянно поступает секрет, вырабатываемый мезотелием висцерального листка (до 10 л в сутки у взрослого человека). Большая его часть всасывается париетальным листком серозной оболочки, который тесно взаимодействует с сосудистыми сплетениями. В результате объем содержимого в плевральной полости не превышает 10 мл. Герметичность данного пространства обеспечивает наличие в нем отрицательного давления, снижающего сопротивление соединительнотканного каркаса легких, а присутствие секрета ослабляет механическое трение между плевральными листками во время дыхательных экскурсий, а также обеспечивает бактерицидный эффект.

    Определяющими в системе дыхания становятся взаимоотношения между респираторными структурами легких и кровеносными сосудами малого круга. Первые из них наполнены альвеолярным воздухом, отличающимся от атмосферного концентрацией кислорода и наличием двуокиси углерода (14 и 5,5% соответственно). Сосуды малого круга кровообращения заполнены венозной кровью (в артериях) и артериальной (в венах). Их наполняемость определяет перфузию легочной ткани. Органоспецифичность сосудистого русла легких выражается в существовании артерий, вен и микроциркуляторного русла большого и малого кругов. Однако роль последнего в кровенаполнении ткани легкого несравненно выше (до 80% от общего объема крови, находящейся в органе). Их архитектоника соответствует генерациям бронхиального дерева и, как правило, сопровождает их (исключение составляют сегментарные вены).

    Отличительным морфологическим признаком сосудов малого круга кровообращения является истончение стенок артериальных сосудов в 5—6 раз по сравнению с аналогичными артериями большого круга. Они содержат большее количество эластических волокон и мало мышечной ткани. Это относится и к венам. Для микроциркуляторного русла характерно отсутствие пре– и посткапиллярных сфинктеров, что существенно ослабляет периферическое сопротивление кровотоку (кровяное давление в артериях малого круга составляет 15 мм рт. ст.). Это приводит к перераспределению объемов циркулирующей крови между артериальным (повышается до 25%) руслом малого круга и венозным (понижается до 50%) по сравнению с большим.

    Характерно также наличие двух капиллярных сетей. Одну из них образуют капилляры с диаметром 20—40 мкм и протяженностью до 400 мкм, отходящие друг от друга под углом 120°. Петлистые сети образуют капилляры с диаметром 6—12 мкм. По ним осуществляется не столь значительный кровоток. Объем крови, содержащейся в микроциркуляторном русле, достигает 25%.

    Горизонтальное положение тела более равномерно распределяет кровоток между долями легких. Неравномерность перфузии легочной ткани возникает при вертикальном положении тела. Одновременно нарастает уровень вентиляции легких.

    Таким образом, определяющими в становлении и функционировании дыхательной системы становятся вентиляционно-перфузионные отношения. Они формируются на различных иерархических уровнях (тканевом, органном). О постепенном становлении их в ходе индивидуального развития организма свидетельствуют изменения частоты сердцебиений и числа дыхательных экскурсий (межсистемный уровень интеграции дыхательной и сердечно-сосудистой систем). В первые три года жизни на одну дыхательную экскурсию приходится два кардиоцикла. В дальнейшем совершенствование функций дыхательной системы изменяет это соотношение на 1:3.

    Процесс непосредственного газообмена осуществляется в ацинарном аппарате легких, представленном производными терминальных бронхиол. Подобных конструкций насчитывается до 800 тыс. В их образовании участвуют дыхательные бронхиолы 3 порядков, альвеолярные ходы и альвеолярные мешки. В спокойном состоянии только 25% от общего числа ацинусов поддерживают функциональную активность. Это число возрастает по мере изменения функционирования дыхательной системы (глубокое, форсированное дыхание).

    Обмен кислородом и двуокисью углерода происходит по градиенту их концентрации. В результате процессов диффузии нарастает парциальное напряжение кислорода в системе крови — от 40 до 96 мм рт.ст. Наступает ее артериализация, где носителем кислорода является гемо­глобин — белок, содержащийся в эритроцитах. Одновременно, но в меньшей степени, изменяется градиент концентрации двуокиси углерода. Его парциальное напряжение в венозной крови составляет 46 мм рт.ст., в артериальной — 36 мм рт.ст.

    Стабилизатором концентраций газов во взаимодействующих средах (альвеолярном воздухе и крови) становится аэрогематический барьер. Согласно современным представлениям, в состав барьера входит четыре структурных компонента. Это эндотелиоциты капилляров малого круга кровообращения, базальная мембрана, пневмоциты первого порядка в составе альвеол и сурфактант. Последний выстилает поверхность альвеол с внутренней стороны в виде липопротеиновой мембраны, снижающей силы поверхностного натяжения и оказывающей бактерицидный эффект.

    Обширную поверхность контакта альвеолярного воздуха с системой крови формируют сферической формы конструкции ацинарного аппарата — альвеолы. Их общее количество до­стигает 500 млн., диаметр колеблется в пределах 100—300 мкм. Установлена зависимость между их размерами и усилиями со стороны инспираторных мышц, преодолевающих сопротивление при заполнении воздухом. У детей диаметр альвеол меньше, чем у взрослых. Для их наполнения усилий дыхательных мышц требуется больше. Однако их степень развития недостаточна. Следствием этого становится поверхностный характер дыхания у новорожденных.

    Эффективность функционирования разноуровневых конструкций ацинусов, долек, сегментов (в пределах целостного образования, каким является система дыхания) обеспечивается деятельностью интегративных структур. К ним относятся производные эндокринной системы в виде клеток, диффузно разбросанных по всей поверхности воздухопроводящих путей и респираторных структур легких. Более динамичное участие в координации принимают производные вегетативной нервной системы. Эти структуры обеспечивают своевременный сбор, проведение и обработку информации от многочисленных рецепторных зон, расположенных на объемной поверхности легких, в артериальных и венозных сосудах большого и малого кругов кровообращения.

    Окончательная обработка информации и создание двигательных программ осуществляется в дыхательном центре. Его структурная организация, по Сергиевскому, представлена следующим образом. В бульбарно-мостовой части головного мозга группы функционально неоднородных нейронов формируют воспринимающий и исполнительный отделы. Первый из них представлен инспираторными и экспираторными нейронами, имеющими связи между собой и с функционально однородными нейронами противоположной стороны. К ним поступает информация с рефлексогенных зон дыхательного аппарата, сердечно-сосудистой системы и вегетативных центров. Здесь она обрабатывается и передается в исполнительный отдел. Он состоит из двух групп нейронов. Одна из них контролирует деятельность грудобрюшной диафрагмы, другая — межреберных мышц. Кроме того, они имеют связь с инспираторными и экспираторными нейронами, а через интернейроны — с инспираторными мышцами. Нисходящие координирующие влияния на дыхательный центр поступают от моста, продолговатого и промежуточного мозга, где концентрируется информация о состоянии обменных процессов, протекающих в организме. Реализация исполнительных программ направлена прежде всего на коррекцию ритма и глубины дыхательных экскурсий. Особенно сложные ансамбли нейронов формируются при речевой деятельности человека. Нервные импульсы, поступающие из парасимпатического центра, вызывают сужение просвета бронхов. Напротив, импульсы из симпатических центров приводят к его расширению.

    Таким образом, развернутый во времени и пространстве процесс обмена кислородом и двуокисью углерода между атмосферным воздухом и системой крови моделирует подсистемы транспорта и преобразований воздушного потока и подсистему непосредственного газообмена. Морфологическое обеспечение вентиляционно-перфузионных взаимоотношений на органном, тканевом иерархических уровнях моделирует доли, сегменты, дольки и ацинарный аппарат легких. В координации их взаимодействия в пределах целостного образования (органа) задействованы структуры нейроэндокринной системы.








  • Саженцы деревьев купить деревья цена на Саженцы.
    Вверх | Назад

    Главная | Врачам | Пациентам | Студентам | Мед.учреждения | Мед.анекдоты | Полезные ссылки



    Нижегородский медицинский сайт
    по вопросам размещения рекламы пишите здесь