Vigtigste Bronkitis

Gasudveksling i lunger og væv

Sammensætningen af ​​den indåndede, udåndede og alveolære luft

Ved skiftevis indånding og udånding ventilerer en person lungerne og opretholder en relativt konstant gassammensætning i lungeblærerne (alveoler). En person indånder atmosfærisk luft med et højt iltindhold (20,9%) og et lavt kuldioxidindhold (0,03%) og udånder luft, hvor ilt er 16,3% og kuldioxid er 4% (tabel 13).

Sammensætningen af ​​den alveolære luft adskiller sig markant fra sammensætningen af ​​den atmosfæriske, inhalerede luft. Det har mindre ilt (14,2%).

Kvælstof og inerte gasser, der udgør luften, deltager ikke i vejrtrækningen, og deres indhold i den indåndede, udåndede og alveolære luft er praktisk talt den samme.

Sammensætningen af ​​den indåndede, udåndede og alveolære luft

LuftGasindhold (i%)
iltcarbondioxidkvælstof
Indåndes

Alveolar

20,94

14.2

0,03 4

5.2

79.03

80,6

Hvorfor indeholder den udåndede luft mere ilt end den alveolære luft? Dette forklares med det faktum, at når du udånder, blandes luft med alveolær luft, som er i luftvejene, i luftvejene.

Delvis tryk og belastning af gasser

I lungerne passerer ilt fra den alveolære luft ind i blodet, og kuldioxid fra blodet kommer ind i lungerne. Overgangen af ​​gasser fra luft til væske og fra væske til luft sker på grund af forskellen i partielt tryk af disse gasser i luft og væske.

Deltryk er den del af det samlede tryk, der falder på andelen af ​​en given gas i en gasblanding. Jo højere procentdelen af ​​gas i blandingen, jo højere er dens partialtryk. Atmosfærisk luft er kendt for at være en blanding af gasser. Denne blanding af gasser indeholder 20,94% ilt, 0,03% kuldioxid og 79,03% kvælstof. Atmosfærisk lufttryk 760 mm Hg. Kunst. Deltrykket af ilt i atmosfærisk luft er 20,94% af 760 mm, dvs. 159 mm, nitrogen - 79,03% af 760 mm, dvs. ca. 600 mm, kuldioxid i atmosfærisk luft er lille - 0,03 % af 760 mm - 0,2 mm Hg. St..

For gasser, der er opløst i en væske, anvendes udtrykket "spænding" svarende til udtrykket "delvis tryk", der anvendes om frie gasser. Gasstress udtrykkes i de samme enheder som tryk (i mmHg). Hvis partialtrykket af en gas i miljøet er højere end spændingen af ​​denne gas i væsken, opløses gassen i væsken.

Det iltlige partialtryk i den alveolære luft er 100-105 mm Hg. Art. Og i blodet, der strømmer til lungerne, er iltspændingen i gennemsnit 40 mm Hg. Art. Derfor i lungerne passerer ilt fra den alveolære luft ind i blodet.

Gassers bevægelse sker i henhold til diffusionslove, hvorefter gas spreder sig fra et miljø med et højt partielt tryk til et miljø med et lavere tryk.

Gasudveksling i lungerne

Overgangen i lungerne af ilt fra den alveolære luft til blodet og strømmen af ​​kuldioxid fra blodet til lungerne overholder lovene beskrevet ovenfor.

Takket være værkerne fra IM Sechenov blev det muligt at undersøge gassammensætningen af ​​blod og betingelserne for gasudveksling i lunger og væv..

Gasudveksling i lungerne finder sted mellem alveolær luft og blod ved diffusion. Lungens alveoler flettes med et tæt netværk af kapillærer. Væggene i alveolerne og væggene i kapillærerne er meget tynde, hvilket letter penetration af gasser fra lungerne ind i blodet og omvendt. Gasudveksling afhænger af overfladen, gennem hvilken gasserne diffunderer, og forskellen i det diffuserende gassers partielle tryk (spænding). Sådanne forhold findes i lungerne. Ved dyb indånding strækker alveolerne sig, og overfladen når 100-150 m 2. Kapillæroverfladen i lungerne er også stor. Der er også en tilstrækkelig forskel i det delvise tryk på gasserne i den alveolære luft og spændingen af ​​disse gasser i det venøse blod (tabel 14).

Deltrykket af ilt og kuldioxid i den inhalerede og alveolære luft og deres spænding i blodet (i mm Hg)

GasDeltryk (spænding)
atmosfærisk luftalveolær luftvenøst ​​blod (i kapillærerne i lungerne)arterielt blod
Ilt Kuldioxid159 0,2-0,3100-110 4040 47102 40

Af tabel 14 følger det, at forskellen mellem spændingen af ​​gasser i det venøse blod og deres partialtryk i den alveolære luft er 110-40 = 70 mm Hg for ilt. Art. Og for kuldioxid 47-40 = 7 mm Hg. St..

Eksperimentelt var det muligt at fastslå det med en forskel i iltspænding på 1 mm Hg. Kunst. hos en voksen i hvile kan 25-60 cm3 ilt pr. minut komme ind i blodbanen. Derfor er forskellen i iltryk på 70 mm Hg. Kunst. tilstrækkelig til at give kroppen ilt under forskellige betingelser for dets aktivitet: under fysisk arbejde, sportsøvelser osv..

Diffusionshastigheden for kuldioxid fra blodet er 25 gange højere end ilt, på grund af forskellen på 7 mm Hg. Kunst. kuldioxid frigøres fra blodet.

Transport af gasser med blod

Blod bærer ilt og kuldioxid. I blod, som i enhver væske, kan gasser være i to tilstande: fysisk opløst og kemisk bundet. Både ilt og kuldioxid opløses i meget små mængder i blodplasma. Det meste af ilt og kuldioxid transporteres kemisk bundet.

Den vigtigste iltbærer er blodhæmoglobin. Hvert gram hæmoglobin binder 1,34 cm3 ilt. Hæmoglobin har evnen til at kombinere med ilt til dannelse af oxyhemoglobin. Jo højere iltpartialtrykket er, desto mere dannes oxyhemoglobin. I alveolær luft er iltens partialtryk 100-110 mm Hg. Kunst. Under disse betingelser binder 97% af hæmoglobinet i blodet til ilt. I form af oxyhemoglobin transporteres ilt af blodet til vævene. Her er iltens partialtryk lavt, og oxyhemoglobin - en skrøbelig forbindelse - frigiver ilt, som bruges af væv. Bindingen af ​​ilt med hæmoglobin påvirkes også af spændingen af ​​kuldioxid. Kuldioxid reducerer hæmoglobins evne til at binde ilt og fremmer dissociationen af ​​oxyhemoglobin. En stigning i temperatur reducerer også muligheden for hæmoglobinbindende ilt. Det er kendt, at temperaturen i vævene er højere end i lungerne. Alle disse tilstande hjælper dissociationen af ​​oxyhemoglobin, som et resultat af, at blodet frigiver ilt frigivet fra den kemiske forbindelse i vævsvæsken.

Hæmoglobins evne til at binde ilt er afgørende for kroppen. Nogle gange dør mennesker af iltmangel i kroppen, omgivet af den reneste luft. Dette kan ske med en person, der befinder sig i forhold med reduceret tryk (i store højder), hvor iltpartiets tryk er meget lavt i en sjælden atmosfære. Den 15. april 1875 nåede Zenith-ballonen med tre balloonister en højde på 8000 m. Da ballonen landede, var kun én person i live. Årsagen til menneskers død var et kraftigt fald i værdien af ​​iltpartiets tryk i stor højde. I store højder (7-8 km) nærmer arterielt blod i gassammensætningen venøst ​​blod; alle kropsvæv begynder at opleve en akut mangel på ilt, hvilket fører til alvorlige konsekvenser. Opstigning til en højde på mere end 5000 m kræver normalt brug af specielt iltudstyr.

Med speciel træning kan kroppen tilpasse sig det reducerede iltindhold i den omgivende luft. Hos en uddannet person øges vejrtrækningen, antallet af erytrocytter i blodet øges på grund af deres øgede dannelse i de hæmatopoietiske organer og blodforsyningen fra depotet. Derudover øges hjertesammentrækninger, hvilket fører til en stigning i minutets blodvolumen. Trykkamre bruges i vid udstrækning til træning. Kuldioxid transporteres af blodet i form af kemiske forbindelser - natrium- og kaliumhydrogencarbonater. Bindingen af ​​kuldioxid og dets frigivelse af blodet afhænger af dets spænding i væv og blod..

Derudover er blodhæmoglobin involveret i overførslen af ​​kuldioxid. I kapillærerne i væv indgår hæmoglobin i en kemisk kombination med kuldioxid. I lungerne nedbrydes denne forbindelse med frigivelsen af ​​kuldioxid. Cirka 25-30% af kuldioxid frigivet i lungerne bæres af hæmoglobin.

Artikel om emnet Gasudveksling i lunger og væv

Gasudveksling i lunger og væv

Menneskelig ånde. Lungestruktur og funktion

Åndedræt er en af ​​kroppens vitale funktioner, der sigter mod at opretholde det optimale niveau af redoxprocesser i celler. Åndedræt er en kompleks fysiologisk proces, der sikrer levering af ilt til væv, dets anvendelse af celler i metaboliseringsprocessen og fjernelse af det dannede kuldioxid.

Hele respirationsprocessen kan opdeles i tre faser: ekstern respiration, transport af gasser ved blod og vævsånding..

Ekstern åndedræt er en gasudveksling mellem kroppen og luften omkring den, dvs. atmosfære. Ekstern respiration kan igen opdeles i to faser: udveksling af gasser mellem atmosfærisk og alveolær luft; gasudveksling mellem blodet i lungekapillærerne og den alveolære luft.

Gastransport. Oxygen og kuldioxid i fri opløst tilstand transporteres i relativt ubetydelige mængder, hovedparten af ​​disse gasser transporteres i en bundet tilstand. Den vigtigste iltbærer er hæmoglobin. Ved hjælp af hæmoglobin transporteres også op til 20% af kuldioxid. Resten af ​​kuldioxid transporteres som bicarbonater i blodplasma.

Intern eller vævsåndedræt. Dette åndedrætsstadie kan opdeles i to: udveksling af gasser mellem blod og væv og cellernes iltforbrug og frigivelse af kuldioxid som et produkt af spredning.

Ekstern åndedræt tilvejebringes af muskuloskeletale strukturer i brystet, lungerne, luftvejene (fig. 1) og nervecentrene i hjernen og rygmarven.

Figur: 1. Morfologiske strukturer i menneskelige åndedrætsorganer

Fysiologisk rolle og egenskaber hos lungerne

Den vigtigste funktion af lungerne - sikring af gasudveksling mellem alveolær luft og blod - opnås på grund af lungernes store gasudvekslingsoverflade (hos en voksen i gennemsnit 90 m2) og et stort område af blodkapillærerne i lungecirkulationen (70-90 m2).

Lungens udskillelsesfunktion er fjernelse af mere end 200 flygtige stoffer dannet i kroppen eller ind i den udefra. Især kuldioxid, methan, acetone, eksogene stoffer (ethylalkohol, ethylether), narkotiske luftformige stoffer (fluorothan, lattergas) dannet i kroppen fjernes fra blodet gennem lungerne i varierende grad. Vand fordamper også fra overfladen af ​​alveolerne.

Ud over klimaanlæg er lungerne involveret i at beskytte kroppen mod infektion. Mikroorganismer, der er bosat på alveolernes vægge, fanges og ødelægges af alveolære makrofager. Aktiverede makrofager producerer kemotaktiske faktorer, der tiltrækker neutrofile og eosinofile granulocytter, som forlader kapillærerne og deltager i fagocytose. Makrofager med absorberede mikroorganismer er i stand til at migrere til lymfekapillærer og knuder, hvor en inflammatorisk reaktion kan udvikle sig. Ved beskyttelse af kroppen mod infektiøse stoffer, der kommer ind i lungerne med luft, er lysozym, interferon, immunoglobuliner (IgA, IgG, IgM) vigtige leukocytantistoffer..

Filtrering og hæmostatisk funktion af lungerne - når blod passerer gennem en lille cirkel i lungerne, bevares små blodpropper og embolier og fjernes fra blodet.

Blodpropper ødelægges af det fibrinolytiske system i lungerne. Op til 90% af heparin syntetiseres af lungerne, som, når de kommer ind i blodet, forhindrer dets koagulation og forbedrer rheologiske egenskaber.

Aflejring af blod i lungerne kan nå op til 15% af det cirkulerende blodvolumen. Dette slukker ikke blodet, der er trængt ind i lungerne fra kredsløbet. Der er en stigning i blodfyldningen af ​​karene i mikrovaskulaturen og lungerne, og det "deponerede" blod fortsætter med at deltage i gasudveksling med alveolær luft..

Den metaboliske funktion inkluderer: dannelsen af ​​phospholipider og overfladeaktive proteiner, syntesen af ​​proteiner, der udgør kollagen og elastiske fibre, produktionen af ​​mucopolysaccharider, der er en del af bronkialslim, syntesen af ​​heparin, deltagelse i dannelsen og destruktion af biologisk aktive og andre stoffer.

I lungerne omdannes angiotensin I til en meget aktiv vasokonstriktorfaktor - angiotensin II, bradykinin inaktiveres med 80%, serotonin fanges og deponeres såvel som 30-40% noradrenalin. I dem inaktiveres histamin og akkumuleres, op til 25% insulin, 90-95% af gruppe E og F prostaglandiner inaktiveres; prostaglandin (vasodilator prostaniclin) og nitrogenoxid (NO) dannes. Aflejrede biologisk aktive stoffer under stress kan frigives fra lungerne i blodet og bidrage til udviklingen af ​​chokreaktioner.

Bord. Ikke-respiratorisk lungefunktion

Fungere

Egenskab

Luftrensning (cilierede epitelceller, reologiske egenskaber), cellulær (alveolære makrofager, neutrofiler, lymfocytter), humorale (immunglobuliner, komplement, lactoferrin, antiproteaser, interferon) immunitet, lysozym (serøse celler, alveolære makrofager)

Syntese af fysiologisk aktive stoffer

Bradykinin, serotonin, leukotriener, thromboxan A2, kininer, prostaglandiner, NO

Metabolisme af forskellige stoffer

I en lille cirkel er op til 80% bradykinin, op til 98% serotonin, op til 60% calicrein inaktiveret

Syntese af overfladeaktive stoffer (overfladeaktivt middel), syntese af egne cellulære strukturer

Kollagen og elastinsyntese ("ramme" i lungen)

Mri hypoxi op til 1/3 af forbrugt Cb til glucoseoxidation

Syntese af prostacyclin, NO, ADP, fibrinolyse

Fjernelse af metaboliske produkter

Fordampning af vand fra overfladen, transcapillær udveksling (sved)

Varmeveksling i de øvre luftveje

Op til 500 ml blod

Hypoksisk vasokonstriktion

Indsnævring af lungekarrene med et fald i O2 i alveolerne

Gasudveksling i lungerne

Den vigtigste funktion af lungerne er at sikre gasudveksling mellem luften i lungealveolerne og blodet i de små cirkulære kapillærer. For at forstå mekanismerne til gasudveksling er det nødvendigt at kende gassammensætningen af ​​medierne, der udveksler med hinanden, egenskaberne ved de alveolokapillære strukturer, gennem hvilke gasudveksling finder sted, og at tage hensyn til funktionerne i lungeblodgennemstrømning og ventilation..

Alveolær og udåndet luft sammensætning

Sammensætningen af ​​atmosfærisk, alveolær (indeholdt i lungealveolerne) og udåndet luft er vist i tabel. 1.

Tabel 1. Indholdet af hovedgasserne i den atmosfæriske, alveolære og udåndede luft

Baseret på bestemmelsen af ​​procentdelen af ​​gasser i alveolærluften beregnes deres partialtryk. Ved beregning af vanddampens tryk i alveolær gas tages det til at være 47 mm Hg. Kunst. For eksempel, hvis iltindholdet i den alveolære gas er 14,4%, og det atmosfæriske tryk er 740 mm Hg. Art., Derefter partialtrykket af ilt (p02) vil være: p02 = [(740-47) / 100] * 14,4 = 99,8 mm Hg. Kunst. I hvile svinger iltpartiets tryk i den alveolære gas omkring 100 mm Hg. Art., Og partialtrykket af carbondioxid er ca. 40 mm Hg. St..

På trods af vekslen mellem indånding og udånding med rolig vejrtrækning ændres sammensætningen af ​​den alveolære gas kun med 0,2-0,4%, den relative konstans af sammensætningen af ​​den alveolære luft opretholdes, og gasudvekslingen mellem den og blodet er kontinuerlig. Konstansen af ​​sammensætningen af ​​den alveolære luft opretholdes på grund af den lave værdi af ventilationskoefficienten (CVL). Denne koefficient viser, hvor meget af den funktionelle restkapacitet, der udveksles med atmosfærisk luft i en åndedrætscyklus. Normalt er CVL 0,13-0,17 (dvs. med en stille åndedrag udveksles ca. 1/7 af FRU). Sammensætningen af ​​den alveolære gas adskiller sig med 5-6% med hensyn til ilt og kuldioxidindhold fra atmosfærisk.

Bord. 2. Gassammensætning af inhaleret og alveolær luft

Ventilationskoefficienten for forskellige områder af lungerne kan variere, derfor har sammensætningen af ​​alveolær gas en anden værdi ikke kun i fjerne, men også i nærliggende områder af lungen. Det afhænger af bronkiernes diameter og åbenhed, produktionen af ​​surfactan og lungernes distensibilitet, kroppens position og fyldningsgraden af ​​lungekarrene med blod, hastigheden og forholdet mellem varigheden af ​​inhalation og udånding osv. Tyngdekraften har en særlig stærk effekt på denne indikator..

Figur: 2. Dynamik af iltbevægelse i lunger og væv

Med alderen ændres værdien af ​​iltpartiets tryk i alveolerne praktisk talt ikke på trods af signifikante aldersrelaterede ændringer i mange indikatorer for ekstern respiration (fald i VC, OEL, bronchial patency, stigning i FRU, OOL osv.). Opretholdelse af stabiliteten af ​​pO-indikatoren2 i alveolerne bidrager til den aldersrelaterede stigning i åndedrætsfrekvensen.

Diffusion af gasser mellem alveolerne og blodet

Diffusion af gasser mellem alveolær luft og blod overholder den generelle diffusionslov, ifølge hvilken drivkraften er forskellen i gasens partielle tryk (spændinger) mellem alveolerne og blodet (fig. 3).

Gasserne, der er i opløst tilstand i blodplasmaet, der strømmer til lungerne, skaber deres spænding i blodet, hvilket udtrykkes i de samme enheder (mm Hg) som partialtrykket i luften. Gennemsnitlig iltspænding (pO2) i blodet i kapillærerne i den lille cirkel er 40 mm Hg. Art., Og dets partialtryk i alveolærluften er 100 mm Hg. Kunst. Oxygentrykgradienten mellem alveolær luft og blod er 60 mm Hg. Kunst. Spændingen af ​​kuldioxid i det tilstrømmende venøse blod er 46 mm Hg. Art., I alveolerne - 40 mm Hg. Kunst. og trykgradienten for carbondioxid er 6 mm Hg. Kunst. Disse gradienter er drivkraften bag gasudvekslingen mellem alveolær luft og blod. Det skal huskes, at de angivne værdier for gradienterne kun er til stede i begyndelsen af ​​kapillærerne, men når blodet bevæger sig langs kapillæren, falder forskellen mellem partialtrykket i alveolær gas og spændingen i blodet.

Figur: 3. Fysisk-kemiske og morfologiske betingelser for gasudveksling mellem alveolær luft og blod

Hastigheden af ​​iltudveksling mellem alveolær luft og blod påvirkes både af egenskaberne af mediet, gennem hvilket diffusion finder sted, og den tid (ca. 0,2 s), hvorunder den overførte del af ilt er bundet med hæmoglobin.

Ved overgangen fra alveolær luft til erytrocyten og binding med hæmoglobin skal iltmolekylet diffundere gennem:

  • det overfladeaktive middellag, der forer alveolen;
  • alveolært epitel;
  • kældermembraner og det mellemliggende mellemrum mellem epitel og endotel;
  • kapillært endotel;
  • et lag blodplasma mellem endotelet og erytrocyten;
  • erytrocytmembran;
  • lag af cytoplasma i erytrocyt.

Den samlede afstand for dette diffusionsrum er fra 0,5 til 2 um.

Faktorerne, der påvirker diffusionen af ​​gasser i lungerne, afspejles i Fick-formlen:

hvor V er volumenet af den diffuserende gas; k - mediumets permeabilitetskoefficient for gasser afhængigt af gassens opløselighed i vævene og dens molekylvægt; S er området for lungernes diffusionsoverflade; R1 og P2, - gasspænding i blod og alveoler d - diffusionsrumstykkelse.

I praksis til diagnostiske formål kaldes en indikator lungernes diffusionskapacitet til ilt (DLО2). Det er lig med volumenet af ilt diffunderet fra den alveolære luft ind i blodet gennem hele overfladen af ​​gasudveksling på 1 minut ved en ilttrykgradient på 1 mm Hg. St..

hvor Vo2 - iltdiffusion i blodet i 1 minut R1 - delvis iltryk i alveolerne R2 iltspænding i blodet.

Denne metric kaldes undertiden overførselsforholdet. Normalt, når en voksen er i ro, er DL-værdienО2 = 20-25 ml / min mm Hg. Kunst. Med fysisk aktivitet DLО2øges og kan nå 70 ml / min mm Hg. St..

Hos ældre er DL-værdienО2falder; ved 60 er det ca. 1/3 mindre end for unge mennesker.

For at bestemme DLО2bruger ofte en teknisk enklere gennemførlig definition af DLCO. Tag et åndedrag med luft indeholdende 0,3% kulilte, hold åndedrættet i 10-12 s, udånd derefter, og bestemm bestemmelse af CO-indholdet i den sidste del af udåndet luft, beregne CO-overgangen til blodet: DLО2= DLCO • 1.23.

Permeabilitetskoefficient for biologiske medier for СО2 20-25 gange højere end for ilt. Derfor er diffusionen af ​​C02 i kroppens væv og i lungerne ved lavere gradienter af dets koncentrationer end for ilt strømmer kuldioxid indeholdt i det venøse blod hurtigt og ved en højere (46 mm Hg) end i alveolerne (40 mm Hg) delvis tryk har som regel tid til at flygte ud i den alveolære luft selv med en vis utilstrækkelig blodgennemstrømning eller ventilation, mens iltudvekslingen under sådanne forhold aftager.

Figur: 4. Gasudveksling i kapillærerne i den store og lille cirkel af blodcirkulationen

Blodets bevægelseshastighed i lungekapillærerne er sådan, at en erytrocyt passerer gennem kapillæren på 0,75-1 sek. Denne tid er tilstrækkelig til næsten fuldstændig afvejning af iltpartialtrykket i alveolerne og dets spænding i blodet i de pulmonale kapillærer. Det tager kun ca. 0,2 sek. For iltbinding af erytrocytens hæmoglobin. Ligevægt af kuldioxidtryk mellem blodet og alveolerne sker også hurtigt. I det arterielle blod, der tager sig af lungerne gennem lungerne i lungerne i en sund person, er iltspændingen under normale forhold 85-100 mm Hg. Art. Og CO-spænding2-35-45 mm Hg St..

At karakterisere forholdene og effektiviteten af ​​gasudveksling i lungerne sammen med DL0 iltudnyttelsesfaktoren (KIО2), som afspejler mængden af ​​ilt (i ml) absorberet fra 1 liter luft, der kommer ind i lungerne: KI02 = VO2ml * min -1 / MOD l * min -1 Normal CI = 35-40 ml * l -1.

Gasudveksling i væv

Gasudveksling i væv overholder de samme love som gasudveksling i lungerne. Diffusion af gasser forløber i retning af deres spændingsgradienter, dens hastighed afhænger af størrelsen af ​​disse gradienter, området med fungerende blodkapillærer, tykkelsen af ​​diffusionsrummet og gassernes egenskaber. Mange af disse faktorer og dermed gasudvekslingshastigheden kan variere afhængigt af den lineære og volumetriske blodgennemstrømningshastighed, indholdet og egenskaberne af hæmoglobin, temperatur, pH, aktivitet af cellulære enzymer og en række andre tilstande..

Ud over disse faktorer letter udvekslingen af ​​gasser (især ilt) mellem blod og væv ved: mobiliteten af ​​oxyhemoglobinmolekyler (deres diffusion til overfladen af ​​erytrocytmembranen), konvektion af cytoplasma og interstitiel væske samt filtrering og reabsorption af væske i mikrovaskulaturen.

Oxygengasudveksling

Gasudveksling mellem arterielt blod og væv begynder allerede på niveauet af arterioler med en diameter på 30-40 mikron og udføres gennem hele mikrovaskulaturen op til niveauet af venerne. Kapillærer spiller dog hovedrollen i gasudvekslingen. For at undersøge gasudveksling i væv er det nyttigt at have en idé om, hvad der kaldes en "vævscylinder (kegle)", som inkluderer en kapillær og tilstødende vævsstrukturer forsynet med ilt (fig. 5). Diameteren af ​​en sådan cylinder kan bedømmes ud fra den mellemkapillære afstand. Det handler om 25 mikron i hjertemusklen, 40 mikron i hjernebarken og 80 mikron i skeletmuskler..

Drivkraften for gasudveksling i vævscylinderen er iltspændingsgradienten. Der er langsgående og tværgående stigninger. Den langsgående gradient er rettet langs kapillærens sti. Iltspændingen i den indledende del af kapillæret kan være ca. 100 mm Hg. Kunst. Når erytrocytterne bevæger sig til den venøse del af kapillær- og iltdiffusionen i vævet, falder pO_ til et gennemsnit på 35-40 mm Hg. Art., Men under visse forhold kan det gå ned til 10 mm Hg. Kunst. Den tværgående O2-stressgradient i vævscylinderen kan nå 90 mm Hg. Kunst. (i de områder af væv længst væk fra kapillæren, i det såkaldte "døde hjørne", p02 kan være 0-1 mm Hg. Kunst.).

Figur: 5. Skematisk gengivelse af "vævscylinderen" og fordelingen af ​​iltspænding i de arterielle og venøse ender af kapillæren i hvile og under intensivt arbejde

I vævsstrukturer afhænger således iltafgivelse til celler af graden af ​​deres fjernelse fra blodkapillærer. Cellerne ved siden af ​​den venøse del af kapillæren er under de værste betingelser for iltafgivelse. Under det normale forløb af oxidative processer i celler er en iltspænding på 0,1 mm Hg tilstrækkelig. St..

Betingelserne for gasudveksling i væv påvirkes ikke kun af den interkapillære afstand, men også af blodstrømningsretningen i tilstødende kapillærer. Hvis retningen af ​​blodgennemstrømningen i kapillærnetværket omkring en given vævscelle er multiretning, øger dette pålideligheden af ​​vævsiltilførsel.

Effektiviteten af ​​iltoptagelse af væv er kendetegnet ved værdien af ​​iltudnyttelseskoefficienten (KUK) - dette er det procentvise forhold mellem volumenet af ilt, der absorberes af vævet fra det arterielle blod pr. Tidsenhed, og det samlede iltvolumen, der leveres af blodet til vævskarene i samme tid. Vævet CAA kan bestemmes af forskellen i iltindhold i blodet i arterielle kar og i venøst ​​blod, der strømmer fra vævet. I en tilstand af fysisk hvile hos en person er den gennemsnitlige FAC 25-35%. Selv under klipning er værdien af ​​FAC ikke den samme i forskellige organer. I hvile er CCA for myokardiet ca. 70%.

Ved fysisk anstrengelse stiger iltudnyttelsesgraden til 50-60%, og i nogle af de mest aktivt fungerende muskler og hjertet kan den nå 90%. En sådan stigning i CAA i muskler skyldes primært en stigning i blodgennemstrømningen i dem. I dette tilfælde åbnes kapillærer, der ikke fungerede i hvile, området for diffusionsoverfladen øges, og diffusionsafstandene for ilt falder. En stigning i blodgennemstrømningen kan forårsages både refleksivt og under påvirkning af lokale faktorer, der udvider musklernes kar. Sådanne faktorer er en stigning i temperaturen i den arbejdende muskel, en stigning i pC02 og et fald i blodets pH, som ikke kun bidrager til en stigning i blodgennemstrømningen, men også forårsager et fald i hæmoglobins affinitet for ilt og en acceleration af diffusionen af ​​ilt fra blodet til vævet.

Et fald i iltspænding i væv eller vanskeligheder med at bruge det til respiration af væv kaldes hypoxi. Hypoxi kan skyldes nedsat ventilation af lungerne eller kredsløbssvigt, nedsat diffusion af gasser i væv samt utilstrækkelig aktivitet af cellulære enzymer.

Udviklingen af ​​vævshypoxi af skeletmuskler og hjerte forhindres til en vis grad af det chromoprotein, der findes i dem - myoglobin, der fungerer som et iltdepot. Den protesegruppe af myoglobin svarer til hæmoglobinhemmen, og proteindelen af ​​molekylet er repræsenteret af en enkelt polypeptidkæde. Et myoglobinmolekyle er i stand til kun at binde et iltmolekyle og 1 g myoglobin - 1,34 ml ilt. Især meget myoglobin er indeholdt i myokardiet - i gennemsnit 4 mg / g væv. Med fuldstændig iltning af myoglobin er iltforsyningen, det skaber i 1 g væv, 0,05 ml. Dette ilt kan være nok til 3-4 hjerteslag. Affiniteten af ​​myoglobin til ilt er højere end hæmoglobins. Halvmætningstryk P50 for myoglobin er mellem 3 og 4 mm Hg. Kunst. Derfor lagrer den ilt under betingelser med tilstrækkelig perfusion af muskelen med blod og giver den kun tilbage, når der forekommer forhold tæt på hypoxi. Myoglobin hos mennesker binder op til 14% af den samlede mængde ilt i kroppen.

I de senere år er der opdaget andre proteiner, der kan binde ilt i væv og celler. Blandt dem er proteinneuroglobinet, som findes i hjernevæv, nethinden i øjet og cytoglobin, som findes i neuroner og andre typer celler.

Hyperoxia - øget iltspænding i blod og væv i forhold til normen. Denne tilstand kan udvikles, når en person indånder rent ilt (for en voksen er sådan vejrtrækning tilladt ikke mere end 4 timer), eller når han placeres i kamre med øget lufttryk. Med hyperoxi kan symptomer på iltforgiftning gradvist udvikle sig. Derfor, ved langvarig brug af åndedræt med en gasblanding med et forhøjet iltindhold, bør dets indhold ikke overstige 50% i det. Det øgede iltindhold i den indåndede luft er især farligt for nyfødte. Langvarig indånding af rent ilt udgør en trussel mod udviklingen af ​​skader på nethinden, lungeepitel og nogle hjernestrukturer.

Kuldioxidudveksling

Normalt spænder kuldioxid i det arterielle blod fra 35-45 mm Hg. Kunst. Gradienten af ​​kuldioxidspænding mellem det tilstrømmende arterielle blod og cellerne omkring vævets kapillær kan nå 40 mm Hg. Kunst. (40 mm Hg i arterielt blod og op til 60-80 mm i dybe lag af celler). Under virkningen af ​​denne gradient diffunderer kuldioxid fra vævene ind i kapillærblodet og forårsager en stigning i dens spænding op til 46 mm Hg. Kunst. og en stigning i kuldioxidindholdet til 56-58 vol-%. Cirka en fjerdedel af al kuldioxid, der frigøres fra vævet til blodet, binder sig til hæmoglobin, resten takket være enzymet kulsyreanhydrase kombineres med vand og danner kulsyre, som hurtigt neutraliseres ved tilsætning af Na 'og K' -ioner og i form af disse bicarbonater transporteres til lungerne..

Mængden af ​​opløst kuldioxid i menneskekroppen er 100-120 liter. Dette er cirka 70 gange flere iltreserver i blod og væv. Når spændingen af ​​kuldioxid i blodet ændres, finder dens intensive omfordeling sted mellem det og vævene. Derfor ændres niveauet af kuldioxid i blodet langsommere end iltniveauet med utilstrækkelig ventilation af lungerne. Da fedt- og knoglevæv indeholder en særlig stor mængde opløst og bundet kuldioxid, kan de fungere som en buffer, der fanger kuldioxid under hyperkapni og frigiver det under hypokapni..

Lunger

Lungestruktur

Lunger er parrede organer placeret i brysthulen. Består af lapper: den højre lunge indeholder tre lapper, den venstre - to. Lungevæv består af bobler - alveoler, hvor en vital proces finder sted - gasudveksling mellem blod og atmosfærisk luft.

Lungen er dækket af en membran - lungehinden, der passerer fra lungens overflade til brystets indre vægge. Der dannes et pleurahulrum mellem to lag af lungehinden, hvis tryk er negativt, hvilket er af grundlæggende betydning for vejrtrækningen.

Gasudveksling i lunger og væv

Luft bevæger sig gennem luftvejene og når endelig lungens mindste struktur - lungeblæren eller alveolerne. Væggen i alveolerne er flettet med et tæt netværk af kapillærer - kar med en tynd mur, gennem hvilken gasser diffunderer: kuldioxid kommer ud af blodet i alveolen, og ilt kommer ind i blodet fra alveolerne.

Det ilt, der er opløst i blodet, når de indre organer og væv i kroppen gennem blodkarrene. Jeg bemærker, at gasser, der bevæger sig gennem blodet, danner forbindelser med erythrocythæmoglobin:

  • Oxygen (O2) - oxyhemoglobin
  • Kuldioxid (CO2) - carbhemoglobin
  • Kulilte (CO) - carboxyhemoglobin

Kombinationen af ​​hæmoglobin med kulilte er meget mere stabil end resten: kulilte vinder let i konkurrence med ilt og tager plads. Dette forklarer de alvorlige konsekvenser af kulilteforgiftning, som hurtigt akkumuleres under en brand i et lukket rum..

Da blodet frigiver kuldioxid og optager ilt, omdannes det fra venøst ​​blod (fattigt med ilt) til arterielt blod. Den omvendte proces forekommer i væv: celler har brug for ilt, hvilket er nødvendigt for vævsånding, og kuldioxid, et biprodukt af stofskifte, kræver fjernelse fra cellen til blodet.

Jeg spørger ofte eleverne: "Hvad driver gassen, hvad får f.eks. Ilt først fra alveolerne til blodet og i vævene - fra blodet til cellerne?" Husk, at denne drivkraft er forskellen i det delvise tryk på gasser.

Deltrykket for en gas er den del af det samlede gasvolumen, der falder på en given gas. Jeg anbefaler ikke, at du husker tabellen ovenfor, men det er meget godt for forståelsen..

Bemærk, at det delvise tryk på ilt i alveolen er 100-110, og i det venøse blod i kapillæret, der omslutter væggen i alveolerne, er iltrykket 40. Således strømmer ilt fra området med højere tryk til området med lavere tryk - fra alveolerne ind i blodet.

De forekommende gasbevægelser kan let registreres ved at måle koncentrationen af ​​gasser i luften, der indåndes og udåndes af en person. Du har sandsynligvis ikke brug for meget af disse data, men jeg opfordrer dig til at huske, at 21% ilt og 0,03% kuldioxid i den omgivende luft er vigtig information..

Af stor betydning i transporten af ​​gasser er væsken, der dækker væggene i alveolerne - et overfladeaktivt middel. Oprindeligt opløses ilt i det overfladeaktive middel og diffunderer først derefter gennem kapillærvæggen og kommer ind i blodet. Det overfladeaktive middel forhindrer også alveolernes vægge i at klæbe sammen (falde af) under udånding..

Lung vital kapacitet

En af de fysiologisk vigtige indikatorer er lungernes vitale kapacitet (VC). VC - den maksimale mængde luft, som en person kan udånde efter den dybeste åndedræt.

Denne indikator er meget variabel, den gennemsnitlige VC for en voksen er ca. 3500 cm 3. Atleter har mere VC med 1000-1500 cm 3, og svømmere kan nå 6500 cm 3. Jo mere VC, jo mere luft kommer ind i lungerne og ilt - ind i kredsløbssystemet, hvilket er meget vigtigt for vævsceller under sporot træning.

VC måles let ved hjælp af en speciel enhed - et spirometer (fra Lat. Spirare - til at trække vejret).

Pulmonal respirationsmekanisme

Der er et pleurahulrum mellem den ydre overflade af lungen og brystvæggene, som spiller en kritisk rolle i processen med indånding og udånding og reducerer også friktionen i lungerne under åndedrætsbevægelser..

Trykket i pleurahulen er altid 5-7 mm lavere. rt. Kunst. atmosfærisk tryk, så lungerne konstant er i en rettet tilstand, fastgjort gennem pleura til væggene i brysthulen.

Forestil dig: lungen trækkes op til lungehinden, der er fastgjort til brystet. Og brystet udfører konstant vejrtrækningsbevægelser, der udvides og indsnævres, så lungerne følger brystets åndedrætsbevægelser.

Det er stadig at finde ud af, hvordan disse åndedrætsbevægelser opstår? Årsagen til dette er sammentrækning og afslapning af de interkostale muskler, hvilket resulterer i, at henholdsvis brystet stiger og falder. Nu vil vi diskutere detaljeret mekanismen for indånding og udånding..

Når du inhalerer, trækker de interkostale muskler sammen, mens ribbenene stiger, og brystbenet bevæger sig fremad - brystet udvides i retningen anteroposterior og frontal (til siderne). Membranen er en respiratorisk muskel, under indånding trækker den sig sammen og falder ned: brystet udvides i lodret retning.

Når du ånder ud, sker alt omvendt: de interkostale muskler slapper af, mens ribbenene falder, og brystbenet bevæger sig tilbage - brystet indsnævres i anteroposterior og frontal (til siderne) retningen. Under udånding slapper membranen af ​​og stiger: brystet indsnævres i lodret retning. Gennem denne bevægelse udføres indånding og udånding..

Kan vi tage kontrol over vores vejrtrækning? Let. Men vi kontrollerer det ikke altid selv om dagen, endsige om natten. Åndedrætsprocessen styres af åndedrætscentret, der ligger i medulla oblongata. Dette center er automatisk - med jævne mellemrum går impulser til åndedrætsmusklerne, for eksempel under søvn.

Sammensætningen af ​​blodet påvirker i høj grad respirationshastigheden. I adskillige eksperimenter blev det fundet, at en stigning i CO2 stimulerer åndedrætscentret. Dette kan forklare den øgede respirationsfrekvens under fysisk aktivitet, for eksempel løb, når CO produceres aktivt i cellerne i benmusklerne.2 og dets indtrængen i blodet, vejrtrækning hurtigere refleksivt.

Refleksregulering af åndedræt er tydeligst demonstreret af oplevelsen med krydscirkulation, hvor to hundes kredsløbssystemer er forbundet. Når luftrøret er fastspændt, holder den første hund op med at trække vejret, og kuldioxid holder op med at blive fjernet fra blodet - dens koncentration i blodet stiger, hvilket fører til åndenød (hurtig vejrtrækning) hos den anden hund.

Pneumothorax

Normalt er trykket i pleurahulen negativt, det giver lungespænding. Men med skader på brystet kan pleural hulrums integritet krænkes: i dette tilfælde bliver trykket i hulrummet lig med atmosfærisk.

Overtrædelse af pleural hulrums integritet kaldes pneumothorax (fra gammelgræsk πνεῦμα - ånde, luft og θώραξ - bryst). Når pneumothorax opstår, kollapser lungerne og stopper med at trække vejret.

Bjerg- og dekompressionssygdom

Bjergbestigere og vandrere (især begyndere) oplever ofte bjergsygdom. Denne tilstand opstår på grund af det faktum, at når man klatrer til en højde, falder det delvise iltryk, og dets koncentration i blodet svarer ikke til kroppens behov - lavere end det burde være.

Først manifesteres højdesyge ved eufori (urimelig glæde) og øget hjerterytme. Hvis erobringen af ​​bjergtoppene fortsætter, slutter apati (en tilstand af ligegyldighed), muskelsvaghed, kramper og hovedpine gradvist til disse symptomer..

Hvad skal jeg gøre, spørger du? Det er nødvendigt straks at stoppe yderligere opstigning, hvis symptomerne intensiveres, skal du begynde at falde ned. Det er bedst at forhindre bjergsygdom ved at følge reglen - øg ikke højden på overnatningen med mere end 300-600 meter.

Caissons sygdom forekommer hos dykkere og er forbundet med en stigning i partialtrykket af gas - kvælstof, der opstår, når det nedsænkes under vand. Der er et mønster: jo dybere dykkeren sænker, jo mere kvælstof opløses i blodet. Hvad er faren for, at nitrogen opløses i blod?

Med en hurtig hurtig stigning aftager opløseligheden af ​​nitrogen i blodet, og blodet koger bogstaveligt talt. Forestil dig, der vises ægte gasbobler i skibene! De kan tilstoppe karene i lungerne, hjertet og andre indre organer, hvilket resulterer i, at blodcirkulationen stopper, og konsekvenserne kan være mest triste, indtil og med døden..

Hvordan forhindres dekompressionssygdom? Det er muligt at bruge heliumgas i stedet for kvælstof i åndedrætsblandingen, hvilket ikke fører til sådanne konsekvenser. Det er også nødvendigt at overholde reglen om gradvis stigning med stop for at undgå en skarp opstigning.

© Bellevich Yuri Sergeevich 2018-2020

Denne artikel blev skrevet af Yuri Sergeevich Bellevich og er hans intellektuelle ejendom. Kopiering, distribution (inklusive ved at kopiere til andre websteder og ressourcer på Internettet) eller enhver anden brug af information og objekter uden forudgående samtykke fra indehaveren af ​​ophavsretten er strafbar ved lov. For at få materiale i artiklen og tilladelse til at bruge dem henvises til Bellevich Yuri.

8.3. Gasudveksling i lungerne

8.3. Gasudveksling i lungerne

Sammensætningen af ​​den indåndede, udåndede og alveolære luft. Ventilation af lungerne udføres gennem indånding og udånding. Dette opretholder en relativt konstant gassammensætning i alveolerne. En person indånder atmosfærisk luft med et iltindhold (20,9%) og et kuldioxidindhold (0,03%) og udånder luft, hvor ilt er 16,3%, kuldioxid er 4%. I den alveolære luft er ilt 14,2%, kuldioxid er 5,2%. Det øgede indhold af kuldioxid i alveolærluften forklares med det faktum, at når du udånder, blandes luft med alveolærluften, som er i åndedrætsorganerne og i luftvejene.

Hos børn udtrykkes den lavere effektivitet af lungeventilation i en anden gassammensætning af både udåndet og alveolær luft. Jo yngre barnet er, desto større er procentdelen af ​​ilt og jo lavere procentdelen af ​​kuldioxid i den udåndede og alveolære luft, dvs. ilt bruges mindre effektivt af barnets krop. Derfor er børn nødt til at udføre vejrtrækningshandlinger meget oftere for at forbruge det samme volumen ilt og udsende det samme volumen kuldioxid..

Gasudveksling i lungerne. I lungerne passerer ilt fra den alveolære luft ind i blodet, og kuldioxid fra blodet kommer ind i lungerne.

Bevægelse af gasser giver diffusion. I henhold til lovene om diffusion spreder gas sig fra et miljø med et højt partialtryk til et miljø med et lavere tryk. Deltryk er den brøkdel af det samlede tryk, som en given gas har i gasblandingen. Jo højere procentdelen af ​​gas i blandingen, jo højere er dens partielle tryk. For gasser, der er opløst i en væske, skal du bruge udtrykket "spænding" svarende til udtrykket "delvis tryk", der anvendes om frie gasser.

I lungerne finder gasudveksling sted mellem luften i alveolerne og blodet. Alveolerne er flettet med et tæt netværk af kapillærer. Væggene i alveolerne og væggene i kapillærerne er meget tynde. Til gasudveksling er de bestemmende betingelser det overfladeareal, hvorigennem diffusionen af ​​gasser finder sted, og forskellen i det partielle tryk (spænding) af de diffuserende gasser. Lungerne opfylder perfekt disse krav: med en dyb indånding strækker alveolerne sig, og deres overflade når 100-150 kvm. m (overfladen af ​​kapillærer i lungerne er ikke mindre stor), der er en tilstrækkelig forskel i det delvise tryk af alveolær luft og spændingen af ​​disse gasser i det venøse blod.

Binding af ilt i blodet. I blodet kombineres ilt med hæmoglobin og danner en ustabil forbindelse - oxyhemoglobin, hvoraf 1 g er i stand til at binde 1,34 kubikmeter. se ilt. Mængden af ​​dannet oxyhemoglobin er direkte proportional med oxygenpartialtrykket. I den alveolære luft er iltens partialtryk 100-110 mm Hg. Kunst. Under disse betingelser binder 97% af blodhæmoglobin til ilt..

I form af oxyhemoglobin transporteres ilt fra lungerne af blodet til vævene. Her er iltpartiets tryk lavt, og oxyhemoglobin dissocieres og frigiver ilt, hvilket sikrer tilførsel af ilt til vævene..

Tilstedeværelsen af ​​kuldioxid i luften eller væv reducerer hæmoglobins evne til at binde ilt.

Binding af kuldioxid i blodet. Kuldioxid bæres af blodet i de kemiske forbindelser af natriumbicarbonat og kaliumbicarbonat. En del af det transporteres med hæmoglobin.

I kapillærerne i væv, hvor kuldioxidspændingen er høj, opstår dannelsen af ​​kulsyre og carboxyhemoglobin. I lungerne fremmer kulsyreanhydrase, der er indeholdt i røde blodlegemer, dehydrering, hvilket fører til forskydning af kuldioxid fra blodet.

Gasudveksling i lungerne hos børn er tæt forbundet med reguleringen af ​​syre-base balance. Hos børn er åndedrætscentret meget følsomt over for de mindste ændringer i blodets pH-reaktion. Derfor oplever børn åndenød, selv med mindre skift i balancen mod forsuring. Med udvikling øges diffusionskapaciteten i lungerne på grund af en stigning i alveolernes samlede overflade.

Kroppens behov for ilt og frigivelse af kuldioxid afhænger af niveauet af oxidative processer i kroppen. Med alderen falder dette niveau, hvilket betyder, at mængden af ​​gasudveksling pr. 1 kg masse falder, når barnet vokser..

Denne tekst er et indledende fragment.

Biologi på Lyceum

Biologilærers websted MBOU Lyceum № 2 Voronezh, RF

Stedbiologilærere lyceum № 2 Voronezh by, Den Russiske Føderation

Gasudveksling i væv er en udveksling af gasser mellem tilstrømning af arterielt blod, intercellulær væske, celler og udstrømmende venøst ​​blod. Mekanismen ved denne udveksling er den samme som i lungerne. Dette er diffusion forbundet med forskellen i partielt tryk af gasser i blodet, intercellulær væske og kropsceller. I vævene afgiver blodet ilt og er mættet med kuldioxid.

Arterielt blod ledes gennem karene i den systemiske cirkulation til kroppens organer. Oxygenindholdet i arterielt blod er højere end i vævsceller. Derfor passerer ilt på grund af diffusion frit gennem kapillærernes tynde vægge ind i cellerne. Oxygen bruges til biologisk oxidation, og den frigivne energi går til de vitale processer i cellen. I dette tilfælde dannes kuldioxid, der strømmer fra vævsceller ind i blodet. Arterielt blod bliver til venøs. Det vender tilbage til lungerne og bliver arterielt igen..

Det er kendt, at gasser opløses dårligt i varmt vand og endnu værre i varmt og salt vand. Hvordan kan man forklare, at ilt trænger ind i blodet på trods af at blod er en varm og salt væske? Svaret på dette spørgsmål ligger i egenskaberne af erythrocyt hæmoglobin, der fører ilt fra åndedrætssystemet til vævene, og fra dem - kuldioxid til åndedrætsorganerne. Dets molekyle interagerer kemisk med ilt: det fanger 8 iltatomer og leverer dem til væv.

Vital kapacitet i lungerne

Lungernes vitale kapacitet er den største mængde luft, der kan udåndes efter maksimal indånding. Denne kapacitet er lig med summen af ​​tidevandsvolumen, inspirations- og udåndingsreservevolumener. Denne indikator varierer fra 3.500 til 4.700 ml. Til bestemmelse af forskellige volumener og kapaciteter i lungerne anvendes specielle enheder: spirometre, spirografer osv..

Hvis du beder en person om at trække vejret dybt og derefter udånde al luften, udgør det udløbne luftmængde lungernes vitale kapacitet (VC). Det er klart, at selv efter denne udånding forbliver en vis mængde luft i lungerne - restluft - svarende til ca. 1000-1200 cm 3.

Lungernes vitale kapacitet afhænger af alder, køn, højde og endelig af graden af ​​en person. For at beregne, hvad luftens vitale kapacitet skal være, kan du bruge følgende formler:

VC (l) mænd = 2,5 x højde (m); VC (l) kvinder = 1,9 x højde (m).

VC er lungernes vitale kapacitet (i liter), vækst skal udtrykkes i meter, og 2,5 og 1,9 er koefficienter, der findes eksperimentelt. Hvis lungernes faktiske vitale kapacitet er lig med eller større end de beregnede værdier, skal resultaterne betragtes som gode, hvis mindre dårlige. Lungernes vitale kapacitet måles med en speciel enhed - et spirometer.

Hvad er fordelene ved mennesker med høj lungekapacitet? Under hårdt fysisk arbejde, f.eks. Når du løber, opnås ventilation af lungerne på grund af den store vejrtrækningsdybde. En person, hvis vitale kapacitet i lungerne er lille, og selv åndedrætsmusklerne er svage, skal trække vejret ofte og lavt. Dette fører til, at frisk luft forbliver i luftvejene, og kun en lille del af den når lungerne. Som et resultat modtager væv en ubetydelig mængde ilt, og en person kan ikke fortsætte med at arbejde..

Systemet med sundhedsforbedrende gymnastik inkluderer nødvendigvis åndedrætsøvelser. Mange af disse er designet til at ventilere toppen af ​​lungerne, som har tendens til at være dårligt ventileret for de fleste mennesker. Hvis du løfter armene op, bøjer dig tilbage og indånder, trækker musklerne det øvre bryst op og lungernes toppe ventileres. Veludviklede mavemuskler hjælper med at udføre fuld vejrtrækning. Dette betyder, at ved at udvikle åndedrætsmusklerne kan vi øge brysthulenes volumen og dermed den vitale kapacitet..

Åndedrætsfysiologi: gasudveksling i lungerne

Gasudveksling i lungerne

Biomekanik ved indånding og udånding

Indånding begynder med sammentrækning af de respiratoriske (respiratoriske) muskler.
Ved indånding kontraherer de interkostale muskler og hæver ribbenene, og mellemgulvet bevæger sig mod bughulen og bliver mindre konveks. Sammentrækningen af ​​mellemgulvet fører til en forøgelse af brysthulrummets volumen i lodret retning, og sammentrækningen af ​​de eksterne interkostale og interkondrale muskler fører til en forøgelse af brysthulrummets volumen i sagittal og frontal retning. Som et resultat øges brysthulrummets volumen. Da trykket i brysthulen er lavere end atmosfærisk, strækker lungerne sig også med en stigning i volumen. Trykket i dem i et øjeblik bliver lavere end atmosfærisk, luft strømmer ind i lungerne gennem luftvejene. Hvis der er behov for dyb vejrtrækning, ud over de interkostale muskler og mellemgulvet, trækker musklerne i bagagerummet og skulderbæltet sig sammen.

Udånding udføres passivt som et resultat af afslapning af åndedrætsmusklerne; det er en konsekvens af ophør af inhalation: de interkostale muskler slapper af, ribbenene falder, membranen slapper af, volumenet af brysthulen og lungerne falder. Ribbeholderen indsnævres under påvirkning af den elastiske trækkraft i lungerne og den konstant tilstedeværende muskeltonus i bugvæggen, mens abdominale organer udøver tryk på mellemgulvet. På grund af indsnævring af brystet komprimeres lungerne. Trykket i lungerne bliver højere end atmosfærisk: luft efterlader dem gennem luftvejene udad.

Åndedrætsfrekvens 16 - 20 pr. Minut. Åndedrætsbevægelser i brystet giver ventilation af den alveolære luft og opretholder en konstant gassammensætning.
Med en dyb indånding opstår en yderligere sammentrækning af interkostal- og abdominale muskler, og volumenet af udåndet luft øges. Med dyb, intensiveret vejrtrækning trækker ikke kun hovedmusklerne sig sammen, men også de ekstra.

Pulmonal luftmængde

En hvile person indånder og udånder cirka 500 ml luft - dette er tidevandsvolumenet. Hvis der efter en rolig indånding tages en forbedret yderligere inhalation, kommer der yderligere 1500 ml luft ind i lungerne - dette er reserveindåndingsvolumenet.

Efter en rolig udånding kan du udånde yderligere 1500 ml luft ved maksimal spænding i åndedrætsmusklerne - dette er reserveudåndingsvolumenet.

Tidevandsvolumen, inspiratorisk reservevolumen og ekspiratorisk reservevolumen tilføjer lungernes vitale kapacitet..

VC = ROVD + DO + ROVID.
VC = 1500 + 500 + 1500 = 3500 ml.

VC - det maksimale volumen af ​​luft, der kan udåndes efter en dyb indånding.

Efter maksimal udånding forbliver 1000 - 1500 ml luft i lungerne - dette er det resterende volumen. Det kan ikke kun fjernes på liget. Luft forbliver altid i lungevævet, derfor synker et stykke lunger nedsænket i vand ikke.

Funktionel resterende lungekapacitet.

FOOEL = Rovid. + OO
FOOEL = 1500 + 1000 (1500) = 2500 - 3000 ml.
Inspirerende kapacitet = RVD. + DO = 1500 + 500 = 2000 ml.
Luftvolumenet indeholdt i lungerne i højden af ​​maksimal inspiration er den samlede lungekapacitet.
OEL = VEL + OO

Luft findes ikke kun i alveolerne, men også i luftvejene - næsehulen, nasopharynx, luftrør, bronchi. Luften i luftvejene deltager ikke i gasudveksling, derfor kaldes luftvejens lumen dødrum. Anatomisk dødrumsvolumen ca. 150 ml.

Den kvantitative egenskab ved lungeventilation er det minimale respirationsvolumen (MRV) - luftvolumenet, der passerer gennem lungerne på et minut. I hvile er MOD 6-9 liter. Ved fysisk anstrengelse stiger dens værdi kraftigt og er 25-30 liter.

Luftmængden, der passerer gennem lungerne på et givet tidspunkt, kaldes maksimal ventilation (MVV). Denne parameter kan nå 120-150 l / min hos en ung mand. MVL karakteriserer luftvejens åbenhed, brystelasticitet og lungekompatibilitet.

Gasudveksling i lungerne

Gasudveksling udføres ved hjælp af diffusion: CO2 udskilles fra blodet i alveolerne, O2 kommer fra alveolerne i det venøse blod, der er kommet til lungekapillarerne fra alle organer og væv i kroppen.

Figur 6. Gasudveksling mellem alveolær luft og erythrocyt. Tallene angiver værdierne for iltpartiets tryk (PО2) og kuldioxid (РСО2) i den arterielle og venøse ende af kapillæren

Diffusionen af ​​gasser gennem den alveolære-kapillære membran afhænger af følgende faktorer:

1. gradienten af ​​partielt tryk af gasser på begge sider af membranen (i den alveolære luft og i lungekapillærerne)
2. tykkelsen af ​​den alveolære-kapillære membran
3. den samlede diffusionsoverflade i lungen (kontaktfladen af ​​lungekapillærerne og alveolerne er 60-120 m 2).

Det iltlige partialtryk i alveolerne (100 mm Hg) er meget højere end iltens spænding i det venøse blod, der trænger ind i lungernes kapillærer. Gradienten af ​​carbondioxidens partialtryk er rettet i den modsatte retning: 46 mm. rt. Kunst. ved begyndelsen af ​​lungekapillærerne og 40 mm Hg. Kunst. i alveolerne. Disse trykgradienter er drivkraften bag diffusionen af ​​ilt og kuldioxid, dvs. gasudveksling i lungerne.

Ifølge Ficks lov er diffusionsstrømmen direkte proportional med koncentrationsgradienten. Diffusionskoefficienten for kuldioxid er 20-25 gange ilt. Alt andet lige diffunderer kuldioxid gennem et bestemt lag af mediet 20-25 gange hurtigere end ilt. Derfor udveksling af CO2 i lungerne forekommer ganske fuldstændigt, på trods af den lille gradient af partialtrykket af denne gas.

Når hver erytrocyt passerer gennem de pulmonale kapillærer, er den tid, i hvilken diffusion er mulig (kontakttid) relativt kort - ca. 0,3 sek. Denne tid er dog helt nok til, at åndedrætsgassernes spænding i blodet og deres partialtryk i alveolerne er praktisk talt ens.

Lungens diffusionskapacitet, som alveolær ventilation, bør overvejes i forhold til perfusion (blodforsyning) af lungerne...

Transport af gasser med blod

Oxygentransport med blod.

Indholdet af opløst gas i en væske afhænger af dets delvise tryk. Indholdet af ilt og kuldioxid i blodet i en fysisk opløst tilstand er relativt lille, men denne tilstand spiller en væsentlig rolle i kroppens liv.

For at komme i kontakt med visse stoffer skal luftvejene først leveres til dem i en fysisk opløst form. Under diffusion i væv eller blod er hvert ilt- eller kuldioxidmolekyle således i en tilstand af fysisk opløsning i et bestemt tidsrum. Det meste af ilt transporteres i blodet som en kemisk forbindelse med hæmoglobin. 1 mol hæmoglobin kan binde op til 4 mol ilt og 1 g hæmoglobin - 1,39 ml ilt. Når man analyserer gassammensætningen af ​​blod, opnås en lavere værdi (1,34 - 1,36 ml O2 1 g Hb). Dette skyldes det faktum, at en lille del af hæmoglobin er inaktiv. Det kan således antages, at 1 g Hb in vitro binder 1,34 ml O2 - det såkaldte Huffner-nummer.

Baseret på Huffner-nummeret og kendskab til hæmoglobinindholdet, beregne iltkapaciteten i blodet: 0,20 liter ilt pr. 1 liter blod; Dette iltindhold i blodet kan dog kun opnås, hvis blodet er i kontakt med en gasblanding med et højt iltindhold (p O2 = 300 mm Hg. Art.), In vivo hæmoglobin er derfor ikke fuldstændigt iltet.

Reaktionen, der afspejler kombinationen af ​​ilt og hæmoglobin, overholder loven om masseaktion. Dette betyder, at forholdet mellem mængden af ​​hæmoglobin og oxyhemoglobin afhænger af indholdet af fysisk opløst ilt i blodet; sidstnævnte er proportional med iltspændingen. Procentdelen af ​​oxyhemoglobin til total hæmoglobin kaldes iltmætning af hæmoglobin.

I overensstemmelse med loven om masseaktion afhænger mætning af hæmoglobin af ilt af iltspændingen. Grafisk afspejles denne afhængighed af dissociationskurven for oxyhemoglobin, som har en S-formet form.

Figur 7. Diagram over dissociationen af ​​oxyhemoglobin a - ved normalt partialtryk af CO2 b - indflydelsen af ​​ændringer i CO's partielle tryk2 c - effekten af ​​pH-ændringer d - effekten af ​​temperaturændringer.

Den enkleste indikator, der karakteriserer placeringen af ​​denne kurve, er den såkaldte halvmætningsspænding pO2 de der. sådan iltspænding, hvor mætning af hæmoglobin med ilt er 50%. Normal pO2 arterielt blod er ca. 26 mm Hg. St..

Konfigurationen af ​​oxyhemoglobin dissociationskurven er afgørende for transporten af ​​ilt i blodet. I processen med iltoptagelse i lungerne, spændingen O2 i blodet nærmer sig det delvise tryk af denne gas i alveolerne. Unge har2 arterielt blod er ca. 95 mm Hg. Kunst. Ved denne spænding er mætning af hæmoglobin med ilt ca. 97%. Med alderen og endnu mere med lungesygdomme kan iltspændingen i det arterielle blod falde betydeligt, men da dissociationskurven for oxyhemoglobin i højre side er næsten vandret, reduceres iltmætning af blod ikke meget. Selv med et fald i iltspænding i arterielt blod til 60 mm Hg. Art. Er mætning af hæmoglobin med ilt 90%. På grund af det faktum, at regionen med høje iltspændinger svarer til den vandrette del af oxyhemoglobin-dissociationskurven, forbliver mætning af arterielt blod med ilt på et højt niveau, selv med signifikante forskydninger i pO2.

Den stejle hældning af den midterste sektion af oxyhemoglobin-dissociationskurven indikerer en gunstig situation for frigivelse af ilt til vævene. I ro pO2 i regionen af ​​den venøse ende af kapillær er ca. 40 mm Hg. Art., Der svarer til ca. 73% mætning. Hvis spændingen i det venøse blod som følge af en stigning i iltforbruget kun falder med 5 mm Hg. Art., Derefter mættes mætningen af ​​hæmoglobin med ilt med 7%; det frigjorte ilt under dette kan straks bruges til metaboliske processer.

Konfigurationen af ​​oxyhemoglobin-dissociationskurven skyldes hovedsageligt hæmoglobins kemiske egenskaber; samt indflydelse af temperatur, pH, kuldioxidspænding. Typisk skifter disse faktorer kurven, øger eller formindsker dens hældning, men ændrer ikke sin S-formede form..

Hvis hæmoglobins affinitet til ilt øges, går processen mod dannelsen af ​​oxyhemoglobin, og dissociationsgrafen skifter til venstre. Med et fald i hæmoglobins affinitet til ilt går processen mere mod dissociation af oxyhemoglobin, mens dissociationsgrafen skifter til højre. Ligevægten i hæmoglobin-iltningsreaktionen afhænger af temperaturen. Med faldende temperatur stiger hældningen på oxyhemoglobin-dissociationskurven, og med stigende temperatur falder den. Hos varmblodede dyr manifesteres denne effekt kun under hypotermi eller feber..

Formen på oxyhemoglobin-dissociationskurven afhænger i høj grad af indholdet af H + -ioner i blodet. Med et fald i pH (med forsuring af blodet) falder affiniteten af ​​hæmoglobin til ilt, og dissociationskurven for oxyhemoglobin bliver fladt. Virkningen af ​​pH på placeringen af ​​oxyhemoglobin-dissociationskurven kaldes Bohr-effekten..

Blodets pH-værdi er tæt forbundet med CO-spændingen i det.2 (kuldioxidspænding) - end pCO2 jo højere jo lavere pH. Forøgelse af blodspændingen CO2 ledsaget af et fald i hæmoglobins affinitet for ilt og en udfladning af oxyhemoglobin-dissociationskurven. Dette forhold kaldes også Bohr-effekten, selvom detaljeret kvantitativ analyse har vist, at effekten af ​​kuldioxid på kurvens form ikke kan forklares ved ændringer i pH alene. Selvfølgelig har carbondioxid i sig selv en "specifik effekt" på dissociationen af ​​oxyhemoglobin.

Under en række patologiske tilstande observeres ændringer i ilttransportprocesserne med blod. I nogle typer anemier skifter kurven til højre, sjældnere til venstre. Det vides, at formen og placeringen af ​​kurven er stærkt påvirket af nogle organophosphater, hvis indhold i erytrocytter kan ændre sig under patologi. Hovedforbindelsen er 2,3-diphosphoglycerat (2,3-DPG). Hæmoglobins affinitet for ilt afhænger af indholdet af kationer i erytrocytter. Med patologiske forskydninger i pH bemærkes tilsvarende ændringer også: med alkalose øges absorptionen af ​​ilt i lungerne som et resultat af Bohr-effekten, men dens tilbagevenden til vævene er vanskelig; med acidose observeres det modsatte billede. En markant forskydning af kurven til venstre sker med kulilteforgiftning.

Transport af kuldioxid med blod.

Kuldioxid - slutproduktet af oxidative metaboliske processer i celler - transporteres med blodet til lungerne og fjernes gennem dem til det ydre miljø. Samt ilt, CO2 kan bæres både fysisk opløst og i tilstanden af ​​kemiske forbindelser.

De kemiske reaktioner ved carbondioxidbinding er noget mere komplicerede end reaktionerne ved iltaddition. Dette skyldes det faktum, at de mekanismer, der er ansvarlige for CO-transport2, skal samtidig sikre opretholdelsen af ​​konstanten af ​​den iltbasiske ligevægt i blodet og derved det indre miljø i kroppen som helhed.

CO-spænding2 i arterielt blod, der kommer ind i vævskapillærer, er 40 mm Hg. Kunst. I cellerne i nærheden af ​​disse kapillærer. Spændingen af ​​kuldioxid er meget højere, da dette stof konstant dannes som et resultat af stofskifte. I denne henseende overføres fysisk opløst kuldioxid langs stressgradienten fra væv til kapillærer. Her forbliver noget af det i en tilstand af fysisk opløsning. Men det meste af CO2 gennemgår en række kemiske transformationer. Først og fremmest hydreres kuldioxidmolekyler til dannelse af kulsyre.

I blodplasma er denne reaktion meget langsom; i erythrocyten accelereres den ca. 10.000 gange, hvilket er forbundet med virkningen af ​​enzymet kulsyreanhydase. Da dette enzym kun er til stede i celler, næsten alle CO-molekyler2, involveret i hydreringsreaktionen, skal først komme ind i erytrocytterne. Den næste reaktion i kæden af ​​CO kemiske transformationer2 består i dissociation af en svag syre H2CO2 til bicarbonat og hydrogenioner.

Akkumulering af moms3 - i erytrocyten fører til, at der oprettes en diffusionsgradient mellem dets indre miljø og blodplasma. Ioner NSO3 - kan kun bevæge sig langs denne gradient, hvis ligevægtsfordelingen af ​​elektriske ladninger ikke forstyrres. I denne henseende samtidigt med frigivelsen af ​​hver HCO-ion3 - der skal enten være en udgang fra en kation erytrocyt eller indgangen til en anion.

Da erytrocytmembranen praktisk talt er uigennemtrængelig for kationer, men gennemsyrer relativt let små anioner i stedet for HCO3 - klorioner kommer ind i erytrocyten. Denne udvekslingsproces kaldes chlorid shift..
Kuldioxid kan også binde ved direkte binding til aminogrupperne i proteinkomponenten i hæmoglobin. Dette danner den såkaldte carbaminbinding. Hæmoglobin associeret med CO2, kaldes carbohemoglobin.

Figur 8. Diagram over de processer, der forekommer i erythrocytter under absorption eller frigivelse af ilt og kuldioxid fra blod.

Indholdet af kuldioxid i blodet i form af kemiske forbindelser afhænger direkte af dets spænding. Til gengæld pCO-værdien2 bestemmes af dannelseshastigheden for CO2 i væv og dets udledning af lungerne. Afhængighed af CO-indhold2 fra dens spænding er beskrevet af en kurve svarende til dissociationskurven for oxyhemoglobin.

I lungerne adskilles kuldioxidforbindelser, og kuldioxid frigøres fra kroppen. Fysisk opløst CO begynder at komme ind i alveolerne2 fra blodplasma på grund af tilstedeværelsen af ​​en delvis trykgradient RSO2 mellem alveolerne (40 mm Hg) og venøst ​​blod (46 mm Hg). Dette fører til et fald i PCO-spændingen2 i blod. Tilsætningen af ​​ilt til hæmoglobin fører til et fald i affiniteten af ​​kuldioxid for hæmoglobin og nedbrydningen af ​​carbohemogdobin.

Afhængighed af CO-indhold2 på graden af ​​iltning af hæmoglobin kaldes Haldane-effekten. Denne effekt skyldes delvis oxyhemoglobins og deoxyhemoglobins forskellige evne til at danne en carbaminbinding..

Gasudveksling i væv

Gasudveksling i væv såvel som gasudveksling i lungerne afhænger af følgende faktorer:
1.Gasspændingsgradient mellem blod og celler
2. tilstanden af ​​membranerne
3. diffusionsområde;
4. diffusionskoefficient.

I lungerne bliver venøst ​​blod til arterielt:
- rig på ilt
- fattig med kuldioxid.

Arterielt blod ledes til væv, hvor ilt forbruges, og der dannes kuldioxid som et resultat af konstant forekommende oxidative processer. I væv er iltspændingen tæt på 0, og kuldioxidspænding = 60 mm Hg. St..

På grund af trykforskellen diffunderer kuldioxid fra vævet ind i blodet og ilt ind i vævet. Blodet bliver venøst, gennem venerne kommer det ind i lungerne, hvor gasudvekslingscyklussen gentager sig.

Artikler Om Pharyngitis