Каков механизм воздействия замедленного дыхания на здоровье человека? - спрашиваю я профессора.
Расскажу о методе алтайского врача В. К. Дурыманова. Он предлагает больным бронхиальной астмой делать подряд несколько непрерывных и замедленных вдохов через нос, а затем после короткой паузы - столько же удлиненных выдохов через рот. Таким образом, весь дыхательный цикл становится уступообразным и оказывается чрезвычайно длинным, длиннее, чем обычно. Есть и другие подобные предложения, разработанные рядом специалистов. При астме, например, крайне важно именно замедленное, растянутое дыхание. У больного астмой часто нарушается деятельность дыхательных центров, они посылают в легкие хаотические импульсы, заставляя бронхи спазматически сжиматься, что, естественно, вызывает мучительные приступы удушья. Даже нескольких ритмичных циклов «вдох - выдох» может быть достаточно для упорядочения работы дыхательных центров и снятия приступа. Дыхательную гимнастику при лечении астмы используют многие специалисты и лечебные учреждения. Во всех вариантах врачи подбирают упражнения, растягивающие дыхательный цикл, снимающие напряжение. Поскольку эти упражнения воздействуют на центральную нервную систему, то их эффективность, должен заметить, в определенной мере зависит от личности врача, от его умения влиять на больного.
Вспомните нашумевшие в свое время высказывания Бутейко, который был несомненно прав, давая своим больным растянутый дыхательный цикл. Но только накопление углекислого газа, которому он придавал прямо-таки глобальный характер, здесь ни при чем. Размеренные импульсы, посылаемые с дыхательных мышц в соответствующие центры мозга, задавали им спокойный, равномерный ритм работы и тем самым гасили очаги возбуждения. Спазматические явления в бронхах устранялись.
Так как же все-таки надо дышать, чтобы успокоиться? - спросил я профессора. - Ильф и Петров в свое время говорили: «Дышите глубже - вы взволнованы!» Насколько обоснован совет великих сатириков с точки зрения современной физиологии?
Правильнее было бы сказать: «Дышите медленно!» Потому что возбуждение снимается именно при растянутом цикле «вдох - выдох». Глубина дыхания здесь не играет особой роли. Но поскольку наши представления о глубоком дыхании обычно связаны с процессом довольно длительного наполнения легких, при глубоком вдохе, то совет Ильфа и Петрова и сегодня звучит вполне убедительно.
Хотелось бы услышать, профессор, ваше мнение о задержках дыхания. Порой им приписывают чудодейственные свойства: полное излечение от многих болезней, искусственное управление работой внутренних органов.
Произвольную задержку дыхания (апное) принято связывать с гимнастикой йогов. Надо сказать, что наряду с различными мистическими построениями о самопознании йоги разработали немало практических приемов совершенствования тела, и в частности тренировки дыхания. Вполне обоснованно они считали, что от правильности дыхания в значительной мере зависит продолжительность жизни и сохранение здоровья. Один из важнейших элементов дыхательной гимнастики йогов - произвольное апное. Но интересно, что практически все древние и новые системы оздоровительных упражнений так или иначе включали в себя упражнения в задержке дыхания. Эмпирическим путем люди приходили к осознанию пользы этого. Сейчас уже есть научно подтвержденные данные о механизме влияния апное на наш организм.
Как составная часть цикла «вдох - выдох», апное участвует в замедлении дыхания, что очень важно для нашей нервной системы. Одно из упражнений, рекомендуемых для растягивания дыхательного цикла, состоит из трех фаз; вдоха носом, выдоха носом и апное. Эти фазы могут продолжаться соответственно 2, 3 и 10 секунд. Это упражнение делается сидя или лежа, при максимальном расслаблении мышц тела. Выраженное, но легко переносимое ощущение нехватки воздуха - свидетельство правильно подобранной частоты дыхания.
Известно, - говорю я, - что регулярные тренировки в замедленном дыхании являются хорошим средством повышения силы механизмов, защищающих мозг от нехватки кислорода. Ведь задержка или замедление дыхания в каждом цикле упражнения ведет к снижению содержания кислорода и повышению содержания углекислого газа в крови, что рефлекторно включает расширение сосудов и увеличение кровотока. Считают, что такая гимнастика сосудов обещает стойкое снижение артериального давления.
Да, такая точка зрения нашла экспериментальное подтверждение. Однако вернемся к задержкам дыхания, - продолжает мой собеседник. - Здоровый мужчина средних лет может произвольно задерживать дыхание на 40-60 секунд. Тренировка увеличивает продолжительность задержки. Порой она достигает довольно высоких цифр - до пяти минут у ныряльщиков - профессиональных искателей жемчуга. Правда, они используют некоторые специальные приемы, в частности перед погружением в воду проводят произвольную гипервентиляцию - резко учащенное дыхание, ведущее к быстрому вымыванию углекислого газа из организма. В обычных условиях гипервентиляция ведет к сужению сосудов головного мозга, к головокружению и головной боли. Но углекислый газ - один из факторов, рефлекторно прекращающих произвольное апное.
Поэтому благодаря гипервентиляции ныряльщики отдаляли момент прекращения апное. Впрочем, злоупотреблять тренировками в гипервентиляции и произвольной задержке дыхания не рекомендуется, так как это может привести к нежелательным последствиям - потере сознания.
Ныряльщикам, так же как пловцам, стайерам, лыжникам, в силу специфики своей деятельности приходится постоянно упражнять дыхательную систему. Может быть, поэтому у них очень высокие показатели жизненной емкости легких; в пределах 6, 7 и даже 8 литров. Тогда как в норме жизненная емкость легких (ЖЕЛ) колеблется от 3,5 до 4,5 литра.
Каждый мужчина может рассчитать свою приблизительную норму, умножив рост в сантиметрах на коэффициент 25. Определенные колебания, конечно, допустимы. Высокие показатели ЖЕЛ в серьезной мере характеризуют уровень здоровья человека. Хельсинкский профессор М. Карвонен писал, что средняя продолжительность жизни финских лыжников - 73 года, это на 7 лет больше средних цифр продолжительности жизни мужчин в Финляндии. Очень высокие показатели ЖЕЛ у профессиональных певцов и трубачей. Это не удивительно, так как объем нормального выдоха 500 кубических сантиметров, а при пении - 3 тысячи и более. Так что пение само по себе является хорошей дыхательной гимнастикой. Можно сказать, что пение не только обогащает человека духовно, не только служит прекрасной эмоциональной разрядкой, но и является заметным оздоровительным фактором, положительно сказываясь на состоянии дыхательной системы человека.
Внешнее (или легочное) дыхание складывается из:
1) обмена воздуха между внешней средой и альвеолами легких (вентиляция легких);
2) обмена газов (СО 2 и О 2) между альвеолярным воздухом и кровью, протекающей через легочные капилляры (диффузия газов в легких).
Главной функцией внешнего дыхания является обеспечение на должном уровне артериализации крови в легких, т. е. поддержание строго определенного газового состава оттекающей из легких крови путем насыщения ее кислородом и удаления из нее избытка углекислоты.
Под недостаточностью легочного дыхания понимают неспособность аппарата дыхания обеспечивать на должном уровне насыщение крови кислородом и удаление из нее углекислоты.
Показатели недостаточности внешнего дыхания
К числу показателей, характеризующих недостаточность внешнего дыхания, относятся:
1) показатели вентиляции легких;
2) коэффициент эффективности (диффузии) легких;
3) газовый состав крови;
4) одышка.
Нарушения легочной вентиляции
Изменения легочной вентиляции могут носить характер гипервентиляции, гиповентиляции и неравномерной вентиляции. Практически газообмен происходит только в альвеолах, поэтому истинным показателем вентиляции легких является величина альвеолярной вентиляции (АВ). Она представляет собой произведение частоты дыхания на разницу между дыхательным объемом и объемом мертвого пространства:
АВ – частота дыхания х (дыхательный объем – объем мертвого пространства).
В норме АВ = 12 х (0,5 – 0,14) = 4,3 л/мин.
Гипервентиляция легких означает увеличение вентиляции больше, чем это требуется для поддержки необходимого напряжения кислорода и углекислоты в артериальной крови. Гипервентиляция ведет к повышению напряжения О 2 и падению напряжения СО 2 в альвеолярном воздухе. Соответственно падает напряжение СО 2 в артериальной крови (гипокапния), возникает газовый алкалоз.
По механизму развития различают гипервентиляцию, связанную с заболеванием легких, например, при спадении (коллапсе) альвеол или при накоплении в них воспалительного выпота (экссудата). В этих случаях уменьшение дыхательной поверхности легких компенсируется за счет гипервентиляции.
Гипервентиляция может быть результатом различных поражений центральной нервной системы. Так, некоторые случаи менингита, энцефалита, кровоизлияния в мозг и его травмы приводят к возбуждению дыхательного центра (возможно, в результате повреждения функции варолиева моста, тормозящего бульбарный дыхательный центр).
Гипервентиляция может возникнуть и рефлекторно, например, при болях, особенно соматических, в горячей ванне (перевозбуждение терморецепторов кожи) и т. п.
В случаях острой гипотензии гипервентиляция развивается либо рефлекторно (раздражение рецепторов аортальных и синокаротидных зон), либо центрогенно – гипотензия и замедление кровотока в тканях способствуют повышению рСО 2 в них и, как следствие, возбуждению дыхательного центра.
Усиление метаболизма, например, при лихорадке или гиперфункции щитовидной железы, как и ацидоз обменного происхождения, приводит к повышению возбудимости дыхательного центра и гипервентиляции.
В некоторых случаях гипоксии (например, при горной болезни, анемии) рефлекторно возникающая гипервентиляция имеет приспособительное значение.
Гиповентиляция легких . Зависит, как правило, от поражения аппарата дыхания – болезни легких, дыхательных мышц, нарушения кровообращения и иннервации аппарата дыхания, угнетения дыхательного центра наркотиками. Повышение внутричерепного давления и расстройства мозгового кровообращения, угнетающие функцию дыхательного центра, также могут стать причиной гиповентиляции.
Гиповентиляция ведет к гипоксии (снижение рО 2 в артериальной крови) и гиперкапнии (повышение рСО 2 в артериальной крови).
Неравномерная вентиляция . Наблюдается в физиологических условиях даже у здоровых молодых людей и в большей степени у пожилых в результате того, что не все альвеолы легких функционируют одновременно, в связи с чем различные участки легких тоже вентилируются неравномерно. Эта неравномерность бывает особенно резко выраженной при некоторых заболеваниях аппарата дыхания.
Неравномерная вентиляция может возникнуть при потере эластичности легких (например, при эмфиземе), затруднении бронхиальной проходимости (например, при бронхиальной астме), скоплении экссудата или другой жидкости в альвеолах, при фиброзе легких.
Неравномерная вентиляция, как и гиповентиляция, ведет к гипоксемии, но не всегда сопровождается гиперкапнией.
Изменения легочных объемов и емкостей . Нарушения вентиляции, как правило, сопровождаются изменениями легочных объемов и емкостей.
Объем воздуха, который легкие могут вместить при максимально глубоком вдохе, называют общей емкостью легких (ОЕЛ). Эта общая емкость складывается из жизненной емкости легких (ЖЕЛ) и остаточного объема.
Жизненная емкость легких (в норме она колеблется от 3,5 до 5 л) в основном характеризует ту амплитуду, в пределах которой возможны дыхательные экскурсии. Ее снижение указывает, что какие-то причины препятствуют свободным экскурсиям грудной клетки. Уменьшение ЖЕЛ наблюдается при пневмотораксе, экссудативном плеврите, спазме бронхов, стенозе верхних дыхательных путей, нарушениях движений диафрагмы и других дыхательных мышц.
Остаточный объем представляет собой объем легких, занятых альвеолярным воздухом и воздухом мертвого пространства. Его величина в нормальных условиях такова, что обеспечивается достаточно быстрый газообмен (в норме он равен примерно 1/3 общей емкости легких).
При заболеваниях легких величина остаточного объема и его вентиляция меняются. Так, при эмфиземе легких остаточный объем увеличивается значительно, поэтому вдыхаемый воздух распределяется неравномерно, альвеолярная вентиляция нарушается – снижается рО 2 и нарастает рСО 2 . Остаточный объем возрастает при бронхитах и бронхоспастических состояниях. При экссудативном плеврите и пневмотораксе значительно уменьшаются общая емкость легких и остаточный объем.
Для объективной оценки состояния вентиляции легких и его отклонений в клинике определяют следующие показатели:
1) частота дыхания – в норме у взрослых равна 10 – 16 в минуту;
2) дыхательный объем (ДО) – около 0,5 л;
3) минутный объем дыхания (МОД = частота дыханиях х ДО) в условиях покоя колеблется от 6 до 8 л;
4) максимальная вентиляция легких (МВЛ) и др.
Все эти показатели существенно меняются при различных заболеваниях аппарата дыхания.
Изменение коэффициента эффективности (диффузии) легких
Коэффициент эффективности падает при нарушении диффузионной способности легких. Нарушение диффузии кислорода в легких может зависеть от уменьшения дыхательной поверхности легких (в норме около 90 м 2), от толщины альвеоло-капиллярной мембраны и ее свойств. Если бы диффузия кислорода происходила одновременно и равномерно во всех альвеолах легких, диффузионная способность легких, рассчитанная по формуле Крога, составляла бы около 1,7 л кислорода в минуту. Однако в силу неравномерной вентиляции альвеол коэффициент диффузии кислорода в норме равен 15 – 25 мл/мм рт. ст./мин. Эта величина считается показателем эффективности легких и падение ее – один из признаков недостаточности дыхания.
Изменения газового состава крови
Нарушения газового состава крови – гипоксемия и гиперкапния (в случае гипервентиляции – гипокапния) являются важными показателями недостаточности внешнего дыхания.
Гипоксемия . В норме в артериальной крови содержится 20,3 мл кислорода на 100 мл крови (из них 20 мл связаны с гемоглобином, 0,3 мл находятся в растворенном состоянии), насыщение гемоглобина кислородом – около 97 %. Нарушения вентиляции легких (гиповентиляция, неравномерная вентиляция) уменьшают оксигенацию крови. В результате увеличивается количество восстановленного гемоглобина, возникает гипоксия (кислородное голодание тканей), цианоз – синюшная окраска тканей. При нормальном содержании в крови гемоглобина цианоз появляется в том случае, если насыщение артериальной крови кислородом падает до 80 % (содержание кислорода меньше 16 об.%).
Гипер– или гипокапния и нарушения кислотно-щелочного равновесия – это важные показатели недостаточности дыхания. В норме в артериальной крови содержание СО 2 равно 49 об.% (напряжение СО 2 – 41 мм рт. ст.), в смешанной венозной крови (из правого предсердия) – 53 об.% (напряжение СО 2 – 46,5 мм рт. ст.).
Напряжение углекислого газа в артериальной крови увеличивается при тотальной гиповентиляции легких или при несоответствии между вентиляцией и перфузией (легочным кровотоком). Задержка выделения СО 2 с повышением его напряжения в крови приводит к изменениям кислотно-щелочного равновесия и развитию ацидоза.
Падение напряжения СО 2 в артериальной крови в результате увеличенной вентиляции сопровождается газовым алкалозом.
Недостаточность внешнего дыхания может возникнуть при нарушениях функции или строения дыхательных путей, легких, плевры, грудной клетки, дыхательных мышц, расстройствах иннервации и кровоснабжения легких и изменении состава вдыхаемого воздуха.
Нарушения функции верхних дыхательных путей
Выключение носового дыхания , кроме нарушения целого ряда важных функций организма (застой крови в сосудах головы, нарушение сна, снижение памяти, работоспособности и др.), приводит к уменьшению глубины дыхательных движений, минутного объема дыхания и жизненной емкости легких.
Механические затруднения прохождения воздуха через носовые ходы (чрезмерное отделение секрета, разбухание слизистой оболочки носа, полипы и пр.) нарушают нормальный ритм дыхания. Особенно опасно нарушение носового дыхания у грудных детей, сопровождающееся расстройством акта сосания.
Чиханье – раздражение рецепторов слизистой оболочки носа – вызывает чихательный рефлекс, который в обычных условиях является защитной реакцией организма и способствует очищению дыхательных путей. Во время чиханья скорость воздушной струи достигает 50 м/сек и сдувает бактерии и другие частицы с поверхности слизистых оболочек. При воспалениях (например, аллергических ринитах) или раздражении слизистой оболочки носа БАВ длительные чихательные движения приводят к повышению внутригрудного давления, нарушению ритма дыхания, расстройствам кровообращения (уменьшение притока крови к правому желудочку сердца).
Нарушение функции клеток мерцательного эпителия может привести к расстройствам дыхательного аппарата. Мерцательный эпителий верхних дыхательных путей является местом наиболее частого и вероятного контакта с различного рода патогенными и сапрофитными бактериями и вирусами.
Нарушения функции гортани и трахеи
Сужение просвета гортани и трахеи наблюдается при отложении экссудата (дифтерия), отеке, опухолях гортани, спазме голосовой щели, инспирации инородных тел (монет, горошин, игрушек и т. д.). Частичный стеноз трахеи обычно не сопровождается нарушениями газообмена благодаря компенсаторному усилению дыхания. Резко выраженный стеноз приводит к гиповентиляции и расстройствам газообмена. Сильное сужение трахеи или гортани может в ряде случаев вызвать полную непроходимость для воздуха и смерть от асфиксии.
Асфиксия – состояние, характеризующееся недостаточным поступлением в ткани кислорода и накоплением в них углекислоты. Чаще всего она возникает при удушении, утоплении, отеке гортани и легких, аспирации инородных тел и пр.
Выделяют следующие периоды асфиксии.
1. I период – углубленное и несколько учащенное дыхание с удлиненным вдохом – инспираторная одышка. В этот период происходит накопление в крови углекислоты и обеднение ее кислородом, что приводит к возбуждению дыхательного и сосудодвигательного центров – сердечные сокращения учащаются и артериальное давление повышается. В конце этого периода дыхание замедляется и возникает экспираторная одышка. Сознание быстро теряется. Появляются общие клонические судороги, нередко – сокращения гладкой мускулатуры с выведением мочи и кала.
2. II период – еще большее замедление дыхания и кратковременная его остановка, снижение артериального давления, замедление сердечной деятельности. Все эти явления объясняются раздражением центра блуждающих нервов и понижением возбудимости дыхательного центра вследствие чрезмерного накопления в крови углекислого газа.
3. III период – угасание рефлексов вследствие истощения нервных центров, зрачки сильно расширяются, мышцы расслабляются, артериальное давление сильно падает, сердечные сокращения становятся редкими и сильными, после нескольких терминальных дыхательных движений дыхание прекращается.
Общая продолжительность острой асфиксии у человека равна 3 – 4 мин.
Кашель – рефлекторный акт, способствующий очистке дыхательных путей как от инородных тел (пыль, цветочная пыльца, бактерии и т. п.), попавших извне, так и от эндогенно образовавшихся продуктов (слизь, гной, кровь, продукты тканевого распада).
Кашлевой рефлекс начинается с раздражения чувствительных окончаний (рецепторов) блуждающего нерва и его ветвей в слизистой оболочке задней стенки глотки, гортани, трахеи, бронхов. Отсюда раздражение передается по чувствительным волокнам гортанных и блуждающих нервов в область кашлевого центра в продолговатом мозге. В возникновении кашля имеют значение и корковые механизмы (нервный кашель при волнении, условнорефлекторный кашель в театре и т. д.). В известных пределах кашель можно произвольно вызывать и подавлять.
Бронхоспазм и нарушение функции бронхиол характерны для бронхиальной астмы . В результате сужения просвета бронхов (бронхоспазм, гиперсекреция слизистых желез, отек слизистой оболочки) нарастает сопротивление движению воздушной струи. При этом особенно затрудняется и удлиняется акт выдоха, возникает экспираторная одышка. Механическая работа легких значительно увеличивается.
Нарушения функции альвеол
Возникают эти нарушения при воспалительных процессах (пневмонии), отеке, эмфиземе, опухоли легких и др. Ведущим звеном в патогенезе расстройств дыхания в этих случаях является уменьшение дыхательной поверхности легких и нарушение диффузии кислорода.
Диффузия кислорода через легочную мембрану при воспалительных процессах замедляется как из-за утолщения этой мембраны, так и из-за изменения ее физико-химических свойств. Ухудшение диффузии газов через легочную мембрану касается только кислорода, так как растворимость углекислоты в биологических жидкостях мембраны в 24 раза выше и ее диффузия практически не нарушается.
Нарушения функции плевры
Нарушения функции плевры возникают чаще всего при воспалительных процессах (плевриты), опухолях плевры, попадании в полость плевры воздуха (пневмоторакс), скоплении в ней экссудата, отечной жидкости (гидроторакс) или крови (гемоторакс). При всех этих патологических процессах (за исключением «сухого», т. е. без образования серозного экссудата, плеврита) давление в грудной полости повышается, легкое сдавливается, возникает ателектаз, приводящий к уменьшению дыхательной поверхности легких.
Плеврит (воспаление плевры) сопровождается скоплением в полости плевры экссудата, что затрудняет расширение легкого во время вдоха. Обычно пораженная сторона мало участвует в дыхательных движениях и по той причине, что раздражение окончаний чувствительных нервов в плевральных листках ведет к рефлекторному торможению дыхательных движений на больной стороне. Ясно выраженные расстройства газообмена наступают лишь в случаях большого (до 1,5 – 2 л) скопления жидкости в полости плевры. Жидкость оттесняет средостение и сдавливает другое легкое, нарушая кровообращение в нем. При скоплении жидкости в полости плевры уменьшается и присасывающая функция грудной клетки (в норме отрицательное давление в грудной клетке составляет 2 – 8 см вод. ст.). Таким образом, нарушение дыхания при плеврите может сопровождаться и расстройством кровообращения.
Пневмоторакс . При этом состоянии воздух проникает в полость плевры через поврежденную стенку грудной клетки или из легких при нарушении целости бронхов. Различают пневмоторакс открытый (плевральная полость сообщается с окружающей средой), закрытый (без сообщения полости плевры с окружающей средой, например, лечебный пневмоторакс при туберкулезе легких) и вентильный, или клапанный, возникающий при нарушении целости бронхов.
Коллапс и ателектаз легкого . Спадение легкого, возникающее при давлении на него содержимого плевральной полости (воздух, экссудат, кровь), называется коллапсом легкого. Спадение легкого при нарушении бронхиальной проходимости называется ателектазом. В обоих случаях воздух, содержащийся в пораженной части легкого, рассасывается, ткань становится безвоздушной. Кровообращение через сосуды спавшегося легкого или его части уменьшается. В то же время в других частях легкого кровообращение может усилиться, поэтому при ателектазе даже целой доли легкого насыщение крови кислородом не уменьшается. Изменения наступают лишь при ателектазе целого легкого.
Изменения строения грудной клетки
Изменения строения грудной клетки, приводящие к нарушению дыхания, возникают при неподвижности позвонков и ребер, преждевременном окостенении реберных хрящей, анкилозе суставов и аномалиях формы грудной клетки.
Различают следующие формы аномалии строения грудной клетки:
1) узкая длинная грудная клетка;
2) широкая короткая грудная клетка;
3) деформированная грудная клетка в результате искривления позвоночника (кифоз, лордоз, сколиоз).
Нарушения функции дыхательных мышц
Нарушения функции дыхательных мышц могут возникнуть в результате поражения самих мышц (миозиты, атрофии мышц и т. п.), нарушения их иннервации (при дифтерии, полиомиелите, столбняке, ботулизме и др.) и механических препятствий их движению.
Наиболее выраженные нарушения дыхания возникают при поражениях диафрагмы – чаще всего при поражении иннервирующих ее нервов или их центров в шейной части спинного мозга, реже – от изменений в местах прикрепления мышечных волокон самой диафрагмы. Поражение диафрагмальных нервов центрального или периферического происхождения влечет за собой паралич диафрагмы, выпадение ее функции – диафрагма при вдохе не опускается, а оттягивается кверху в грудную клетку, уменьшая ее объем и затрудняя растяжение легких.
Нарушения кровообращения в легких
Эти нарушения возникают в результате недостаточности левого желудочка, врожденных дефектов перегородок сердца со сбросом крови справа налево, эмболии или стеноза ветвей легочной артерии. При этом не только нарушается кровоток через легкие (перфузия легких), но и возникают расстройства вентиляции легких. Отношение величины вентиляции к величине перфузии (В/П) является одним из главных факторов, определяющих газообмен в легких. В норме В/П равно 0,8. Диспропорция между вентиляцией и перфузией приводит к нарушению газового состава крови.
Различают следующие формы диспропорции вентиляции и перфузии.
1. Равномерная вентиляция и равномерная перфузия (это обычное состояние здорового организма при гипервентиляции или физической нагрузке).
2. Равномерная вентиляция и неравномерная перфузия – могут наблюдаться, например, при стенозе ветви левой легочной артерии, когда вентиляция остается равномерной и обычно увеличивается, но кровоснабжение легких неравномерное – часть альвеол не перфузируется.
3. Неравномерная вентиляция и равномерная перфузия – возможны, например, при бронхиальной астме. В области гиповентилируемых альвеол перфузия сохраняется, а непораженные альвеолы гипервентилируются и сильнее перфузируются. В крови, оттекающей от пораженных участков, напряжение кислорода снижено.
4. Неравномерная вентиляция и неравномерная перфузия – обнаруживаются и в совершенно здоровом организме в состоянии покоя, поскольку верхние участки легких в меньшей степени перфузируются и вентилируются, но показатель вентиляция/перфузия остается около 0,8 за счет более интенсивной вентиляции и более интенсивного кровотока в нижних долях легких.
Органы дыхания осуществляют газообмен между организмом внешней средой. Кроме того, они участвуют в регулировании водно го обмена, поддержании постоянства температуры тела и являютс важным фактором буферной системы крови.
Заболевания органов дыхания встречаются очень часто у животных всех видов, имеют разнообразное проявление и причиняют большой ущерб животноводству Болезни органов дыхания вызывают отставание в росте животных, потерю их продуктивности, снижают резистентность животных к другим заболеваниям. Больных приходится нередко досрочно выбраковывать. Остановка дыхания влечет за собой гибель животного.
В осуществлении дыхания участвуют легкие и дыхательная мускулатура, а также головной мозг, органы кровообращения, кровь, железы внутренней секреции и метаболизм Поэтому так разнообразны формы проявления патологии органов дыхания.
Для удобства изучения нарушений функции дыхания различают внешнее дыхание - обмен газами между кровью и внешней средой и внутреннее дыхание (клеточное, или тканевое) - обмен газами между кровью и клетками, кровью и другой внутренней средой организма Возможно нарушение как внешнего, так и внутреннего дыхания.
Болезни органов дыхания нередко вызывают смерть животного, но чаще всего они обусловливают недостаточность функций органов дыхания, то есть неспособность аппарата дыхания обеспечивать на должном уровне насыщение крови кислородом и удаление из нее углекислоты.
Значение нервной и гуморальной регуляции в патологии дыхания. Важная роль в регуляции дыхания принадлежит дыхательному центру продолговатого мозга. Он связан с дыхательными центрами гипоталамуса и коры головного мозга, оказывающими влияние на возбудимость этого центра, а также со спинным мозгом, регулирующим функцию диафрагмы и дыхательных мышц. Хеморецепторы рефлексогенных зон каротидного синуса и дуги аорты, реагируя на изменение содержания кислорода в крови, возбуждают или угнетают дыхательный центр.
На регуляцию дыхания влияет и кровяное давление. Повышение его вызывает через рефлексогенные зоны уменьшение легочной вентиляции, тогда как понижение ускоряет легочную вентиляцию.
Важную роль играют чувствительные окончания вагуса в стенках альвеол и бронхиол. Они обеспечивают автоматизм вдоха и выдоха (рефлекс Геринга - Брейера); ускорение этого рефлекса уменьшает объем вдыхаемого воздуха, замедление делает дыхание редким.
На изменение ритма и силы дыхательных движений оказывают влияние не только рефлекторные, но и гуморальные факторы. Гуморальным путем возбуждает дыхательный центр избыток СО 2 в крови. Значение данного газа в регуляции дыхания видно из того, что повышение его содержания в альвеолярном воздухе на 0,2- 0,3% ускоряет легочную вентиляцию почти втрое, тогда как уменьшение содержания углекислого газа в альвеолярном воздухе ведет к торможению дыхательного центра.
Повышение рН крови гуморально учащает дыхание. Например, остановка дыхания наступает при гипервентиляции вследствие усиленного выведения углекислоты легкими, резкого уменьшения ее содержания в альвеолярном воздухе и развивающегося в результате этого алкалоза. Снижение рН артериальной крови до 7,3 вызывает увеличение ритма дыхания на 100% Чем выше содержание в крови СО 2 , тем меньше восприятие ею О 2 . Кровь, богатая СО а, легче отделяет О 2 ; следовательно, восприятие кровью О 2 зависит от парциального давления углекислого газа. Обеднение крови кислородом (гипоксемия) возбуждает дыхательный центр рефлекторно через хеморецепторы рефлексогенных зон каротидного синуса и дуги аорты.
Возбудимость дыхательного центра снижается от накопления в крови продуктов обмена, например при заболевании почек, диабете, различных интоксикациях (ботулизм), от действия морфина, снотворных, окиси углерода или от слабого снабжения дыхательного центра кислородом (при тяжелых анемиях), а также при спазме или склерозе сосудов мозга. Поражение дыхательного центра возможно также вследствие кровоизлияния в него при разрыве сосудов или сдавливании их опухолью.
Недостаточность внешнего дыхания
Внешнее дыхание - это совокупность совершающихся в легких процессов, которые обеспечивают нормальный газовый состав крови. Эффективность внешнего дыхания зависит от строго определенной взаимосвязи между тремя основными процессами - вентиляцией альвеол, диффузией газов через альвеолярно-капиллярную мембрану и перфузией легкого (кол-вом крови, протекающей через него). Нарушения вентиляции легких. Газообмен между кровью и атмосферным воздухом происходит только в альвеолах, и величина его зависит от площади активной поверхности данных сосудов, а также от кол-ва воздуха, проходящего через них во время вдоха и выдоха. Следовательно, интенсивность вентиляции зависит от глубины и частоты дыхательных движений.
Различают следующие формы нарушения вентиляции легких: гипервентиляцию, гиповентиляцию и неравномерную вентиляцию. Гипервентиляция легких - увеличение вентиляции большее, чем это требуется для насыщения крови кислородом и выведения углекислого газа. Она может быть следствием возбуждения дыха- ;, тельного центра при менингите, энцефалите, кровоизлиянии в мозг, Ч а также при поражении функции варолиевого мозга, тормозящем " бульбарный дыхательный центр. Гипервентиляция возникает также при возбуждении дыхательного центра как рефлекторно, так и гу-морально: например, при различных формах гипоксии, горной болезни, анемии, усиленной функции щитовидной железы, при ли- , хорадке, ацидозе метаболического происхождения, при снижении -артериального давления. Гипервентиляцию наблюдают как компенсаторное явление при уменьшении дыхательной поверхности легких (крупозной пневмонии, гиперемии и отеке легких).
Гиповентиляция легких - следствие многих нарушений в органах дыхания. Болезни легких, поражение дыхательных мышц, частичный и полный ателектаз, недостаточность кровообращения, угнетение дыхательного центра, повышение внутричерепного давления и расстройство мозгового кровообращения ослабляют дыхание. Гиповентиляция ведет к гипоксии и гиперкапнии (повышение парциального давления углекислого газа в артериальной крови).
Неравномерная вентиляция правого и левого легкого заметно проявляется при некоторых формах патологии органов дыхания: например, при стенозах бронхов и бронхиол (бронхиты, различные формы бронхопневмоний, астма и др.), а также при эмфиземе легких, скоплении экссудата или другой жидкости в альвеолах (бронхопневмония).
О состоянии вентиляции легких свидетельствуют следующие показатели: частота дыхания, дыхательный объем, минутный объем дыхания, максимальная вентиляция легких (МВЛ) и др. Все эти показатели существенно меняются при различных заболеваниях аппарата дыхания.
(диспноэ) - наиболее частая форма недостаточности дыхания. Характеризуется нарушением ритма, глубины и частоты дыхания, возникает, если не удовлетворяется потребность организма в снабжении кислородом и выделении углекислого газа. Нередко одышка носит компенсаторный характер, так как происходит восполнение кислородной недостаточности и высвобождение избытка углекислоты крови. Одышка сопровождает большинство заболеваний органов дыхания, но часто бывает не связана с непосредственным поражением аппарата дыхания, например при большой физической нагрузке, заболеваниях сердечно-сосудистой системы, анемиях.
В возникновении одышки важными факторами являются изменение возбудимости дыхательного центра, ускорение или замедление рефлекса Геринга - Брейера, болевые реакции с рецепторов кожи и внутренних органов, патологическое изменение факторов, являющихся нормальными возбудителями дыхательного центра, снижение О 2 , СО 8 , рН крови, увеличение кровяного давления, температуры тела и внешней среды.
Виды одышек. Отмечают частое дыхание (тахипноэ) и редкое дыхание (брадипноэ); каждое из них, в свою очередь, делится на глубокое и поверхностное. По силе и длительности вдоха и выдоха принято выделять одышку экспираторную и инспираторную. Патология дых. центра может проявляться периодическим дыханием.
Частое глубокое дыхание характеризуется увеличением частоты и амплитуды дыхательных движений. При нем возрастает величина альвеолярной вентиляции и минутного объема Дыхания. Возникает оно при напряженной мышечной работе, лихорадке, эмоциональном возбуждении, симптомокомплексе колик и избытке СО 2, при заболеваниях легких. Редкое глубокое (стенотическое) дыхание характерно для инспираторной одышки. Оно возникает вследствие сужения просвета трахеи или верхних дыхательных путей. Объем вдыхаемого воздуха в начальных фазах стеноза сстается нормальным, а затем заметно уменьшается, что вызывает гипоксемию; Экспираторная одышка характеризуется удлинением и затруднением фазы выдоха. Отмечается у животных, страдающих эмфиземой легких, когда значительно снижается эластичность стенок альвеол. Периодическое дыхание возникает под влиянием токсических воздействий на дыхательный центр и характеризуется изменением ритма дыхания с временными его остановками (апноэ). К разновидностям периодического дыхания относятся чейн-стоксовское, биотовское и куссмаулевское.
Основное звено в патогенезе периодического дыхания-возбудимости дых. центра к его физиологическому возбудителю - углекислоте. Паралич дыхательного центра - бульварного дыхательного центра: Паралич от асфиксии, Неврогенный паралич возникает при действии химических факторов, угнетающих дыхательный центр и прохождение импульсов по рефлекторным путям. Паралич от сердечной недостаточности или тотальной кровопо-тери наступает вследствие гипоксии головного мозга после обязательной фазы одышки, прерываемой короткими периодами полной остановки дыхания. Паралич от перевозбуждения дыхательного центрапри тепловом ударе, внешней или внутренней гипертермии.
Нарушения функций бронхов могут появляться при воспалительных процессах (бронхитах), а также выражаться в виде спазмов бронхиальной мускулатуры (например, при бронхиальной астме у крупного рогатого скота и лошадей).
Спазм мелких бронхов неврогенного и аллергического происхождения отмечается при бронхиальной астме. В механизме возникновения бронхиальной астмы активная роль принадлежит возбуждению блуждающего нерва и выделению гистамина, под действием которых наступает резкий спазм гладкой мускулатуры бронхиол.
Пневмония (воспаление легких) При воспалении альвеол выпотевает воспалительный экссудат. Слущившийся эпителий, многочисленные лейкоциты и некоторое кол-во эритроцитов заполняют альвеолы. Гиперемия легких бывает активной, когда усилен приток крови к легким, и пассивной, или застойной, если отток крови от легких замедлен. Кровь, притекающая в легкие под повышенным давлением и в количестве, в несколько раз большем, чем в норме, вызывает переполнение легочных сосудов, уменьшение объема альвеол и вентиляции легких.
Отек легких в большинстве случаев возникает под действием тех же причин, что и гиперемия их, а также при повышении проницаемости капилляров легочных альвеол, обусловленном действием микробов или их токсинов и аутоинтоксикацией организма.
Эмфизема легких характеризуется понижением эластичности альвеол и значительным их растяжением. Альвеолярная эмфизема легких встречается у всех видов животных. К ней ведут чрезвычайно сильные дыхательные движения при тяжелой напряженной работе, диффузном бронхите, продолжительном судорожном кашле. Для того чтобы организм мог получить нужный для жизни кислород через поврежденное легкое, необходимы энергичные вдыхательные движения. Это вызывает сильное растяжение стенок здоровых альвеол, что приводит к ослаблению их эластичности. Сильные сокращения данных мышц оказывают давление на легкие, в том числе на альвеолы и бронхиолы; вследствие этого одновременно с альвеолами сужаются бронхиолы и выдох воздуха из легких еще более затрудняется, а альвеолы еще более растягиваются. Такой же механизм действия на альвеолы и продолжительного кашля.
Расстройство дыхания в результате нарушения перфузии легких. Такого типа нарушения возникают в результате недостаточности левого желудочка, врожденных дефектов перегородок сердца, при эмболии или стенозе ветвей легочной артерии. Данные нарушения обусловливают легочную недостаточность в форме гипоксемии и ги-перкапнии или их одновременно.
Установите правильную последовательность процессов нормальных вдоха и выдоха у человека, начиная с повышения концентрации СО 2 в крови.
Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) сокращение диафрагмы
2) повышение концентрации кислорода
3) повышение концентрации СО 2
4) возбуждение хеморецепторов продолговатого мозга
6) расслабление диафрагмы
Пояснение.
Последовательность процессов нормальных вдоха и выдоха у человека, начиная с повышения концентрации СО 2 в крови:
3) повышение концентрации СО 2 →4) возбуждение хеморецепторов продолговатого мозга→6) расслабление диафрагмы→1) сокращение диафрагмы→2) повышение концентрации кислорода→5) выдох
Ответ: 346125
Примечание.
Дыхательный центр находится в продолговатом мозге. Под действием углекислого газа крови в нем возникает возбуждение, оно передается к дыхательным мышцам, происходит вдох. При этом возбуждаются рецепторы растяжения в стенках легких, они посылают тормозящий сигнал в дыхательный центр, он перестает посылать сигналы к дыхательным мышцам, происходит выдох.
Если задержать дыхание надолго, то углекислый газ будет все сильнее возбуждать дыхательный центр, в конце концов дыхание возобновится непроизвольно.
Кислород не влияет на дыхательный центр. При избытке кислорода (при гипервентиляции) происходит спазм сосудов мозга, что приводит к головокружению или обмороку.
Т.к. данное задание вызывает много споров, о том, что последовательность в ответе не корректная - принят решение отправить данное задание в неиспользуемые.
Кто хочет подробнее узнать о механизмах регуляции дыхания можно почитать статью "Физиология системы дыхания". О хеморецепторах в самом конце статьи.
Дыхательный центр
Под дыхательным центром следует понимать совокупность нейронов специфических (дыхательных) ядер продолговатого мозга, способных генерировать дыхательный ритм.
В нормальных (физиологических) условиях дыхательный центр получает афферентные сигналы от периферических и центральных хеморецепторов, сигнализирующих соответственно о парциальном давлении О 2 в крови и концентрации Н + во внеклеточной жидкости мозга. В период бодрствования деятельность дыхательного центра регулируется дополнительными сигналами, исходящими из различных структур ЦНС. У человека это, например, структуры, обеспечивающие речь. Речь (пение) может в значительной степени отклонить от нормального уровень газов крови, даже снизить реакцию дыхательного центра на гипоксию или гиперкапнию. Афферентные сигналы от хеморецепторов тесно взаимодействуют с другими афферентными стимулами дыхательного центра, но, в конечном счете, химический, или гуморальный, контроль дыхания всегда доминирует над нейрогенным. Например, человек произвольно не может бесконечно долго задерживать дыхание из-за нарастающих во время остановки дыхания гипоксии и гиперкапнии.
Ритмическая последовательность вдоха и выдоха, а также изменение характера дыхательных движений в зависимости от состояния организма регулируются дыхательным центром, расположенным в продолговатом мозге.
В дыхательном центре имеются две группы нейронов: инспираторные и экспираторные. При возбуждении инспираторных нейронов, обеспечивающих вдох, деятельность экспираторных нервных клеток заторможена, и наоборот.
В верхней части моста головного мозга (варолиев мост) находится пневмотаксический центр, который контролирует деятельность расположенных ниже центров вдоха и выдоха и обеспечивает правильное чередование циклов дыхательных движений.
Дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге, посылает импульсы к мотонейронам спинного мозга, иннервирующим дыхательные мышцы. Диафрагма иннервируется аксонами мотонейронов, расположенных на уровне III-IV шейных сегментов спинного мозга. Мотонейроны, отростки которых образуют межреберные нервы, иннервирующие межреберные мышцы, расположены в передних рогах (III-XII) грудных сегментов спинного мозга.
Дыхательный центр выполняет две основные функции в системе дыхания: моторную, или двигательную, которая проявляется в виде сокращения дыхательных мышц, и гомеостатическую, связанную с изменением характера дыхания при сдвигах содержания О 2 и СО 2 во внутренней среде организма.
Диафрагмальные мотонейроны. Образуют диафрагмальный нерв. Нейроны расположены узким столбом в медиальной части вентральных рогов от СIII до CV. Диафрагмальный нерв состоит из 700-800 миелинизированных и более 1500 немиелинизированных волокон. Подавляющее количество волокон является аксонами α-мотонейронов, а меньшая часть представлена афферентными волокнами мышечных и сухожильных веретен, локализованных в диафрагме, а также рецепторов плевры, брюшины и свободных нервных окончаний самой диафрагмы.
Мотонейроны сегментов спинного мозга, иннервирующие дыхательные мышцы. На уровне CI-СII вблизи латерального края промежуточной зоны серого вещества находятся инспираторные нейроны, которые участвуют в регуляции активности межреберных и диафрагмальных мотонейронов.
Мотонейроны, иннервирующие межреберные мышцы, локализованы в сером веществе передних рогов на уровне от TIV до ТX. Причем одни нейроны регулируют преимущественно дыхательную, а другие - преимущественно позно-тоническую активность межреберных мышц. Мотонейроны, иннервирующие мышцы брюшной стенки, локализованы в пределах вентральных рогов спинного мозга на уровне TIV-LIII.
Генерация дыхательного ритма.
Спонтанная активность нейронов дыхательного центра начинает появляться к концу периода внутриутробного развития. Об этом судят по периодически возникающим ритмическим сокращениям мышц вдоха у плода. В настоящее время доказано, что возбуждение дыхательного центра у плода появляется благодаря пейсмекерным свойствам сети дыхательных нейронов продолговатого мозга. Иными словами, первоначально дыхательные нейроны способны самовозбуждаться. Этот же механизм поддерживает вентиляцию легких у новорожденных в первые дни после рождения. С момента рождения по мере формирования синаптических связей дыхательного центра с различными отделами ЦНС пейсмекерный механизм дыхательной активности быстро теряет свое физиологическое значение. У взрослых ритм активности в нейронах дыхательного центра возникает и изменяется только под влиянием различных синаптических воздействий на дыхательные нейроны.
Дыхательный цикл подразделяют на фазу вдоха и фазу выдоха относительно движения воздуха из атмосферы в сторону альвеол (вдох) и обратно (выдох).
Двум фазам внешнего дыхания соответствуют три фазы активности нейронов дыхательного центра продолговатого мозга: инспираторная , которая соответствует вдоху; постинспираторная , которая соответствует первой половине выдоха и называется пассивной контролируемой экспирацией; экспираторная , которая соответствует второй половине фазы выдоха и называется фазой активной экспирации.
Активность дыхательных мышц в течение трех фаз нейронной активности дыхательного центра изменяется следующим образом. В инспирацию мышечные волокна диафрагмы и наружных межреберных мышц постепенно увеличивают силу сокращения. В этот же период активируются мышцы гортани, которые расширяют голосовую щель, что снижает сопротивление воздушному потоку на вдохе. Работа инспираторных мышц во время вдоха создает достаточный запас энергии, которая высвобождается в постинспираторную фазу, или в фазу пассивной контролируемой экспирации. В постинспираторную фазу дыхания объем выдыхаемого из легких воздуха контролируется медленным расслаблением диафрагмы и одновременным сокращением мышц гортани. Сужение голосовой щели в постинспираторную фазу увеличивает сопротивление воздушному потоку на выдохе. Это является очень важным физиологическим механизмом, который препятствует спадению воздухоносных путей легких при резком увеличении скорости воздушного потока на выдохе, например при форсированном дыхании или защитных рефлексах кашля и чиханья.
Во вторую фазу выдоха, или фазу активной экспирации, экспираторный поток воздуха усиливается за счет сокращения внутренних межреберных мышц и мышц брюшной стенки. В эту фазу отсутствует электрическая активность диафрагмы и наружных межреберных мышц.
Регуляция деятельности дыхательного центра.
Регуляция деятельности дыхательного центра осуществляется с помощью гуморальных, рефлекторных механизмов и нервных импульсов, поступающих из вышележащих отделов головного мозга.
Гуморальные механизмы. Специфическим регулятором активности нейронов дыхательного центра является углекислый газ, который действует на дыхательные нейроны непосредственно и опосредованно. В ретикулярной формации продолговатого мозга, вблизи дыхательного центра, а также в области сонных синусов и дуги аорты обнаружены хеморецепторы, чувствительные к углекислому газу. При увеличении напряжения углекислого газа в крови хеморецепторы возбуждаются, и нервные импульсы поступают к инспираторным нейронам, что приводит к повышению их активности.
Ответ: 346125
1. Дыхательный цикл
1) частота дыхания (в норме в состоянии покоя 12-15/минут):
- а) учащенное дыхание (тахипноэ) — причины: эмоции, физическая нагрузка, повышенная температура тела (> 30/мин иногда может быть симптомом начала дыхательной недостаточности в ходе заболеваний легких или сердца);
- б) замедленное дыхание (брадипное) — причины: заболевания ЦНС (также с повышением внутричерепного давления), отравления опиоидами и бензодиазепинами;
2) глубина дыхания (глубина вдоха):
- а) глубокое дыхание (гиперпноэ, дыхание Куссмауля) — при метаболическом ацидозе;
- б) поверхностное дыхание (гипопноэ) — может возникать при , особенно, когда наступает истощение дыхательной мускулатуры (следующий этап « рыбье дыхание » [ заглатывание воздуха ] и апноэ);
3) отношение вдоха к выдоху — в норме выдох несколько длиннее вдоха; значительное удлинение выдоха возникает при обострении обструктивных заболеваний легких (астма, ХОБЛ);
4) другие нарушения:
- а) дыхание Чейна — Стокса — нерегулярное дыхание, заключающееся в постепенном ускорении и углублении дыхания, а затем замедлении и поверхностном дыхании с периодами апноэ (с периодическими перерывами в дыхании); причины: инсульт, метаболическая или постмедикаментозна энцефалопатия, ;
- б) дыхание Биота — быстрое и поверхностное нерегулярное дыхание с более длинными периодами апноэ (10-30 с); причины: повышение внутричерепного давления, повреждения ЦНС на уровне продолговатого мозга, постмедикаментозна кома;
- в) дыхание, прерываемое глубокими вдохами (вздох) — между нормальными вдохами появляются единичные глубокие вдохи и выдохи, часто с ощутимым вздохом; причины: невротические и психоорганические расстройства;
- г) апноэ и поверхностное дыхание во время сна
2. Типы дыхания
- грудное — зависит от работы внешних межреберных мышц, преобладает у женщин; единственный тип дыхания при значительном асците, в поздних сроках беременности, большом количестве газов в брюшной полости, параличе диафрагмы;
- брюшной (диафрагмальный) — зависит от работы диафрагмы, преобладает у мужчин, доминирующий при анкилозирующем спондилите, параличи межреберных мышц и при сильно выраженном плевральном боли.
3. Подвижность грудной клетки
1) одностороннее ослабление движений грудной клетки (с нормальной подвижностью по противоположной стороне) — причины: пневмоторакс, большое количество жидкости в плевральной полости, массивный фиброз плевры (фиброторакс);
2) парадоксальные движения грудной клетки — западение грудной клетки во время вдоха; причины: травма, приведшая к перелому > 3 ребер в > 2 мес. (т. н. флотирующего грудная клетка) или перелом грудины — парадоксальная подвижность части стенки грудной клетки; иногда при дыхательной недостаточности по другим причинам;
3) усиленная работа дополнительных дыхательных мышц (грудино — ключично- сосцевидных, трапециевидных, лестничной) — когда функция наружных межреберных мышц и диафрагмы не удерживает нормального газового обмена. Наблюдается втягивание межреберных промежутков. Больной стабилизирует плечевой пояс, опираясь верхними конечностями на твердую основу (например, край кровати). При хронической дыхательной недостаточности может возникнуть гипертрофия дополнительных дыхательных мышц.
