Курсовая работа: Дыхание при мышечной нагрузке

Дыхание — это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его для окисления органических веществ с освобождением энергии и выделением углекислого газа в окружающую среду. В среднем в состоянии покоя человек потребляет в течение минуты 250 мл О₂ и выделяет 230 мл СО₂ . Процесс аэробного окисления является главным в организме и обеспечивает освобождение энергии.

Различают несколько этапов дыхания:

1) газообмен между альвеолами и окружающей средой – вентиляция легких;

2) газообмен между кровью организма и газовой смесью, находящейся в легких;

3) транспорт газов кровью – О₂ от легких к тканям, С0₂ от тканей организма к легким;

4) газообмен между кровью и тканями организма – О₂ поступает к тканям, а СО₂ из тканей в кровь;

5) потребление О₂ тканями и выделение С О₂ – тканевое (внутреннее) дыхание.

Совокупность первого и второго этапов дыхания – это внешнее дыхание, обеспечивающее газообмен между окружающей средой и кровью. Оно осуществляется с помощью внешнего звена системы дыхания, включающего легкие с воздухоносными путями, грудную клетку и мышцы, приводящие ее в движение. Прочие этапы дыхания осуществляются посредством внутреннего звена системы дыхания, включающего кровь, сердечно-сосудистую систему, органеллы клеток, и в конечном итоге они обеспечивают тканевое (внутреннее) дыхание.

Значение дыхания заключается в обеспечении организма энергией. Следует отметить, что источником энергии являются органические соединения, поступающие в организм с пищевыми веществами. Дыхание обеспечивает лишь освобождение этой энергии. Энергия освобождается на последнем этапе – тканевом дыхании - при окислении органических соединений. Энергия необходима для деятельности живых клеток, органов, тканей, организма в целом. В процессе дыхания осуществляется регуляция рН внутренней среды.

Система дыхания участвует также в регуляции рН внутренней среды организма за счет выделения Н₂ СО₃ в виде СО₂ . Механизмы тканевого (внутреннего) дыхания изучаются в курсе биохимии, в курсе физиологии изучаются внешнее дыхание, транспорт газов кровью, механизмы регуляции интенсивности дыхания.

1.2 Альвеолярная вентиляция

Вентиляция альвеол конвективным путем (непосредственное поступление свежего воздуха в альвеолы) происходит только при очень интенсивной физической работе. Значительно чаще вентиляция альвеол осуществляется диффузионным способом. Это объясняется тем, что многократное дихотомическое деление бронхиол ведет к увеличению суммарного поперечного сечения воздухоносного пути в дистальном направлении и, естественно, к увеличению его объема. Время диффузии газов в газообменной области и выравнивание состава газовой смеси в альвеолярных ходах и альвеолах составляет около 1с. Состав газов переходной зоны приближается к таковому альвеолярных ходов примерно за это же время – 1 с.

Газообмен между альвеолами и кровью организма

Газообмен осуществляется с помощью диффузии: СО₂ выделяется из крови в альвеолы, О₂ поступает из альвеол в венозную кровь, пришедшую в легочные капилляры из всех органов и тканей организма. При этом венозная кровь, богатая СО₂ и бедная О₂ , превращается в артериальную, насыщенную О₂ и обедненную С О₂ . Газообмен между альвеолами и кровью идет непрерывно, но во время систолы больше, чем во время диастолы.

Движущая сила , обеспечивающая газообмен в альвеолах, - это разность парциальных давлений Ро₂ и Рсо₂ в альвеолярной смеси газов и напряжений этих газов в крови. Парциальное давление газа (partialis – частичный) – это часть общего давления газовой смеси, приходящаяся на долю данного газа. Напряжение газа в жидкости зависит только от парциального давления газа над жидкостью, и они равны между собой [2;109].

Таблица 2.1 Ро₂ и Рсо₂ в альвеолах и напряжение этих газов в крови в мм рт. ст. и кПа (цифры в скобках)

Газы	Венозная кровь, поступающая в легкие	Альвеолярнаясмесь газов	Капиллярная кровь в легких (артерилизованная)
О2	40(5.3)	100(13.3)	100(13.3)
СО2	46(6.1)	40(5.3)	40(5.3)

Ро₂ и Рсо₂ в альвеолах и капиллярах уравниваются.

Кроме градиента парциального давления-напряжения, обеспечивающего газообмен в легких, имеется и ряд других, вспомогательных факторов, играющих важную роль в газообмене.

Факторы, способствующие диффузии газов в легких.

1. Огромная поверхность контакта легочных капилляров и альвеол (60- 120 м² ). Альвеолы представляют собой пузырьки диаметром 0,3-0,4 мм, образованные эпителиоцитами. Причем каждый капилляр контактирует с 5-7 альвеолами.

2. Большая скорость диффузии газов через тонкую легочную мембрану около 1 мкм. Выравнивание Ро₂ в альвеолах и крови в легких происходит за 0,25 с; кровь находится в капиллярах легких около 0,5 с, т.е. в 2 раза больше. Скорость диффузии СО₂ в 23 раза больше таковой О₂ , т.е. имеется высокая степень надежности в процессах газообмена в организме.

3. Интенсивная вентиляция легких и кровообращение – активация вентиляции легких и кровообращения в них, естественно, способствует диффузии газов в легких.

4. Корреляция между кровотоком в данном участке легкого и его вентиляцией. Если участок легкого плохо вентилируется, то кровеносные сосуды в этой области суживаются и даже полностью закрываются. Это осуществляется с помощью механизмов местной саморегуляции – посредством реакций гладкой мускулатуры: при снижении в альвеолах Ро₂ возникает вазоконстрикция.

Изменение содержания О₂ и СО₂ в легких. Газообмен в легком, естественно, ведет к изменению газового состава в легком по сравнению с составом атмосферного воздуха. В покое человек потребляет около 250 мл О₂ и выделяет около 230 мл СО₂ . Поэтому в альвеолярном воздухе уменьшается количество О₂ и увеличивается – СО₂ (табл. 2.2).

Таблица 2.2 Состав атмосферного воздуха и газовой смеси легких (в %)

Компоненты	Атмосферный воздух	Выдыхаемая смесь газов	Альвеолярная смесь газов
О2	20,93	16,0	14,0
СО2	0,04	4,0	5,5
Азот и инертные газы	78,5	74,9	74,5
Пары воды	0,5	5,5	5,6

Изменения содержания О₂ и СО₂ в альвеолярной смеси газов являются следствием потребления организмом О₂ и выделения СО₂ . В выдыхаемом воздухе количество О₂ несколько возрастает, а СО₂ – уменьшается по сравнению с альвеолярной газовой смесью вследствие того, что к ней добавляется воздух воздухоносного пути, не участвующий в газообмене и, естественно, содержащий СО₂ и О₂ в таких же количествах, как и атмосферный воздух. Кровь, обогащенная О₂ и отдавшая СО₂ , из легких поступает в сердце и с помощью артерий и капилляров распределяется по всему организму, в различных органах и тканях отдает О₂ и получает СО₂ [2;111].

1.3 Газообмен в легких

Изменение состава воздуха в легких

В состав атмосферного воздуха входит почти 21 % кислорода, около 79 % азота, примерно 0,03 % углекислого газа, небольшое количество водяного пара и инертных газов. Такой воздух мы вдыхаем. Благодаря изменениям частоты и глубины дыхания в альвеолах поддерживается относительно стабильный состав газов. Процентный состав выдыхаемого воздуха иной: количество кислорода в нем понижается, а углекислого газа увеличивается (табл. 2.3). Содержание водяного пара в выдыхаемом воздухе больше по сравнению с вдыхаемым, только азот и инертные газы остаются неизменными.

Таблица 2.3 Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха