2 курс / Нормальная физиология / ВИРТУАЛЬНЫЙ_ПРАКТИКУМ_ПО_НОРМАЛЬНОЙ_ФИЗИОЛОГИИ

зультаты будут сохраняться в новом ряде данных, который Вы создали.

Итак, постановка задач:

1.Сравните эффект влияния уменьшения радиуса правой проточной трубки в сравнении с эффектом уменьшения радиуса левой проточной трубки на скорость потока крови (при сохранении всех других изменяемых констант) ____________________.

2.Вспомните, что проточная трубка между левым и средним сосудами представляет собой вену, а проточная трубка между средним и правым сосудами моделирует артерию. В живой системе вена и артерия должны быть наиболее чувствительны к изменению радиуса. Почему? ______________________

3.Что происходит со скоростью потока, когда вы снижаете давление в левом сосуде? ____________ Почему? _________

Что может вызвать снижение давления в левом сосуде? ______

4.Что происходит со скоростью потока, когда Вы снижаете давление в правом сосуде? ________ Почему? ______ Что может вызвать снижение давления в правом сосуде? _________

5.Что происходит со скоростью потока, когда Вы повышаете давление в правом сосуде? _________________ Почему?

___________________ Что может вызвать уменьшение давле-

ния в правом сосуде? ______________________________________

131

https://t.me/medicina_free

ТЕМА 8. Физиология дыхания

Цель:

1.Объяснить, как дыхательная и сердечно-сосудистая системы работают совместно, обеспечивая газообмен в легких, крови и тканях организма.

2.Дать определение процессам дыхания, вентиляции, альвеолам, диафрагме, инспирации, экспирации и парциальному давлению.

3.Объяснить различия между дыхательным объемом, резервным объемом вдоха, резервным объемом выдоха, жизненной емкости легких, остаточным объемом, общей емкостью легких, усиленной жизненной емкостью, усиленным экспираторным (выдох) объемом и минутным дыхательным объемом.

4.Перечислить разные факторы, которые изменяют дыха-

ние.

5.Объяснить, как сурфактант работает в легких, обеспечивая процесс дыхания.

6.Объяснить, что происходит при пневмотораксе.

7.Выяснить, как гипервентиляция, возвратное дыхание (повторное использование выдыхаемого воздуха при наркозе) и задержка дыхания изменяют дыхательные объемы.

Основные обозначения:

Вариации в дыхании – Variations in Breathing

Возвратное дыхание – Rebreathing Давление слева – Pressure Left Давление справа – Pressure Right Дыхательные объемы – Tidal Volume Задержка дыхания – Breath Holding Закрыть клапан – Valve closed

Зарегистрировать результат – Record Data Инструменты – Tools

Механизмы дыхательной системы – Respiratory System Mechanics Нормальное дыхание – Normal Breathing

Общий поток – Total Flow Очистить табло – Clear Table Поток – Flow

Поток слева – Flow Left

132

https://t.me/medicina_free

Поток справа – Flow Right Приток – Flush

Промывка – Flush Радиус – Radius

Скорость насоса – Pump Rate Старт – Start

Стоп – Stop Сурфактант – Surfactant

Убрать метки – Clear Tracings

Удалить линию – Delete Line Учащенное дыхание – Rapid Breathing

Факторы, изменяющие дыхание – Factors Affecting Respirator

Эксперимент – Experiment

Теоретическая часть

Физиологические функции дыхания и циркуляции крови являются существенными для жизни. Если нарушения появляются в других физиологических системах, мы еще можем какое-то время обходиться без них, но, если острая проблема возникает в дыхательной или сердечно-сосудистой системах, смерть может наступить в течение нескольких минут.

Основная роль дыхательной системы заключается в доставке кислорода к клеткам организма и в удалении СО2 из них. Дыхательная система работает в тесной связи с сердечно-сосудистой системой, чтобы выполнять эту роль. Термин «Дыхание» включает в себя движение воздуха в легких и из легких, что называется вентиляцией, а также транспорт кислорода и углекислого газа между легкими и тканями тела с участием крови.

Сердце накачивает деоксигенированную кровь к легочным капиллярам, где происходит газообмен между кровью и альвеолами, оксигенируя кровь. Затем сердце накачивает оксигенированную кровь к тканям организма, где кислород используется для клеточного метаболизма. В то же время, углекислый газ из тканей организма диффундирует в кровь. Деоксигенированная кровь возвращается к сердцу, завершая кардио-респираторный цикл.

Вентиляция является результатом сокращения мышц. Диафрагма, куполообразная мышца, которая разделяет грудную (торакальную) и брюшную (абдоминальную) полости. Она сокраща-

133

https://t.me/medicina_free

ется, делая грудную полость больше. Это снижает давление внутри торакальной полости, что позволяет атмосферному газу входить в легкие (процесс называется инспирацией, вдох). Когда диафрагма расслабляется, давление внутри торакальной полости повышается, усиливая выход воздуха из легких (процесс называется экспирацией, выдох). Инспирация является «активным» процессом, так как мышечное сокращение требует использования АТФ, а экспирация обычно является пассивным процессом. Однако, когда человек бежит, наружные косые межреберные мышцы сокращаются и торакальная полость становится больше, чем при одном сокращении диафрагмы, экспирация при этом является результатом сокращения внутренних косых межреберных мышц. В этом случае, как инспирация, так и экспирация является «активными» процессами, поскольку для этого необходимо мышечное сокращение. Сокращение межреберных мышц происходит совместно с сокращением диафрагмальной мышцы.

Дыхательные объемы

Вентиляция измеряется как частота дыхания, умноженная на объем каждого вдоха, что называется дыхательным объемом. Вентиляция необходима для поддержания содержания кислорода в артериальной крови и углекислого газа – в венозной крови на нормальных уровнях, что возможно при их нормальных давлениях. (Термин «парциальное давление» указывает на пропорцию давления, которое один газ оказывает внутри смеси газов. Например, в атмосфере на уровне моря давление составляет 760 мм рт. ст. Кислород занимает 20% атмосферного воздуха и, следовательно, имеет парциальное давление (РО2) (760 мм рт. ст.

• 20%) / 100%, что приближается к 160 мм рт. ст.).

Кислород диффундирует по градиенту своего парциального давления, проникая из альвеол легких в кровь, где соединяется с гемоглобином (углекислый газ, наоборот, диффундирует из крови к альвеолам). Затем оксигенированная кровь транспортируется к тканям, где кислород опять диффундирует по градиенту парциального давления, проникая из крови в ткани. Углекислый газ (образованный в результате метаболических реакций в тканях) диффундирует по градиенту парциального давления, проникая из тканей в кровь для транспортировки обратно в легкие. Каждый

134

https://t.me/medicina_free

раз в легких углекислый газ переходит по градиенту парциального давления из крови в альвеолы, для эвакуации из организма.

В норме дыхательный объем у человека составляет ≈ 500 мл. Если человек вдохнет объем воздуха, равный дыхательному объему, и затем продолжит вдох, насколько это возможно, то количество вдыхаемого воздуха должно составлять ≈ 3100 мл. Это количество воздуха называется резервным объемом вдоха. Если человек делает выдох, насколько это возможно сделать сверх нормального дыхательного объема, то количество воздуха должно составлять ≈ 1200 мл. Это количество воздуха называется резервным объемом выдоха. Дыхательный объем, резервный объем вдоха и резервный объем выдоха вместе составляют жизненную емкость легких. Оно равняется ≈ 4800 мл. Важно отметить, что морфологическая структура дыхательной системы (где воздух обнаруживается в легких) не позволяет всему воздуху выходить из легких. Воздух, остающийся в легких после полной экспирации, называется остаточным объемом и в норме он составляет ≈ 1200 мл. Следовательно, общая емкость легких (объем жизненной емкости + остаточный объем) составляет

≈ 6000 мл.

Эти объемы можно измерить, используя спирометр, который можно использовать для выполнения функциональных тестов. В

такие тесты входит форсированная жизненная емкость (FVC)

или количество воздуха, которое может быть выдохнуто полностью и настолько быстро, насколько это возможно, после наиболее глубокого вдоха. Другим тестом является форсированный объем выдоха (FEV1), который представляет собой процент жизненной емкости легких, который выдыхается за период в 1 секунду FVC теста. Это значение составляет 75‒85% жизненной емкости легких в норме.

В последующих экспериментах Вы будите имитировать спирометрию и измерять каждый дыхательный тест, используя пару экспериментальных механических легких. Для этого в главном меню надо выбрать раздел «Механизмы дыхательной системы». На открывшемся экране Вы увидите эксперимент «Дыхательные объемы» (рис. 27). Слева находится большой сосуд, имитирующий грудную (торакальную) полость, содержащий воздухоприточную трубку, которая напоминает собой перевернутую букву игрек «Y». На концах этой трубки находится два контейне-

135

https://t.me/medicina_free

ра, имитирующих легкие, в которые будет поступать воздух. Вверху сосуда находится контрольное табло для измерения радиусов трубки, снабжающей воздухом легкие. Эта трубка симулирует трахею и другие воздухоносные пути в легких. Ниже легких находится платформа черного цвета, которая симулирует диафрагму. Диафрагма может опускаться вниз, имитируя сокращение и увеличение объема грудной полости, при поступлении воздуха в легкие; при этом диафрагма может подниматься, симулируя расслабление и уменьшение объема грудной полости, при выталкивании воздуха из легких.

Рис. 27. Экран работы «Дыхательные объемы»

Внизу сосуда находятся три кнопки: «Старт», ERV (резервный объем выдоха) и FVC (форсированная жизненная емкость легких). Щелкнув на кнопку «Старт», Вы запустите процесс симулирования дыхания при нормальном дыхательном объеме. Щелкнув ERV, вы заставите легкие выдохнуть максимально возможное количество воздуха сверх дыхательного объема, а, щелкнув FVC, Вы заставите легкие выдохнуть наиболее возможное

136

https://t.me/medicina_free

количество воздуха после того, как будет сделан наиболее глубокий, по возможности, вдох.

Вверху справа находится осциллограф, который графически показывает объемы. Заметьте, что Y-ось показывает литры вместо миллилитров. Х-ось показывает проходящее время при длине полной развертки монитора = 60 с. Ниже монитора находится дисплей для регистрации серии результатов. Регистрационный индикатор растянут по длине экрана. Щелкнув кнопку «Зарегистрировать результат», после серии эксперимента, Вы фиксируете результаты эксперимента, которые появляются на экране.

Практическая часть

Работа № 1. Пробная серия

Ход работы:

1.Щелкните кнопку «Старт» (заметьте, что сразу происходит переключение на кнопку «Стоп»). Наблюдайте за меткой на мониторе осциллографа, которая показывает дыхательный объем легких в норме. Наблюдайте симуляцию подъема и опускания диафрагмы, увеличение легких во время вдоха и уменьшение во время выдоха. Обозначение «Поток» на дисплее вверху сосуда показывает количество воздуха (в литрах), который поступает в легкие и выходит из них при каждом вдохе и выдохе.

2.Когда метка достигнет правой стороны монитора, щелкните кнопкой «Стоп», а затем – нажмите кнопку «Зарегистрировать результат». Результаты, полученные Вами, появятся на табло регистрации результатов внизу, вдоль экрана. Читая результаты слева – направо, вы должны получить: в первой ячейке – «Радиус» трубки для воздушного потока (5,00 мм); во второй ячейке – «Поток» (объем полного потока воздуха) в данной серии эксперимента; в третьей ячейке – дыхательный объем (TV); в четвертой – резервный объем выдоха (ERV); в пятой – резервный объем вдоха (IRV); в шестой – остаточный объем (RV); в седьмой – жизненная емкость легких (VC); в восьмой – объем форсированного выдоха (FEV1); в девятой – общую емкость легких (TLC); в десятой – частоту дыхания, то есть число дыханий в минуту.

3.Выделите ряд результатов, которые Вы зарегистрировали щелчком мышки, а затем щелкните кнопку «Удалить линию».

137

https://t.me/medicina_free

4. Щелкните кнопку «Убрать метки» внизу, справа на мониторе осциллографа. Теперь Вы можете проводить эксперимент сначала.

Работа № 2. Измерение дыхательных объемов в норме

Ход работы:

1.Убедитесь, что радиус трубки для потока воздуха равен 5 мм. Установить радиус можно, щелкнув кнопками (+) или (-), выбирая нужный радиус на табло дисплея.

2.Щелкните кнопкой «Старт» и наблюдайте за монитором осциллографа. Когда метка достигнет величины 10 с на мониторе, щелкните кнопкой «ERV», чтобы получить величину резервного объема выдоха.

3.Когда метка на мониторе достигнет значения 30 с, щелкните кнопкой «FVC», чтобы получить форсированную жизненную емкость.

4.Когда метка на мониторе дойдет до конца экрана, щелкните кнопкой «Стоп», а затем «Зарегистрировать результат».

По зарегистрированным результатам Вы можете рассчитать минутный дыхательный объем: количество воздуха, которое входит в легкие и выходит из легких в течении 1 минуты. Формула для расчета минутного дыхательного объема: Минутный

дыхательный объем = дыхательный объем х количество ды-

ханий в минуту. Теперь нажмите кнопку «Инструменты», а затем «Калькулятор». Рассчитайте и введите значение минут-

ного дыхательного объема: ________________________________

Исходя из значений, которые Вы получили, определите, сколько секунд длится вдох? ______________________________________

Сколько секунд длится выдох? _____________________________

Как продолжительность вдоха и выдоха меняются во время ERV

иFVC? _________________________________________________

5.Зарегистрируйте полученные результаты и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.

6.Нажмите кнопку «Убрать метки» до того, как начнете выполнять следующую работу. Не следует стирать полученные Вами результаты – они потребуются Вам для следующей работы.

138

https://t.me/medicina_free

Работа № 3. Эффект ограниченного воздушного потока на дыхательные объемы (проба Тиффно)

Ход работы:

1.Установите радиус трубки для притока воздуха на 4 мм, щелкнув кнопкой (-), находящейся около дисплея радиуса. Повторите этапы 2–5 из предыдущей работы («Измерение дыхательных объемов в норме»).

Насколько результаты, полученные в этой работе, отличаются от результатов, зарегистрированных в работе «Измерение ды-

хательных объемов в норме»? ______________________________

Лучше или хуже функционирует дыхательная система, по сравнению с работой «Измерение дыхательных объемов в норме»?

Объясните почему? _______________________________________

2.Щелкните кнопкой «Убрать метки».

3.Уменьшите радиус трубки для притока воздуха на 0,5 мм (до 3,5 мм).

4.Повторите этапы 2–5 из работы № 2.

5.Уменьшите радиус трубки для притока воздуха на 0,5 мм (до 3 мм).

6.Повторите этапы 2–5 из работы № 2.

Какой эффект оказывает уменьшение радиуса трубки для притока воздуха на дыхательные объемы? ______________________

Что имитирует трубка для притока воздуха в организме челове-

ка? ____________________________________________________

Что может вызвать снижение притока воздуха к легким чело-

века? ___________________________________________________

7. Ответьте на поставленные вопросы и зарегистрируйте полученные результаты у себя в отчетах, заполнив таблицу 13.

Таблица 13

Результаты работы «Эффект ограниченного воздушного потока на дыхательные объемы»

Радиус	FEV1	Жизненная емкость	FEV1 (%)
6,00
4,00
3,50
3,00

139

https://t.me/medicina_free

Выразите результаты FEV1 (форсированный объем выдоха за 1 сек.), как процент от жизненной емкости, (для этого, возьмите FEV1 значение и разделите его на значение жизненной емкости для каждого ряда данных эксперимента).

Теоретическая часть

Факторы, изменяющие дыхание

Многие факторы влияют на дыхание. Первым является эластичность, то есть способность грудной стенки или легких растягиваться. Если бы грудная стенка или легкие не могли растягиваться, человек не был бы способен дышать. Следующим фактором является сурфактант (поверхностно-активное вещество), то есть липидный материал, который секретируется в альвеолярную жидкость. Сурфактант способен снижать поверхностное натяжение воды в жидкости, которая находится на стенках альвеол. Без него поверхностное натяжение воды будет заставлять альвеолы спадаться после каждого вдоха. Третьим фактором является любое повреждение грудной стенки, в результате чего возникает ее прокол (пункция). Такой прокол должен эффективно увеличивать внутриплевральное давление по отношению к атмосферному давлению, предотвращая понижение внутригрудного давления при сокращении диафрагмы и, следовательно, препятствует вхождению воздуха в легкие. Напомним, что воздухопоток достигается генерацией разницы давления между атмосферным давлением с внешней стороны грудной полости и внутригрудным давлением в полости легких.

Вы будите исследовать эффект, оказываемый сурфактантом в следующей работе. Щелкните кнопкой «Эксперимент», вверху экрана, а затем выберите работу «Факторы, изменяющие дыхание». Открывшийся экран (рис. 28) сходен с экраном для работы № 1–3, а различие наблюдается только в оборудовании в верхней части трубки для подачи воздуха. Щелкните кнопкой «Сурфактант», чтобы добавить определенное количество сурфактанта к легким. Теперь щелкните кнопкой «Промывка», чтобы очистить легкие от сурфактанта. Заметим также, что клапаны находятся с стороны каждого легкого. Открывая клапан, Вы создаете атмосферное давление внутри сосуда (то есть в грудной полости). Изменения следует наблюдать в окошках дисплея под

140

https://t.me/medicina_free