Полный текст:
Задание
1. Давление в плевральной полости, его происхождение и роль в механизме внешнего дыхания и изменение в разные фазы дыхательного цикла. Физиология дыхательных путей. Регуляция их просвета. Понятие о пневмотораксе. Виды пневмоторакса.
В плевральной полости имеются три обособленных серозных мешка – в одном из них находится сердце, а в двух других – легкие. Серозная оболочка легкого называется плеврой. Она состоит из двух листков:
· висцерального,
- висцеральная (легочная) плевра плотно покрывает легкое, заходит в его борозды, отделяя таким образом доли легкого друг от друга,
· пристеночного,
- париетальная (пристеночная) плевра выстилает внутри стенки грудной полости.
В области корня легкого висцеральная плевра переходит в париетальную, образуя таким образом замкнутое щелевидное пространство - плевральную полость. Внутренняя поверхность плевры покрыта мезотелием и увлажняется небольшим количеством серозной жидкости, благодаря чему уменьшается трение между плевральными листками во время дыхательных движений.
Давление в плевральной полости ниже, чем атмосферное (принимаемое за нулевое) на 4-9 мм рт. ст., поэтому его называют отрицательным. (При спокойном дыхании внутриплевральное давление равно в фазу вдоха 6-9 мм рт. ст., а в фазу выдоха –4-5 мм рт. ст.; при глубоком вдохе давление может падать до 3 мм рт. ст.).
Внутриплевральное давление возникает и поддерживается в результате взаимодействия грудной клетки с тканью легких за счет их эластической тяги. При этом эластическая тяга легких развивает усилие, которое всегда стремится уменьшить объем грудной клетки. Кроме того, атмосферный воздух производит одностороннее (изнутри) давление на легкие через воздухоносные пути. Грудная клетка неподатлива к передаче давления воздуха снаружи на легкие, поэтому атмосферный воздух, растягивая легкие, прижимает их к париетальной плевре и грудной стенке.
В формировании конечного значения внутриплеврального давления участвуют также активные силы, развиваемые дыхательными мышцами во время дыхательных движений. Также на поддержание внутриплеврального давления влияют процессы фильтрации и всасывания плевральной жидкости (благодаря деятельности мезотелиальных клеток, которые также обладают способностью поглощать из плевральной полости воздух).
Поступление воздуха в легкие является пассивным процессом и обусловлено разностью давления его в легких и окружающей среде. При вдохе объем грудной полости увеличивается, давление в плевральной полости становится более отрицательным. Вследствие этого сопротивление в легких к растяжению уменьшается, и они растягиваются. Объем воздуха в легких увеличивается и давление воздуха в легких уменьшается, становясь ниже атмосферного. Разность давления воздуха в атмосфере и в альвеолах легких является непосредственной причиной движения воздуха из окружающей среды в легкие – происходит вдох. При вдохе тяга грудной клетки, обусловленная силой сокращения дыхательных мышц, направлена в противоположную от тяги легких сторону. Это облегчает вдох. Соотношение указанных сил определяет уровень спокойного дыхания и то количество воздуха, которое поступает в легкие при спокойном вдохе. В конце вдоха эластическая тяга грудной клетки начинает противодействовать вдоху. Их направление совпадает с направлением эластической тяги легких, что препятствует продолжению вдоха.
Акт выдоха начинается с расслабления наружных дыхательных мышц и диафрагмы. Вследствие этого под действием эластических сил легких и давления внутренних органов, а также силы тяжести грудной клетки объем ее уменьшается. Уменьшение объема грудной полости обусловливает повышение плеврального давления. Оно становится менее отрицательным. В результате этого и под действием эластической тяги легких объем легких уменьшается, давление воздуха в них становится выше атмосферного, и воздух удаляется в окружающую среду. Выдох заканчивается тогда, когда эластическая тяга легких уравновешивается повышающимся давлением в плевральной полости.
Дыхательные пути имеют вид сложной асимметрично делящейся системы, состоящей их многочисленных бифуркаций и ветвлений разного калибра. Причем функция проведения воздуха характерна для воздухоносных путей до 16-го ветвления, после 17-19-го делений образуются дыхательные бронхиолы, в стенках которых уже имеются отдельные альвеолы (эта и последующие зоны легких – альвеолярные ходы – выполняет главным образом функцию газообмена). В такой ветвящейся системе типичным является сочетание ламинарного и турбулентного потоков воздуха. Возникающее сопротивление току воздуха приводит к снижению давления по ходу воздухоносных путей.
Сопротивление легких включает в себя сопротивление ткани легких и дыхательных путей. В свою очередь сопротивление дыхательных путей подразделяют на сопротивление верхних (полость носа, носовые ходы, глотка), нижних (трахея, главные бронхи) и мелких (меньше 2 мм в диаметре) дыхательных путей. При этом сопротивление дыхательных путей обратно пропорционально диаметру их просвета. Следовательно, мелкие дыхательные пути создают наибольшее сопротивление потоку воздуха в легких.
Сопротивление дыхательных путей очень чувствительно к факторам, влияющим на диаметр дыхательных путей. Такими факторами являются легочный объем, тонус бронхиальных мышц, секреция слизи и спадение дыхательных путей во время выдоха или их сдавление каким-либо объемным процессом в легких (например, опухолью).
Просвет бронхов регулируется вегетативной нервной системой. Расширение бронхов (бронходилатация) при вдохе обусловлено расслаблением гладких мышц их стенок под действием симпатических нервов. В конце выдоха бронхи сужаются (бронхоконстрикция), что связано с сокращением гладких мышц бронхов под действием парасимпатических нервов. Таким образом, механизмы вегетативной регуляции в определенной степени способствуют легочной вентиляции. При дисфункции вегетативной нервной системы, например при некоторых формах бронхиальной астмы, может возникать бронхоспазм, приводящий к значительному увеличению аэродинамического сопротивления дыхательных путей.
В силу того, что давление в плевральной полости понижено, при ранениях стенки грудной полости с повреждением париетальной плевры в нее поступает окружающий воздух. Это явление называется пневмоторакс. При этом внутриплевральное и атмосферное давления выравниваются, легкое спадается и нарушается его дыхательная функция (т.к. вентиляция легкого при наличии дыхательных движений грудной клетки и диафрагмы становится невозможной)
Различают следующие виды пневмоторакса:
· закрытый,
- возникает при повреждении висцеральной (например, при спонтанном пневмотораксе) или висцеральной и париетальной плевры (например, при ранении легкого обломком ребра) без проникающего повреждения грудной стенки,
- при этом воздух поступает в плевральную полость из легкого,
· открытый,
- возникает при проникающем ранении грудной клетки,
- при этом воздух может поступать в плевральную полость как из легкого, так и из окружающей среды,
· напряженный.
- является крайним проявлением закрытого пневмоторакса, при спонтанном пневмотораксе возникает редко,
- при этом воздух поступает в плевральную полость, но, вследствие клапанного механизма, не выходит обратно, а накапливается в ней, что может сопровождаться смещением средостения и выраженными гемодинамическими нарушениями.
По этиологии различают:
· самопроизвольный (спонтанный),
- возникает при разрыве легочных альвеол (туберкулез, эмфизема легких);
· травматический,
- возникает при повреждении грудной клетки,
· искусственный,
- введение воздуха или газа в полость плевры специальной иглой, что вызывает сдавливание легкого,
- применяется для лечения туберкулеза (вызывает спадение каверны за счет сдавливания легкого).
2. Основной и рабочий обмен, значение их определения. Методы их измерения и оценки. Прямая и непрямая калориметрия.
Обмен веществ (метаболизм) – является основным свойством живой материи.
В организме динамически уравновешены процессы анаболизма (или ассимиляции – биосинтеза органических веществ, компонентов клеток и тканей) и катаболизма (или диссимиляции – расщепления сложных молекул компонентов клеток).
Интенсивность окислительных процессов и превращение энергии зависят от индивидуальных особенностей организма (пол, возраст, масса тела и рост, условия и характер питания, мышечная работа, состояние эндокринных желез, нервной системы и внутренних органов – печени, почек, пищеварительного тракта и др.), а также от условий внешней среды (температура, барометрическое давление, влажность воздуха и его состав, воздействие лучистой энергии и т. д.).
Основным обменом называют энерготраты организма в условиях, при которых исключено влияние факторов, существенно сказывающихся на интенсивности энергетических затрат, т.е. мышечной работы, приема пищи, влияния температуры окружающей среды и т.п.
Энерготраты в условиях основного обмена связаны с поддержанием минимально необходимого для жизни клеток уровня окислительных процессов и с деятельностью постоянно работающих органов и систем — дыхательной мускулатуры, сердца, почек, печени. Некоторая часть энерготрат в условиях основного обмена связана с поддержанием мышечного тонуса. Освобождение в ходе всех этих процессов тепловой энергии обеспечивает ту теплопродукцию, которая необходима для поддержания температуры тела на постоянном уровне, как правило, превышающем температуру внешней среды.
Для определения основного обмена обследуемый должен находиться:
1) в состоянии мышечного покоя (положение лежа с расслабленной мускулатурой), не подвергаясь раздражениям, вызывающим эмоциональное напряжение;
2) натощак, т. е. через 12— 16 ч после приема пищи;
3) при внешней температуре «комфорта» (18—20 °С), не вызывающей ощущения холода или жары.
Основной обмен определяют в состоянии бодрствования, поскольку во время сна уровень окислительных процессов и, следовательно, энергетических затрат организма на 8—10 % ниже, чем в состоянии покоя при бодрствовании.
Согласно формуле Дрейера, суточная величина основного обмена в килокалориях (H) составляет:
где W — масса тела, г;
А — возраст человека;
К — константа, равная для мужчины 0,1015, а для женщины — 0,1129.
Величину основного обмена обычно выражают количеством тепла в килоджоулях (килокалориях) на 1 кг массы тела или на 1 м2 поверхности тела за 1 ч или за одни сутки.
Формулы и таблицы основного обмена представляют средние данные, выведенные из большого числа исследований здоровых людей разного пола, возраста, массы тела и роста. Определение основного обмена, согласно этим таблицам, у здоровых людей нормального телосложения дают приблизительно верные (ошибка 5—8%) величины затраты энергии.
Интенсивность основного обмена, пересчитанная на 1 кг массы тела, у детей значительно выше, чем у взрослых. Величина основного обмена человека в возрасте 20-40 лет сохраняется на довольно постоянном уровне. В пожилом возрасте основной обмен снижается.
Несоразмерно высокие данные для определенной массы тела, роста, возраста и поверхности тела величины основного обмена наблюдаются при избыточной функции щитовидной железы.
Понижение основного обмена встречается при недостаточности щитовидной железы (микседема), гипофиза, половых желез.
Рабочим обменом называют энерготраты при выполнении той или иной работы.
Увеличение энерготрат при мышечной работе называют рабочей прибавкой к основному обмену, и она тем больше, чем интенсивнее мышечная работа.
При мышечной работе освобождается тепловая и механическая энергия. Отношение механической энергии ко всей энергии, затраченной на работу, выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного действия.
При физическом труде человека коэффициент полезного действия колеблется от 16 до 25 % и составляет в среднем 20 %, но в отдельных случаях может быть и выше.
Коэффициент полезного действия изменяется в зависимости от ряда условий. Так, у нетренированных людей он ниже, чем у тренированных, и увеличивается по мере тренировки.
Затраты энергии тем больше, чем интенсивнее совершаемая организмом мышечная работа. Степень энергетических затрат при различной физической активности определяется коэффициентом физической активности (КФА), который представляет собой отношение общих энерготрат на все виды деятельности за сутки к величине основного обмена. По этому принципу мужчины, женщины и дети и подростки разделяются на группы. Значительные различия энергетической потребности в группах зависят от пола (у мужчин больше), возраста (снижаются после 40 лет), степени активности отдыха и уровня коммунального обслуживания.
При умственном труде энерготраты значительно ниже, чем при физическом. Трудные математические вычисления, работа с книгой и другие- формы умственного труда, если они не сопровождаются движением, вызывают ничтожное (2—3 %) повышение затраты энергии по сравнению с полным покоем. Однако в большинстве случаев различные виды умственного труда сопровождаются мышечной деятельностью, в особенности при эмоциональном возбуждении работающего (лектор, артист, писатель, оратор и т.д.), поэтому и энерготраты могут быть относительно большими. Пережитое эмоциональное возбуждение может вызвать в течение нескольких последующих дней повышение обмена на 11—19 %.
Прямая и непрямая калориметрия
Для определения энергообразования в организме используют прямую и непрямую калориметрию.
· Прямая калориметрия основана на непосредственном учете в биокалориметрах количества тепла, выделенного организмом.
Биокалориметр представляет собой герметизированную и хорошо теплоизолированную от внешней среды камеру. В камере по трубкам циркулирует вода. Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагревает циркулирующую воду. По количеству протекающей воды и изменению ее температуры рассчитывают количество выделенного организмом тепла.
Одновременно в биокалориметр подается О2 и поглощается избыток СО2 и водяных паров. Через специальное окно подают пищу и удаляют экскременты. Давление воздуха в камере поддерживают на постоянном уровне с помощью сосуда с резиновой мембраной.
Методы прямой калориметрии очень громоздки и сложны.
· Непрямая калориметрия основана на косвенном, непрямом, определении теплообразования в организме по его газообмену — на учете количества потребленного и выделенного с последующим расчетом теплопродукции организма.
Для длительных исследований газообмена используют специальные респираторные камеры (закрытые способы непрямой калориметрии).
Кратковременное определение газообмена в условиях лечебных учреждений и производства проводят более простыми не камерными методами (открытые способы калориметрии).
Наиболее распространен способ Дугласа — Холдейна, при котором в течение 10-15 мин. собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого. Он дышит через загубник, взятый в рот, или резиновую маску, надетую на лицо. В загубнике и маске имеются клапаны, устроенные так, что обследуемый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором определяют количество О2 и СО2.
3. Основные законы гидродинамики и использование их для объяснения движения крови по сосудам. Линейная и объемная скорость кровотока.
Гемодинамика – раздел науки, изучающий механизмы движения крови в сердечно-сосудистой системе. Он является частью гидродинамики – раздела физики, изучающего движение жидкостей.
Движение крови по сосудам обусловлено градиентом давления в артериях и венах. Оно подчинено законам гидродинамики и определяется двумя силами:
· давлением, влияющим на движение крови,
- силой, создающей давление в сосудистой системе, является работа сердца, его сократительная способность,
· сопротивлением, которое кровь испытывает при трении о стенки сосудов,
- сопротивление кровотоку зависит от:
- диаметра сосудов,
- длины и тонуса сосудов,
- объема циркулирующей крови,
- вязкости крови.
Согласно законам гидродинамики, количество жидкости (Q), протекающее через любую трубу прямо пропорционально разности давлений в начале (P1) и в конце (P2) трубы и обратно пропорционально сопротивлению (R) току жидкости.
Если применить это уравнение к сосудистой системе, то следует иметь ввиду, что давление в конце данной системы, т.е. в месте впадения полых вен в сердце, близко к нулю. В этом случае:
где Q – количество крови, изгнанное сердцем в минуту,
Р– величина среднего давления в аорте,
R– величина сосудистого сопротивления.
Давление в аорте (P) и минутный объем крови (Q) можно измерить непосредственно. Зная эти величины, вычисляют периферическое сопротивление (R) – важнейший показатель состояния сосудистой системы.
Периферическое сопротивление сосудистой системы складывается из множества отдельных сопротивлений каждого сосуда. Любой из таких сосудов можно уподобить трубке, сопротивление которой (R) определяется по формуле Пуазейля:
где l – длина трубки,
– вязкость протекающей в ней жидкости,
– отношение окружности к диаметру,
r – радиус трубки.
Сосудистая система состоит из множества трубок, соединенных параллельно и последовательно. При последовательном соединении трубок их суммарное сопротивление равно сумме сопротивлений каждой трубки:
R=R1+R2+…+Rn
При параллельном соединении трубок их суммарное сопротивление вычисляют по формуле:
Однако точно определить сопротивление крови по этим формулам невозможно, так как в живом организме все явления происходят в более сложных биологических условиях, и физические законы движения жидкости не вполне отражают закономерности движения крови.
Так, геометрия сосудов изменяется вследствие сокращения скелетных мышц.
В отличие от движения жидкости по трубам под давлением кровь поступает из сердца в сосуды не беспрерывно, а прерывистой струей (сердце выбрасывает порции крови только в систолу). Несмотря на это, кровь по сосудам течет непрерывной струей, что обеспечивается благодаря упругости стенок крупных сосудов (аорты, легочного ствола и др. – сосудов эластического типа).
Вязкость крови также не является величиной постоянной. Чем меньше диаметр сосуда, тем меньше вязкость протекающей по нему крови. Это связано с тем, что в крови наряду с плазмой имеются форменные элементы, которые располагаются в центре потока. Пристеночный слой представляет собой плазму, вязкость которой намного меньше вязкости цельной крови.
Теоретический расчет сопротивления капилляров невозможен, так как в норме открыта только часть капиллярного русла, остальные капилляры остаются резервными и открываются по мере усиления обмена веществ в тканях.
Из приведенных уравнений видно, что наибольшей величиной сопротивления должен обладать капилляр, диаметр которого 5-7 мкм. Однако, вследствие того, что огромное количество капилляров включено в сосудистую сеть параллельно, их суммарное сопротивление меньше, чем суммарное сопротивление артериол.
Артериолы представляют собой сосуды мышечного типа. Их стенка содержит толстый слой циркулярно расположенных гладкомышечных клеток, при сокращении которых просвет сосудов может значительно уменьшиться.
Величина органного кровотока соответствует потребности органа в кислороде и питательных веществах, определяемой уровнем рабочей активности органа.
В работающем органе тонус артериол уменьшается, что обеспечивает повышение притока крови. Чтобы общее артериальное давление при этом не снизилось, в других (неработающих) органах тонус артериол повышается. Суммарная величина общего периферического сопротивления и общий уровень артериального давления остаются примерно постоянными, несмотря на постоянное перераспределение крови между работающими и неработающими органами.
Линейная и объемная скорость кровотока.
Различают объемную и линейную скорости движения крови.
· Объемной скоростью кровотока (Q) называют количество крови, которое проходит через поперечное сечение сосуда в единицу времени,
- эта величина измеряется в мл/с.
На всем протяжении кровеносного русла объемная скорость кровотока одинакова, поскольку приток крови в сердце по объему равен ее оттоку. Однако, объемная скорость кровотока, рассчитанная на единицу массы, может отличаться в различных органах, т.к. величина кровотока в разных частях тела различная. Это зависит от того, насколько развита сосудистая сеть в данном органе. Чем больше сосудов, тем быстрее кровоток на единицу массы органа. В работающем органе величина кровотока увеличивается, т.к. сосуды расширяются, и сопротивление в них падает.
· Линейной скоростью кровотока (V) называют скорость движения частиц крови вдоль сосудов в единицу времени.
- эта величина измеряется в м/с.
Средняя линейная скорость кровотока вычисляется по формуле:
где Q – объемная скорость кровотока,
r2 – площадь сечения сосуда.
В разных отделах сосудистой системы линейная скорость кровотока различна. Она прямо пропорциональна объемной скорости кровотока, и обратно пропорциональна площади сечения кровеносного русла. Т.е. по мере расширения просвета сосудов (или увеличения суммарного просвета параллельно соединенных сосудов, например, в капиллярной сети) линейная скорость тока жидкости замедляется.
Линейная скорость больше в центре сосуда и меньше около его стенок (поскольку здесь особенно велико трение частиц крови о сосудистую стенку).
В аорте линейная скорость кровотока в среднем равна 0,5 м/с, причем во время систолы она равна 1 м/с, а в конце диастолы падает почти до нуля. В артериях скорость уменьшается и составляет в среднем 0,25 м/с. Поскольку суммарный просвет является наибольшим в капиллярной сети (общая площадь сечения капилляров в 600-800 раз больше площади сечения аорты), скорость тока в них составляет 0,5 мм/с. По сравнению с капиллярами происходит сужение общего просвета вен, в полых венах он становится особенно узким, однако шире, чем в аорте. Поэтому скорость тока в полых венах составляет 0,2 м/с.
О средней линейной скорости кровотока можно судить по времени полного кругооборота крови. В состоянии покоя оно составляет 21-23 с, при тяжелой работе снижается до 8-10 с.
Тесты
1. Парциальное давление газа - это:
1) давление этого газа, растворенного в жидкости,
2) давление, создаваемое этим газом в смеси с другими газами,
2. При какой частоте сердечных сокращений делается заключение о норме?
1) 100-120,
2) 60-80,
3) 40-59,
4) 20-39,
3. К фоторецепторам относят:
1) палочки,
2) палочки и колбочки,
3) палочки, колбочки, тельца Мейснера,
4. Какова группа крови, если агглютинация произошла с сыворотками 0 (I) и В (III) групп?
1) 0 (I) группа,
2) А (II) группа,
3) В (III) группа,
4) АВ (IV) группа,
5) такое сочетание невозможно,
5. Более концентрированной является желчь:
1) печеночная,
2) пузырная,
3) дуоденальная,
6. По направлению от центральной ямки к периферии количество колбочек в сетчатке глаза:
1) уменьшается,
2) возрастает,
3) остается неизменным,
7. При спокойном выдохе величина давления в плевральной полости становится:
1) более отрицательной,
2) менее отрицательной,
3) положительной,
8. Секрецию тонкой кишки тормозят нервные волокна:
1) симпатические,
2) парасимпатические,
3) соматические,
9. Выберите из представленных видов торможения условные:
1) внешнее,
2) условный тормоз,
3) запредельное,
4) угасательное,
5) запаздывающее,
6) дифференцировочное,
10. Место синтеза плазменных факторов свертывания:
1) красный костный мозг,
2) селезенка,
3) печень,
4) толстый кишечник,
11. Понятие «убывающий градиент автоматии» - это:
1) способность клеток сердечной мышцы равномерно распространять возбуждение,
2) увеличение степени автоматии по мере удаления от синоатриального узла,
3) уменьшение степени автоматии по мере удаления от синоатриального узла
4) способность отвечать новым сокращением,
12. Какой вид проводимости звука нарушается при гнойном расплавлении слуховых косточек?
1) воздушный,
2) костный,
3) воздушный и костный,
4) проводимость не нарушается.