Сердечно-сосудистая система и что в нее входит

Cердечно-сосудистая система – одна из важнейших систем организма, обеспечивающих его жизнедеятельность. Сердечно-сосудистая система обеспечивает циркуляцию крови в организме человека. Кровь с кислородом, гормонами и питательными веществами по сосудам разносится по всему организму. По пути она делится указанными соединениями со всеми органами и тканями. Затем забирает все, что осталось от обмена веществ для дальнейшей утилизации.

Сердце

Кровь циркулирует в организме благодаря сердцу. Оно ритмически сокращается как насос, перекачивая кровь по кровеносным сосудам и обеспечивая все органы и ткани кислородом и питательными веществами. Сердце – живой мотор, неутомимый труженик, за одну минуту сердце перекачивает по телу около 5 литров крови, за час – 300 литров, за сутки набегает 7 000 литров.

Круги кровообращения

Кровь, протекающую по сердечно-сосудистой системе, можно сравнить со спортсменом, который бегает на разные дистанции. Когда она проходит через малый (легочный) круг кровообращения – это спринт. А большой круг – это уже марафон. Эти круги англичанин Вильям Гарвей описал еще в 1628 году. Во время большого круга кровь разносится по всему телу, не забывая обеспечивать его кислородом и забирать углекислый газ. Во время этого «забега» артериальная кровь становится венозной.

Малый круг кровообращения отвечает за поступление крови в легкие, там кровь отдает углекислый газ и обогащается кислородом. Кровь из малого круга кровообращения возвращается в левое предсердие. Большой круг кровообращения, начинающийся в левом желудочке, обеспечивает транспорт крови по всему телу. Кровь, насыщенная кислородом, перекачивается левым желудочком в аорту и ее многочисленные ветви – различные артерии. Затем она поступает в капиллярные сосуды органов и тканей, где кислород из крови обменивается на углекислый газ. Большой круг кровообращения заканчивается небольшими венами, которые сливаются в две крупные вены (полые вены) и возвращают кровь в правое предсердие. По верхней полой вене происходит отток крови от головы, шеи и верхних конечностей, а по нижней полой вене – от туловища и нижних конечностей.

Кровеносные сосуды

Кровеносные сосуды – эластичные трубчатые образования в теле человека, по которым силой ритмически сокращающегося сердца или пульсирующего сосуда осуществляется перемещение крови по организму. По артериям кровь бежит от сердца к органам, по венам возвращается к сердцу, а самые мелкие сосуды – капилляры – приносят кровь к тканям.

Артерии

Без питательных веществ и кислорода не может обойтись ни одна клетка. Доставку их осуществляют артерии. Именно они разносят богатую кислородом кровь по всему телу. При дыхании кислород попадает в легкие. где дальше начинается доставка кислорода по всему организму. Сначала к сердцу, потом по большому кругу кровообращения ко всем частям тела. Там кровь меняет кислород на углекислый газ и затем возвращается в сердце. Сердце перекачивает ее обратно в легкие, которые забирают углекислый газ и отдают кислород, и так бесконечно. А еще есть легочные артерии малого круга кровообращения, они находятся в легких и по ним кровь, бедная кислородом и богатая углекислым газом поступает в легкие, где и происходит газообмен. Затем эта кровь по легочным венам возвращается в сердце.

Вены

Кровь с углекислым газом и продуктами обмена веществ из капилляров попадает сначала в вены, а по ним движется к сердцу. Клапаны, которые есть почти у всех вен, делают движение крови односторонним.

Еще в малом круге кровообращения есть так называемые легочные вены. По ним кровь, богатая кислородом течет от легких к сердцу.

Источники:

1. Козлов В.И. Анатомия сердечно-сосудистой системы. Практическая медицина, 2011г. – 192 с.

SARU.ENO.19.06.1021

Почему углекислый газ важнее кислорода для жизни? / Изба-читальня / изба су

ЧТО ТАКОЕ УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ?

Жизнь на Земле миллиарды лет развивалась при высокой концентрации углекислоты. И углекислый газ стал необходимым компонентом обмена веществ. Клеткам животных и человека углекислого газа нужно около 7 процентов. А кислорода — всего 2 процента. Этот факт установили эмбриологи. Оплодотворенная яйцеклетка в первые дни находится почти в бескислородной среде – кислород для нее просто губителен. И только по мере имплантации и формирования плацентарного кровообращения постепенно начинает осуществляться аэробный способ производства энергии.

В крови плода содержится мало кислорода и много углекислого газа по сравнению с кровью взрослого организма.

Один из фундаментальных законов биологии гласит, что каждый организм в своем индивидуальном развитии повторяет весь путь эволюции своего вида, начиная от одноклеточного существа и кончая высокоразвитой особью. И в самом деле, все мы знаем, что в утробе матери мы вначале были простейшим одноклеточным существом, потом многоклеточной губкой, потом зародыш был похож на рыбу, потом на тритона, собаку, обезьяну, и, наконец, на человека.

Эволюцию претерпевает не только сам плод, но и его газовая среда. Кровь плода содержит кислорода в 4 раза меньше, а углекислого газа в 2 раза больше, чем у взрослого человека. Если же кровь плода начать насыщать кислородом он моментально погибает.

Избыток кислорода губителен для всего живого, ведь кислород — это сильный окислитель, который при определенных условиях может разрушать мембраны клеток.

У новорожденного ребенка после осуществления первых дыхательных движений тоже обнаружено высокое содержание углекислого газа при взятии крови из пупочной артерии. Не означает ли это, что организм матери стремится создать для нормального развития плода среду, какая была на планете миллиарды лет назад?

А возьмите другой факт: горцы почти не страдают такими недугами, как астма, гипертония или стенокардия, которые распространены среди горожан.

Не потому ли, что на высоте трех-четырех тысяч метров содержание кислорода в воздухе намного меньше? С увеличением высоты плотность воздуха уменьшается, уменьшается соответственно и количество кислорода во вдыхаемом объёме, но как ни парадоксально, это положительно сказывается на здоровье человека.

Замечателен тот факт, что упражнения, вызывающие гипоксию на равнине, оказываются более полезными для здоровья, чем просто пребывание в горах даже для того, кто легко переносит горный климат. Связано это с тем, что дыша разреженным горным воздухом, человек дышит глубже обычного, чтобы получить больше кислорода. Более глубокие вдохи автоматически приводят к более глубоким выдохам, а поскольку мы постоянно теряем с выдохом углекислый газ, углубление дыхания приводит к слишком большим его потерям, что может неблагоприятно сказаться на здоровье.

Заметим попутно, что горная болезнь связана не только с дефицитом кислорода, но и с избыточной потерей углекислого газа при глубоком дыхании.

Польза таких аэробных циклических упражнений как бег, плавание, гребля, велосипед, лыжи и т. д. во многом определяется тем, что в организме создается режим умеренной гипоксии, когда потребность организма в кислороде превышает возможность дыхательного аппарата удовлетворить эту потребность, и гиперкапнии, когда в организме углекислого газа вырабатывается больше, чем организм может выделить легкими.

Теория жизни в кратком изложении такова:

углекислый газ – основа питания всего живого на Земле; если он исчезнет из воздуха, все живое погибнет.
углекислый газ является главным регулятором всех функций в организме, главной средой организма, витамином всех витаминов. Он регулирует активность всех витаминов и ферментов. Если его не хватает, то все витамины и ферменты работают плохо, неполноценно, ненормально. В результате нарушается обмен веществ, а это ведет к аллергии, раку, отложению солей.

В процессе газообмена первостепенное значение имеют кислород и углекислый газ.

Кислород поступает в организм вместе с воздухом, через бронхи, затем попадает в легкие, оттуда – в кровь, а из крови – в ткани. Кислород представляется своего рода ценным элементом, он как бы источник любой жизни, и кое-кто даже сравнивает его с известным из йоги понятием «Прана». Нет более неправильного мнения. На самом деле, кислород – это регенерирующий элемент, служащий для очистки клетки от всех ее отходов и некоторым образом для ее сжигания. Отбросы клетки должны постоянно очищаться, иначе возникает повышенная интоксикация или смерть. Наиболее чувствительны к интоксикации клетки мозга, они погибают без кислорода (в случае апноэ) спустя четыре минуты.
Углекислый газ проходит эту цепочку в обратном направлении: образуется в тканях, затем поступает в кровь и оттуда через дыхательные пути выводится из организма.

У здорового человека эти два процесса находятся в состоянии постоянного равновесия, когда соотношение углекислого газа и кислорода составляет пропорцию 3:1.

Углекислый газ, вопреки широко распространенному мнению, необходим организму не меньше, чем кислород. Давление углекислого газа влияет на кору головного мозга, дыхательный и сосудо-двигательный центры, углекислый газ также обеспечивает тонус и определенную степень готовности к деятельности различных отделов центральной нервной системы, отвечает за тонус сосудов, бронхов, обмен веществ, секрецию гормонов, электролитный состав крови и тканей. А значит, опосредованно влияет на активность ферментов и скорость почти всех биохимических реакций организма. Кислород же служит энергетическим материалом, и его регулирующие функции ограниченны.

Углекислота — источник жизни и регенератор функции организма, а кислород — энергетик.
В древности атмосфера нашей планеты была сильно насыщена углекислым газом (свыше 90%), он являлся, и является сейчас, естественным строительным материалом живых клеток. Как пример, реакция биосинтеза растений -поглощение углекислого газа, утилизация углерода и выделение кислорода, и именно в те времена на планете существовала очень пышная растительность.

Углекислота так же участвует в биосинтезе животного белка, в этом некоторые ученые видят возможную причину существования много миллионов лет назад гигантских животных и растений.

Наличие пышной растительности постепенно привело к изменению состава воздуха, уменьшилось содержание углекислого газа, но внутренние условия работы клеток по-прежнему определялись высоким содержанием углекислоты. Первые животные, появившиеся на Земле и питавшиеся растениями, находились в атмосфере с высокимсодержанием углекислого газа. Поэтому их клетки, а позже и созданные на базе древней генетической памяти клетки современных животных и человека, нуждаются в углекислой среде внутри себя (6-8% углекислоты и 1-2% кислорода) и в крови (7-7,5% углекислого газа).

Растения утилизировали почти весь углекислый газ из воздуха и основная его часть, в виде углеродных соединений, вместе с гибелью растений попала в землю, превратившись в полезные ископаемые (уголь, нефть, торф). В настоящее время в атмосфере содержится около 0,03% углекислого газа и примерно 21% кислорода.

Известно, что в воздухе находится примерно 21% кислорода. При этом его уменьшение до 15% или увеличение до 80% не окажет никакого влияния на наш организм. Известно, что в выдыхаемом из легких воздухе содержится еще от 14 до 15% кислорода, доказательством чему служит метод искусственного дыхания “рот в рот”, который в противном случае был бы неэффективен. Из 21 % кислорода только 6% адсорбируются тканями тела. В отличие от кислорода на изменение концентрации углекислого газа в ту или иную сторону всего лишь на 0,1% наш организм сразу же реагирует и старается вернуть его к норме. Отсюда можно сделать вывод о том, что углекислый газ примерно в 60-80 раз важнее кислорода для нашего организма.

Поэтому мы можем сказать, что эффективность внешнего дыхания может быть определена по уровню углекислого газа в альвеолах.

Но для нормальной жизнедеятельности в крови должно быть 7-7,5% углекислого газа, а в альвеолярном воздухе – 6,5%.

Извне его получить нельзя, так как в атмосфере почти не содержится углекислого газа. Животные и человек получают его при полном расщеплении пищи, так как белки, жиры, углеводы, построенные на углеродной основе, при сжигании с помощью кислорода в тканях образуют бесценный углекислый газ – основа жизни. Снижение углекислоты в организме ниже 4% – это гибель.

Задача СО₂ – вызвать дыхательный рефлекс. Когда его давление повышается, сеть тонких нервных окончаний (рецепторы) немедленно посылает сообщение в луковицы спинного и головного мозга, дыхательные центры, откуда и следует команда начать дыхательный акт. Следовательно, углекислый газ можно считать сторожевым псом, сигнализирующим об опасности. При гипервентиляции пес временно выставляется за дверь.

Углекислота регулирует обмен веществ, так как служит сырьем, а кислород идет на сжигание органических веществ, то есть он только энергетик.

Роль углекислоты в жизнедеятельности организма очень многообразна. Приведем лишь некоторые ее основные свойства:

• она представляет собой прекрасное сосудорасширяющее средство;
• является успокоителем (транквилизатором) нервной системы, а значит прекрасным анестезирующим средством;
• участвует в синтезе аминокислот в организме;
• играет большую роль в возбуждении дыхательного центра.

Чаще всего, поскольку углекислый газ жизненно необходим, при его чрезмерной потере в той или иной степени включаются защитные механизмы, пытающиеся остановить его удаление из организма. К ним относятся:

– спазм сосудов, бронхов и спазм гладкой мускулатуры всех органов;
– сужение кровеносных сосудов;
– увеличение секреции слизи в бронхах, носовых ходах, развитие аденоидов, полипов;
– уплотнение мембран вследствие отложения холестерина, что способствует развитию склероза тканей.

Все эти моменты вместе с затруднением поступления кислорода в клетки при понижении содержания углекислого газа в крови (эффект Вериго-Бора) ведут к кислородному голоданию, замедлению венозного кровотока (с последующим стойким расширением вен).
Более ста лет назад российский учёный Вериго, а затем и датский физиолог Христиан Бор открыли эффект, названный их именем.
Он заключается в том, что при дефиците углекислого газа в крови нарушаются все биохимические процессы организма. А значит, чем глубже и интенсивней дышит человек, тем больше кислородное голодание организма! 
Чем больше в организме (в крови) С02 , тем больше 02 (по артериолам и капиллярам) доходит до клеток и усваивается ими.
Переизбыток кислорода и недостаток углекислого газа ведут к кислородному голоданию.
Было обнаружено, что без присутствия углекислоты кислород не может высвободиться из связанного состояния с гемоглобином (эффект Вериго-Бора), что приводит к кислородному голоданию организма даже при высокой концентрации этого газа в крови.

Чем заметнее содержание углекислого газа в артериальной крови, тем легче осуществляется отрыв кислорода от гемоглобина и переход его в ткани и органы, и наоборот – недостаток углекислого газа в крови способствует закреплению кислорода в эритроцитах. Кровь циркулирует по организму, а кислород не отдает! Возникает парадоксальное состояние: кислорода в крови достаточно, а органы сигнализируют о его крайнем недостатке. Человек начинает задыхаться, стремится вдохнуть и выдохнуть, пытается дышать чаще и еще больше вымывает из крови углекислый газ, закрепляя кислород в эритроцитах.

Общеизвестно, что во время интенсивных занятий спортом в крови спортсмена увеличивается содержание углекислого газа. Оказывается, именно этим спорт и полезен. И не только спорт, а любые зарядка, гимнастика, физическая работа, одним словом – движение.

Повышение уровня СО₂ способствует расширению мелких артерий (тонус которых определяет количество функционирующих капилляров) и увеличению мозгового кровотока. Регулярная гиперкапния активирует выработку факторов роста сосудов, что приводит к формированию более разветвленной капиллярной сети и оптимизации тканевого кровообращения мозга.

Можно также подкисливать кровь в капиллярах молочной кислотой и тогда возникает эффект второго дыхания при физических длительных нагрузках. Для ускорения появления второго дыхания, спортсменам рекомендуют задерживать дыхание на сколько можно. Спортсмен бежит длинную дистанцию, сил нет, все как у нормального человека. Нормальный человек останавливается и говорит: ”Все, больше не могу”. Спортсмен задерживает дыхание и у него открывается второе дыхание, и он бежит дальше.

Дыхание до некоторой степени контролируется сознанием. Мы можем заставить себя дышать чаще или реже, а то и вовсе задержать дыхание. Однако как бы долго мы ни старались сдерживать вдох, наступает момент, когда это становится не¬возможным. Сигналом для очередного вдоха служит не недостаток кислорода, что могло бы показаться логичным, а избыток углекислого газа. Именно накопившийся в крови углекислый газ является физиологическим стимулятором дыхания. После открытия роли углекислого газа его начали добавлять в газовые смеси аквалангистов, чтобы стимулировать работу дыхательного центра. Этот же принцип используют при наркозе.

Все искусство дыхания заключается в том, чтобы почти не выдыхать углекислый газ, терять его как можно меньше. Дыхание йогов как раз соответствует этому требованию.

А дыхание обычных людей — это хроническая гипервентиляция легких, избыточное выведение углекислого газа из организма, что обусловливает возникновение около 150 тяжелейших заболеваний, именуемых нередко болезнями цивилизации.

РОЛЬ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В РАЗВИТИИ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТОНИИ

Между тем, утверждение о том, что первопричина гипертонии является именно недостаточная концентрация углекислого газа в крови, проверяется очень просто. Нужно всего лишь выяснить, сколько углекислого газа находится в артериальной крови гипертоников и у здоровых людей. Именно это и было сделано в начале 90-х годов российскими учеными-физиологами.

Проведенные исследования газового состава крови больших групп населения разных возрастов, о результатах которых можно прочесть в книге “Физиологическая роль углекислоты и работоспособность человека” (Н. А. Агаджанян, Н. П. Красников, И. Н. Полунин, 1995) позволили сделать однозначный вывод о причине постоянного спазма микрососудов — гипертонии артериол. У подавляющего большинства обследованных пожилых людей в состоянии покоя в артериальной крови содержится 3,6-4,5 % углекислого газа (при норме 6-6,5%).

Таким образом были получены фактические доказательства того, что первопричина многих хронических недугов, характерных для пожилых людей, – утеря их организмом способности постоянно поддерживать в артериальной крови содержание углекислого газа близкое к норме. А то, что у молодых и здоровых людей углекислого газа в крови 6 — 6,5 % – давно известная физиологическая аксиома.

От чего же зависит концентрация углекислого газа в артериальной крови?

Углекислый газ С0₂ постоянно образуется в клетках организма. Процесс его удаления из организма через легкие строго регулируется дыхательным центром – отделом головного мозга, управляющим внешним дыханием. У здоровых людей в каждый момент времени уровень вентиляции легких (частота и глубина дыхания) таков, что С0₂ удаляется из организма ровно в таком количестве, чтобы его всегда оставалось в артериальной крови не менее 6%. По-настоящему здоровый (в физиологическом смысле) организм не допускает снижения содержания углекислого газа менее этой цифры и повышения более 6,5%.

Интересно заметить, что значения огромного числа самых разных показателей, определяемых при исследованиях, проводимых в поликлиниках и диагностических центрах, у людей молодых и пожилых отличаются на доли, максимум на единицы %. И только показатели содержания углекислого газа в крови отличаются примерно в полтора раза. Другого настолько яркого и конкретного отличия между здоровыми и больными не существует.

УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ ЯВЛЯЕТСЯ МОЩНЫМ ВАЗОДИЛАТАТОРОМ (РАСШИРЯЕТ СОСУДЫ)

Углекислый газ, это вазодилататор, действующий непосредственно на сосудистую стенку, в связи с чем при задержке дыхания наблюдаются теплый кожный покров. Задержка дыхания является важной составляющей занятии Бодифлекса.Всё происходит следующим образом: Вы выполняете специальные дыхательные упражнения (вдох, выдох, затем втягиваете живот и задерживаете дыхание, принимаете растягивающую позицию, считаете до 10, потом вдыхаете и расслабляетесь). 

Занятия бодифлексом способствуют обогащению организма кислородом. Если задержать дыхание на 8–10 секунд, в крови накапливается углекислый газ. Это способствует расширению артерий и подготавливает клетки к гораздо более эффективному усвоению кислорода. Добавочный кислород помогает справиться со многими проблемами, например, с лишним весом, недостатком энергии и плохим самочувствием.

В настоящее время на углекислый газ ученые-медики смотрят как на мощный физиологический фактор регуляции многочисленных систем организма: дыхательной, транспортной, сосудодвигательной, выделительной, кроветворной, иммунной, гормональной и др.

Доказано, что локальное воздействие углекислого газа на ограниченный участок тканей сопровождается увеличением объемного кровотока, повышением скорости экстракции кислорода тканями, усилением их метаболизма, восстановлением рецепторной чувствительности, усилением репаративных процессов и активацией фибробластов. К общим реакциям организма на локальное воздействие углекислого газа можно отнести развитие умеренного газового алкалоза, усиление эритро- и лимфопоэза.

Подкожными инъекциями CO₂ достигается гиперемия, которая имеет резорбтивное, бактерицидное и противовоспалительное, обезболивающее и спазмолитическое воздействие. Углекислота на продолжительный период улучшает кровоток, кровообращение мозга, сердца и сосудов. Карбокситерапия помогает при появлении признаков старения кожи, способствует коррекции фигуры, устраняет многие косметические дефекты и даже позволяет бороться с целлюлитом.

Усиление кровообращения в зоне роста волос позволяет разбудить «спящие» волосяные фолликулы, и этот эффект позволяет использовать карбокситерапию при облысении. А что происходит в подкожной клетчатке? В жировых клетках под действием диоксида углерода стимулируются процессы липолиза, в результате чего уменьшается объем жировой ткани. Курс процедур помогает избавиться от целлюлита или, по меньшей мере, снижает степень выраженности этого неприятного явления.

Пигментные пятна, возрастные изменения, рубцовые изменения и растяжки — вот еще некоторые показания для данного метода. В области лица карбокситерапия используется для коррекции формы нижнего века, а также для борьбы со вторым подбородком. Назначается методика при куперозе, при угревой болезни.

Итак, становится понятным, что углекислый газ в нашем организме выполняет многочисленные и очень важные функции, а кислород при этом оказывается лишь окислителем питательных веществ в процессе вырабатывания энергии. Но мало того, когда “сжигание” кислорода происходит не до конца, то образуются очень токсичные продукты – свободные активные формы кислорода, свободные радикалы. Именно они являются основным пусковым механизмом в запуске старения и перерождения клеток организма, искажая очень тонкие и сложные внутриклеточные конструкции неуправляемыми реакциями.

Из сказанного следует необычный вывод:

Искусство дыхания заключается в том, чтобы почти не выдыхать углекислый газ и терять его как можно меньше.

Что касается сути всех дыхательных методик, то они в принципе делают одно и то же – повышают содержание в крови углекислого газа за счет задержки дыхания. Разница только в том, что в разных методиках это достигается по-разному – или за счет задержки дыхания после вдоха, или после выдоха, или за счет удлиненного выдоха, или за счет удлиненного вдоха, или их комбинаций.

Если добавить к чистому кислороду углекислый газ и дать подышать тяжелобольному человеку, то его состояние улучшится в большей степени, чем если бы он дышал чистым кислородом. Оказалось, что углекислый газ до известного предела способствует более полному усвоению кислорода организмом. Этот предел равен 8 % СО2 . С повышением содержания СО2 до 8 % происходит повышение усвоения О2, а затем с еще большим повышением содержания СО2усвоение О2 начинает падать. Значить, организм не выводит, а «теряет» углекислый газ с выдыхаемым воздухом и некоторое ограничение этих потерь должно оказать на организм благотворное воздействие.

Если еще больше уменьшить дыхание, как это советуют йоги, то у человека разовьется сверхвыносливость, высокий потенциал здоровья, возникнут все предпосылки к долголетию.

При выполнении таких упражнений мы создаем в организме гипоксию — недостаток кислорода, и гиперкапнию — избыток углекислого газа. Надо заметить, что даже при самых длительных задержках дыхания содержание СО₂ в альвеолярном воздухе не превышает 7%, так что бояться вредного воздействия чрезмерных доз СО₂ нам не приходится.

Исследования показывают, что воздействие дозированными гипоксически-гиперкапническими тренировками в течение 18 дней по 20 минут ежедневно сопровождается статистически значимыми улучшением самочувствия на 10%, улучшением способности к логическому мышлению на 25% и увеличением объёма оперативной памяти на 20%.

Нужно стараться все время дышать неглубоко (чтобы дыхания не было ни заметно, ни слышно) и редко, стремясь максимально растянуть автоматические пуазы после каждого выдоха.

Йоги говорят, что каждому человеку от рождения отпущено определенное число дыханий и нужно беречь этот запас. В такой оригинальной форме они призывают уменьшить частоту дыхания.

Напомним, что пранаямой Патанджали называл «остановку движения вдыхаемого и выдыхаемого воздуха», то есть по сути – гиповентиляцию. Следует также вспомнить, что согласно этому же источнику, пранаяма «делает ум пригодным к концентрации».

Действительно, каждый орган, каждая клетка имеет свой жизненный запас — генетически заложенную программу работы с определенным пределом. Оптимальное выполнение этой программы принесет человеку здоровье и долголетие (насколько позволит генетический код). Пренебрежение ею, нарушения законов природы ведут к болезням и преждевременной смерти.

Статья скопирована http://zenslim.ru/content/Углекислый-газ-важнее-кислорода-для-жизни  Но я не уверен что исходный источник – статьи тиражированы на многих сайтах. Я консультировался с компетентными медиками – все в статье правда.

Почему углекислый газ важнее кислорода для жизни?

Как работают легкие | Американская ассоциация легких

Ваши легкие являются частью дыхательной системы, группой органов и тканей, которые работают вместе, чтобы помочь вам дышать. Основная задача дыхательной системы – подавать свежий воздух в ваше тело, удаляя отработанные газы.

Почему легкие так важны?

Каждой клетке вашего тела для жизни необходим кислород. Воздух, которым мы дышим, содержит кислород и другие газы.Попадая в легкие, кислород попадает в кровоток и разносится по вашему телу. В каждой клетке вашего тела кислород обменивается на отработанный газ, называемый углекислым газом. Затем ваш кровоток переносит этот отработанный газ обратно в легкие, где он удаляется из кровотока и затем выдыхается. Ваши легкие и дыхательная система автоматически выполняют этот жизненно важный процесс, называемый газообменом.

Помимо газообмена, дыхательная система выполняет другие важные для дыхания функции.К ним относятся:

• Доведение воздуха до нужной температуры тела и увлажнение его до нужного уровня влажности.
• Защита вашего организма от вредных веществ. Это делается путем их кашля, чихания, фильтрации или проглатывания.
• Поддерживает обоняние.

Части дыхательной системы и принцип их работы

Дыхательные пути

• СИНУСЫ – это пустоты в костях головы над и под глазами, которые соединяются с носом небольшими отверстиями.Пазухи помогают регулировать температуру и влажность вдыхаемого воздуха.
• NOSE – предпочтительный вход для внешнего воздуха в дыхательную систему. Волосы на стенке носа являются частью системы очистки воздуха.
• Воздух также поступает через РОТ , особенно для тех, у кого есть привычка дышать ртом, чьи носовые ходы могут быть временно заблокированы из-за холода или во время тяжелых упражнений.
• ГОРЛО собирает воздух, поступающий из носа и рта, а затем направляет его в дыхательное горло (трахею).
• WINDPIPE (трахея) – это проход, ведущий от горла к легким.
• Дыхательное горло делится на две основные БРОНХИАЛЬНЫЕ ТРУБКИ , по одной для каждого легкого, которые снова разделяются на каждую долю ваших легких. Они, в свою очередь, разделяются на бронхиолы.

Легкие и кровеносные сосуды

• Правое легкое разделено на три LOBES или секции. Каждая доля похожа на воздушный шар, наполненный губчатой ​​тканью.Воздух входит и выходит через одно отверстие – ветвь бронха.
• Ваше левое легкое разделено на две части LOBES .
• PLEURA – это две мембраны, фактически одна непрерывная, сложенная сама по себе, которые окружают каждую долю легких и отделяют ваши легкие от грудной стенки.
• Ваши бронхи выстланы CILIA (как очень маленькие волоски), которые движутся подобно волнам. Это движение переносит MUCUS (липкую мокроту или жидкость) вверх и наружу в ваше горло, где она либо откашливается, либо проглатывается.Слизь улавливает и удерживает большую часть пыли, микробов и других нежелательных веществ, вторгшихся в ваши легкие. Вы избавляетесь от этого вещества, когда кашляете, чихаете, прочищаете горло или глотаете.
• Наименьшие ветви бронхов называются БРОНХИОЛАМИ , на конце которых находятся воздушные мешочки или альвеолы.
• ALVEOLI – это очень маленькие воздушные мешочки, в которых происходит обмен кислорода и углекислого газа.
• КАПИЛЛЯРЫ – кровеносные сосуды в стенках альвеол.Кровь проходит через капилляры, поступает через вашу ЛЕГКУЮ АРТЕРИЮ и выходит через вашу ЛЕГКУЮ ВЕНУ . Находясь в капиллярах, кровь выделяет углекислый газ через стенку капилляров в альвеолы ​​и забирает кислород из воздуха в альвеолах.

Мышцы и кости

• Ваша DIAPHRAGM – это прочная мышечная стенка, которая отделяет грудную полость от брюшной полости. Двигаясь вниз, он создает всасывание в груди, втягивая воздух и расширяя легкие.
• RIBS – это кости, которые поддерживают и защищают грудную клетку. Они слегка двигаются, чтобы помочь вашим легким расширяться и сокращаться.

Сохранение здоровья легких

Объем легких снижается с возрастом. Поддерживайте здоровье легких, ежедневно заботясь о себе. Соблюдайте сбалансированную диету, занимайтесь спортом и снимайте стресс, чтобы легче дышать. Дополнительные советы для здоровья легких »

Последнее обновление страницы: 5 марта 2021 г.

Моделирование переноса и обмена кислорода и диоксида углерода с использованием замкнутой системы кровообращения

Adv Exp Med Biol.Авторская рукопись; доступно в PMC 2012 18 июня.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC3377501

NIHMSID: NIHMS196617

Брайан Э. Карлсон

¹ Департамент биоинженерии, Вашингтонский университет, Вашингтонский университет , 98195

Джозеф К. Андерсон

¹ Департамент биоинженерии Вашингтонского университета, Сиэтл, Вашингтон, 98195

Гэри М. Реймонд

¹ Департамент биоинженерии Вашингтонского университета, Сиэтл, Вашингтон, 98195

Ранджан К.Dash

² Департамент физиологии, Медицинский колледж Висконсина, Милуоки, Висконсин, 53226

Джеймс Б. Бассингтуэйт

¹ Департамент биоинженерии Вашингтонского университета, Сиэтл, Вашингтон, 98195

02 90 of Bioengineering, Вашингтонский университет, Сиэтл, Вашингтон, 98195

² Департамент физиологии, Медицинский колледж Висконсина, Милуоки, Висконсин, 53226

Abstract

Связывание и буферизация O ₂ и CO ₂ в крови влияет на их обмен в легких и тканях и их транспорт по кровотоку. Для исследования эффектов связывания и буферизации используется модель газообмена крови и ткани. Модель учитывает насыщение гемоглобина, одновременное связывание o ₂ CO ₂ . H ⁺ , 2,3-ДПГ к гемоглобину и температурные эффекты [1,2]. Обратимые уравнения насыщения типа Хилла облегчают быстрый расчет перераспределения респираторного газа между плазмой, эритроцитами и выбросами, возникающими по градиентам концентрации в легких и в областях обмена капиллярных тканей.Эти уравнения хорошо подходят для анализа переходных процессов в метаболизме тканей и парциальных давлений вдыхаемого газа. Моделирование показывает, что, поскольку скорости эритроцитов в текущей крови выше, чем скорости плазмы после переходного процесса, могут существовать длительные различия между парциальными давлениями кислорода в эритроцитах и ​​плазме. Модель газообмена кровь-ткань была включена в модель более высокого уровня системы кровообращения, легочной механики и газообмена с использованием уравнений эритроцитов и плазмы для учета pH и буферизации CO ₂ в крови.

39.1 Введение

Обмен O ₂ и CO ₂ между тканью и сосудистой сетью зависит от адекватной доставки и удаления этих газов. Доставка кислорода начинается с вдыхания окружающего воздуха в воздушное пространство легких, транспортировки в кровь из альвеол, транспортировки по артериальной системе, а затем обмена между кровью и периферическими тканями. В закрытой системе кровообращения венозная кровь возвращается в легкие, где CO ₂ истекает.Количественное определение транспорта O ₂ и CO ₂ требует учета их растворимости в плазме, эритроцитах и ​​тканях, а также их связывания и высвобождения из гемоглобина (Hb) в эритроцитах и, кроме того, только для O ₂ , его связывание с миоглобином в тканях. Были построены кривые диссоциации гемоглобина, которые описывают долю O ₂ и CO ₂ , связанных с Hb в стационарном состоянии, как функцию от P _O2 , P _CO2 . pH, 2,3-DPG и температура [1]. Эти выражения использовались для описания стационарного переноса O ₂ и CO ₂ , а также H ⁺ и HCO ₃ ^– в модель обмена кровь-ткань с конвективным переносом и осевой диффузией в капилляре наряду с обменом и метаболизмом в окружающей тканевой области [2].

Модель, представленная в этом исследовании, учитывает вентиляционный обмен между наружным воздухом и альвеолами легких, обмен с альвеолярной капиллярной кровью, конвективный транспорт в артериях, обмен в тканевых капиллярах и артериолах и возврат венозной крови в легкие. Модель описывает транспорт O ₂ и CO ₂ в ткань под влиянием частоты дыхания, состава вдыхаемого газа, продукции H ⁺ и CO ₂ и потребления O ₂ в ткани и буферизации в крови. .

Особенностью, представляющей биофизический интерес, но умеренной физиологической важностью, является сохранение неравновесия между плазмой и эритроцитами P _O2 из-за более высоких скоростей эритроцитов по сравнению с плазмой. Эта разница в скорости существует во всех областях сосудистой сети, но максимальна в микроциркуляции. Блох [3] наблюдал существование слоя плазмы вблизи стенки сосуда, который он назвал периферическим плазменным слоем. Среднее отношение общей толщины слоя к внутреннему диаметру сосуда составляло 1: 4 в капиллярах 5–10 мкм в исследовании Блоха, что согласуется с более поздними наблюдениями за поверхностным слоем эндотелия, которые наблюдали Винк и Дулинг [4].Поскольку этот слой расположен близко к стенке капилляра, скорость плазмы в этой области меньше, чем осевая скорость эритроцитов по средней линии. Чтобы количественно оценить отношение относительной скорости эритроцитов к плазме, мы рассмотрели исследования разведения индикаторов, которые документируют среднее время прохождения индикаторов, меченных эритроцитами, по сравнению с индикаторами, меченными плазмой, по Goresky [5]. Горески показал, что среднее время прохождения эритроцитов было порядка 2/3 от времени прохождения плазмы через всю сосудистую сеть печени.

39.2 Описание модели

39.2.1 Область обмена между легкими и кровью

Легочный модуль состоит из трех последовательных отсеков [6]: отсек с низкой податливостью, представляющий ротовую / носовую полость и хрящевые дыхательные пути, отсек с умеренной податливостью, характеризующий складные бронхиальные дыхательные пути и отсек высокой эластичности, напоминающий альвеолярное пространство. В этой модели легкое может вентилироваться за счет положительного давления или периодического расширения грудной клетки, снижающего внутриплевральное давление, что приводит к двунаправленному потоку воздуха и раздуванию и дефляции легкого.Конвективный поток между отсеками моделируется как управляемый давлением поток через сопротивление. Уравнения конвективного и диффузионного переноса кислорода и углекислого газа между соседними отделами легких аналогичны тем, которые использовались в предыдущих моделях [6]. Предполагается, что каждый легочный отсек хорошо перемешан. Альвеолярный отсек обменивается дыхательными газами с областью плазмы единицы обмена кровь-ткань [2], которая содержит область эритроцитов, окруженную областью плазмы. Вдыхаемое парциальное давление каждого вида является вводом модели.

39.2.2 Область обмена кровь-ткань

показывает ранее описанную одномерную модель обмена кровь-ткань [2]. Просвет проницаемого сосуда разделен на текущее ядро ​​эритроцитов, окруженное плазменным рукавом. Связывание гемоглобина представлено в области эритроцитов обратимыми выражениями диссоциации гемоглобина [1]. Эндотелиальный барьер обменного сосуда считается чисто пассивным и окружен слоем интерстициальной жидкости, дающей доступ к паренхиматозным клеткам.В паренхимных клетках, где миоглобиновые буферы O ₂ , кислород потребляется и CO ₂ производится в соответствии с респираторным коэффициентом: RQ = моль CO ₂ на моль O ₂ и определенной скоростью метаболизма. Каждая область распределена в осевом направлении, демонстрируя градиенты концентрации от входа до выхода, но хорошо перемешана в радиальном направлении и представлена ​​одномерным уравнением в частных производных. Межрегиональные проводимости, определяемые произведением площади поверхности проницаемости (PS _x ), могут регулироваться для адаптации к медленным диффузионным процессам.Осевая диффузия или дисперсия (D _x ) сглаживает осевые градиенты концентрации.

Блок обмена крови и ткани, показывающий области эритроцитов, плазмы, интерстициальной жидкости и паренхиматозных клеток, конвекцию эритроцитов и плазмы, транспорт растворенных веществ между областями, PS, осевую диффузию, связывание и буферизацию внутри областей. Бикарбонатная буферизация наблюдается во всех регионах. Каждая область распределена по оси и хорошо перемешана в радиальном направлении.

Отношение скорости эритроцитов к скорости плазмы в области обмена ткани крови было рассчитано с использованием экспериментальных морфометрических данных по внутримиокардиальным артериолам и венулам, полученным Kassab et al [7], а также снижение гематокрита в зависимости от диаметра сосудов, задокументированное Липовски [8]. ], В нашей модели мы представили область обмена ткани крови как артериолы и капилляры диаметром менее 100 мкм, потому что исследования Дулинга и Берна [9] показывают значительную потерю кислорода в прекапиллярных артериолах.Для ветвящихся коронарных артерий свиней Кассаба поток через область обмена ткани крови имеет отношение относительных скоростей V _RBC / V _pl от 1,2 до 1,9. Поэтому промежуточное значение v _RBC / V _pl было принято равным 1,5 в областях обмена легких и тканей.

39.2.3 Артериальная и венозная конвективные области

Легочная капиллярная кровь переносится через необменные конвективные каналы (левое предсердие, левый желудочек, аорта, артерии) к тканям.Обмен растворенных веществ эритроцитов и плазмы продолжается. Различия в концентрации эритроцитов в плазме сохраняются, когда их скорости различаются. Метаболизм нулевой, но реакции буферизации продолжаются. Значения отношения скорости эритроцитов к скорости плазмы в артериях и венах были приняты равными 1,1 и 1,05 соответственно, хотя выбор этих чисел зависит от диапазона представленных диаметров.

39.2.4 Численные методы и процедуры моделирования

Численные методы – это методы, описанные ранее [10] с использованием лагранжевого алгоритма скользящего жидкостного элемента.Другие программы для решения уравнений в частных производных (Mac-Cormack, TOMS 731) также доступны в системе моделирования JSim. Значения параметров в этой модели были теми, которые использовались ранее [2], за некоторыми исключениями. Скорость потока может варьироваться от 5 л / мин в состоянии покоя до 25 л / мин во время тренировки. Также произведение площади поверхности проницаемости для эритроцитов (PS _RBC ) было пересчитано в соответствии с экспериментальными данными [11], чтобы отразить комбинацию небольшого препятствия для проникновения через его мембрану и времени, необходимого для связывания и развязывания.Уравнения гемоглобина ошибочно предполагают мгновенное уравновешивание вместо нескольких миллисекунд. Описанная здесь модель легкого аналогична по структуре модели Lutchen et al. [6].

39.3 Результаты и обсуждение

В данном исследовании рассматриваются два случая. Первый касается транспорта дыхательных газов при нормальной и повышенной вентиляции, перфузии и обмене веществ. Для нормальных уровней это параметры: частота дыхания 12 вдохов / мин, дыхательный объем ~ 500 мл, управляемый 10 мм рт.ст. положительного давления на вдохе во рту в течение 2 секунд и вдыхаемый воздух с P _O2 = 150 и P _CO2 = 0 мм рт.Кровоток был установлен на уровне ~ 5 л / мин, а скорость метаболизма регулировалась таким образом, чтобы парциальное давление крови в концевых капиллярах легких O ₂ и CO ₂ составляло ~ 100 и ~ 40 мм рт. Конечный приливный P _O2 составлял 105, а P _CO2 составлял 34 мм рт. Второй случай фокусируется на уравновешивании O ₂ между плазмой и эритроцитами при входе в артериальную область и влиянии разницы относительных скоростей между плазмой и эритроцитами на уравновешивание.Для исследования уравновешивания парциальное давление кислорода в плазме увеличивается с 25 до 100 мм рт. Ст. И наблюдаются переходные эффекты. Чтобы исследовать влияние относительной разности скоростей, импульсное увеличение плазмы P _O2 применяется на входе в конце потока, и разница между плазмой и RBC P _O2 количественно определяется по длине артериальной области.

39.3.1 Транспорт дыхательного газа

показывает, что цикл дыхания вызывает циклическое изменение парциальных давлений O ₂ и CO ₂ в бронхиолярном и альвеолярном воздухе и в капиллярной плазме.Распространение по дыхательным путям снижает величину колебаний. Парциальное давление CO ₂ в плазме практически не зависит от цикла вентиляции, поскольку оно буферизуется за счет большого пула бикарбоната в крови.

Отображает парциальные давления O ₂ и CO ₂ в плазменной области крови (pl), альвеолах (alv) и сжимаемых дыхательных путях (бронх).

Для загрузки красных кровяных телец (эритроцитов) кислородом кислород перемещается из хорошо перемешанного альвеолярного пространства через плазму в эритроциты по мере того, как эритроцит перемещается по длине капилляра.Относительные скорости этих процессов вызывают установление осевого и радиального градиента кислорода в легочных капиллярах. В нормальных условиях (указанных выше) большой градиент между плазмой и эритроцитами появляется, когда кровь входит в капилляр, и исчезает после того, как плазма и эритроциты пройдут ~ 40% длины капилляра (). Однако, если нормальная вентиляция (F _{alv, 0} ) и скорость перфузии (F ₀ ) увеличиваются в 3 раза (чтобы компенсировать соответствующее увеличение тканевого метаболизма O ₂ ), начальный градиент между плазмой и RBC увеличивается, и две области уравновешиваются только после прохождения ~ 80% длины капилляра.Пятикратное увеличение вентиляции и перфузии приводит к тому, что два компонента крови никогда не уравновешиваются в легочном капилляре.

Градиенты парциального давления кислорода между плазмой и эритроцитами (ΔP _O2 ) на конце выдоха для нормальной скорости вентиляции (F _{alv, 0} ) и кровотока (F ₀ ), а при вентиляции – крови поток и обмен веществ увеличиваются в 3 и 5 раз по сравнению с нормальными темпами.

ΔP _O2 = P _O2 (плазма) – P _O2 (RBC).

39.3.2 Нарушение равновесия между pO

Когда скорости эритроцитов и плазмы равны, тогда уравновешивание через мембрану эритроцитов происходит быстро с постоянной времени, определяемой PS _RBC / V _pl . Напротив, когда V _RBC / V _pl > 1, наблюдается постоянное неравновесие. Чтобы показать это, артериальный модуль изолирован от остальной части модели с замкнутым контуром и, начиная с уравновешенного P _O2 при 25 мм рт. Ст., Плазменный P _O2 увеличивается до 100 мм рт.Относительная скорость имеет значение 1,5, чтобы проиллюстрировать относительное неравновесие. В этом моделировании фронт концентрации прошел около 7 см. до уравновешивания концентраций эритроцитов и плазмы. Помимо этого, эритроциты около волнового фронта усиленной плазмы P _O2 , захватив O ₂ , продвигаются в центральном потоке перед фронтом плазмы и выпускают O ₂ в плазму, где находится P _O2 . все еще 25 мм рт. Этот процесс, когда эритроциты захватывают O ₂ за фронтом плазмы и затем высвобождают его, чтобы поднять плазму P _O2 , продолжается.На показаны графики ΔP _O2 через мембрану RBC как функцию положения вдоль аорты в 4 раза, с интервалом в одну десятую секунды после ступенчатого увеличения P _O2 в плазме при x = 0 и t = 0. Первоначально ΔP _O2 составляет ~ 75 мм рт. Ст., Но быстро рассеивается, когда плазма O ₂ попадает в огромный сток гемоглобина RBC. Затем, когда эритроциты, которые приняли кислород из плазмы, продвигаются впереди истощенного слоя плазмы, они имеют немного более высокий P _O2 , чем в плазме, которая вошла в трубку до импульсного увеличения, и, следовательно, теряют кислород в плазму. .Пик в ΔP _O2 проходит при V _RBC = 25 см / с. Этот пик ΔP _O2 очень мал, потому что пропускная способность для O ₂ в плазме настолько мала по сравнению с таковой для RBC. ΔP _O2 больше, когда эритроциты полностью загружены, когда они проходят через область, где кислород потребляется тканями; он высокий, когда крышка PS _{высока по сравнению с PS RBC , и низкая в обратной ситуации. Это имеет отношение к интерпретации плазменного P O2 , измеренного кислородзависимыми фосфоресцентными зондами [12].}

Разница в парциальном давлении O ₂ между эритроцитами и плазмой по длине сосуда для импульсного увеличения плазмы гауссовой формы P _O2 на входе в сосуд. Четыре кривые представляют импульс в четыре разных момента.

39.4 Выводы

Мы соединили вместе серию моделей газообмена кровь-ткань с моделью переноса газа в легких, чтобы описать дыхательный газообмен между легкими и тканями через циркулирующую кровь. Мы проиллюстрировали, что изменения в метаболизме, вызывающие увеличение продукции CO ₂ и потребления O ₂ , могут быть компенсированы одновременным увеличением вентиляции и перфузии.O ₂ градиенты между плазмой и эритроцитами могут сохраняться по длине легочного капилляра и в артериальной системе, потому что эритроциты имеют более высокие скорости, чем плазма. Модель идеально подходит для исследования вопросов, касающихся интегративного воздействия легочной вентиляции, кинетики химического связывания, сосудистого транспорта и тканевого метаболизма на дыхательный газообмен в организме.

Благодарность

Это исследование было поддержано NIH / BE-01973, EB 08407, HL 073598, HL088516 и NSF 0506477.Эрик Баттерворт предоставил J Sim поддержку и помощь в представлении этого кода модели на языке математического моделирования (MML). JSim и модель можно загрузить с www.physiome.org.

Список литературы

газовая биржа | Безграничная анатомия и физиология

Внешнее дыхание

Дыхание – это перенос кислорода к клеткам в тканях и перенос углекислого газа в противоположном направлении.

Цели обучения

Опишите четыре этапа внешнего респиратона

Основные выводы

Ключевые моменты

• Внешнее дыхание описывает обмен газов между внешней средой и кровотоком.
• Компоненты внешнего дыхания включают площадь альвеолярной поверхности, вентиляцию и перфузию, а также градиенты парциального давления.
• Градиенты частичного давления позволяют газам течь из областей с высоким давлением в области с более низким давлением.
• Вентиляция и перфузия в альвеолах должны быть сбалансированы для поддержания эффективного газообмена.

Ключевые термины

• пассивная диффузия : Чистое перемещение материала из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией без каких-либо затрат энергии.
• перфузия : кровоснабжение альвеолярных капилляров, которое необходимо уравновесить с помощью вентиляции.
• Равновесие : Скорость изменения газов в альвеолах и капиллярах становится равной друг другу в конце газообмена.

Внешнее дыхание

Внешнее дыхание – это формальный термин для обозначения газообмена. Он описывает как объемный поток воздуха в легкие и из легких, так и перенос кислорода и углекислого газа в кровоток посредством диффузии.В то время как основной поток воздуха из внешней среды происходит из-за изменений давления в легких, механизмы альвеолярного газообмена более сложны. Основными тремя компонентами внешнего дыхания являются площадь поверхности альвеолярной мембраны, градиенты парциального давления газов и соответствие перфузии и вентиляции.

Площадь

Альвеолы ​​имеют очень высокое отношение площади поверхности к объему, что обеспечивает эффективный газообмен. Альвеолы ​​покрыты капиллярами высокой плотности, которые обеспечивают множество мест для газообмена.

Стенки альвеолярной мембраны тонкие и покрыты жидким внеклеточным матриксом, который обеспечивает поверхность для диффузии молекул газа в воздухе легких, из которой они затем могут диффундировать в капилляры.

Градиенты парциального давления

Градиенты парциального давления (разница в парциальном давлении) позволяют загружать кислород в кровоток и выводить углекислый газ из кровотока. Эти два процесса происходят одновременно.

Газообмен в альвеолах : Внешнее дыхание является результатом градиентов парциального давления, площади альвеолярной поверхности и соответствия вентиляции и перфузии.

Кислород имеет градиент парциального давления около 60 мм рт. Ст. (100 мм рт. Ст. В альвеолярном воздухе и 40 мм рт. Ст. В деоксигенированной крови) и быстро диффундирует из альвеолярного воздуха в капилляр.

Равновесие между альвеолярным воздухом и капиллярами достигается быстро, в пределах первой трети длины капилляра в пределах одной трети секунды.Парциальное давление кислорода в насыщенной кислородом крови капилляра после кислородной нагрузки составляет около 100 мм рт.

Процесс аналогичен углекислому газу. Градиент парциального давления для углекислого газа намного меньше, чем для кислорода, и составляет всего 5 мм рт. Ст. (45 мм рт. Ст. В деоксигенированной крови и 40 мм рт. Ст. В альвеолярном воздухе).

Согласно закону Генри, большая растворимость углекислого газа в крови по сравнению с кислородом означает, что диффузия все еще будет происходить очень быстро, несмотря на более низкий градиент парциального давления.Равновесие между альвеолярным воздухом и капиллярами для углекислого газа достигается в пределах первой половины длины капилляров за полсекунды. Парциальное давление углекислого газа в крови, покидающей капилляры, составляет 40 мм рт.

Соответствие вентиляции и перфузии

Газообмен и кровоснабжение легких должны быть сбалансированы, чтобы способствовать эффективному внешнему дыханию. В то время как серьезное несоответствие вентиляции и перфузии указывает на тяжелое заболевание легких, незначительные дисбалансы можно исправить, поддерживая поток воздуха, который пропорционален капиллярному кровотоку, что поддерживает баланс вентиляции и перфузии.

Перфузия в капиллярах подстраивается под изменения PAO ₂ . Сужение дыхательных путей (например, из-за бронхоспазма при приступе астмы) приводит к снижению PAO ₂ , потому что поток воздуха в легкие замедляется.

В ответ на это артерии, снабжаемые суженными дыхательными путями, подвергаются вазоконрикции, уменьшая приток крови к этим альвеолам, так что перфузия не становится намного больше по сравнению со сниженной вентиляцией (тип несоответствия вентиляции и перфузии, называемый шунтом) .

В качестве альтернативы, вдыхание более высоких концентраций кислорода из кислородного баллона вызовет вазодилатацию и усиление перфузии крови в капиллярах.

Вентиляция регулируется в зависимости от изменений в PACO ₂ . Когда поток воздуха становится выше по сравнению с перфузией, PACO ₂ уменьшается, поэтому бронхиолы сужаются, чтобы поддерживать баланс между потоком воздуха (вентиляцией) и перфузией. Когда поток воздуха уменьшается, PACO ₂ увеличивается, поэтому бронхиолы расширяются для поддержания баланса.

Внутреннее дыхание

Клеточное дыхание – это метаболический процесс, при котором организм получает энергию за счет реакции кислорода с глюкозой.

Цели обучения

Опишите внутреннее (клеточное) дыхание

Основные выводы

Ключевые моменты

• Клеточное дыхание – это метаболический процесс, при котором организм получает энергию, реагируя кислородом с глюкозой с образованием воды, углекислого газа и аденозинтрифосфата (энергии).
• Три этапа клеточного дыхания – это гликолиз, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование.
• Углекислый газ – это продукт жизнедеятельности клеточного дыхания, который образуется из углерода в глюкозе и кислорода, используемого в клеточном дыхании.
• Внутреннее дыхание включает газообмен между кровотоком и тканями, а также клеточное дыхание.
• Газообмен в тканях является результатом площади поверхности ткани, градиентов парциального давления газа и перфузии крови в этих тканях.

Ключевые термины

• Клеточное дыхание : клеточный процесс производства аденозинтрифосфата (АТФ), воды и углекислого газа из глюкозы и кислорода.
• Окислительное фосфорилирование : заключительный этап клеточного фосфорилирования, на котором кислород используется для создания цепи переноса электронов, производящей большое количество АТФ из никотинамидадениндинуклеотида (НАДН).

Внутреннее дыхание относится к двум различным процессам.Первый – это обмен газов между кровотоком и тканями. Второй – это процесс клеточного дыхания, в ходе которого клетки используют кислород для выполнения основных метаболических функций.

Газообмен с тканями

В альвеолах происходит газообмен, так что кислород попадает в кровоток, а углекислый газ выгружается из кровотока. После этого кислород по легочной вене доставляется в левую часть сердца, которая перекачивает его в большой круг кровообращения.

Красные кровяные тельца переносят кислород в капилляры тканей тела. Кислород диффундирует в клетки тканей, а углекислый газ из клеток тканей попадает в кровоток.

Факторы, влияющие на газообмен в тканях, аналогичны факторам альвеолярного газообмена и включают градиенты парциального давления между кровью и тканями, перфузию крови в этих тканях и площади поверхности этих тканей. Каждый из этих факторов обычно увеличивает газообмен по мере увеличения этих факторов (т.е., большая диффузия кислорода в тканях с большей перфузией крови).

Что касается градиентов парциального давления в системных капиллярах, у них есть PaO ₂ 100 мм рт. Ст. И PaCO ₂ 40 мм рт. , что позволяет происходить газообмену.

Клеточное дыхание

Клеточное дыхание – это метаболический процесс, при котором организм получает энергию в результате реакции кислорода с глюкозой с образованием воды, углекислого газа и АТФ, который является функциональным источником энергии для клетки.Подача кислорода для клеточного дыхания происходит от внешнего дыхания дыхательной системы.

Обзор клеточного дыхания : Схема клеточного дыхания, включая гликолиз, цикл Кребса (также называемый циклом лимонной кислоты) и цепь переноса электронов.

Клеточное дыхание включает три основных этапа и происходит в основном в цитоплазме клетки и в митохондриях клетки. Общая формула клеточного дыхания:

1. Гликолиз: расщепление глюкозы на пируват, АТФ, H ₂ O и нагревание.
2. Цикл Кребса: производит НАДН из пирувата.
3. Окислительное фосфорилирование: производит АТФ из НАДН, кислорода и H +. Кислород играет роль электронного рецептора в цепи переноса электронов для производства АТФ.

Чистая формула клеточного дыхания:

[латекс] \ text {Глюкоза} +6 \ text {Oxygen} \ to {6} \ text {Углекислый газ} +6 \ text {Вода} +38 \ text {ATP} [/ latex]

Отходы диоксида углерода являются результатом разложения углерода глюкозы (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) с образованием промежуточных продуктов пирувата и НАДН, необходимых для производства АТФ в конце дыхания.Энергия, запасенная в АТФ, может затем использоваться для управления процессами, требующими энергии, включая биосинтез, перемещение или транспортировку молекул через клеточные мембраны.

Клеточное дыхание может происходить анаэробно без кислорода, например, в результате ферментации молочной кислоты. Человеческие клетки могут использовать ферментацию молочной кислоты в мышечной ткани во время физических упражнений, когда не хватает кислорода для питания тканей. Этот процесс очень неэффективен по сравнению с аэробным дыханием, поскольку без окислительного фосфорилирования клетка не может производить почти столько АТФ (2 АТФ по сравнению с 38 во время клеточного дыхания).

Транспорт кислорода

Гемоглобин является основным переносчиком кислорода с кислородсвязывающей способностью от 1,36 до 1,37 мл O ₂ на грамм Hgb.

Цели обучения

Опишите процесс переноса кислорода

Основные выводы

Ключевые моменты

• Около 98,5% кислорода в образце артериальной крови здорового человека, дышащего воздухом при давлении на уровне моря, связано с гемоглобином крови.
• Каждая молекула гемоглобина состоит из четырех гемовых групп.
• Кривая диссоциации кислорода показывает количество кислорода, насыщенного гемоглобином, для данного парциального давления кислорода.
• Кривая смещается вправо, когда сродство кислорода к связыванию с гемоглобином снижается, и смещается влево, когда его сродство к связыванию увеличивается.
• Сдвиг вправо происходит во время упражнений, снижения pH крови и повышения температуры, или во время анемии (также со смещением вниз).
• Сдвиг влево происходит при повышенном pH крови, понижении температуры или воздействии окиси углерода.

Ключевые термины

• гемоглобин : белок, обнаруженный в красных кровяных тельцах, который обеспечивает место связывания кислорода, чтобы транспортировать его к тканям тела.
• Кривая диссоциации : Кривая диссоциации кислород-гемоглобин отображает соотношение гемоглобина, насыщенного кислородом, на вертикальной оси в сравнении с парциальным давлением кислорода на горизонтальной оси.

Гемоглобин

Около 98,5% кислорода в образце артериальной крови здорового человека, дышащего воздухом при давлении на уровне моря, связано с гемоглобином крови (Hgb).Гемоглобин – это белок, содержащийся в красных кровяных тельцах (также называемых эритроцитами).

В одном эритроците содержится около 270 миллионов молекул гемоглобина, каждая из которых содержит 4 группы гема. Функция Hgb заключается в обеспечении места связывания кислорода для переноса кислорода по кровотоку в системные ткани для клеточного дыхания.

Гемоглобин : Гемоглобин представляет собой железосодержащий металлопротеин, транспортирующий кислород, в красных кровяных тельцах всех позвоночных.

Около 1,5% кислорода физически растворено в других жидкостях крови и не связано с Hgb. Его способность связывать кислород составляет от 1,36 до 1,37 мл O ₂ на грамм Hgb.

Кривая диссоциации оксигемоглобина

Процент кислорода, который насыщен в гемоглобине крови, обычно представлен кривой, которая показывает взаимосвязь между насыщением PaO ₂ и O ₂ . Насыщение O ₂ гемоглобином является показателем того, сколько O ₂ может достичь тканей тела.

Более высокое значение PaO ₂ означает более высокое насыщение крови кислородом. В нормальных условиях PaO ₂ в системной крови составляет 50%, около 26,6 мм рт. Ст .; это называется P ₅₀ .

Кривая начинает выходить на плато при PaO ₂ выше 60 мм рт. Ст., Что означает, что увеличение PaO ₂ после этой точки не приведет к значительному увеличению насыщения. Это также означает, что достигнута приблизительная пропускная способность гемоглобина по кислороду, и избыток кислорода не переходит в гемоглобин.

Пропускная способность может быть увеличена, если в систему добавлено больше гемоглобина, например, за счет большего образования красных кровяных телец на большой высоте или при переливании крови. Нижние области кривой показывают насыщение при разгрузке тканей кислородом.

Кривая диссоциации оксигемоглобина : Кривая диссоциации кислород-гемоглобин отображает процентное насыщение гемоглобина (ось Y) в зависимости от парциального давления кислорода в крови (PO ₂ ).Синяя кривая – стандартная кривая, а красная и зеленая кривые – сдвиги вправо и влево соответственно.

Кривая диссоциации оксигемоглобина может сдвигаться под действием множества факторов. Изменение P ₅₀ кривой является признаком того, что кривая диссоциации в целом сдвинулась. Сдвиги указывают на изменение сродства к связыванию кислорода с гемоглобином, что изменяет способность кислорода связываться с гемоглобином и оставаться с ним связанным (т. Е. Не высвобождаться из него).

Сдвиг вправо указывает на пониженное сродство к связыванию гемоглобина, так что меньше кислорода связывается с гемоглобином и больше кислорода выгружается из него в ткани. Кривая смещается вправо во время снижения pH крови (так называемого эффекта Бора), повышения температуры и, помимо прочего, во время физических упражнений.

Анемия (заболевание, характеризующееся снижением количества эритроцитов и меньшим количеством гемоглобина) также вызывает сдвиг вправо, но также меняет форму кривой так, что она перемещается вниз, а также в результате снижения уровня гемоглобина.

Сдвиг влево указывает на повышенное сродство к связыванию гемоглобина, так что больше кислорода связывается с гемоглобином, но меньше кислорода выгружается из него в ткани. Причины сдвига влево включают повышенный pH крови, пониженную температуру и воздействие окиси углерода. Окись углерода связывается с гемоглобином вместо кислорода, так что меньше кислорода достигает тканей; это может привести к летальному исходу, если будет достаточно серьезным.

Транспорт двуокиси углерода

CO ₂ переносится в крови тремя различными способами: растворенным в плазме, связанным с гемоглобином или в виде иона биоуглерода.

Цели обучения

Опишите процесс переноса углекислого газа

Основные выводы

Ключевые моменты

• Двуокись углерода транспортируется через кровоток либо растворяется в крови, связывается с гемоглобином, либо преобразуется в ионы бикарбоната.
• Эффект Холдейна – это уменьшение связывания диоксида углерода в гемоглобине из-за повышенного уровня кислорода и увеличения связывания диоксида углерода с гемоглобином из-за снижения уровня кислорода.
• CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃ → H ⁺ + HCO ₃ – реакция образования бикарбоната в плазме.
• Повышенный уровень углекислого газа означает повышенную кислотность крови, в то время как пониженный уровень двуокиси углерода означает повышенную кислотность крови.
• Реакция бикарбоната обратима, что позволяет бикарбонату снова превращаться в растворенный диоксид углерода и диффундировать из альвеол.

Ключевые термины

• эритроцит : тип клетки крови позвоночных, содержащий гемоглобин и переносящий кислород из легких в ткани; эритроцит.
• Бикарбонат : отрицательно заряженный ион, который накапливается в плазме, когда углекислый газ растворяется в воде и вступает с ней в реакцию. Он также действует как буфер для pH крови.
• карбоангидраза : фермент, катализирующий бикарбонатную реакцию в любом направлении.

Транспорт углекислого газа

Углекислый газ является продуктом клеточного дыхания и транспортируется от клеток тканей тела к альвеолам легких через кровоток.Углекислый газ переносится в кровь тремя различными путями.

Растворяется в плазме

Около 5% углекислого газа переносится в плазме крови в виде растворенных молекул CO ₂ , не связанных ни с чем другим. Углекислый газ имеет гораздо более высокую растворимость, чем кислород, что объясняет, почему в плазме растворяется относительно большее количество углекислого газа по сравнению с кислородом.

Связано с гемоглобином

Структура человеческого гемоглобина : Гемоглобин представляет собой тетрамер из альфа (красный) и бета (синий) субъединиц с железосодержащими гемовыми группами (зеленый).

В то время как кислород связывается с железом, содержащимся в геме гемоглобина, углекислый газ может связываться с аминокислотными цепями гемоглобина. Когда углекислый газ связывается с гемоглобином, он образует карбанимогемоглобин.

Таким путем переносится около 10% углекислого газа в организме человека. Карбанимогемоглобин придает эритроцитам голубоватый цвет, что является одной из причин, по которым вены, по которым течет дезоксигенированная кровь, кажутся синими.

Свойство гемоглобина, называемое эффектом Холдейна, гласит, что деоксигенированная кровь имеет повышенную способность переносить углекислый газ, тогда как насыщенная кислородом кровь имеет пониженную способность переносить углекислый газ.

Это свойство означает, что гемоглобин в основном переносит кислород в системный кровоток, пока он не выгружает этот кислород и не сможет переносить относительно большее количество углекислого газа. Это связано с повышенной способностью дезоксигенированной крови переносить углекислый газ, а также с углекислым газом, поступающим из тканей во время тканевого газообмена.

Бикарбонатные ионы

Большая часть (85%) углекислого газа перемещается с кровотоком в виде ионов бикарбоната. Реакция, описывающая образование ионов бикарбоната в крови:

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃ → H ⁺ + HCO ₃ –

Это означает, что диоксид углерода реагирует с водой с образованием угольной кислоты, которая диссоциирует в растворе с образованием ионов водорода и ионов бикарбоната.

Основным следствием этого процесса является то, что pH крови становится способом определения количества углекислого газа в крови. Это связано с тем, что если в организме увеличивается количество углекислого газа, это проявляется в повышении концентрации бикарбоната и повышенных концентраций ионов водорода, которые снижают pH крови и делают кровь более кислой.

И наоборот, если уровень углекислого газа снижается, в крови будет меньше растворенных бикарбонатов и ионов водорода, поэтому pH увеличится, и кровь станет более щелочной.Ионы бикарбоната действуют как буфер для pH крови, поэтому pH крови будет нейтральным, пока ионы бикарбоната и водорода сбалансированы.

Эта связь объясняет, как связаны частота вентиляции и химический состав крови, поскольку гипервентиляция вызывает алкалоз, а гиповентиляция вызывает ацидоз из-за вызываемых ими изменений уровня углекислого газа.

Бикарбонат также переносится в жидкостях тканей помимо кровеносных сосудов, особенно в двенадцатиперстной кишке и кишечнике, поэтому проблемы в этих органах могут вызывать реакцию дыхательной системы.

Транспортировка к альвеолам

После того, как углекислый газ проходит через кровоток в капилляры, покрывающие альвеолы ​​легких, с помощью любого из 3 перечисленных выше методов, он должен вернуться в растворенную форму углекислого газа, чтобы диффундировать через капилляр в альвеолы. Растворенный диоксид углерода уже способен диффундировать в альвеолы, а связанный с гемоглобином диоксид углерода выгружается в плазму.

Для углекислого газа, хранящегося в бикарбонате, он претерпевает обратную реакцию.Бикарбонат-ионы, растворенные в плазме, попадают в эритроциты, диффундируя через градиент хлорид-иона (заменяя хлорид внутри клетки) и объединяясь с водородом с образованием угольной кислоты.

Затем действие карбоангидразы расщепляет угольную кислоту в воде на углекислый газ, который покидает клетку путем диффузии. Затем растворенный диоксид углерода может диффундировать в альвеолы.

Структура, функции и заболевания легких

Альвеолы ​​- важная часть дыхательной системы.Дыхательная система – это часть вашего тела, которая помогает вам дышать.

Альвеолы ​​- это крошечные воздушные мешочки в форме воздушных шаров. Их задача – перемещать молекулы кислорода и углекислого газа (CO2) в ваш кровоток и из него.

В этой статье мы обсудим строение и функцию альвеол. Также будут описаны некоторые заболевания, которые могут повлиять на альвеолы.

Строение альвеол

Альвеолы ​​- это крошечные воздушные шары.Это самые маленькие образования в дыхательной системе.

Альвеолы ​​расположены в легких группами. Они сидят на концах ветвей вашего респираторного дерева. Этот термин используется для описания древовидной структуры проходов, по которым воздух попадает в легкие.

Стенки альвеол очень тонкие. Это позволяет кислороду и CO2 легко проходить между альвеолами и капиллярами, которые представляют собой очень маленькие кровеносные сосуды.

В одном кубическом миллиметре легочной ткани содержится около 170 альвеол.Легкие человека имеют площадь около 70 квадратных метров.

Хотя общее количество варьируется от человека к человеку, это означает, что в легких человека находятся миллионы альвеол.

Клетки альвеол

Альвеолы ​​состоят из клеток двух разных типов. У каждого типа разные функции:

• Пневмоциты I типа . Это клетки, отвечающие за обмен кислорода и СО2.
• Пневмоциты II типа .Эти клетки выполняют две важные функции. Они производят поверхностно-активное вещество, которое помогает сохранить форму шара от разрушения. Они также могут превращаться в клетки типа I для устранения повреждений.

Альвеолы ​​также содержат иммунные клетки, называемые альвеолярными макрофагами. Макрофаги подобны мусоровозам иммунной системы. Эти клетки фагоцитируют или поедают мусор.

Макрофаги очищают вдыхаемые частицы и попадают в альвеолы. Они также удаляют мертвые клетки и бактерии.

Что делают альвеолы ​​

Альвеолы ​​- конечная точка дыхательной системы. Дыхательный процесс начинается, когда вы вдыхаете воздух в рот или нос. Воздух проходит по трахее, также называемой дыхательным горлом. Затем воздух проходит через дыхательные пути, называемые бронхами, в легкие.

Оттуда воздух направляется через все меньшие и меньшие проходы, называемые бронхиолами. Воздух проходит через крошечный проток, называемый альвеолярным протоком, и, наконец, попадает в отдельную альвеолу.

Альвеолы ​​выстланы жидкостью, называемой поверхностно-активным веществом. Эта жидкость поддерживает форму воздушного мешка и помогает держать его открытым для прохождения кислорода и CO2.

В этот момент молекулы кислорода проходят через единственный слой клеток легких в альвеолах, а затем через слой отдельных клеток в капилляре и попадают в кровоток.

CO2 – это побочный продукт процесса в клетках, который использует кислород для производства энергии. Когда кислород выходит из альвеолы, в нее переходят молекулы СО2.Затем они выдыхаются из тела через нос или рот.

Дорлинг Киндерсли / Getty Images

Кислород может переходить из альвеол в капилляры, потому что концентрация кислорода в капиллярах ниже, чем в альвеолах.

Точно так же СО2 движется в другую сторону, потому что концентрация углекислого газа в альвеолах ниже, чем в капиллярах.

Ваша диафрагма – это мышца, контролирующая ваше дыхание.Когда вы вдыхаете, ваша диафрагма сокращается. Это создает отрицательное давление в груди, заставляя альвеолы ​​расширяться и втягивать воздух. Когда вы выдыхаете, ваша диафрагма расслабляется. Это заставляет альвеолы ​​отскакивать или отскакивать назад, выталкивая воздух.

Резюме

Альвеолы ​​обменивают кислород и углекислый газ в легких. Кислород необходим клеткам организма для выработки энергии. Двуокись углерода является побочным продуктом этого процесса.

Заболевания, поражающие альвеолы ​​

Определенные медицинские условия могут напрямую влиять на альвеолы.Это так называемые альвеолярные заболевания легких.

Эти заболевания могут вызвать воспаление и рубцевание альвеол. При некоторых заболеваниях они могут также наполняться водой, гноем или кровью. Воспаление или инфекция в альвеолах могут повредить их.

Альвеолы ​​будут функционировать правильно только в том случае, если они надуты на нужную величину. Некоторые состояния и травмы могут вызвать нарушение этого баланса:

• Избыточное растяжение : Это означает, что альвеолы ​​растянуты.Обычно этому препятствует система поддержки здоровой соединительной ткани. Использование искусственной вентиляции легких или респиратора, который помогает пациенту дышать, может вызвать чрезмерное растяжение.
• Дисфункция поверхностно-активного вещества : Поверхностно-активное вещество предотвращает схлопывание альвеол между вдохами. Заболевания, такие как респираторный дистресс-синдром у младенцев, могут вызывать проблемы с функцией сурфактанта. Это также могут быть определенные генетические условия. Эти проблемы могут вызвать коллапс альвеол, затрудняя работу легких.

Альвеолы ​​поражены рядом заболеваний. К ним относятся:

Пневмония

Пневмония – это легочная инфекция. Это может быть вызвано бактериями, вирусами или грибком. Пневмония вызывает воспаление альвеол в одном или обоих легких. Воспаленные альвеолы ​​наполняются гноем, что затрудняет дыхание.

Эмфизема

Эмфизема – это хроническое или длительное заболевание легких. Обычно он развивается у людей, долгое время курящих.У пациентов с эмфиземой есть воспаление легких. Это вызывает разрушение альвеол.

Оставшиеся альвеолы ​​тоже не работают. Они теряют способность растягиваться или возвращаться назад, когда пациент выдыхает. Это приводит к состоянию, называемому захватом воздуха, когда воздух остается в легких даже после выдоха.

У пациентов с эмфиземой обычно больше проблем с выдохом, чем с вдохом. Неспособность вытеснить воздух из легких приводит к большему растяжению альвеол.Это увеличивает потерю функции.

Туберкулез

Туберкулез (ТБ) – это инфекционное заболевание, вызываемое бактериями. Заболевание вызывает рост узелков (масс) в легочной ткани. Бактерии туберкулеза размножаются в альвеолах. Заболевание может вызвать разрушение альвеолярных клеток.

Альвеолярный протеиноз

Легочно-альвеолярный протеиноз (ЛАП) – редкое заболевание. PAP заставляет белки накапливаться в альвеолах. Чаще всего это аутоиммунное заболевание, при котором иммунная система атакует здоровые клетки.

ПАП обычно возникает у взрослых в возрасте от 20 до 50 лет. Это также может быть врожденным заболеванием. Врожденные состояния присутствуют при рождении.

Бронхиолоальвеолярный рак

Бронхиолоальвеолярная карцинома (БАК) – это тип рака легких. Это подтип аденокарциномы легких, одного из наиболее распространенных типов рака легких. БАК начинается в альвеолах и часто обнаруживается в одном или обоих легких.

Острый респираторный дистресс-синдром

Синдром острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС) – это опасное для жизни заболевание легких.При ОРДС жидкость накапливается в альвеолах. Это предотвращает попадание кислорода в легкие. ОРДС часто встречается у пациентов в критическом состоянии.

Респираторный дистресс-синдром

Респираторный дистресс-синдром (RDS) наблюдается у недоношенных детей. Младенцам, рожденным слишком рано, не хватает поверхностно-активного вещества, выстилающего альвеолы. Это означает, что для обмена кислорода и CO2 имеется меньшая площадь поверхности.

Отек легких

Отек легких – это состояние, вызванное избытком жидкости в легких.Эта жидкость скапливается в альвеолах и может вызвать дыхательную недостаточность. Дыхательная недостаточность – это когда ваша кровь не получает достаточно кислорода.

Резюме

Альвеолы ​​поражаются многими заболеваниями. Эти условия могут быть долгосрочными или краткосрочными. Некоторые из них могут привести к дыхательной недостаточности.

Как курение влияет на альвеолы ​​

Курение – важный фактор риска заболеваний легких. Табачный дым влияет на дыхательные пути на всех уровнях. Это включает альвеолы.

Сигаретный дым влияет на работу альвеол. Дым наносит ущерб на молекулярном уровне. Это нарушает способность вашего организма восстанавливаться после инфекции или травмы. Если воздействие дыма продолжается, повреждение альвеол продолжает ухудшаться.

Сводка

Альвеолы ​​- важная часть дыхательной системы. Они несут ответственность за перемещение кислорода в кровоток и за вывод CO2 из кровотока.

Заболевания, поражающие альвеолы, могут вызвать серьезные проблемы со здоровьем.К ним относятся хронические заболевания легких, такие как эмфизема и туберкулез. Некоторые виды рака также могут начаться в альвеолах.

Другие болезни, такие как пневмония, кратковременны, но все же серьезны. Некоторые состояния, поражающие альвеолы, могут привести к дыхательной недостаточности.

Курение – важный фактор риска заболеваний легких. Отказ от курения может снизить риск развития заболеваний, связанных с альвеолами.

Слово от Verywell

Альвеолы ​​выполняют одну из важнейших функций организма.Они являются воротами, через которые кислород попадает в кровоток. Они также являются основным путем выхода углекислого газа из организма.

Заболевания, повреждающие альвеолы, поражают все тело. Поврежденные альвеолы ​​доставляют к тканям меньше кислорода. Это называется гипоксией. Гипоксия может вызвать повреждение всех основных органов.

Часто задаваемые вопросы

• Что такое сурфактант?

  Легочный сурфактант – это жидкость, состоящая из фосфолипидов и белков, выстилающая альвеолы ​​в легких.Он помогает воздушным мешочкам сохранять свою форму и пропускает кислород и углекислый газ.

• Где происходит газообмен?

  Газообмен происходит в альвеолах, которые представляют собой крошечные баллонные образования в легких. Это когда кислород всасывается в кровоток и выделяется углекислый газ.

Тест на газы артериальной крови (ABG)

Обзор теста

Тест газов артериальной крови (ABG) измеряет кислотность (pH), а также уровни кислорода и углекислого газа в крови из артерии.Этот тест используется, чтобы узнать, насколько хорошо ваши легкие способны перемещать кислород в кровь и удалять из нее углекислый газ.

Когда кровь проходит через легкие, кислород перемещается в кровь, а углекислый газ выходит из крови в легкие. В тесте ABG используется кровь, взятая из артерии, где можно измерить уровни кислорода и углекислого газа до того, как они попадут в ткани тела. Размеры ABG:

Парциальное давление кислорода (PaO2).

Измеряет давление кислорода, растворенного в крови, и насколько хорошо кислород может перемещаться из воздушного пространства легких в кровь.

Парциальное давление диоксида углерода (PaCO2).

Измеряет давление углекислого газа, растворенного в крови, и то, насколько хорошо углекислый газ может выводиться из организма.

pH.

pH измеряет ионы водорода (H +) в крови. PH крови обычно составляет 7,35-7,45. PH ниже 7,0 называется кислотным, а pH больше 7.0 называется основным (щелочным). Итак, кровь немного проста.

Бикарбонат (HCO3).

Бикарбонат – это химическое вещество (буфер), которое не дает pH крови становиться слишком кислым или слишком щелочным.

Значения содержания кислорода (O2CT) и насыщения кислородом (O2Sat).

Содержание O2 определяет количество кислорода в крови. Насыщение кислородом определяет, сколько гемоглобина в красных кровяных тельцах переносит кислород (O2).

Кровь для теста ABG берется из артерии. Большинство других анализов крови проводится на образце крови, взятой из вены, после того, как кровь уже прошла через ткани тела, где кислород расходуется и образуется углекислый газ.

Почему это сделано

Анализ газов артериальной крови (ABG) делают по:

• Проверьте наличие серьезных проблем с дыханием и заболеваний легких, таких как астма, муковисцидоз или хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ).
• Посмотрите, насколько эффективно работает лечение заболеваний легких.
• Узнайте, нужен ли вам дополнительный кислород или помощь с дыханием (искусственная вентиляция легких).
• Узнайте, получаете ли вы нужное количество кислорода, когда используете кислород в больнице.
• Измеряет кислотно-щелочной уровень в крови людей с сердечной недостаточностью, почечной недостаточностью, неконтролируемым диабетом, нарушениями сна, тяжелыми инфекциями или передозировками наркотиков.

Как подготовить

• Если вы принимаете аспирин или другой разжижитель крови, спросите своего врача, следует ли вам прекратить его прием до сдачи анализа. Убедитесь, что вы точно понимаете, чего хочет от вас врач. Эти лекарства увеличивают риск кровотечения.
• Сообщите своему врачу ВСЕ лекарства, витамины, добавки и лечебные травы, которые вы принимаете. Некоторые из них могут увеличить риск проблем во время теста.Ваш врач скажет вам, следует ли вам прекратить принимать какие-либо из них до обследования и как скоро это сделать.
• Не курите непосредственно перед тестом и не вдыхайте пассивный дым.

Как это делается

Если вы проходите кислородную терапию, подачу кислорода можно отключить за 20 минут до анализа крови. Это называется тестом «воздух в помещении». Но если вы не можете дышать без кислорода, кислород не отключится.

Образец крови из артерии обычно берут с внутренней стороны запястья (лучевая артерия).Но его также можно взять из артерии в паху (бедренная артерия) или на внутренней стороне руки выше локтевой складки (плечевая артерия).

Если кровь берется из запястья, вы будете сидеть, вытянув руку и положив запястье на небольшую подушку. Медицинский работник, взявший кровь, может вращать вашей рукой вперед и назад и прощупывать пульс на вашем запястье.

Чтобы убедиться, что кровоток в руке нормальный, можно провести процедуру, называемую тестом Аллена.Анализ крови на кровь не будет проводиться на руке, используемой для диализа, или при наличии инфекции или воспаления в области места прокола.

Каково это

Забор крови из артерии более болезненный, чем из вены. Это потому, что артерии глубже и окружены нервами.

• Вы можете почувствовать головокружение, слабость, головокружение или тошноту, пока кровь берется из вашей артерии.
• Большинство людей чувствуют кратковременную острую боль, когда игла для забора крови входит в артерию.Если вам введут местный анестетик, вы можете вообще ничего не почувствовать от прокола иглой. Или вы можете почувствовать кратковременное покалывание или защемление, когда игла проходит через кожу.
• Вы можете почувствовать боль сильнее, если человеку, берущему кровь, трудно найти вашу артерию, если ваша артерия сужена или если вы очень чувствительны к боли.

Риски

При заборе крови из артерии вероятность возникновения проблем невысока.

• На этом участке может образоваться небольшой синяк.Вы можете снизить вероятность образования синяков, удерживая давление на этом месте в течение как минимум 10 минут после удаления иглы (дольше, если у вас проблемы с кровотечением или вы принимаете антикоагулянты).
• В редких случаях игла может повредить нерв или артерию. Это может привести к закупорке артерии.

Результаты

нормальный

В каждой лаборатории свой диапазон нормальных значений. В вашем лабораторном отчете должен быть указан диапазон, который ваша лаборатория использует для каждого теста.Нормальный диапазон – это просто ориентир. Ваш врач также рассмотрит ваши результаты в зависимости от вашего возраста, состояния здоровья и других факторов. Значение, выходящее за пределы нормального диапазона, может быть для вас нормальным.

Результаты обычно доступны сразу.

Также обычно указывается концентрация вдыхаемого кислорода, называемая долей вдыхаемого кислорода (FiO2). Это полезно только в том случае, если вы получаете кислородную терапию из баллона или находитесь на аппарате искусственной вентиляции легких.

Многие состояния могут изменять уровень газов в крови.Ваш врач поговорит с вами о любых отклонениях от нормы, которые могут быть связаны с вашими симптомами и состоянием здоровья в прошлом.

кредитов

Текущий по состоянию на: 26 октября 2020 г.

Автор: Healthwise Staff
Медицинский обзор:
Э. Грегори Томпсон, врач внутренних болезней
Адам Хусни, доктор медицины, семейная медицина
Элизабет Т.Руссо, доктор медицины – внутренние болезни

По состоянию на: 26 октября 2020 г.

Автор: Здоровый персонал

Медицинское обозрение: E. Грегори Томпсон, врач-терапевт, Адам Хусни, врач, семейная медицина, Элизабет Т. Руссо, врач-терапевт,

Дыхательная система – канал лучшего здоровья

Для выживания нашим клеткам нужен кислород.Одним из продуктов жизнедеятельности клеток является другой газ, называемый углекислым газом. Дыхательная система забирает кислород из воздуха, которым мы дышим, и удаляет нежелательный углекислый газ.

Главный орган дыхательной системы – легкие. Другие органы дыхания включают нос, трахею и дыхательные мышцы (диафрагму и межреберные мышцы).

Нос и трахея

Вдыхание через нос согревает и увлажняет вдыхаемый воздух.Волосы в носу помогают улавливать любые частицы пыли. Нагретый воздух попадает в легкие через дыхательное горло или трахею. Трахея представляет собой полую трубку, поддерживаемую кольцами хряща, чтобы предотвратить ее разрушение.

Легкие

Легкие находятся внутри грудной клетки, защищены грудной клеткой и покрыты мембраной, называемой плеврой. Легкие похожи на гигантские губки. Они заполнены тысячами трубок, ответвляющихся все меньше и меньше. Самыми маленькими компонентами являются воздушные мешочки, называемые «альвеолами».Каждый из них имеет тонкую сетку капилляров. Здесь происходит обмен кислорода и углекислого газа.

Дыхательные мышцы

Чтобы оставаться раздутыми, легкие полагаются на вакуум внутри грудной клетки. Диафрагма – это мышечный лист, расположенный под легкими. Когда мы дышим, диафрагма сжимается и расслабляется. Это изменение давления воздуха означает, что воздух «всасывается» в легкие при вдохе и «выталкивается» из легких при выдохе.

Межреберные мышцы между ребрами помогают изменять внутреннее давление, поднимая и расслабляя грудную клетку в ритме диафрагмы.

Газообмен

Кровь, содержащая углекислый газ, попадает в капилляры, выстилающие альвеолы. Газ перемещается из крови через тонкий слой влаги в воздушный мешок. Затем выдыхают углекислый газ.

При вдыхании кислород втягивается в альвеолы, где он попадает в кровь, используя ту же пленку влаги.

Речь и дыхательная система

Дыхательная система также позволяет нам говорить. Выдыхаемый воздух проходит по голосовым связкам внутри горла.Звук голоса зависит от:

• напряжения и длины голосовых связок
• формы груди
• количества выдыхаемого воздуха.

Проблемы дыхательной системы

Некоторые общие проблемы дыхательной системы включают:

• астма – хрипы и одышка, вызванные сужением дыхательных путей
• бронхит – воспаление более крупных дыхательных путей
• эмфизема легких – заболевание альвеолы ​​(воздушные мешочки) легких
• сенная лихорадка – аллергическая реакция на пыльцу, пыль или другие раздражители
• грипп – вызванный вирусами
• ларингит – воспаление голосового аппарата (гортани)
• пневмония – инфекция легкое.

Куда обратиться за помощью

Физиология человека – Дыхание

Дыхание

Дыхательная система:

• Основная функция – получение кислорода для использования клетками организма и удаление углекислый газ, который клетки производят
• Включает дыхательные пути, ведущие в легкие (и выходящие из них), а также легкие сами
• Путь воздуха: носовые полости (или полость рта)> глотка> трахея> первичный бронхи (правые и левые)> вторичные бронхи> третичные бронхи> бронхиолы > альвеолы ​​(место газообмена)

www.niehs.nih.gov/oc/factsheets/ozone/ithurts.htm

Дыхание

Обмен газов (O2 и CO2) Между альвеолами и кровью происходит простая диффузия: O2 диффундирует из альвеол в кровь и CO2 из крови в альвеолы. Для диффузии требуется градиент концентрации. Итак, концентрация (или давление) O2 в альвеолах должен поддерживаться на более высоком уровне, чем в крови, и концентрация (или давление) СО2 в альвеолах должно поддерживаться на уровне рычаг ниже, чем в крови.Делаем это, конечно, дыханием – постоянный приток свежего воздуха (с большим количеством O2 и небольшим количеством CO2) в легкие и альвеолы.

Дыхание это активный процесс, требующий сокращения скелетных мышц. Основные мышцы дыхания включают наружные межреберные мышцы (расположенные между ребра) и диафрагмы (лист мышцы, расположенный между грудной и брюшной полостями).

Наружные межреберные суставы плюс диафрагма сокращаются, вызывая вдохновение:

• Сокращение наружных межреберных мышц > подъем ребер и грудины> увеличенное расстояние между грудной клеткой спереди и сзади> снижает давление воздуха в легких> воздух попадает в легкие

• Сокращение диафрагмы > диафрагма движется вниз> увеличивает вертикальный размер грудной полости> снижает давление воздуха в легких> воздух попадает в легкие:

www.fda.gov/fdac/features/1999/emphside.html

Диафрагма

Для выдоха:

• расслабление наружных межреберных мышц и диафрагмы> возвращение диафрагма, ребра и грудина в положение покоя> восстанавливает грудной полость до прединспираторного объема> увеличивает давление в легких> воздух выдохнул

Внутриальвеолярное давление на вдохе и выдохе

По мере сокращения внешних межреберных промежутков и диафрагмы легкие расширяются.Расширение легких вызывает давление в легких (и альвеолах). стать немного отрицательным по отношению к атмосферному давлению. Как результат, воздух перемещается из области с более высоким давлением (воздух) в область с более низким давлением. давление (наши легкие и альвеолы). Во время выдоха дыхание расслабляются мышцы и уменьшается объем легких. Это вызывает давление в легкие (и альвеолы) становятся слегка положительными по отношению к атмосферному давлению. В результате из легких выходит воздух (посмотрите эту анимацию Макгроу-Хилла).

Стенки альвеол покрыты тонкой пленкой воды и это создает потенциальную проблему. Молекулы воды, в том числе на альвеолярные стенки больше тянутся друг к другу, чем к воздуху, и это притяжение создает силу, называемую поверхностным натяжением. Это поверхностное натяжение увеличивается по мере сближения молекул воды, что и происходит когда мы выдыхаем, и наши альвеолы ​​становятся меньше (как воздух, выходящий из воздушного шара). Потенциально поверхностное натяжение может вызвать коллапс альвеол и, кроме того, затруднит «повторное расширение» альвеол (при вдохе).Обе они будут представлять собой серьезные проблемы: если альвеолы ​​разрушатся, они будут не содержат воздуха и кислорода, который мог бы диффундировать в кровь и, в случае «повторного расширения» было труднее, вдыхание было бы очень и очень трудным, если не невозможным. К счастью, наши альвеолы ​​не разрушаются, и вдыхание относительно легко, потому что легкие вырабатывают вещество, называемое сурфактантом, которое снижает поверхностное натяжение.

Роль легких Поверхностно-активное вещество

• Поверхностно-активное вещество снижает поверхностное натяжение, которое:
• увеличивает растяжимость легких (уменьшая усилия, необходимые для расширения легкие)
• снижает склонность альвеол к разрушению

Обмен газов:

• обмен O2 и CO2 между внешняя среда и клетки тела
• эффективен, потому что альвеолы ​​и капилляры имеют очень тонкие стенки и очень много (в легких около 300 миллионов альвеол с общей поверхностью площадью около 75 квадратных метров)
• Внутреннее дыхание – внутриклеточное использование O2 для сделать ATP
• происходит простой диффузией по градиентам парциального давления

• это индивидуальное давление, оказываемое независимо от конкретного газа. в смеси газов.Воздух, которым мы дышим, представляет собой смесь газов: в первую очередь азот, кислород и углекислый газ. Итак, воздух в воздушный шар дует создает давление, которое заставляет воздушный шар расширяться (и это давление генерируется как все молекулы азота, кислорода и углекислого газа перемещаться и сталкиваться со стенками воздушного шара). Однако общая давление, создаваемое воздухом, частично связано с азотом, частично с кислородом, и частично в углекислый газ. Эта часть общего давления создается кислородом – это «парциальное давление» кислорода, в то время как давление, создаваемое кислородом. диоксид углерода – это «парциальное давление» диоксида углерода.Частичное газовое давление, следовательно, является мерой того, сколько газа присутствует (например, в крови или альвеолах).


• парциальное давление, оказываемое каждым газом в смеси, равно общему давление, умноженное на фракционный состав газа в смеси. Так, учитывая, что общее атмосферное давление (на уровне моря) составляет около 760 мм рт. и, кроме того, воздух содержит около 21% кислорода, тогда парциальное давление кислород в воздухе 0.21 умножить на 760 мм рт. Ст. Или 160 мм рт. Ст.
  

Парциальное давление O2 и CO2 в теле (нормальное состояние, в состоянии покоя): (проверьте эту анимацию МакГроу-Хилла)

• Альвеолы ​​
• PO2 = 100 мм рт. Ст.
• PCO2 = 40 мм рт. Ст.
• Альвеолярные капилляры
• Ввод альвеолярных капилляров
• PO2 = 40 мм рт. Ст. (Относительно низкое потому что эта кровь только что вернулась из системного кровообращения и потеряла большую часть кислорода)
• PCO2 = 45 мм рт. Ст. (Относительно высокое потому что кровь, возвращающаяся из системного кровообращения, забрала углекислый газ)

В альвеолярных капиллярах происходит диффузия газов: кислорода диффундирует из альвеол в кровь и углекислый газ из кровь в альвеолы.

• Выход из альвеолярных капилляров
• PO2 = 100 мм рт. Ст.
• PCO2 = 40 мм рт. Ст.

• Вход в системные капилляры
• PO2 = 100 мм рт. Ст.
• PCO2 = 40 мм рт. Ст.
• Клетки тела (в условиях покоя)
,00
• PO2 = 40 мм рт. Ст.
• PCO2 = 45 мм рт. Ст.

• Выход из системных капилляров
• PO2 = 40 мм рт. Ст.
• PCO2 = 45 мм рт. Ст.

Как кислород и углекислый газ транспортируются в крови?

• Кислород переносится кровью:

Поскольку почти весь кислород в крови переносится гемоглобином, соотношение между концентрацией (парциальным давлением) кислорода и насыщение гемоглобина (процент молекул гемоглобина, переносящих кислород) составляет важный.

Насыщение гемоглобина:

• степень, в которой гемоглобин в крови сочетается с O2
• зависит от РО2 в крови:

Связь между уровнем кислорода и насыщением гемоглобина обозначено кривой диссоциации (насыщения) кислород-гемоглобин (в график выше).Вы можете видеть, что при высоких парциальных давлениях O2 (см. Выше около 40 мм рт. ст.), сатурация гемоглобина остается довольно высокой (обычно около 75 – 80%). Этот довольно плоский участок диссоциации кислород-гемоглобин кривая называется «плато».

Напомним, что 40 мм рт. Ст. – типичное парциальное давление кислорода в клетки тела. Изучение кривой диссоциации кислород-гемоглобин показывает, что в условиях покоя только около 20-25% гемоглобина молекулы отдают кислород в системных капиллярах.Это важно (другими словами, «плато» имеет значение), потому что это означает, что вы имеют значительный запас кислорода. Другими словами, если вы станете более активен, и вашим клеткам нужно больше кислорода, кровь (молекулы гемоглобина) имеет много кислорода, чтобы обеспечить

Когда вы действительно станете более активными, парциальное давление кислорода в вашем (активные) клетки могут упасть ниже 40 мм рт. Посмотрите на кислород-гемоглобин кривая диссоциации показывает, что по мере снижения уровня кислорода насыщение гемоглобина также снижается – и резко снижается.Это означает, что кровь (гемоглобин) “выгружает” много кислорода активным клеткам – клеткам, которые, конечно, нуждаются в больше кислорода.

Факторы, влияющие на кривую диссоциации кислород-гемоглобин:

Кривая диссоциации кислород-гемоглобин “смещается” при определенных условиях. Эти факторы могут вызвать такой сдвиг:

• более низкий pH
• повышенная температура
• подробнее 2,3-дифосфоглицерат (DPG)
• повышенный уровень CO2

CO2 + h30 —–> h3CO3 —–> HCO3 ^– + H ⁺

и больше ионов водорода = более низкий (более кислый) pH.Итак, в активных тканях есть более высокий уровень CO2, более низкий pH и более высокий температуры. Кроме того, при более низком уровне PO2 эритроциты увеличивают выработку вещества, называемого 2,3-дифосфоглицератом. Эти меняющиеся условия (больше CO2, ниже pH, выше температура и др. 2,3-дифосфоглицерат) в активных тканях вызывают изменение структуры гемоглобина, что, в свою очередь, вызывает гемоглобин отказаться от кислорода. Другими словами, в активных тканях больше гемоглобина молекулы отдают кислород.Другими словами, Кривая диссоциации кислород-гемоглобин «сдвигается вправо» (как показано голубая кривая на графике ниже). Это означает, что при заданном частичном давление кислорода, процент насыщения гемоглобином должен быть ниже. Например, на графике ниже экстраполировать до «нормальной» кривой (зеленая кривая) от PO2 до 40, то более, и насыщение гемоглобином составляет около 75%. Затем экстраполируйте к «смещенной вправо» (голубой) кривой от PO2 40, затем выше, и насыщение гемоглобином составляет около 60%.Итак, смена вправо ‘на кривой диссоциации кислород-гемоглобин (показанной выше) означает, что гемоглобин выделяет больше кислорода – именно то, что нужно клетками активной ткани!

Углекислый газ – переносится из клеток организма обратно в легкие как:

1 – бикарбонат (HCO3) – 60%
• образуется при объединении CO2 (выделяемого клетками, производящими АТФ) с h3O (из-за фермента красных кровяных телец, называемого карбоангидраза), как показано на диаграмме ниже
2 – карбаминогемоглобин – 30%
• образуется при соединении CO2 с гемоглобином (гемоглобин молекулы, которые отказались от кислорода)
3 – растворен в плазме – 10%

Транспорт углекислого газа

Обмен СО2 в альвеолах

Контроль дыхания

Ваша частота дыхания меняется.Когда активен, например, ваш респираторный курс идет вверх; когда менее активен или спит, скорость идет вниз. Кроме того, несмотря на то, что дыхательные мышцы работают произвольно, вы не можете сознательно контролируйте их, когда спите. Итак, как частота дыхания изменено и как контролируется дыхание, когда вы не осознанно думаешь о дыхании?

Ритмичность центр мозгового вещества:

• контролирует автоматическое дыхание
• состоит из взаимодействующих нейронов, которые срабатывают либо во время вдоха (I нейронов) или истечения (E нейроны)
• I нейроны – стимулируют нейроны, которые иннервируют дыхательные мышцы (чтобы о вдохновении)
• E нейроны – подавляют I нейроны (чтобы “ выключить ” I нейроны и принести об истечении срока)

Пневмотаксический центр (также расположенный в мосту) – подавляет апнейстический центр и подавляет вдох

Факторы, участвующие в увеличении частоты дыхания

• Хеморецепторы – расположены в аорте и сонных артериях (периферические хеморецепторы) & в мозговом веществе (центральные хеморецепторы)
• Хеморецепторы (больше стимулируются повышенным уровнем СО2 чем за счет снижения уровня O2)> стимулировать ритмичность Площадь> Результат = учащение дыхания

Тяжелые упражнения ==> значительно увеличивает частоту дыхания

Механизм?

• НЕ повышенный СО2
• Возможные факторы:
• рефлексы, возникающие при движениях тела (проприорецепторы)
• высвобождение адреналина (во время тренировки)
• импульсов коры головного мозга (могут одновременно стимулировать ритмичность области и двигательных нейронов)
  

Ссылки по теме:

Дыхательная система

Введение к Анатомия: Дыхательная система

Назад к программе BIO 301

Лекция Примечания 1 – Структура клетки и метаболизм

Лекция Примечания 2 – Нейроны и нервная система I

Лекция Примечания 2b – Нейроны и нервная система II

Лекция Примечания 3 – Мышца

Лекция Примечания 4 – Защита крови и тела I

Лекция Примечания 4b – Защита крови и тела II

Лекция Примечания 5 – Сердечно-сосудистая система