Биомеханика внешнего дыхания.

Биомеханика внешнего
дыхания.
Работу выполнила
Лукашевич Ксения
13604/1
Газообмен.


Газообмен между альвеолярной газовой смесью и атмосферным
воздухом, обеспечивающий эффективную диффузию кислорода и
углекислого газа через альвеолокапиллярную мембрану,
осуществляется благодаря работе аппарата вентиляции, который
состоит из двух анатомофизиологических образований: грудной клетки
с дыхательными мышцами и легких с дыхательными путями.
Грудная клетка представляет собой жесткий подвижный футляр для
легких, сердца и сосудов, обладающий упругостью. Грудная клетка
активно изменяет свой объем посредством сокращения диафрагмы и
других дыхательных мышц. При сокращении диафрагмы увеличивается
объем грудной клетки, а вслед за нею и легких. По закону БойляМариотта (p*v=const), увеличение объема легких сопровождается
понижением давления внутри них. Оно становится ниже атмосферного,
и воздух засасывается внутрь легких (в альвеолы). Так совершается
вдох.
Вдох.


При вдохе воздух поступает в трахею и затем по бронхам достигает
альвеол. Все дыхательные пути в совокупности составляют
разветвленную дыхательную трубку. В ней рассчитывают суммарные
поперечные сечения каждой генерации бронхов.
При сплошном потоке воздуха по воздухоносным путям в
физиологических условиях он не сжимается, и поэтому выполняется
условие неразрывности струи: при сплошном течении несжимаемой
среды через любое сечение струи в единицу времени переносятся
одинаковые объемы перемещаемой среды. Применительно к
разветвленной дыхательной трубке это означает, что величина Q=V/t
(объемная скорость воздушного потока) одинакова во всех ее
суммарных поперечных сечениях. Между объемной (Q) и линейной (v)
скоростями воздушного потока установлена следующая зависимость:
Q= s*v, где s-площадь суммарного сечения данной генерации бронхов.
Отсюда следует вывод, что линейная скорость воздушного потока
неодинакова в разных местах разветвленной дыхательной трубки. При
спокойном дыхании глубина вдоха на 70-80% обеспечивается
сокращением диафрагмы, а на 20-30% - сокращением наружных
межреберных мышц.
Схема разветвленной дыхательной
трубки.
Выдох.

В форсированный выдох наибольший вклад вносят внутренние
межреберные мышцы и мышцы живота (брюшной пресс). При
спокойном дыхании сокращение дыхательных мышц обеспечивает
только вдох, а выдох совершается пассивно – за счет возникновения
(при вдохе) силы упругости как в легких, так и в тканях грудной
клетки.
Схема процессов, обеспечивающих
вентиляцию легких.
-
-
Акт вдоха: поступление нервного импульса к дыхательным мышцам;
синаптическая (нервно-мышечная) передача; сокращение дыхательных
мышц; увеличение объема грудной полости; увеличение объема
легких; снижение давления в легких (по закону Бойля-Мариотта);
всасывание воздуха из атмосферы в легкие.
Акт выдоха: расслабление дыхательных мышц (вслед за сокращением
при вдохе); уменьшение объема грудной полости; уменьшение объема
легких; повышение давления в легких (по закону Бойля-Мариотта);
выдавливание воздуха из легких в атмосферу.
ЭТЛ.



Сила упругости в легких, которая заставляет их спадаться на выдохе,
называется эластической тягой легких (ЭТЛ). Она имеет два основных
компонента: во-первых, тканям легких присущи упругие свойства, вовторых, сила поверхностного натяжения.
Сила поверхностного натяжения, возникающая на границе между
альвеолярной газовой смесью и внутренней поверхностью альвеол.
Давление (p), создаваемое поверхностным натяжением, вычисляют по
формуле Лапласа: p=2δ/r, где r- радиус альвеолы; δ – коэффициент
поверхностного натяжения.
Под действием этого давления газы, находящиеся в альвеоле и
сжимаемые им, стремятся покинуть ее и выйти через дыхательные пути
наружу. Давление достигает на вдохе 800Па. Им обеспечивается от 50
до 70% всей энергии вдоха. Вторая часть приходится на силу
упругости, развивающуюся при деформации легочной паренхимы,
воздухоносных путей и тканей грудной клетки.
Сила упругости.

Зависимость силы упругости, возникающей при деформациях легочной
паренхимы и стенок воздухоносных путей, от величины деформации
описывается линейными функциями. Упругость обусловлена
преимущественно эластическими волокнами, растягивающимися в
легочной паренхиме при дыхании (на вдохе). При этом коллагеновые
волокна, уложенные волнообразно, только распрямляются, но не
растягиваются. Их миссия состоит в обеспечении прочности. Легкие
ведут себя как тела, обладающие пластичностью.
Энергия.


Энергия сокращающихся мышц затрачивается не только на
преодоление эластического сопротивления грудной клетки и легких. За
счет этой энергии преодолевается сопротивление дыхательных путей
движению воздуха по ним. При спокойном дыхании в бронхах
преобладает ламинарный воздушный поток. Когда легочная
вентиляция усиливается (например, во время физической работы) или
возникает спазм бронхов, движение воздуха может стать
турбулентным. Это ведет к усилению затрат энергии, связанных с
дыхательными движениями.
Энергия, затрачиваемая дыхательной мускулатурой на осуществление
спокойного дыхания, ежеминутно составляет 2-3,5Дж, причем 70%
этой энергии расходуется на преодоление эластического
сопротивления грудной клетки и легочной ткани, а 30% идут на
совершение работы по перемещению воздуха против сил трения.
Благодаря работе дыхательных мышц преодолевается легочный
резистанс, т.е сопротивление воздухоносных путей колебаниям потока
воздуха в них. Величина, обратная легочному резистансу, называется
растяжимостью (комплансом).


Затраты энергии на преодоление эластического сопротивления органов
дыхания почти не зависят от скорости движения воздуха, а значит, и
от частоты дыхания. Они определяются объемом воздуха,
поступающего в легкие при вдохе, т.е глубиной дыхания.
В условиях физического покоя глубина дыхания (дыхательный объем)
составляет 0,5л, а частота – 12-16 мин^-1. произведение глубины
дыхания на его частоту (а расчете на 1 мин) определяет минутный
объем дыхания (МОД). При спокойном дыхании он составляет 6-8
л*мин^-1, а при тяжелой физической нагрузке увеличивается более
чем до 100 л*мин^-1 благодаря углублению и учащению дыхания.
Используемая литература.

В.О. Самойлов. Учебник для ВУЗов «Медицинская биофизика».
Спасибо за внимание!