Принципы организации функциональной системы дыхания.

Дыхание как одну из функций организма осуществляет функциональная система дыхания, которая, в свою очередь, может быть подразделена на несколько звеньев:

1. система легочного (внешнего) дыхания, осуществляющая газообмен между наружной и внутренней средой организма (воздухом и кровью);
2. система кровообращения, обеспечивающая транспорт газов к тканям и от них, а также рациональное распределение крови в организме;
3. кровь, которая осуществляет перенос газов от легких к тканям;
4. система внутреннего (тканевого) дыхания — комплекс окислительных ферментов и тканевых переносчиков углекислоты, осуществляющий непосредственный процесс внутриклеточного окисления;
5. нейрогуморальный аппарат регуляции процесса дыхания на различных уровнях.

Функциональная система дыхания включает внутреннее, внешнее и поведенческое звенья саморегуляции.

1. Внешнее дыхание - это газообмен между организмом и окружающим его атмосферным воздухом. Аппарат внешнего дыхания включает в себя дыхательные пути, легкие, плевру, скелет грудной клетки и ее мышцы, а также диафрагму. Основной функцией аппарата внешнего дыхания является обеспечение организма кислородом и освобождение его от избытка углекислого газа.

2. Транспорт газов осуществляется кровью. Он обеспечивается разностью парциального давления газов по пути их следования: кислорода от легких к тканям, углекислого газа от клеток к легким.

3. Внутреннее или тканевое дыхание также может быть разделено на два этапа. Первый этап - обмен газов между кровью и тканями. Второй - потребление кислорода клетками и выделение ими углекислого газа (клеточное дыхание).

4. Поведенческое звено саморегуляции проявляется, как правило только в экстремальных условиях жизнедеятельности, связанных с увеличением в атмосферном воздухе концентрации СО2 и уменьшением О2. В нормальных условиях оптимальным считается содержание во вдыхаемом воздухе 21% кислорода и 0,03% углекислого газа.

Взаимодействие различных показателей внутренней среды, обеспечиваемое деятельностью различных функциональных систем, создает динамическое состояние гомеостазиса. Хеморецепторы газового состояния крови находятся в сосудистой стенке практически всех тканей организма. Значительное их количество находится в дуге аорты, бифуркации общей сонной артерии. Особую группу составляют центральные хеморецепторы газовых показателей (их наличие доказывает опыт Фредерика с перекрестным кровообращением).

Во внутреннее звено саморегуляции дыхания включается и сердце: изменяется частота и сила сердцебиений, систолический и минутный объем. Также изменяется скорость кровотока и величина кровяного давления. Меняются свойства крови: количество эритроцитов, гемоглобина, кислородная емкость и т.д. Активируется эритропоэз. Накапливающаяся в организме при гипоксии и асфиксии двуокись углерода активно выделяется почками и секретами пищеварительных желез, а также путем потоотделения. При этом активно включаются гормональные механизмы.

Внешнее звено саморегуляции дыхательной системы осуществляется с помощью дыхательного аппарата, приспособительным результатом является сохранение постоянного газового состава альвеолярного воздуха. Только изменение концентрации СО2 в альвеолярном воздухе ведет к изменениям легочной вентиляции.

В гуморальной регуляции дыхания принимают участие хеморецепторы, расположенные в сосудах и продолговатом мозге. Периферические хеморецепторы находятся в стенке дуги аорты и каротидных синусов. Они реагируют на напряжение углекислого газа и кислорода в крови. Повышение напряжения углекислого газа называется гиперкапнией, понижение гипокапнией. Даже при нормальном напряжении углекислого газа рецепторы находятся в возбужденном состоянии. При гиперкапнии частота нервных импульсов идущих от них к бульбарному центру возрастает. Частота и глубина дыхания увеличиваются. При снижении напряжения кислорода в крови, т.е. гипоксемии, хеморецепторы также возбуждаются и дыхание усиливается. Причем периферические хеморецепторы более чувствительны к недостатку кислорода, чем избытку углекислоты.

Центральные или медуллярные хеморецепторные нейроны располагаются на переднебоковых поверхностях продолговатого мозга. От них идут волокна к нейронам дыхательного центра. Эти рецепторные нейроны чувствительны к катионам водорода. Гематоэнцефалический барьер хорошо проницаем для углекислого газа и лишь незначительно для протонов. Поэтому рецепторы реагируют на протоны, которые накапливаются в межклеточной и спинномозговой жидкости в результате поступления в них углекислого газа. Под влиянием катионов водорода на центральные хеморецепторы резко усиливается биоэлектрическая активность инспираторных и экспираторных нейронов. Дыхание учащается и углубляется. Медуллярные рецепторные нейроны более чувствительны к повышению напряжения углекислого газа.

Механизм активации инспираторных нейронов дыхательного центра лежит в основе первого вдоха новорожденного. После перевязки пуповины в его крови накапливается углекислый газ и снижается содержание кислорода. Возбуждаются хеморецепторы сосудистых рефлексогенных зон, активируются инспираторные нейроны, сокращаются инспираторные мышцы, происходит вдох. Начинается ритмическое дыхание.