Физиология дыхательной системы: функции легких

Функции легких

Основная функция легких — дыхательная.

Выделяют так называемые недыхательные функции легких.

1. Защитная
— барьерная
А. при вдыхании задерживаются механические частицы, кото­рые потом удаляются ресничками мерцательного эпителия; ос­новную роль в удалении «вредностей», попавших в лёгкие с воз­духом, играют мукоцилиарный и кашлевой механизмы;
Б. инактивация биологически активных веществ — эндотелий капилляров легких инактивирует за счет поглощения или фер­ментного расщепления многие биологически активные вещества, циркулирующие в крови: серотонина, брадикинина, адреналина, ацетилхолина, простагландинов;

— очистительная

А. очистка воздуха
Эта функция выполняется и дыхательными путями, и альвео­лярной тканью. Воздух очищается не только от механических примесей, но и от микроорганизмов, токсичных газов и аллерге­нов. В очистке воздуха активно участвуют альвеолярные макро­фаги, относящиеся к мононуклеарным фагоцитам. Они контак­тируют с попавшими в лёгкие примесями и не только фагоцити­руют их, но и модулируют многие иммунные реакции, в частнос­ти лимфоцитарные, особенно Т- лимфоцитов.

Большое значение в иммунной защите организма от воздушных вредностей имеют иммуноглобулины IgA, IgG и др. IgA, концен­трация которого в слизи, покрывающей альвеолы и дыхательные пути, выше, чем в крови, действует главным образом в цен­тральных дыхательных путях, тогда как IgG — в  периферических отделах лёгких. Эти и другие иммуноглобулины обладают про­тивовирусной активностью и опсониновой — подготавливают механические примеси к фагоцитозу и другим механизмам унич­тожения. Один из главных механизмов фагоцитарной активности — свободнорадикальное окисление, так называемая респира­торная вспышка, или дыхательный ожог.

Б. очистка крови от механических примесей.
Сравнение артериальной и венозной крови показывает, что при­текающая в лёгкие кровь содержит конгломераты клеток и час- тип. мелкие свертки фибрина, деформированные клетки, микро- эмболы жира и другие механические примеси, которые не про­пускаются дальше лёгочных капилляров и отсутствуют в артери­альной крови.

Лёгкие являются не простым механическим фильтром: задер­жанные продукты подвергаются деструкции и метаболизму, для чего в лёгких имеются многообразные ферментативные системы.

2. Метаболическая.

В лёгких много протеолитических ферментативных систем. Туч­ные клетки альвеол, которые продуцируют гепарин, выделяют в альвеолы и кровоток некоторые протеолитические ферменты протеазу, химотрипсин и др. Многие протеолитические и липо­литические ферменты выделяются альвеолярными макрофагами. Эмульгированный жир, жирные кислоты и глицериды, попа­дающие в венозный кровоток главным образом через грудной лимфатический проток, почти полностью гидролизуются в лёг­ких, не проникая дальше лёгочных капилляров.

Частным случаем белкового и жирового обмена в лёгких является продукция альвеолярными клетками сурфактанта комплекса веществ, обеспечивающего нормальные энергетические затраты для вентиляции лёгких, а также защитные и противоотечные свойства альвеолярной поверхности.

3. Терморегуляторная.

При снижении температуры в легких активируются экзотерми­ческие процессы (химическая теплопродукция), одновременно уменьшается капиллярный кровоток — физическая теплоотдача,

4. Секреторная.

— железы и секреторные клетки продуцируют 300-400 мл в сутки серозно-мукоидного секрета, который выполняет защитную функцию;
— эндокринная функция: синтез простагландинов, гепарина, тромбопластина, гистамина, серотонина, тромбоксана В₂, факторов свертывания VII и VIII и других биологически активных веществ.

5. Экскреторная.

Помимо того, что лёгкие удаляют СО₂ и воду, извлекают из кровотока вещества, выполнившие свою роль на периферии (норадреналин, брадикинин и др.), они очищают организм от мно­гих медикаментов, токсинов, продуктов деструкции и метабо­лизма. Например, такие медикаменты, как аминазин, лидокаин, анаприлин, фентанил м многие другие перерабатываются и уда­ляются лёгкими.

6. Всасывательная.

Хорошо всасывается эфир, хлорформ. Возможен ингаляцион­ный путь введения паров и аэрозолей ряда лекарственных пре­паратов.

7. Поддержание кислотно-основного баланса.

Удаляя из организма СО₂, лёгкие вместе с карбонатной системой поддерживают pH на нормальное уровне. Но это не единст­венный механизм, которым лёгкие обеспечивают кислотно-­основное равновесие, В лёгких происходит образование и гидро­лиз молочной кислоты, образующейся в них из глюкозы. При ацидозе лёгкие извлекают из крови молочную кислоту, а при алкалозе — наоборот — отдают.

8. Участие лёгких в гемодинамика

Лёгкие являются резервуаром крови, как бы включённым в сис­тему кровообращения между правой и левой половинами сер­дечного насоса. При отсутствии такого резервуара был бы не­возможен непрерывный кровоток (вследствие разнонаправленно­го воздействия внутригрудного давления на правую и левую по­ловины сердца при каждом вдохе и выдохе, особенно во время ИВЛ). Кроме того, лёгкие участвуют в регуляции кровообраще­ния, продуцируя ангиотензин II, гемодинамическая активность которого в десятки раз превышает активность норадреналина. Неадекватность этой недыхательной функции лёгких сказывает­ся на системе кровообращения и нередко ведёт к дыхательной недостаточности, чаще всего проявляющейся в виде сердечной астмы и кардиогенного отёка лёгких.

Внешнее дыхание

Рисунок 4. Механизм дыхательных дви­жений (по А. В. Коробкову и С. А. Чесноковой, 1986), a — участие диафрагмы и мышц брюшного пресса в дыхательных движениях, б — изменение объема грудной клетки при сокращении межреберных мышц, в — опыт Ф. Дондерса, иллюстри­рующий участие диафрагмы в дыхании.

Ритмические движения грудной клетки способствуют вентиляции воздуха в легких и поддерживают постоянство его состава. Притекающая к легким венозная кровь освобождается здесь от углекислого газа и насыщается кислородом. Все процессы, происходящие в легких, называются внешним дыханием.

Легочная вентиляция определяется следующими факторами (А. П. Зильбер):
— механическим аппаратом вентиляции, который, в первую очередь, зависит от активности дыхательных мышц, их нервной ре­гуляции и подвижности стенок грудной клетки
— эластичностью и растяжимостью легочной ткани;
— проходимостью дыхательных путей;
— внутрилегочным распределением газа и адекватностью этого распределения перфузии различных отделов легкого.

Грудная клетка является герметической полостью для легких. Движения грудной клетки механически обеспечивают вентиля­цию легких — наполнение их чистым атмосферным воздухом: вдох; изгнание богатого углекислым газом альвеолярного возду­ха из легких: выдох. Т.е. дыхательные движения обеспечивают вдох и выдох — увеличение и уменьшение объема легких.

Различают основные и вспомогательные дыхательные мыш­цы. Основные мышцы выполняют спокойное дыхание, а вспомо­гательные присоединяются к ним для осуществления более глу­бокого, форсированного дыхания. Основными инспираторными мышцами (обеспечивают вдох) являются диафрагма, наружные межреберные и внутренние межхрящевые мышцы. К вспомога­тельным инспираторным мышцам относятся все мышцы, при­крепляющиеся одним концом к ребрам, грудине, а другим к кос­тя черепа, плечевого пояса или к вышележащему позвонку. Это следующая группа мышц: большие и малые грудные, лестнич­ные, грудино-ключично-сосцевидные, трапецивидные, поднимающие лопатку. Вспомогательными экспираторными мышца­ми (обеспечивают выдох) являются внутренние межреберные мышцы и мышцы брюшной стенки; участвуют при форсирован­ном выдохе. В состоянии покоя выдох осуществляется пассивно.

Важную роль в процессе дыхания играет отрицательное давле­ние в плевральной щели — это величина, на которую давление в плевральной щели ниже атмосферного. В норме это (- 5)- (- 9) мм.рт.ст. Таким образом, реальное давление в плевральной щели составляет 752- 756 мм.рт.ст. и зависит от фазы дыхательного цикла. При максимальном вдохе отрицательное давление возрас­тает до — 20 мм.рт.ст., при максимальном выдохе — приближается к нулю, становится почти равным атмосферному.

Значение отрицательного давления в плевральной полости за­ключается в том, что оно обеспечивает сжатие грудной клетки при выдохе и куполообразное положение диафрагмы, так как давление в брюшной полости несколько выше атмосферного за счет тонуса мышц стенки живота, а в грудной полости оно ниже атмосферного.

Отрицательное давление в плевральной щели обусловлено так называемой эластической тягой легких — силой, с которой лег­кие постоянно стремятся уменьшить свой объем. Эластическая тяга легких обусловлена двумя причинами:
— наличием в стенке альвеол большого количества эластических и коллагеновых волокон, гладкими мышцами сосудов легких;
— поверхностным натяжением пленки жидкости, которой покры­та внутренняя поверхность стенок альвеол.

Сурфактантом – это вещество, покрывающее внутреннюю поверхность альвеол. Сурфактант имеет низкое поверхностное натяжение и стабилизирует состояние альвеол, а именно, при вдохе он предохраняет альвеолы от перерастяжения (молекулы сурфактанта расположены далеко друг от друга, что сопровожда­ется повышением величины поверхностного натяжения), а при выдохе — от спадения (молекулы сурфактанта расположены близко друг к другу, что сопровождается снижением величины поверхностного натяжения).

Важнейшими физиологическими функциями сурфактанта явля­ются:

1. увеличение растяжимости легкого благодаря снижению сил поверхностного натяжения;
2. уменьшение вероятности падения (коллапса) альвеол во время выдоха, поскольку при малых объемах легкого (в конце выдоха) его активность максимальна, а силы поверхностного натяжения минимальны;
3. предотвращение перераспределения воздуха из более мелких альвеол в более крупные (согласно закону Лапласа).

Эластические свойства грудной стенки, также оказывают боль­шое влияние на характер легочной вентиляции; определяются состоянием костного скелета, межреберных мышц, мягких тка­ней и париетальной плевры.

Рисунок 5. Эластическая отдача грудной стенки (Рэл гр) во время дыхания, а — мини­мальный объем легких (максимальный выдох и начало вдоха), б — объем лихих около 60% от ЖЕЛ (середина вдоха), в — максимальный объем легкого (окончание вдоха)

Проходимость дыхательных путей во многом зависит от нор­мального дренирования трахеобронхиального секрета, что обес­печивается, прежде всего функционированием механизма мукоцилиарного очищения и нормальным кашлевым рефлексом.

Неравномерность вентиляции легких, существующая в норме, определяется неоднородностью механических свойств легочной ткани. Наиболее активно вентилируются базальные отделы лег­ких, в меньшей степени — их верхние отделы.

Неэластические свойства аппарата вентиляции также играют роль в осуществлении легочной вентиляции; включают неэла­стическое (фрикционное) сопротивление грудной клетки, неэла­стическое (фрикционное) сопротивление легочной ткани, брон­хиальное сопротивление (возникает при движении воздуха по трахеобронхиальным путям), инерционное сопротивление легких и грудной клетки.