ТРАНСПОРТ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА: 56) Опишите транспорт двуокиси углерода от клеток до окружающей

Углекислый газ в организме человека: образование, транспорт кровью, влияние на здоровье

ТРАНСПОРТ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА: 56) Опишите транспорт двуокиси углерода от клеток до окружающей

Из курса биологии (анатомии) школьной программы известно, что наш организм дышит кислородом (O2). Однако на уроках не рассматривается вопрос о том, какое значение имеет углекислый газ в крови для нашего здоровья? Многие не знают, что CO2 влияет на здоровье всех органов человека и регулирует биохимические процессы, протекающие в организме.

Дыхание

При изучении дыхания и образования диоксида углерода в теле человека иногда путают углекислый и угарный газы между собой. Угарный газ имеет химическую формулу CO и совершенно другие свойства.

Оксид углерода (CO), это ядовитое вещество, которое при попадании через легкие в кровь даже в минимальном количестве опасно для жизни и здоровья.

Дыхание происходит следующим образом — человек сначала выдыхает углекислоту, а потом вдыхает кислород:

  • В результате биохимических процессов при расщеплении жиров и белков в клетках происходит процесс образования углекислого газа в организме человека. Этот газ выделяется из клеток в капилляры, а затем поступает в кровь. При накоплении крови газом нервная система подает сигнал в мозг о выделении излишков двуокиси углерода за пределы нашего тела. Красные кровяные тельца (эритроциты) транспортируют молекулы углекислоты в виде химических соединений бикарбонатов и связанных с гемоглобином к альвеолам легких.
  • В альвеолах происходит обмен молекул углекислого газа на молекулы O2, которые распространяются по всему организму. Эритроциты переносят молекулы кислорода к органам и тканям, связывая его с гемоглобином, а взамен опять забирают продукт жизнедеятельности этих клеток – CO2.

Доказанным фактом считается то, что углекислота, это основатель дыхательных процессов, а не кислород, как считалось ранее. Двуокись углерода является необходимым газом для дыхания человека наравне с O2.

При выдохе человек выдыхает не только CO2, из легких уходит также избыточный O2. Рефлекс дыхания разделяется в 2 этапа:

  1. При выдыхании происходит снижение давления в легких, купол диафрагмы поднимается, легкие сжимаются, концентрация CO2 в крови повышается. Кровь движется по венам и окрашивается темный, почти черный цвет.
  2. За выдохом идет вдох. При вдохе грудная клетка расширяется, диафрагма опускается. Осуществляется отдача от гемоглобина через альвеолы в легкие и выброс в атмосферу диоксида углерода. Там же в альвеолах происходит прием гемоглобином молекулы O2. Кровь переходит на следующий круг и движется по артериям. Она окрашивается в ярко-розовый цвет.

Нормальный здоровый человек дышит ровно и регулярно. Учащенное дыхание или с задержкой, если это не вызвано большими физическими или психологическими нагрузками, считается сигналом о серьезных заболеваниях организма.

Транспорт кровью и связь с кислородом

Существует два круга кровообращения в организме: большой артериальный и малый венозный. По большому кругу транспортируется артериальная кровь, насыщенная кислородом. По малому кругу движется венозная кровь, насыщенная CO2.

Раньше существовало мнение, что с выдохом углекислый газ в организме человека не остается. Однако как показывают исследования, в артериальной крови всегда присутствует определенное количество углекислоты.

Концентрация ее небольшая, в пределах 6,0-7,0%, но если она превышает или наоборот, меньше этого количества, то для организма это плохо. Появляется либо переизбыток O2 в крови (Гипероксия), либо его недостаток (Гипоксемия). Это происходит потому, что обмен этими газами взаимосвязан.

Чтобы эритроцит мог поглотить молекулу кислорода и связать ее с гемоглобином, он должен удалить в атмосферу молекулу диоксида углерода.

Зависимость здоровья от содержания углекислоты

При физических нагрузках обменные процессы в клетках ускоряются, чтобы вывести большее количество углекислоты, человеку необходимо чаще и глубже дышать. Процесс происходит рефлекторно.

В таких случаях опасно находится в помещении с высокой концентрацией CO2, так как вместе с O2 человек вдыхает двуокись углерода. Это приводит к повышению ее концентрации в крови, а дальше к приступам удушья.

Появляются головокружение, тошнота, вялость, учащается сердцебиение и дыхание (Гиперкапния).

Изучая процессы дыхания и газообмена в организме человека, ученые пришли к выводу, что опасен для здоровья не столько недостаток кислорода, сколько избыток диоксида углерода в воздухе.

Газ CO2 не является сильнодействующим отравляющим веществом, но так как гемоглобин занятый углекислым газом не принимает кислород, то происходит эффект удушения, вплоть до летального исхода.

Высокая концентрация этого вещества в крови приводит к гибели эритроцитов и воспалению стенок кровеносных сосудов. Так происходит если наличие углекислого газа в воздухе более 3 %. При таком уровне человек чувствует себя слабым, его тянет на сон. При концентрации 5% проявляется удушающий эффект, головные боли, головокружение.

Желудочно-кишечный тракт

Углекислый газ в организм попадает не только при дыхании, но и вместе с пищей. Углерод содержится практически во всех органических веществах, наибольшая концентрация содержится в продуктах растительного происхождения. Больше всего его образуется при расщеплении легкоусвояемых углеводов.

В результате пищеварения, пища расщепляется на два компонента: CO2 и воду. Далее происходит восстановление диоксида углерода до глюкозы. Процесс этот называется гликолиз и происходит он в печени. Глюкоза, это питательный элемент для клеток организма.

Углекислота влияет на химический состав жидкости в теле человека, хотя и не так значительно, но при сильном понижении или превышении может оказывать губительное воздействие.

В организме почти все процессы жизнедеятельности клеток происходят при определенном уровне кислотно-щелочного баланса, который скорее близок к нейтральной воде, чем к кислоте. Наличие повышенной концентрации CO2 в употребляемых продуктах сильно меняет состав жидкости в теле человека.

Это также влияет на протекание биохимических процессов. Происходит нарушение обмена веществ, гибель клеток или неправильный процесс их деления, что очень опасно.

Продукты и их кислотно-щелочной баланс

Поэтому продукты, содержащие CO2 в свободном состоянии (газировка) во многих странах запрещены к продаже.

Наибольший вред они наносят организму:

  • При любых заболеваниях желудочно-кишечного тракта, в том числе хронических. Так как при приеме в пищу таких продуктов, происходит раздражение слизистой желудка. Они стимулируют выработку ферментов и повышают кислотность желудочного сока, что приводит к обострению имеющихся воспалительных процессов, образованию или углублению язвочек.
  • Детям, до трех лет не стоит давать такие продукты, потому что их организм еще не совсем сформировался. Поэтому углекислота может привести к нарушению обмена веществ в организме и в будущем стать причиной высокой хрупкости костей.
  • Диоксид углерода может вызвать аллергическую реакцию у человека.
  • При наличии лишнего веса нельзя употреблять такие продукты, так как полнота, это следствие нарушения обмена веществ. А употребление продуктов с высоким содержанием CO2 приведет только к усугублению ситуации.

Во многих западных странах принят закон, в соответствии с которым наличие углекислого газа в продуктах не должно превышать 0,4%. Исключение дается только простой минеральной воде с газом, но только в том случае, если она содержит незначительное количество диоксида углерода. Но и это допустимо только по разрешению или рекомендации врача, особенно при болезнях желудка.

Красота и здоровье

Однако CO2 имеет и положительно действие на организм человека. Так диоксид углерода является очень мощным обеззараживающим средством. Его используют в медицине и косметологии.

Применяют углекислый газ совместно с другими компонентами, наружно, а также производят инъекции (Карбокси-терапия).

Крем или гель, содержащий углекислоту, хорошо обеззараживает и очищает кожу, а непосредственное введение его во внутренние ткани тела помогает бороться с целлюлитом.

Источник: https://UglekislyGaz.ru/dioksid-ugleroda/co2-i-organizm-cheloveka/

Углекислый газ, он же углекислота, он же двуокись углерода…

ТРАНСПОРТ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА: 56) Опишите транспорт двуокиси углерода от клеток до окружающей
Углекислый газ бесцветный газ с едва ощутимым запахом не ядовит, тяжелее воздуха. Углекислый газ широко распространен в природе. Растворяется в воде, образуя угольную кислоту Н2CO3, придает ей кислый вкус. В воздухе содержится около 0,03% углекислого газа.

Плотность в 1,524 раза больше плотности воздуха и равна 0,001976 г/см3 (при нулевой температуре и давлении 101,3 кПа). Потенциал ионизации 14,3В. Химическая формула – CO2.

В сварочном производстве используется термин «углекислый газ» см. ГОСТ 2601.

В «Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» принят термин «углекислота», а в ГОСТ 8050 – термин «двуокись углерода».

Существует множество способов получения углекислого газа, основные из которых рассмотрены в статье Способы получения углекислого газа.

Плотность двуокиси углерода зависит от давления, температуры и агрегатного состояния, в котором она находится. При атмосферном давлении и температуре -78,5°С углекислый газ, минуя жидкое состояние, превращается в белую снегообразную массу «сухой лед».

Под давлением 528 кПа и при температуре -56,6°С углекислота может находиться во всех трех состояниях (так называемая тройная точка).

Двуокись углерода термически устойчива, диссоциирует на окись углерода и кислород только при температуре выше 2000°С.

Углекислый газ – это первый газ, который был описан как дискретное вещество.

В семнадцатом веке, фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) заметил, что после сжигания угля в закрытом сосуде масса пепла была намного меньше массы сжигаемого угля. Он объяснял это тем, что уголь трансформируется в невидимую массу, которую он назвал «газ».

Свойства углекислого газа были изучены намного позже в 1750г. шотландским физиком Джозефом Блэком (Joseph Black).

Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция CaCO3) при нагреве или взаимодействии с кислотами, выделяет газ, который он назвал «связанный воздух». Оказалось, что «связанный воздух» плотнее воздуха и не поддерживает горение.

CaCO3 + 2HCl = СО2 + CaCl2 + H2O

Пропуская «связанный воздух» т.е. углекислый газ CO2 через водный раствор извести Ca(OH)2 на дно осаждается карбонат кальция CaCO3. Джозеф Блэк использовал этот опыт для доказательства того, что углекислый газ выделяется в результате дыхания животных.

CaO + H2O = Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Жидкая двуокись углерода бесцветная жидкость без запаха, плотность которой сильно изменяется с изменением температуры. Она существует при комнатной температуре лишь при давлении более 5,85 МПа. Плотность жидкой углекислоты 0,771 г/см3 (20°С).

При температуре ниже +11°С она тяжелее воды, а выше +11°С – легче.

Удельная масса жидкой двуокиси углерода значительно изменяется с температурой, поэтому количество углекислоты определяют и продают по массе.

Растворимость воды в жидкой двуокиси углерода в интервале температур 5,8-22,9°С не более 0,05%.

Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты. При нормальных условиях (20°С и 101,3 кПа) при испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л углекислого газа.

При чрезмерно быстром отборе газа, понижении давления в баллоне и недостаточном подводе теплоты углекислота охлаждается, скорость ее испарения снижается и при достижении «тройной точки» она превращается в сухой лед, который забивает отверстие в понижающем редукторе, и дальнейший отбор газа прекращается. При нагреве сухой лед непосредственно превращается в углекислый газ, минуя жидкое состояние.

Для испарения сухого льда необходимо подвести значительно больше теплоты, чем для испарения жидкой двуокиси углерода – поэтому если в баллоне образовался сухой лед, то испаряется он медленно.

Впервые жидкую двуокись углерода получили в 1823 г. Гемфри Дэви (Humphry Davy) и Майкл Фарадей (Michael Faraday).

Твердая двуокись углерода «сухой лед», по внешнему виду напоминает снег и лед. углекислого газа, получаемого из брикета сухого льда, высокое – 99,93-99,99%. влаги в пределах 0,06-0,13%.

Сухой лед, находясь на открытом воздухе, интенсивно испаряется, поэтому для его хранения и транспортировки используют контейнеры. Получение углекислого газа из сухого льда производится в специальных испарителях.

Твердая двуокись углерода (сухой лед), поставляемая по ГОСТ 12162.

Двуокись углерода чаще всего применяют:

  • для создания защитной среды при сварке металлов;
  • в производстве газированных напитков;
  • охлаждение, замораживание и хранения пищевых продуктов;
  • для систем пожаротушения;
  • для чистки поверхностей сухим льдом.

Плотность углекислого газа достаточно высока, что позволяет обеспечивать защиту реакционного пространства дуги от соприкосновения с газами воздуха и предупреждает азотирование металла шва при относительно небольших расходах углекислоты в струе. Углекислый газ является активным газом, в процессе сварки он взаимодействует с металлом шва и оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие.

Ранее препятствием для применения углекислоты в качестве защитной среды являлись поры в швах. Поры вызывались кипением затвердевающего металла сварочной ванны от выделения оксиси углерода (СО) вследствие недостаточной его раскисленности.

При высоких температурах углекислый газ диссоциирует с образованием весьма активного свободного, одноатомного кислорода:

СO2=CO+O

Окисление металла шва выделяющимся при сварке из углекислого газа свободным кислородом нейтрализуется содержанием дополнительного количества легирующих элементов с большим сродством к кислороду, чаще всего кремнием и марганцем (сверх того количества, которое требуется для легирования металла шва) или вводимыми в зону сварки флюсами (сварка порошковой проволокой).

Как двуокись, так и окись углерода практически не растворимы в твердом и расплавленном металле. Свободный активный кислород окисляет элементы, присутствующие в сварочной ванне, в зависимости от их сродства к кислороду и концентрации по уравнению:

Мэ + О = МэО

где Мэ – металл (марганец, алюминий или др.).

Кроме того, и сам углекислый газ реагирует с этими элементами.

В результате этих реакций при сварке в углекислоте наблюдается значительное выгорание алюминия, титана и циркония, и менее интенсивное – кремния, марганца, хрома, ванадия и др.

Особенно энергично окисление примесей происходит при полуавтоматической сварке.

Это связано с тем, что при сварке плавящимся электродом взаимодействие расплавленного металла с газом происходит при пребывании капли на конце электрода и в сварочной ванне, а при сварке неплавящимся электродом – только в ванне.

Как известно, взаимодействие газа с металлом в дуговом промежутке происходит значительно интенсивнее вследствие высокой температуры и большей поверхности контактирования металла с газом.

Ввиду химической активности углекислого газа по отношению к вольфраму сварку в этом газе ведут только плавящимся электродом.

Двуокись углерода нетоксична и невзрывоопасна. При концентрациях более 5% (92 г/м3) углекислый газ оказывает вредное влияние на здоровье человека, так как она тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола.

При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья. Помещения, где производится сварка с использованием углекислоты, должны быть оборудованы общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией.

Предельно допустимая концентрация углекислого газа в воздухе рабочей зоны 9,2 г/м3 (0,5%).

Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050. Для получения качественных швов используют газообразную и сжиженную двуокись углерода высшего и первого сортов.

Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах по ГОСТ 949 или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газификацией на заводе, с централизованным снабжением сварочных постов через рампы.

В стандартный баллон с водяной емкостью 40 л заливается 25 кг жидкой углекислоты, которая при нормальном давлении занимает 67,5% объема баллона и дает при испарении 12,5 м3 углекислого газа. В верхней части баллона вместе с газообразной углекислотой скапливается воздух.

Вода, как более тяжелая, чем жидкая двуокись углерода, собирается в нижней части баллона.

Для снижения влажности углекислого газа рекомендуется установить баллон вентилем вниз и после отстаивания в течение 10…15 мин осторожно открыть вентиль и выпустить из баллона влагу.

Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа, чтобы удалить попавший в баллон воздух.

Часть влаги задерживается в углекислоте в виде водяных паров, ухудшая при сварке качество шва.

При выпуске газа из баллона вследствие эффекта дросселирования и поглощения теплоты при испарении жидкой двуокиси углерода газ значительно охлаждается. При интенсивном отборе газа возможна закупорка редуктора замерзшей влагой, содержащейся в углекислоте, а также сухим льдом.

Во избежание этого при отборе углекислого газа перед редуктором устанавливают подогреватель газа.

Окончательное удаление влаги после редуктора производится специальным осушителем, наполненным стеклянной ватой и хлористым кальцием, силикогелием, медным купоросом или другими поглотителями влаги

Баллон с двуокисью углерода окрашен в черный цвет, с надписью желтыми буквами «УГЛЕКИСЛОТА».

Коэффициенты перевода объема и массы двуокиси углерода при Т=15°С и Р=0,1 МПа

Масса, кгОбъем газа, м3
1,8481
10,541

Коэффициенты перевода объема и массы двуокиси углерода при Т=0°С и Р=0,1 МПа

Масса, кгОбъем газа, м3
1,9751
10,506

Источник: https://weldering.com/uglekislyy-gaz-uglekislota-dvuokis-ugleroda

Транспорт двуокиси углерода

ТРАНСПОРТ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА: 56) Опишите транспорт двуокиси углерода от клеток до окружающей

Двуокись углерода переносится кровью в трех формах. Из венозной крови можно извлечь около 58 об. % (580 мл/л) двуокиси углерода, из них лишь около 2,5 об. % нахо­дятся в состоянии физического растворения. Остальное количество двуокиси углерода химически связано и содержится в виде кислых солей угольной кислоты {51 об. %) и карбгемоглобина (4,5 об. %}.

Двуокись углерода непрерывно образуется в клетках и диффундирует в кровь ткане­вых капилляров. В эритроцитах она соединяется с водой и образует угольную кислоту. Этот процесс катализируется (ускоряется в 20000 раз) ферментом карбоангидразой.

Карбоангидраза содержится в эритроцитах, в плазме крови ее нет. Поэтому гидратация двуокиси углерода происходит практически только в эритроцитах.

В зависимости от на­пряжения двуокиси углерода карбоангидраза катализирует как образование угольной кислоты, так и расщепление ее на двуокись углерода и воду (в капиллярах легких).

Часть молекул двуокиси углерода соединяется в эритроцитах с гемоглобином, об­разуя карбгемоглобин.

Благодаря указанным процессам связывания напряжение двуокиси углерода в эритроцитах оказывается невысоким. Поэтому все новые количества двуокиси углерода диффундируют внутрь эритроцитов. Концентрация ионов НСОз”, образующихся при дис­социации солей угольной кислоты, в эритроцитах возрастает.

Мембрана эритроцитов обладает высокой проницаемостью для анионов. Поэтому часть ионов НСОГ поступает в плазму крови. Взамен ионов НСОГ в эритроциты из плазмы входят ионы С1~, отрица­тельные заряды которых уравновешиваются ионами К”1'.

В плазме крови увеличивается количество бикарбоната натрия (NaHCOa).

Накопление ионов внутри эритроцитов сопровождается повышением в них осмоти­ческого давления. Поэтому объем эритроцитов в капиллярах большого круга кровооб­ращения несколько увеличивается.

Для связывания большей части двуокиси углерода исключительно большое значение имеют свойства гемоглобина как кислоты. Оксигемоглобин имеет константу диссоциа­ции в 70 раз большую, чем дезоксигемоглобчн.

Оксигемоглобин — более сильная кис­лота, чем угольная, а дезоксигемоглобин — более слабая. Поэтому в артериальной крови оксигемоглобин, вытеснивший ионы К'1' из бикарбонатов, переносится в виде соли КНЬОа.

В тканевых капиллярах часть КНЬОг отдает кислород и превращается в КНЬ. Из него угольная кислота как более сильная вытесняет ионы К4':

Таким образом, превращение оксигемоглобина в гемоглобин сопровождается уве­личением способности крови связывать двуокись углерода. Это явление носит название эффекта Холдейна. Гемоглобин служит источником катионов (К), необходимых для связывания угольной кислоты в форме бикарбонатов.

Итак, в эритроцитах тканевых капилляров образуется дополнительное количество бикарбоната калия, а также карбгемоглобин, а в плазме крови увеличивается количе­ство бикарбоната натрия. В таком виде двуокись углерода переносится к легким.

В капиллярах малого круга кровообращения напряжение двуокиси углерода сни­жается. От карбгемоглобина отщепляется СОг. Одновременно происходит образование оксигемоглобина, увеличивается его диссоциация. Оксигемоглобин вытесняет калий из бикарбонатов.

Угольная кислота в эритроцитах (в присутствии карбоангидразы) быстро разлагается на НаО и С02. Ионы НСОз входят в эритроциты, а ионы С1~ выходят в плаз­му крови, где уменьшается количество бикарбоната натрия. Двуокись углерода диф­фундирует в альвеолярный воздух.

Схематически все эти процессы представлены на рис. 153.

ОБМЕН ГАЗОВ В ТКАНЯХ

Наименьшее напряжение кислорода наблюдается в местах его потребления — митохондриях клеток, в которых кислород используется для процессов биологического окисления. Молекулы кислорода, освобождающиеся по ходу кровеносных капилляров в результате диссоциации оксигемоглобина, диффундируют в направлении более низких величин напряжения кислорода.

Напряжение кислорода в тканях зависит от многих факторов: скорости тока крови, геометрии капилляров и расстояния между ними, рас­положения клеток по отношению к капиллярам, интенсивности окислительных процессов и т. д. В тканевой жидкости около капилляров напряжение кислорода значительно ниже (20—40 мм рт. ст.), чем в крови.

Особенно низко оно в уч-астках тканей, равноудален­ных от соседних капилляров. При большой интенсивности окислительных процессов на­пряжение кислорода в клетках может приближаться к нулю. Увеличение скорости кро-вотока резко повышает напряжение кислорода в тканях. Например, увеличение скорости тока крови вдвое может повысить напряжение кислорода в нервной клетке на 10 мм рт. ст.

В мышцах увеличению снабжения кислородом способствует раскрытие так называемых резервных капилляров.

Наибольшее напряжение двуокиси углерода (до 60 мм рт. ст.) отмечается в клетках в результате образования этого газа в митохондриях. В тканевой жидкости напряжение двуокиси углерода изменчиво (в среднем 46 мм рт. ст.), а в артериальной крови состав­ляет 40 мм рт. ст. Двуокись углерода диффундирует по градиенту напряжений в крове­носные капилляры и транспортируется кровью к легким.

РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ

Вентиляция легких осуществляется возвратно-поступательным движением воздуха в результате периодических сокращений дыхательных мышц. Частота, сила и форма этих сокращений соответствуют потребностям организма.

Иннервация дыхательных мышц. Подобно другим скелетным мышцам, дыхательные мышцы иннервируются соматическими нервными волокнами.

Если перерезать нервы, подходящие к дыхательным мышцам, последние оказываются парализованными. Напри­мер, перерезка диафрагмального нерва ведет к прекращению сокращений соответствую-. щей половины диафрагмы.

Значит, периодические сокращения дыхательных мышц вызы­ваются импульсами, поступающими из мозга.

Мотонейроны, аксоны которых иннервируют диафрагму, находятся в спинном мозге в передних рогах серого вещества///и IV шейных сегментов.

Мотонейроны межреберных мышц и мышц живота расположены в грудных сегментах спинного мозга.

Вместе с ин­тернейронами, участвующими в координации сокращений, мотонейроны образуют спин­номозговые центры дыхания (ядра дыхательных мышц).

После отделения головного мозга от спинного на уровне верхних шейных сегментов дыхательные движения прекращаются.

Лишь изредка удается наблюдать слабые сокра­щения дыхательных мышц, но они имеют неправильные ритм и форму.

Если перерезать мозг на уровне нижних шейных сегментов, дыхательная активность диафрагмы сохра­няется, а межреберных мышц — прекращается. Следовательно, в регуляции дыхания принимают участие и центры головного мозга.

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР

После перерезки мозгового ствола между средним мозгом и мостом (децеребрация) дыхание у животных в состоянии покоя существенно не нарушается. Значит, центральные механизмы, управляющие дыхательными движениями, находятся в продолговатом мозге и мосту. Совокупность сгруппированных здесь нейронов носит название бульбопонтин-ного дыхательного центра.

После отделения моста от продолговатого мозга дыхательный ритм может сохраниться, но будет отличаться от нормального. Следовательно, важней­шие структуры дыхательного центра находятся в продолговатом мозге. Это бульварный дыхательный центр. Его разрушение локальным повреждением полностью прекращает периодические сокращения дыхательных мышц.

Дыхательный цикл. Явления, происходящие в аппарате внешнего дыхания между началом следующих друг за другом вдохов, называются дыхательным циклом. Его дли­тельность у человека составляет от 3 до 5 с. Все уровни дыхательного центра обеспечи­вают характерный рисунок (паттерн) возбуждения дыхательных мышц.

В определенный момент возникает возбуждение диафрагмальных мотонейронов (начало фазы инспирации). Это возбуждение постепенно усиливается (рис.

154) за счет увеличения частоты разрядов отдельных мотонейронов, а также вследствие вовле­чения в возбуждение новых («поздних») мотонейронов (в диафрагмаль-ном нерве со­держится около 1000 аксонов мотонейронов). При спокойном дыхании у человека воз­буждение усиливается в течение 1—2,5 с. В результате сила сокращения диафрагмы постепенно возрастает.

Затем возбуждение диафрагмальных мотонейронов резко ослабе­вает: инспирация сменяется фазой экспирации. Через 2—3,5 с наступает следующая инспирация. Как правило, длительность инспирации меньше, чем экспирации.

Возбуждение инспираторных межреберных мышц имеет рисунок возбуждения, близ­кий к возбуждению диафрагмы, но обычно возникает несколько позже, чем возбужде­ние диафрагмы.

Рис.154. Форма инспираторной и экспираторной активности. 1 — потенциалы действия одиночного двигательного волокна диафрагмального нерва; 2 — интегрированные потенциалы действия диафрагмального нерва; 3 — интегрированные потенциалы действия экспираторной мышцы; 4 — отметка времени I с.

Рис.155. Потенциалы действия одиночных инспираторного (1) и экспираторного (2) нейронов. 3—интегрированные потенциалы действия диафрагмального нерва; 4 — фазы дыхательного цикла: И-инспирация; Э — экспирация.

При активном выдохе возбуждение мышц живота и внутренних межреберных мышц усиливается по ходу экспирации и резко ослабевает перед началом следующей инспира­ции (см. рис. 154).

Дыхательные нейроны. Для установления локализации дыхательного центра исполь­зовали методы разрушения и раздражения ограниченных участков мозга. Однако основ­ные сведения о расположении структур дыхательного центра были получены при помощи микроэлектродов путем регистрации потенциалов действия отдельных нейронов, возбуж­дающихся в соответствии с фазами дыхательного цикла.

Обнаружены две основные группы дыхательных нейронов — инспираторные и экспи­раторные. Потенциалы действия типичных инспираторных нейронов возникают за 0,1— 0,2 с до начала вдоха. При вдохе частота разрядов постепенно увеличивается и к концу инспирации достигает 70—100 в 1 с (при сильных вдохах до 300). При смене вдоха выдо­хом разряды прекращаются или их частота резко уменьшается.

Частота потенциалов действия экспираторных нейронов увеличивается в течение вы­доха. Прекращение разрядов или уменьшение их частоты происходит перед самым на­чалом следующей инспирации (рис. 155).

Реже встречаются инспираторные и экспираторные нейроны, максимальная частота разрядов которых соответствует началу данной фазы дыхательного цикла («ранние» нейроны) или моменту смены дыхательных фаз (инспираторно-экспираторные и экспираторно-инспираторные нейроны).

Локализация дыхательных нейронов. В правой и левой половинах продолговатого мозга содержатся по два скопления дыхательных нейронов — дорсальные и вентральные дыхательные ядра. Ориентиром их расположения служит задвижка (обекс), находя­щаяся у нижнего угла ромбовидной ямки.

Дорсальное дыхательное ядро входит в состав серого вещества, окружающего оди­ночный пучок (ядро одиночного пучка) (рис. 156). Оно содержит преимущественно ин­спираторные нейроны, аксоны которых направляются в основном к диафрагмальным ядрам шейного отдела спинного мозга.

Коллатерали аксонов следуют также в вентраль­ное дыхательное ядро, образуя возбуждающие синапсы ня инспираторных нейронах. Таким образом, возбуждение нейронов дорсального дыхательного ядра тормозит возбуж­дение экспираторных нейронов вентрального дыхательного ядра.

Экспираторные ней­роны в дорсальном дыхательн-ом ядре встречаются редко (их здесь около 5%).

Вентральное дыхательное ядро имеет большую протяженность — от каудального края ядра лицевого нерва до I шейного сегмента спинного мозга. Оно включает в

Источник: https://helpiks.org/7-55515.html

Medic-studio
Добавить комментарий