Сыртқы қысымның төмендеуі кезінде ағзаның газдармен қанығу кинетикасы.

Сыртқы тыныс алу функциясын өлшеу құралдары. Құрылысы және жұмыс істеу принципі. Функционалды зерттеудің мәліметтерін тіркеу және талдау.

 

Құрастырған: Кусаинова К.Т.

 

Семей, 2008 ж.

Тыныс алудың биофизикалық негіздері.

Тыныс алу деп ауадан оттегіні сіңіріп, көмір қышқыл газын шығарыуын қамтамасыз ететін өзара байланысты көптеген үрдістерді айтады. Оттегінің қатысуымен ағзада тотығу үрдісі жүреді. Құрамындағы органикалық заттардың тотығуы нәтижесінде жасушалар мен тіндерде тіршілікке қажетті энергия пайда болады. Мұнымен қатар тотығу барысында көмір қышқыл газы түзіледі. Бұл газ уақытында сыртқа шығарылып тұрмаса көптеген тіршілікке қажетті үрдістер тоқтап денеде судың тұрақтылығы (изогидрия), жылу тұрақтылығы (изотермия) бұзылып, адам өміріне қауіп төнеді.

Тыныс алу үш кезеңнен тұрады:

1) сыртқы тыныс алу, яғни өкпелердің вентиляциясы (өкпенің ауа алмастыруы)мен ондағы газдардың диффузиясын қамтиды (ауадағы газдарды өкпеге әкеліп, өкпеден (тотыққан) қайтадан атмосфераға шығарып тұру, яғни альвеолалар мен сыртқы орта арасындағы газ алмасу); Өкпелердің вентиляциясы кеуде жасушасының ырғақты тыныс алу қозғалысының нәтижесінде орындалады.

2) мен -ң қанмен тасымалы;

3 ) ішкі тыныс алу. Ол өзі екіге бөлінеді: тіндердегі газдардың диффузиясы және жасушаның тыныс алуы (сурет 1).

 

Сурет 1. Тыныс алу кезеңдері (этаптары) (оң жақта) мен оны құрайтын үрдістер (сол жақта).

Кпедегі газ алмасу.

Өкпеде ағза мен оны қоршаған орта арасында оттегімен, қөмір қышқыл газымен, азотпен алмасу жүреді. Тыныс алу тіндерінің жұмысы арқасында өкпе альвеолалары (өкпе көпіршіктері) атмосферамен осы газдармен алмасады, ол альвеолды газ қоспасындағы мөлшерінің, әсіресе мөлшерінің салыстырмалы тұрақтылығын қамтамасыз етеді.

Бронх- альвеолды комплекстің сызбасы 2-ші суретте кескінделген. Альвеолды газ қоспасы мен өкпе капиллярлары қанының арасындағы газ алмасу көп мембраналы жүйені білдіретін альвеолды- капиллярлы мембранада (АКМ) жүзеге асады (сурет3). Осы үрдіске электрлік, осмостық, гидростатикалық градиенттер әсер етпейді.

Өкпедегі оттегінің белсенді тасымалының (секрецияның) бар болу мәселесі ұзақ уақыт бойы оқып зерттелді. Қазір ағзада оттегінің, көмір қышқыл газының, азоттың белсенді тасымалының жүйесі болмайтындығы жалпы мойындалып,танылған. Ендеше өкпедегі газ алмасу тек бір күштің әсерінен ғана- АКМ-ғы әрбір газдың мөлшерлік градиентімен ғана жүзеге асады.

 

Сурет 2. Бронх- альвеола байланысы.

 

Сондықтан газдардың массалық тасымалы Фик теңдеуіне бағынады:

 

 

 

Сурет 3. Альвеолды- капиллярлы мембранасы мен өкпедегі газдар диффузиясының сызбасы:

а - «диффузиялық жолдың» қабаттары, б – альвеола мен капиллярдың сызбалық суреті,

в –альвеолды-капиллярлы мембрананың құраушылары, г – альвеолды эпителий,

д –жасушааралық орта.

АКМ арқылы газ алмасуды сандық бағалау үшін Фик теңдеуін пайдалана отырып, мөлшерлік градиентті газдардың парциал қысымы градиентімен және кернеу градиентімен алмастыру ыңғайлы.

Газдың парциал қысымы деп газ қоспасына берілген барлық көлемді газдың бір құраушысы алып тұрғанда, осы құраушының өзін қоршап тұрған қабықшаға түсіретін қысымын айтады.

Сұйықта газдың бар болуын кернеумен сипатттау келісілген.

Сұйықтағы газдың кернеуі дегеніміз сұйықтың үстіндегі газ қоспасындағы берілген газдың газ қоспасы мен сұйық аралығында өзінің мөлшерін тепе- теңдікте ұстап тұруға қажетті парциал қысымын айтады, яғни олар арасында небір газ алмасуды тоқтату үшін.

Қысымның бірліктері парциал қысым мен кернеудің өлшемдері болып табылады.

Сурет 4. Альвеола бетіндегі сурфактант:

1-II- типті альвеолоцит ядросы; 2 -

II- типті альвеолоциттер цитоплазмасындағы сурфактант гранулалары; 3- альвеолоцит бетіндегі ашылған гранула; 4- I- типті альвеолоцит; 5- сурфактант қабықшасы.

 

АКМ-дағы градиенттерді сандық бағалау үшін мембрананың қалыңдығын білу қажет.

3-ші суретте АКМ- ң жасушалардың екі қабатынан тұратындығы көрінеді: өкпе капиллярларының эндотелийі (қан және лимфа тамырларын ішінен астарлайтын жалпақ жасушалар қабаты) мен альвеолды эпителийден (тыныс алу альвеолоциттерден), және де осы қабаттар арасындағы негізгі қабықтан (эпителий мен дәнекер ұлпаның арасындағы перде). АКМ-ң жалпы тығыздығы өте шамалы- 0,2 мкм шамасындай, бірақ жасуша ядросының аймағында ол 10 мкм-ге жетеді. Аталған құраушылардан басқа, көп мембраналы осы жүйеде сурфактант деп аталатын қабықша болады. Осы жүйемен газдар өкпеде диффузияланады.

Сурфактанттың негізін биомембраналардың негізін құрайтын ФЛ-тік биқабат сияқты бимолекулалық липид қабаты құрайды. Сурфактант фосфолипаздың бүлінгіштік әсерінің арқасында және альвеолды эпителийдің ерекше жасушаларының (ІІ-ші типті альвеолоциттер) жасампаз жұмысы арқасында үздіксіз жаңарып отырады. Альвеолды эпителийдің ерекше жасушалары альвеола бетіне кішкентай везикулалар- осмиофильді түйіршіктер бөліп шығарады. Олардың әрбіреуінде оралған жолақты серіппеге ұқсас, тығыз орнатылған биқабатты фосфолипид қабықшасы болады. Альвеоланың бетіне шыққан везикулалар ашылып, липидті биқабат альвеоланың бетіне қалыңдығы 7 нм шамасындай қабықшамен жайыла отырып, тарқатылады. Негізін лецитин құрайтын осы биқабатқа гликопротеидтер орналасады. Гликопротеидтер негізінен осындай мембрана құрылымында периферийлі ақуыз молекулалары болып табылады және олар биқабаттың бетінде гликокаликс түзеді. Сурфактанттың альвеоланың эпительді жайылып қабатталуы АКМ-ға қосымша диффузиялық ортаны тудырады, осы ортаны газдар өздерінің массалы тасымалы кезінде жеңеді. Ендеше сурфактанттың есебінен диффузиялы жол біраз ұзарады, ол АКМ-ғы мөлшерлік градиенттің біраз кемуіне әкеліп соғады. Бірақ сурфактантсыз тыныс алу мүлдем мүмкін емес, өйткені альвеол эпителийіне тән біршама беттік керілу әсерінен альвеола қабырғалары жабысып қалар еді. Сурфактант альвеола қабырғаларының беттік керілуін төмендетеді, беттік керілу коэффициенті альвеоланы жауып жатқан қабықшаның қалыңдығына байланысты болады: дем алғанда ол жіңішке болады және оның мәні 0,05 Н • м^-1- ге тең, ал дем шығарғанда- жуан және 0,005—0,01 Н • -ге тең. Дем алу мен дем шығару кезінде диффузиялық жолдың тербелісі газ алмасуды бұзбайды, өйткені микронның жүздік үлесіндей шамадан аспайды. АКМ-дағы оттегі мен көмір қышқыл газының мөлшерлік градиенттері патология кезінде кенет төмендейді. Мөлшерлік градиенттер альвеолалар мен өкпе капиллярларындағы газдар мөлшерінің айырмашылығының кемуі есебінен де, және де АКМ-ң жуандауы салдарынан да төмендеуі мүмкін. Бірінші себеп ағза тыныс алатын (мысалы, адамның сиретілген ауа атмосферасында болуы кезінде- тауда, самолетте және т.б.) газды ортаның өзгерісіне және өкпенің тыныс алуының бұзылуына тән (мысалы, өкпенің көптеген ауруларында, кеуденің қозғалысын шектейтін тыныс алу еттерінің жеткіліксіз жұмыс істеуі кезінде). Екінші себеп өкпенің ісігі сияқты патологияға тән: сұйықтық капиллярлардан шығып, жасушааралық ортада жиналып (негізгі қабықта), оны қалыңдата түсіп, осы қабықпен бөлінген орталар арасындағы газдардың концентрациясының қалыпты айырмасы кезіндегіден АКМ-ғы газдардың мөлшерлік градиентін кенет төмендетеді. Диффузия- концентрация айырмасының функциясы емес, градиент функциясы екенін есте сақтау керек. Осыны білмей дәрігер өкпе ісігінің, бірқатар патологиялық күйлердің патогенезін (аурудың дамуы мен оның барысы туралы ілім) жете түсіне алмайды.

Қалыпты жағдайда Фик теңдеуіндегі диффузиялық жолдың мәні 1 мкм шамасындай болады.

Осы арақашықтықта мен -ң концентрацияларының төмендеуі бірдей емес. Бірақ екі газдың массалық тасымалы шамамен бірдей. Фик теңдеуінен мен үшін газ алмасу аудандары бірдей, олардың массалық тасымалының бірдей болуы АКМ-ң оттегі мен көмір қышқыл газына өтімділігі бірдей болмауы есебінен орындалуы мүмкін. Осы газдардың әрбіреуінің өтімділік қабілетін диффузия коэффициентімен өрнектейді. Оттегінің өтімділік қабілеті оған АКМ арқылы сумен толған саңылаулардан өтуіне мүмкіндік береді. АКМ-ны көмір қышқыл газы да осылайша өтеді, бірақ ол өзінің жақсы ерігіштігіне (кестені қараңыз) байланысты 20- 25 есе шапшаң өтеді. Көмір қышқыл газының жоғары ерігіштігі оның дипольдік моментінің кіші болуымен (0-ге жуық) анықталады. С0₂ молекуласы өзінің симметриялы құрылымының арқасында полярлы емес. Ол биомембрананы құраушылардың зарядталған топтарымен өзара әрекеттеспейді және ол арқылы оңай өтеді. Ағзада осы жағынан көмір қышқыл газымен бәсекелесетін ешқандай зат жоқ. С0₂ газының аса жоғары өтімділік қабілетімен оның тыныс алуды, қанайналымды, бөлінуді реттейтін үрдістерге, ағзаның басқа да қызметтеріне кеңінен қатынасуы байланысты.

Өкпедегі газ алмасуды бағалау үшін диффузия ауданының шамасын білу қажет. Газ алмасу бетінің едәуірлілігінің арқасында адамның өкпесінде мен -ң толық массалық тасымалы бар- жоғы 0,1 с-та ғана жүреді. Сонымен бірге тыныштық жағдайында әрбір эритроцит өкпе капиллярын (басынан аяғына дейін) 2-3 с-та өтеді.

Дене жүктемесі кезінде қанағысының жылдамдығы артады, ол бір жағынан қан мен альвеолды газ қоспасы байланысының бірлік уақытына келетін газ алмасу бетінің артуына әкеліп соқса, екінші жағынан осы байланыс ұзақтығының қысқаруына әкеліп соғады. Фик заңына сәйкес газ алмасу уақытының қысқаруы АКМ арқылы диффузияланатын газдардың көлемдерін азайту керек. Бірақ бұл өте қысқа мерзімді (0,1 с-тан қысқа) газ алмасуға ғана дұрыс. Өкпе капиллярларымен қанағысының уақыты 2- 3 с-тан (тыныштықта) 0,1 с-қа дейін (жүктеме кезінде) қысқарған кезде, өкпедегі газдардың массалық тасымалы кемімейді, тек қана артады. Дене жүктемесі кезінде газ алмасудың күшеюінің негізгі қорлары осында жинақталған, өйткені өкпедегі қанағысының белгілі бір шекке дейін үдетілуі диффузия ауданының артуына әкеліп соғады, сонымен бірге қанның альвеолалармен байланысу уақытының қысқаруы есебінен массалық тасымалды төмендетпейді.

Осы айтылғандар адамда газдың алмасуына Фик теңдеуіне енетін шамалардың (мысалы s, t) әсерін бағалау қаншалықты қиын екендігін ұғынуға мүмкіндік береді. Сондықтан өзінше бір физикалық шама енгізілген- өкпелердің диффузиялық қабілеттілігі немесе әрбір газ үшін өтімділік факторы.

Өкпелердің диффузиялық қабілеттілігі деп өкпенің барлық «тыныс алатын» беттерінің АКМ- сы арқылы 1 минут ішінде өтетін берілген газдың көлемі.

Қалыпты тыныс алу кезінде адамның өкпелері 1 минут ішінде атмосфераға 230см³ шамасындай газдарды бөліп шығарады. Тыныс алудың едәуір күшеюін қажет ететін ауыр дене жүктемесі кезінде қанға өтіп, өкпе капиллярларымен оттегі ағзаның барлық тіндеріне беріледі. Осы тасымалдың түрлері әртүрлі. Біріншіден, плазмада ериді, екіншіден, әртүрлі еріткіштегі берілген газдың эритроциттеріндегі гемоглобинмен байланысады (кестені 1.8. қараңыз).

Көмір қышқыл газы () жақсы ериді. Оттегі нашар ериді. Температураның артуымен ерігіштік коэффициентінің мәні кемиді. Газдар қатты денелерден осынысымен ерекшеленеді.

Сыртқы қысымның төмендеуі кезінде ағзаның газдармен қанығу кинетикасы.

Газдардың ерігіштігі мен бөлінуі адамның сыртқы қысымның кенет төмендеулері жағдайында еріксіз жұмыс жасауы кезінде маңызды роль атқарады. Водолаздың үлкен тереңдікке түсуі кезінде оған артық қысым кезінде ауамен (не арнайы газ қоспасымен) дем алуына тура келеді. Әр 10 м тереңдікке түсу қысымның 1 атм-ға артуына әкеліп соғады. Қысымның артуына қарай тіндерде газдардың көп бөлігі ериді. Адамды тереңдіктен үстіге көтергенде, дем алатын газ қоспасының қысымын тереңдіктің кемуіне байланысты төмендетеді. Осы процедура декомпрессия деп аталады. Үстіңгі бетке көтерген кезде артық газдар тіндерден қанға бөлініп шығарылады, ал қаннан өкпелер арқылы атмосфераға шығарылады. Мынаны айта кету маңызды, метаболизмге қатыспайтын газдардың бөліну үрдісі еркін диффузия болып табылады. Оған баяу кинетика тән. Сондықтан тіндердің газдан толық босатылуы үшін ұзақ уақыт қажет. Осы уақыт тіндердің газбен қанығуына да қатысты.