Решения задач для самоконтроля

416. Правило АСС. Чудес в природе, как мы уже твердо знаем, не бывает. Поэтому построим систему «яйцо» и приступим к анализу. Нас интересует элемент «скорлупа». Он состоит из углекислого кальция, который не пропускает газы. Тем не менее газообмен в яйце происходит. Значит, нужно развернуть элемент «скорлупа» в подсистему, в которой должен быть дополнительный элемент, пропускающий молекулы газов. Такой элемент хорошо известен. Это поры. В скорлупе их количество составляет десятки и сотни тысяч, что и обеспечивает нормальный газообмен.

417. Правило АСФ. Решение очень простое. Снижение количества кислорода в крови и увеличение содержания в ней углекислого газа приводит к одышке – частому и поверхностному дыханию. От чего зависит частота дыхания? От работы дыхательного центра. А чем определяется работа нейронов дыхательного центра? В узле пересечения два элемента – «раздражение нейронов» и «возбудимость нейронов». Раздражитель достаточно силен. Почему же не возникает одышка? Ответ теперь ясен – резкое снижение возбудимости дыхательного центра во время спячки. Задачу можно было решить еще быстрей по аналогии с задачей № 20.

418. Задача кажется весьма замысловатой, а на самом деле она очень проста. Правда, только для тех, кто уже овладел великим искусством находить связи между явлениями. Если в сосудах может содержаться большое количество крови (причем не всегда, а при необходимости, ведь именно в этом назначение депо крови), значит, эти сосуды могут значительно растягиваться. В таком случае их стенки обладают небольшой жесткостью. А чем ниже жесткость стенки, тем меньше скорость пульсовой волны. Вот и все. И никаких хитростей.

419. Правило АСС. Легкое состоит из разных долей. В каждой доле имеются различные участки. А из чего состоит отдельно взятый участок? Разумеется, из альвеол. Теперь уточним вопрос. Могут ли неравномерно вентилироваться альвеолы, расположенные близко друг от друга? Еще точнее, могут ли 'эти альвеолы неравномерно растягиваться? Теперь последний вопрос. От чего зависит способность альвеолы при поступлении в нее воздуха растягиваться в большей или меньшей степени? От двух элементов системы «альвеола». Это состояние стенок и диаметр альвеолы. Чем жестче стенки, тем хуже растягивается альвеола, А в соответствии с законом Лапласа, альвеолы большего диаметра (уже растянутые в силу каких-то обстоятельств) при поступлении воздуха будут растягиваться еще сильней, «отбирая» воздух у альвеол менее растянутых. Таким образом в зависимости от этих двух факторов даже соседние альвеолы могут вентилироваться по-разному.

420. 1 – увеличение площади диффузии. 2 – увеличение градиента напряжения газов между кровью и тканями. 3 – увеличение расстояния, которое молекулы должны пройти в ходе диффузии. 4 – изменение коэффициента диффузии. 5 – изменение состояния мембран.

421. Попытки «угадать» решение вряд ли будут эффективными. Впрочем, это замечание, наверно, неуместно, так как мы давно уже работаем по правилам. Поскольку речь идет о процессе (доставка кислорода в ткани), то правило АСФ. Из каких элементов состоит система «кислород в крови»? Из двух – кислород, связанный с гемоглобином и кислород, физически растворенный в крови. В чем физиологический смысл наличия в крови организмов дыхательных пигментов? В том, что они могут связать гораздо больше кислорода по сравнению с количествами этого газа, растворенного в крови.

А теперь вернемся к условию. Если гемоглобин работает плохо, остается только один элемент – растворенный кислород. Но ведь его очень мало. Значит, необходимо увеличить его количество. Но как? А так же, как делают шипучие напитки – значительно повышают давление газа, насыщающего напиток.

Таким образом решение достигается не физиологическим путем, а физическим. Пациента подвергают гипербарической оксигенации, помещая его в камеру с высоким давлением кислорода. Этот терапевтический прием спас жизнь многим больным.

422. Правило АРР-ВС – прямое. Взаимодействуют системы «дыхание» и «трубка». Какой главный элемент трубки может оказать влияние на эффективность дыхания? Разумеется, не диаметр сам по себе, а объем, который в каждой трубке по-разному увеличивает анатомическое мертвое пространство. Объем первой трубки около 3,6 литра. Такое мертвое пространство практически непреодолимо. Выбор этой трубки обрекает человека на гибель от удушья. Объем второй трубки – около 600 мл. Такое мертвое пространство можно преодолеть, если дышать глубоко и редко, используя резервный объем вдоха. Наконец, объем третьей трубки совсем невелик. Но из-за очень малого ее диаметра воздух при дыхании будет двигаться в трубке очень быстро и трение его о стенки резко возрастет. Это может существенно затруднить дыхание. Поэтому оптимальные размеры у второй трубки.

423. Построим систему «дыхание» на макроуровне. Основные ее элементы – дыхательный центр – эфферентные нервы – дыхательные мышцы – воздухоносные пути – альвеолы. Нарушение, приводившее к смерти, могло быть связано с любым из этих элементов. Но в условии говорится о гомогенатах ткани легких. Значит, остается единственный элемент – альвеолы. Функции альвеол – растягиваться при поступлении воздуха. Почему же они не могли растягиваться у новорожденных? Растяжимость альвеол определяется двумя факторами – состоянием стенок и наличием сурфактанта – вещества, снижающего большое поверхностное натяжение на границе жидкости, покрывающей изнутри стенки альвеол, и воздуха. Причина смерти новорожденных состояла в генетическом дефекте – отсутствии сурфактанта, без которого работа дыхательных мышц не в состоянии обеспечить растяжение легких. Если Вы вспомнили задачу № 37, то решение было бы готово сразу.

424. Рассмотрим эту задачу более подробно. Если смесь кислородно-азотная, то дышать трудно. Если кислородно-гелиевая, то легче. Типичный пример на использование прямого правила АРР-ВС. Различие узлов пересечения дано в условии – в одном азот, в другом – гелий. В условии задачи говорится, что больному трудно дышать из-за турбулентного течения потока воздуха. Тогда логично предположить, что замена азота гелием переводит турбулентный поток в ламинарный. Почему? Нужно сравнить свойства азота и гелия. Гелий в три раза легче, растворимость его ниже, чем у азота. Могут ли эти свойства иметь какое-то отношение к характеру течения воздушного потока? Конечно, здесь не обойтись без дополнительной информации. Существует так называемое число Рейнольдса. Это безразмерная величина, которая определяет границу перехода ламинарного течения в турбулентное. Для каждой жидкости и каждого газа число Рейнольдса имеет определенное значение. При его превышении ламинарное течение переходит в турбулентное. Чем выше плотность жидкости или газа, тем число Рейнольдса больше. Теперь ответ понятен. Поскольку гелий в три с лишним раза легче азота, то он соответственно снижает число Рейнольдса для дыхательной смеси и ее поток в дыхательных путях становится ламинарным, что и приносит облегчение больному.

425. Правило АРР-ВС. Водолаз на большой глубине дышит воздухом под соответственно высоким давлением. Поэтому растворимость газов в крови значительно возрастает. Азот в организме не потребляется. Поэтому при быстром поднятии его повышенное давление быстро снижается, и он бурно выделяется из крови в виде пузырьков, что приводит к эмболии. Ныряльщик же во время погружения вообще не дышит. При быстром поднятии ничего страшного не происходит, потому что в узле пересечения в отличие от водолаза отсутствовал элемент «воздух под большим давлением».

426. Правило САС. Ясно, что надо сравнить возникновение пневмоторакса у животных двух разных видов. Повреждение появилось только с одной стороны. Это приведет к спадению соответствующего легкого. Но второе сохранится и животное не погибнет. Так и произошло в одном случае. Но почему же погибло животное другого вида? Ответ дает анатомия. У одних видов плевральные полости изолированы друг от друга. У них повреждение приведет к одностороннему пневмотораксу. Но есть виды, у которых обе плевральных полости сообщаются. В такой ситуации пневмоторакс при повреждении всегда будет двусторонним и, следовательно, смертельным.

427. Сравним две системы – «естественное дыхание» и «искусственное дыхание». Они работают по-разному. Значит, используем правило САС. По условию задачи нас интересует только одно различие – экспериментатор не знает истинные потребности в кислороде в каждый данный момент. А в естественных условиях это известно? Разумеется. Это «знает» дыхательный центр. Именно в нем обрабатывается многочисленная информация, на основании которой в каждый данный момент принимается решение о том, сколько именно кислорода (воздуха) требуется организму, и посылается соответствующая команда в дыхательные мышцы. Таким образом нужно соединить работу двух элементов: аппарата искусственного дыхания, который может доставлять воздух в легкие, но не знает, сколько, и дыхательного центра, который знает, сколько нужно воздуха, но в условиях опыта не может управлять работой дыхательных мышц. Это последнее и было сделано. В опыте отводили ПД от диафрагмального нерва и затем эта информация поступала в специально сконструированный аппарат искусственного дыхания.

428. Сначала используем правило АСФ. Среди факторов, обеспечивающих начало самостоятельного дыхания новорожденного, очень важную роль играет прекращение поступления крови из организма матери. Это приводит к накоплению в крови младенца углекислого газа и раздражению дыхательного центра. Происходит первый вдох и начинается нормальное дыхание атмосферным воздухом. Теперь перейдем к правилу АРР-ВС. В узле пересечения отличающийся элемент – это перевязка пуповины, быстрая или медленная. Почему при очень медленной перевязке ребенок может погибнуть? Вам ничего не говорят слова «очень медленно»? Или скажем точнее, «очень медленное нарастание раздражения»? Конечно же закон крутизны нарастания. При очень медленном пережатии пуповины соответственно очень медленно будет нарастать содержание углекислого газа в крови и нейроны дыхательного центра не смогут возбудиться. Первый вдох так и не произойдет.

429. Если изолированный орган, например, сердце способен к самовозбуждению, значит, он обладает автоматией. Следовательно, вопрос можно поставить иначе, а именно: «обладает ли дыхательный центр автоматией?» Ответ положительный. Клетки дыхательного центра могут возбуждаться под влиянием углекислого газа, который образуется в ходе собственного метаболизма. Впервые автоматия дыхательного центра была установлена, когда обнаружили ритмическую активность в продолговатом мозге лягушки, где и находится дыхательный центр. Таким образом, рефлекторные и гуморальные воздействия на дыхательный центр не вызывают его деятельность, как таковую, а лишь поддерживают и изменяют ее.