Дыхание при пониженном барометрическом давлении физиология

Дыхание при пониженном атмосферном давлении. При подъеме на высоту животные и человек оказываются в условиях пониженного атмосферного давления. При этом развивается гипоксия (недостаток кислорода в организме) в результате низкого парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. На высоте 5 км барометрическое давление составляет около 60 мм рт. ст. и насыщенность крови кислородом снижается до 80% , что способствует развитию горной болезни.

На высоте от 2,5 до 5 км повышается вентиляция легких, что вызвано стимуляцией каротидных хеморецепторов. Одновременно происходит повышение артериального давления и увеличение частоты сердечных сокращений. Эти реакции направлены на усиление снабжения тканей кислородом.

В случае увеличения высоты более 7 км могут наступить опасные для жизни нарушения дыхания, кровообращения и потеря сознания.

Длительное пребывание или обитание животных и людей в горной местности сопровождается акклиматизацией к кислородному голоданию, которая проявляется в следующем:

• увеличивается концентрация эритроцитов в крови в результате усиления эритропоэза;
• повышается содержание гемоглобина в крови и увеличивается ее кислородная емкость;
• активизируется вентиляция легких;
• повышается плотность кровеносных капилляров в тканях в результате увеличения их длины и извитости.

Дыхание при повышенном атмосферном давлении. При погружении животных и человека под воду возрастает атмосферное давление. Например, на глубине 10 м давление возрастает до 2 атм, на глубине 20 м — до 3 атм. В этом случае парциальное давление газов в альвеолярном воздухе возрастает и в крови растворяется большое количество газов — кислорода, азота. Само пребывание на большой глубине не опасно, но при быстром подъеме и переходе от повышенного давления к обычному растворенные в крови газы вскипают и вызывают газовую эмболию сосудов (кессонная болезнь), что может привести к смерти. Кессонная болезнь характеризуется болями в мышцах, головокружением, одышкой, потерей сознания. При медленном подъеме на поверхность газы постепенно удаляются из организма, что профилактирует развитие кессонной болезни. Особенно важны эти закономерности при проведении водолазных работ. В случае погружения водолазов на большие глубины для дыхания применяют гелиево-кислородные смеси. Водолазы поднимаются с глубины очень медленно, а после подъема проходят постепенную декомпрессию.

У некоторых животные выработались специальные дыхательные приспособительные реакции, позволяющие им нырять на определенную глубину. К таким животным относятся ластоногие, киты, выдра, калан и многие другие. Например, крупные киты могут погружаться на глубину 100-200 м и находиться под водой в течение 50—60 мин, а морские львы могут нырять на глубину до 750 м. Физиологически это обусловлено тем, что их дыхательный центр малочувствителен к накоплению в организме С02, что позволяет длительно задерживать дыхание и более полно использовать 02, содержащийся в крови и легких. Кроме того, их мышцы богаты миоглобином. Миоглобин — красный железосодержащий белок (специализированная разновидность гемоглобина), находящийся в сердечной и скелетной мышцах и активно переносящий 02. Так, в скелетных мышцах лошадей и человека содержится 4—9 мг миог- лобина на 1 г массы мышц, а у морских львов — 55—75 мг/г.

Источник

Классический
пример дыхания в условиях повышенного
барометрического давления – это дыхание
под водой при плавании с аквалангом. На
поверхности моря барометрическое
давление равняется 1 атмосфере. Погружение
под воду на каждые 10 метров добавляет
по 1 атмосфере (10 м – 2 атм.; 20 м – 3 атм.;
30 м – 4 атм.; и т.д.). Но если барометрическое
давление, по сравнению с уровнем моря,
увеличивается в 2, 3, 4, и т.д. раз, то и
парциальные давления газов в дыхательной
газовой смеси увеличиваются соответственно
в 2, 3, 4, и т.д. раз, что, в свою очередь,
приводит к высокой растворимости газов
в крови. Это вызывает ряд проблем, и
необходимость корректировки состава
дыхательной газовой смеси.

1)
Высокое растворение О2,
когда его в крови становится больше,
чем может быть связано гемоглобином,
опасно и требует корректировки состава
газовой смеси. На глубинах превышающих
40 м необходимо использовать дыхательные
газовые смеси не с 20,9 об. % О2,
как в атмосферном воздухе, а всего лишь
5 об. %; а на глубинах свыше 100 м – 2 об. %
О2.

2) Повышенное
растворение азота вызывает наркотическое
состояние (опьянение). На глубинах
превышающих 60 м, азотно-кислородная
дыхательная газовая смесь должна
заменяться гелиево-кислородной. Гелий
вызывает наркотический эффект на глубине
200-300 м. Исследуется возможность
использования водородно-кислородных
смесей на глубинах свыше 300 м и до 2-х км.

3) Необходимость
декомпрессии. При быстром подъёме
водолаза с глубины, растворённые в
крови, газы вскипают, и вызывают газовую
эмболию – закупорку сосудов. Подъём
водолаза с глубины 300 м требует 2-недельной
декомпрессии. Поэтому, при работе на
больших глубинах используется вахтовый
метод: водолаз живёт 2-3 недели в барокамере
под водой, затем его подвергают постепенной
декомпрессии.

При подъёме в горы,
барометрическое давление понижается,
а, следовательно, понижается и парциальное
давление кислорода. На высоте 5 км над
уровнем моря парциальное давление
кислорода становится < 50 мм рт.ст. (на
уровне моря ~ 100 мм рт. ст.). Возникает
острая гипоксия, а в ответ на неё, из-за
возбуждения хеморецепторов каротидного
синуса, возникает гипервентиляция. В
результате гипервентиляции развивается
гипокапния, т.е. вымывание углекислого
газа, импульсация с центральных
хеморецепторов снижается, возникает
гипопноэ.

У людей, живущих
высоко в горах, наблюдаются характерные
адаптивные приспособления организма:

1)
снижена чувствительность периферических
хеморецепторов к недостатку О2;

2) повышена
диффузионная способность лёгких;

3) увеличена
кислородная ёмкость крови за счёт
увеличения содержания гемоглобина в
крови;

4) снижено сродство
гемоглобина к кислороду (в том числе и
за счёт увеличения в эритроцитах
2,3-дифосфоглицерата), кислород легче
отдаётся в ткани.

У
неадаптированного человека, когда
парциальное давление О2
становится < 50 мм рт.ст., возникает
необходимость дышать газовой смесью с
повышенным содержанием О2,
а на высоте 9 км (где парциальное давление
О2
– 30 мм рт.ст.) – чистым О2.
На высоте 18 км необходим скафандр с
автономным атмосферным давлением.

Соседние файлы в папке Ответы

Источник

Атмосферное
давление понижается при подъеме на
высоту. Это сопровождается одновременным
снижением парциального давления
кислорода в альвеолярном воздухе. На
уровне моря оно составляет 105 мм.рт.ст.
На высоте 4000 м уже в 2 раза меньше. В
результате уменьшается напряжение
кислорода в крови. Возникает гипоксия.
При быстром падении атмосферного
давления наблюдается острая гипоксия.
Она сопровождается эйфорией, чувством
ложного благополучия, и скоротечной
потерей сознания. При медленном подъеме
гипоксия нарастает медленно. Развиваются
симптомы горной болезни. Первоначально
появляется слабость, учащение и углубление
дыхания, головная боль. Затем начинаются
тошнота, рвота, резко усиливаются
слабость и одышка. В итоге также наступает
потеря сознания, отек мозга и смерть.
До высоты 3 км у большинства людей
симптомов горной болезни не бывает. На
высоте 5 км наблюдаются изменения
дыхания, кровообращения, высшей нервной
деятельности. На высоте 7 км эти явления
резко усиливаются. Высота 8 км является
предельной для жизнедеятельности высоте
организм страдает не только от гипоксии,
но и от гипокапнии. В результате снижения
напряжения кислорода в крови возбуждаются
хеморецепторы сосудов. Дыхание учащается
и углубляется. Из крови выводится
углекислый газ и его напряжение падает
ниже нормы. Это приводит к угнетению
дыхательного центра. Несмотря на гипоксию
дыхание становится редким и поверхностным.
В процессе адаптации к хронической
гипоксии выделяют три стадии. На первой,
аварийной, компенсация достигается за
счет увеличения легочной вентиляции,
усиления кровообращения, повышения
кислородной емкости крови и т.д. На
стадии относительной стабилизации
происходят такие изменения систем,
организма, которые обеспечивают более
высокий, и выгодный уровень адаптации.
В стабильной стадии физиологические
показатели организма становятся
устойчивыми за счет ряда компенсаторных
механизмов. Так кислородная емкость
крови увеличивается не только за счет
возрастания количества эритроцитов,
но и 2,3-фосфоглицерата в них. За счет
2,3-фосфоглицерата улучшается диссоциация
оксигемоглобина в тканях. Появляется
фетальный гемоглобин, имеющий более
высокую способность связывать кислород.
Одновременно повышается диффузионная
способность легких и возникает
«функциональная эмфизема». Т.е. в
дыхание включаются резервные альвеолы
и увеличивается функциональная остаточная
емкость. Энергетический обмен понижается,
но повышается интенсивность обмена
углеводов.

Гипоксия это
недостаточное снабжение тканей
кислородом. Формы гипоксии:

1. Гипоксемическая
гипоксия. Возникает при снижении
напряжения кислорода в крови (уменьшение
атмосферного давления, диффузионной
способности легких и т.д.).

2. Анемическая
гипоксия. Является следствием понижения
способности крови транспортировать
кислород (анемии, угарное отравление).

3. Циркуляторная
гипоксия. Наблюдается при нарушениях
системного и местного кровотока (болезни
сердца и сосудов).

4. Гистотоксическая
гипоксия. Возникает при нарушении
тканевого дыхания (отравление цианидами).

Соседние файлы в предмете Нормальная физиология

Источник

Проблема дыхания при пониженном атмосферном давлении имеет
большое практическое значение при высотных полетах и подъемах на горные вершины.
На высоте 4000—6000 м могут возникнуть симптомы так называемой горной, или
высотной, болезни, которая характеризуется признаками, характерными для тяжелой
гипоксии. Если же человек через маску, надетую на лицо и соединенную со
специальным баллоном, дышит газовой смесью с высоким содержанием кислорода, то
высотная болезнь не наступает и на высоте 11 000—12 000 ж, на которой без
добавления кислорода он не мог бы находиться.

Кроме недостатка кислорода, организм на высотах страдает также от недостатка
углекислоты в крови и тканях, т. е. от гипокапнии. Последняя возникает потому,
что недостаток кислорода в крови, раздражая хеморецепторы каротидного синуса,
вызывает учащение дыхания, что ведет к вымыванию углекислоты из альвеолярного
воздуха, а следовательно, и из крови. Недостаток углекислоты понижает
возбудимость дыхательного центра, поэтому дыхание не
усиливается настолько, насколько это требуется для удовлетворения потребности
организма в кислороде. Прибавка к вдыхаемому воздуху некоторого количества СО2
(до 3%) вызывает заметное улучшение состояния организма при высотной
болезни.

Большой практический интерес в связи с высокогорными восхождениями, высотными
полетами и парашютными прыжками представляет возможность повысить путем
тренировки выносливость человека к пониженному атмосферному
давлению, например повысить «индивидуальный потолок» летчика.
Тренировка летчиков или парашютистов к пребыванию на больших высотах достигается
в специальных герметических барокамерах, в которых с помощью насосов,
выкачивающих воздух, можно создать давление, соответствующее тому, которое
имеется на различных высотах.

В результате тренировки выносливость к пониженному атмосферному давлению
повышается, и исследуемый сохраняет относительно нормальную работоспособность
даже при давлении 316 мм рт. ст., что соответствует высоте 7000 м. Между тем у
нетренированного человека, помещенного в камеру явлением в 355 мм рт. ст. (такое
давление имеется на высоте в 6000 м), уже через короткий срок обнаруживается
быстрое и поверхностное дыхание, плохое самочувствие, а иногда потеря
сознания.

При длительном пребывании на больших высотах, например при жизни в
высокогорных местностях, наблюдается акклиматизация к пониженному парциальному
давлению кислорода. Она обусловлена рядом фактов:

увеличением числа эритроцитов в крови, следовательно, повышением
кислородной емкости крови;
усилением легочной вентиляции;
понижением чувствительности тканей организма, в частности центральной
нервной системы, к недостаточному снабжению кислородом.

Увеличение числа эритроцитов происходит в результате усиленного
кроветворения, а также поступления в общую циркуляцию крови, находящейся
кровяных депо. Доказательством усиленного кроветворения является нарастание в
крови молодых форм эритроцитов — ретикулоцитов и увеличение массы красного
костного мозга.

На высоте в 15 000 м давление воздуха равно 80 мм рт. ст. В этих условиях
даже при дыхании чистым кислородом с помощью кислородного прибора парциальное
давление кислорода в альвеолярном воздухе значительно ниже нормы и не
обеспечивает достаточного поступления кислорода в кровь.

Поэтому при полетах в стратосфере, а тем более при космических полетах
необходимы герметические кабины или индивидуальные герметические скафандры, в
которых давление поддерживается на нужном уровне.

Источник

Рефлекторно-гуморальные механизмы регуляции дыхания. Дыхание в условиях пониженного и повышенного барометрического давления

Регуляция дыхания осуществляется центральной нервной системой самопроизвольно (автоматически) и произвольно. В стволовой части мозга (в частности в продолговатом мозге) размещена группа нервных клеток — дыхательный центр, отвечающий за дыхательный цикл (вдох-выдох). Дыхательный центр находится в постоянном ритмической активности, которая обычно осуществляется автоматически. Ритмические импульсы передаются от дыхательного центра к дыхательным мышцам, обеспечивая последовательное осуществление вдоха и выдоха.

Деятельность дыхательного центра регулируется рефлекторно (импульсами, поступающими от рецепторов) и гуморального (в зависимости от химического состава крови). Оба механизма регуляции действуют слаженно и между ними трудно провести границу.

Рефлекторная регуляция дыхания

Автоматическая регуляция дыхания. Дыхательный центр воспринимает информацию, поступающую от хеморецепторов и механорецепторов. Хеморецепторы расположены в крупных сосудах и реагируют на снижение концентрации кислорода и повышение концентрации углекислого газа. В них возникают нервные импульсы, которые по нервам достигают дыхательного центра и стимулируют акт вдоха.

В заключительной стадии вдоха, когда легкие растягиваются, раздражаются механорецепторы, расположенные в дыхательных мышцах и легких. Импульсы, возникающие в механорецепторов, направляются в дыхательного центра, тормозят центр вдоха и возбуждают центр выдоха. От центра выдоха импульсы передаются в дыхательных мышц, которые начинают расслабляться. Окончания выдоха рефлекторно стимулирует вдох.

Произвольная регуляция дыхания. В регуляции дыхания может участвовать кора больших полушарий головного мозга. Человек может произвольно (по своему желанию) на некоторое время задержать дыхание, изменить его ритм и глубину.

Гуморальная регуляция дыхания

Значительное влияние на дыхательный центр осуществляет химический состав крови, особенно его газовый состав. Например, накопление углекислого газа в крови раздражает хеморецепторы и рефлекторно возбуждает дыхательный центр. Гормон адреналин способен непосредственно влиять на дыхательный центр стимулируя дыхательные движения. Подобное действие может вызвать молочная кислота, которая образуется во время работы мышц. Она способна раздражать хеморецепторы в сосудах, что также приводит к увеличению частоты и глубины дыхания.

Дыхание в условиях пониженного и повышенного барометрического давления.

Барометрическое давление воздуха при спуске под воду на каждые 10,4 м глубины увеличивается на 1 атм. Повышенное давление существует также в кессонах и при постройке тоннелей, мостов, гидростанций. Человек в таких случаях может находиться под давлением не свыше 505400 Па. Частота дыхания при этом уменьшается на 2-4 в 1 мин. Вдох становится легче и короче, выдох затруднен и удлинен.

При быстром переходе от повышенного давления к нормальному возникает опасность «кессонной болезни», которая выражается в том, что начинается выделение азота из тканей и крови. Пузырьки выделяющегося азота могут закупорить мелкие кровеносные сосуды. При закупорке кровеносных сосудов мозга наступают параличи и смерть. Безопасность подъема в условия нормального давления обеспечивается его постепенностью. Подъем с остановками и вдыхание O2, ускоряющее выделение азота из организма, полностью устраняют опасность «кессонной болезни».

При дыхании кислородом в маске при повышенном давлении выдох становится активным, а вдох — пассивным, что приводит к перестройке нервной регуляции дыхания. Частота дыхания изменяется мало, а глубина его возрастает значительно. Легочная вентиляция увеличивается более чем в 2-3 раза. В результате гипервентиляции легких происходит избыточное удаление CO2 и давление СO2 в альвеолярном воздухе падает с 5320 Па до 3325 Па и ниже, что создает угрозу гипокапнии — падения содержания углекислоты в крови.

Снижение барометрического давления ведет к уменьшению парциального напряжения кислорода во всех звеньях кислородтранспортной системы организма, хотя усиленная легочная вентиляция и другие физиологические механизмы препятствуют снижению содержания кислорода в крови и других тканях тела.

В результате вблизи митохондрий давление кислорода может быть равно 10 мм рт. ст. на уровне моря и около 5 мм рт. ст даже на высоте 5600 м. Такое давление все еще достаточно, чтобы обеспечить оптимальные условия для протекания окислительных ферментативных реакций в клетках тела.

Источник