Sinh lý hô hấp

Sinh lý hô hấp

CHƯƠNG 3 : SINH LÝ HÔ HẤP

I TẦM QUAN TRỌNG CỦA HÔ HẤP

II SỰ HÔ HẤP NGOÀI

III SỰ TRAO ĐỔI KHÍ

1.Ý nghĩa sinh học:

Hô hấp là sự trao đổi khí liên tục giữa cơ thể sống với môi trường xung quanh Trong cơ thể luôn có sự oxyt hóa chất dinh dưỡng để sản xuất nhiệt, công, các sản phẩm mới , nhờ O2 lấy trong môi trường Sản phẩm cuối cùng của trao đổi chất là CO2 và H2O cùng một số hợp chất khác, về sau sẽ bị thải ra ngoài cơ thể Việc lấy O2 và thải CO2, H2O là một nhu cầu thiết yếu của sự sống Sinh vật càng cao, càng khó chịu đựng sự đói O2 và sự ứ đọng CO2, H2O Các động vật cao, nhất là người, nếu hô hấp gián đoạn chỉ vài phút sau là chết

2.Tiến hóa của hệ hô hấp:

Trên cơ thể động vật, bộ phận để cho O2 từ môi trường ngoài khuếch tán vào trong

tế bào và CO2 khuếch tán ra khỏi tế bào được gọi là - Bề mặt hô hấp

Ở động vật đơn bào và đa bào nhỏ như thủy tức, giun dẹp, đỉa phiến, sự trao đổi khí thực hiện trực tiếp qua màng tế bào và màng cơ thể Ngay ở thú hô hấp qua da và một phần qua ống tiêu hóa vẫn còn chiếm 1-2% trao đổi khí

Với các động vật có tổ chức cao, hệ hô hấp chuyên trách xuất hiện, chủ yếu gồm 3 kiểu: Mang,khí quản và phổi

(Mang: Là phần uốn cong ra ngoài của bề mặt cơ thể được chuyên hóa cho sưü trao đổi khí Ở một số ÐV không xương như: Sao biển, mang có hình dạng đơn giản và được phân bố gần như trên toàn bề mặt cơ thể Ở giun đốt mang được mở ra ở một số đốt thân hoặc có hình lông chim tập hợp thành đám ở đầu hoặc đuôi Ở sò, tôm và nhiều ÐV khác mang được giới hạn ở một vùng cơ thể Ở 1 số loài như: Sâu bọ, tôm cua và ấu trùng ở nước cũng có mang với nhiều hình dạng khác nhau Sự trao đổi không khí qua mang khi nước đi qua bề mặt hô hấp hiệu qủa đến mức làm cho mang có thể lấy 80% O2 hòa tan trong nước Do O2 hòa tan trong nước ít, vì vậy cần phải có sự thông khí Dòng nước chảy qua mang liên tục để thông khí làm cho ÐV có mang phải dành một số năng lượng nhất định cho sự thông khí

(Ôúng khí: Là 1 hệ thống ống phân nhánh khắp cơ thể côn trùng Các ống nhỏ nhất tiếp xúc với bề mặt của hầu hết tế bào, nơi đây khí được trao đổi bởi sự khuếch tán qua lớp biểu mô

ẩm ướt lót ở đầu tận cùng của hệ thống ống khí Tất cả các tế bào của cơ thể đều bộc lộ trong

môi trường hô hấp, nên hệ tuần hoàn mở của côn trùng không tham gia vào việc vận chuyển O2 và CO2 Sự chuyển động nhịp nhàng của cơ thể để đóng và mở các ống khí- Là sự thông khí

Phổi: Ðộng vật từ bò sát trở lên thở bằng phổi, kể cả ba ba, rùa biển và các loài thú đã quay trở lại ở nước như cá voi, cá heo Lúc đầu phổi được hình thành từ một chỗ lõm sâu của

hệ tiêu hóa, nhưng ở thú và người hệ hô hấp đã tách khỏi hệ tiêu hóa chỉ còn giao nhau ở phần đầu

Ở người: Không khí đi vào phổi qua 1 hệ thống ống phân nhánh Khí đi vào hệ thống này qua mũi, chúng được lọc bởi các lông mũi, được sưởi ấm, làm ẩm ướt khi đi ngang qua xoang mũi Xoang mũi dẫn vào hầu, rồi đến thanh quản có vách bằng sụn (Thanh quản còn là

cơ quan phát âm( Từ thanh quản, không khí đi ngang qua khí quản vào phế quản và vào phổi

Trong phổi, phế quản phân nhánh nhiều lần thành các ống nhỏ hơn gọi là tiểu phế quản Lớp biểu mô bên trong các phế quản được bao phủ bởi các tiêm mao và 1 lớp màng nhầy mỏng Chất nhầy giữ bụi, hạt phấn và các chất bẩn khác, nhờ chuyển động của tiêm mao đẩy chất nhầy xuống yết hầu, tại đây chúng được nuốt vào thực quản Qúa trình này giúp làm sạch đường hô hấp Cuối cùng các phế quản nhỏ nhất đi vào các phế nang (Hình 3.1(

Lớp biểu mô mỏng của hàng triệu phế nang trong phổi giữ vai trò như một bề mặt hô hấp O2 trong không khí sẽ được hòa tan trong lớp màng ẩm và khuếch tán qua biểu mô đi vào lưới mao mạch xung quanh phế nang CO2khuếch tán từ các mao mạch qua biểu mô của phế nang rồi đi vào không khí.Các cơ hô hấp như cơ liên sườn, cơ hoành tạo áp xuất âm giúp cho sưü thông khí

1 Ðộng tác thở:

Ðộng tác hít vào:

- Hít vào bình thường: Ðược thực hiện do các cơ hít vào co lại làm tăng kích thước của lồng ngực theo cả 3 chiều: trước, sau và ngang

Tăng chiều thẳng đứng: Ðáy của lồng ngực là cơ hoành, bình thường cơ hoành lồi lên phía lồng ngực theo 2 vòm, khi cơ hoành co nó phẳng ra, hạ thấp xuống do đó làm tăng chiều thẳng đứng của lồng ngực Cơ hoành cứ hạ xuống 1cm thì thể tích lồng ngực tăng 250cm3 Khi hít vào bình thường, cơ hoành hạ thấp khoảng 1,5 cm, hít vào cố gắng có thể hạ tới 7- 8cm Khi liệt cơ hoành hô hấp sẽ bị rối loạn nghiêm trọng

Tăng chiều trước sau và chiều ngang: Ở tư thế nghỉ ngơi, các xương sườn chếch ra trước và xuống dưới, khi các cơ hít vào co lại, xương sườn quay xung quanh 1 trục đi qua 2 điểm khớp với đốt sống và chuyển từ tư thế chếch xuống sang tư thế ngang hơn, do đó tăng đường kính trước sau và đường kính ngang của lồng ngực Hình 3.2

Ngoài cơ hoành, cơ liên sườn ngoài còn có sự tham gia của cơ bậc thang, cơ răng cưa lớn , cũng làm tăng thêm thể tích lồng ngực

- Hít vào cố gắng: Khi hít vào cố gắng có sự tham gia thêm của 1 số cơ : Cơ ức đòn chũm, cơ ngực, cơ chéo là những cơ hít vào phụ Những cơ này bình thường tựa vào những vị trí bất động là lồng ngực để làm cử động đầu và tay Lúc hít vào cố gắng thì đầu và tay trở thành tương đối bất động, các cơ hô hấp phụ tì vào nơi đó mà nâng xương sườn lên

Ðộng tác thở ra:

-Thở ra bình thường: Là động tác thụ động vì không đòi hỏi năng lượng co cơ Khi các

cơ hít vào như cơ hoành, cơ liên sườn ngoài giãn, đồng thời cơ liên sườn trong co theo phương ngược lại với cơ liên sường ngoài, lồng ngực trở về vị trí cũ dưới tác dụng của sức đàn hồi ngực phổi và sức chống đối của các tạng bụng làm xương sườn hạ xuống, cơ hoành lồi lên, giảm dung tích lồng ngực, đẩy không khí ra ngoài

- Thở ra cố gắng: Có sự hỗ trợ của các cơ thành bụng Những cơ này khi co lại kéo các xương sườn xuống thấp hơn, dồn cơ hoành lồi lên ngực, đây là động tác tích cực, đòi hỏi tiêu tốn năng lượng

Ðộng vật có 3 phương thức thở: thở ngực, động tác hít vào chủ yếu do tác dụng của cơ liên sườn ngoài Thở bụng do tác dụng của cơ hoành Thở ngực bụng, do phối hợp cơ hoành

và cơ liên sườn

2 Nhịp hô hấp

4 Thể tích hô hấp

Thể tích hô hấp là thể tích khí trao đổi khi hô hấp

Dung tích sống là thể tích khí huy động được sau 1 lần hít vào gắng sức và thở ra gắng hết sức Nó là thể tích tối đa có thể trao đổi trong 1 lần hô hấp,do đó phần nào biểu hiện thể lực

Dung tích sống của người trưởng thành 2,5-3 lít ở nữ và 3,5- 4 lít ở nam

- Khí lưu thông:Thể tích khí hít vào và thở ra bình thường, ở Người khoảng 500ml

- Khí bổ sung: Hít gắng sức thêm, khoảng 1500ml

- Khí dự phòng: Thở ra gắng sức, khoảng 1500ml

Dung tích sống của ngựa: 26-30 lít, của chó 350-400ml

Khi thở ra tận lực trong phổi vẫn còn 22,1% khí đọng lại ở các đường hô hấp gọi là khí cặn

5 Sự điều tiết hô hấp

5.1 Cơ chế thần kinh:

Các tế bào thần kinh vận động cơ hô hấp nằm trong sừng trước của chất xám tủy:

- Tế bào của dây ngực - bụng phụ trách cơ hoành nằm trong đoạn cổ 3 và 4

- Dây liên sườn xuất phát từ các đoạn ngực của tủy sống

- Trung khu hô hấp nằm ở hành tủy, gần đáy của não thất IV, cạnh cấu tạo chóp bút lông

- Trung tâm ức chế hô hấp (trung tâm ngừng thở( nằm trên cầu não có tác dụng điều hòa hô hấp, bằng tác động có chu kỳ ức chế trung khu hít vào để trung khu thở ra phát huy tác dụng Hình 3.3

Ðiều tiết bằng phản xạ:

Khi ta hít vào, xung động được truyền từ trung khu hít vào trên hành não theo các sợi vận động tới cơ hoành và cơ liên sườn để nâng xương sườn lên, đồng thời xung động lên cầu não tới trung khu điều hòa hô hấp nằm ở cầu não, từ trung tâm này có luồng xung động đi xuống ức chế trung tâm thở ra, gây động tác hít vào

Khi trung tâm thở ra phát xung, thì trung tâm hít vào bị ức chế Khi hít vào, phổi căng khí thì các xung thần kinh từ các thụ quan ở thành phế nang và các cơ hô hấp theo đường dẫn truyền thần kinh hướng tâm về hành tủy, sẽ ức chế trung khu hít vào và kích thích trung khu thở ra Kết qủa là cơ hoành

và cơ liên sườn ngoài giãn, thể tích lồng ngực thu hẹp lại ép phổi xẹp xuống gây động tác thở ra Khi thở

ra, phổi xẹp xuống, các xung thần kinh từ các thụ quan trở về gây ức chế trung khu thở ra và kích thích trung khu hít vào Sự thở ra và hít vào thực hiện một cách tự động kế tiếp nhau theo cơ chế tự điều hòa, không cần có sự kiểm soát của vỏ não

Khi màng nhày hốc mũi bị kích thích, gây phản xạ co phế quản hoặc động tác hít vào sâu và chậm, sau đó thở ra rất mạnh và nhanh (hắt hơi( Kích thích màng nhày khí quản gây phản xạ tống mạnh

5.2.Cơ chế hóa học điều hòa hô hấp:

- Vai trò CO2 : Khi nồng độ co2 tăng (hoặc acíd carbonic(, làm cho hô hấp tăng lên, khi tăng qúa nồng độ co2 gây trịêu chứng ngộ độc như nhức đầu, buồn nôn, rối loạn tuần hòan, mê

Ở trẻ sơ sinh do tuần hoàn thai bị cắt, cơ thể không thải được co2 , đồng thời do trẻ cử động, CO2 trong máu tăng kích thích trung tâm hít vào gây động tác hô hấp đầu tiên của đứa trẻ

- Vai trò O2: Khi nồng độ O2 trong máu xuống thấp có tác dụng tăng thông khí, lúc đầu chỉ tăng biên độ, sau tăng cả tần số

Khi lượng khí CO2 tăng cao hay lượng O2 giảm thấp, tác động lên các thụ quan hóa học ở xoang động mạch cảnh sẽ truyền xung động về trung tâm hô hấp ở hành tủy, gây phản xạ tăng hô hấp Ngược lại, huyết áp tăng ở xoang động mạch cánh và quai động mạch làm giảm hô hấp

Luồng thần kinh từ vỏ não làm cho ta có thể điều chỉnh cử động hô hấp theo ý muốn Khi một vùng của vỏ não đang hưng phấn mạnh, vùng này sẽ phát xung ức chế các vùng xung quanh, trong đó có

cả trung tâm hô hấp Ví dụ hô hấp giảm khi tập trung làm toán Ðau, cảm xúc, sợ hãi sẽ gây nên những luồng thần kinh đi từ vỏ não, hệ viền, vùng dưới đồi làm thay đổi hô hấp (hình 3.4)

Hình 3.4 Sơ đồ điều hòa hô hấp

1 Sự trao đổi khí ở phổi

Sự trao đổi khí được diễn ra trên bề mặt hô hấp Ở người có khoảng 700 triệu phế bào với diện tích chung là 103,5 m2 ở nữ và 130 m2 ở nam, lớp mô bì của phế bào rất mỏng khoảng 0,004 mm Diện tích chung của mao mạch tiếp xúc với phế bào rất lớn - khoảng 6000 m2

Phân áp khí (áp xuất từng phần)

Không khí ở phế bào thường bão hòa hơi nước do:

- Áp xuất của không khí là 760 mmHg

- Áp xuất từng phần của hơi nước là 50 mmHg

- Áp xuất riêng của không khí trong phế bào (Cả khí thở ra( là

760-50= 710mmHg

Tỷ lệ % của khí hô hấp ở người:

Sự trao đổi khí ở phế bào và máu:

Khí khuyếch tán từ nơi có phân áp cao đến nơi có phân áp thấp Chênh lệch phân áp của mỗi nơi

sẽ qui định chiều di chuyển của khí Máu động mạch phổi có PO2 = 40mHg và PCO2 = 46mHg

PO2 ở phế nang cao hơn trong máu do động mạch phổi đem vào và bằng:

106,5 mmHg - 40 mmHg = 56,5 mmHg

PCO2 ở động mạch phổi cao hơn ở phế nang và bằng:

46 mmHg - 42,6 mmHg = 3,4 mmHg

Sự chênh lệch phân áp trên đã làm cho O2 từ phế nang khuyếch tán vào máu và CO2 từ máu vào phế nang

Tốc độ khuyếch tán CO2 gấp 25 lần so với O2 Trung bình khi chênh lệch 1 mmHg thì 1 phút

có khoảng 25 - 60 mml O2 vào máu

Trạng thái bình thường của cơ thể cần 250 300 mml O2/ phút, vì vậy chỉ cần chênh 5

-10 mmHg là đủ

Sự trao đổi khí ở tổ chức và máu:

Máu sau khi trao đổi tại phế nang mang theo PO2 khoảng 100 mmHg và

PCO2 khoảng 40 mmHg về tâm nhĩ trái theo vòng tuần hoàn lớn đi đến tổ chức cơ thể

Tại các mô sự trao đổi khí tiếp tục xảy ra theo mức độ chênh lệch phân áp Ở mô PO2 khoảng 0 - 20 mmHg, PCO2 khoảng 60 mmHg O2 sẽ từ máu vào mô và CO2 , ngược lại đi từ

mô vào máu (Hình 3.5(

Hình 3.5 Sơ đồ trao đổi khí

Sắc tố hô hấp với sự chuyên chở khí:

Hemoglobin chứa sắt, làm máu có màu đỏ Hemocyanin (thường gặp ở chân khớp, thân mềm(, chứa đồng làm máu có màu xanh

Trong hồng cầu: