Как устроена вентиляция: Как работает вентиляция — Мир Климата и Холода

Проще говоря, вентиляция – это дыхание – физическое движение воздуха между внешней средой и легкими. Воздух проходит через рот и носовые ходы, а затем вниз по глотке. Достигнув голосовых связок, воздух поступает в трахею, переходя из верхних дыхательных путей в нижние. Здесь он продолжается дистально до киля, затем через главные бронхи, различные ветви бронхиол и, наконец, достигает альвеол. Это вдох. Движение воздуха в обратном направлении от альвеол ко рту и носу называется выдохом. Вдох, за которым следует выдох, равен одному вдоху. Это то, что вы наблюдаете (поднятие и опускание грудной клетки) при определении частоты дыхания.

Вентиляция возможна только в том случае, если ствол мозга, черепные и связанные с ними периферические нервы, диафрагма, межреберная мускулатура и легкие функционируют. Объединяя функции всех этих структур, механизм легочной вентиляции устанавливает два градиента давления газа. Тот, в котором давление в альвеолах ниже атмосферного давления – это производит вдох. Другой, при котором давление в альвеолах выше атмосферного, – это производит выдох. Эти необходимые изменения внутрилегочного давления происходят из-за изменений объема легких.

Итак, как изменяется объем легких? Проще говоря, это комбинация мышечных сокращений, стимулируемых центральной нервной системой, и движения серозной оболочки в грудной клетке, называемой плеврой. Плевра состоит из двух слоев: париетального слоя, который выстилает внутреннюю часть грудной клетки, и висцерального слоя, который покрывает легкие и прилегающие к ним структуры (кровеносные сосуды, бронхи и нервы). Между висцеральным и париетальным листками находится небольшое, заполненное жидкостью пространство, называемое плевральной полостью.

Инициация вентиляции начинается со ствола головного мозга, где импульсы (потенциалы действия) генерируются в продолговатом мозге, а затем распространяются дистально по спинному мозгу. Импульс проходит индивидуально через третий, четвертый и пятый шейные нервы до уровня чуть выше ключицы. Здесь три шейных нерва сливаются в один большой нерв, называемый диафрагмальным нервом, который прикрепляется дистально к диафрагме. Представьте себе эти два нерва, напоминающие пару подтяжек на передней части грудной клетки. Доставленный импульс от диафрагмального нерва инициирует сокращение диафрагмы.

Межреберные мышцы представляют собой группу внутренних мышц грудной клетки, занимающих межреберные промежутки. Они расположены отдельно в трех отдельных слоях (наружные межреберные мышцы, внутренние межреберные мышцы и самые внутренние межреберные мышцы). Межреберные нервы, стимулирующие эти мышцы, берут начало от грудных нервов 1-11 спинного мозга.

Вдох начинается при стимуляции куполообразной диафрагмы. По мере сокращения и уплощения грудная клетка расширяется книзу. Внутренние и самые внутренние межреберные мышцы расслабляются, а наружные межреберные мышцы сокращаются от раздражения грудными нервами. Это вызывает движение ребер вверх и наружу (аналогично движению ручки ведра) и грудины (аналогично движению вверх ручки водяного насоса). Жидкость в плевральной полости действует как клей, приклеивая грудную клетку к легким. Следовательно, когда грудная клетка расширяется вертикально и латерально, париетальный слой увлекает за собой висцеральный слой, вызывая расширение легких. Адекватное расширение легких приводит к снижению давления в альвеолах. Поэтому, когда альвеолярное давление падает ниже атмосферного, воздух устремляется в легкие.

Помните, что для вдоха требуется стимул, инициируемый центральной нервной системой. Думайте об этом, как о включении света. Свет не горит до тех пор, пока вы не щелкнете выключателем (ЦНС), высвобождая электричество и стимулируя компоненты лампочки. Пока выключатель включен и есть импульс, свет горит. Однако, если вы выключите переключатель, стимул прекратится, и свет погаснет. Выдох сродни выключению выключателя, так сказать.

Грудные рецепторы растяжения постоянно контролируют расширение грудной клетки. Как только достигается приемлемый предел расширения, они посылают в центральную нервную систему сообщение «выключить выключатель». Все нервы, стимулирующие сокращение диафрагмальных и наружных межреберных мышц, временно перестают проводить. Следовательно, диафрагма и наружные межреберные мышцы расслабляются, уменьшая объем грудной клетки, словно выпуская воздух из воздушного шара. Помогая этому пассивному процессу, стимулируются внутренние и самые внутренние межреберные мышцы. Их сокращение тянет грудную клетку и прикрепленную к ней плевру дальше вниз и внутрь, сжимая легкие и увеличивая давление воздуха в альвеолах. Когда альвеолярное давление превышает атмосферное, воздух выходит из легких.

Вот и все. Просто, верно? Взрослые обычно вентилируют от 12 до 20 раз в минуту благодаря вегетативной нервной системе. Нам даже не нужно об этом думать! Тем не менее, что становится проблемой (и почему EMS получает вызов), когда нервная система, грудная мускулатура или легкие становятся больными или неработоспособными. Вот неполный список патологий, нарушающих вентиляцию:

• Нервная система: повреждение ствола головного мозга/черепно-мозговая травма, шейное повреждение позвоночника, тяжелая миастения, БАС (болезнь Лу Герига), синдром Гийена-Барре
• Грудная клетка: тупая травма грудной клетки, перелом ребер/скручивание грудной клетки, разрыв диафрагмы/грыжа, проникающая травма грудной клетки/пневмоторакс, гемоторакс, плевральный выпот, сдавление грудной клетки
• Легкие:  эмфизема, хронический бронхит, астма, обструкция дыхательных путей инородным телом, кистозный фиброз, рак/опухоль легких

Дыхание — это движение газа через мембрану. Газообмен в легких называется внешним дыханием. Очень тонкая мембрана, которую пересекает газ, называется дыхательной мембраной, отделяющей воздух в альвеолах от крови в легочных капиллярах. Его структура состоит из альвеолярной стенки, капиллярной стенки и соответствующей базальной мембраны каждой из них. Базальная мембрана представляет собой тонкую волокнистую структуру, отделяющую внутреннюю или внешнюю поверхность тела от подлежащей соединительной ткани. Думайте об этом как о рождественской оберточной бумаге вокруг коробки.

Напомним, что адекватная вентиляция позволяет воздуху достигать альвеол и создавать градиент давления. Альвеолярное давление кислорода обычно колеблется от 80 до 100 мм рт. ст., тогда как альвеолярное давление вдыхаемого углекислого газа очень низкое (обычно 40 мм рт. ст.). Обедненная кислородом кровь, транспортируемая из клеток организма обратно в правую часть сердца, перекачивается в легочный ствол и через легочные артерии. В конце концов кровь проходит через дистальные легочные капилляры, окружающие альвеолы. Кислород в легочном кровотоке обычно имеет давление 40 мм рт.ст., а углекислый газ имеет давление 45 мм рт.ст. Эти различия в давлении обеспечивают диффузию кислорода из альвеолярного воздуха через дыхательную мембрану на гемоглобин эритроцитов. Углекислый газ диффундирует от гемоглобина, пересекает респираторную мембрану и поступает в альвеолярное пространство.

В результате внешнего дыхания устанавливается давление гемоглобина кислорода более 100 мм рт.ст. и пониженное давление углекислого газа 40 мм рт.ст. Обмен кислорода и углекислого газа продолжается через дыхательную мембрану до тех пор, пока не установится равновесие каждого газа. Затем богатая кислородом кровь течет из легких по легочным венам обратно в левую часть сердца. Здесь он откачивается через аорту во все ткани организма.

Кровь течет из большого круга кровообращения вниз по артериям, артериолам и, в конечном счете, в капилляры. Капилляры достаточно велики, чтобы вместить только один эритроцит за раз, и кровоток на этом уровне очень медленный. Это максимально увеличивает время выделения кислорода и реабсорбции углекислого газа. Клетки нуждаются в высокой концентрации кислорода для правильного функционирования. Таким образом, между отдельными клетками организма и системными капиллярами должен происходить другой мембранный обмен газа.

Это взаимодействие происходит с газом, уже находящимся в организме, поэтому его называют внутренним дыханием. Органеллы внутри клетки поглощают кислород и объединяют его с глюкозой, жиром или белком и вырабатывают энергию (АТФ) посредством ряда сложных химических реакций. В результате образуются отходы с высокой концентрацией углекислого газа. Таким образом, когда артериальная кровь течет в капилляры, ожидающая клетка имеет низкое давление кислорода (обычно 40 мм рт.ст.) и высокое давление углекислого газа (45 мм рт.ст.).

Кислород, связанный с гемоглобином, поддерживает давление около 100 мм ртутного столба, а углекислый газ — давление 40 мм ртутного столба. Вновь устанавливается градиент диффузии, только на этот раз в направлении, противоположном тому, что имело место в легких. На клеточном уровне обмен кислорода и углекислого газа начинается через клеточную/капиллярную мембрану до тех пор, пока не установится равновесие каждого газа. Кровоток продолжается через венулы, вены, полую вену, сердце и обратно в легкие при давлении кислорода гемоглобина 40 мм рт.ст. и давлении углекислого газа 45 мм рт.ст. Промыть и повторять, каждую минуту, каждый день, на всю жизнь.

К сожалению, внешнее и внутреннее дыхание также может подвергаться негативному влиянию и торможению при различных болезненных процессах. На момент написания этой статьи наиболее заметная респираторная патология вызвана коронавирусом COVID-19. Посмотрите видео на YouTube от доктора Санджая Мухопадхьяя из Кливлендской клиники (найдено в справочных списках), чтобы получить из первых рук представление о том, что COVID-19 делает с альвеолярно-капиллярной мембраной.

Кроме того, вот некоторые другие распространенные патологии дыхания:

• Отек легких. Левосторонняя сердечная недостаточность
• Потеря поверхностно-активного вещества. Утопление/аспирация
• Легочная эмболия. Отсутствие капиллярного кровотока
• Внутреннее/внешнее кровотечение. Недостаток объема крови, возвращающегося к сердцу
• Ушиб легкого. Сбор крови в альвеолах
• Ателектаз. Различные заболевания, приводящие к увеличению размеров дыхательной оболочки

Надеюсь, теперь вы понимаете разницу между вентиляцией легких и дыханием. Несмотря на то, что это независимые физиологические процессы, они также зависят друг от друга, чтобы обеспечить выживание человеческого организма. Итак, в следующий раз, когда кто-то неправильно использует один из этих терминов, улыбнитесь. Скажи им, что Крис сказал тебе.

1. https://www.slideshare.net/cud2018/respiratory-1-pulmonal-ventilation-physiology
2. Мукхопадхьяй, Санджай. (2020). https://www.youtube.com/watch?v=v2EHsG-C_Rg
3. Панавала, Лакна. (2017). Разница между внутренним и внешним дыханием. Получено с: http://pediaa. com/difference-between-internal-and-external-respiration/
.
4. Уччхас, Назиб. (2017). Дыхание и дыхание. Получено с: https://www.slideshare.net/uchchhas/breathing-respiration 

Крис Эбрайт (Chris Ebright) — специалист по обучению неотложной помощи в компании ProMedica Air and Mobile в Толедо, штат Огайо, занимается всеми аспектами внутреннего непрерывного обучения неотложной помощи, а также многочисленными системами неотложной помощи на северо-западе Огайо и юго-востоке Мичигана. Он был зарегистрированным в стране фельдшером в течение 25 лет, обеспечивая первичное реагирование скорой помощи, наземную и воздушную транспортировку неотложной помощи. Крис обучил сотни специалистов по оказанию первой помощи, врачей скорой помощи, фельдшеров и медсестер в течение 24 лет с помощью своих мастерских занятий с доской, в том числе выходцев с Каймановых островов и Австралии. Страсть Криса к образованию также в настоящее время представлена ​​​​в качестве автора ежемесячных статей, публикуемых на веб-сайте Limmer Education. За последние 13 лет он был ведущим докладчиком на многочисленных местных, государственных и национальных конференциях EMS, и ему нравится ежегодно путешествовать по Соединенным Штатам, встречаясь с профессионалами EMS из всех слоев общества. Крис самопровозглашенный любитель спорта, кино и американских горок и имеет степень бакалавра образования в Университете Толедо в Толедо, штат Огайо. С ним можно связаться по электронной почте [email protected] или через его веб-сайт www.christopherebright.com.

Об авторе

Миссия Limmer Education – помочь учащимся сдать NREMT. Мы делаем это, используя высококачественные, клинически точные и образовательные продукты, написанные ведущими национальными педагогами.

Определение вентиляции и примеры — Биологический онлайн-словарь

Вентиляция
сущ., [ˌvɛntɪˈleɪʃ(ə)n]
Определение: процесс дыхания или обеспечение воздухом для газообмена

Содержание

Вентиляция Определение

Часто, когда люди думают о вентиляции, они думают о поступлении в помещение чистого или достаточного количества воздуха. Вот как средний человек определил бы вентиляцию . Однако что такое вентиляция в корпусе? В науке вентиляция — это процесс поступления воздуха в легкие путем обмена содержимым с окружающей средой. Это определение легочной вентиляции и наиболее распространенный тип вентиляции у наземных животных. Именно этот процесс позволяет нам физически дышать. Медицинское определение вентиляции, в свою очередь, относится к процессу дыхания дыхательной системой, такой как человеческое тело.

Когда мы думаем об определении вентиляции в анатомии, мы думаем о структурах и органах, участвующих в этом биологическом процессе. Вентиляция обычно включает дыхательную систему, которая включает нос, рот, легкие, диафрагму и дыхательные пути, такие как бронхи и бронхиолы. Определение вентиляции в физиологии относится к функциональному процессу или механизму вентиляции. Это движение воздуха в атмосфере в легкие и из легких в организме организма. Этот процесс происходит плавно из-за градиентов давления между легкими и атмосферой.

Посмотрите это видео о вентиляции и оксигенации – определения и различия.

Биологическое определение:
Вентиляция относится к процессу дыхания живого существа. Например, у людей легочная вентиляция представляет собой тип вентиляции, который происходит между легкими и окружающей средой. Два основных типа легочная вентиляция и механическая вентиляция . Обычно человек в состоянии покоя вдыхает и выдыхает воздух со скоростью от пяти до шести литров в минуту.

Типы вентиляции

Существует два основных типа вентиляции: легочная вентиляция и механическая вентиляция . Они касаются естественной вентиляции, которая происходит, когда организм функционирует как обычно, или вспомогательной вентиляции, когда организму требуется помощь в процессе вентиляции.

1. Легочная вентиляция

Обычно известная как дыхание, легочное дыхание известно как процесс газообмена между легкими и атмосферой. На протяжении всего этого процесса воздух непрерывно вдыхается, (всасывается) и выдыхается, (выпускается) из легких. Разница давления в легких по сравнению с атмосферным позволяет воздуху легко входить и выходить. Это связано с тем, что, как и все газы, воздух течет из областей с высоким давлением в области с низким давлением.

Постоянное изменение давления вызвано дыхательными движениями, а также растяжкой эластичных тканей. Вместе эти процессы приводят к легочной вентиляции . Есть три давления, которые способствуют легочной вентиляции. Давление, которое присутствует в плевральной полости тела, называется внутриплевральным давлением . Давление воздуха снаружи тела равно атмосферного давления . Давление в альвеолах легких называется межальвеолярное давление . внутриплевральное , атмосферное и межальвеолярное (внутрилегочное) давление представляют собой три типа давления, которые участвуют в легочной вентиляции.

Процесс поступления воздуха в легкие известен как вдох или вдох. При вдохе воздух поступает в легкие и происходит газообмен. Возникает при сокращении мышц дыхательной системы, что происходит в активной фазе вентиляции. Когда диафрагма сокращается и объем грудной полости увеличивается, происходит вдох. Для того чтобы это произошло, необходимо одновременно снизить давление в альвеолах, чтобы воздух мог беспрепятственно поступать в легкие.

Процесс, при котором воздух выходит из легких, называется выдохом или выдохом . Это то, что завершает дыхательный цикл и выпускает воздух из легких. Диафрагма расслабляется, а эластические ткани оттягиваются, вызывая уменьшение объема грудной клетки и повышение внутриальвеолярного давления во время выдоха.

2. Механическая вентиляция легких

Иногда людям требуется помощь с вентиляцией. Эта вентиляция относится к процессу, при котором газообмен между легкими и воздухом происходит с помощью внешнего устройства, подключенного к пациенту. Это медицинское определение искусственной вентиляции легких. Это может произойти, когда пациента вводят в медикаментозную кому или если у него серьезные проблемы с дыханием. Эта форма вентиляции помогает пациенту дышать, некоторые даже считают, что аппарат «дышит» за пациента.

Целью искусственной вентиляции легких является продолжение газообмена между легкими и воздухом, чтобы пациент мог получать кислород. Это также необходимо для уменьшения усилия, которое тело пациента может приложить для дыхания. Это может быть вызвано многочисленными причинами, которые представляют собой дополнительную нагрузку на организм пациента. Это также может помочь с анестезией и расслаблением мышц, а также помочь с расширением легких и стабилизацией грудной стенки. Механический вентилятор можно увидеть на рисунке 2 ниже.

Внешнее устройство, присутствующее в механической вентиляции, называется аппаратом ИВЛ . Существуют различные типы вентиляторов, и все они служат разным целям. Высокочастотные вентиляторы используют высокочастотный механизм для обеспечения прерывистого положительного давления, классифицируя их как колебательные высокочастотные и высокочастотные струйные вентиляторы. Вентиляторы непрерывного потока необходимы либо для прерывистого потока, либо для постоянного основного потока. Вентиляторы с положительным давлением используются для циклического изменения давления и циклического движения потока или их комбинации.

Сходства и различия

Механическая и легочная или естественная вентиляция имеют много сходств и различий. Например, целью обоих типов вентиляции является обеспечение газообмена. Оба также полагаются на естественную дыхательную систему для вдоха и выдоха. И механическое, и естественное дыхание также основаны на отдаче эластика в легких для изменения давления в альвеолах и вытеснения воздуха из легких. Однако при ИВЛ газообмен облегчается с помощью аппарата ИВЛ и полностью изолируется от воздуха в атмосфере. Тогда как газообмен при легочной вентиляции происходит исключительно и непосредственно между легкими и атмосферой. Механическая вентиляция имеет заданную скорость, с которой она происходит, потому что вентилятор должен быть настроен на работу с определенной скоростью. С другой стороны, естественная вентиляция происходит в зависимости от среды организма и ускоряется в одних условиях и замедляется в других.

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о вентиляции.

Викторина

Выберите лучший ответ.

1. Какая система органов в основном связана с вентиляцией?

Дыхательная система

Пищеварительная система

Репродуктивная система

2. Процесс дыхания без посторонней помощи

Легочная вентиляция

Механическая вентиляция

Легочная и механическая вентиляция

3. Давление в плевральной полости тела

Внутриплевральное давление

Атмосферное давление

Межальвеолярное давление

4. Когда воздух выходит из легких

Вдох

Вдох

Выдох

5.