Bài giảng Lý sinh hô hấp

LÝ SINH HÔ HẤP Ths. Nguyễn Xuân Hòa Bộ môn: Vật lý- Lý sinh y học Mục tiêu • Trình bày được cơ chế hít vào và thở ra của hoạt động hô hấp. • Trình bày vai trò của máu trong sự vận chuyển các chất khí. • Trình bày được những yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động hô hấp. 1. Hoạt động hô hấp - Hoạt động hô hấp thực hiện ở cơ quan hô hấp; tuần hoàn máu, mô và tế bào trong cơ thể. - Cơ quan hô hấp gồm: mũi, hầu, phế khí quản và phổi, đường hô hấp thông từ mũi đến tận các phế nang. - Hoạt động thở bao gồm động tác hít vào và thở ra một cách điều hòa. - Hoạt động hô hấp được điều khiển bởi trung tâm hô hấp của hệ thần kinh trung ương. 1.1. Cơ chế hít vào - Động tác hít vào thực hiện được nhờ tăng thể tích lồng ngực bằng cách nâng các xương sườn lên và hạ cơ hoành xuống. - Thể tích lồng ngực tăng lên trước hết làm giảm áp suất khoang màng phổi, nhờ đó phổi có thể giãn ra và do vậy áp suất trong các phế nang giảm xuống. Sự xuất hiện hiệu áp suất giữa khí quyển và phế nang làm cho không khí di chuyển thành dòng từ môi trường vào phổi. 1.2. Cơ chế thở ra - Không khí từ phổi được đẩy ra ngoài do thể tích lồng ngực bị giảm xuống → tăng áp lực khoang màng phổi các phế nang co lại, làm cho áp suất không khí trong phế nang tăng lên cao hơn áp suất khí quyển. Do vậy dòng không khí từ phổi ra ngoài. - Nguyên nhân giảm thể tích lồng ngực: + Giảm trương lực cơ hít vào (do tác dụng của các lực đàn hồi của lồng ngực. + Co cơ liên sườn trong, cơ bụng,... làm cho thể tích lồng ngực giảm xuống. + Cơ hoành nâng lên cũng làm cho thể tích lồng ngực hẹp lại rõ rệt. 2. Sự vận chuyển khí trong cơ thể 2.1. Sự vận chuyển của khí trong hô hấp tuân theo các định luật vật lý cơ bản (chủ yếu định luật khuếch tán). 2.2. Sự phụ thuộc và áp suất riêng phần của các khí thành phần. Bảng : áp suất riêng phần của CO2, O2 và N2 (Đơn vị tính là Tor) ChÊt khÝ PhÕ nang §MC §MP Tæ chøc O2 99,8 99 38 20-40 CO2 39 39,6 45-48 53-76 N2 571 550 550 3. Vai trò của máu đối với sự trao đổi khí 3.1. Vai trò của máu được vận chuyển O2 - Hồng cầu là yếu tố chính trong vận chuyển O2 : Hb + O2 HbO2 - Sự liên kết và phân ly của ô xy với Hemoglobin là phụ thuộc vào nồng độ O2 và nồng độ CO2. Khi CO2 phản ứng với nước sẽ tạo thành axit cacbonic H2CO2. Vì vậy khi nồng độ CO2 tăng cao thì độ axit của máu sẽ tăng thêm, khả năng của Hemoglobin liên kết với O2 lúc đó sẽ giảm đi. 3.2. Vai trò vận chuyển CO2 của máu • Khoảng 2- 10% lượng CO2 đã kết hợp với Hemoglobin để trở thành Cacbohemoglobin (HbCO2) • Phần còn lại ở dạng H2CO3 theo phản ứng: CO2 + H2O H2CO3 • Chiều của phản ứng tùy thuộc nhiều yếu tố như áp suất riêng phần CO2 tại chỗ, tác dụng của men, độ pH. • Tại mô, phản ứng trên xảy ra theo chiều thuận tạo nên H2CO3 kết hợp với muối cácbonat, phosphat trong máu thành những hợp chất dễ phân ly. • Tại phổi Hb có tác dụng như một acid yếu sẽ phân ly H2CO3 thành CO2 và H2O để đẩy ra ngoài. Các quá trình này tùy thuộc vào phân áp các khí ở tại chỗ. 4. Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình trao đổi khí 4.1. Yếu tố bên trong - Mọi hoạt động thở, lưu thông khí, hoạt động của các phế nang đều ảnh hưởng đến hô hấp. - ảnh hưởng của tuần hoàn như sự thay đổi về khối lượng và chất lượng máu (kể cả hồng cầu và huyết tương) đều ảnh hưởng trực tiếp đến sự vận chuyển O2 và CO2. Hoạt động chuyển hóa ở tế bào, mô làm cho tốc độ sử dụng O2 và sản sinh CO2 khác nhau. 4.2. Các yếu tố bên ngoài 4.2.1. ảnh hưởng của trọng trường • Khi hô hấp, lực cản của khí liên quan tới trường hấp dẫn của trái đất và sẽ thay đổi theo giai đoạn của chu kỳ hô hấp và vị trí của cơ thể trong không gian. • ở trên mặt đất, khi hít vào trọng lượng lồng ngực sẽ gây ra lực cản các cơ hít vào thở ra, chính nhân tố này làm giảm thể tích lồng ngực. Trọng lực của cơ quan trong ổ bụng (ở tư thế đứng) sẽ tác động lên cơ hoành và có xu hướng kéo nó xuống dưới điều đó tạo điều kiện cho động tác hít vào, cản trở động tác thở ra. 4.2.2. ảnh hưởng của tỷ lệ khí thành phần - O2 rất cần cho cơ thể, cơ thể bình thường thích nghi với áp suất khoảng 100 tor, CO2 có tác dụng kích thích hô hấp. → Do vậy cơ thể đòi hỏi không khí có hàm lượng O2 và CO2 bình thường. - Nếu hàm lượng O2 tăng lên tới 50% thì cơ thể có thể còn chịu được nhưng nếu chỉ thở đơn thuần O2 cơ thể sẽ rối loạn nghiêm trọng và có thể tử vong. 4.2.3. ảnh hưởng của áp suất khí quyển - Khi nên cao: áp suất khí quyển giảm và các phân áp khí thành phần cũng giảm → thiếu oxy trong cơ thể → hoạt động hô hấp của cơ thể tăng lên hoặc cơ thể bị rối loạn tùy theo mức độ. - Khi lặn xuống sâu: áp suất của nước tác động lên lồng ngực tăng dần→ ảnh hưởng đến khả năng hô hấp của cơ thể. (Theo tính toán chiều sâu tối đa của người có thể hoạt động bình thường khi ở độ sâu 35m, sâu 90m chỉ chịu được1-2 h). - Nếu từ độ sâu đó đột ngột ngoi lên cao mà không có biện pháp bảo vệ sẽ nguy hiểm đến tính mạng (do tạo bọt khí trong lòng mạch).