Процессы дыхания человека
Дыхательный процесс человека состоит из нескольких этапов:
Легочная вентиляция
Обмен газами между окружающей средой и легкими.
Легочное дыхание
Обмен газами между альвеолами легких и кровью.
Внутреннее (тканевое) дыхание
Обмен газами между кровью и тканями тела.
Эластическая тяга легких
Что формирует эластическую тягу легких?
- Эластичные волокна легкого и их геометрическое расположение;
- Силы поверхностного натяжения в альвеолах и пленка сурфактанта, выстилающая альвеолы изнутри;
- Крепление каждой альвеолы в окружающей легочной ткани.
Поверхностное натяжение и сурфактант
Какой фактор регулирует поверхностное натяжение пленки жидкости, выстилающей альвеолы?
Спадению альвеол препятствует сурфактант, регулирующий поверхностное натяжение. Концентрация сурфактанта на единицу площади альвеолы влияет на эластичность альвеол.
Акт вдоха и выдоха
Вдох
- Расширение грудной клетки;
- Расширение легких;
- Поступление воздуха в альвеолы.
Выдох
- Пассивный процесс;
- Сокращение объема грудной клетки;
- Вывод воздуха из легких.
Дыхательные объемы
ЖЕЛ (жизненный емкостный легочный объем)
Наибольший объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. Включает в себя дыхательный объем, резервный объем вдоха и резервный объем выдоха.
Дыхательный объем
Объем воздуха, который человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании. Часто равен 500мл воздуха.
Резервный объем вдоха и выдоха
Дополнительные объемы воздуха, которые можно вдохнуть после спокойного вдоха или выдохнуть после спокойного выдоха.
Таким образом, понимание процессов дыхания человека и его основных параметров является важным для поддержания здоровья и оптимизации жизненных функций.
Респираторная система и энергия
Резервный объем вдоха и выдоха
- РОВд: 2500 мл
- РОВыд: 1500 мл
Минутный объем дыхания (МОД)
- В покое 6-8 л
- При физической нагрузке: 80-100 л
Парциальное давление кислорода и углекислого газа
- Кислорода в вдыхаемом воздухе
- Углекислого газа в альвеолярном воздухе
Напряжение кислорода и углекислого газа
- Артериальная кровь: 100 мм рт.ст.
- Венозная кровь: 40 мм рт.ст.
Гликоген печени
- Роль депо углеводов
- Мобилизация в гипоксических условиях
- Энергия источник
Энергетические расходы
- Вычисление энерготрат:
- Формулы и расчеты
Участие калия в организме
- Реполяризация клеток
- Мембранный потенциал
Окисление кислорода и энерготраты
- Формулы для вычисления
- Суточные энерготраты
Представленная информация о респираторной системе и энергии поможет лучше понять процессы, происходящие в организме человека, и их влияние на общие энергетические расходы.
Физиологические нормы и потребности организма
В соответствии с физиологическими нормами жиры растительного происхождения должны составлять от суточной потребности в жирах (%) – 70-10-30-100-5.
При окислении в организме 1 г углеводов выделяется энергии (ккал) – 1-4-9-16-50.
В пищевом рационе животный белок должен составлять от суточной нормы белка (%) – 35-10-55-100-5.
Физиологическая роль витамина А
Физиологическая роль витамина А включает:
- участие в синтезе зрительного пигмента родопсина
- регуляция обмена кальция и фосфатов
- участие в поддержании натриевого гомеостаза
Факторы влияющие на величину дыхательного коэффициента
Факторы, влияющие на величину дыхательного коэффициента, включают:
- тип питательных веществ, участвующих в обмене
- температура окружающей среды
- гипервентиляция
- голодание
Теплопередача
Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему. Она может происходить либо при контакте, либо через посредника или разделяющую перегородку из материала.
Существуют 3 простых механизма передачи тепла:
- Химический
- Физический
- Оптический
Дополнительные виды переноса тепла включают:
- Конвекцию
- Излучение
- Проведение
Внутренние источники теплоты
Внутренние источники теплоты – это процесс производства тепловой энергии внутри материальных тел без подвода тепловой энергии извне. Примерами внутренних источников тепла являются:
- Разложение пищи
- Теплоотдача органов
Моделирование конвекции в мантии Земли подтверждает процесс передачи тепла за счет движения жидкостей. Горячие и холодные слои вещества двигаются соответственно вверх и вниз, обеспечивая конвективную теплопередачу.
Передача тепла через адвекцию и излучение: основные аспекты
Процесс переноса тепла с потоком жидкости известен как адвекция, но чистая адвекция — термин, который обычно ассоциируется только с переносом массы в жидкости, например адвекцией гальки в реке. В случае теплопередачи в жидкости, перенос посредством адвекции в жидкости всегда сопровождается переносом тепла посредством диффузии (также известной как теплопроводность). Процесс конвекции понимается как сумма переноса тепла посредством адвекции и диффузии/теплопроводности.
Тепловое излучение и его значение
Тепловое излучение существует благодаря беспорядочным движениям атомов и молекул в веществе. Поскольку эти атомы и молекулы состоят из протонов и электронов, их движение приводит к испусканию электромагнитного излучения, которое уносит энергию от поверхности.
Уравнение Стефана — Больцмана, описывающее скорость передачи лучистой энергии, для объекта в вакууме записывается следующим образом:
$$j = \sigma * T^4$$
Для переноса излучения между двумя телами уравнение выглядит следующим образом:
$$Q = \varepsilon * \sigma * F * (T_1^4 – T_2^4) $$
Излучение обычно важно только для очень горячих объектов или для объектов с большой разницей температур или для тел в вакууме.
Коэффициент теплопередачи и его практическое применение
Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через 1 м2 теплообменной поверхности при разности температур между теплоносителями 1 К. Обычно выражается в Вт/(м2·К), в справочниках также может приводиться величина потока за один час. В строительстве получила распространение обратная величина — коэффициент термического сопротивления.
Основное уравнение теплопередачи
Основное уравнение теплопередачи: количество теплоты, переданное от более нагретого тела к менее нагретому, пропорционально поверхности теплообмена, среднему температурному напору и времени:
$$Q = K * F * Δt_{ср} * τ$$
Где:
K — коэффициент теплопередачи вдоль поверхности теплообмена, F — поверхность теплообмена, Δt_{ср} — среднелогарифмический температурный напор (средняя разность температур между теплоносителями), τ — время.
Рекомендуемая литература:
- Галин Н. М., Кириллов П. Л. Тепломассообмен. — М.:Энергоатомиздат, 1987.
- Карташов Э. М. Аналитические методы в теплопроводности твердых тел. — М.: Высш. шк., 1989.
- Крупнов Б. А., Шарафадинов Н. С. Руководство по проектированию систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. 2008
Контроль и регуляция температуры тела человека осуществляется гипоталамусом в головном мозге, который объединяет различные сигналы для поддержания идеальной температуры.
Основная задача терморегуляторного центра гипоталамуса — поддержание нормальной температуры тела.
В случае относительно нейтральной температуры внешней среды (20–22 °С для одетого пациента) в результате обмена веществ организм человека продуцирует больше тепла, чем это необходимо для поддержания температуры тела в границах 36,5–37,5 °С. При этом нормальная температура тела сохраняется, несмотря на колебания температуры окружающей среды, благодаря терморегуляторному центру, который уравновешивает количество тепла, полученного в результате обмена веществ в мышцах и печени, и количество тепла, выделяемого через кожу с потом, а также легкие при дыхании.
Следует отметить, что более высокая температура среды связана с более высокой исходной температурой тела.
Кроме того, для нормальной температуры тела характерны суточные и сезонные колебания, минимальные ее значения наблюдаются в 7–8 ч утра, а также в летнее время, а максимальные значения нормальной температуры наблюдаются в 16–17 ч вечера, а также зимой (Surana N.K. et al., 2022).
Почему повышается температура тела, и какой она бывает?
В изложенных ниже подразделах представлена краткая информация о лихорадке и гипертермии. Отметим, что значения температуры тела в указанной ниже классификации лихорадки относятся к температуре тела, измеряемой в подмышечной впадине.
Необходимо также отметить, что температура тела, измеряемая в полости рта — на 0,5 °С, в прямой кишке — на 0,8–1 °С выше, чем в подмышечной впадине.
Лихорадка
Лихорадка — это неспецифическая защитная реакция организма в ответ на действие пирогенов (веществ, обусловливающих повышение температуры тела за счет изменения работы терморегуляторного центра), для которой характерным является повышение температуры тела относительно нормальных ее значений.
Лихорадка — симптом многих заболеваний, в основном инфекционной природы.
Обычно лихорадку классифицируют следующим образом:
по уровню температуры тела:
по характеру ее динамики:
Для постоянной лихорадки характерно наличие высокой (около 39 °С), продолжающейся в течение нескольких суток температуры тела с суточными колебаниями в пределах 1 °С (долевая пневмония; сыпной тиф и др.).
Послабляющая лихорадка характеризуется суточными колебаниями высокой температуры тела в пределах 1–2 °С. Следует отметить, что температура тела при данном виде лихорадки не возвращается к нормальным значениям (различные гнойные заболевания).
Для перемежающейся лихорадки характерно чередование нормальной и повышенной температуры тела, обычно пиретической, с интервалами между пиками ее максимального повышения продолжительностью 1–4 сут (малярия).
При гектической лихорадке отмечают выраженные (выше 3 °С) суточные колебания температуры тела или колебания продолжительностью несколько часов с резким повышением и таким же резким снижением (септические состояния).
Для возвратной лихорадки характерно наличие периодов высокой температуры (39–40 °С) и периодов нормальной или субфебрильной температуры тела (возвратный тиф).
При волнообразной лихорадке отмечают постепенное повышение температуры тела и такое же постепенное ее снижение (лимфогранулематоз, бруцеллез и др.).
Для неправильной лихорадки характерно отсутствие определенной закономерности в суточной динамике температуры тела (пневмония, грипп, онкологические заболевания).
Извращенная лихорадка характеризуется наличием более высокой утренней температуры тела по сравнению с вечерней (туберкулез, вирусные заболевания, сепсис).
В проведенном учеными исследовании принимали участие 35 тыс. человек в возрасте 18 лет и старше, их средняя температура тела в ротовой полости составляет 36,6 °С. При этом в 95% всех измерений диапазон температуры тела составил 35,7–37,3 °С. Согласно результатам этого исследования, температуру в ротовой полости ≥37,7 °C определяли как лихорадку (Surana N.K. et al., 2022).
Гипертермия
У некоторых пациентов возможно повышение температуры тела относительно нормальных значений, причиной которого не является действие пирогенов.
Это состояние называется гипертермия, или тепловой удар.
Для гипертермии характерно наличие неконтролируемого повышения температуры тела, превышающего теплоотдачу организма. При этом установки терморегуляторного центра гипоталамуса не изменяются.
Внешнее тепловое воздействие на организм и внутренняя продукция тепла являются двумя механизмами, способными вызывать жизнеугрожающее повышение температуры тела.
Избыточная внутренняя продукция тепла может легко вызывать гипертермию, несмотря на физиологический и поведенческий контроль температуры тела.
Например, тяжелая интенсивная физическая работа или физические упражнения в условиях высокой температуры окружающей среды (при работе в цехах металлургического завода или занятиях спортом жарким летним днем) могут вызывать гипертермию.
Крайне важно отличать лихорадку и гипертермию, поскольку гипертермия может довольно быстро привести к летальному исходу. Как правило, при гипертермии применение жаропонижающих средств неэффективно.
Также следует отметить, что в экстренной ситуации отличить лихорадку от гипертермии довольно сложно. Например, при сепсисе начало лихорадки стремительное и значения температуры тела часто достигают высоких цифр (40,5 °C и более).
Гипертермию часто диагностируют на основании событий, непосредственно предшествующих повышению температуры тела — внешнее воздействие высокой температуры или фармакотерапия препаратами, нарушающими терморегуляцию (например антихолинергическими средствами).
У лиц с гипертермией или у пациентов, принимающих лекарственные средства, блокирующие потоотделение, на ощупь кожа горячая и сухая, тогда как при лихорадке она может быть холодной в результате сужения сосудов.
Парацетамол при высокой температуре тела
Отвечая на часто возникающие вопросы: «Почему не снижается температура тела?», «Что делать, если у ребенка не снижается температура тела после жаропонижающего?», «Что делать, если парацетамол не снижает температуру тела?», следует отметить, что в этом случае пациенту необходимо обратиться к врачу для определения причины лихорадки, поскольку при некоторых заболеваниях, например при онкологических, довольно часто наблюдается повышение температуры тела, снизить которое с помощью парацетамола не получается.
При неэффективности парацетамола его следует заменить на следующие жаропонижающие средства группы нестероидных противовоспалительных препаратов: ибупрофен, мефенаминовую кислоту, ацетилсалициловую кислоту (противопоказана к применению у детей в возрасте младше 12 лет) или ряд других средств этой фармакотерапевтической группы.
Кроме того, можно повысить дозу парацетамола. Однако следует помнить, что максимальная разовая доза этого препарата не должна превышать 1000 мг (1 г), а максимальная суточная доза — 4000 мг (4 г).
Повышение дозы парацетамола или замену парацетамола на другое жаропонижающее средство должны осуществлять квалифицированные медицинские работники — врач или фельдшер.
Как же снизить температуру тела у взрослых и детей?
Отвечая на часто возникающие вопросы: «Как снизить температуру тела?» «Как снизить температуру тела в домашних условиях?», «Как снизить температуру тела ребенку в домашних условиях?» «Что делать при температуре 38 °С?», «Как снизить температуру тела 39 °С взрослому человеку?», «Как правильно снижать температуру?», следует отметить, что целями лечения при лихорадке являются: изменение установки терморегуляторного центра в гипоталамусе в сторону снижения температуры тела, а также ускорение потери тепла организмом.
Уменьшение лихорадки возможно с помощью жаропонижающих фармакотерапевтических средств. Эти препараты также устраняют головную, мышечную и суставную боль, которые довольно часто наблюдаются при заболеваниях, сопровождающихся лихорадкой, например при гриппе.
Ацетилсалициловая кислота и другие нестероидные противовоспалительные средства в лекарственных формах для приема внутрь (таблетки, капсулы, порошок для приготовления раствора для перорального приема, сироп и др.) эффективно снижают температуру тела, вместе с тем следует отметить, что при этом они отрицательно воздействуют на слизистую оболочку пищеварительного тракта. Поэтому врачи предпочитают назначать парацетамол для нормализации температуры тела пациента, у которого такое воздействие отсутствует.
У детей препаратами выбора для фармакотерапии при лихорадке являются парацетамол и ибупрофен в различных лекарственных формах для приема внутрь (сироп, оральная суспензия, таблетки, капсулы и др.) или для введения в прямую кишку (суппозитории ректальные). Ацетилсалициловую кислоту не применяют, поскольку этот препарат повышает риск развития синдрома Рея — редкого жизнеугрожающего заболевания, для которого характерно быстрое развитие энцефалопатии и жировой дистрофии печени у детей в возрасте младше 12 лет в ответ на лечение ацетисалициловой кислотой при вирусных инфекциях.
Разовая доза парацетамола в форме для приема внутрь, например сиропа, для лечения детей в возрасте 3 мес — 12 лет с лихорадкой составляет 10–15 мг/кг, максимальная суточная доза не должна превышать 60 мг/кг. В случае необходимости приема двух и более доз парацетамола в форме для приема внутрь, например сиропа, интервал между ними должен составлять не менее 4 ч.
Также детям можно вводить парацетамол в форме суппозиториев ректальных. Расчет дозы препарата в этой лекарственной форме выполняется на килограмм массы тела ребенка. Учитывая максимальную суточную дозу парацетамола для детей — 60 мг/кг, кратность их применения у детей может достигать 3–4 суппозиториев в сутки, интервал между применением — 6–8 ч соответственно.
Если у ребенка парацетамол оказывается неэффективным при лихорадке, его можно заменить на ибупрофен.
Разовая доза ибупрофена в форме для приема внутрь, например оральной суспензии, для лечения у детей в возрасте 3 мес — 12 лет с лихорадкой составляет 7–10 мг/кг, максимальная суточная доза не должна превышать 30 мг/кг.
Если пациент (взрослый или ребенок) не может принимать жаропонижающие средства в форме для приема внутрь, врач назначает их в форме для внутримышечного или внутривенного введения, или в форме суппозиториев ректальных для введения в прямую кишку.
При пиретической и гиперпиретической (температура тела — 40 °С и выше) лихорадке прохладные обертывания простынями, полотенцами или одеялами, смоченными прохладной водой, способствуют уменьшению выраженности лихорадки; вместе с тем следует отметить, что этот метод терапии не следует использовать без одновременного приема жаропонижающих средств.
Условия и основные методы немедикаментозного снижения температуры при лихорадке у взрослых и детей указаны ниже, в соответствующем разделе.
Самым первым действием при гипертермии является устранение действия ее источника. Для этого пациента с гипертермией переносят в прохладное помещение или, если тепловой удар произошел на открытом воздухе, — в тень. Также больного раздевают для освобождения кожных покровов и, таким образом, ускорения теплоотдачи и облегчения дыхания.
При гипертермии наиболее практичным методом является испарительное охлаждение. Для этих целей используют прохладную воду температурой 15–20 °С, которая с помощью пульверизатора распыляется на открытые участки кожи, в то время как вентилятор (веер или опахало — в случае отсутствия вентилятора) непрерывно направляет потоки воздуха на увлажненную кожу. Также пациенту дают пить охлажденную воду температурой 15–20 °С.
При гипертермии часто применяют мешки со льдом. Их прикладывают к шее, вкладывают в подмышечные впадины, размещают в паховой области.
Условия и основные немедикаментозные методы снижения температуры тела при лихорадке и гипертермии у взрослых и детей
Условиями и основными немедикаментозными методами снижения температуры тела как у взрослых, так и у детей при лихорадке и гипертермии являются:
при лихорадке у детей и взрослых:
при гипертермии у детей и взрослых:
Актуальность оказания первой помощи при лихорадке и гипертермии
Лихорадка и гипертермия являются частыми состояниями, которые могут приобретать жизнеугрожающий характер. Поэтому первая помощь (доврачебная и врачебная) при этих состояниях остается одной из наиболее актуальных проблем.