HÔ HẤP NGOÀI

Hô hấp ngoài bao gồm quá trình cơ học lấy O2 vào phế nang gọi là sự hít vào và

đẩy CO2 ra khỏi phổi gọi là sự thở ra. Hít vào và thở ra là hai quá trình diễn ra có chu kỳ và liên tục vì mao mạch phổi bao quanh phế nang luôn thu nhận CO2 từ phế nang và thải CO2 trở ra phế nang.

 1. Cơ chế hô hấp

Cơ chế hô hấp  được thực hiện nhờ cột sống, lồng ngực và các cơ hô hấp: cơ

hoành, các cơ ngực, các cơ liên sườn, các cơ thành bụng.

Như đã học ở phần giải phẫu: các xương sườn được khớp với đoạn ngực ở phía

sau và với xương ức ở phía trước tạo thành lồng ngực. Trong động tác hô hấp: chỏm sườn được quay trong ổ khớp với các đốt sống ngực, phần sụn sườn bám vào xương ức có thể được nâng lên, hạ xuống. Hô Hấp có hai động tác là hít vào và thở ra.

a. Cơ chế hít vào

Hít vào có hai mức độ nông sâu: hít vào bình thường và hít vào hết sức.

+ Hít vào bình thường (thông thường):

- Cơ hoành bình thường cong lên trên áp vào đáy lồng ngực. Khi c0, cơ hoành hạ

xuống nén các cơ quan trong khoang bụng về phía dưới, nhờ đó lồng ngực được giãn nở theo chiều trên dưới. Cơ hoành hạ xuống được lem sẽ làm thể tích lồng ngực tăng lên 250cm3

- Các cơ liên sườn ngoài được bố trí ở khoảng trống giữa các xương sườn. Khi

các cơ này co sẽ làm cho đầu gắn với sụn sườn của xương sườn được kẻo lên phía trên nên lồng ngực được nở theo chiều trước- sau và trái- phải.

- Khi lồng ngực nở ra, nhờ áp suất âm ở khoang màng phổi mà áp suất khí trong 

 phế nang giảm xuống thấp hơn áp suất khí trời nên không khí ở ngoài theo dường dẫn khí đi vào phế nang.

+ Hít vào hết sức (tận lực)

- Cơ hoành khi hít vào bình thường chỉ hạ xuống khoảng 1,5cm; khi cố gắng hít

sâu vào nữa thì nó có thể hạ thấp xuống 7-8cm.

- Ngoài sự co của cơ hoành và các cơ liên sườn ngoài còn có sự tham gia của cơ

ngực lớn, cơ ngực bé, các cơ bậc thang, cơ ức đòn - chũm. Các cơ này một đầu bám vào xương sườn, một đầu bám vào các xương ở phía trên: xương đòn, xương cánh tay. Các cơ này co sẽ nâng các xương sườn lên cao hơn làm tăng thêm thể tích lồng ngực.

b. Cơ chế thở ra

+ Thở ra thông thường.

- Cơ hoành giãn ra, các cơ quan trong khoang bụng không còn bị dồn nén lại đẩy

vòm cơ hoành lên cao làm lồng ngực bị thu hẹp theo chiều dưới trên.

- Các cơ liên sườn giãn ra, các xương sườn hạ xuống làm thể tích lồng ngực thu

nhỏ lại. Áp suất khí trong phế nang tăng lên cao hơn áp suất khí trời nên CO2 được đẩy từ phổi ra ngoài.

+ Thở ra hết sức: Có sự tham gia của các cơ liên sườn trong và cơ thành bụng.

- Các cơ liên sườn trong: được bố trí ở khoảng trống giữa các xương sườn phía

trong các cơ liên sườn ngoài. Khi co các cơ này sẽ làm cho các xương sườn hạ thêm xuống nên lồng ngực thu nhỏ hơn.

- Các cơ thành bụng gồm cơ thẳng bụng, cơ ngang bụng, cơ chéo bụng ngoài, cơ

chéo bụng trong. Khi co, chúng dồn nén mạnh đẩy nội quan trong bụng lên trên tác động mạnh tới vòm cơ hoành làm thể tích lồng ngực càng thu hẹp và lượng CO2 bị tống ra ngoài nhiều hơn.

Dung tích sống

Dung tích sống (dung tích phổi, hoạt lượng) là một chỉ tiêu đánh giá sức chứa khí

của phổi. Lượng khí vào ra phổi nhiều hay ít phụ thuộc vào mức độ nông sâu của cử động hô hấp.

+ Bình thường, khi hít vào hoặc thở ra mỗi lần có khoảng 500ml khí vận chuyển,

khí này được gọi là khí lưu thông. Tuy nhiên, khi hít vào có khoảng 350ml khí là đến các phế nang, 150ml còn lại thì nằm trong các ống dẫn khí không tham gia vào sự trao đổi khí nên được gọi là khoảng chết. Khi thở ra, 150ml khí của khoảng chết này cùng với 350ml khí trong phổi đi ra bị tống khỏi cơ thể và 150ml khí từ phế nang lại chiếm các ống dẫn khí.

+ Sau khi  đã hít vào bình thường, nếu gắng sức hít nữa sẽ lấy thêm vào phổi

khoảng 1500ml khí, khí này được gọi là khí bổ xung (khí phụ).

+ Sau khi đã thở ra bình thường, nếu cố thở ra nữa sẽ thải thêm được khoảng

1500ml khí nữa, khí này được gọi là khí dự trữ.

+ Sau khi  đã thở ra hết sức, phổi không hoàn toàn xẹp xuống mà còn chứa

khoảng 1000- 1500ml khí, khí này được gọi là khí cặn.

+ Dung tích sống là tổng của 3 loại khí: khí lưu thông, khí bổ xung và khí dự trữ:

500+1500+1500=3500ml khí. Vậy dung tích sống là lượng khí thở ra hết sức sau khi đã hít vào hết sức.

- Dung tích sống của người Việt Nam từ 18-35 tuổi là khoáng 2500- 3000ml đối

với nữ, 3000-3500ml đối với nam. Sau tuốt 35, dung tích sống sẽ giảm dần.

- Dung tích sống thay đổi tuỳ theo lứa tuổi, giới tính, tình trạng sức khoẻ và lao

động. Việc luyện tập cơ thể thường xuyên sẽ làm tăng dung tích sống.

- Dung tích sống được đo bằng một dụng cụ gọi là phế dung kế hay hô hấp kế

(spirometry).

+ Dung tích toàn phần của phổi là tổng dung tích sống với lượng khí cặn:

3500+1500ml= 5000ml.

Nhịp hô hấp và thông khí phổi

* Nhịp hô hấp: mỗi lần hít vào và thở ra được gọi là nhịp hô hấp hay nhịp thở.

Nhịp này thay đổi phụ thuộc vào:

+ Loài  động vật: trâu: t8-21 lần/phút, bò: 10-30 lần/phút, lợn: 20-30 lần/phút,

chó: 10-30 lần!phút, người lớn: 16-20 lần/phút

+ Giới tính: Phụ nữ thở nhanh hơn nam giới 1-2 nhịp/phút.

+ Trạng thái: khi lao  động, hoạt  động thể thao nhịp hô hấp có thể  đạt 35-40

1ần/phút, nhịp này còn tăng lên khi xúc động hay lúc nhiệt độ môi trường tăng, khi ngủ nhịp hô hấp chậm lại bằng 4/5 lúc bình thường.

* Thông khí phổi: là lượng không khí ra vào phổi trong một đơn vị thời gian. 

Thông khí phút (thể tích phút) của phổi: là tích số của khí lưu thông với nhịp hô

hấp trong một phút. Ví dụ: người khoẻ mạnh có lượng khí lưu thông là 0,5 hi, nhập thở: 16 1ần/phút thì thông khí phút của phổi: 0,5 lít x 16 = 8 lít. Khi lao động nhẹ, thể tích phút của phổi tăng lên 30 lít/phút, khi lao động nặng có thể đến 60-100 lít/phút.

Cơ chế trao đổi khí

Muốn hiểu được quá trình trao đổi các chất khí trong cơ thể động vật trước tiên

phải có khái niệm về phân áp (P) của từng loại khí có trong hỗn hợp khí, nghĩa là trong phân áp chung của hỗn hợp khí thì mỗi loại khí đều có phân áp riêng. Phân áp riêng của từng loại khí được tính theo công thức sau:

pA =  PV/100. Trong đó:   - PA: Phân áp riêng của từng loại khí.

    - P: phân áp chung của hỗn hợp khí 

    - V: tỷ lệ (%) của khí A có trong hỗn hợp khí. 

Từ công thức trên có thể tính được phân áp riêng của O2 (Po2) của CO2 (Pco2) và

các loại khí khác  ở trong phế nang, trong máu tĩnh mạch tới phổi, trong máu  động mạch tới mô và trong tế bào. Sự trao đổi các chất khí qua diện tích thở được thực hiện tuân theo quy luật khí  động học: các chất khí khuếch tán từ nơi có phân áp cao đến nơi có phân áp thấp do sự chênh lệch phân áp khí ở các nơi khác nhau.

Sự trao đổi các khí ở phổi

Thành phần của không khí liên quan đến hô hấp bao gồm: O2, CO2, Nitơ và các

khí khác. Các thành phần này có tỷ tệ khác nhau ở trong khí hít vào khí thở ra và khí phế nang:

Không khí  O2 (%)  CO2 (%)  Nitơ (%)

Hít vào  20,96  0,02  79,02

Thở ra  16,4  4,0  79,5

Phế nang  14,3  5,6  80, 1

Khí hít vào tương đương với khí trời. Khí phế nang khác với khí hít vào vì tỷ lệ

O2 thấp hơn, CO2 nhiều hơn và bão hoà hơi nước. Áp suất khí trời là 760mmHg, phân áp hơi nước trong phế nang là 47mmHg, do vậy phân áp hỗn hợp khí trong phế nang là: 760-47=713mmHg. Từ đó tính ra phân áp của riêng từng loại khí trong phế nang là: Áp dụng công thức trên người ta cũng tính được phân áp của từng loại khí trong máu tĩnh mạch đến phổi (máu ở mao mạch bao quanh phế nang): Phân áp khí  Máu tĩnh mạch Phế nang

Po2  40mmHg 102mmHg

Pco2 46mmHg 40mmHg

Sự chênh lệch Po2 giữa phế nang và máu tĩnh mạch  đến phổi là: 102-

40=62mmHg, còn sự chênh lệch Pco2 giữa máu tĩnh mạch đến phổi và phế nang là 46-40=6mmHg. 

Theo định luật khí động học, ở phổi:

 - O2 khuếch tán từ phế nang qua màng phế nang, thành mao mạch phổi vào máu (hồng cầu). Trên thực tế chỉ cần chênh lệch Po2=35mmHg là

đủ để mỗi phút có 6,7ml khí O2 khuếch tán qua mỗi cm2

 của tế bào phế nang.  - CO2 khuếch tán từ máu qua thành mao

mạch phổi, thành phế nang ra phế nang. Trên thực tế chỉ cần sự chênh lệch Pco2 = 0,03mmHg là cũng đủ để mỗi phút có 256 ml khí CO2 khuếch tán qua mỗi cm2 tế bào phế nang vì khuếch tán của CO2 nhanh gấp 25-36 lần so với O2 

 Bề mặt tiếp xúc của mao mạch và phế nang rất lớn nên thời gian máu chảy qua

mao mạch phổi là đủ để O2 và CO2 khuếch tán cho đến khi đạt cân bằng phân áp giữa phế nang và máu.

Sự trao đổi khí ở mô

Đó là sự trao đổi khí O2 và CO2 giữa máu động mạch tới mô và tế bào chất của

mô. Áp dụng công thức trên người ta cũng tính được phân áp riêng của từng loại khí ở mô.

 Bảng trên cho thấy phân áp của khí O2 và CO2 ở trong máu động mạch tới mô và

trong nguyên sinh chất của tế bào sự chênh lệch lớn. Do đó ở mô:

- O2 từ mao mạch mô khuếch tán qua lỗ màng mao mạch vào dịch gian bào rồi

qua màng tế bào tới nguyên sinh chất để tham gia vào qua trình oxy hoá các chất hữu cơ (chính là quá trình hô hấp trong).

- CO2: sản phẩm  được tạo thành từ quá trình oxy hoá, do có phân áp cao trong nguyên sinh chất đã khuếch tán từ tế bào qua,lỗ màng ra dịch gian bào qua thành mao mạch mô vào máu làm máu này trở thành máu tĩnh mạch.

Sự vận chuyển khí O2

Dạng hoà tan: hàm lượng O2 hoà tan trong máu rất thấp: 0,3% (0,3ml khí O2/100

ml máu) Dạng kết hợp: trong máu, O2 được gắn lỏng lẻo với Fe++ của nhóm ngoại hem trong phân tử hemoglobin-Hb tạo thành oxyhemoglobin trong 100 ml máu có 14-15g Hb do đó O2 ở dạng kết hợp hoá học là 19-20%

(19-20ml O2/100ml máu). HbO2 là một hợp chất kém vững bền, O2 dễ kết hợp với Hb và cũng  để  phân ly khỏi HbO2. Mức độ kết hợp O2 với Hb và mức độ phân ly O2 khỏi HbO2. Phụ thuộc vào phân áp O2 và phân áp CO2 các mức độ đó được biểu hiện trên đồ thị của Barcroft trục tung biểu thị tỷ lệ % của HbO2 trục hoành biểu thị Po2 tính bằng mmHg.

Đồ thị cho thấy:

- Mức độ kết hợp O2 với Hb tỷ lệ thuận với Po2: phân áp O2 Càng cao thì mức độ

tạo thành HbO2 càng lớn.

- Mức độ phân ly O2 khỏi HbO2 càng nhiều khi phân áp CO2 càng cao làm cho %

của HbO2 trong máu càng giảm. Điều trên có ý nghĩa sinh lý rất lớn: tạo điều kiện cho O2 kết hợp với Hb ở mao mạch phổi và O2 tách khỏi HbO2 ở mao mạch mô.

- Ở mao mạch phổi: do O2 từ phế nang vào máu làm Po2 trong máu tăng cao nên

có tới 98% Hb kết hợp với O2 thành HbO2. Ngược lại, CO2 từ máu đi ra phế nang nên Pco2 trong máu giảm xuống.

- Ở mao mạch mô: do CO2 từ tế bào ra mao mạch làm Pco2 trong máu tăng lên

thúc đẩy HbO2 phân ly để nhường O2 cho tế bào, do đó tỷ lệ % của HbO2 trong máu giảm nhanh.

Sự vận chuyển khí CO2

Dạng hoà tan: hàm lượng CO2 hoà tan trong máu rất thấp: 2,5-3,0% (2,5-3ml

CO2/100ml máu).

Dạng kết hợp:

+ Khoảng 4-5% CO2 kết hợp với Hb của hồng cầu thành phức hợp

cacbaminohemoglobin (HbCO2): CO2 + Hb ⇔ HbCO2

+ Khoảng 55-58% CO2 (55-58% CO2 trong 100 ml máu) kết hợp với K và Na tạo

thành muối bicacbonnat ở trong hồng cầu và huyết tương.

Sự vận chuyển CO2 ở mao mạch mô và mao mạch phổi có khác nhau.

* Tại mao mạch mô:

 + Trong hồng cầu:

CO2 từ tế bào qua dịch gian bào, thành mao mạch tới huyết tương tới hồng cầu.

Ở đây CO2 kết hợp với H2O tạo thành H2CO3 với xúc tác của cacboanhydrase, enzym này xúc tác cho cả sự tạo thành và sự phân ly H2CO3 

H2CO3 dễ bị phân ly thành HCO3-

 + H+. HCO3 có nồng độ cao nên khuếch tán ra huyết tương.

- Cùng lúc đó, HbO2 phân ly thành O2 và Hb.O2 khuếch tán ra huyết tương, qua

màng mao mạch, dịch gian bào vào tế bào.

-Hb tự do kết hợp với K tạo nên KHb. Chất này liên kết với H2CO3: 

KHb + H2CO3 → HHb + KHCO3

HHb là một axit yếu, ít bị phân ly nên thực tế ít làm thay đổi độ pH của máu.

- Một phần Hb kết hợp với CO2 ⇔ HbCO2

+ Trong huyết tương:

- HCO3 từ hồng cầu đi ra kết hợp với Na tạo thành muối bicacbonat nam: HCO3-+ Na+ NaHCO3 - H2O từ huyết tương khuếch tán vào hồng cầu để cùng CO2 tạo nên H2CO3-

- Cl- Cũng từ huyết tương đi vào hồng cầu bù cho lượng HCO3-

 đi ra. 

* Tại mao mạch phổi:

+ Do chênh lệch phân áp nên sau khi tách khỏi HbCO2 thì CO2 khuếch tán từ

hồng cầu ra huyết tương, qua thành mao mạch phổi, thành phế nang, ra túi khí. 

+ Ngược lại O2 từ phế nang khuếch tán qua thành mạch vào hồng cầu, kết hợp

với HHb thành HHbO2, HHbO2 là axit mạnh hơn H2CO3 nên nó lấy K+

 của muối KHCO3:

HHbO2 + KHCO3 ⇔ KHbO2 + H2CO3

 + Với xúc tác của cacboanhydrase, H2CO3 lại bị phân ly thành H2O và CO2:

 CO2 tiếp tục khuếch tán ra phế nang. + HCO3

- có nhiều  ở huyết tương sẽ  đi vào hồng cầu kết hợp với H+ tạo nên 

 H2CO3 Axit này tiếp tục phân ly thành H2O và CO2 + Ion Cl-

 từ hồng cầu đi ra huyết tương để bù cho lượng HCO3-

 đi vào hồng cầu.

Cơ chế điều hoà hô hấp

a. Cơ chế điều hoà bằng thần kinh (bằng phản xạ)

Khi hít vào, do phổi căng phồng đã kích thích các đầu mút thần kinh cảm giác

trong phổi làm phát sinh xung động theo nhánh hướng tâm của dây X (dây phế vị) về trung khu thở ra ở hành tuỷ. Từ đó sẽ có các xung động ly tâm xuống tuỷ sống tới các cơ thở ra làm các cơ đó giãn ra.

Khi thở ra, lồng ngực bị ép lại, phổi xẹp xuống cũng kích thích lên các cơ quan

thụ cảm ở lồng ngực, ở phổi làm phát sinh xung động hướng tâm truyền lên trung khu hít vào ở hành tuỷ. Từ đó lại có các xung động ly tâm xuống tuỷ sống tới các cơ hít vào làm các cơ đó co lại. Do đó có thể nói rằng: sự hít vào điều hoà phản xạ thở ra và sự thở ra điều hoà phản xạ hít vào. Trong nhưng trường hợp cần thiết (lao động, thể dục thể thao..), vỏ bán cầu đại não sẽ làm thay đổi tần số thở (nhịp thở) và độ sâu hô hấp.

b. Cơ chế điều hoà bằng thể

dịch

+ Ảnh hưởng của nồng độ CO2: vai trò CO2 đối với hô hấp  được chứng minh trong thí nghiệm tuần hoàn chéo của Frederic trên  đối tượng chó thí nghiệm: nối hai động mạch cổ của chó A và chó B với nhau sao cho đầu chó A  được nuôi bằng máu của thân chó B và ngược lại. Nếu kẹp khí quản

của chó A lại để ngăn cản sự trao đổi khí thì nồng độ CO2 trong máu chó A tăng lên, máu này theo tuần hoàn chéo sang đầu chó B, kích thích trung khu hô hấp của chó B làm chó B thở nhanh hơn và sâu hơn.

Vai trò của nồng độ CO2 đối với hô hấp còn được chứng minh bằng "tiếng khóc

chào đời" của  đứa trẻ lọt lòng mẹ. Chứng tỏ nồng  độ CO2 cao trong máu làm tăng cường hoạt động hô hấp.

+ Ảnh hưởng của nồng độ O2: nếu nồng độ O2 trong máu đến não giảm cũng kích

thích trung khu hô hấp và làm tăng nhịp hô hấp.

+ Ảnh hưởng của nồng độ H+: sự tăng nồng độ H+

 trong máu cũng kích thích các tế bào của trung khu hô hấp tăng cường hoạt động. Việc tiêm dung dịch H2CO3 hoặc axit khác vào động mạch lên não cũng làm tăng cử động hô hấp. Tuy nhiên cùng một  nồng độ H+ thì H2CO3 kích thích trung khu hô hấp mạnh hơn so với các axit khác.