Сцепление МАЗ | новости СпецМаш

  Как и в любом другом авто, сцепление на автотранспорте Минского Автозавода предназначено для кратковременных отсоединений трансмиссии от двигателя, а также для плавности их соединение при начале движения и во время езды в момент переключения передач-скоростей. Кроме основной задачи данный узел обеспечивает защиту деталей-элементов трансмиссии и движка во время резких торможений с включенным дизель-мотором. Как это происходит можно понять, если немного разобраться с принципом функционирования…

УСТРОЙСТВО БЕЗ СЛОЖНОСТЕЙ

  В упрощенном варианте, без агрегатирования с добавочными узлами-деталями, это выглядит следующим образом. Кожух жестко соединяется с маховиком и свободно (через шарниры) с нажимным диском. Именно эти шарниры обеспечивают передвижение нажимного диска по оси, вследствие чего на него передается вращение от кожуха. Между маховиком и нажимным располагается ведомый диск, и за плотное прижатие нажимного-ведомого к маховику отвечают нажим-пружины. Если сцепление ЯМЗ 238  включено, то усилие передается дальше, к ведомому диску на ведущем вале (шлицах) КП.

  Нажатие педали в кабине через тягу приводит к повороту вилки выключения. В свою очередь вилка заставит переместиться выжимной подшипник на муфте. В процессе перемещения выжимной подшипник воздействует на внутренние концы рычагов, за счет чего внешние их концы начинают давить на нажимной-корзину. Вследствие этого, происходит сжатие пружин между кожухом и нажимным, и сам диск ЯМЗ 236 отводится в сторону. Как результат – освобождается ведомый, переставая передавать крутящий момент на первичный вал КПП. Как только педаль будет отпущена, все подвижные элементы возвращаются в исходное положение, снова начиная фрикцион-передачу вращения-момента.

  Стоит отметить еще одну конструктивную и, как следствие, функциональную особенность. Фрикционные накладки крепятся не напрямую, но через упругие элементы. Это дает дополнительную протекцию при включении передачи, соответственно нагрузка на муфты-шестерни КПП дополнительно снижается. С этой же целью, а также для уменьшения нагрузки на ведомую часть и нивелирования крутильных колебаний посадка дисков на шлицевую ступицу реализована через демпферные пружины.

  Те элементы, которые связаны с маховиком, и воспринимают от него крутящий момент, называют ведущими, а те, что связанны с валом коробки передач, и передают крутящий момент на него – ведомыми. По количеству именно ведомых дисков выделяют две основных категории фрикцион-сцеплений – одно- и двухдисковые. Сцепление МАЗ в зависимости от модели автомобиля может быть как двух-, так и однодисковым. В некоторых моделях в систему привода могут устанавливаться пневмогидравлические усилители. Принцип работы сцепления-узла с таким дополнением практически не отличается, усилитель располагается между педалью и вилкой выключения, и служит для облегчения нажатия педали, и более плавной передачи усилия.

РЕГУЛИРОВКИ

 В процессе эксплуатации, при целых, в общем, деталях, могут наблюдаться нарушения заводских настроек. Если этот момент игнорировать, то они перерастут в сбои функционала, усилится износ и все закончится выходом из строя. Из тех работ, что доступны в «домашних условиях можно выделить три вариации регулировок:

1.  — величины отвода промдиска, обеспечивающую нужные зазоры;




2. 
   




3.  — привода, посредством настройки зазора крышки клапана;




4. 
   




5.  — свободного хода педали.

 Так как на МАЗах используются разные версии узлов, обратите внимание, что приведенные ниже операции касаются штатного оснащения автомобилей серии МАЗ-5336 и схожих. Итак, отрегулируем средний нажимной:

• • Снимаем крышки люков картеров (сцепление-маховик)




• • Переводим МКПП на «нейтралку»




• • «Отпускаем» контргайки и вворачиваем до упора все регулировочные винты (может потребоваться параллельный поворот маховика)




• • Двигая маховик, отворачиваем каждый винт на один оборот и контрим гайками

Более точно, просто зажимаем крепеж без чрезмерных усилий.

Каждое ТО-2 стоит проверять зазор между крышкой корпуса клапана и регулировочной гайкой. Нормальный показатель – 3.5 мм, и если реальный с ним не совпадает, то ослабляем контр-гайку, выводим основную на указанное расстояние и фиксируем. Проверку свободного хода педали желательно выполнять каждое ТО-1. Приемлемый диапазон – 34-43 мм, естественно, если есть несовпадение, то сначала нужно убедиться, что остальные параметры в норме, а тогда можно заняться данным участком:

• • Откручиваем от вилок штоков цилиндра и клапана двуплечий рычаг




• 
  




• • Перемещаем в крайнее нижнее положение поршень, а нижних конец рычага смещаем максимально назад

  Если все выставлено правильно, то отверстия вилки штока цилиндра и рычага будут наполовину перекрывать друг-друга. Если это условие не выполнено, то нужно провернуть шток до получения требуемого результата

• В таком положении соединяем все составляющие в единую конструкцию

  Иногда, при достаточном износе фрикцион-накладок, укорачивание дистанции между вилками невозможно физически. Если накладки еще в нормальном состоянии и менять их не хочется, то «двуплечку» можно снять с вала и установить ее обратно со смещением на шлиц против часовой, а после провести вышеописанную процедуру регулировки.

  Чтобы ремонтами-регулировками заниматься как можно реже, необходимо соблюдать рекомендации по техобслуживанию узла. Работы это быстрые и несложные, зато помогают сэкономить время и деньги в перспективе. Из обязательных процессов отметим:

1.  — смазку выжимного подшипника и вообще привода согласно заводской карте смазки с поправкой на конкретику использования техники;




2.  — регулярную проверку деталей-компонентов на целостность и соответствие конфигурации;




3.  — периодический контроль моментов затяжки резьбовых крепежей и подтяжку болтов-гаек по мере необходимости.

ЕЩЕ КАЧЕСТВЕННЕЙ

 Нет никакой нужды напоминать, что при поломках для замены стоит брать только сертифицированные узлы-детали. То есть, покупать сцепление для МАЗов нужно только у проверенных изготовителей-поставщиков. Но есть еще один нюанс…

  Ранше, практически все производители использовали в производстве одинаковое сырье и технологии, соответственно и разницы между продуктом почти не было (по крайней мере, заметной). Сегодня, из-за исключения асбеста из списка разрешенных материалов изготовители стараются найти наиболее оптимальный вариант. Без лишней скромности заявляем, что диски производства нашего торгового дома «СпецМаш» не просто соответствуют стандарту автопроизводителя, но имеют увеличенный в сравнении со штатными ресурс. Это доказано практическими испытаниями на полигонах МАДИ, а также реальной эксплуатацией нашими клиентами.

  Связаться с нами можно по телефону или Е-мэйл, а также через форму на сайте. Покупка возможна как в розницу, так и оптом (конечно, с коррекцией цены в последнем случае), а оплату принимаем в наличном и безналичном виде. Предоставление отсрочек осуществляется по результатам индивидуальной договоренности. Купленные товары выдаем на московском складе и пересылаем в регионы. Доставка примерно в сотню населенных пунктов бесплатная.

«Механические передачи и приводы» — конспект лекции

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ И ПРИВОДЫ. ОСНОВНЫЕ КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И СИЛОВЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПЕРЕДАЧАХ.
Каждая машина имеет 3 основные части:
1. передаточный механизм (передача)
2. двигатель
3. исполнительный (рабочий) орган
Устройство для приведения в действие машины называется приводом.
Привод состоит из:
— двигателя
-силовой передачи
-системы управления
Передача – механизм, служащий для передачи движения от двигателя к исполнительному органу, как правило, с преобразованием скорости и изменением вращающегося момента.
Основные функции механических передач:
1. изменение скорости
2. изменение направления движения
3. преобразования вида движения: вращательного в поступательное и наоборот, равномерное в прерывистое
4. приведение в движение одним двигателем нескольких механизмов
КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРЕДАЧ
1. по принципу действия
— передача с зацеплением (зубчатые, червячные, цепные)
— передачи трением (фрикционные, ременные)
2. по способу соединения ведущего и ведомого звеньев
-передача непосредственного контакта (зубчатые, червячные, фрикционные)
— передача гибкой связью (цепные, ременные)
В механической передаче звенья, передающие вращающий момент, называются ведущими, а воспринимающие – ведомыми.
Параметры передачи, относящиеся к ведущим звеньям, обозначаются с индексом 1, а к ведомому – с индексом 2.
d1 и d2 – диаметры ведущего и ведомого звеньев;
ω1,T1;ω2,T2 – угловые скорости и вращающие моменты на ведущем и ведомом валах.
Вращающийся момент на ведущем валу T1 является моментом движущихся сил, его направление совпадает с направлением вращения вала. Момент на ведомом валу T2 является моментом сил сопротивления, поэтому его направление противоположно направлению вращения вала.
Отношение угловых скоростей называется передаточным числом
ω1 /ω2 = u (u >1)
ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ
( основные)
1. мощность на выходном валу P2
2. быстроходность – угловая скорость выходного вала ω2 или его частота вращения n2
3. передаточное число u
Передачу, понижающую угловую скорость (частоту вращения) называют редуктором, повышающую – мультипликатором.
ω2ω1
ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ
( дополнительные)
1. механический КПД передачи
η = p2/p1
2. окружная скорость ведущего и ведомого звена, м/с
υ = ωd/2
3. окружная сила, Н
Ft = P/υ = 2T/d
3. вращающий момент, Н·м
Т = Р/ω = Ft·(d/2) P-Вт; d-м; ω-рад/c
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ БЫВАЮТ:
1.одноступенчатые
2. многоступенчатые
Общее передаточное число многоступенчатой передачи равно произведению частных передаточных чисел отдельных ступеней:
uобщ = u1· u2 ·…un
При этом КПД→ ηобщ = η1 · η2 ·…ηn
Если в составе передач находятся другие устройства, где возможна потеря мощности (муфты, подшипники…), то это учитывается при расчете общего КПД.
Раздел №2: Кинематические схемы приводов машин.
Принципы устройства машин и их приводов, а так же принципы их работы и анализируют с помощью кинематических схем, на которых представляют в определенной взаимосвязи совокупность кинематических элементов.
ОБОЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА НА КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМАХ
НАПРИМЕР
Закрытая одноступенчатая цилиндрическая прямозубая передача
Закрытая двухступенчатая прямозубая передача
Клиноременная передача
Закрытая червячная передача (червячный редуктор)
Привод ленточного транспортера

Приводные механизмы и восстановление — AAPG Wiki

Рисунок 1  Тенденции пластового давления по приводным механизмам.

Рисунок 2  Тренды газонефтяного соотношения с помощью приводного механизма.

Природная энергия коллектора может использоваться для перемещения нефти и газа к стволу скважины. Используемые таким образом, эти источники энергии называются приводными механизмами . Раннее определение и характеристика приводного механизма (механизмов), присутствующих в коллекторе, может позволить увеличить конечную добычу углеводородов. Приводные механизмы определяются путем анализа исторических данных о добыче, прежде всего данных о пластовом давлении и коэффициентах добычи жидкости.

Три основных механизма привода нефтяного резервуара: привод растворенного газа, привод газовой шапки и привод воды. ^[1] Тренды пластового давления и тренды газонефтяного отношения этих трех приводных механизмов показаны на рисунках 1 и 2 соответственно. Комбинация или смешанный привод возникает, когда два или более первичных приводных механизма присутствуют в одном резервуаре. Комбинированный привод также может иметь место, когда одному или нескольким механизмам первичного привода помогают самотечной дренаж . В таблице 1 показаны источники энергии и предельные диапазоны рекуперации основных приводных механизмов.

Содержимое

• 1 Газовый привод
• 2 Производственные направления
  • 2. 1 Восстановление
• 3 Привод газовой крышки
  • 3.1 Тенденции производства
  • 3.2 Восстановление
• 4 Водяной привод
  • 4.1 Тенденции производства
  • 4.2 Восстановление
• 5 Комбинированный привод
  • 5.1 Тенденции производства
  • 5.2 Восстановление
• 6 Гравитационный дренаж
• 7 См. также
• 8 Каталожные номера
• 9 Внешние ссылки

Нагнетание растворенного газа[править]

В коллекторе нагнетания растворенного (или растворенного) газа нефтеносная порода полностью окружена непроницаемыми барьерами. Поскольку пластовое давление падает во время добычи, расширение нефти и растворенного в ней газа обеспечивает большую часть движущей силы пласта (Рисунок 3). Дополнительная энергия получается от расширения породы и связанной с ней воды.

В зависимости от давления открытия пласт-коллектор растворенного газа изначально может быть либо недонасыщенным, либо насыщенным. ^[2] В недонасыщенном пласте пластовое давление выше температуры насыщения нефти. В резервуаре нет свободного газа, пока давление остается выше точки насыщения. Энергия движения коллектора обеспечивается только ограниченным расширением нефти, породы и воды. В насыщенном коллекторе пластовое давление находится на уровне точки насыщения. Как только нефть добывается, давление падает и в пласте образуются пузырьки растворенного газа. Это высвобождение растворенного газа вызывает усадку нефти, но усадка нефти более чем компенсируется расширением растворенного газа, основным источником энергии движения пласта ниже точки насыщения.

Тенденции добычи[править]

Рисунок 3

Пластовые коллекторы, работающие на растворенном газе, демонстрируют характерные изменения пластового давления, газонефтяного соотношения и темпов добычи нефти и воды в течение срока службы коллектора. Если пласт изначально недонасыщен, пластовое давление быстро падает во время добычи нефти из-за малой сжимаемости нефти, воды и породы. Падение давления в несколько сотен фунтов на квадратный дюйм может легко произойти в течение нескольких месяцев. Поскольку единственным добываемым газом является тот, который выделяется из добываемой нефти в стволе скважины, газовый фактор (ГФ) остается постоянным до тех пор, пока коллектор не достигнет точки насыщения.

Как только пластовое давление достигает давления насыщения или если пласт первоначально был насыщен, пластовое давление снижается менее быстро из-за большой сжимаемости пузырьков газа, образующихся в пласте. Горизонтальный газовый фактор добычи быстро возрастает по мере того, как пузырьки соединяются и начинают течь, и может увеличиваться в десять раз по сравнению с начальным газовым фактором. Если пластовое давление продолжает падать, газовый фактор добычи в конечном итоге упадет, так как газ расширяется все меньше и меньше по мере продвижения вверх по стволу скважины.

Скорость добычи нефти быстро падает, как только газовый фактор добычи начинает расти. Скважины должны быть поставлены на механизированный подъем в начале их жизни. Первоначально воды вырабатывается мало или совсем нет. Когда пластовое давление падает, небольшое количество воды может быть добыто, так как внутрипластовая водонасыщенность увеличивается и превышает критическое значение, необходимое для притока.

Извлечение нефти[править]

Извлечение нефти из коллекторов, работающих с растворенным газом, обычно низкое, в пределах от 5 до 30% от исходной залежи нефти (OOIP) (см. Таблицу 1). Обычно менее 5% OOIP извлекается выше точки насыщения. Как правило, более высокие показатели извлечения растворенного газа достигаются в коллекторах с относительно низкой вязкостью нефти и достаточно однородными свойствами породы. Извлечение иногда может быть улучшено с помощью стратегий заканчивания, которые сохраняют энергию пласта за счет минимизации газового фактора добычи.

Нагнетание газовой шапки[править]

В коллекторе нагнетания газовой шапки основным источником энергии пласта является первоначальная газовая шапка, которая расширяется по мере падения пластового давления (Рисунок 4). Дополнительную энергию обеспечивает расширение растворенного газа, выделяющегося из нефти. Менее значительный вклад в движущую силу вносит расширение породы и связанная с ней вода.

Рисунок 4 Резервуар привода газовой крышки.

Тенденции добычи[править]

Расширение газовой шапки вызывает более медленное падение пластового давления в коллекторе с газовой шапкой, чем в пласте, добываемом в режиме растворенного газа. Скорость снижения давления тесно связана с относительным размером газовой шапки, при этом более крупные газовые шапки приводят к более постепенному снижению давления по мере добычи нефти.

В начале эксплуатации газонаполненного коллектора газовый фактор растет медленно, потому что более высокое пластовое давление удерживает больше газа в растворенном виде в нефти. Позже газовый фактор резко увеличивается, поскольку расширяющаяся газовая шапка достигает самых высоких скважин на структуре. Газовый фактор продолжает расти по мере продвижения газонефтяного контакта вниз по структуре и увеличения добычи газа из газовой шапки. Дебиты нефти падают медленнее, чем в коллекторе с растворенным газом, из-за более медленного снижения пластового давления. Искусственная добыча может не потребоваться на раннем этапе эксплуатации месторождения, поскольку скважины, как правило, имеют более длительный срок эксплуатации. Как и в случае привода на растворенном газе, воды образуется мало или совсем нет.

Извлечение нефти[править]

Извлечение нефти из коллекторов с газовой шапкой обычно составляет от 20 до 40% от исходной залежи нефти. Фактическая добыча зависит от размера начальной газовой шапки, структурной геометрии коллектора и способа управления месторождением.

Извлечение газа из газовой шапки увеличивается с увеличением размера начальной газовой шапки, если добыча газа из газовой шапки может быть сведена к минимуму. Легче всего это сделать в крутопадающих коллекторах или в пластах с толстым нефтяным столбом, которые позволяют перфорировать скважины как можно ниже газонефтяного контакта. Извлечение также может быть улучшено за счет закрытия скважин, когда они начинают давать большие объемы газа газовой шапки. Кроме того, добытый газ может быть возвращен в газовую шапку с помощью газонагнетательных скважин, расположенных высоко на конструкции.

Гидравлический привод[править]

В водонапорном резервуаре нефтяная зона сообщается с водоносным горизонтом, который обеспечивает большую часть энергии приводного коллектора. По мере добычи нефти вода в водоносном горизонте расширяется и перемещается в пласт, вытесняя нефть. В зависимости от прочности водоносного горизонта дополнительная энергия может быть получена за счет расширения растворенного газа. Гораздо менее значительный вклад вносит расширение породы-коллектора и связанная с ней вода.

Геометрия водоносного горизонта определяет, является ли он нижняя вода или кромочная вода привод (рис. 5). При донном водоносном горизонте водоносный горизонт находится ниже всего резервуара, и приток воды движется вертикально вверх в нефтяную зону. При краевом водонагоне водоносный горизонт располагается на бортах водохранилища, и вода движется вверх по падению водохранилища.

Рисунок 5  Контейнеры с граничной водой и придонной водой.

Тенденции добычи0015 [3]

. Если резервуар разрабатывается с низкой скоростью, водоносный горизонт способен заменить добытые объемы флюида, а пластовое давление остается практически постоянным. При высоких дебитах водоносный горизонт не справляется с отбором и падением пластового давления. Если дебит затем уменьшится до низкого уровня, пластовое давление возрастет. Величина «высоких» и «низких» дебитов для конкретного водоносного пласта определяется размером и проницаемостью связанного с ним водоносного горизонта.

В сильноводонапорном коллекторе продуктивный газовый фактор остается довольно постоянным, отражая стабильное пластовое давление. Однако, если водоносный горизонт не в состоянии поддерживать пластовое давление, соответственно возрастет продуктивный газовый фактор.

Дебиты нефти остаются высокими при сильном гидронагоне до прорыва воды в добывающих скважинах. Добыча воды обычно происходит в начале эксплуатации скважин с нижней конструкцией, а водонефтяное отношение (WOR) продолжает увеличиваться со временем по мере продвижения водонефтяного контакта вверх. Для продолжения работы скважин с высокой обводненностью может потребоваться газлифт.

Извлечение нефти[править]

Извлечение нефти из водонапорных коллекторов обычно составляет от 35 до 75% от исходной залежи нефти. Фактическое полученное извлечение зависит от прочности водоносного горизонта, эффективности охвата вторгающейся воды и способа управления месторождением.

Возврат воды увеличивается с силой водоносного горизонта, если добыча воды может быть сведена к минимуму. Как и в случае коллекторов с газовой шапкой, это проще всего сделать в коллекторах с такой геометрией, которая позволяет перфорировать скважины на значительном расстоянии от контакта с жидкостью.

Восстановление водного привода также зависит от эффективности охвата водоносного горизонта. Эффективность охвата — это мера того, насколько эффективно вторгающаяся вода вытесняет нефть. Более высокая эффективность вытеснения и извлечения нефти происходит, когда вязкость нефти низка по сравнению с вязкостью воды, и нефть течет легче, чем проникающая вода. Водонапорные пласты с сырой нефтью высокой вязкости имеют более низкую эффективность вытеснения и извлечения нефти, потому что вода имеет тенденцию двигаться вперед или «проникать» сквозь нефть, оставляя позади непромытую нефть.

Водонапорная добыча может быть улучшена за счет балансировки производительности по месторождению таким образом, чтобы водонефтяной контакт перемещался вверх как можно более равномерно. Поскольку водная вытеснение обычно более эффективна, чем вытеснение растворенным газом, в некоторых случаях можно увеличить добычу, разрабатывая пласт с достаточно низким дебитом, чтобы водоносный горизонт мог поддерживать высокое пластовое давление.

Комбинированный привод[править]

Рисунок 6 Резервуар комбинированного привода.

Большинство нефтяных пластов работают под воздействием двух или более механизмов привода пласта, которые в совокупности называются комбинированным приводом. Типичным примером является нефтяной пласт с начальной газовой шапкой и активным водным режимом (рис. 6).

Тенденции добычи[править]

Тенденции добычи резервуара с комбинированным приводом отражают характеристики доминирующего приводного механизма. Пласт-коллектор с небольшой начальной газовой шапкой и слабым водным режимом будет вести себя так же, как коллектор с растворенным газом, с быстрым снижением пластового давления и повышением газового фактора. Аналогичным образом, в пласте с большой газовой шапкой и сильным водным напором может наблюдаться очень незначительное снижение пластового давления при постоянном увеличении ГФ и ВНФ. Оценка этих тенденций продуктивности является основным методом, используемым инженером-разработчиком для определения приводных механизмов, действующих в пласте.

Добыча[править]

Окончательная добыча, полученная из коллектора с комбинированным приводом, является функцией приводных механизмов, действующих в пласте. Извлечение может быть высоким или низким в зависимости от того, преобладают ли механизмы вытеснения или истощения. Водяной привод и расширение газовой шапки являются приводными механизмами вытеснительного типа и имеют относительно высокий коэффициент извлечения. Привод растворенного газа является приводом типа истощения и является относительно неэффективным.

Извлечение из коллектора с комбинированным приводом часто может быть улучшено за счет сведения к минимуму эффекта приводных механизмов истощения путем замены или усиления более эффективных за счет управления дебитом или закачки жидкости. Для этого движущие механизмы, действующие в резервуаре, должны быть идентифицированы на ранней стадии его существования.

Гравитационный дренаж

Гравитационный дренаж или гравитационная сегрегация — это склонность нефти, газа и воды к сегрегации в пласте во время добычи из-за их разной плотности (рис. 7). В качестве вторичного приводного механизма гравитационное дренирование происходит только в сочетании с одним или несколькими первичными приводными механизмами нефтяного пласта.

Условия, благоприятные для гравитационного дренирования, включают мощные коллекторы с высокой вертикальной проницаемостью или маломощные коллекторы с крутым падением. В резервуаре с нагнетанием растворенного газа, перфорированном вниз по падению, гравитационное дренирование может привести к перемещению высвобожденного растворенного газа вверх и течению нефти вниз, сохраняя энергию пласта и увеличивая добычу почти до такой же величины, как при нагнетании водой.

Скорость гравитационного дренирования нефти в пласте обычно низка по сравнению с дебитами месторождения. Однако со временем гравитационный дренаж может стать чрезвычайно эффективным, и возможны более высокие извлечения, чем при использовании любого из основных приводных механизмов.

См. также[править]

• Повышение нефтеотдачи
• Моделирование коллектора для целей моделирования
• Оценка запасов
• Заводнение
• Основы течения жидкости
• Проведение исследования моделирования резервуара: обзор
• Введение в методы разработки месторождений
• Свойства нефтяного пластового флюида

Ссылки 66–84.

Внешние ссылки

• Найдите книгу в магазине AAPG

Physiology, Respiratory Drive — StatPearls

Введение

Дыхание — это сложный процесс, который в значительной степени зависит от скоординированных действий дыхательных мышц и центра управления в головном мозге. Основная функция легких заключается в облегчении газообмена между вдыхаемым воздухом и системой кровообращения. Он помогает доставлять кислород в кровь и удалять углекислый газ из организма. Кислород имеет решающее значение для правильного метаболизма на клеточном уровне, в то время как углекислый газ имеет решающее значение для достижения адекватных уровней PH. Существует несколько механизмов для обеспечения строгого баланса между спросом и предложением. В ответ на изменение газов крови легочная система адаптируется, регулируя модели дыхания, чтобы помочь удовлетворить метаболические потребности организма.

Упражнения, например, увеличивают потребление кислорода и повышают выработку углекислого газа. Если в какой-то момент доступное снабжение кислородом не удовлетворяет необходимую потребность, аэробный метаболизм прекращается и производство энергии снижается. Точно так же, если углекислый газ накапливается без надлежащего удаления, кровь становится более кислой, что приводит к повреждению клеток, что в конечном итоге приводит к отказу органов. Ни один из результатов не является желательным; следовательно, существуют многочисленные механизмы, позволяющие согласовать дыхание с постоянно меняющимися потребностями. Центральные и периферические хеморецепторы, а также механорецепторы в легких передают нервную и сенсорную информацию в мозг, чтобы помочь модулировать дыхательную активность. Дыхательный центр отвечает в ответ, изменяя свой паттерн возбуждения, чтобы изменить ритм и объем дыхания.

Функция

Каждый дыхательный цикл начинается с вдоха и заканчивается выдохом. Во время вдоха диафрагма и наружные межреберные мышцы сокращаются, вызывая расширение грудной полости. В результате снижается внутриплевральное давление, а также альвеолярное давление, заставляя легкие расширяться и поступать воздух. Однако выдох происходит пассивно, когда диафрагма расслабляется благодаря эластическим свойствам легких. Система контроля дыхания управляет дыхательными циклами и состоит из трех компонентов: центрального нейронного генератора дыхания, сенсорной системы ввода и мышечно-эффекторной системы.[5]

Скорость и сила сокращения диафрагмы, а следовательно, частота и объем дыхания, в значительной степени зависят от схемы возбуждения клеток-водителей ритма в стволе мозга. С другой стороны, сенсорная система ввода посылает сигналы в мозг, чтобы модулировать паттерны дыхания в зависимости от метаболических потребностей. Вместе эти процессы направлены на оптимизацию функции легких по поглощению кислорода из воздуха и удалению углекислого газа из организма.[6]

Механизм

Внутренний дыхательный привод

Дыхательный центр состоит из трех отдельных групп нейронов в головном мозге: дорсальной дыхательной группы в ядре одиночного пути, вентральной дыхательной группы в продолговатом мозге и мостовой дыхательной группы в мосту. Последний далее подразделяется на пневмотаксический центр и апнейстический центр.

Дорсальная респираторная группа преимущественно инспираторная, тогда как вентральная медуллярная группа преимущественно экспираторная. Ростральная половина вентральной медуллярной группы дополнительно содержит нейроны, ответственные за генерацию ритма. Особое значение имеет комплекс preBötzinger, нейроны которого обладают рецепторами нейрокинина 1 (NK1), потенциальной мишенью для многих фармакологических, физиологических и анатомических исследований. Группы моста отвечают за модуляцию интенсивности и частоты мозговых сигналов, при этом их пневмотаксические группы ограничивают вдох, а их апнейстические центры продлевают и стимулируют вдох. Каждая из этих групп взаимодействует друг с другом в согласованных усилиях как задающий ритм потенциал дыхания.]

Торакальные нейронные рецепторы

Механорецепторы, обнаруженные в дыхательных путях, трахее, легких и легочных сосудах, передают сенсорную информацию в дыхательный центр в головном мозге в отношении объема легких, растяжения дыхательных путей и скопления сосудов. Существует два основных типа торакальных датчиков: медленно адаптирующиеся веретена растяжения и быстро адаптирующиеся раздражающие рецепторы. Первый передает только информацию об объеме, а второй дополнительно реагирует на раздражающие химические триггеры, такие как вредные посторонние вещества и пыль. Оба типа механорецепторов передают информацию в дыхательный центр через черепной нерв X (блуждающий нерв) для увеличения частоты дыхания, объема дыхания или для стимуляции кашля. Ярким примером является рефлекс растяжения легких, также называемый рефлексом Херринга-Брейера, который предотвращает чрезмерное раздувание легких, посылая тормозные импульсы в центр вдоха. Следует упомянуть еще один тип рецепторов — юкста-капиллярные рецепторы, которые реагируют на застой в сосудах и интерстициальный отек в легких, посылая сигналы в мозг для увеличения частоты дыхания.

Периферические хеморецепторы

Периферические хеморецепторы включают каротидные и аортальные тела. Сонные тела расположены в месте бифуркации общих сонных артерий и передают информацию в дыхательный центр через IX черепной нерв, языкоглоточный нерв. Тела аорты расположены внутри дуги аорты и посылают информацию в мозг через черепной нерв X, блуждающий нерв. Хотя периферическая сенсорная система способна воспринимать углекислый газ и ионы водорода, она в первую очередь обнаруживает низкий уровень кислорода в артериальной крови (гипоксемия). Гиперкапния и ацидоз повышают чувствительность этих сенсоров и, следовательно, играют частичную роль в функции рецепторов. На каротидные тела приходится примерно 15% общей движущей силы дыхания. У здоровых людей дыхательный центр более чувствителен к повышению уровня углекислого газа, воспринимаемому центральными хеморецепторами, чем к снижению уровня кислорода. Кислород работает в дыхательном центре только при выраженной гипоксемии.[10]

Центральные хеморецепторы

Центральные хеморецепторы на вентральной поверхности продолговатого мозга и ретротрапециевидном ядре удерживают большую часть оставшегося контроля над дыхательной активностью. Они в первую очередь ощущают изменения pH в центральной нервной системе, вызванные изменениями содержания углекислого газа в артериальной крови. Углекислый газ представляет собой жирорастворимую молекулу, которая свободно диффундирует через гематоэнцефалический барьер и образует ионы гидрона в спинномозговой жидкости. Хеморецепторы, в свою очередь, реагируют на изменения pH, поскольку они становятся более кислыми, и посылают сенсорные сигналы в мозг, чтобы стимулировать гипервентиляцию. Результатом является медленное и глубокое дыхание, которое помогает выводить углекислый газ из организма. Точно так же, когда артериальное РСО2 падает, рН спинномозговой жидкости становится щелочным, что приводит к гиповентиляции. Таким образом, артериальное PCO2 является главным фактором, определяющим дыхательную активность в нормальных условиях. [5][6][11][12][13][14][15]

Интеграция входа рецептора

Дыхательные центры, расположенные в продолговатом мозге и мосту, отвечают за формирование основного дыхательного ритма. Однако совокупный сенсорный ввод от периферической сенсорной системы, контролирующей уровень кислорода, и центральной сенсорной системы, контролирующей рН, изменяет частоту и глубину дыхания. Эти сигналы, наряду с несколькими другими сенсорными входами, поступающими от периферических механорецепторов, модулируют дыхательный ритм, чтобы создать единый нейронный сигнал, посылаемый первичным дыхательным мышцам. Общий вход завершается частотой дыхания примерно 12 вдохов в минуту для среднего взрослого человека в состоянии покоя.

Дыхательный драйв во время сна

Во время сна происходят различные изменения в физиологии дыхания, особенно во время фазы быстрого движения глаз, также называемой БДГ-сном. Во время REM дыхание становится очень нерегулярным с периодами гипопноэ, апноэ и постоянно меняющимися дыхательным объемом и частотой дыхания. Наступает паралич всех вспомогательных дыхательных мышц, и люди становятся зависимыми от диафрагмы. Кроме того, снижается мощность возбуждения от дыхательного контроллера в головном мозге, и дыхательный центр становится менее чувствительным к изменениям артериального PO2 и PCO2. Наконец, мышцы-расширители верхних дыхательных путей становятся гипотоническими, что приводит к сужению дыхательных путей и увеличению сопротивления дыхательных путей. Несмотря на то, что здоровый человек может переносить изменения дыхания во время сна, сон становится проблематичным у пациентов с ранее существовавшим респираторным заболеванием.[16]

Родственные испытания

Оценка респираторного драйва

Обследование пациента с гиперкапнией, гипоксией или аномальной вентиляцией всегда должно начинаться с тщательного сбора анамнеза и клинического обследования для установления основной причины. Для определения первичной патологии могут быть показаны различные тесты, в том числе исследование функции легких, определение газов артериальной крови и рентгенография грудной клетки.

Другие тесты контроля дыхания в основном используются в исследовательских целях или в исключительных случаях, когда рутинные тесты не могут объяснить аномальные уровни артериального кислорода и углекислого газа. Эти тесты включают измерение гипоксической и гиперкапнической вентиляционной реакции, давление окклюзии рта, тестирование упругой и резистивной нагрузки и анализ характера дыхания пациента. Однако вред или дискомфорт, причиняемый такими тестами, ограничивает их рутинное использование, если не доказана их значительная польза.

Патофизиология

Как упоминалось ранее, центр управления дыханием реагирует на изменение уровня CO2 и O2 изменением частоты и характера дыхания. Интересно, что реакция на гипоксию отличается от реакции на гиперкапнию. Гипоксия вызывает учащенное и поверхностное дыхание с относительно более высоким увеличением частоты дыхания, чем дыхательного объема. Цель состоит в том, чтобы снизить стоимость дыхания, избегая необходимости преодолевать более высокую эластичность легких при больших объемах.

Проще говоря, дыхание с большими дыхательными объемами требует большего отрицательного давления во внутриплевральном пространстве и, таким образом, большего использования кислорода дыхательными мышцами, особенно у пациента, уже страдающего гипоксией. Напротив, гиперкапния вызывает паттерн глубокого и медленного дыхания с относительно более значительным увеличением дыхательного объема, чем частоты дыхания. Этот шаблон направлен на ограничение вентиляции мертвого пространства и оптимизацию удаления углекислого газа.

Клиническая значимость

Некоторые состояния вызывают изменения частоты или характера дыхания. Эти модификации происходят из-за изменений уровней PaO2, PaCO2 или pH, вызванных патологическим процессом, что, в свою очередь, усиливает сенсорное возбуждение, посылаемое центральными или периферическими механизмами контроля в мозг. Изменения проявляются в виде измененного дыхательного объема или частоты дыхания. [10]

Астма

Астма — хроническое обструктивное заболевание дыхательных путей, характеризующееся обратимым воспалением проводящих дыхательных путей в ответ на различные аллергенные и неаллергенные раздражители. Во время острого приступа астмы возникает тяжелое воспаление, приводящее к сужению дыхательных путей, избыточному выделению слизи и бронхоконстрикции. В последующем развивается гипоксия из-за нарушения газообмена. Гипоксия стимулирует периферические хеморецепторы, которые, в свою очередь, передают сигнал в центр управления дыханием в головном мозге. Дыхательный центр увеличивает частоту возбуждения, что приводит к учащению дыхания и, как следствие, к гипокапнии. Важно отметить, что у астматиков парадоксальная нормализация уровня углекислого газа является признаком того, что наступает мышечная усталость и что полная дыхательная недостаточность неизбежна.]

Хроническая обструктивная болезнь легких

ХОБЛ — еще одно хроническое обструктивное заболевание дыхательных путей, имеющее много общего с астмой. Однако ХОБЛ представляет собой необратимый процесс, который постепенно прогрессирует с течением времени, приводя к хронической воздушной ловушке и стойкой гиперкапнии. Сначала центральные хеморецепторы ощущают гиперкапнию, как у здорового человека, и сигнализируют дыхательному центру об увеличении глубины дыхания. В результате возникает дыхательный паттерн, состоящий из глубоких и медленных вдохов. Исследования показали, что дополнительный кислород во время обострения ХОБЛ вызывает увеличение PaCO2 и временное снижение минутной вентиляции.

Ранее предполагалось, что центральные хеморецепторы постепенно становятся устойчивыми к уровню углекислого газа в крови, так что мозговые сенсоры больше не реагируют на изменения рН, как у здорового человека. Это привело к убеждению, что гиперкапния больше не действует как основной двигатель дыхания, и эти пациенты становятся зависимыми от гипоксии для дыхания, вызывая общее нежелание вводить дополнительный кислород во время обострения ХОБЛ в медицинских учреждениях. Эта теория больше не получила широкого признания, так как исследования показали, что временное снижение минутной вентиляции у этих пациентов не является устойчивым и не всегда пропорционально коррелирует со степенью увеличения PaCO2. Вместо этого введение дополнительного кислорода противодействует рефлекторной гипоксической легочной вазоконстрикции, которая в противном случае отводила бы перфузию от поврежденных альвеол с плохой вентиляцией, чтобы максимизировать перфузию в «хорошие» альвеолы. Возникающее в результате несоответствие вентиляции мертвого пространства и вентиляции-перфузии (V/Q), вероятно, является лучшим объяснением вызванного кислородом увеличения PaCO2. Другой предполагаемый механизм заключается в том, что дополнительный кислород вызывает сдвиг кривой диссоциации гемоглобина-CO2 вправо, увеличивая PaCO2, что называется эффектом Холдейна.

Пациенты с ХОБЛ с обострением испытывают трудности с увеличением минутной вентиляции для удаления избытка CO2 и, следовательно, с трудом нормализуют PaCO2 в этих условиях. Независимо от конкретного физиологического механизма гиперкапнии, вызванной кислородом, общепризнано, что пациентам с острым обострением ХОБЛ следует проводить оксигенотерапию с титрованием до 88-92% насыщения кислородом для снижения как гипоксии, так и риска гиперкапнии [20]. ]

Гиповентиляционный синдром ожирения

Синдром гиповентиляции при ожирении, также известный как синдром Пиквика, представляет собой состояние, поражающее людей с патологическим ожирением. Ожирение изменяет механику легких и грудной клетки, что приводит к гиповентиляции и, как следствие, к гиперкапнии. Сначала больной компенсирует это усилением дыхательного драйва и работы дыхания. Однако дыхательная усталость быстро приводит к возникновению гиперкапнии и гипоксии. По мере прогрессирования состояния хроническая гиперкапния приводит к респираторному ацидозу с компенсаторной задержкой HCO3 почками. Бикарбонат снижает чувствительность центральных хеморецепторов к изменениям PCO2, что приводит к стойкой гиперкапнии.

Нервно-мышечное заболевание

Нервно-мышечное заболевание — термин, используемый для описания различных патологий, влияющих на мышечную функцию. Проблема может возникнуть на любом пути мышечного контроля, начиная с ЦНС и заканчивая самой мышцей. Примеры включают мышечные дистрофии, такие как мышечная дистрофия Дюшенна, и заболевания двигательных нейронов, такие как полиомиелит. Слабость дыхательных мышц в конечном итоге возникает при нервно-мышечных заболеваниях, вызывая гиповентиляцию и, как следствие, гипоксию и гиперкапнию. Основная концепция заключается в том, что центры контроля дыхания не повреждены и пытаются адекватно реагировать на изменение уровней PO2 и PCO2. Однако мышцы теряют способность реагировать на гипоксические и гиперкапнические стимулы из-за мышечной слабости. Без посторонней помощи это приводит к гипоксии и гиперкапнии и, в конечном счете, к смерти от дыхательной недостаточности.

Наркотики

Ингаляционные анестетики, наркотики и легкие транквилизаторы являются наиболее печально известными лекарствами, вызывающими угнетение дыхания. Ингаляционные анестетики снижают реакцию на повышенное содержание углекислого газа и снижение оксигенации, тем самым притупляя регуляцию дыхательного центра. Бензодиазепины, с другой стороны, действуют на рецепторы ГАМК в центральной нервной системе. Они эффективно снижают все нервные функции, включая систему стимуляции дыхания в стволе мозга. Точно так же опиоидные наркотики действуют на мю-опиоидные рецепторы в центральной нервной системе. Они в первую очередь нацелены на комплекс пре-Бетцингера в системе дыхания, тем самым уменьшая лежащее в основе стремление к дыханию. Наконец, алкоголь не является фармацевтическим средством, которое угнетает дыхательную активность, притупляя реакцию организма на повышение уровня углекислого газа.[21][22][11]

Врожденный синдром центральной гиповентиляции (ВЦГС)

Синдром врожденной центральной гиповентиляции, иногда известный как проклятие Ундины, – это редкое генетическое заболевание, вызванное мутацией, которая делает дыхательный центр в головном мозге нечувствительным к изменениям PCO2. Когда дыхание не происходит бессознательно, пациент становится зависимым от сознательного контроля (коры). У пациентов обычно возникают проблемы с дыханием во время сна, которые, как правило, проходят во время бодрствования.[23]

Контрольные вопросы

• Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.

• Комментарий к этой статье.

Ссылки

1.

Benner A, Lewallen NF, Sharma S. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 19 июля 2022 г. Физиология, кривая реакции на углекислый газ. [PubMed: 30844173]

2.

Song G, Yu Y, Poon CS. Цитоархитектура пневмотаксической интеграции дыхательной и недыхательной информации у крыс. Дж. Нейроски. 2006 04 января; 26 (1): 300-10. [Бесплатная статья PMC: PMC6674322] [PubMed: 16399700]

3.

Мортола Дж.П. Как дышать? Механика дыхания и характер дыхания. Респир Физиол Нейробиол. 2019 март; 261:48-54. [PubMed: 30605732]

4.

Патель С., Шарма С. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 21 июня 2022 г. Респираторный ацидоз. [PubMed: 29494037]

5.

Bouverot P, Flandrois R, Puccinelli R, Dejours P. [Изучение роли артериальных хеморецепторов в регуляции легочного дыхания у бодрствующих собак]. Arch Int Pharmacodyn Ther. 1965 октября; 157 (2): 253–71. [PubMed: 5868732]

6.

Biscoe TJ, Purves MJ, Sampson SR. Частота проведения нервных импульсов в афферентных волокнах хеморецепторов одиночного каротидного тела регистрируется in vivo при сохранном кровообращении. Дж. Физиол. 1970 г., май; 208 (1): 121–31. [Бесплатная статья PMC: PMC1348775] [PubMed: 5499750]

7.

Blain GM, Smith CA, Henderson KS, Dempsey JA. Периферические хеморецепторы определяют респираторную чувствительность центральных хеморецепторов к СО(2). Дж. Физиол. 01 июля 2010 г .: 588 (Pt 13): 2455-71. [Бесплатная статья PMC: PMC2915520] [PubMed: 20421288]

8.

Daly M, Ungar A. Сравнение рефлекторных реакций, вызванных стимуляцией отдельно перфузируемых каротидных и аортальных хеморецепторов тела у собаки. Дж. Физиол. 1966 г., январь; 182 (2): 379–403. [Бесплатная статья PMC: PMC1357476] [PubMed: 5942034]

9.

Alheid GF, McCrimmon DR. Химическая нейроанатомия дыхания. Респир Физиол Нейробиол. 2008 10 декабря; 164 (1-2): 3-11. [Бесплатная статья PMC: PMC2701569] [PubMed: 18706532]

10.

Джавахери С., Каземи Х. Метаболический алкалоз и гиповентиляция у людей. Ам преподобный Респир Дис. 1987 г., октябрь; 136 (4): 1011-6. [PubMed: 3116894]

11.

Adler D, Janssens JP. Патофизиология дыхательной недостаточности: контроль дыхания, респираторной нагрузки и мышечной емкости. Дыхание. 2019;97(2):93-104. [PubMed: 30423557]

12.

Brinkman JE, Sharma S. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 25 июля 2022 г. Респираторный алкалоз. [В паблике: 29489286]

13.

Шарма С., Хашми М.Ф. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 12 сентября 2022 г. Гипокарбия. [PubMed: 29630219]

14.

Lalley PM. Влияние агонистов мю-опиоидных рецепторов на продолговатые дыхательные нейроны у кошек: доказательства участия в некоторых типах вентиляционных нарушений. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2003 г., декабрь; 285 (6): R1287-304. [PubMed: 12881202]

15.

Шарма С., Хашми М.Ф. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 4 ноября 2022 г. Парциальное давление кислорода. [PubMed: 29630271]

16.

Крымский В.Р., Лейтер Дж.К. Физиология дыхания и дыхательная регуляция во сне. Semin Respir Crit Care Med. 2005 фев; 26 (1): 5-12. [PubMed: 16052413]

17.

Shea SA, Andres LP, Shannon DC, Banzett RB. Вентиляционные реакции на физическую нагрузку у людей с недостаточной вентиляционной химиочувствительностью. Дж. Физиол. 1993 августа; 468: 623-40. [Бесплатная статья PMC: PMC1143847] [PubMed: 8254528]

18.

Шарма С., Хашми М.Ф., Бернс Б. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 22 августа 2022 г. Уравнение альвеолярного газа. [PubMed: 29489223]

19.

Черняк Р.М. Физиологический диагноз и функция при астме. Клин Грудь Med. 1995 декабрь; 16 (4): 567-81. [PubMed: 8565401]

20.

Abdo WF, Heunks LM. Кислород-индуцированная гиперкапния при ХОБЛ: мифы и факты. Критический уход. 2012 29 октября;16(5):323. [Бесплатная статья PMC: PMC3682248] [PubMed: 23106947]

21.

Burton MD, Kazemi H. Нейротрансмиттеры в центральном дыхательном контроле. Респир Физиол.