Дыхание – это совокупность процессов, вследствие которых организмом поглощается кислород и выделяется углекислый газ

Лекция 8. Система дыхания.

Деятельность любой клетки, ткани, органа связана с расходом энергии. Источником энергии для организма является распад и окисление органических соединений, которые непрерывно происходят в клетках. Окислительные процессы в клетках, вследствие которых выделяется энергия, называют внутренним дыханием. Обеспечение клеток кислородом и удаление из них углекислого газа осуществляется с помощью крови, а обмен газов между кровью и атмосферным воздухом происходит в органах дыхания. Совокупность процессов переноса кислорода к тканям и поступления углекислого газа к легким называют внешним дыханием.

Дыхание человека обеспечивает дыхательная система (рис.8.1.), состоящая из воздухоносных путей (носовая полость, носоглотка, глотка, гортань, трахея, бронхи) и легких.

а) б)

Рис.8.1. Дыхательная система человека:

а) система строения дыхательной системы человека; б) верхние дыхательные пути человека.

Носовая полость делится костно-хрящевой перегородкой на две половины – правую и левую. В каждой из них имеется три извилистых носовых хода: верхний, средний и нижний. В нижний носовой ход открывается носослезный канал. В слизистой оболочке верхнего носового хода содержатся рецепторы, воспринимающие запахи. Стенки полости носа покрыты слизистой оболочкой с реснитчатым эпителием. Реснички эпителия, двигаясь, задерживают и выводят наружу пыль и микроорганизмы, которые оседают на слизистой оболочке, выполняя тем самым защитную функцию. Воздух, вдыхаемый человеком, в носовой полости согревается или охлаждается кровью, протекающей по густой сети кровеносных капилляров ее слизистой оболочки. Слизистая оболочка содержит железы, которые выделяют слизь, увлажняющую воздух и стенки полости носа. Слизь также задерживает и обезвреживает болезнетворных бактерий, попадающих туда вместе с воздухом. Слизь вместе с частицами пыли и микроорганизмами, прилипшими к ней, непрерывно удаляется из носовой полости.

Воздух, пройдя через носовую полость, попадает в носоглотку, расположенную между носовой полостью и глоткой. В глотке имеется скопление лимфатических узлов-миндалин. Они служат защитным барьером для дыхательных путей. При воспалении (преимущественно в детском возрасте) узлы-миндалины могут разрастаться и превращаться в аденоиды (греч. аден – железа).

Из носоглотки воздух попадает в глотку, в которой перекрещиваются дыхательные и пищеварительные пути. От глотки берут начало две трубки: дыхательная – гортань (дыхательное горло) и пищеварительная – пищевод, расположенный сзади гортани. Вход в гортань при проглатывании пищи закрывается надгортанным хрящом. Благодаря этому воздух попадает только в гортань, а пища – в пищевод.

Гортань расположена в передней части шеи. Она имеет воронкообразную форму, сверху прикреплена к подъязычной кости, а снизу переходит в трахею. Снаружи часть гортани видна в виде выступа, который называют кадыком. У мужчин он достаточно заметный. Основу гортани образуют несколько хрящей. Самый большой из них – щитовидный хрящ. Его легко можно прощупать у себя на шее. Хрящи соединены между собой подвижно мышцами и связками. В гортани находятся голосовые связки, образующие голосовую щель. Гортань непосредственно переходит в трахею.

Трахея расположена в грудной клетке, начинается на уровне VI-VII шейных позвонков, спереди от пищевода. Это дыхательная трубка длиной 10-12 см, которая состоит из 16-20 хрящевых полуколец, соединенных между собой связками. Задняя стенка трахеи (где нет хрящевых полуколец) образована соединительной тканью, в которой содержатся неисчерченные мышечные волокна. Такое строение трахеи не мешает прохождению пищи по пищеводу и воздуха к легким. Внутреннюю поверхность трахеи выстилает реснитчатый эпителий. На уровне V грудного позвонка трахея разделяется на два бронха: левый и правый.

Бронхи, как и трахея, состоят из хрящевых полуколец (6-12), предотвращающих закрытие их просвета. Бронхи входят в правое и левое легкие. Бронх, входящий в правое легкое, разделяется на три ветви соответственно количеству долей легкого. Бронх, входящий в левое легкое, разделяется на две ветви. В каждом легком ветви многократно делятся, образуя бронхиальное дерево легкого. Самые тонкие бронхи называют бронхиолами. Они заканчиваются альвеолярными мешочками, стенки которых образованы легочными пузырьками, или альвеолами. Диаметр альвеол – 0,2-0,3 мм. Стенка альвеолы состоит из одного слоя плоского эпителия и тонкого слоя эластичных волокон. Тонкие соединительнотканные стенки растягиваются. Каждый пузырек заполнен воздухом. Альвеолы густо оплетены капиллярами малого круга кровообращения, где происходит газообмен. Общая поверхность всех легочных пузырьков превышает 100 м², то есть в 50 раз больше поверхности кожи человека. Поэтому кровь быстро поглощает сквозь их стенки кислород и отдает углекислый газ.

Легкие – это большие парные органы. Левое и правое легкое занимают почти всю грудную полость. Правое легкое крупнее и состоит из трех долей, а левое – из двух. На внутренней поверхности легкого расположены ворота легких, через которые проходят бронхи, легочные артерии, легочные вены, нервы и лимфатические сосуды. Снаружи каждое легкое покрыто тоненькой плотной соединительнотканной оболочкой – легочной плеврой, срастающейся с воздухоносной тканью легкого. Легочная плевра, не прерываясь переходит на внутреннюю поверхность грудной клетки, срастается со стенками грудной полости, образуя внешнюю плевру. Между ними есть щель – плевральная полость, заполненная плевральной жидкостью, которая уменьшает во время дыхательных движений трение легких о стенки грудной полости. Все это способствует движению легких при вдохе и выдохе. В полости плевры давление на 6-9 мм рт. ст. ниже атмосферного.

Голосовой аппарат и речь. Гортань не только воздухоносный орган, но и орган образования голоса, звуковой речи. Поперек гортани натянуты две голосовые связки, состоящие из эластичных упругих волокон. Между голосовыми связками имеется голосовая щель. Натяжение голосовых связок изменяется благодаря сокращению или расслаблению прикрепленных к ней мышц. При этом голосовая щель может сужаться или расширяться. Голосовые связки играют главную роль в образовании голоса. Голос образуется только тогда, когда выдыхаемый воздух проходит сквозь голосовую щель, которая при этом сужается, а натянутые связки начинают колебаться и возникает звук. Когда человек молчит, голосовые связки расходятся, и голосовая щель имеет вид равнобедренного треугольника. Голосовые связки могут производить от 80 до 10 000 колебаний за секунду. В образовании речи принимают участие также язык, губы, нижняя челюсть. Благодаря ним мы выговариваем те или иные гласные и согласные звуки.

Газообмен в легких и тканях. В состав атмосферного воздуха входит почти 21 % кислорода (20,94 %), около 79 % азота (79,03%), приблизительно 0,03 % углекислого газа, небольшое количество водяного пара и инертных газов. Такой воздух мы вдыхаем, и называют его вдыхаемым. Благодаря изменениям частоты и глубины дыхания в альвеолах поддерживается относительно стабильный состав газов. Воздух, содержащийся в альвеолах, называют альвеолярным.

Воздух, который мы выдыхаем, называют выдыхаемым. Его состав, по сравнению с вдыхаемым, иной: количество кислорода снижается до 16,30 %, а углекислого газа увеличивается до 4,00 % (количество азота практически не изменяется – вместо 79,03% – 79,70 %). Различное содержание кислорода и углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе объясняется обменом газов в легких.

В легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови переходит в легкие благодаря диффузии сквозь стенки альвеол и кровеносных капилляров. Механизм газообмена состоит в том, что при вдыхании атмосферный воздух поступает в легкие и в альвеолах смешивается с воздухом, оставшимся в них после выдоха (резервный и остаточный объемы воздуха). Остаточный объем не позволяет легким спадаться даже при самом интенсивном выдохе. Воздух, поступающий в легкие, отличается по своему составу от воздуха в альвеолах (кислород – 14,20 %, углекислый газ – 5,20 %, азот – 80,60 %).

У здорового человека при условии нормального барометрического давления парциальное давление кислорода альвеолярного воздуха составляет 100 мм рт. ст. и значительно выше, чем в венозной крови, протекающей по капиллярам альвеол (40 мм рт. ст.). Парциальное давление углекислого газа в венозной крови выше (46 мм рт. ст.), чем в альвеолярном воздухе (40 мм рт. ст.). Таким образом, благодаря разнице парциальных давлений этих газов обеспечивается переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь, а углекислого газа в альвеолярный воздух.

Молекулы кислорода, поступившие в кровь, взаимодействуют с гемоглобином эритроцитов, образуя оксигемоглобин. Так кровь из венозной превращается в артериальную. По легочным венам артериальная кровь поступает в левое предсердие, потом – в левый желудочек, а отсюда – в большой круг кровообращения, по которому переносится к тканям. Углекислый газ из венозной крови поступает в легочные пузырьки и во время выдоха выводится из организма. Скорость диффузии газов в легочных капиллярах довольно велика: за время тока крови по легочным капиллярам (в среднем 0,3 с) давление газов в крови и альвеолах выравнивается. Это связано с большой общей по­вер­хностью капилляров и с особенностями строения альвеолярно-ка­пил­ляр­но­го барьера.

Из капилляров большого круга кровообращения кислород попадает в ткани. В артериальной крови капилляров концентрация кислорода выше, чем в клетках. Согласно законам диффузии, кислород легко переходит из капилляров в тканевую жидкость. Из нее кислород проникает в клетки и сразу вступает в реакции окисления. В результате окисления в клетках увеличивается содержание углекислого газа. Он аналогичным образом из клеток через тканевую жидкость поступает в венозный конец капилляра. Таким образом, артериальная кровь превращается в венозную. Венозная кровь по венам большого круга кровообращения поступает в правое предсердие, потом – к правому желудочку сердца, а оттуда – к легким.

Газообмен в легких происходит благодаря дыхательным движениям – вдоху и выдоху, ритмически сменяющим друг друга. Легкие не имеют собственных мышц и поэтому сами не могут сжиматься или растягиваться. Свой объём они изменяют пассивно, вслед за изменениями объёма грудной полости во время вдоха и выдоха. Поэтому объем легких попеременно то увеличивается, то уменьшается.

Дыхательные движения – вдох и выдох – происходят благодаря ритмическому чередованию сокращений и расслаблений дыхательных мышц: межреберных и диафрагмы и регулируются дыхательным центром, расположенным в продолговатом мозгу. Дыхательный центр образуют группы нейронов, деятельность которых обеспечивает ритмическое изменение вдоха и выдоха. Поэтому в нем различают две части – центр вдоха и центр выдоха.

Приблизительно каждые 4 секунды в дыхательном центре возникают возбуждения, которые через спинной мозг поступают к межреберным дыхательным мышцам и диафрагме. Межреберные мышцы при этом сокращаются и поднимают ребра. При сокращении диафрагма опускается вниз, увеличивая объем грудной полости. В плевральной щели давление всегда немного ниже атмосферного, поэтому при увеличении объема грудной полости легкие как бы присасываются к стенкам грудной клетки и растягиваются. Лёгкие заполняются воздухом – происходит вдох. При этом нервные импульсы от мышц и легких идут к дыхательному центру и «включают» его часть, отвечающую за выдох.

При глубоком вдохе одновременно сокращаются межреберные мышцы, диафрагма, а также некоторые мышцы грудной клетки и плечевого пояса, поднимающие ребра выше, чем при спокойном вдохе. Глубокий выдох обуславливается, кроме расслабления внешних межреберных мышц и диафрагмы, сокращением внутренних межреберных мышц. Кроме того, сокращаются мышцы брюшной стенки, что приводит к еще большему выпячиванию диафрагмы в сторону грудной полости. Объем ее уменьшается в вертикальном направлении. В зависимости от того, какие мышцы преобладают в акте выдоха (диафрагма или межреберные), различают брюшной и грудной типы дыхания. Эффективнее считается брюшной тип, поскольку он обеспечивает более глубокую вентиляцию легких. Тип дыхания зависит от пола (у мужчин преобладает брюшной тип дыхания), профессии и возраста.

Частота дыхательных движений зависит от того, сколько углекислого газа содержится в крови. При относительном покое взрослый человек делает приблизительно 16 дыхательных движений в минуту. Нервные клетки дыхательного центра очень чувствительны к углекислому газу, содержащемуся в крови. Если концентрация СО₂ в крови увеличивается, в дыхательном центре усиливается возбуждение и увеличивается частота нервных импульсов, поступающих к дыхательным мышцам. Вследствие этого частота дыхательных движений и глубина дыхания также увеличиваются. Например, в непроветренном помещении частота дыхательных движений возрастает более чем вдвое.

Большую роль в изменении дыхательных движений играют дыхательные рефлексы, рефлекторные дуги которых проходят через дыхательный центр. Рассмотрим некоторые из них. Когда мы окунаемся в холодную воду у нас «захватывает дух», поскольку замедляется деятельность сердца и прекращается дыхание. Холод раздражает рецепторы, расположенные в коже. Возникающее в них возбуждение по чувствительным нейронам поступает в дыхательный центр. Далее по длинным отросткам двигательных нейронов возбуждение поступает от дыхательного центра к дыхательным мышцам, приостанавливая их функционирование.

Среди дыхательных рефлексов различают защитные дыхательные рефлексы. Они обуславливают возникновение видоизмененных дыхательных движений, например чихания или кашля. Попавшие в носовую полость пыль или вещества с резким запахом раздражают рецепторы, расположенные в ее слизистой оболочке. Возникает защитный рефлекс – чихание – сильный и очень быстрый рефлекторный выдох через ноздри, благодаря которому из носовой полости удаляются раздражающие ее вещества. Слизь, образующаяся при насморке, вызывает подобную защитную реакцию. Кашель – резкий рефлекторный выдох через рот – возникает при различных раздражениях рецепторов гортани.

Глубина дыхания определяется объемом вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. В спокойном состоянии к легким во время вдоха поступает около 0,5 л воздуха и столько же выходит наружу при выдохе – это дыхательный объём воздуха. После спокойного вдоха при максимальном усилии можно вдохнуть ещё около 1,5 л воздуха – это дополнительный объём воздуха, а при наиболее глубоком выдохе можно выдохнуть еще 1,5 л – это резервный объём воздуха. Дыхательный, дополнительный и резервный объемы воздуха составляют жизненную ёмкость легких – наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после наиболее глубокого вдоха. Она зависит от возраста, пола, развития дыхательных мышц, которые особенно развиты у людей, занимающихся разными видами спорта (плаванием, гимнастикой и др.). Жизненная емкость легких – один из основных показателей физического развития человека. Её показатели колеблются от 3,5 л до 4,8 л у мужчин и от 3,0 л до 3,5 л у женщин. У физически тренированных людей она может достигать 6,0-7,0 л. Жизненную емкость легких определяют с помощью специального прибора – спирометра.

Одновременно с тренировкой сердца и всей скелетной мускулатуры тренируются и дыхательные мышцы. Нетренированный человек, пробежав несколько десятков метров, начинает ускоренно дышать, хотя глубина дыхания у него почти не увеличивается из-за слабого развития дыхательных мышц. Его легкие не способны обеспечить интенсивно работающий организм необходимым количеством кислорода и своевременно удалить из него углекислый газ. У человека, занимающегося каждый день физической работой, физкультурой, спортом, жизненная емкость легких увеличивается вследствие тренировки дыхательных мышц. Во время мышечной работы вентиляция легких повышается не только от ускорения частоты дыхательных движений, но и вследствие увеличения их глубины.

Дата добавления: 2014-10-17