Дыхание

Дыхание -комплекс физиологических, биохимических и биофизических процессов, обеспечивающий поступление кислорода в организм, транспорт его к тканям и органам, а также образование, выделение и выведение из организма углекислого газа и воды.

  Рис. 9. Система внешнего дыхания: 1 - носовая полость, 2 - носовая раковина, 3 - глотка, 4 - гортань, 5 - трахея, 6 - главные бронхи, 7 - легкое, 8 - бронхиолы, 9 - альвеолы

Основное назначение системы дыхания - поддерживать адекватную метаболическим потребностям организма скорость (интенсивность) окислительных процессов.

Выделяют следующие основные звенья системы дыхания: внешнее, транспорт газов кровью и тканевое.

Внешнее дыхание включает верхние дыхательные пути и легкие, обеспечивающие поступление кислорода в организм и выведение из него углекислого газа (рис. 9). Верхние дыхательные пути состоят из носовых ходов, ротовой полости и носоглотки, которая через гортань соединяется с трахеей. От трахеи отходит два главных бронха - правый и левый, которые путем дихотомического деления (разделение на две части) составляют 23 генерации ветвления. Легкие представляют собой парные дыхательные органы, заключенные в плевральные многокамерные мешки и связанные с окружающей средой воздухоносными путями. Конечным звеном воздухоносных путей являются воздушные мешочки - альвеолы (500 - 600 млн), общая поверхность которых составляет более 100 м². Их внутренняя поверхность покрыта особым веществом - сурфактантом, обеспечивающим поверхностное натяжение альвеолярных стенок.

Воздух окружающей среды попадает в легкие активно (вдох), выходит - пассивно (выдох). Вдох осуществляется в результате возбуждения инспираторных нейронов дыхательного центра, находящегося в продолговатом мозге. При этом происходит сокращение внешних межреберных мышц и диафрагмы, грудная клетка расширяется вперед - вверх, давление в легких становится ниже атмосферного и воздух устремляется внутрь легких. Выдох происходит под действием тяжести ребер мышц и тканей грудной клетки, а также эластических сил, которые возникают при вдохе. В результате давление в легких становится выше атмосферного и воздух выходит наружу.

Рис.10. Легочные объемы, мл

Различают следующие легочные объемы (рис. 10): дыхательный (0,5 л), резервные объемы вдоха (1,8 л) и выдоха (1,2 л) (см. рис. 9), сумма которых составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ) (3,5 л). Часть воздуха, которая остается в легких после максимального выдоха, называется остаточным объемом (1,2 л). ЖЕЛ и остаточный объем определяют общую емкость легких (4,7 л).

Для диагностических целей чаще других определяется ЖЕЛ. Вентиляционную способность легких характеризует объем дыхания в 1 мин, определяющийся сум­мой (частотой) дыхательных объемов. Он может увеличиваться с 5 - 7 л.мин^-1 в состоянии покоя до 120-150 л.мин^-1 при интенсивной физической работе. При этом частота дыханий с 10 - 12 в 1 мин возрастает до 50 - 70 л.мин^-1, а дыхательный объем - до двух и более литров. Выделяют также анатомическое и физиологическое мертвое дыхательное пространство, в котором концентрация кислорода и углекислого газа такая же, как во вдыхаемом воздухе. Дыхательный объем без физиологического мертвого пространства умноженный на частоту дыханий в минуту называется альвеолярной вентиляцией, доля которой в минутном объеме дыхания составляет около 70 %.

Рис. 11. Обмен газов через стенки альвеолы

Газовый состав вдыхаемого (или атмосферного) воздуха (неизменный на уровне моря и в горах) содержит О₂ - 20,9 %, N₂ – 79 %, СО₂ - 0,003 %. Парциальное давление газов по мере подъема над уровнем моря уменьшается. Выдыхаемый воздух в покое содержит О₂ - 16 %, СО₂ - 4 %, альвеолярный воздух - О₂ - 15 %, СО₂ - 5 %.

Основной движущей силой перемещения газов в организме является диффузия, которая определяется разницей парциальных давлений (рис. 11).

По мере продвижения кислорода в организме его парциальное давление в атмосфере снижается с 159 до 105 мм рт. ст. - в альвеолярном газе, до 90 - в артериальной крови и до 30 - в тканях. В смешанной венозной крови оно составляет около 40 мм рт. ст. (рис. 12).

Для характеристики процесса обмена газов между воздухом альвеол и кровью капилляров оценивают диффузную способность легких - количество газа, перешедшего через альвеолярно-капиллярную мембрану легких в течение одной минуты при разнице парциального давления в 1 мм рт. ст.

Рис.12. Схематическое изображение движения

газов и их парциальных давлений

Рис.13. Кривая диссоциации оксигемоглобина в состоянии покоя при pH = 7,4, t = 37° C

Кислород транспортируется кровью в двух состояниях - в виде оксигемоглобина (18 объемных %) и в растворенном виде (0,3 %). Связь гемоглобина с кислородом непрочная и зависит от рН, температуры, напряжения, содержания углекислого газа.

Зависимость между степенью насыщения кислородом и его парциальным давлением в физиологических пределах характеризуется S-об­разной кривой (кривая диссоциации оксигемоглобина (рис.13). Ее особенностью является пологая верхняя часть, обеспечивающая при большом диапазоне изменений степени насыщения высокий уровень парциального давления кислорода.

Диоксид углерода (СО₂) транспортируется кровью в трех состояниях: в виде карбамингемоглобина, в соединении с бикарбонатами и в растворенном виде. Соединению углекислого газа с гемоглобином в тканях способствует его высокое парциальное давление и освобождение гемоглобина от кислорода.

Образование соединения СО₂ с бикарбонатами следующее: сначала СО₂ соединяется с водой, затем, благодаря ферменту карбоангидразы, вместе с солями натрия и калия, которых больше всего содержится в белковой части гемоглобина, образуется бикарбонат. Существуют также другие буфферные системы крови, связывающие и транспортирующие диоксид углерода.

Процесс дыхания обладает способностью к саморегуляции. Хеморецепторы аортальной и синокаротидной зоны информируют дыхательный центр о снижении парциального напряжения кислорода и накоплении СО₂ в крови. Возникающее возбуждение передается к мышцам, осуществляющим вдох. Информация от рецепторов растяжения грудной клетки поступает обратно, что активизирует процесс торможения вдоха, после чего происходит пассивный выдох.

Активность дыхательного центра находится под контролем коры больших полушарий, в результате чего осуществляется интеграция других нервных центров с дыханием - между ними устанавливаются условно-рефлекторные связи, например, согласование дыхания с ритмом движения.

При физической работе возрастает кислородный запрос организма и активизируются все звенья системы дыхания: возрастает легочная вентиляция и поступление кислорода в организм, улучшаются условия для его диффузии из альвеол в кровь и из СО₂ в обратном направлении. Повышается доставка кислорода к работающим мышцам с кровью, интенсифицируются окислительные процессы в мышцах (его утилизация с 30 % в состоянии покоя увеличивается при работе до 80 %).

Предельные возможности всех звеньев системы дыхания характеризует величина максимального потребления кислорода (МПК), которая определяется при физической работе, совершаемой, как правило, в лабораторных условиях с помощью специальных механических устройств (велоэргометр, тредмил и др.). При этом измеряется минутный объем дыхания и его газовый состав, учитывается дефицит кислорода в выдыхаемом газе.

Легочная вентиляция увеличивается при физической нагрузке, достигающей почти максимальной интенсивности, прямо пропорционально метаболическим потребностям организма. При более низкой интенсивности нагрузки это осуществляется за счет увеличения дыхательного объема. При увеличении интенсивности нагрузки частота дыхания тоже повышается. Максимальная величина легочной вентиляции зависит от размеров тела. У крупных людей она превышает 200 л.мин^-1, тогда как у людей с небольшими размерами тела она составляет около 100 л.мин^-1.

Основной механизм регуляции дыхания при мышечной деятельности следующий: в результате рассогласования между доставкой и кислородным запросом снижается напряжение кислорода в скелетных мышцах, венозной и артериальной крови, а напряжение СО₂ возрастает, затем рефлекторно активизируется деятельность всех звеньев системы дыхания.

Дата добавления: 2014-01-14