4.7. Дыхание

4.7.1. Анатомия и физиология дыхания

Дыханием называется процесс газообмена и энергообмена между живым организмом и окружающей средой. При этом из внешней среды организм по­требляет кислород и свободные электроны, а выделяет наружу углекислый газ и воду. Кислород необходим живому организму для непрерывно идущего в нем процесса окисления, освобождающего энергию. Прекращение дыхания даже на непродолжительное время приводит к смерти, так как влечет за собой пре­кращение обмена веществ. Следовательно, дыхание является одним из основных жизненных процессов.

Различают три стадии дыхания:

1. внешнее (легочное) дыхание — обмен газов в легких между организмом и внешней средой;

2. транспорт газов, перенос кровью кислорода от легких к тканям и угле­кислого газа от тканей к легким;

3) внутреннее (тканевое) дыхание, на уровне клеток организма.

Современная физиология дыхания такого деления практически не придер­живается. Все звенья газотранспортной системы организма, включая регуляцию дыхательных процессов, призваны обеспечивать единую функцию организма. Однако для простоты изложения мы будем использовать данную классификацию.

Процесс внешнего дыхания осуществляется через дыхательную систему, включающую в себя нос, носоглотку, трахею, бронхиальное дерево и легкие. На I — 2% газообмен осуществляется через кожу и пищеварительный тракт.

При вдохе воздух попадает через ноздри в носовую полость, которая перего­родкой делится на две половины. Со стенки каждой носовой полости свисают три носовые раковины, которые образуют отдельные носовые ходы: нижний, средний и верхний.

В слизистой оболочке верхнего носового хода располагаются обонятельные рецепторы. Все три носовых хода играют роль воздухоносных путей. Воздушная струя, поднимаясь кверху через носовые отверстия, проходит основной массой по среднему носовому ходу, после чего дугообразно опускается вниз и направля­ется в носоглотку. Этим достигается продолжительное соприкосновение воздуха со слизистой носовой полости. Проходя через носовую полость, воздух согрева­ется, очищается и увлажняется благодаря носовой слизи. Кроме того, потоком воздуха осуществляется стимуляция особых экстерорецептивных зон носовой полости, связанных с деятельностью многих внутренних органов и оказывающих активирующее влияние на отдельные участки коры головного мозга. Свободное носовое дыхание является непременным условием поддержания здоровья. Дли­тельное его нарушение в результате респираторных заболеваний, искривлений носовой перегородки может привести к серьезным отклонениям в организме.

Через носоглотку и гортань воздух попадает в трахею (дыхательное горло), которая имеет вид цилиндрической трубки длиной II — 13 см и диаметром 1,5 — 2,5 см. Трахея состоит из хрящевых полуколец, соединенных волокнис­той соединительной тканью.

Трахея разветвляется на два бронха, а те, в свою очередь, на бронхиолы — более мелкие воздухоносные пути. В отличие от трахеи, бронхи имеют в соста­ве стенки мышечные волокна. Сокращение этих мышц вызывает сужение брон­хов, благодаря чему они участвуют в выдохе.

Стенки бронхов, трахеи и носоглотки покрыты мерцательным эпителием., движением ворсинок которого наружу выводятся слизь и мокрота при патоло­гических процессах, а также частицы пыли и микробы, попавшие в дыхатель­ные пути с воздухом.

Легкие лежат в грудной полости по сторонам от сердца и крупных сосудов. Они покрыты серозной оболочкой — плеврой, которая образует вокруг них два замкнутых плевральных мешка. По форме легкие напоминают неправильный конус с основанием, обращенным к диафрагме, и верхушкой, выступающей над ключицей на 2 — 3 см. Каждое легкое посредством борозд делится на доли: пра­вое — на три, левое — на две. Со стороны сердца в каждое легкое входят бронх, легочная артерия, нервы и выходят легочные вены и лимфатические сосуды.

Структурной единицей легкого является легочный ацинус. Он представляет собой мельчайшую респираторную бронхиолу, стенки которой выпячиваются в альвеолярные ходы и далее — в легочные пузырьки — альвеолы. Таким образом, легочный ацинус по своему внешнему виду напоминает виноградную гроздь.

К эпителию каждой альвеолы, выстилающему внутреннюю поверхность, прилежит густая сеть кровеносных капилляров. Газообмен между внешним воз­духом и кровью в легких происходит в основном в альвеолах, которых насчиты­вается более 700 миллионов. Общая поверхность, через которую происходит газообмен, в среднем составляет около 100 м².

Акт вдоха и выдоха осуществляется благодаря деятельности основных ды­хательных мышц — диафрагмы и межреберных мышц. Диафрагма представ­ляет собой сухожильно-мышечную перегородку, разделяющую грудную и брюш­ную полости. В расслабленном состоянии диафрагма куполообразно выгнута в грудную полость.

В дыхательном центре — в продолговатом мозге — ритмически возникает возбуждение, и нервные импульсы через дыхательные центры спинного мозга передаются к дыхательным мышцам, вызывая их сокращение.

При вдохе диафрагма уплощается и опускается вниз, межреберные мыш­цы, сокращаясь, раздвигают ребра, а грудину — вперед. Грудная клетка при этом расширяется, давление в полости легких становится ниже атмосферного, и в легкие поступает воздух.

Выдох осуществляется в результате расслабления дыхательных мышц. При этом грудная клетка в силу своей тяжести сужается и возвращается в исходное положение, диафрагма под давлением брюшных органов куполообразно под­нимается. Это приводит к повышению внутрилегочного давления: происходит выдох, легкие уменьшаются в объеме. При глубоком, усиленном дыхании со­кращаются еще и вспомогательные мышцы брюшного пресса, груди и шеи.

У человека частота дыхания (в состоянии покоя) в среднем составляет 16 — 20 раз в минуту.

Сразу после вдоха парциальное давление кислорода в легочных альвеолах больше, чем в венозной крови, и кислород диффундирует в капилляры. И на­оборот — напряжение углекислого газа в венозной крови выше, чем в альвео­лярном воздухе, поэтому углекислый газ диффундирует в альвеолы и уносится с выдыхаемым воздухом.

В крови кислород соединяется с гемоглобином (Нв), который содержится в эритроцитах. Одна молекула гемоглобина присоединяет четыре молекулы кис­лорода, при этом гемоглобин превращается в оксигемоглобин <НвО₂), а кровь из вишневой (венозной) превращается в ярко-алую (артериальную):

H_B + O₂ = H_BO₂

гемоглобин оксигемоглобин

В тканях оксигемоглобин отдает кислород, переходя в гемоглобин, и в со­ставе венозной крови опять возвращается в легкие, предварительно соединив­шись с углекислым газом с образованием карбогемоглобина (НвСО₃). Таким образом, эритроцитами переносится до 10% СО₂, а остальная часть, образуя уголь­ную кислоту, соединяется с водой плазмы крови, с дальнейшим переходом в гидро­карбонаты (NaHCO₃, и КНСО₃):

CO₂ + H₂O = H₂CO₃

Из крови в ткани кислород диффундирует также вследствие разности парци­ального давления, обеспечивая при этом тканевое дыхание.

Гемоглобин способен соединяться не только с О₂ и СО₂. Особо прочное со­единение гемоглобин образует с угарным газом (СО) — карбоксигемоглобин (НвСО). При длительном нахождении в атмосфере, насыщенной угарным га­зом (образующемся при неполном сгорании угля и жидкого топлива) или та­бачным дымом, происходит связывание гемоглобина, нормальный транспорт О₂ к клеткам прекращается, что ведет к нарушению жизнедеятельности.

В зависимости от того, какие мышцы преимущественно участвуют в дыха­нии, различают грудной, диафрагмальный (брюшной), смешанный (гармонич­но-полный) и йоговский типы дыхания. Грудной тип дыхания считается женс­ким, брюшной — мужским. Однако грудной и брюшной типы в чистом виде встре­чаются крайне редко, если в профессиональных целях на их формирование не было оказано специального воздействия. Наиболее распространенным явля­ется смешанный тип дыхания, но довольно часто встречается и йоговский. Под этим названием имеется в виду не дыхание йогов, а определенная последова­тельность дыхательных движений. Тип дыхания не является постоянным, мо­жет меняться в зависимости от целенаправленной деятельности человека по его изменению или от условий работы и физических нагрузок.

Дыхательный цикл человека представлен тремя фазами:

• фаза вдоха;

• фаза выдоха;

• пауза.

Частота дыхательного цикла составляет 16-20 раз в минуту, а у физически тренированных людей — до 7-10. Количество дыханий непосредственно связа­но с возрастом человека и степенью его физического развития. На частоту ды­хания влияют также умственные, психологические и физические нагрузки, тем­пература окружающей среды.

Глубина дыхания (дыхательный объем) — количество воздуха, вдыхаемого за каждый дыхательный цикл. Оно составляет небольшую часть жизненной ем­кости легких (ЖЕЛ) — 500 мл.

Жизненная емкость легких — количество воздуха, которое может выдох­нуть человек после глубокого вдоха. ЖЕЛ состоит из дыхательного, дополни­тельного и резервного объема и составляет примерно 3500 мл.

Дополнительный объем (1500 мл) — количество воздуха при усиленном вы­дохе после спокойного вдоха.

Резервный объем (1500 мл) - количество воздуха при усиленном выдохе пос­ле спокойного выдоха.

В ЖЕЛ не входит так называемый остаточный объем (1000 - 1500 мл) постоянно присутствующий в легких объем воздуха, препятствующий их склеи­ванию.

Насколько нормально функционирует дыхательная система конкретного человека, можно установить, проведя некоторые антропометрические измерения: 'установить тип дыхания, определить частоту и глубину дыхания, взять пробы с задержкой дыхания, а также тщательно проанализировать результаты медицин­ского контроля.

В последние десятилетия наблюдается резкое увеличение заболеваний органов дыхательной системы. Особое опасение вызывает рост дыхательной па­тологии у детей, подростков и молодежи.

Необходимо помнить, что дыхательная система, помимо функций газо- и энергообмена, играет значительную роль в регуляции температуры тела, в работе выделительной системы. Она оказывает влияние па морфологический и I биохимический состав крови и лимфы, участвует в процессе свертывания крови, обмене белков, жиров и углеводов.