10584 (Система органов дыхания), страница 2

Ритмические движения грудной клетки способствуют; вентиляции воздуха в легких и поддерживают постоянство его состава. Притекающая к легким венозная кровь освобождается здесь от углекислого газа и насыщается кислородом. Все процессы, происходящие в легких, называются внешним дыханием.

Кровь обладает способностью не только растворять, но и химически связывать газы. Насыщаясь в легких кислородом, она транспортирует его к месту потребления — клеткам, а от клеток тела уносит углекислый газ. Таким образом, кровь, находясь в состоянии непрерывной циркуляции, осуществляет транспорт газов. В тканях происходит процесс газообмена между кровью и тканями. Кислород диффундирует из крови к клеткам, а углекислый в обратном направлении. Этот процесс газообмена между клетками и кровью капилляров большого круга называют внутренним, или тканевым, дыханием. Оно осуществляется при участии особых дыхательных ферментов, ускоряющих его. Если их нейтрализовать, например, цианистым калием, то тканевое дыхание прекращается, что ведет к гибели организма.

Дыхательный аппарат человека. К дыхательному аппарату человека относятся грудная клетка с мышцами, приводящими ее в движение, и легкие с воздухоносными путями. Главными дыхательными мышцами являются диафрагма и межреберные мышцы — внутренние и наружные.

Движения грудной клетки механически обеспечивают вентиляцию легких, т. е. наполнение их чистым атмосферным воздухом (вдох) и изгнание богатого углекислым газом альвеолярного воздуха из легких (выдох).

Отрицательное давление в грудной полости. Легкие в грудной полости растянуты и плотно прижаты к грудным стенкам. При рождении ребенка легкие находятся в спавшемся состоянии и по объему соответствуют грудной полости. Однако уже к концу 1-й недели грудная полость в росте обгоняет легкие, так как они растут медленнее. Легкие сообщаются с атмосферой и эластическая ткань легких по мере увеличения грудной полости под действием атмосферного давления растягивается. При этом висцеральный и париетальный листки плевры остаются плотно прижатыми друг к другу, а в легких развивается эластическая тяга, или стремление спасться. Эластическая тяга легких препятствует атмосферному давлению целиком передаваться в межплевральную щель. В результате в ней создается давление ниже атмосферного на 5—9 мм рт. ст., это Давление условно называют отрицательным давлением. Его легко измерить. Для этого в плевральную полость через межреберный промежуток вводят полую иглу, соединенную с водяным манометром (прибор для измерения Давления).

Пневмоторакс. При ранениях грудной стенки воздух входит в межплевральное пространство и легкие спадают При этом через воздухоносные пути выталкивается большая часть находящегося в легких воздуха. Объем спавшихся легких составляет всего ¹/₃ объема грудной полости. Нарушение герметичности плевральной полости называется пневмотораксом. Иногда односторонний пневмоторакс создают искусственно больному туберкулезом легких с целью выключить дыхательные движения пораженного легкого, что способствует его заживлению. При полном двустороннем пневмотораксе, когда выключаются дыхательные движения обоих легких, наступает смерть от удушья.

Механизм вдоха и выдоха

В дыхательном центре, расположенном в продолговатом мозге, ритмически возникает возбуждение и нервные импульсы от дыхательного центра проводятся к дыхательным центрам спинного мозга, а затем по диафрагмальным и межреберным нервам — к дыхательным мышцам и вызывают их сокращения.

При сокращении мышечных волокон диафрагмы она уплощается и опускается вниз, при этом грудная полость увеличивается в вертикальном направлении, т. е. сверху вниз. Сокращение наружных межреберных мышц поднимает ребра и отодвигает их в стороны, а грудину — вперед. Грудная клетка при этом расширяется в поперечном и переднезаднем направлениях. Таким образом, объем грудной полости при вдохе увеличивается в трех направлениях. При расширении грудной полости пассивно расширяются легкие за счет атмосферного давления, действующего через воздухоносные пути на внутреннюю поверхность легких. При расширении легких воздух в них распределяется в большем объеме и, следовательно, давление в полости легких становится ниже атмосферного (на 3—4 мм рт. ст.). Разность давления является причиной того, что атмосферный воздух начинает поступать в легкие — происходит вдох. Следовательно, активными в акте вдоха являются дыхательные мышцы, а легкие пассивно следуют за движениями грудной стенки.

Выдох осуществляется в результате расслабления дыхательных мышц. Когда прекращается их сокращение, приподнятая и выведенная из положения равновесия грудная клетка в силу своей тяжести опускается и возвращается в исходное положение. Расслабившаяся диафрагма под давлением брюшных внутренностей поднимается вверх и снова принимает форму купола. Растянутые легкие благодаря своей эластичности уменьшаются в объеме. Все вместе взятое приводит к повышению внутрилегочного давления. Начинается ток воздуха из легких наружу — происходит выдох. У человека в состоянии покоя цикл дыхания, состоящий из вдоха и выдоха, повторяется 16— 20 раз в минуту. Дыхательные движения грудной клетки обеспечивают вентиляцию альвеолярного воздуха и поддерживают постоянным его состав.

При глубоком усиленном дыхании сокращаются не только главные дыхательные мышцы, но и вспомогательные: мышцы брюшного пресса, груди и шеи. При сильном сокращении мышцы брюшного пресса давят на органы брюшной полости, при этом диафрагма поднимается вверх и опускаются ребра. Это ведет к мощному активному выдоху, как, например, при кашле, чиханье.

Объемы легочного воздуха

Человек в состоянии покоя вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха. Этот объем воздуха называется дыхательным объемом. Если после спокойного вдоха сделать усиленный дополнительный вдох, то в легкие может поступить еще 1500 мл воздуха. Этот объем называют резервным объемом вдоха. После спокойного выдоха можно при максимальном напряжении дыхательных мышц выдохнуть еще 1500 мл воздуха. Этот объем носит название резервного объема выдоха. В сумме дыхательный объем воздуха, резервный объем вдоха и резервный объем выдоха (500 + 1500 +1500) составляют жизненную емкость легких (ЖЕЛ).

Нормальная ЖЕЛ, т. е. максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после самого глубокого вдоха, составляет в среднем у женщин 2700 мл, а у мужчин 3500 мл. При физической тренировке ЖЕЛ увеличивается и может достигать 7500 мл. Даже после максимального выдоха в легких еще остается около 1200 мл воздуха, который носит название остаточного объема, его можно удалить только на трупе, и то не целиком. В легочной ткани всегда остается воздух. Поэтому опущенный в воду кусочек легкого не тонет. Резервный объем выдоха и остаточный объем составляют 2500 мл — функциональную остаточную емкость легких (альвеолярный воздух).

Объемы легочного воздуха и ЖЕЛ измеряют при помощи спирометра или спирографа.

Вентиляция легких

Вентиляцией легких называют объем воздуха, проходящий через легкие в 1 мин. Иначе его называют минутным объемом дыхания (МОД). В покое МОД равен 5—8 л/мин, при мышечной работе увеличивается и нередко достигает 80 и даже 120—150 л/мин.

Не весь объем вдыхаемого воздуха участвует в вентиляции альвеол. Часть его остается в воздухоносных путях, объем которых в среднем составляет около 140 мл. Таким образом, во время спокойного вдоха в альвеолы поступает не 500 мл, а только 360 мл воздуха. Воздухоносные пути называют «мертвым пространством», так как воздух, находящийся в них, не участвует в газообмене.

Человек вдыхает атмосферный воздух, в котором содержится 20,94% кислорода (О₂), 79,03% азота (N₂) и очень незначительное количество углекислого газа (СО₂) — 0,03%. Выдыхаемый воздух содержит меньше кислорода (16,3%) и много углекислого газа (4%). По составу выдыхаемый воздух значительно отличается от альвеолярного, т. е. находящегося в альвеолах (табл. 1.), так как к нему примешиваются 140 мл воздуха, остававшегося в воздухоносных путях и не принимавшего участия в газообмене.

Процентное содержание газов в воздухе определяют при помощи специального прибора — газоанализатора.

Таблица 1. Состав вдыхаемого альвеолярного и выдыхаемого воздуха (в процентах)

Дыхательный центр

Грудная клетка человека за 1 мин совершает 16—20 дыхательных движений. Ритмическая деятельность дыхательной мускулатуры обеспечивается центральной нервной системой. Исследования показали, что после укола иглой в определенную точку дна IV желудочка, находящегося в продолговатом мозге, дыхание прекращается. Эту часть продолговатого мозга называют дыхательным центром. В опытах было установлено, что после перерезки всех чувствительных путей, подходящих к продолговатому мозгу, его ритмическая деятельность не прекращается. Следовательно, дыхательный центр является не рефлекторным, а автоматическим.

Дыхательный центр является двусторонним. Каждая его половина состоит из центра вдоха и выдоха. Импульсы из дыхательного центра идут к двигательным нейронам диафрагмальных и межреберных мышц, расположенным в спинном мозге, а от них — к дыхательной мускулатуре и вызывают ее сокращения.

Регуляция деятельности дыхательного центра. Автоматическая деятельность дыхательного центра регулируется нервным и гуморальным путем, благодаря чему достигается соответствие легочной вентиляции потребностям организма в кислороде.

Большую роль в регуляции частоты и глубины дыхательных движений играют блуждающие нервы. В стволе блуждающего нерва проходят чувствительные волокна от интерорецепторов, находящихся в легких. Если перерезать блуждающие нервы, то дыхание нарушается: становится глубоким и редким, появляются длительные паузы.

На работу дыхательного центра оказывает влияние кора полушарий большого мозга. Человек произвольно регулирует дыхание при разговоре, пении, он может задержать или усилить дыхание. Роль коры в регуляции дыхания была доказана в лаборатории К. М. Быкова путем выработки условного дыхательного рефлекса. Дыхание газовой смесью, содержащей 6% СО₂, вызывает одышку. Если перед вдыханием газовой смеси включать метроном (условный раздражитель), то уже после нескольких сочетаний только звук метронома будет вызывать одышку. Как показали опыты, у спортсменов дыхание усиливается уже до начала упражнений, при команде «на старт».

Рефлекторные изменения дыхания возникают при раздражении любых рецепторов. Болевые раздражения усиливают и углубляют дыхание, холодовые вызывают временную остановку, что наблюдается, например, при погружении в холодную воду.

Особое значение в регуляции дыхания имеют рефлексы хеморецепторов, чувствительных к изменению напряжения в крови СО₂ и О₂. Они находятся в области дуги аорты, в месте разветвления (бифуркации) сонных артерий и в продолговатом мозге. С этих рецепторов возникают рефлексы, регулирующие дыхание при изменении газового состава крови. Повышение напряжения СО₂ в крови приводят к углублению дыхания, понижение напряжения О₂ — к учащению его. Вентиляция легких при этом увеличивается. Если путем усиленного дыхания произвести гипервентиляцию легких и таким образом снизить в крови напряжение СО₂ и несколько повысить напряжение О₂, то наступит временная остановка дыхания. Этим приемом пользуются ныряльщики. Перед погружением в воду они делают искусственную гипервентиляцию легких и после этого могут задержать дыхание и находиться под водой до 80 с.

Во время мышечной работы, когда усиливается обмен веществ и увеличивается образование СО₂, напряжение СО₂ в крови повышается и приводит вентиляцию легких в соответствие с возрастающей потребностью организма в кислороде. Напряжение СО₂ в крови является главным регулятором деятельности дыхательного центра.

Механизм первого вдоха. У родившегося ребенка после перевязки пуповины прекращается газообмен через пупочные сосуды, контактирующие в плаценте с кровью матери. В крови новорожденного происходит накопление СО₂, который возбуждает его дыхательный центр и вызывает первый вдох.