Анатомо-физиологические и возрастные особенности дыхательной системы человека.

Н.В.Мамылина

Анатомо-физиологические и возрастные особенности дыхательной системы человека.

Челябинск

 

 

В данном учебно-методическом пособии рассмотрены анатомические, физиологические и возрастные особенности дыхательной системы человека. Рассмотрены морфологическая характеристика органов дыхания, физиологические аспекты функционирования дыхательной системы человека, система внешнего дыхания у плода, новорожденного, подростков и факторы риска. Представлены особенности резервирования системы внешнего дыхания у людей зрелого возраста и факторы риска, а также система внешнего дыхания в пожилом и старческом возрастах.

В данном учебно-методическом пособии акцентируется внимание на возрастные особенности дыхательной системы у новорожденных, грудных детей, подростков, в том числе на изменения механизмов регуляции деятельности органов дыхания с возрастом.

Данное учебно-методическое пособие подготовлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом Высшего образования и предназначено для студентов факультета физической культуры и БЖ, а также РИПОДО.

Рецензент:

доктор биологических наук, профессор ЮУрГУ

Исаев А.П.

Введение

Анатомия и физиология- это важнейшие науки о строении и функциях человеческого организма. Знать «устройство», отличительные особенности органов, систем, тканей, клеток организма человека должен каждый педагог по физической культуре, безопасности жизнедеятельности, дошкольной педагогике, логопедии и др.

Человек как представитель животного мира, подчиняется биологическим закономерностям, присущим всем живым существам. Но отличительной особенностью человека является высшая нервная деятельность, высокоразвитый интеллект, наличие членораздельной речи, социальные условия жизни и многое другое.

Знание особенностей строения и функций человеческого организма полезно любому человеку, так как может возникнуть потребность оказать первую медицинскую помощь (остановить кровотечение, сделать искусственное дыхание и т.п.). Знание анатомии и физиологии с возрастными особенностями организма даёт возможность разрабатывать гигиенические нормы, необходимые в быту в целях сохранения здоровья человека.

В данном учебно-методическом пособии уделяется внимание возрастным особенностям систем организма человека. Это даст возможность понять механизмы происходящих в организме в различные возрастные периоды процессов, изучить взаимосвязь человека с внешней средой, аномалий, пороков развития.

Данное пособие является третьим из серии пособий по возрастным и анатомо-физиологическим особенностям органов и систем организма человека. Пособие содержит новые научные знания и факты, выявляющие основные закономерности развития организма человека. Совершенствование методов исследования, широкое использование электронного микроскопа, научные достижения в области молекулярной биологии, биофизики, биохимии, генетики позволили обобщить имеющиеся в пособии научные факты.

 

 

Возрастные границы легких

Границы легких с возрастом изменяются. Верхушка лег­кого новорожденного находится на уровне I ребра. В даль­нейшем она выступает над I ребром и к 20-25 годам рас­полагается выше I ребра (на 2 см выше ключицы). Ниж­няя граница правого и левого легких у новорожденного

на одно ребро выше, чем у взрослого. По мере увеличения возраста ребенка эта граница постепенно опускается. В пожилом возрасте (после 60 лет) нижние границы легких располагаются на 1-2 см ниже, чем у людей в возрасте 30-40 лет.

Средостением называют комплекс органов, расположенных в грудной полости между правым и левым легкими. Спереди средостение ограничено задней поверхностью грудины, сзади - грудным отделом позвоночника, снизу- диафрагмой. Вверху средостение через верхнюю апертуру грудной полости сообщается с областью шеи. В средостении располагаются сердце и перикард, аорта, верхняя полая вена, тимус, трахея и главные бронхи, пищевод, грудной лимфатический проток и средостенные лимфатические узлы, блуждающие и диафрагмальные, а также другие артерии, вены, нервы.

Рассмотрим физиологические аспекты функционирования дыхательной системы человека.

2. Физиологические аспекты функционирования дыхательной системы человека.

Дыхание - это процесс газообмена между организмом и внешней средой. Из внешней среды в организм поступает кислород, а во внешнюю среду выделяется углекислый газ. Кислород необходим клеткам, тканям, органам для процессов окисления, в результате которого выс­вобождается энергия. Углекислый газ и вода являются конечными продуктами обмена веществ, процессов окисления. Остановка дыхания ведет к немедленному пре­кращению обмена веществ.

Дыхание протекает в несколько стадий: 1) внешнее дыхание- обмен кислородом и углекислым газом между внешней средой и кровью легочных капилляров. В свою очередь внешнее дыхание можно разделить на два процесса: а) газообмен между внешней средой и альвеолами легких, что обозначается как «легочная вентиляция»;б) газообмен между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров; 2) транспорт кислорода и углекислого газа кровью; 3) обмен кислородом и углекислым газом между кровью и клетками организма; 4) тканевое дыхание.

Транспорт кислорода и углекислого газа в организме человека и животных на значительные расстояния, например, в пределах воздухоносных путей, легких и в системе кровообращения, осуществляется конвекционно.

Перенос кислорода и углекислого газа на незначительные расстояния, например, между альвеолярным воздухом и кровью, а также между кровью и клетками тканей организма осуществляется путем диффузии.

Внешнее дыхание выполняет дыхательная система, в том числе легкие, в которых кислород (О₂) через стенки легоч­ных альвеол и кровеносных капилляров поступает в кровь, а углекислый газ (СО₂) из крови выводится в альвеолы и далее по дыхательным путям из организма. Вдыхаемый и выдыхаемый воздух, естественно, отличаются по своему составу (табл.5).

Таблица 5

Содержание газов (О₂ и СО₂) во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе

Воздух	Содержание газов в воздухе (в %)
кислород	углекислый газ	Азот
Вдыхаемый	20,94	0,03	79,03
Выдыхаемый	16,30	4,00	79,70
альвеолярный	14,20	5,20	80,60

 

Транспорт газов (кислорода, углекислого газа) совер­шается кровью по кровеносным сосудам. К легким по ле­гочным артериям от сердца притекает кровь, богатая угле­кислым газом. В легких кровь отдает углекислый газ и насы­щается кислородом. Содержащая кислород кровь из легких по легочным венам поступает к сердцу. От сердца по аорте, а затем по артериям кровь транспортируется к органам, где снабжает кислородом (и питательными веществами) их клетки, ткани. В обратном направлении - от клеток, тканей кровь по венам выносит углекислый газ к сердцу, а из сердца эта кровь, богатая углекислым газом, направ­ляется к легким.

Внутреннее дыхание представляет собой газообмен между кровью и тканями. Кислород из крови через стенки крове­носных капилляров поступает к клеткам и другим ткане­вым структурам, где включается в обмен веществ. Из кле­ток, тканей в кровь также через стенки капилляров выво­дится углекислый газ.

Таким образом, постоянно циркулирующая между легкими и тканями кровь обеспечивает непрерывный процесс снабжения клеток, тканей кислородом и выведение углекислого газа. В тканях кислород крови проникает в клетки и другие тканевые элементы, а в обратном направлении

переносится углекислый газ. Этот процесс внутреннего (тканевого) дыхания происходит при участии особых дыхательных ферментов.

Механизм вдоха и выдоха

Благодаря ритмичному сокращению диафрагмы (16-18 раз в минуту) и других дыхательных мышц объем грудной клетки то увеличивается (при вдохе), то умень­шается (при выдохе). При расширении грудной клетки легкие пассивно растягиваются, расширяются. При этом давление в легких понижается и становится ниже атмосферного (на 3-4 мм рт. ст.). Поэтому воздух через дыхательные пути извне устремляется в легкие. Так происходит вдох. При глубоком вдохе, форсированном дыхании сокращаются не только дыхательные мышцы, но и вспомогательные. Выдох осуществляется при расслаблении мышц вдоха и сокращении мышц выдоха, которые рассмотрены выше. Приподнятая и расширенная при вдохе грудная клетка в силу своей тяжести и при действии ряда мышц опускается. Растянутые легкие благодаря своей эластичности уменьшаются в объеме. При этом давление в легких резко возрастает и воздух покидает легкие. Так происходит выдох. При кашле, чихании, в быстром выдохе участвуют мышцы живота, брюшного пресса, ребра (грудная клетка) опускаются, диафрагма резко поднимается.

Рассмотрим легочные объемы и емкости. В процессе легочной вентиляции непрерывно обновляется газовый состав альвеолярного воздуха. Величина легочной вентиляции оп­ределяется глубиной дыхания, или дыхательным объемом, и частотой дыхательных движений. Во время дыхательных движений легкие человека заполняются вдыхаемым воздухом, объем которого явля­ется частью общего объема легких. Для количественного описания легочной вентиляции общую емкость легких разделили на несколько компонентов или объемов. При этом легочной емкостью называется сумма двух и более объёмов.

Легочные объемы подразделяют на статические и динамические. Статические легочные объемы измеряют при завершенных дыха­тельных движениях без лимитирования их скорости. Динамические легочные объемы измеряют при проведении дыхательных движений с ограничением времени на их выполнение.

Объем воздуха в легких и дыхательных путях зависит от следующих показателей: 1) антропометрических инди­видуальных характеристик человека и дыхательной системы; 2) свойств легочной ткани; 3) поверхностного натяжения альвеол; 4) силы, развиваемой дыхательными мышцами.

Измеряют статические и динамические легочные объемы.

 

Рис.10. Легочные объемы и емкости.

 

Схематическое изображение статических легочных объемов и емкостей представлено на рис. 10.

Дыхательный объем (ДО) - объем воздуха, который вды­хает и выдыхает человек во время спокойного дыхания. У взрослого человека ДО составляет примерно 500 мл. Величина ДО зависит от условий измерения (покой, нагрузка, положение тела). ДО рас­считывают как среднюю величину после измерения примерно шести спокойных дыхательных движений.

Резервный объем вдоха (РО_вд) - максимальный объем воздуха, который способен вдохнуть испытуемый после спокойного вдоха. Величина РО_вд составляет 1,5-1,8 л.

Резервный объем выдоха (РО_выд)-максимальный объем воздуха, который человек дополнительно может выдохнуть с уровня спокойного выдоха. Величина РО_выд ниже в горизонтальном поло­жении, чем в вертикальном, уменьшается при ожирении. Она равна в среднем 1,0-1,4 л.

Остаточный объем (ОО) - объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха. Величина остаточного объема равна 1,0-1,5 л.

После того как человек выдохнет 500 мл воздуха (ды­хательный объем), а затем еще сделает глубокий выдох (1500 мл), в его легких все еще остается примерно 1200 мл остаточного объема воздуха, удалить который из лег­ких практически невозможно. Дышавшее легкое всегда содержит воздух, поэтому легочная ткань в воде не тонет.

Рассмотрим легочные емкости. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) включает в себя дыхательный объем, резервный объем вдоха, ре­зервный объем выдоха. У мужчин среднего возраста ЖЕЛ варьирует в пределах 3,5-5,0 л и более. Для женщин типичны более низкие величины (3,0-4,0 л). У тренированных, физически развитых людей жизненная емкость легких может достигать 7000-7500 мл.

В зависимости от методики измерения ЖЕЛ различают ЖЕЛ вдоха, когда после полного выдоха производится максимально глубокий вдох и ЖЕЛ выдоха, когда после полного вдоха производится максимальный выдох.

Емкость вдоха (Е_вд) равна сумме дыхательного объема и резервного объема вдоха. У человека Е_вд составляет в среднем 2,0-2,3 л.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) -объ­ем воздуха в легких после спокойного выдоха. ФОЕ является суммой резервного объема выдоха и остаточного объема. ФОЕ измеряется методами газовой дилюции, или разведения газов, и плетизмографически. На величину ФОЕ существенно влияет уровень физической активности человека и положение тела: ФОЕ меньше в горизон­тальном положении тела, чем в положении сидя или стоя. ФОЕ уменьшается при ожирении вследствие уменьшения общей растя­жимости грудной клетки.

Общая емкость легких (ОЕЛ) - объем воздуха в легких по окончании полного вдоха. ОЕЛ рассчитывают двумя способами: ОЕЛ = ОО + ЖЕЛ или ОЕЛ = ФОЕ + Е_вд. ОЕЛ может быть измерена с помощью плетизмографии или методом газовой дилюции.

Измерение легочных объемов и емкостей имеет клиническое значение при исследовании функции легких у здоровых лиц и при диагностике заболевания легких человека.

В течение 1 минуты человек вдыхает и выдыхает 5-8 л воздуха. Это минутный объем дыхания, который при интен­сивной физической нагрузке может достигать 80-120 л в минуту.

Из 500 мл вдыхаемого воздуха (дыхательный объем) только 360 мл проходит в альвеолы и отдает кислород в кровь. Остальные 140 мл остаются в воздухоносных путях и в газообмене не участвуют. Поэтому воздухо-носные пути называют «мертвым» пространством.

Анато­мическим «мёртвым» пространством называют кондуктивную, или воздухопроводящую, зону легкого, которая не участвует в га­зообмене (верхние дыхательные пути, трахея, бронхи и терминаль­ные бронхиолы). Анатомическое «мёртвое» пространство выполняет ряд важных функций: нагревает вдыхаемый атмосферный воздух, задерживает примерно 30% выдыхаемых тепла и воды. Последнее предупреждает высушивание альвеолярно-капиллярной мембраны легких. Как указано выше, воздухоносные пути каждого легкого человека имеют 23 генерации, или деления, бронхиального дерева по типу дихотомии от трахеи до альвеол. После прохождения через бронхи 8-12 порядка температура вдыхаемого воздуха достигает 37°С, а влажность - 100%. Анатомическое «мёртвое» пространство практи­чески соответствует кондуктивной зоне легких, объем которой варь­ирует от 100 до 200 мл, а в среднем составляет 2 мл на 1 кг массы тела, т. е. 150 мл при массе тела 75 кг.

В процессе внешнего дыхания ряд факторов может изменять объем анатомического «мёртвого» пространства. Например, увеличение дыхательного объема сопровождается растяжением дыхательных путей. На объем анатомического «мёртвого» пространства влияют частота дыхания, которая изменяет время, необходимое для диффузии газов, а также ритмические сокращения сердца и пульсация крупных сосудов. Наконец, анатомическое «мёртвое» пространство варьирует при изменении тонуса гладких мышц бронхов (например, ацетилхолин повышает, а атропин напротив, понижает тонус гладких мышц дыхательных путей).

В анатомическом «мёртвом» пространстве воздушный поток имеет наибольшую линейную скорость. По направлению к альвеолярным ходам и альвеолярным мешочкам линейная скорость движения воздуха уменьшается до величин весьма незначительных для конвентивного воздухопроведения. Это объясняется тем, что вследствие многократных ветвлений бронхиального дерева общее поперечное сечение воздухоносных путей настолько возрастает, что поступательное перемещение газов становится незначительным.

Существует точка зрения, что в пределах переходной зоны легких (от кондуктивной к респираторной), а также респираторной или альвеолярной зоны легкого кислород и углекислый газ переносятся к альвеолярной мембране в основном с помощью диффузии. Это способствует быстрому выравниванию концентрации дыхательных газов на огромной диффузионной поверхности легких.

В здоровом легком некоторое количество апикальных альвеол вентилируется нормально, но частично или полностью не перфузируется кровью. Подобное физиологическое состояние обозначают как «альвеолярное мёртвое пространство». В физиологических условиях оно может появляться в случае снижения минутного объема крови, уменьшения давления в артериальных сосудах легких, а в патологических состояниях – при анемии, легочной эмболии или эмфиземе. В подобных зонах легких не происходит газообмена.

Сумма объемов анатомического и альвеолярного «мёртвых» пространств называется физиологическим, или функциональным, «мёртвым» пространством.

Анатомическое «мёртвое» пространство снижает эффективность альвеолярной вентиляции. Во время спокойного вдоха объемом 500 мл в альвеолы поступает только 350 мл вдыхаемого, или атмосферного, воздуха. Остальные 150 мл вдыхаемого воздуха представляют собой альвеолярный воздух, который после газообмена задерживается в анатомическом «мёртвом» пространстве в конце каждого выдоха. Анатомическое «мёртвое» пространство, составляющее в среднем 1/3 дыхательного объема, снижает на эту величину эффективность альвеолярной вентиляции при спокойном дыхании.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте характеристику анатомического строение органов дыхания:

носовой полости, гортани, трахеи, бронхов, лёгких.

2. Опишите биомеханику дыхательных движений.

3. Охарактеризуйте механизм вдоха и выдоха.

4. Опишите механизмы газообмена и транспорта газов, а также

взаимоотношения давления в дыхательной системе человека.

5. Дайте характеристику системе внешнего дыхания у плода и

факторам риска.

6. Опишите систему внешнего дыхания у новорожденного и факторы

риска.

7. Опишите систему внешнего дыхания у подростков и факторы

риска.

8. Каковы особенности резервирования системы внешнего дыхания у

людей зрелого возраста и факторы риска.

9. Каковы особенности системы внешнего дыхания в пожилом и

старческом возрастах, а также факторы риска?

10. Опишите механизмы регуляции дыхания и основные дыхательные

рефлексы.

 

 

Литература

1. Анатомия человека (в двух томах) /под ред. М.Р. Сапина. М.: «Медицина», 1993.

2. И.В. Егоров Клиническая анатомия человека.- Ростов-на-Дону: «Феникс», 1997.- 544 с.

3. Е.П.Сушко Пропедевтика детских болезней. Минск: Высшая школа, 1996.- 448 с.

4. Н.И. Обреимова, А.С. Петрухин Основы анатомии, физиологии и гигиены детей и подростков. М.: Издательский центр «Академия», 2000.- 376 с.

5. М.Р. Сапин, В.И.Сивоглазов Анатомия и физиология человека (с возрастными особенностями детского организма). М.: Издательский центр «Академия», 1999.- 448 с.

6. И.Н.Усов Здоровый ребёнок. Минск «Беларусь», 1994.- 445 с.

7. Физиология сердца /Под ред. Б.И.Ткаченко.- Спб: «Специальная литература», 1998.- 128 с.

 

Оглавление

1.Анатомическое строение органов дыхания………………………

2.Физиологические аспекты функционирования дыхательной

системы человека………………………………………………….

3. Система внешнего дыхания у плода и факторы риска…………

4. Система внешнего дыхания у новорожденного и факторы

риска………………………………………………………………

5. Система внешнего дыхания у подростков и факторы риска….

6. Особенности резервирования системы внешнего дыхания у людей

зрелого возраста и факторы риска……………………………….

7. Система внешнего дыхания в пожилом и старческом возрастах

и факторы риска…………………………………………………..

 

 

Н.В.Мамылина

Анатомо-физиологические и возрастные особенности дыхательной системы человека.

Челябинск

 

 

В данном учебно-методическом пособии рассмотрены анатомические, физиологические и возрастные особенности дыхательной системы человека. Рассмотрены морфологическая характеристика органов дыхания, физиологические аспекты функционирования дыхательной системы человека, система внешнего дыхания у плода, новорожденного, подростков и факторы риска. Представлены особенности резервирования системы внешнего дыхания у людей зрелого возраста и факторы риска, а также система внешнего дыхания в пожилом и старческом возрастах.

В данном учебно-методическом пособии акцентируется внимание на возрастные особенности дыхательной системы у новорожденных, грудных детей, подростков, в том числе на изменения механизмов регуляции деятельности органов дыхания с возрастом.

Данное учебно-методическое пособие подготовлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом Высшего образования и предназначено для студентов факультета физической культуры и БЖ, а также РИПОДО.

Рецензент:

доктор биологических наук, профессор ЮУрГУ

Исаев А.П.

Введение

Анатомия и физиология- это важнейшие науки о строении и функциях человеческого организма. Знать «устройство», отличительные особенности органов, систем, тканей, клеток организма человека должен каждый педагог по физической культуре, безопасности жизнедеятельности, дошкольной педагогике, логопедии и др.

Человек как представитель животного мира, подчиняется биологическим закономерностям, присущим всем живым существам. Но отличительной особенностью человека является высшая нервная деятельность, высокоразвитый интеллект, наличие членораздельной речи, социальные условия жизни и многое другое.

Знание особенностей строения и функций человеческого организма полезно любому человеку, так как может возникнуть потребность оказать первую медицинскую помощь (остановить кровотечение, сделать искусственное дыхание и т.п.). Знание анатомии и физиологии с возрастными особенностями организма даёт возможность разрабатывать гигиенические нормы, необходимые в быту в целях сохранения здоровья человека.

В данном учебно-методическом пособии уделяется внимание возрастным особенностям систем организма человека. Это даст возможность понять механизмы происходящих в организме в различные возрастные периоды процессов, изучить взаимосвязь человека с внешней средой, аномалий, пороков развития.

Данное пособие является третьим из серии пособий по возрастным и анатомо-физиологическим особенностям органов и систем организма человека. Пособие содержит новые научные знания и факты, выявляющие основные закономерности развития организма человека. Совершенствование методов исследования, широкое использование электронного микроскопа, научные достижения в области молекулярной биологии, биофизики, биохимии, генетики позволили обобщить имеющиеся в пособии научные факты.