Тема 4. Анатомія, вікова фізіологія і гігієна дихальної системи

Лекція 9

ЗАГАЛЬНА БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ ДИХАЛЬНОЇ СИСТЕМИ

 

План

1. Біологічне значення дихання.

2. Будова органів дихання.

3. Дихальні рухи.

4. Легеневі об‘єми.Життєва ємність легенів.

 

Основні поняття: дихання, газообмін, органи дихання, дихальний цикл, дихальні рухи, легеневі об‘єми, життєва ємність легенів.

 

Значення дихання

Дихання — це сукупність процесів, у результаті яких відбувається використання організмом кисню і виділення вуглекислого газу. Дихання включає такі процеси: а) обмін повітря між зовнішнім середовищем і альвеолами легень (легенева вентиляція); б) обмін газів між альвеолярним повітрям і кров’ю (дифузія газів у легенях); в) транспорт газів кров’ю; г) газообмін між кров’ю, тканинами і клітинами; д) використання кисню клітинами і виділення ними вуглекислого газу (тканинне або клітинне дихання).

Крім газообміну, дихання є важливим фактором теплорегуляції. Легені виконують функцію виділення, оскільки через них виводиться вуглекислий газ, аміак і деякі леткі сполуки.

Під час відхаркування разом із слизом видаляються продукти обміну: сечовина, сечова кислота, солі мінеральних речовин, частинки пилу і мікроорганізми.

Майже всі складні перетворення речовин в організмі відбуваються з обов’язковою участю кисню. Без кисню неможливий обмін речовин, і для збереження життя необхідне постійне надходження кисню.

Дихання, як і кровообіг, надзвичайно важливе для забезпечення гомеостазу організму. Порушення дихання призводить не тільки до зміни газового складу внутрішнього середовища організму, а й до глибоких змін у всіх реакціях обміну, в усіх процесах життєдіяльності.

 

Будова органів дихання

До органів дихання входять повітропровідні шляхи (носова порожнина, носоглотка, гортань, трахея, бронхи) та легені.

Дихальна система починається носовою порожниною, яка ділиться хрящовою перегородкою на дві половинки, кожна з яких ще поділяється носовими раковинами на нижній, середній і верхній носові ходи. У перші дні життя у дітей дихання через ніс утруднене. Носові ходи у дітей вужчі, ніж у дорослих, і формуються до 14 – 15 років.

Стінки порожнини носа вкриті слизовою оболонкою з миготливим епітелієм, війки якого затримують і виводять слиз і мікроорганізми, які осідають на слиз оболонки. Слизова, оболонка має густу сітку кровоносних судин і капілярів. Кров, що тече по цих судинах, зігріває або охолоджує повітря, яке вдихає людина. Слизова оболонка носової порожнини містить рецептори, які сприймають запахи і обумовлюють нюх.

Порожнина носа сполучається з порожнинами, які знаходяться в кістках черепа: гайморовою, лобною, клиновидними пазухами. Повітря, яке надходить у легені через носову порожнину, очищається, зігрівається і знешкоджується. Це не відбувається при диханні через ротову порожнину. Носова порожнина ззаду через отвори — хоани сполучається з носоглоткою. У слизові носової порожнини є лейкоцити, які виходять на поверхню слизової оболонки з кровоносних судин. Завдяки фагоцитарній здатності, лейкоцити знищують мікроорганізми, що потрапляють у носову порожнину з вдихуваним повітрям. Згубно діє на мікроорганізми наявна в складі слизу речовина — лізоцим.

Дихальні шляхи у дітей значно вужчі, ніж у дорослих. Це сприяє легшому проникненню інфекції в організм дитини. Під час запальних процесів у носі слизова оболонка набухає, внаслідок чого утворюється або ж і зовсім стає неможливим дихання через ніс, тому діти змушені дихати через рот. А це сприяє охолодженню дихальних шляхів аж до легень і проникненню у них мікроорганізмів та частинок пилу.

Носоглотка — верхня частина глотки. Глотка — м’язова трубка, в яку відкривається порожнина носа, рота і гортані. У носоглотку відкриваються слухові трубки, які сполучають порожнину глотки з порожниною середнього вуха.

Носоглотка у дітей широка і коротка, слухова труба знаходиться низько. Захворювання верхніх дихальних шляхів нерідко ускладнюється запаленням середнього вуха, бо інфекція легко проникає в середнє вухо.

У 4 – 10 річних дітей утворюється так звані аденоїдні розрощення, тобто розрощення лімфатичної тканини у ділянці глотки, а також у носі. Крім того, аденоїдні розрощення можуть негативно впливати на загальний стан здоров’я і на працездатність дітей.

Із носоглотки повітря попадає в ротоглотку, а потім у гортань.

Рис. 50. Гортань, трахея та бронхи: 1 - щитоподібний хрящ; 2 - перснеподібний хрящ; 3 - хрящі трахеї; 4 - стравохід; 5 - роздвоєння трахеї; 6 - головний лівий бронх; 7 - ліва легенева артерія; 8 - часткові бронхи; 9 - грудна частина аорти; 10 - права легенева артерія; 11 - головний правий бронх.

Гортань — розташована у передній частині шиї і зовні її частину видно як підвищення, яке називається кадиком (рис.50). Скелет гортані утворений кількома хрящами, сполученими між собою суглобами, зв’язками, м’язами. Найбільший з них — щитоподібний хрящ. Зверху вхід у гортань покривається надгортанником, який перешкоджає надходженню їжі в гортань і дихальні шляхи.

 

 

Рис.50. Гортань, трахея та бронхи: 1 - щитоподібний хрящ; 2 - перснеподібний хрящ; 3 - хрящі трахеї; 4 - стравохід; 5 - роздвоєння трахеї; 6 - головний лівий бронх; 7 - ліва легенева артерія; 8 - часткові бронхи; 9 - грудна частина аорти; 10 - права легенева артерія; 11 - головний правий бронх.

Порожнина гортані вкрита слизовою оболонкою з миготливим епітелієм, яка утворює дві пари складок, що затуляють вхід у гортань під час ковтання. Нижня пара складок вкриває голосові зв’язки, простір між якими називається голосовою щілиною. Під час звичайного дихання голосові зв’язки розслаблені і щілина між ними звужується. Видихуване повітря, проходячи через вузьку щілину, примушує коливатися голосові зв’язки — виникає звук. Від ступеня натягу голосових зв’язок залежить висота тону і при натягнутих зв’язках звук вищий, при розслабленні — нижчий. Крім голосових зв‘язок у звукоутворенні беруть участь язик, губи, щоки, порожнина носа, резонатори (глотка та порожнина рота). У чоловіків голосові зв’язки довші, чим пояснюється більш низький голос.

Гортань у дітей коротша, вужча і найінтенсивніше росте в 1 – 3 роки життя і в період статевого дозрівання.

У 12 – 14 років у хлопчиків починає рости кадик на місці сполучення пластинок щитоподібного хряща. Пройшовши гортань, повітря попадає в трахею.

Трахея — нижній відділ гортані довжиною 10 – 13 см, усередині вона вкрита слизовою оболонкою (рис.50). Трахея складається із 16 – 20 неповних хрящових кілець, з’єднаних між собою зв’язками. Задня стінка трахеї перетинчаста, в ній є гладенькі м’язові волокна, і вона прилягає до стравоходу, що створює сприятливі умови для проходження їжі по ньому.

На рівні 4 – 5 грудних хребців трахея поділяється на правий і лівий бронхи, які є головними (рис.50). Вони входять у ворота відповідної легені, де розподіляються на часткові бронхи. Часткові бронхи в легенях розгалужуються на дрібніші сегментарні бронхи, які, в свою чергу, дихотомічно (кожний на два) розділяються (до 18-го порядку) до часточкових бронхів (діаметр до 1 мм) і закінчуються кінцевими бронхіолами (0,3-0,5 мм в діаметрі). Вся система розгалуження бронхів, починаючи від головних і закінчуючи кінцевими бронхіолами, називається бронхіальним деревом.

У новонароджених трахея приблизно 4 см, у 14 – 15 років — приблизно 7 см. У дітей трахея і бронхи розвиваються поступово. Вони ростуть, в основному, паралельно з ростом тулуба. Просвіт трахей і бронхів у дітей значно вужчий, ніж у дорослих, хрящі їх ще не зміцніли. М’язові еластичні волокна розвинені слабо. Слизова оболонка, що вистилає трахею і бронхи, дуже ніжна і багата на кровоносні судини. Тому трахея і бронхи у дітей легше ушкоджуються, ніж у дорослих.

Бронхіоли закінчуються альвеолярними ходами, на стінках яких є пухирці - альвеоли, які вкриті густою сіткою кровоносних капілярів, де відбувається газообмін. У легенях дорослої людини нараховується 300 – 700 млн. альвеол, з загальною площею поверхні 60 – 120 м². Така величезна поверхня забезпечує велику швидкість газообміну в легенях. Легені розташовані в грудній порожнині, по боках серця (рис.51).

 

У просторі між легенями, який називається середостінням, розміщені трахея, стравохід, зобна залоза, серце, великі судини, лімфатичні вузли і деякі нерви.

Права і ліва легеня неоднакові як за розмірами, так і формою. Права легеня складається з трьох часток, ліва – з двох. На внутрішній поверхні легень знаходяться ворота легень, через які проходять бронхи, нерви, легеневі артерії, вени, лімфатичні судини. Кожна легеня вкрита серозною оболонкою, яка називається плеврою. У плеври є два листки (вісцеральний і парієтальний). Один щільно зрісся з легенями, другий приріс до грудної клітки. Між листками є щілина, заповнена серозною рідиною. Ця рідина зволожує поверхні плеври, обернені одна до одної, і цим зменшує тертя між ними під час дихальних рухів. Повітря в щілині плеври немає, тиск - негативний - нижчий атмосферного на 6-9 мм рт.ст. (0,8-1,2 кПа). Тиск в середині легенів дорівнює атмосферному, що забезпечує нормальну функцію легенів: вони не відходять від стінок грудної клітки при вдиху і розтягуються при збільшенні об‘єму грудної клітки. Негативний внутрішньоплевральний тиск сприяє збільшенню дихальної поверхні легенів при вдиху, поверненню крові до серця і, таким чином, покращенню кровообігу та лімфовідтоку.

Легені у дітей розвинені ще недостатньо, альвеоли малі, слабо розвинена в них еластична тканина. Кровонаповнення легень у дітей підвищене. До 3 років у дітей посилено ростуть легені, кількість альвеол до 8 років досягає кількості альвеол дорослої людини. У віці від 3 до 7 років темпи росту знижуються. Після 12 років енергійно ростуть альвеоли. Об’єм легень до 12 років збільшується в 10 разів, порівняно з об’ємом легенів новонародженого, а до кінця статевого дозрівання — у 20 разів.

3. Дихальні рухи

Рис. 52. Схема дихального циклу: Зліва - вдих; справа - вдих.

Дихальний цикл складається з двох фаз: вдиху і видиху (рис.52). Завдяки актам вдиху і видиху, які здійснюються ритмічно, відбувається обмін газів між атмосферним повітрям і альвеолярним, яке міститься в легеневих міхурцях. Активна роль в акті вдиху належить дихальним м’язам.

Під час вдиху відбувається збільшення грудної клітки, завдяки опусканню діафрагми і підніманню ребер. Діафрагма — утвір, що відмежовує грудну порожнину від черевної, має вигляд поперечно-розміщеної куполоподібної м’язово-сухожильної пластинки, краї якої прикріплені до стінок грудної клітки. Опускання діафрагми здійснюється за рахунок скорочення смугастих м’язових волокон. Ребра під час вдиху піднімаються догори, передніми кінцями відсувають груднину вперед, що супроводжується збільшенням грудної порожнини і завдяки скороченню зовнішніх міжреберних м’язів, які прикріплюються косо від ребра до ребра.

У процесі вдиху беруть участь міжхрящові м’язи трахеї, бронхів. Глибокий вдих викликається одночасним скороченням міжреберних м’язів, діафрагми, м’язів грудей і плечового пояса. При цьому переборюється ряд перепон: еластична тяга легень, опір реберних хрящів, маса грудної клітки, що піднімається вгору, опір черевних нутрощів та стінок живота.

Між грудною стінкою і поверхнею легень (між парієтальним і вісцеральним листками плеври) лежить щілина з негативним тиском. Плевральна щілина закрита герметично, тому під час розширення грудної клітки слідом за її стінками ідуть і легені, які завдяки еластичності їх тканини легко розтягуються. В розтягнутих легенях тиск повітря падає нижче від атмосферного. Грудна порожнина герметично закрита і з навколишнім середовищем сполучається тільки через дихальні шляхи. Тому при наявності різниці тиску між атмосферним і легеневим повітрям зовнішнє повітря заходить у легені, тобто відбувається вдих.

Після закінчення вдиху м’язи розслабляються і грудна клітка повертається до вихідного положення (видих). Спокійний видих відбувається пасивно, без участі м’язів. У глибокому видиху беруть участь м’язи живота, внутрішні міжреберні та інші м’язи. Коли розслабляються м’язи діафрагми, купол її під тиском черевних органів піднімається і стає опуклішим, що зменшує грудну порожнину у вертикальному напрямі. Зменшення розмірів грудної порожнини приводить до зменшення об’єму легень, до збільшення тиску в легенях, внаслідок чого частина повітря виходить з легень назовні, поки тиск повітря в легенях не зрівняється з атмосферним.

У людини у диханні можуть брати участь або м’язи діафрагми, або міжреберні м’язи. У випадку переважання участі міжреберних м’язів кажуть про грудний тип дихання, якщо переважають діафрагмальні м’язи, то таке дихання називається черевним.

У новонароджених переважає діафрагмальне дихання з незначною участю міжреберних м’язів. Діафрагмальний тип дихання зберігається до другої половини першого року життя. В міру розвитку міжреберних м’язів і росту дитини грудна клітка опускається вниз і ребра набирають косого положення. Дихання немовлят стає грудочеревним із перевагою діафрагмального.

У віці від 3 до 7 років у зв’язку з розвитком плечового пояса все більше починає переважати грудний тип дихання і до 7 років він стає виражений. У 7 – 8 років починаються статеві відмінності в типі дихання: у хлопчиків переважає черевний тип дихання, у дівчаток — грудний.

Доросла людина робить приблизно 15 – 17 дихальних рухів за хвилину і за один вдих вдихає приблизно 500 мл повітря. Співвідношення частоти дихання і серцевих скорочень дорівнює 1:4 - 1:5. При м’язовій роботі дихання збільшується в 2 – 3 рази. При захворюваннях частота та глибина дихання змінюються.

При глибокому диханні альвеолярне повітря вентилюється на 80 – 90%, що забезпечує більшу дифузію газів. При неглибокому — більша частина вдихуваного повітря залишається в мертвому просторі — носоглотці, ротовій порожнині, трахеї, бронхах.

Дихання новонародженої дитини 48 – 63 дихальних рухів за хвилину, часте, поверхове. У дітей першого року при неспанні — 50 – 60, під час сну 35 – 40, у дітей 4 – 6 років — 23 – 26 циклів за хвилину, у дітей шкільного віку 18 – 20 разів за хвилину.

 

4. Легеневі об‘єми. Життєва ємність легень

У спокої людина може вдихнути і видихнути приблизно 500 мл повітря. Це називають дихальним об‘ємом легень. Об’єм дихального повітря у дитини, коли їй 1 місяць, становить — 30 мл, 1 рік — 70 мл, 6 років — 156 мл, 10 років — 230 мл, 14 років — 300 мл. При посиленому диханні людина може вдихнути ще приблизно 1500 - 3000 мл повітря - це додаткове, або резервне,повітря вдиху. Після спокійного видиху людина може додатково видихнути ще 1300 - 1500 мл повітря - резервний об‘ємвидиху.

Рис. 53. Ємність легень: 1 - повне спадання; 2 - глибокий видих; 3 - нормальний видих; 4 - нормальний вдих; 5 - сильний вдих. Числа справа означають об‘єм повітря в см^3.

Найбільша кількість повітря, яку людина може видихнути після глибокого вдиху, називається життєвою ємністю легень (ЖЄЛ), яка змінюється з віком, залежно від статі, ступеня розвитку грудної клітки, дихальних м’язів (рис.53). Сума об’ємів дихального — 500 мл, додаткового — 1500 мл і резервного — 1500 мл повітря становить життєву ємність легень (3500 мл).

Життєва ємність легень у дітей повільно наростає до 7 років, поки відбувається диференціювання легень, і енергійно збільшується у 8 – 9 років, даючи максимальний приріст у період статевого дозрівання.

З 18 до 35 років життєва ємність легень є максимальною — 3000 – 6000 мл, а потім з віком зменшується. У жінок ЖЄЛ становить 3000 - 4500 мл, а в чоловіків - 4000 - 5500 мл. Здоровий спосіб життя, фізичні тренування значно підвищують життєву ємність легень.

Після максимального глибокого видиху в легенях залишається ще значний об‘єм повітря, близько 1200 мл, який називається залишковимоб‘ємом. Це пов’язано з тим, що завдяки нижчому тиску в плевральній щілині, по відношенню до атмосферного, легені не спадаються і в них завжди міститься повітря. Частина залишкового повітря може вийти з легень лише тоді, коли в плевральну щілину зайде повітря і створиться там атмосферний тиск, що можливе при пошкодженні грудної клітки з обох боків.

Загальна ємність легенів дорівнює сумі значень ЖЄЛ і залишкового об’єму.

Крім того, при кожному вдиху приблизно 150 мл повітря залишається в дихальних шляхах - у порожнині носа, глотці, гортані, трахеї та бронхах. Цей об‘єм називають об‘ємом повітроносних шляхів, або мертвим простором, бо він не бере участі в газообміні, а виконує лише бар‘єрну функцію. Тут повітря зволожується, зігрівається, звільняється від пилу та мікроорганізмів.

Питання для самоперевірки

1. Визначте біологічні функції дихальної системи.

2. У чому полягає взаємозв‘язок будови і функцій дихальних шляхів і легенів?

3. Охарактеризуйте дихальний цикл.

4. Назвіть об‘ємні показники дихання. Як вони залежать від віку, статі, тренування?

З історії науки

· М.В. Ломоносов у 1756 р. першим пояснив процеси окиснення і горіння і цим заклав наукову основу для правильного розуміння процесу дихання. Пізніше, в 1777 р. А.Лавуазьє дослідами показав, що під час дихання поглинається кисень і утворюється вуглекислий газ, тобто відбувається

“повільне горіння”, а ще через 5 років разом з Лапласом довів, що утворення вуглекислого газу під час дихання є головним джерелом теплоти в організмі.

· Гален (131-210 рр.), лікар імператорського Риму, перший описав участь в акті дихання шийних, міжреберних м’язів і діафрагми, відзначив пасивність самих легень, описав голосовий апарат і залежність його функції від поворотної гілки блукаючого нерва.

· О.М. Філомафітський (1807-1849) описав рефлекторний характер кашлю.

 

Еволюційний процес

Еволюція дихальної системи відбувалася в напрямах:

· збільшення поверхні дотику з навколишнім середовищем і підвищення проникності стінок;

· диференціація дихальних шляхів, що зумовила удосконалення надходження повітря та газообміну.

 

Цікаво знати, що:

· Кашель - це короткий глибокий видих - кашльовий поштовх.

· Чхання - глибокий вдих, який змінюється різким коротким видихом. Центри чхання і кашлю містяться в довгастому мозку.

 

Важливо знати, що...

· У людини, котра почала курити, вже через рік гинуть війкові клітини дихальних шляхів, які забезпечують виштовхування шкідливого для організму харкотиння при запаленні дихальних шляхів.

· Зі струменем повітря з носа при чханні викидається безліч вірусів і бактерій, і це звільняє організм від інфекційних чинників, але сприяє поширенню інфекції серед інших людей. Тому, коли ви чхаєте, обов‘язково прикривайте ніс носовою хустинкою.

Література

1. Бугаев К.Е., Маркусенко Н.Н. та ін. Возрастная физиология. - Ростов-на-Дону: "Ворошиловградская правда", 1975. - С.124-130.

2. Ермолаев Ю.А. Возрастная физиология: Учеб. пособ. для студ. пед. вузов. - М.: Высш.шк., 1985. - С. 322-326.

3. Кисельов Ф.С. Анатомія і фізіологія дитини з основами шкільної гігієни. - К.: Радянська школа, 1967. - С.159-166.

4. Старушенко Л.І. Клінічна анатомія і фізіологія людини: Навч. посібник. - К.: УСМП, 2001. - С.77-86.

5. Хрипкова А.Г. Возрастная физиология. – М.: Просвещение, 1978. - С.223-229.

 

Лекція 10

ГАЗООБМІН У ЛЕГЕНЯХ І ТКАНИНАХ. РЕГУЛЯЦІЯ ДИХАННЯ.

ХВОРОБИ ДИХАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ТА ЗАПОБІГАННЯ ЇМ.

ПЕРША ДОПОМОГА ПРИ УРАЖЕННІ ОРГАНІВ ДИХАННЯ

 

План

1. Газообмін у легенях і тканинах.

2. Регуляція дихання.

3. Хвороби дихальної системи та заходи запобігання їм.

4. Перша допомога при ураженні органів дихання. Реанімаційні заходи при зупинці серця і дихання.

 

Основні поняття: дихання, газообмін, органи дихання, парціальний тиск, нейрогуморальна регуляція дихання, хвороби дихальної системи, реанімація

 

1. Газообмін у легенях і тканинах

Роблячи навперемінно вдих і видих, людина вентилює легені, підтримуючи в альвеолах відносно сталий газовий склад.

Людина дихає атмосферним повітрям з вмістом кисню 21%, вуглекислого газу — 0,03%, а видихає — 16%, вуглекислого газу — 4%. В альвеолярному повітрі кисню — 14,2%, вуглекислого газу — 5,2%. Альвеолярне повітря відрізняється від вдихуваного і видихуваного. Це пояснюється тим, що при вдихові в альвеоли надходить повітря повітроносних шляхів, а при видиху — навпаки, до видихуваного повітря домішується атмосферне повітря, яке знаходиться в тих же повітроносних шляхах.

У легенях кисень із альвеолярного повітря переходить у кров, а вуглекислий газ із крові надходить у легені. Рух газів відбувається за законами дифузії, згідно з якими газ поширюється із середовища з високим парціальним тиском у середовище з меншим тиском (схема 4). Парціальним тиском називають частину загального тиску, яка припадає на цей газ у газовій суміші.