Внешнее дыхание. Легочная вентиляция.

ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ

Внешнее дыхание осуществляется благодаря изменениям объема грудной клетки и сопутствующим изменениям объема легких.

Объем грудной клетки увеличивается во время ВДОХА, ИЛИ ИНСПИРАЦИИ, и уменьшается во время выдоха, ИЛИ ЭКСПИРАЦИИ. Эти дыхательные движения обеспечивают легочную вентиляцию.

В дыхательных движениях участвуют три анатомо-функциональных образования:

1) дыхательные пути, которые по своим свойствам являются слегка растяжимыми, сжимаемыми и создают поток воздуха, особенно в центральной зоне;

2) эластичная и растяжимая легочная ткань;

3) грудная клетка, состоящая из пассивной костно-хрящевой основы, которая объединена соединительнотканными связками и дыхательными мышцами.

Известно два биомеханизма, которые изменяют объем грудной клетки: поднятие и опускание ребер и движения купола диафрагмы; оба биомеханизма осуществляются дыхательными мышцами. Дыхательные мышцы подразделяют на инспираторные и экспираторные.

ИНСПИРАТОРНЫМИ МЫШЦАМИ являются диафрагма, наружные межреберные и межхрящевые мышцы. При спокойном дыхании объем грудной клетки изменяется в основном за счет сокращения диафрагмы и перемещения ее купола. При глубоком дыхании в инспирации участвуют дополнительные, или вспомогательные, мышцы вдоха: трапециевидные, передние лестничные и грудино-ключично-сосцевидные мышцы.

ЭКСПИРАТОРНЫМИ МЫШЦАМИ являются внутренние межреберные и мышцы брюшной стенки, или мышцы живота. Последние нередко относят к главным экспираторным мышцам.

ДИАФРАГМА ОПУСКАЕТСЯ (УПЛОЩАЕТСЯ), за счет чего увеличивается вертикальный объем грудной полости. В этом акте принимают участие и другие мышцы, увеличивая горизонтальный объем легких. При вдохе легкие растягиваются, давление в них падает и становится ниже атмосферного.

Таким образом создается разность давления между атмосферным и легочным воздухом, и наружный воздух устремляется в легкие. При выдохе мышцы расслабляются (диафрагма при этом поднимается), ребра опускаются, объем грудной клетки уменьшается, легкие сжимаются, давление в них повышается (выше атмосферного) и воздух по воздухоносным путям устремляется наружу. В спокойном состоянии взрослый человек дышит 16-20 раз в минуту. У детей дыхание более частое- до 60 вдохов в минуту.

Различают БРЮШНОЙ ТИП ДЫХАНИЯ (преобладает у мужчин), когда объем грудной клетки увеличивается преимущественно в результате сокращения диафрагмы, И ГРУДНОЙ (у женщин) - в результате сокращения других дыхательных мышц, когда увеличивается поперечный размер грудной клетки.

ЛЕГОЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ

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 объемов.

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.

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).

РЕЗЕРВНЫЙ ОБЪЕМ ВДОХА (РОВД) — максимальный объем воздуха, который способен вдохнуть испытуемый после спокойного вдоха. Величина РОвд составляет 1,5—1,8 л.

РЕЗЕРВНЫЙ ОБЪЕМ ВЫДОХА (РОВЫД) — максимальный объем воздуха, который человек дополнительно может выдохнуть с уровня спокойного выдоха. 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.

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).

ОБЩАЯ ЕМКОСТЬ ЛЕГКИХ (ОЕЛ) — объем воздуха в легких по окончании полного вдоха.

Статические легочные объемы могут снижаться при патологических состояниях, приводящих к ограничению расправления легких. К ним относятся нейромышечные заболевания, болезни грудной клетки, живота, поражения плевры, повышающие жесткость легочной ткани, и заболевания, вызывающие уменьшение числа функционирующих альвеол (ателектаз, резекция, рубцовые изменения легких).

ГАЗООБМЕН И ТРАНСПОРТ ГАЗОВ.

Жизнедеятельность организма связана с поглощение им О₂ и выделением СО₂. Фактически все звениья газотранспортной системы организма, включая регуляторные организмы, призваны обеспечить концентрацию кислорода в клетках, необходимую для поддержания активности дыхательных ферментов.

Перенос О2 из альвеолярного воздуха в кровь и СО₂ из крови в альвеолярный воздух происходит исключительно путем диффузии. Движущей силой диффузии является разница давления О₂ и СО₂ по обеим сторонам альвеолокапиллярной мембраны.

В легких кровь из венозно превращается в артериальную, богатуб О₂ и бедную СО₂. Артериальная кровь поступает в ткани, где в результате беспрерывно происходящих процессов используется О₂ и образуется СО₂. В тканях напряжение О₂ близко к 0, а напряжение СО₂ велко. В результате разности давления СО₂ из ткани диффундирует в кровь, а О₂ – в ткани.

Газы очень слабо растворяются в жидкостях. Так, только небольшая часть О₂ растворяется в плазме, а СО₂ – 3-6%. Основная чпсть гемоглобина транспортируется в форме непрочного соединения гемоглобина, который содержится в эритроцитах. При присоедининии кислорода к гемоглобину образуется оксигемоглобин, а при отдаче кислорода – дизоксигемоглобин. Оксигинация гемоглобина зависит от парциального давления О₂ в среде, с которой контактирует кровь. Сродство гемоглобина с кислородом измеряется величиной парциального давления, про которой гемоглобин насыщается на 50%.

Гемоглобин особенно легко соединяется с угарным газом СО с образованием карбосигемоглобина, не способного к переносу О₂. Вследствии этого в организме человека возникают симптомы кислородного голодания.

Углекислый газ обладает способностью всткпать в разные химические связи, образуя в том числе и нестойкую угольную кислоту. Это обратная реакция, которая зависит от парциального давления СО₂ в воздушной среде. Она резко увеличивается под действием фермента карбоангибразы, который находится в эритроцитах, куда СО₂ быстро диффундирует из плазмы. Связыванию СО₂ способствует снижение кислотных особенностей гемоглобина. Угольнвя кислота в тканевых капиллярах реагирует с ионами натрия и калия. Углекислый газ транспортируется к легким в физически растворенном в виде карбогемоглобина, угольной кислоты и инов калия и натрия. Около 70% его находится в плазме, а 30% - в эритроцитах.

РЕГУЛЯЦИЯ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ.

Регуляция внешнего дыхания представляет собой физиологический процесс управления легочной вентиляцией для обеспечения оптимального газового состава внутренней среды организма в постоянно меняющихся условиях его жизнедеятельности.

Основная функция дыхательной системы заключается в обеспечении газообмена О₂ и СО₂ между окружающей средой и организмом в соответствии с его метаболическими потребностями.

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР

Под ДЫХАТЕЛЬНЫМ ЦЕНТРОМ следует понимать совокупность нейронов специфических (дыхательных) ядер продолговатого мозга, способных генерировать дыхательный ритм.

В период бодрствования деятельность дыхательного центра регулируется дополнительными сигналами, исходящими из различных структур ЦНС.

Дыхательный центр выполняет две основные функции в системе дыхания: ДВИГАТЕЛЬНУЮ, которая проявляется в виде сокращения дыхательных мышц, и ГОМЕОСТАТИЧЕСКУЮ, связанную с изменением характера дыхания при сдвигах содержания О₂ и СО₂ во внутренней среде организма.

ДВИГАТЕЛЬНАЯ функция дыхательного центра адаптирует дыхание к метаболическим потребностям организма, приспосабливает дыхание в поведенческих реакциях (поза, бег и др.).

ГОМЕОСТАТИЧЕСКАЯ функция дыхательного центра поддерживает нормальные величины дыхательных газов (O₂, CO₂) и рН в крови и внеклеточной жидкости мозга, регулирует дыхание при изменении температуры тела, адаптирует дыхательную функцию к условиям измененной газовой среды.

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ подразделяют на фазу вдоха и фазу выдоха относительно движения воздуха из атмосферы в сторону альвеол (вдох) и обратно (выдох). Двум фазам внешнего дыхания соответствуют три фазы активности нейронов дыхательного центра продолговатого мозга: инспираторная, которая соответствует вдоху; постинспираторная, которая соответствует первой половине выдоха и называется пассивной контролируемой экспирацией; экспираторная, которая соответствует второй половине фазы выдоха и называется фазой активной экспирации.

Генерация дыхательного ритма происходит в сети нейронов продолговатого мозга.

РЕФЛЕКТОРНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ осуществляется благодаря тому, что нейроны дыхательного центра имеют связи с многочисленными механорецепторами дыхательных путей и альвеол легких и рецепторов сосудистых рефлексогенных зон. В легких человека находятся следующие типы механорецепторов: 1) ирритантные, или быстроадаптирующиеся, рецепторы слизистой оболочки дыхательных путей; 2) рецепторы растяжения гладких мышц дыхательных путей; 3) J-рецепторы.

РЕФЛЕКСЫ СО СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ ПОЛОСТИ НОСА. Раздражение ирритантных рецепторов слизистой оболочки полости носа, например табачным дымом, инертными частицами пыли, газообразными веществами, водой вызывает сужение бронхов, голосовой щели, брадикардию, снижение сердечного выброса, сужение просвета сосудов кожи и мышц.

РЕФЛЕКСЫ С ГОРТАНИ И ТРАХЕИ. Многочисленные нервные окончания расположены между эпителиальными клетками слизистой оболочки гортани и главных бронхов. Эти рецепторы раздражаются вдыхаемыми частицами, раздражающими газами, бронхиальным секретом, инородными телами. Все это вызывает кашлевой рефлекс, проявляющийся в резком выдохе на фоне сужения гортани и сокращение гладких мышц бронхов, которое сохраняется долгое время после рефлекса.

РЕФЛЕКСЫ С J-РЕЦЕПТОРОВ. В альвеолярных перегородках в контакте с капиллярами находятся особые J-рецепторы. Эти рецепторы особенно чувствительны к интерстициальному отеку, легочной венозной гипертензии, микроэмболии, раздражающим газам и ингаляционным наркотическим веществам.