Внешнее дыхание: механизм вдоха и выдоха, легочные объемы и емкости

Внешнее дыхания. Совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм О2, доставку и потребление его тканям и выделение конечного продукта дыхания СО2 во внешнюю среду, называется дыханием. Сложный процесс газообмена с окружающей средой складывается из ряда последовательных процессов.

Внешнее дыхание (легочное):

• 1. Обмен газов между легочным воздухом и атмосферным (вентиляция легких).
• 2. Обмен газов между легочным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения.

Внутреннее:

• 3. Транспорт О2 и СО2 кровью.
• 4. Обмен газов между кровью и клетками (тканевое дыхание), то есть потребление О2 и выделение СО2 в процессе метаболизма.

Функцию внешнего дыхания и обновление газового состава крови у человека выполняют дыхательные пути (носовая и ротовая полость, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы, альвеолярные ходы) и легкие.

Для осуществления процессов газообмена в строении легких имеется ряд приспособительных особенностей:

• 1. Наличие русла воздушного и кровеносного, разобщенных между собой тончайшей пленкой, состоящей из двойного слоя — самой альвеолы и капилляра (раздел воздуха и крови — толщина 0,004 мм). Через этот аэрогематический барьер происходит диффузия газов.
• 2. Обширная дыхательная площадь легких 50−90 м2 приблизительно равно увеличению поверхности тела (1,7 м20) в несколько десятков раз.
• 3. Наличие особого — малого круга кровообращения, специально выполняющего окислительную функцию (функциональный круг). Малый круг частица крови проходит за 5 сек, а время ее соприкосновения со стенкой альвеолы только 0,25 — 0,7 сек.
• 4. Наличие в легких эластической ткани, способствующей расправлению и спаданию легких при вдохе и выдохе. Легкие находятся в состоянии эластического напряжения.
• 5. Наличие в дыхательных путях опорной хрящевой ткани в виде хрящевых бронхов. Это предупреждает спадение дыхательных путей и способствует быстрому и легкому прохождению воздуха.

Дыхательные движения. Вентиляция альвеол, необходимая для газообмена осуществляется благодаря чередованию вдоха (инспирации), выдоха (экспирации). При вдохе в альвеолы поступает воздух, насыщенный О2. При выдохе из них удаляется воздух, бедный О2, но более богатый СО2. Фаза вдоха и следующая за ним фаза выдоха составляет дыхательный цикл. Передвижение воздуха обусловлено попеременным увеличением и уменьшением объема грудной клетки. Механизм вдоха (инспирации). Инспирация — это активный процесс. Увеличение грудной полости в вертикальной, саггитальной, фронтальной плоскостях. Это обеспечивается: поднятием ребер и уплощением (опусканием) диафрагмы.

Движение ребер. Ребра образуют подвижные соединения с телами и поперечными отростками позвонков. При поднятии ребер размер грудной клетки увеличивается в переднезаднем и в боковом направлениях. Поднятие ребер происходит за счет сокращения инспираторных мышц. К ним относятся: наружные межреберные, внутренние межхрящевые мышцы. Движение нижних ребер оказывают большее влияние на объем грудной клетки, и поэтому нижние доли легкого вентилируются лучше, чем верхушки. У здорового молодого мужчины разница между окружностью грудной клетки в положении вдоха и выдоха равна 7−10 см, у женщин равна 5−8 см. При форсированном дыхании подключаются вспомогательные инспираторные мышцы: большие и малые грудные; лестничные; грудино-ключично-сосцевидная; трапециевидная и др. Движение диафрагмы. Диафрагма имеет форму купола, выдающегося в грудную полость. При выдохе она прилегает к внутренней стенке грудной клетки. При вдохе диафрагма уплощается в результате сокращения ее мышечных волоконю.

Механизм выдоха (экспирации) обеспечивается за счет: тяжести грудной клетки, эластичности реберных хрящей, эластичности легких, давления органов брюшной полости на диафрагму. В состоянии покоя выдох происходит пассивно. вдох легкое экспирация газообмен В форсированном дыхании принимают экспираторные мышцы: внутренние межреберные мышцы и вспомогательные экспираторные мышцы: мышцы, сгибающие позвоночник, мышцы брюшного пресса.

Дыхательные мышцы, как известно, иннервируются соматическими нервными волокнами. Их денервация приводит к остановке дыхания. Мотонейроны межреберных мышц и живота расположены в грудных сегментах спинного мозга. Мотонейроны, иннервирующие диафрагму, расположены в передних рогах серого вещества III — IV шейных сегментов. После перерезки спинного мозга на уровне верхних шейных сегментов дыхательные движения прекращаются. Перерезка на уровне нижних шейных сегментов (ниже III-IV) — движения диафрагмы сохраняются, а межреберных мышц прекращаются. Следовательно, в регуляции дыхания участвуют центры головного мозга. Перерезка между средним и продолговатым мозгом не изменяет дыхание в покое. Это свидетельствует о расположении дыхательного центра (ДЦ) в продолговатом мозге (ПМ) и мосту. Перерезка мозга между продолговатым мозгом и Варолиевым мостом не прекращает дыхания, но оно отличается от нормального. Значит, важнейшие структуры ДЦ располагаются в продолговатом мозге. Эти структуры образуют бульбарный ДЦ, повреждение которых приводит к прекращению дыхания.

Выделены 2 основные группы дыхательных нейронов:

• 1. Инспираторные.
• 2. Экспираторные.

Локализация дыхательных нейронов. В обоих половинах (левой и правой) ПМ располагаются по 2 скопления дыхательных нейронов: дорсальные и вентральные дыхательные ядра.

1. Дорсальное дыхательное ядро содержит преимущественно инспираторные нейроны, аксоны которых направляются к диафрагмальным ядрам шейного отдела СМ. Коллатерали от них отходят в вентральное дыхательное ядро, где образуют возбуждающие синапсы на экспираторных нейронах и тормозят их активность.

Что касается экспираторных нейронов, то их содержание в дорсальном дыхательном ядре незначительно. Эту часть, т. е. дорсальное дыхательное ядро, где располагаются преимущественно инспираторные нейроны называют центром «вдоха».

2. Вентральное дыхательное ядро содержит как инспираторные, так и экспираторные нейроны. Этот участок упрощенно называют центром «выдоха». Экспираторные нейроны посылают импульсы к мотонейронам: межреберных и брюшных мышц, расположенных в грудных и поясничных отделах СМ и частично к мотонейронам диафрагмы. Вместе с тем дыхательные нейроны встречаются и в ретикулярной формации ПМ и моста.

Типы дыхания. В зависимости преимущественно за счет какого компонента (поднятия ребер или диафрагмы) происходит увеличение объема грудной клетки, выделяют 3 типа дыхания:

• -грудной (реберный);
• -брюшной;
• -смешанный.

В большей степени тип дыхания зависит от возраста (подвижность грудной клетки увеличивается), одежды, профессии. Брюшное дыхание затрудняется в последние месяцы беременности, и тогда дополнительно включается грудное.

Вентиляция легких. Легочные объемы.

Дыхательные объем (ДО) — количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании (0,3−0,9 л, среднее 500 мл).

Резервный объем вдоха (РОвд.) — количество воздуха, которое можно еще вдохнуть после спокойного вдоха (1,5 — 2,0 л).

Резервный объем выдоха (РОвыд.) — количество воздуха, которое можно еще выдохнуть после спокойного выдоха (1,0 — 1,5 л).

Остаточный объем (ОО) — объем воздуха, остающийся в легких после максимального выдоха (1,0 — 1,5 л).

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) = ДО + РОвд.+ РОвыд.(0,5 + 1,5 + 1,5) = 3,5 л. Отражает силу дыхательной мускулатуры, растяжимость легких, площадь дыхательной мембраны, бронхиальную проходимость.

Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) или альвеолярный воздух — количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха (2,5 л).

Общая емкость легких (ОЕЛ) — количество воздуха, содержащегося в легких на высоте максимального вдоха (4,5 — 6,0 л).

Емкость вдоха — включает дыхательный объем + резервный объем вдоха (2,0 л).

Таким образом, различают 4 первичных легочных объема и 4 емкости легких:

ЖЕЛ определяет собой максимальный объем воздуха, который может быть введен или выведен из легких в течение одного вдоха или выдоха. Она — показатель подвижности легких и грудной клетки.

Факторы, влияющие на ЖЕЛ:

Возраст. После 40 лет ЖЕЛ понижается (снижение эластичности легких и подвижности грудной клетки).

Пол. У женщин ЖЕЛ в среднем на 25% ниже, чем у мужчин.

Размер тела. Размер грудной клетки пропорционален остальным размерам тела.

Положение тела. В вертикальном положении она выше, чем в горизонтальном (большее кровенаполнение сосудов легких).

Степень тренированности. У тренированных лиц повышается (особенно у пловцов, гребцов, где необходима выносливость).

Мертвое пространство. Различают: анатомическое и функциональное (физиологическое). Анатомическое мертвое пространство — объем воздухоносных путей, в которых не происходит газообмена (носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы, альвеолярные ходы). Физиологическая роль его заключается в: очищение воздуха (слизистая оболочка улавливает мелкие частицы пыли, бактерии). Увлажнение воздуха (секрет железистых клеток эпителия). Согревание воздуха (t0 выдыхаемого воздуха приблизительно равна 37оС). Объем анатомического мертвого пространства в среднем равен 150 мл (140 — 170 мл). Следовательно, из 500 мл дыхательного объема в альвеолы поступит только 350 мл. Объем альвеолярного воздуха равен 2500 мл. Коэффициент легочной вентиляции при этом равняется 350: 2500 = 1/7, т. е. в результате 1 дыхательного цикла обновляется только 1/7 воздуха ФОЕ или полное обновление его происходит в результате не менее 7 дыхательных циклов. Функциональное мертвое пространство — участки дыхательной системы, в которых не происходит газообмена, т. е. к анатомическому мертвому пространству добавляются такие альвеолы, которые вентилируются, но не перфузируются кровью. В норме таких альвеол немного и поэтому в норме объем анатомического и функционального мертвого пространства совпадает.