Дыхательная система.Физиология.

Физиология. Конечным этапом функции дыхательной  системы является удаление из крови легочных капилляров избытка углекислого газа и насы­щение ее кислородом, т. е. превращение веноз­ной крови, притекающей к легким по легочным артериям из правого желудочка, в артериаль­ную, которая оттекает по легочным венам в левые отделы сердца и оттуда в большой круг крово­обращения. Газообмен в легких происходит путем диффузии газов через альвеолокапил­лярную мембрану благодаря разнице давления каждого газа по обе стороны мембраны. Для кислорода, давление которого в альвеолярном воздухе соответствует примерно 100, а в веноз­ной крови около 60 мм ртутного ст., эта разница положительная (примерно +40 мм рт. ст.), а для углекислого газа — отрицательная (при­мерно —6 мм рт. ст.); поэтому диффузия последнего направлена из крови в альвеолы, а кислород переходит из альвеолярного воздуха в кровь, насыщая гемоглобин эритроцитов капиллярной крови почти полностью (на 98%). Если бы воздух в альвеолах не обменивался с атмосферным, то давление кислорода и углеки­слого газа в нем и в капиллярной крови быстро уравновесилось бы и диффузия их через мем­брану прекратилась. Поэтому важнейшей функцией дыхательной системы, обеспечивающей легочный газообмен, является вентиляция альвеол, которая достигается удалением из них части богатого углекислым газом и бедного кислородом воз­духа при выдохе с заменой его атмосферным воздухом при вдохе. Вдох и следующий за ним выдох составляют один дыхательный цикл. При редком дыхании за выдохом обычно следует короткая дыхательная пауза, которая исчезает при его учащении. Отношение продолжитель­ности выдоха к продолжительности вдоха при нормальной проходимости для воздуха дыха­тельных путей не превышает 1,5:1.

 

В момент дыхательной паузы после спокой­ного выдоха дыхательные мышцы находятся в состоянии покоя, т. к. легкие при этом зани­мают в плевральной полости объем, при котором эластическая тяга легких уравновешена силами атмосферного давления со стороны дыхатель­ных путей и небольшого отрицательного (по отношению к атмосферному) давления со сто­роны плевральной полости. Акт вдоха обеспе­чивается сокращением дыхательной мускулату­ры, особенно диафрагмы, которая при сокраще­нии уплощается и смещается в сторону брюш­ной полости, увеличивая объем замкнутой груд­ной полости. В результате отрицательное дав­ление в грудной полости возрастает, преодоле­вая эластическую тягу легких, и последние заполняются воздухом, расширяя свой объем до тех пор, пока уменьшающаяся в процессе вдоха сила, растягивающая легкие, и возрастающая в то же время эластическая тяга легких не урав­новесятся. После достижения такого равнове­сия дыхательные мышцы расслабляются и спо­койный выдох происходит без их участия (пас­сивно) под действием эластической тяги легких. По завершении спокойного выдоха взрослый человек способен дополнительным усилием мышц выдохнуть еще около 1 л воздуха (резерв выдоха), однако весь воздух выдохнуть невоз­можно, некоторое его количество всегда остается в легких и в дыхательных путях (так наз. оста­точный объем). Аналогично резерву выдоха существует и резерв вдоха — объем воздуха, который человек способен вдохнуть после дости­жения пика спокойного вдоха. У взрослых он составляет 1,5—2,5 л, а у тренированных лиц — более 3 л. Дыхательный объем и резервы выдоха и вдоха вместе составляют жизненную емкость легких, а в сумме с остаточным объ­емом — общую емкость легких. Жизненная емкость легких — важный показатель дыха­тельных резервов человека, которые он может использовать при повышении потребности организма в кислороде.

Интенсивность вентиляции альвеол опреде­ляется глубиной дыхания (объемом вдоха, или дыхательным объемом) и частотой дыхатель­ных циклов, а также соотношением дыхатель­ного объема с объемом вентилируемого про­странства. Последний включает объем воздуха в альвеолах и так наз. вредное пространство — объем дыхательных путей, где воздух не уча­ствует в газообмене. Из-за наличия вредного пространства роль изменений глубины и частоты дыхания в обеспечении вентиляции альвеол неодинакова. Так, при дыхательном объеме 0,5 л и частоте дыхания 16 в 1 мин минутный объем дыхания (произведение дыха­тельного объема и частоты дыхания) такой же, как и при дыхании объемом 0,25 л с частотой 32 в 1 мин, а именно 8 л/мин. Однако за вычетом вентиляции вредного пространства (около 0,15 л) на вентиляцию альвеол в первом случае при­ходится (0,5—0,15) х 16=5,6 л/мин, а во втором только (0,25—0,15)х32=3,2 л/мин, т. е. почти в 1,8 раза меньше. Если дышать поверхностно объемом 0,15 л и менее, то при любой частоте дыхания обновление воздуха в альвеолах пре­кратится, т. к. вентилироваться будет только вредное пространство.

Обозначение пространства дыхательных путей «вредным» не имеет физиологического смысла (оно отражает лишь физическое пред­ставление об эффективности дыхания для аль­веолярной вентиляции) и его не следует пони­мать буквально. На самом деле именно на этом пространстве осуществляется ряд важнейших полезных функций, обеспечивающих наилуч­ший режим газообмена в альвеолах и их защиту от повреждающих физических воздействий атмосферы. Благодаря наличию пространства дыхательных путей в альвеолы попадает не атмосферный воздух, а его смесь с альвеоляр­ным воздухом, попадающим в дыхательные пути при выдохе. Эта смесь существенно отли­чается от атмосферного воздуха по соотноше­нию составляющих его газов, а при холодной или жаркой погоде и при дыхании в запыленной атмосфере также по температуре, влажности и чистоте. Различное соотношение дыхательного объема и пространства дыхательных путей при разной глубине дыхания позволяет путем соответствующих изменений его частоты обес­печивать такую вентиляцию альвеол, при которой газообмен альвеолярного воздуха с кровью и с атмосферой полностью уравновешен и газовый состав альвеолярного воздуха сохраняется постоянным. Смешение альвеолярного и атмос­ферного воздуха дополняет также процессы направленного изменения температуры и влаж­ности вдыхаемого воздуха, происходящие на всей площади стенок дыхательных путей, чему способствуют обильное снабжение дыхатель­ных путей кровью, участвующей в теплообмене с воздухом, и увлажнение их слизистой обо­лочки секретом слизистых желез. Эти про­цессы начинаются уже в верхних дыхательных путях, значение которых в регуляции темпера­туры и влажности воздуха, поступающего в лег­кие, тем больше, чем больше по этим параме­трам отличается воздух атмосферы от воздуха в альвеолах. При дыхании холодным, сухим, а также запыленным воздухом особая роль при­надлежит носовому дыханию. Массивный кро­воток в сосудах и обильная секреция желез сли­зистой оболочки носа, а также теплообмен с воздухом в придаточных пазухах носа способ­ствуют тому, что уже в ротоглотку вдыхаемый воздух поступает несколько согретым и увлаж­ненным. Одновременно происходит очищение атмосферного воздуха от микробов и пылевых частиц, которые в значительной своей части осе­дают на слизистой оболочке носовых ходов и носоглотки. Лишь небольшая часть мелких пылевых частиц и микробов достигает нижних дыхательных путей, где, как и в носу, частицы прилипают к слизистому секрету. От этих частиц дыхательные пути самоочищаются бла­годаря движениям ресничек мерцательного эпи­телия, которые продвигают загрязненный секрет наружу. При значительной запыленности атмосферы, а также при воспалении бронхов, когда образуется мокрота и функция мерца­тельного эпителия становится недостаточной, включается запасной механизм дренажа дыха­тельных путей — кашель.

Режим вентиляции альвеол изменяется в зависимости от интенсивности обмена веществ в организме, сопровождающегося потребле­нием кислорода. В условиях полного физичес­кого покоя и при отсутствии пищевой нагрузки у здоровых взрослых людей диафрагма устанав­ливается высоко, вытесняя воздух из нижних сегментов легких, в связи с чем площадь газооб­мена уменьшается; дыхательный объем сни­жается до 0,5—0,3 л, а частота дыханий — до 16—12 в 1 мин, что с учетом вентиляции вред­ного пространства соответствует снижению вентиляции альвеол примерно до 3 л/мин. При значительной работе диафрагма устанавли­вается низко, увеличивая объем заполненных воздухом альвеол и, следовательно, площадь газообмена; расширяются бронхи, снижается сопротивление воздушному потоку в них; воз­растают дыхательный объем (за счет использо­вания резервов вдоха и выдоха) и частота дыха­ния, причем в таком оптимальном соотноше­нии, что требуемая вентиляция альвеол (до 30— 35 л/мин), достигается при минимальном приро­сте работы дыхательных мышц.

Частота и глубина дыхания регулируются импульсами, поступающими к дыхательным мышцам по двигательным нервам из дыхатель­ного центра. При непроизвольном дыхании его режим регулируется автоматически по прин­ципу обратной связи: дыхательный центр гене­рирует тем более сильные импульсы и с тем большей частотой, чем быстрее нарастает в крови после каждого дыхательного цикла кон­центрация углекислоты, образуемой в процессе тканевого дыхания. Чем интенсивнее ткани поглощают кислород, тем больше образуется углекислоты, возбуждающей дыхательный центр, и тем большими становятся частота и глубина дыхания, обеспечивая соответствие скорости вентиляции альвеол потребностям организма. Существует также не прямой, а рефлекторный механизм возбуждения дыха­тельного центра с рецепторов, расположенных в стенках аорты и сонных артерий. Рецепторы раздражаются не избытком углекислоты в кро­ви, а недостатком в ней кислорода. При некоторых заболеваниях, сопровождающихся сниже­нием чувствительности дыхательного центра к возбуждающему действию углекислоты, рефлекторное его возбуждение с этих рецепто­ров предотвращает остановку дыхания и остается единственным механизмом автомати­ческой регуляции режима вентиляции альвеол. Изменять частоту и глубину дыхания, форсиро­вать выдох и вдох, а также задерживать дыха­ние человек может и произвольно, но в опреде­ленных границах. Напр., задержка дыхания после спокойного выдоха обычно возможна не более чем на 30—60 с, т. к. за это время кон­центрация углекислоты в крови возрастает до значений, при которых возбуждение дыхатель­ного центра и, следовательно, непроизвольный вдох становятся неизбежными. Увеличить про­должительность задержки дыхания можно предварительным частым и глубоким дыханием (гипервентиляцией альвеол), которое приводит к снижению концентраций углекислоты в крови. Этим пользуются профессиональные ныряль­щики для удлинения периода пребывания под водой. Однако и продолжительность произ­вольной гипервентиляции также ограничена, т. к. широкий просвет мозговых артерий в норме поддерживается действием на их стенки углекислоты, а значительное снижение ее кон­центрации в крови при гипервентиляции обяза­тельно сопровождается сужением сосудов и обескровливанием мозга, что проявляется вна­чале головокружением, затем обмороком с остановкой дыхания до восстановления в крови нормального содержания углекислоты. Воз­можность произвольно изменять дыхание в физиологических пределах позволяет целена­правленно координировать работу дыхатель­ных мышц с различными режимами физичес­кой нагрузки таким образом, чтобы при полно­ценном обеспечении работающих мышц кисло­родом энергетические затраты организма были наименьшими. Правильно координированное дыхание, выбор рационального соотношения продолжительности выдоха и вдоха при различ­ных видах физической нагрузки имеют боль­шое значение в подготовке спортсменов и явля­ются одной из целей занятий физкультурой и дыхательной гимнастикой. Последней отво­дится также важное место в лечении и профи­лактике ряда заболеваний.

Наряду с внешним дыханием и обеспечением самозащиты от вредных воздействий атмо­сферы органы дыхательной системы выполняют ряд других функций, к которым относится, в частности, и вышеупомянутая функция голосообразования. Связанное, напр., с актом вдоха возрастание отрицательного давления в грудной полости, действуя как насос, способствует продвижению крови из вен, находящихся вне грудной клетки, в правое предсердие. Большое значение для поддержания постоянства физических и хими­ческих свойств внутренней среды организма имеет выделение через легкие паров воды и ряда попадающих в организм веществ, напр., алкоголя, йода (выделительная функция лег­ких). Кроме этого, легкие участвуют в регуля­ции функций ряда органов и крови, принимая участие в обмене физиологически активных веществ, часть из которых синтезируется в легких.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *