Основной источник энергии для всех тканей человека — процессы аэробного (кислородного) окисления органических веществ, протекающие в митохондриях клеток и требующие постоянного снабжения кислородом.
Дыхание — это совокупность процессов, обеспечивающих поступление кислорода в организм, использование его в окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа и некоторых других веществ.
❖ Дыхание человека включает
:
■ вентиляцию легких;
■ газообмен в легких;
■ транспортировку газов кровью;
■ газообмен в тканях;
■ клеточное дыхание (биологическое окисление).
Различия в составе альвеолярного и вдыхаемого воздуха объясняются тем, что в альвеолах кислород непрерывно диффундирует в кровь, а из крови в альвеолы поступает двуокись углерода. Различия в составе альвеолярного и выдыхаемого воздуха объясняются тем, что во время выдоха воздух, выходящий из альвеол, смешивается с воздухом, содержащимся в дыхательных путях.
Строение и Функции органов дыхания
❖ Система органов дыхания человека включает:
■ воздухоносные пути — носовую полость (она отделена от полости рта спереди твердым, а сзади мягким нёбом), носоглотку, гортань, трахею, бронхи;
■ легкие
, состоящие из альвеол и альвеолярных ходов.
Носовая полость начальный отдел дыхательного пути; имеет парные отверстия — ноздри , через которые проникает воздух; у наружного края ноздрей располагаются волоски , задерживающие проникновение крупных частиц пыли. Носовая полость делится перегородкой на правую и левую половины, каждая из которых состоит из верхнего, среднего и нижнего носовых ходов .
Слизистая оболочка носовых ходов покрыта мерцательным эпителием , выделяющим слизь , которая склеивает пылинки и губительно действует на микроорганизмы. Реснички эпителия постоянно колеблются и способствуют удалению инородных частиц вместе со слизью.
■Слизистая оболочка носовых ходов обильно снабжена кровеносными сосудами , что способствует согреванию и увлажнению вдыхаемого воздуха.
■ В эпителии также находятся рецепторы , реагирующие на различные запахи.
Из носовой полости воздух через внутренние носовые отверстия — хоаны — попадает в носоглотку и дальше в гортань .
Гортань
— полый орган, образована несколькими парными и непарными хрящами, соединенными между собой суставами, связками и мышцами. Самый крупный из хрящей —щитовидный
— состоит из двух четырехугольных пластинок, соединенных спереди под углом. У мужчин этот хрящ несколько выступает вперед, образуя кадык
. Над входом в гортань располагается надгортанник
— хрящевая пластина, закрывающая вход в гортань при глотании.
Полость гортани покрыта слизистой оболочкой , образующей две пары складок , которые перекрывают вход в гортань во время глотания и (нижняя пара складок) прикрывают голосовые связки .
Голосовые связки спереди прикрепляются к щитовидному хрящу, а сзади — к левому и правому черпаловидным хрящам, при этом между связками образуется голосовая щель . При движении хрящей связки сближаются и натягиваются или, наоборот, расходятся, изменяя форму голосовой щели. Во время дыхания связки разведены, а при пении и речи они почти смыкаются, оставляя лишь узкую щель. Воздух, проходя через эту щель, вызывает вибрацию краев связок, которая генерирует звук . В формировании звуков речи также участвуют язык, зубы, губы и щеки.
Трахея — трубка длиной около 12 см, отходящая от нижнего края гортани. Она образована 16-20 хрящевыми полукольцами , несомкнутая мягкая часть которых образована плотной соединительной тканью и обращена к пищеводу. Внутри трахея выстлана мерцательным эпителием , реснички которого выводят пылевые частицы из легких в глотку. На уровне 1V-V грудных позвонков трахея делится на левый и правый бронхи .
Бронхи по своему строению подобны трахее. Вступая в легкое, бронхи ветвятся, образуя бронхиальное «дерево» . Стенки мелких бронхов (бронхиол ) состоят из эластичных волокон, между которыми расположены гладкомышечные клетки.
Легкие
— парный орган (правое и левое), занимающий большую часть грудной клетки и плотно прилегающий к ее стенкам, оставляя место для сердца, крупных сосудов, пищевода, трахеи. Правое легкое состоит из трех долей, левое — из двух.
Грудная полость с внутренней стороны выстлана пристеночной плеврой . Снаружи легкие покрыты плотной оболочкой — легочной плеврой . Между легочной и пристеночной плеврами имеется узкая щель — плевральная полость , заполненная жидкостью, которая уменьшает трение легких о стенки грудной полости при дыхании. Давление в плевральной полости ниже атмосферного, что создает присасывающую силу , прижимающую легкие к грудной клетке. Так как ткань легких упруга и способна растягиваться, то легкие всегда находятся в расправленном состоянии и следуют за движениями грудной клетки.
Бронхиальное дерево в легких разветвляется на ходы с мешочками, стенки которых образованы множеством (около 350 млн.) легочных пузырьков — альвеол . Снаружи каждая альвеола окружена густой сетью капилляров . Стенки альвеол состоят из однослойного плоского эпителия, покрытого изнутри слоем поверхностно-активного вещества — сурфактанта . Через стенки альвеол и капилляров происходит газообмен между вдыхаемым воздухом и кровью: из альвеол в кровь переходит кислород, а из крови в альвеолы поступает углекислый газ. Сурфактант ускоряет диффузию газов через стенку и препятствует «схлопыванию» альвеол. Общая газообменная поверхность альвеол составляет 100-150 м 2 .
Обмен газов между альвеолами и кровью происходит вследствие диффузии . В альвеолах кислорода всегда больше, чем в крови капилляров, поэтому он переходит из альвеол в капилляры. Наоборот, углекислого газа больше в крови, чем в альвеолах, поэтому он переходит из капилляров в альвеолы.
Дыхательные движения
Вентиляция легких — это постоянная смена воздуха в альвеолах легких, необходимая для газообмена организма с внешней средой и обеспечиваемая регулярными движениями грудной клетки при вдохе и выдохе .
Вдох осуществляется активно , за счет сокращения наружных косых межреберных мышц и диафрагмы (куполообразной сухожильно-мышечной перегородки, отделяющей грудную полость от брюшной).
Межреберные мышцы приподнимают ребра и слегка отводят их в стороны. При сокращении диафрагмы ее купол уплощается и смещает органы брюшной полости вниз и вперед. В результате объем грудной полости и легких, следующих за движениями грудной клетки, увеличивается. Это ведет к падению давления в альвеолах, и в них засасывается атмосферный воздух.
Выдох при спокойном дыхании осуществляется пассивно . При расслаблении наружных косых межреберных мышц и диафрагмы ребра возвращаются в исходное положение, объем грудной клетки уменьшается, а легкие принимают первоначальную форму. Вследствие этого давление воздуха в альвеолах становится выше атмосферного, и он выходит наружу.
Выдох при физической нагрузке становится активным . В его осуществлении принимают участие внутренне косые межреберные мышцы, мышцы брюшной стенки и др.
Средняя частота дыхательных движений взрослого человека- 15-17 в минуту. При физической нагрузке частота дыхания может возрасти в 2-3 раза.
Роль глубины дыхания . При глубоком дыхании воздух успевает проникнуть в большее количество альвеол и растянуть их. В результате улучшаются условия газообмена и кровь дополнительно насыщается кислородом.
Емкость легких
Легочный объем — максимальное количество воздуха, которое вмещают легкие; у взрослого человека составляет 5-8 л.
Дыхательный объем легких — это объем воздуха, поступающего в легкие за один вдох при спокойном дыхании (в среднем около 500 см 3).
Резервный объем вдоха — объем воздуха, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха (около 1500 см 3).
Резервный объем выдоха — объем воздуха, который можно выдохнут^ после спокойного выдоха при волевом напряжении (примерно 1500 см3).
Жизненная емкость легких — это сумма дыхательного объема легких, резервного объема выдоха и резервного объема вдоха; в среднем она составляет 3500 см 3 (у спортсменов, в частности у пловцов, она может достигать 6000 см 3 и более). Измеряется при помощи специальных приборов — спирометра или спирографа-, графически представляется в виде спирограммы.
Остаточный объем - количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха.
Перенос газов кровью
Кислород переносится кровью в двух формах — в форме окси-гемоглобина (около 98%) и в форме растворенного О 2 (около 2%).
Кислородная емкость крови — максимальное количество кислорода, которое может быть поглощено одним литром крови. При температуре 37 °С в 1 л крови может содержаться до 200 мл кислорода.
Перенос кислорода к клеткам организма осуществляется гемоглобином (Нb) крови, находящимся в эритроцитах . Гемоглобин связывает кислород, превращаясь в оксигемоглобин :
Нb + 4О 2 → HbO 8 .
Перенос кровью двуокиси углерода:
■ в растворенной форме (до 12% СО 2);
■ большая часть СО 2 не растворяется в плазме крови, а проникает в эритроциты, где она взаимодействует (с участием фермента карбоангидразы) с водой, образуя нестойкую угольную кислоту:
СО 2 + Н 2 О ↔ Н 2 СО 3 ,
которая затем диссоциирует на ион Н + и бикарбонатный ион НСО 3 — . Ионы НСО 3 — из красных кровяных телец переходят в плазму крови, с которой они переносятся к легким, где вновь проникают в эритроциты. В капиллярах легких реакция (СО 2 + Н 2 О ↔ Н 2 СО 3 ,) в эритроцитах смещается влево, и ионы НСО 3 — в итоге превращаются в углекислый газ и воду. Углекислый газ поступает в альвеолы и выходит наружу в составе выдыхаемого воздуха.
Обмен газов в тканях
Обмен газов в тканях происходит в капиллярах большого круга кровообращения, где кровь отдает кислород и получает углекислый газ. В клетках тканей концентрация кислорода ниже, чем в капиллярах (так как в тканях он постоянно утилизируется). Поэтому кислород переходит из кровеносных сосудов в тканевую жидкость, а с ней — в клетки, где вступает в реакции окисления. По той же причине углекислый газ из клеток поступает в капилляры, током крови транспортируется по малому кругу кровообращения в легкие и выводится из организма. Пройдя через легкие, венозная кровь становится артериальной и поступает в левое предсердие.
Регуляция дыхания
❖ Дыхание регулируется:
■ корой больших полушарий,
■ дыхательным центром, расположенным в продолговатом мозге и варолиевом мосте,
■ нервными клетками шейного отдела спинного мозга,
■ нервными клетками грудного отдела спинного мозга.
Дыхательный центр — это участок головного мозга, представляющий собой совокупность нейронов, обеспечивающих ритмическую деятельность дыхательных мышц.
■ Дыхательный центр подчиняется вышележащим отделам головного мозга, расположенным в коре больших полушарий; это позволяет сознательно изменять ритм и глубину дыхания.
■ Дыхательный центр регулирует работу дыхательной системы по рефлекторному принципу.
❖ Нейроны дыхательного центра подразделяются на нейроны вдоха и нейроны выдоха .
Нейроны вдоха передают возбуждение на нервные клетки спинного мозга, которые управляют сокращением диафрагмы и наружных косых межреберных мышц.
Нейроны выдоха возбуждаются рецепторами воздухоносных путей и альвеол при увеличении объема легких. Импульсы от этих рецепторов поступают в продолговатый мозг, вызывая торможение нейронов вдоха. В результате дыхательные мышцы расслабляются и происходит выдох.
Гуморальная регуляция дыхания. При мышечной работе в крови накапливается СО 2 и недоокисленные продукты обмена (молочная кислота и др.). Это приводит к возрастанию ритмической активности дыхательного центра и, как следствие, к усилению вентиляции легких. При уменьшении концентрации СО 2 в крови тонус дыхательного центра снижается: наступает непроизвольная временная задержка дыхания.
Чиханье — резкий, форсированный выдох воздуха из легких через сомкнутые голосовые связки, наступающий после остановки дыхания, смыкания голосовой щели и быстрого роста давления воздуха в грудной полости, вызванных раздражением слизистой оболочки носа пылью или резко пахнущими веществами. Вместе с воздухом и слизью выделяются и раздражители слизистой оболочки.
Кашель отличается от чиханья тем, что основной поток воздуха выходит через рот.
Гигиена дыхания
♦ Правильное дыхание:
■ дышать нужно через нос (носовое дыхание ), так как его слизистая оболочка богата кровеносными и лимфатическими сосудами и имеет специальные реснички, согревая, очищая и увлажняя воздух и препятствуя проникновению в дыхательные пути микроорганизмов и пылевых частиц (при затруднении носового дыхания появляются головные боли, быстро наступает утомление);
■ вдох должен быть короче выдоха (это способствует продуктивной умственной деятельности и нормальному восприятию умеренных физических нагрузок);
■ при повышенных физических нагрузках резким выдох должен производиться в момент наибольшего усилия.
❖ Условия правильного дыхания:
■ хорошо развитая грудная клетка; отсутствие сутулости, впалой груди;
■ соблюдение правильной осанки: положение тела должно быть таким, при котором дыхание не затруднено;
■ закаливание организма: следует много времени проводить на свежем воздухе, выполнять различные физические упражнения и дыхательную гимнастику, заниматься видами спорта, развивающими дыхательную мускулатуру (плавание, гребля, ходьба на лыжах и др.);
■ поддержание оптимального газового состава воздуха в помещениях: регулярно проветривание помещений, сон летом при открытых окнах, а зимой — при открытых форточках (пребывание в душном, непроветренном помещении может вызвать головную боль, вялость, ухудшение самочувствия).
Опасность пыли: на пылинках оседают болезнетворные микроорганизмы и вирусы, которые могут стать причиной инфекционных заболеваний. Крупные частицы пыли могут механически травмировать стенки легочных пузырьков и воздухоносных путей, затрудняя газообмен. Пыль, содержащая частички свинца или хрома, может вызвать химические отравления.
Влияние курения на органы дыхания. Курение — одно из звеньев в цепи причин многих заболеваний органов дыхания. В частности, раздражение табачным дымом глотки, гортани, трахей может вызвать хроническое воспаление верхних дыхательных путей, нарушение функций голосового аппарата; в тяжелых случаях неумеренное курение вызывает рак легких.
Некоторые заболевания органов дыхания
Воздушно-капельный способ заражения. При разговоре, сильном выдохе, чихании, кашле из органов дыхания больного в воздух попадают капельки жидкости, содержащие бактерии и вирусы. Эти капельки в течение некоторого времени остаются в воздухе и могут попасть в органы дыхания окружающих, перенеся туда болезнетворные микроорганизмы. Воздушно-капельный способ заражения характерен для гриппа, дифтерии, коклюша, кори, скарлатины и др.
Грипп — острое, склонное к эпидемии вирусное заболевание, передающееся воздушно-капельным путем; чаще наблюдается в зимний и ранний весенний периоды. Характерен токсичностью вируса и склонностью к изменению его антигенной структуры, быстрым распространением, опасностью возможных осложнений.
Симптомы: повышение температуры (иногда до 40 °С), озноб, головная боль, болезненные движения глазных яблок, боль в мышцах и суставах, затруднение дыхания, сухой кашель, иногда рвота и геморрагические явления.
Лечение; постельный режим, обильное питье, применение антивирусных препаратов.
Профилактика; закаливание, массовая вакцинация населения; для предотвращения распространения гриппа больные люди при общении со здоровыми должны закрывать нос и рот сложенными вчетверо марлевыми повязками.
Туберкулез — опасное инфекционное заболевание, имеющие различные формы и характеризующееся образованием в пораженных тканях (обычно в тканях легких и костей) очагов специфического воспаления и выраженной общей реакцией организма. Возбудитель — туберкулезная палочка; распространяется воздушно-капельным и пылевым путем, реже — через зараженные продукты питания (мясо, молоко, яйца) от больных животных. Выявляется при флюорографии . В прошлом имел массовое распространение (этому способствовало постоянное недоедание и антисанитарные условия). Некоторые формы туберкулеза могут протекать бессимптомно или волнообразно, с периодическими обострениями и ремиссиями. Возможны симптомы; быстрая утомляемость, общее недомогание, снижение аппетита, одышка, периодически субфебрильная (около 37,2 °С) температура, постоянный кашель с выделением мокроты, в тяжелых случаях — кровохарканье и др. Профилактика; регулярные флюорографические обследования населения, поддержание чистоты в жилищах и на улицах, озеленение улиц, очищающее воздух.
Флюорография — исследование органов грудной клетки путем фотографирования изображения со светящегося рентгеновского экрана, за которым находится испытуемый. Является одним из методов исследования и диагностики заболеваний легких; позволяет вовремя выявить ряд заболеваний (туберкулез, пневмонию, рак легкого и др.). Флюорографию необходимо делать не реже одного раза в год.
Первая помощь при отравлении газом
Помощь при отравлении угарным или бытовым газом. Отравление угарным газом (СО) проявляется головной болью и тошнотой; могут возникнуть рвота, судороги, потеря сознания, а при сильном отравлении - смерть от прекращения тканевого дыхания; отравление бытовым газом во многом сходно с отравлением угарным газом.
При таком отравлении пострадавшего необходимо вынести на свежий воздух и вызвать «скорую помощь». В случае потери сознания и прекращения дыхания нужно сделать искусственное дыхание и непрямой массаж сердца (см. ниже).
Первая помощь при остановке дыхания
Остановка дыхания может наступить вследствие заболевания органов дыхания или в результате несчастного случая (при отравлениях, утоплении, поражении электрическим током и др.). При длительности более 4-5 мин она может привести к смерти или глубокой инвалидности. В такой ситуации спасти человеку жизнь может лишь своевременная доврачебная помощь.
■ При закупорке глотки инородным телом его можно достать пальцем; извлечение инородного тела из трахей или бронхов возможно только с помощью специальной медицинской аппаратуры.
■ При утоплении необходимо максимально быстро удалить из воздухоносных путей и легких пострадавшего воду, песок и рвотные массы. Для это пострадавшего нужно положить животом на колено и резкими движениями сдавливать его грудную клетку. Затем следует перевернуть пострадавшего на спину и приступить к искусственному дыханию .
Искусственное дыхание: нужно освободить от одежды шею, грудь и живот пострадавшего, положить под его лопатки твердый валик или руку и запрокинуть его голову. Спасатель должен находиться сбоку от пострадавшего у его изголовья и, зажав его нос и придерживая его язык носовым платком либо салфеткой, периодически (через каждые 3-4 с) быстро (за 1 с) и с силой после глубокого вдоха вдувать воздух из своего рта через марлю или носовой платок в рот пострадавшему; при этом краем глаза нужно следить за грудной клеткой пострадавшего: если она расширяется, значит, воздух попал в легкие. Затем нужно надавить на грудную клетку пострадавшего и вызвать выдох.
■ Можно использовать метод дыхания «рот в нос»; при этом спасатель своим ртом вдувает воздух в нос пострадавшего, а рукой плотно зажимает его рот.
■ Количество кислорода в выдыхаемом воздухе (16-17%) вполне достаточно для обеспечения газообмена в организме пострадавшего; а наличие в нем 3-4% углекислого газа способствует гуморальной стимуляции дыхательного центра.
Непрямой массаж сердца. При остановке сердца у пострадавшего его нужно уложить на спину обязательно на жесткую поверхность и освободить грудь от одежды. Затем спасатель должен стать в полный рост или на колени сбоку от пострадавшего, одну ладонь положить на нижнюю половину его грудины так, чтобы пальцы были ей перпендикулярны, и поверх поместить другую руку; при этом руки спасателя должны быть прямыми и располагаться перпендикулярно грудной клетке пострадавшего. Массаж нужно производить быстрыми (с периодичностью один раз в секунду) толчками, не сгибая руки в локтях, стараясь прогнуть грудную клетку по направлению к позвоночнику у взрослых — на 4-5 см, у детей — на 1,5-2 см.
■ Непрямой массаж сердца проводится в сочетании с искусственным дыханием: сначала пострадавшему делается 2 вдоха искусственного дыхания, затем 15 нажатий на грудину подряд, затем снова 2 вдоха искусственного дыхания и 15 нажатий и т.д.; после каждых 4 циклов нужно проверять у пострадавшего пульс. Признаки успешного оживления - появление пульса, сужение зрачков, порозовение кожи.
■ Один цикл может состоять также из одного вдоха искусственного дыхания и 5-6 нажатий грудной клетки.
(АНАТОМИЯ )Дыхательная система объединяет органы, которые выполняют воздухоносную (полость рта, носоглотка, гортань, трахея, бронхи) и дыхательную, или газообменную (легкие), функции.
Основная функция органов дыхания - обеспечение газообмена между воздухом и кровью путем диффузии кислорода и углекислого газа через стенки легочных альвеол в кровеносные капилляры. Кроме того, органы дыхания участвуют в звукообразовании, определении запаха, выработке некоторых гормоноподобных веществ, в липидном и водно-солевом обмене, в поддержании иммунитета организма.
В воздухоносных путях происходит очищение, увлажнение, согревание вдыхаемого воздуха, а также восприятие запаха, температурных и механических раздражителей.
Характерной особенностью строения дыхательных путей является наличие хрящевой основы в их стенках, в результате чего они не спадаются. Внутренняя поверхность дыхательных путей покрыта слизистой оболочкой, которая выстлана мерцательным эпителием и содержит значительное количество желез, выделяющих слизь. Реснички эпителиальных клеток, двигаясь против ветра, выводят наружу вместе со слизью и инородные тела.
Дыхание человека - сложный физиологический механизм, обеспечивающий обмен кислородом и углекислым газом между клетками и внешней средой.
Кислород постоянно поглощается клетками и одновременно идет процесс удаления из организма углекислого газа, который образуется в результате биохимических реакций, протекающих в организме.
Кислород участвует в реакциях окисления сложных органических соединений с их конечным распадом до углекислого газа и воды, в ходе чего образуется необходимая для жизни энергия.
Кроме жизненно необходимого газообмена, внешнее дыхание обеспечивает другие важные функции в организме , например способность к звукообразованию .
В этом процессе участвуют мышцы гортани, дыхательные мышцы, голосовые связки и полость рта, а сам он возможен только при выдохе. Вторая важная «недыхательная» функция - обоняние .
Кислород в нашем организме содержится в небольшом количестве - 2,5 — 2,8 л, причем около 15 % этого объема находится в связанном состоянии.
В покое человек в минуту потребляет приблизительно 250 мл кислорода и удаляет около 200 мл углекислого газа.
Таким образом, при остановке дыхания запаса кислорода в нашем организме хватает всего на несколько минут, затем наступает повреждение и гибель клеток, в первую очередь страдают клетки ЦНС.
Для сравнения: без воды человек способен прожить 10-12 суток (в организме человека запас воды в зависимости от возраста составляет до 75 %), без еды - до 1,5 мес.
При интенсивной физической нагрузке расход кислорода резко возрастает и может доходить до 6 л в минуту.
Дыхательная система
Функцию дыхания в организме человека осуществляет дыхательная система
, в которую входят органы внешнего дыхания (верхние дыхательные пути, легкие и грудная клетка, включая ее костно-хрящевой каркас и нервно-мышечную систему), органы транспорта газов кровью (сосудистая система легких, сердце) и регуляторные центры, обеспечивающие автоматизм дыхательного процесса.
Грудная клетка
Грудная клетка образует стенки грудной полости, в которой расположены сердце, легкие, трахея и пищевод.
Она состоит из 12 грудных позвонков, 12 пар ребер, грудины и соединений между ними. Передняя стенка грудной клетки короткая, она сформирована грудиной и реберными хрящами.
Задняя стенка образована позвонками и ребрами, тела позвонков расположены в грудной полости. Ребра соединены между собой и с позвоночником подвижными суставами и принимают активное участие в дыхании.
Промежутки между ребрами заполнены межреберными мышцами и связками. Изнутри грудная полость выстлана пристеночной, или париетальной, плеврой.
Дыхательные мышцы
Дыхательные мышцы подразделяют на осуществляющие вдох (инспираторные) и осуществляющие выдох (экспираторные). К основным инспираторным мышцам относят диафрагму, наружные межреберные и внутренние межхрящевые мышцы.
К вспомогательным инспираторным мышцам принадлежат лестничные, грудиноключично -сосцевидные, трапециевидные, большие и малые грудные.
К экспираторным мышцам относят внутренние межреберные, прямые, подреберные, поперечные, а также наружную и внутреннюю косые мышцы живота.
Разум - хозяин чувств, а дыхание - хозяин разума.
Диафрагма
Поскольку грудобрюшная перегородка, диафрагма, имеет крайне важное значение в процессе дыхания, рассмотрим ее строение и функции более подробно.
Эта обширная изогнутая (выпуклостью кверху) пластина полностью разграничивает брюшную и грудную полости.
Диафрагма - главная дыхательная мышца и важнейший орган брюшного пресса.
В ней выделяют сухожильный центр и три мышечные части с названиями по тем органам, от которых они начинаются, соответственно выделяют реберную, грудинную и поясничную области.
При сокращении купол диафрагмы удаляется от стенок грудной клетки и уплощается, за счет чего увеличивается объем грудной полости и уменьшается объем брюшной полости.
При одновременном сокращении диафрагмы с мышцами брюшного пресса повышается внутрибрюшное давление.
Следует учесть, что к сухожильному центру диафрагмы крепятся париетальная плевра, перикард и брюшина, то есть перемещение диафрагмы смещает органы грудной и брюшной полости.
Дыхательные пути
К дыхательным путям относят путь, который воздух проходит от носа до альвеол.
Их делят на воздухоносные пути, расположенные вне грудной полости (это носовые ходы, глотка, гортань и трахея) и внутригрудные дыхательные пути (трахея, главные и долевые бронхи).
Процесс дыхания условно можно разделить на три этапа:
Внешнее, или легочное, дыхание человека;
Транспорт газов кровью (транспортировка кислорода кровью к тканям и клеткам, одновременно удаление из тканей углекислого газа);
Тканевое (клеточное) дыхание, которое осуществляется непосредственно в клетках в специальных органеллах.
Внешнее дыхание человека
Мы рассмотрим основную функцию аппарата дыхания - внешнее дыхание, при котором происходит газообмен в легких, то есть поступление кислорода к дыхательной поверхности легких и удаление углекислого газа.
В процессе внешнего дыхания принимают участие собственно аппарат дыхания, включающий воздухоносные пути (нос, глотка, гортань, трахея), легкие и инспираторные (дыхательные) мышцы, расширяющие грудную клетку во всех направлениях.
Подсчитано, что в среднем суточная вентиляция легких составляет около 19 000-20 000 л воздуха, а за год через легкие человека проходит более 7 млн л воздуха.
Легочная вентиляция обеспечивает газообмен в легких и снабжается благодаря чередованию вдоха (инспирации) и выдоха (экспирации).
Вдох - это активный процесс за счет инспираторных (дыхательных) мышц, основные из которых - диафрагма, наружные косые межреберные мышцы и внутренние межхрящевые мышцы.
Диафрагма - это мышечно-сухожильное образование, разграничивающее брюшную и грудную полости, при ее сокращении увеличивается объем грудной клетки.
При спокойном дыхании диафрагма смещается вниз на 2-3 см, а при глубоком форсированном экскурсия диафрагмы может достигать 10 см.
При вдохе за счет расширения грудной клетки пассивно увеличивается объем легких, давление в них становится ниже атмосферного, что дает возможность проникать в них воздуху. Во время вдоха воздух первоначально проходит через нос, глотку и затем поступает в гортань. Носовое дыхание у человека очень важно, так как при прохождении воздуха через нос происходит увлажнение и согревание воздуха. Кроме того, эпителий, выстилающий полость носа, способен задерживать мелкие инородные тела, поступающие с воздухом. Таким образом, воздухоносные пути также выполняют очистительную функцию.
Гортань находится в передней области шеи, сверху она соединена с подъязычной костью, снизу переходит в трахею. Спереди и с боков располагаются правая и левая доли щитовидной железы. Гортань участвует в акте дыхания, защите нижних дыхательных путей и голосообразовании, состоит из 3 парных и 3 непарных хрящей. Из этих образований в процессе дыхания важную роль выполняет надгортанник, который предохраняет дыхательные пути от попадания инородных тел и пищи. В гортани условно выделяют три отдела. В среднем отделе расположены голосовые связки, которые образуют самое узкое место гортани - голосовую щель. Голосовые связки играют основную роль в процессе звукообразования, а голосовая щель - при дыхательной практике.
Из гортани воздух поступает в трахею. Трахея начинается на уровне 6-го шейного позвонка; на уровне 5-го грудного позвонка она делится на 2 главных бронха. Сама трахея и главные бронхи состоят из незамкнутых хрящевых полуколец, что обеспечивает их постоянную форму и не дает им спадаться. Правый бронх шире и короче левого, расположен вертикально и служит продолжением трахеи. Он делится на 3 долевых бронха, так как правое легкое разделяется на 3 доли; левый бронх - на 2 долевых бронха (левое легкое состоит из 2 долей)
Затем долевые бронхи делятся дихотомически (надвое) на бронхи и бронхиолы более мелких размеров, заканчиваясь дыхательными бронхиолами, на конце которых расположены альвеолярные мешочки, состоящие из альвеол - образований, в которых, собственно, и происходит газообмен.
В стенках альвеол находится большое количество мельчайших кровеносных сосудов - капилляров, которые служат для проведения газообмена и дальнейшей транспортировки газов.
Бронхи с разветвлением их на более мелкие бронхи и бронхиолы (до 12-го порядка стенка бронхов включает в себя хрящевую ткань и мышцы, это препятствует спадению бронхов во время выдоха) внешне напоминают дерево.
К альвеолам подходят терминальные бронхиолы, которые являются разветвлением 22-го порядка.
Количество альвеол в организме человека достигает 700 млн, а их суммарная площадь составляет 160 м2.
К слову, наши легкие имеют огромный резерв; в покое человек использует не более 5 % дыхательной поверхности.
Газообмен на уровне альвеол идет непрерывно, он осуществляется методом простой диффузии за счет разницы парциального давления газов (процентного со-отношения давления различных газов в их смеси).
Процентное давление кислорода в воздухе составляет около 21 % (в выдыхаемом воздухе его содержание - приблизительно 15 %), углекислого газа - 0,03 %.
Видео «Газообмен в легких»:
Спокойный выдох - пассивный процесс за счет нескольких факторов.
После прекращения сокращения инспираторных мышц ребра и грудина опускаются (за счет силы тяжести) и грудная клетка уменьшается в объеме, соответственно, увеличивается внутригрудное давление (становится выше атмосферного) и воздух устремляется наружу.
Легкие сами по себе обладают эластической упругостью, которая направлена на уменьшение объема легких.
Этот механизм обусловлен наличием пленки, выстилающей внутреннюю поверхность альвеол, которая содержит сурфактант - вещество, обеспечивающее поверхностное натяжение внутри альвеол.
Так, при перерастяжении альвеол сурфактант ограничивает этот процесс, стремясь сократить объем альвеол, в то же время не позволяя им спадаться полностью.
Механизм эластической упругости легких также обеспечивается за счет мышечного тонуса бронхиол.
Активный процесс с участием вспомогательных мышц.
В качестве экспираторных мышц при глубоком выдохе выступают мышцы живота (косые, прямая и поперечные), при сокращении которых возрастает давление в брюшной полости и поднимается диафрагма.
К вспомогательным мышцам, обеспечивающим выдох, также можно отнести межреберные внутренние косые мышцы и мышцы, сгибающие позвоночник.
Внешнее дыхание можно оценить с помощью нескольких параметров.
Дыхательный объем. Количество воздуха, которое в спокойном состоянии поступает в легкие. В покое норма составляет приблизительно 500-600 мл.
Объем вдоха немного больше, так как углекислого газа выдыхается меньше, чем поступает кислорода.
Альвеолярный объем . Часть дыхательного объема, которая участвует в газообмене.
Анатомическое мертвое пространство. Образуется в основном за счет верхних дыхательных путей, которые заполнены воздухом, но сами не участвуют в газообмене. Оно составляет около 30 % от дыхательного объема легких.
Резервный объем вдоха. Количество воздуха, которое человек может дополнительно вдохнуть после обычного вдоха (может достигать 3 л).
Резервный объем выдоха. Остаточный воздух, который можно выдохнуть после спокойного выдоха (у отдельных людей достигает 1,5 л).
Частота дыхания. В среднем составляет 14-18 дыхательных циклов в минуту. Она обычно возрастает при физической на-грузке, стрессе, беспокойстве, когда организму требуется больше кислорода.
Минутный объем легких . Определяется с учетом дыхательного объема легких и частоты дыхания в минуту.
В нормальных условиях продолжительность фазы выдоха длиннее, чем вдоха, приблизительно в 1,5 раза.
Из характеристик внешнего дыхания важен еще тип дыхания.
Он зависит от того, осуществляется ли дыхание только с помощью экскурсии грудной клетки (грудной, или реберный, тип дыхания) либо в процессе дыхания основное участие принимает диафрагма (брюшной, или диафрагмальный, тип дыхания).
Дыхание находится выше сознания.
Для женщин более характерен грудной тип дыхания, хотя физиологически более оправдано дыхание с участием диафрагмы.
При этом виде дыхания лучше вентилируются нижние отделы легких, увеличивается дыхательный и минутный объем легких, организм затрачивает меньше энергии на процесс дыхания (диафрагма движется легче, чем костно-хрящевой каркас грудной клетки).
Параметры дыхания на протяжении всей жизни человека регулируются автоматически, в зависимости от потребностей в определенное время.
Центр регуляции дыхания состоит из нескольких звеньев.
В качестве первого звена регуляции выступает необходимость поддержания на постоянном уровне напряжения кислорода и углекислого газа в крови.
Эти параметры постоянны, при выраженных нарушениях организм может существовать всего несколько минут.
Второе звено регуляции - периферические хеморецепторы, расположенные в стенках сосудов и тканях, которые реагируют на снижение уровня кислорода крови либо на повышение уровня углекислого газа. Раздражение хеморецепторов вызывает изменение частоты, ритма и глубины дыхания.
Третье звено регуляции - собственно дыхательный центр, который состоит из нейронов (нервных клеток), расположенных на различных уровнях нервной системы.
Различают несколько уровней дыхательного центра.
Спинальный дыхательный центр , расположенный на уровне спинного мозга, иннервирует диафрагму и межреберные мышцы; его значение - в изменении силы сокращения этих мышц.
Центральный дыхательный механизм (генератор ритма), находящийся в продолговатом мозге и варолиевом мосту, обладает свойством автоматизма и регулирует дыхание в покое.
Центр, расположенный в коре больших полушарий и гипоталамусе , обеспечивает регуляцию дыхания при физической нагрузке и в состоянии стресса; кора головного мозга позволяет произвольно регулировать дыхание, производить самовольную задержку дыхания, осознанно менять его глубину и ритм и так далее.
Следует отметить еще один важный момент: отклонение от нормального ритма дыхания обычно сопровождается изменениями со стороны других органов и систем организма.
Одновременно с изменением частоты дыхания часто нарушается частота сердечных сокращений и становится нестабильным артериальное давление.
Предлагаем к просмотру видео увлекательный и познавательный фильм «Чудо системы дыхания»:
Дышите правильно и будьте здоровы!
Дыхательная система человека активно задействуется во время выполнения любых видов двигательной активности, будь то аэробная или анаэробная нагрузка. Любой уважающий себя персональный тренер должен владеть знаниями о строении дыхательной системы, ее предназначении и о том, какую роль она выполняет в процессе занятий спортом. Знания о физиологии и анатомии являются индикатором отношения тренера к своему ремеслу. Чем больше он знает, тем выше его квалификация, как специалиста.
Дыхательная система – это совокупность органов, целью которой является обеспечение организма человека кислородом. Процесс обеспечения кислородом имеет название – газообмен. Вдыхаемый человеком кислород, на выдохе превращается в углекислый газ. Газообмен происходит в легких, а именно в альвеолах. Их вентилирование реализуется чередованием циклов вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). Процесс вдоха взаимосвязан с двигательной активностью диафрагмы и внешних межреберных мышц. На вдохе диафрагма опускается, а ребра поднимаются. Процесс выдоха происходит по большей части пассивно, вовлекая только внутренние межреберные мышцы. На выдохе диафрагма поднимается, ребра опускаются.
Дыхание обычно разделяют по способу расширения грудной клетки на два типа: грудное и брюшное. Первое чаще наблюдается у женщин (расширение грудины происходит за счет поднятия ребер). Второе чаще наблюдается у мужчин (расширение грудины происходит за счет деформации диафрагмы).
Строение дыхательной системы
Дыхательные пути разделяют на верхние и нижние. Такое разделение является чисто символическим и граница между верхними и нижними путями дыхания проходит в месте пересечения дыхательной и пищеварительной систем в верхней части гортани. К верхним дыхательным путям относят полость носа, носоглотку и ротоглотку с ротовой полостью, но только частично, так как последняя в процессе дыхания не задействована. К нижним дыхательным путям относят гортань (хотя иногда ее относят и к верхним путям), трахею, бронхи и легкие. Воздушные пути внутри легких представляют своего рода дерево и разветвляются примерно 23 раза, прежде чем кислород попадет в альвеолы, в которых и происходит газообмен. Схематическое изображение системы дыхания человека вы можете увидеть на рисунке ниже.
Строение дыхательной системы человека: 1- Лобная пазуха; 2- Клиновидная пазуха; 3- Носовая полость; 4- Преддверие носа; 5- Ротовая полость; 6- Глотка; 7- Надгортанник; 8- Голосовая складка; 9- Щитовидный хрящ; 10- Перстеневидный хрящ; 11- Трахея; 12- Верхушка легкого; 13- Верхняя доля (долевые бронхи: 13.1- Правый верхний; 13.2- Правый средний; 13.3- Правый нижний); 14- Горизонтальная щель; 15- Косая щель; 16- Средняя доля; 17- Нижняя доля; 18- Диафрагма; 19- Верхняя доля; 20- Язычковый бронх; 21- Киль трахеи; 22- Промежуточный бронх; 23- Левый и правый главные бронхи (долевые бронхи: 23.1- Левый верхний; 23.2- Левый нижний); 24- Косая щель; 25- Сердечная вырезка; 26- Язычок левого легкого; 27- Нижняя доля.
Дыхательные пути выступают в роли связующего звена между окружающей средой и основным органом дыхательной системы – легкими. Они располагаются внутри грудной клетки и окружены ребрами и межреберными мышцами. Непосредственно в легких и происходит процесс газообмена между кислородом, поступившим к легочным альвеолам (см. рисунок ниже) и кровью, которая циркулирует внутри легочных капилляров. Последние осуществляют доставку кислорода в организм и выведение из него газообразных продуктов обмена. Соотношение кислорода и углекислого газа в легких поддерживается на относительно постоянном уровне. Прекращение поступления кислорода в организм приводит к потере сознания (клиническая смерть), затем к необратимым нарушениям работы мозга и в конечном счете к гибели (биологическая смерть).
Строение альвеолы: 1- Капиллярное русло; 2- Соединительная ткань; 3- Альвеолярные мешочки; 4- Альвеолярный ход; 5- Слизистая железа; 6- Слизистая выстилка; 7- Легочная артерия; 8- Легочная вена; 9- Отверстие бронхиолы; 10- Альвеола.
Процесс дыхания, как я уже говорил выше, осуществляется за счет деформации грудной клетки при помощи дыхательных мышц. Само по себе дыхание – это один из немногих процессов, протекающих в организме, который контролируется им как осознанно, так и бессознательно. Вот почему человек во время сна, находясь в бессознательном состоянии продолжает дышать.
Функции дыхательной системы
Основные две функции, которые выполняет дыхательная система человека – это непосредственно само дыхание и газообмен. Помимо прочего, она участвует в таких не менее важных функциях, как поддержание теплового баланса тела, формирование тембра голоса, восприятие запахов, а также повышение влажности вдыхаемого воздуха. Легочная ткань принимает участие в производстве гормонов, водно-солевом и липидном обмене. В обширной системе сосудов легких происходит депонирование (хранение) крови. Также дыхательная система защищает организм от механических факторов внешней среды. Впрочем, из всего этого многообразия функций нас будет интересовать именно газообмен, так как без него не протекает ни обмен веществ, ни образование энергии, ни как следствие, сама жизнь.
В процессе дыхания кислород через альвеолы проникает кровь, а углекислый газ через них же выводится из организма. Данный процесс предполагает проникновение кислорода и углекислого газа сквозь капиллярную мембрану альвеол. В состоянии покоя давление кислорода в альвеолах приблизительно на 60 мм рт. ст. выше по сравнению с давлением в кровеносных капиллярах легких. За счет этого кислород проникает в кровь, которая течет по легочным капиллярам. Таким же образом углекислый газ проникает в обратном направлении. Процесс газообмена протекает настолько быстро, что его можно назвать фактически мгновенным. Схематически этот процесс изображен на рисунке ниже.
Схема протекания процесса газообмена в альвеолах: 1- Капиллярная сеть; 2- Альвеолярные мешочки; 3- Отверстие бронхиолы. I- Поступление кислорода; II- Выведение углекислого газа.
С газообменом разобрались, теперь поговорим об основных понятиях относительно дыхания. Объем воздуха, вдыхаемый и выдыхаемый человеком за одну минуту, называется минутным объемом дыхания . Он обеспечивает необходимый уровень концентрации газов в альвеолах. Показатель концентрации определяется дыхательным объемом – это количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает в процессе дыхания. А также частотой дыхательных движений , иными словами – частотой дыхания. Резервный объем вдоха – это максимальный объем воздуха, который человек может вдохнуть после обычного вдоха. Следовательно, резервный объем выдоха – это максимальное количество воздуха, которое человек может выдохнуть дополнительно, после обычного выдоха. Максимальный объем воздуха, который человек способен выдохнуть после максимального вдоха, называется жизненной емкостью легких . Тем не менее, даже после максимального выдоха в легких остается определенное количество воздуха, которое называется остаточным объемом легких . Сумма жизненной емкости легких и остаточного объема легких дает нам общую емкость легких , которая у взрослого человека равняется 3-4 литрам воздуха на 1 легкое.
Момент вдоха приносит кислород в альвеолы. Помимо альвеол, воздух также заполняет все остальные участки дыхательных путей – ротовую полость, носоглотку, трахею, бронхи и бронхиолы. Поскольку в процессе газообмена эти отделы дыхательной системы не участвуют, они получили название анатомически мертвого пространства . Объем воздуха, который заполняет это пространство, у здорового человека, как правило составляет порядка 150 мл. С возрастом, этот показатель имеет тенденцию увеличиваться. Поскольку в момент глубокого вдоха дыхательные пути имеют свойство расширяться, нужно иметь в виду, что увеличение дыхательного объема сопровождается одновременно и увеличением анатомического мертвого пространства. Такое относительное увеличение дыхательного объема обычно превышает данный показатель для мертвого анатомического пространства. В итоге, при увеличении дыхательного объема, доля анатомического мертвого пространства понижается. Таким образом, мы можем сделать вывод, что увеличение дыхательного объема (при глубоком дыхании) обеспечивает значительно более качественную вентиляцию легких, сравнительно с учащенным дыханием.
Регуляция дыхания
Для полноценного обеспечения организма кислородом, нервная система регулирует скорость вентиляции легких через изменение частоты и глубины дыхания. За счет этого концентрация кислорода и углекислого газа в артериальной крови не меняется даже под воздействием таких активных физических нагрузок, как работа на кардиотренажере или тренировка с отягощениями. Регуляция дыхания контролируется дыхательным центром, который приведен на рисунке ниже.
Строение дыхательного центра ствола мозга: 1- Варолиев мост; 2- Пневмотаксический центр; 3- Апнейстический центр; 4- Предкомплекс Бетцингера; 5- Дорсальная группа дыхательных нейронов; 6- Вентральная группа дыхательных нейронов; 7- Продолговатый мозг. I- Дыхательный центр ствола мозга; II- Части дыхательного центра моста; III- Части дыхательного центра продолговатого мозга.
Дыхательный центр состоит из нескольких разрозненных групп нейронов, которые расположены с обеих сторон нижней части ствола мозга. Всего выделяют три основных группы нейронов: дорсальная группа, вентральная группа и пневмотаксический центр. Рассмотрим их более подробно.
- Дорсальная дыхательная группа играет важнейшую роль в реализации процесса дыхания. Она также является и главным генератором импульсов, которые задают постоянный ритм дыхания.
- Вентральная дыхательная группа выполняет сразу несколько важных функций. В первую очередь, дыхательные импульсы от данных нейронов принимают участие в регуляции процесса дыхания, контролируя уровень легочной вентиляции. Помимо прочего, возбуждение избранных нейронов вентральной группы может стимулировать вдох или выдох, в зависимости от момента возбуждения. Важность этих нейронов особенно велика, так как они способны управлять мышцами живота, принимающими участие в цикле выдоха при глубоком дыхании.
- Пневмотаксический центр принимает участие в управлении частотой и амплитудой дыхательных движений. Главное влияние данного центра состоит в регуляции длительности цикла наполнения легких, как фактора, который ограничивает дыхательный объем. Добавочным эффектом такой регуляции является непосредственное воздействие на частоту дыхания. При уменьшении длительности цикла вдоха, цикл выдоха также сокращается, что в итоге приводит к увеличению частоты дыхания. То же справедливо и в обратном случае. При увеличении длительности цикла вдоха, цикл выдоха также увеличивается, при этом частота дыхания снижается.
Заключение
Дыхательная система человека – это в первую очередь набор органов, необходимый для обеспечения организма жизненно необходимым кислородом. Знание анатомии и физиологии данной системы дает вам возможность понять базовые основы построения тренировочного процесса как аэробной, так и анаэробной направленности. Приведенная здесь информация имеет особое значение при определении целей тренировочного процесса и может служить основой для оценки состояния здоровья атлета при плановом построении тренировочных программ.
Дыхание - это процесс обмена такими газами, как кислород и углерод, происходящий между внутренней средой человека и окружающим миром. Дыхание человека представляет собой сложно регулируемый акт совместной работы нервов и мышц. Их слаженная работа обеспечивает осуществление вдоха - поступление кислорода в организм, и выдоха - выведение углекислого газа в окружающую среду.
Дыхательный аппарат имеет сложное строение и включает в себя: органы дыхательной системы человека, мышцы, отвечающие за акты вдоха и выдоха, нервы, регулирующие весь процесса обмена воздухом, а также кровеносные сосуды.
Сосуды имеют особое значение для осуществления дыхания. Кровь по венам поступает в легочную ткань, где происходит обмен газами: кислород поступает, а углекислый газ выходит. Возврат насыщенной кислородом крови осуществляется по артериям, которые транспортируют его к органам. Без процесса оксигенации тканей дыхание не имело бы никакого смысла.
Оценка функции органов дыхания производится врачами-пульмонологами. Важными показателями при этом являются:
- Ширина просвета бронхов.
- Объем дыхания.
- Резервные объемы вдоха и выдоха.
Изменение хотя бы одного из этих показателей приводит к ухудшению самочувствия и являются важным сигналом к дополнительной диагностике и лечению.
Кроме того, имеются второстепенные функции, которые выполняет дыхание. Это:
- Местная регуляция процесса дыхания, благодаря которой обеспечивается приспособление сосудов к вентиляции.
- Синтез различных биологически активных веществ, осуществляющих сужение и расширение сосудов по мере необходимости.
- Фильтрация, которая отвечает за рассасывание и распад инородных частиц, и даже тромбов в мелких сосудах.
- Депонирование клеток лимфатической и кроветворной систем.
Этапы процесса дыхания
Благодаря природе, придумавшей столь уникальное строение и функции органов дыхания, возможно осуществление такого процесса, как обмен воздухом. Физиологически он имеет несколько стадий, которые, в свою очередь, регулируются центральной нервной системой, и только благодаря этому работают как часы.
Итак, ученые в результате многолетних исследований выделили следующие стадии, в совокупности организующие дыхание. Это:
- Внешнее дыхание - доставка воздуха из внешней среды к альвеолам. В этом активное участие принимают все органы дыхательной системы человека.
- Доставка кислорода к органам и тканям путем диффузии, в результате этого физического процесса происходит оксигенация тканей.
- Дыхание клеток и тканей. Иными словами, окисление органических веществ в клетках с высвобождением энергии и углекислого газа. Несложно понять, что без кислорода окисление невозможно.
Значение дыхания для человека
Зная строение и функции дыхательной системы человека, трудно переоценить значение такого процесса, как дыхание.
Кроме того, благодаря ему осуществляется обмен газами между внутренней и внешней средой человеческого организма. Дыхательная система участвует:
- В терморегуляции, то есть охлаждает организм при повышенной температуре воздуха.
- В функции выделения случайных чужеродных веществ, таких, как пыль, микроорганизмы и минеральные соли, или ионы.
- В создании звуков речи, что необычайно важно для социальной сферы человека.
- В обонянии.