Дыхательный цикл. Механизмы вдоха и выдоха

Глава 12

 

ПРОЦЕСС ДЫХАНИЯ

 

Анатомия и физиология органов дыхания

 

Обзор дыхательной системы. Значение дыхания

 

Дыхательной системой называется система органов, посред­ством которых происходит газообмен между организмом и внешней сре­дой (рис. № 218). В дыхательной системе выделяют органы, выполняющие воздухопроводящую (полость носа, глотка, гортань, трахея, бронхи) и дыхательную, или газообменную, функции (легкие).

Все органы дыхания, относящиеся к дыхательным путям, имеют твердую основу из костей и хрящей, благодаря чему эти пути не спадают­ся, и по ним свободно циркулирует воздух во время дыхания. Изнутри ды­хательные пути выстланы слизистой оболочкой, снабженной почти на всем протяжении мерцательным (реснитчатым) эпителием. В дыхательных путях происходит очищение, увлажнение, согревание вдыхаемого воздуха, а также рецепция (восприятие) обонятельных, температурных и механиче­ских раздражителей. Газообмен здесь не происходит, и состав воздуха не меняется. Поэтому пространство, заключенное в этих путях, называется мертвым, или вредным. При спокойном дыхании объем воздуха в мертвом пространстве составляет 140-150 мл (при вдыхании 500 мл воздуха).

Во время вдоха и выдоха воздух по воздухоносным путям поступает в легочные альвеолы и выводится из них. Стенки альвеол очень тонкие и служат для диффузии газов. Из находящегося в альвеолах воздуха в кровь поступает кислород, а обратно - углекислый газ. Оттекающая из легких артериальная кровь переносит кислород во все органы тела, а притекаю­щая в легкие венозная кровь доставляет углекислый газ.

Говоря о значении дыхания, следует подчеркнуть, что дыхание - это

одна из основных жизненных функций. Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в окислительно-восстановительных реакциях и удаление из организма углекислого газа и метаболической воды. Без кислорода невозможен об­мен веществ, и для сохранения жизни необходимо постоянное поступле­ние кислорода. Поскольку в организме человека отсутствует депо кисло­рода, поэтому непрерывное поступление его в организм является жизнен­ной необходимостью. Если без пищи человек может прожить в необходи­мых случаях более месяца, без воды - 10 дней, то без кислорода всего лишь около 5 минут (4-6 мин). Таким образом, сущность дыхания заклю­чается в постоянном обновлении газового состава крови, а значение дыха­ния - в поддержании оптимального уровня окислительно-восстанови­тельных процессов в организме.

В структуре акта дыхания человека выделяют 3 этапа (процесса), ко­торые представлены в виде схемы.

 

 

АКТ ДЫХАНИЯ

1. Внешнее, или 2. Транспорт газов 3. Внутреннее, или

легоч­ное, дыхание кровью тканевое, дыхание

 

- Обмен газов между - Обмен газов

атмосферным и ме­жду кровью и

аль­веолярным воздухом; тка­нями;

 

- Газообмен между - Клеточное дыха­ние

кровью легочных ка­пилляров (потребление кислорода и

и альвеолярным воздухом. выделение углеки­слого

газа).

 

Полость носа

 

Полость носа (cavitas nasi) вместе с наружным носом являются составными частями анатомического образования, называемого носом (областью носа) (рис. № 219). Наружный нос представляет собой возвышение, распо­ложенное посередине лица. В его образовании участвуют носовые кости, лобные отростки верхних челюстей, носовые хрящи (гиалиновые) и мяг­кие ткани (кожа, мышцы). Величина и форма наружного носа подвержена у разных людей большим колебаниям.

Полость носа является началом дыхательной системы. Спереди она сообщается с наружной средой через два входных отверстия - ноздри, сза­ди - с носоглоткой через хоаны. Носоглотка через слуховые (евстахиевы) трубы сообщается с полостью среднего уха. Полость носа делится на две почти симметричные половины перегородкой, образованной вертикальной пластинкой решетчатой кости и сошником (рис. № 221). В полости носа различают верхнюю, нижнюю, латеральную и медиальную (перегородка) стенки. С латеральной стенки свисают три носовые раковины: верхняя, средняя и нижняя, под которыми образуются 3 носовых хода: верхний, средний и нижний (рис. № 220). Выделяют еще общий носовой ход: узкое щелевидное простран­ство между медиальными поверхностями носовых раковин и перегородкой носа. Область верхнего носового хода называется обонятельной, так как в ее слизистой оболочке находятся обонятельные рецепторы, а среднего и нижнего - дыхательной. Слизистая оболочка полости носа и носовых рако­вин покрыта однослойным многорядным мерцательным эпителием, со­держащим большое количество ресничек, слизистых желез. Она обильно снабжена кровеносными сосудами и нервами. Реснички мерцательного эпителия задерживают пылевые частицы, секрет слизистых желез обвола­кивает их, смачивает слизистую оболочку и увлажняет сухой воздух. Кро­веносные сосуды, образуя густые венозные сплетения в области нижней и частично средней носовых раковин, способствуют согреванию вдыхаемого воздуха (пещеристые венозные сплетения). Однако при повреждении этих сплетений возможны обильные кровотечения из полости носа.

В полость носа посредством отверстий открываются околоносовые, или придаточные, пазухи (синусы): верхнечелюстная, или гайморова (парная), лобная, клиновидная и решетчатые. Стенки пазух выстланы сли­зистой оболочкой, которая является продолжением слизистой оболочки полости носа. Эти пазухи участвуют в согревании вдыхаемого воздуха и являются звуковыми резонаторами. В нижний носовой ход открывается также нижнее отверстие носослезного протока.

Воспаление слизистой оболочки полости носа называется ринитом (греч. rhinos - нос), придаточных пазух носа - синуситом, слизистой обо­лочки слуховой трубы - евстахиитом. Изолированное воспаление верхне­челюстной (гайморовой) пазухи называется гайморитом, лобной пазухи - фронтитом, а одновременное воспаление слизистой оболочки полости носа и придаточных пазух - риносинуситом.

 

Гортань

 

Гортань (larynx) - это начальный хрящевой отдел дыхатель­ного горла, предназначенный для проведения воздуха, образования звуков (голосообразования) и защиты нижних дыхательных путей от попадания в них инородных частиц (рис. № 222). Является самым узким местом во всей дыхатель­ной трубке, что важно учитывать при некоторых заболеваниях у детей (при дифтерии, гриппе, кори и др.) из-за опасности ее полного стеноза и асфиксии (круп). У взрослых людей гортань располагается в переднем отделе шеи на уровне 1V-VI шейных позвонков. Вверху она подвешена к подъязычной кости, внизу переходит в дыхательное горло - трахею. Спереди от нее лежат мышцы шеи, сбоку - доли щитовидной железы и сосудисто-нервные пучки. Вместе с подъязычной костью гортань смещается вверх и вниз при глотании.

Скелет гортани образован хрящами (рис. № 223, 224). Различают 3 непарных хряща и 3 парных. Непарными хрящами являются перстневидный, щитовидный, над­гортанны й (надгортанник), парными - черпаловидный, рожковидный и клиновидный. Все хрящи гиалиновые, за исключением надгортанника рожковидного, клиновидного и голосового отростка черпаловидных хря­щей. Самым крупным из хрящей гортани является щитовидный хрящ. Он состоит из двух четырехугольных пластинок, соединенных друг с другом спереди под углом 90° у мужчин и 120° у женщин. Угол легко прощупы­вается через кожу шеи и называется выступом гортани (кадык), или ада­мовым яблоком. Перстневидный хрящ по форме напоминает перстень, состоит из дуги - передней суженной части и четырехугольной пластинки, обращенной кзади. Надгортанник расположен позади корня языка и ограничивает вход в гортань спереди. Черпаловидные хрящи (правый и левый) лежат над пластинкой перстневидного хряща. Небольшие хрящи: рожковидные и клиновидные (парные) лежат над верхушками черпало­видных хрящей.

Хрящи гортани соединены между собой суставами, связками и при­водятся в движение поперечнополосатыми мышцами.

Мышцы гортани начинаются от одних и прикрепляются к другим ее хрящам (рис. № 225). По функции они делятся на 3 группы: расширители голосовой щели, суживатели и мышцы, натягивающие (напрягающие) голосовые связки.

Полость гортани имеет форму песочных часов. В ней различают 3 отдела:

1) верхний расширенный отдел - преддверие гортани;

2) средний суженный отдел - собственно голосовой аппарат;

3) нижний расширенный отдел - подголосовую полость.

Средний отдел на своих боковых стенках имеет две пары складок слизистой оболочки с углублениями между ними - желудочки гортани (морганьевы желудочки). Верхние складки называются преддверными (ложными голосовыми) складками, а нижние - истинными голосовыми складками. В толще последних лежат голосовые связки, образованные эла­стическими волокнами, и голосовые мышцы, напрягающие в целом или частично голосовые связки. Промежуток между правой и левой голосовы­ми складками называется голосовой щелью(рис. № 226, 227). В голосовой щели выделяют межперепончатую часть, располагающуюся между голосовыми связками (3/4 передней части голосовой щели), и межхрящевую часть, ограничен­ную голосовыми отростками черпаловидных хрящей (1/4 задней части голосовой щели). Длина голосовой щели (переднезадний размер) у мужчин составляет 20-24 мм, у женщин - 16-19 мм. Ширина голосовой щели при спокойном дыхании равна 5 мм, при голосообразовании достигает 15 мм. При максимальном расширении голосовой щели (пение, крик) видны кольца трахеи вплоть до разделения ее на главные бронхи. Голосовые связки натянуты между щитовидным и черпаловидными хрящами и служит для воспроизведения звуков. Выдыхаемый воздух колеблет голосовые связки, в результате чего возникают звуки. При образовании звуков меж­перепончатая часть голосовой щели суживается и представляет собой щель, а межхрящевая часть формирует треугольник. С помощью других органов (глотка, мягкое небо, язык, губы и др.) эти звуки становятся чле­нораздельными.

Гортань имеет 3 оболочки: слизистую, фиброзно-хрящевую и соеди­нительнотканную (адвентициальную). Слизистая оболочка, за исключени­ем голосовых складок, выстлана многорядным мерцательным эпителием. Слизистая оболочка голосовых складок покрыта многослойным плоским эпителием (неороговевающим) и не содержит желез. В подслизистой ос­нове гортани располагается большое количество эластических волокон, которые образуют фиброзно-эластическую мембрану гортани. Названные выше складки преддверия и голосовые складки содержат связки, являю­щиеся частями этой мембраны. Фиброзно-хрящевая оболочка состоит из гиалиновых и эластических хрящей, окруженных плотной волокнистой соединительной тканью, и выполняет роль опорного каркаса гортани. Адвентициальная оболочка соединяет гортань с окружающими образования­ми шеи.

Воспаление слизистой оболочки гортани называется ларингитом.

 

Трахея и бронхи

 

Трахея (trachea), или дыхательное горло, - непарный орган, обеспечивающий проведение воздуха из гортани в бронхи и легкие и об­ратно(рис. № 228, 229). Имеет форму трубки длиной 9-15 см, диаметром 15-18 мм. Трахея располагается в области шеи - шейная часть и в грудной полости - грудная часть. Начинается от гортани на уровне VI-VII шейных позвонков, а на уровне IV-V грудных позвонков делится на два главных бронха - правый и левый. Это место называется бифуркацией трахеи (раздвоение, вилка). Трахея состоит из 16-20 хрящевых гиалиновых полуколец, соединенных между собой фиброзными кольцевыми связками. Задняя, прилежащая к пищеводу стенка трахеи мягкая и называется перепончатой. Она состоит из соединительной и гладкой мышечной ткани. Слизистая оболочка трахеи выстлана однослойным многорядным мерцательным эпителием и содер­жит большое количество лимфоидной ткани и слизистых желез. Снаружи трахея покрыта адвентицией. Воспаление слизистой оболочки трахеи называется трахеитом.

Бронхи (bronchi) - органы, выполняющие функцию проведения воздуха от трахеи до легочной ткани и обратно. Различают главные бронхи: правый и левый и бронхиальное дерево, входящее в состав легких. Длина правого главного бронха 1-3 см, левого - 4-6 см. Над правым главным бронхом проходит непарная вена, а над левым - дуга аорты. Правый главный бронх не только короче, но и шире, чем левый, имеет более вертикальное направление, являясь как бы продолжением трахеи. Поэтому в правый главный бронх чаще, чем в левый, попадают инородные тела.

Стенка главных бронхов по своему строению напоминает стенку трахеи Их скелетом являются хрящевые полукольца: в правом бронхе 6-8, в левом - 9-12. Сзади главные бронхи имеют перепончатую стенку. Изнутри глав­ные бронхи выстланы слизистой оболочкой, покрытой однослойным мер­цательным эпителием. Снаружи они покрыты соединительнотканной обо­лочкой (адвентицией).

Главные бронхи в области ворот легких делятся на долевые бронхи: правый на 3, а левый на 2 бронха. Долевые бронхи внутри легкого делятся на сегментарные бронхи, сегментарные - на субсегментарные, или сред­ние, бронхи (5-2 мм диаметром), средние - на мелкие (диаметром 2-1 мм). Самые малые по калибру бронхи (диаметром около 1 мм) входят по одно­му в каждую дольку легкого под названием долькового бронха. Внутри легочной дольки этот бронх делится на 18-20 концевых бронхиол (диамет­ром около 0,5 мм). Каждая концевая бронхиола делится дихотомически на дыхательные бронхиолы 1-го, 2-го и 3-го порядка, переходящие в расши­рения - альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки. Подсчитано, что от трахеи до альвеол дыхательные пути ветвятся дихотомически (раздваива­ются) 23 раза. Причем первые 16 поколений дыхательных путей - бронхи и бронхиолы выполняют проводящую функцию (кондуктивная зона). Поко­ления 17-22 - респираторные (дыхательные) бронхиолы и альвеолярные ходы составляют переходную (транзиторную) зону. 23-е поколение цели­ком состоит из альвеолярных мешочков с альвеолами - дыхательная, или респираторная, зона.

Стенки крупных бронхов по строению сходны со стенками трахеи и главных бронхов, но скелет их образован не хрящевыми полукольцами, а хрящевыми пластинками, которые по мере уменьшения калибра бронхов также уменьшаются. Многорядный реснитчатый эпителий слизистой обо­лочки крупных бронхов в мелких бронхах переходит в однослойный куби­ческий реснитчатый эпителий. И только толщина мышечной пластинки слизистой оболочки в мелких бронхах не изменяется. Длительное сокра­щение мышечной пластинки в мелких бронхах, например, при бронхиаль­ной астме, вызывает их спазм и затруднение дыхания. Следовательно, мелкие бронхи выполняют функцию не только проведения, но и регуляции поступления воздуха в легкие.

Стенки концевых бронхиол тоньше стенок мелких бронхов, в них отсутствуют хрящевые пластинки. Слизистая оболочка их выстлана куби­ческим реснитчатым эпителием. Они содержат пучки гладких мышечных клеток и много эластических волокон, вследствие чего бронхиолы легко растяжимы (при вдохе).

Дыхательные бронхиолы, отходящие от концевой бронхиолы, а также альвеолярные ходы, альвеолярные мешочки и альвеолы легкого образуют альвеолярное дерево (легочный ацинус), относящийся к дыхательной па­ренхиме легкого.

Воспаление слизистой оболочки бронхов называется бронхитом.

 

Строение легких и плевры

 

Легкие ( pulmones; греч. pneumones) - это парные дыхательные органы, представляющие собой полые мешки ячеистого строения, подраз­деленные на тысячи обособленных мешочков (альвеол) с влажными стен­ками, снабженными густой сетью кровеносных капилляров (рис. № 230). Раздел меди­цины, изучающий строение, функции и заболевания легких, называется пульмонологией.

Легкие расположены в герметически замкнутой грудной полости и отделены друг от друга средостением, в состав которого входят сердце, крупные сосуды (аорта, верхняя полая вена), пищевод и другие органы (рис. № 231). По форме легкое напоминает неправильный конус с основанием, обращенным к диафрагме, и верхушкой, выступающей на 2-3 см над ключицей в облас­ти шеи. На каждом легком различают 3 поверхности: диафрагмальную, реберную и медиальную и два края: передний и нижний. Реберная и диафрагмальная поверхности отделены друг от друга острым нижним краем и прилежат соответственно к ребрам, межреберным мышцам и куполу диафрагмы. Медиальная поверхность, обращенная к средостению, отделяется от реберной передним краем легкого. На медиальной (средостенной) по­верхности обоих легких располагаются ворота легкого, через которые про­ходят главные бронхи, сосуды и нервы, составляющие корень легкого.

Каждое легкое посредством борозд делится на доли (рис. № 230). В правом легком имеется 3 доли: верхняя, средняя и нижняя, в левом - 2 доли: верхняя и Нижняя. Доли разделяются на сегменты, которых в каждом легком при­мерно по 10. Сегменты состоят из долек, а дольки - из ацинусов (рис. № 232, 233). Ацинусы (грозди) являются структурно-функциональными единицами легкого, которые осуществляют основную функцию легких - газообмен. В каждую лёгочную дольку входят 16-18 ацинусов. Ацинус начинается от концевой бронхиолы, которая дихотомически делится на дыхательные бронхиолы 1-2-3 порядка и переходит в альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки с расположенными на их стенках альвеолами легких. Число легочных ацинусов в одном легком достигает 150000. В каждый ацинус входит большое количество альвеол.

Альвеолы - это выпячивания в виде пузырьков диаметром до 0,25 мм внутренняя поверхность которых выстлана однослойным плоским эпите­лием, расположенным на сети эластических волокон и оплетенным снару­жи кровеносными капиллярами. Изнутри альвеолы покрыты тонкой плен­кой фосфолипида — сурфактантом (рис. № 236), который выполняет много важных функций:

1) понижает поверхностное натяжение альвеол;

2) увеличивает растяжимость легких;

3) обеспечивает стабильность легочных альвеол, препятствуя их спа­дению, слипанию и появлению ателектаза;

4) препятствует транссудации (выходу) жидкости на поверхность альвеол из плазмы капилляров легких.

Толщина стенки альвеолы в местах соприкосновения (прилежания) безъядерных участков эпителиоцитов легких и эндотелия капилляров со­ставляет около 0,5 мкм. На свободной поверхности эпителиоцитов имеют­ся очень короткие цитоплазматические выросты, обращенные в полость альвеол, что увеличивает общую площадь соприкосновения воздуха с по­верхностью эпителия. Количество альвеол в обоих легких у взрослого че­ловека достигает от 600 до 700 млн, а общая дыхательная поверхность всех альвеол составляет около 100 кв.м.

Кроме дыхательной функции легкие осуществляют регуляцию водно­го обмена, участвуют в процессах терморегуляции, являются депо крови (от 0,5 до 1,2 л крови).

В клинической практике необходимо определять границы легких: переднюю, нижнюю и заднюю (рис. № 234, 235). Верхушки легких выступают выше ключи­цы на 2-3 см. Передняя граница (проекция переднего края) спускается от верхушек обоих легких по грудине, проходит почти параллельно на рас­стоянии 1-1,5 см до уровня хряща IV ребра. Здесь граница левого легкого отклоняется влево на 4-5 см, образуя сердечную вырезку. На уровне хряща VI ребра передние границы легких переходят в нижние. Нижняя граница легких соответствует по среднеключичной линии VI ребру, по средней подмышечной линии - VIII ребру, по лопаточной - X ребру, по околопоз­воночной - XI ребру. Нижняя граница левого легкого расположена на 1-2 см ниже приведенной границы правого легкого. При максимальном вдохе нижний край легкого спускается на 5-7 см. Задняя граница легких прохо­дит по околопозвоночной линии (по головкам ребер).

Снаружи каждое легкое покрыто серозной оболочкой - плеврой, со­стоящей из двух листков: пристеночного (париетального) и легочного (висцерального). Между листками плевры имеется капиллярная щель, заполненная серозной жидкостью - плевральная полость. Эта жидкость уменьшает трение между листками плевры при дыхательных движениях. В местах перехода одной части париетальной плевры в другую образуются запасные пространства - плевральные синусы, которые заполняются лег­кими в момент максимального вдоха. При патологии в них может скапли­ваться воспалительный экссудат. Особенно велик реберно-диафрагмальный синус, расположенный в нижнем отделе плевральной полости. Правая и левая плевральные полости между собой не сообщаются. В нор­ме в полости плевры воздух отсутствует, и давление в ней всегда отрица­тельное, т.е. ниже атмосферного. Во время спокойного вдоха оно на 6-8 см вод. ст. ниже атмосферного, во время спокойного выдоха - на 4-5 см вод. ст. Ввиду отрицательного давления в плевральных полостях легкие нахо­дятся в расправленном состоянии, принимая конфигурацию стенки груд­ной полости.

Значение отрицательного внутригрудного давления:

1) способствует растяжению легочных альвеол и увеличению дыхательной поверхности легких, особенно во время вдоха;

2) обеспечивает венозный возврат крови к сердцу и улучшает крово­обращение в легочном круге, особенно в фазу вдоха;

3) способствует лимфообращению;

4) помогает продвижению пищевого комка по пищеводу.

Воспаление легких называется пневмонией, воспаление плевры - плевритом. Скопление жидкости в плевральной полости называется гид­ротораксом, крови - гемотораксом, гнойного экссудата - пиотораксом.

 

Дыхательный цикл. Механизмы вдоха и выдоха

 

Дыхательный цикл состоит из вдоха, выдоха и паузы. Обычно вдох короче выдоха. Длительность вдоха у взрослого человека составляет от 0,9 до 4,7 с, длительность выдоха- 1,2-6 с. Дыхательная пау­за различна по величине и может даже отсутствовать. Частота дыхания, определяемая по числу экскурсий грудной клетки в минуту, составляет в норме у взрослых 12-18 в минуту, у новорожденных - 60, у пятилетних детей - 25 экскурсий в минуту. В любом возрасте частота дыхания меньше частоты сердечных сокращений примерно в 4-5 раз.

На частоту и глубину дыхания влияют многие факторы: физическая нагрузка, степень тренированности организма, температурный фактор, эмоциональное состояние, интенсивность обмена веществ и т.д. Чем чаще и глубже дыхание, тем больше кислорода поступает в легкие и соответст­венно больше углекислого газа выводится из организма.

Вдох (инспирация) совершается вследствие увеличения объема грудной клетки в трех направлениях: вертикальном, сагиттальном, фрон­тальном, в основном за счет сокращения наружных межреберных мышц и уплощения купола диафрагмы. При вдохе легкие пассивно следуют за уве­личивающейся в размерах грудной клеткой. Дыхательная поверхность лег­ких увеличивается, давление же в них понижается и становится на 2 мм рт.ст. ниже атмосферного. Это способствует поступлению воздуха через дыхательные пути в легкие. Быстрому выравниванию давления в легких препятствует голосовая щель, так как в этом месте воздухоносные пути су­жены. Только на высоте вдоха происходит полное заполнение воздухом расширенных альвеол легких»

Выдох (экспирация) осуществляется в результате расслабления наружных межреберных мышц и поднятия купола диафрагмы. При этом грудная клетка возвращается в исходное положение, и дыхательная по­верхность легких уменьшается. Растянутые легкие благодаря своей эла­стичности уменьшаются в объеме. Давление воздуха в легких становится на 3-4 мм рт.ст. выше атмосферного, что облегчает выход воздуха из них в окружающую среду. Медленному выходу воздуха из легких способствуй сужение голосовой щели.

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: