 |
3. Внешнее дыхание. Механизм вдоха
|
|
|
|
3. Внешнее дыхание. Механизм вдоха
Внешнее дыхание — процесс вентиляции легких, обеспечивающий газообмен между организмом и окружающей средой. Осуществляется благодаря изменениям объема грудной клетки и сопутствующим изменениям объема легких. Во время вдоха (инспирации) объем грудной клетки увеличивается, во время выдоха (экспирации) — уменьшается. Дыхательные движения обеспечивают следующие анатомо-функциональные образования: 1) дыхательные пути, обладающие определенной эластичностью и способные растягиваться и сжиматься; 2) эластичная и растяжимая легочная ткань; 3) грудная клетка, состоящая из пассивной костнохрящевой основы, объединенная с дыхательными мышцами.
Механизм вдоха. Дыхательный цикл включает две фазы: вдох и выдох. Обычно вдох несколько короче выдоха. Изменение объема грудной клетки происходит благодаря работе мышц. Спокойный вдох — процесс активный, при этом сокращается диафрагма — размеры грудной полости увеличивается в верхненижнем направлении и сокращаются наружные межреберные мышцы — увеличиваются размеры грудной полости в переднезаднем направлении. При форсированном вдохе дополнительно включаются мышцы — разгибатели позвоночника, трапециевидная, большая и малая грудные, грудино-ключично-сосцевидная. Спокойный выдох — процесс пассивный. За счет эластической отдачи энергии, которая накопилась во время вдоха при растяжении эластических структур легких, происходит спадение легких на фоне расслабленной инспираторной мускулатуры. При форсированном выдохе сокращаются внутренние межреберные мышцы, косая и прямая мышцы живота, сгибатели позвоночника.
Диафрагма имеет куполообразную форму, во время спокойного вдоха ее купол опускается на 1, 5–2 см, во время глубокого дыхания — на 10 см. За счет движения диафрагмы обеспечивается 70–80 % вентиляции легких.
|
|
|
Сокращение межреберных и межхрящевых мышц приводит к движению ребер благодаря тому, что каждое ребро способно вращаться вокруг своей оси.
Во время дыхательного цикла меняется альвеолярное давление — давление внутри легочных альвеол. Во время задержки дыхания при открытых верхних дыхательных путях давление во всех отделах легких равно атмосферному. Перенос кислорода и углекислого газа в таких условиях невозможен, он может быть осуществлен только при появлении колебаний альвеолярного давления. Во время вдоха объем легких увеличивается, следовательно альвеолярное давление уменьшается и воздух входит в легкие из внешней среды. При выдохе уменьшение объема легких приводит к увеличению альвеолярного давления и выходу воздуха из альвеол во внешнюю среду.
Типы дыхания: реберный, или грудной, тип (преобладает у женщин), брюшной, или диафрагмальный (преобладает у мужчин) и смешанный. В первом случае дыхание осуществляется в большей степени за счет межреберных мышц, во втором — диафрагмы, в третьем — в равной степени участвуют межреберные мышцы и диафрагма.
4. Вентиляция легких
Различают четыре первичных легочных объема, не перекрывающих друг друга, и четыре емкости, каждая из которых включает в себя два и более первичных объема.
Первичные легочные объемы:
1) дыхательный объем (ДО) — объем воздуха, который проходит через легкие при спокойном вдохе (500 мл);
2) резервный объем вдоха (РОВд) — при форсированном, глубоком вдохе человек может дополнительно вдохнуть определенный объем воздуха (2 500 мл);
3) резервный объем выдоха (РОВ) — после спокойного выдоха человек может выдохнуть определенный объем воздуха, если произведет форсированный выдох (1 300 мл);
|
|
|
4) остаточный объем легких (ООЛ) — после максимального выдоха в легких остается определенный объем (1 200 мл).
Емкости легких:
1) общая емкость легких (ОЕЛ) — объем воздуха, находящегося в легких после максимального вдоха
(ОЕЛ=ДО+РОВд+РОВ+ООЛ=5500 мл);
2) жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — объем воздуха, выдохнутого из легких после максимального вдоха при глубоком выдохе (ЖЕЛ=ДО+РОВд+РОВ=4300 мл);
3) емкость вдоха (ЕВд) — максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного выдоха
(ЕВд=ДО+РОВд=3000 мл);
4) функциональная остаточная емкость легких (ФОЕ) — количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха (ФОЕ=РОВ+ООЛ=2500 мл).
Жизненная емкость легких обычно составляет 70–80 %, функциональная остаточная емкость — 50 %, остаточный объем легких — 30 % от общей емкости легких.
Из всех величин наибольшее значение, кроме дыхательного объема, имеют жизненная емкость легких и функциональная остаточная емкость. Жизненная емкость легких является показателем подвижности легких и грудной клетки, ее величина зависит от возраста, пола, размеров и положения тела, степени тренированности человека. С возрастом ЖЕЛ уменьшается, это связано с уменьшением эластичности легких, у женщин на 25 % меньше, чем у мужчин, в вертикальном положении тела несколько меньше, чем в горизонтальном. У тренированных людей ЖЕЛ значительно выше, у пловцов она может достигать 8 л. Роль функциональной остаточной емкости состоит в том, чтобы сглаживать колебания концентрации кислорода и углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.
Различают легочную и альвеолярную вентиляцию. Легочная вентиляция — объем воздуха, вдыхаемого за единицу времени. Интенсивность вентиляции определяется глубиной вдоха, т. е. дыхательным объемом и частотой дыхательных движений. Наиболее информативен минутный объем дыхания. У взрослого человека он составляет 5–10 л/мин. Частота дыхательных движений у взрослого человека в покое в среднем составляет 14/мин. У детей она выше — 20–30/мин, у новорожденных 40–50/мин. При физической нагрузке частота дыхательных движений увеличивается и зависит от степени тренированности человека. Альвеолярная вентиляция — это часть минутного объема дыхания, достигающая альвеол, остальная его часть составляет вентиляцию мертвого пространства. Альвеолярная вентиляция служит показателем эффективности дыхания в целом. От этой величины зависит газовый состав, поддерживаемый в альвеолярном пространстве.
|
|
|
При спокойном вдохе в дыхательные пути поступает 500 мл воздуха, часть — 150 мл — заполняет анатомическое мертвое пространство, которое непосредственного участия в газообмене не принимает, еще 200 мл заполняет переходную зону, остальная, меньшая часть воздуха попадает в собственно дыхательную зону — альвеолярные ходы, где происходит альвеолярная вентиляция и газообмен.
Вентиляция легких осуществляется за счет создания разности давления между альвеолярным и атмосферным воздухом: при вдохе давление в альвеолах значительно снижается в результате расширения грудной полости и становится меньше атмосферного, поэтому воздух из атмосферы входит в воздухоносные пути. При выдохе давление в альвеолярном пространстве приближается к атмосферному, а при форсированном выдохе — становится выше его, что приводит к удалению очередной порции воздуха из легких.
В трахее, бронхах и бронхиолах перенос газов происходит только путем конвекции. В респираторных бронхиолах воздух движется очень медленно путем конвекции и диффузии. В альвеолярных ходах вентиляция обеспечивается исключительно за счет диффузии, в результате которой происходит перемещение кислорода и углекислого газа.
|
|
|
