§ 51. Дыхание.

Дыхание представляет собой сложный процесс газообмена между внешней средой и организмом. В ор­ганизм из внешней среды поступает кислород, а наружу выделяется углекислый газ. Кислород – необ­ходимый элемент для обмена ве­ществ. Вдыхаемый воздух существен­но отличается по своему составу (табл. 7) от выдыхаемого.

У человека выделяют три фазы газообмена: внешнее дыхание, транс­порт газов кровью и тканевое дыха­ние. Процессы поступления воздуха в легкие и газообмен в легких называют внешним дыханием. Кровь приносит к клеткам и тканям кисло­род, а от тканей к легким – угле­кислый газ. Постоянно циркули­руя между легкими и тканями, кровь, таким образом, обеспечивает непре­рывный процесс снабжения клеток и тканей кислородом и выведения углекислого газа. В тканях кислород из крови выходит к клеткам, а из тканей в кровь переносится угле­кислый газ. Этот процесс тканевого дыхания происходит при участии особых дыхательных ферментов.

Механизм выдоха и вдоха. Благо­даря ритмичному сокращению ди­афрагмы и других дыхательных мышц в ответ на импульсы из дыхательного центра продолгова­того мозга грудная клетка то увели­чивается в объеме (при вдохе), то уменьшается (при выдохе). В про­цессе расширения грудной клетки легкие расширяются, давление в них понижается и становится ниже ат­мосферного на 3 – 4 мм рт. ст. Воздух через дыхательные пути устремля­ется в легкие. Так происходит вдох. Выдох осуществляется при расслаблении дыхательных мышц. Припод­нятая и расширенная при вдохе грудная клетка в силу своей тяжести опускается. Растянутые легкие, бла­годаря своей эластичности, сжима­ются, уменьшаются в объеме. При этом давление в них резко возрастает и воздух выходит из легких. Так происходит выдох. При глубоком вдохе сокращаются не только дыха­тельные мышцы, но и другие, вспомо­гательные. При кашле, чихании за­действованы мышцы брюшного прес­са, диафрагма резко поднимается, грудная клетка опускается.

Таблица 7

Содержание газов (%) во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе

Воздух	Кислород	Углекислый газ	Азот
Вдыхаемый Выдыхаемый	20,94 16,30	0,03 4,00	79,03 79,70

При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает 500 см³ воздуха. Это количество воздуха называют дыхательным объемом. Если сделать дополнительный глубокий вдох, то в легкие поступит еще 1500 см³ воздуха, который называют резерв­ным объемом вдоха. После спокойно­го выдоха человек может выдохнуть еще 1500 см³ воздуха – резервного объема выдоха. Количество воздуха (3500 см³), складывающееся из ды­хательного объема (500 см³), ре­зервного объема вдоха (1500 см³), резервного объема выдоха (1500 см³), получило название жизненной емкости легких. У тренированных, физически развитых людей жизнен­ная емкость легких может быть существенно больше и достигать 7000 – 7500 см³. У женщин жизнен­ная емкость меньше, чем у мужчин.

После того как человек выдохнет 500 см³ (дыхательный объем), а за­тем еще сделает глубокий выдох (1500 см³), в его легких все еще остается примерно 1200 см³ оста­точного объема воздуха, который удалить практически невозможно. Поэтому легочная ткань в воде не тонет.

В течение 1 мин человек вдыхает и выдыхает 5 – 8 л воздуха. Это минутный объем дыхания, который при интенсивной физической нагруз­ке может достигать 80 – 120 л1мин.

Из 500 см³ вдыхаемого воздуха только 360 см³ проходят в альвеолы и отдают кислород в кровь. Осталь­ные 140 см³ остаются в воздухоносных путях и в газообмене не участвуют. Поэтому воздухоносные пути называют «мертвым простран­ством».

Газообмен в легких. В легких происходит газообмен между посту­пающим в альвеолы воздухом и про­текающей по капиллярам кровью. Альвеолы оплетены густой сетью кровеносных капилляров. Стенки альвеол тонкие и влажные изнутри, легко обеспечивают диффузию газов. В связи с тем, что во вдыхаемом воздухе концентрация кислорода намного выше, чем в венозной крови, протекающей по капиллярам легкого, кислород легко диффундирует из альвеол в кровь, где он быстро вступает в соединение с гемоглоби­ном эритроцитов (рис. 72).

Рис. 72. Обмен газов в легких:

1 – просвет альвеолы,

2 – стенки аль­веол,

3 – стенки кровеносных капилля­ров,

4 – эритроцит в просвете кровенос­ного капилляра,

5 – просвет кровеносно­го капилляра.

Стрелками показан путь кислорода (О₂) и углекислого газа (СО₂) через аэрогематический барьер (между кровью и воздухом).

Одновре­менно углекислый газ, которого мно­го в венозной крови, из крови диффундирует в альвеолы и выво­дится из легких с выдыхаемым воздухом.

Транспорт газов кровью. Благо­даря удивительному свойству ге­моглобина вступать в соединение с кислородом и углекислым газом, кровь способна поглощать эти газы в значительном количестве. В 100 мл артериальной крови содержится до 20 мл кислорода и 52 мл углекислого газа.

В тканях организма в результате непрерывного обмена веществ, интен­сивных окислительных процессов расходуется кислород и образуется углекислый газ. При поступлении крови в ткани организма гемоглобин отдает кислород и присоединяет к себе углекислый газ. Быстрому соеди­нению гемоглобина с углекислым газом способствует фермент карбонгидраза, находящийся в эритроци­тах.

Гемоглобин эритроцитов способен соединяться и с другими газами. Так, с оксидом углерода (СО), образую­щимся при неполном сгорании топли­ва, гемоглобин соединяется в 150 – 300 раз быстрее и прочнее, чем с кислородом. Поэтому даже при небольшом содержании оксида угле­рода (угарного газа) в воздухе гемоглобин соединяется не с кислоро­дом, а с оксидом углерода. При этом снабжение организма кислородом прекращается. Человек в этих усло­виях начинает задыхаться, потому что кислород не поступает в ткани организма.

Н едостаточное поступление кис­лорода в ткани – гипоксия – может возникнуть и при уменьшении содер­жания гемоглобина в крови (при значительных кровопотерях), при недостатке кислорода в воздухе (вы­соко в горах).

При попадании инородного тела в дыхательные пути, при отеке голосовых связок в связи с заболеванием может произойти остановка дыхания. Развивается удушье – асфиксия. При остановке дыхания делают ис­кусственное дыхание с помощью специальных аппаратов, а при их отсутствии – по методу «рот в рот», «рот в нос» или специальными прие­мами (рис. 73).

Рис 73. Примеры искусственного дыхания.

Регуляция дыхания. Человек за одну минуту совершает 16 – 18 дыха­тельных движений. Ритмичное, авто­матическое чередование вдохов и вы­дохов регулируется из дыхательного центра, расположенного в продол­говатом мозге. Из этого центра импульсы поступают к двигатель­ным нейронам блуждающих и межреберных нервов, иннервирующих диафрагму и другие дыхатель­ные мышцы. Работу дыхательно­го центра координируют высшие отделы головного мозга. Поэтому человек может на короткое время задержать или усилить дыхание, как это бывает, например, при разговоре.

На глубину и частоту дыхания влияет содержание СО₂ и O₂ в крови. Эти вещества раздражают хеморецепторы в стенках крупных крове­носных сосудов, нервные импульсы от них поступают в дыхательный центр. При увеличении в крови содержания СО₂ дыхание углубляется, при умень­шении О₂ – дыхание становится ча­ще.

1. Назовите фазы газообмена между внешней средой и организмом.

2. Объясните механизм вдоха и выдоха.

3. Какое количество воздуха поступает в дыхательную систему при различной глубине вдоха и выдоха? Как называются объемы вдыхаемого и выдыхаемого воздуха?

4. Почему кислород диффундирует из альвеол в кровеносные капилля­ры, а углекислый газ – в обратном направлении?

5. Что такое гипоксия и асфиксия?