13. Дыхание. Дыхательная система. Функции дыхательной системы.

Дыхание в организме человека и животных представляет собой процесс использования кислорода клетками тканей в биологическом окислении с образованием энергии и конечного продукта дыхания — углекислого газа.

Дыхательная система человека обеспечивает газообмен между атмосферным воздухом и легкими, в результате которого кислород из легких поступает в кровь и переносится кровью к тканям организма, а углекислый газ транспортируется от тканей в противоположном направлении. В состоянии покоя тканями организма взрослого человека потребляется примерно 0,3 л кислорода в 1 мин и в них образуется несколько меньшее количество углекислого газа. Отношение количества образующегося в его тканях С02 к потребляемому организмом количеству 02 называется дыхательным коэффициентом, величина которого в обычных условиях равна 0,9. Поддержание нормального уровня газового гомеостазиса 02 и С02 организма в соответствии со скоростью тканевого метаболизма (дыхания) является основной функцией дыхательной системы организма человека. Эта система состоит из единого комплекса костной, хрящевой, соединительной и мышечной тканей грудной клетки, дыхательных путей (воздухоносный отдел легких), обеспечивающих движение воздуха между внешней средой и воздушным пространством альвеол, а также легочной ткани (респираторный отдел легких), которая обладает высокой эластичностью и растяжимостью. В состав дыхательной системы входит собственный нервный аппарат, управляющий дыхательными мышцами грудной клетки, чувствительные и двигательные волокна нейронов вегетативной нервной системы, имеющие терминали в тканях органов дыхания.

Местом газообмена между организмом человека и внешней средой являются альвеолы легких, общая площадь которых достигает в среднем 100 м2. Альвеолы (порядка 3 • 108) находятся на конце мелких дыхательных путей легких, имеют диаметр примерно 0,3 мм и плотно контактируют с легочными капиллярами. Циркуляция крови между клетками тканей организма человека, потребляющих 02 и продуцирующих С02, и легкими, где эти газы обмениваются с атмосферным воздухом, осуществляется системой кровообращения.

В организме человека дыхательная система выполняет дыхательную и недыхательную функции. Дыхательная функция системы поддерживает газовый гомеостазис внутренней среды организма в соответствии с уровнем метаболизма его тканей. С вдыхаемым воздухом в легкие попадают микрочастицы пыли, которые задерживаются слизистой оболочкой дыхательных путей и затем удаляются из легких с помощью защитных рефлексов (кашель, чиханье) и механизмов мукоцилиарного очищения (защитная функция).

Недыхательные функции системы обусловлены такими процессами, как синтез (сурфактанта, гепарина, лейкотриенов, простагландинов), активация (ангиотензина II) и инактивация (серотонина, простагландинов, норадреналина) биологически активных веществ, при участии альвеолоцитов, тучных клеток и эндотелия капилляров легких (метаболическая функция). Эпителий слизистой оболочки дыхательных путей содержит иммунокомпетентные клетки (Т- и В-лимфоциты, макрофаги) и тучные клетки (синтез гистамина), обеспечивающие защитную функцию организма. Через легкие из организма выводятся с выдыхаемым воздухом пары воды и молекулы летучих веществ (выделительная функция), а также незначительная часть тепла из организма (терморегулирующая функция). Дыхательные мышцы грудной клетки участвуют в поддержании положения тела в пространстве (позно-тоническая функция). Наконец, нервный аппарат дыхательной системы, мышцы голосовой щели и верхних дыхательных путей, а также мышцы грудной клетки участвуют в речевой деятельности человека (функция речеобразования).

Основная дыхательная функция системы дыхания реализуется в процессах внешнего дыхания, которые представляют собой обмен газов (02, С02 и N2) между альвеолами и внешней средой, диффузию газов (02 и С02) между альвеолами легких и кровью (газообмен). Наряду с внешним дыханием в организме осуществляется транспорт дыхательных газов кровью, а также газообмен 02 и С02 между кровью и тканями, который называется нередко внутренним (тканевым) дыханием.

Дыхание при пониженном атмосферном давлении

Проблема дыхания при пониженном атмосферном давлении имеет практическое значение при высотных полетах и подъемах на горные вершины. На высоте 4000-6000 м могут возникнуть симптомы так горной, или высотной, болезни, которая характеризуется при характерными для тяжелой гипоксии. Если же человек г, надетую на лицо и соединенную со специальным баллоном, газовой смесью с высоким содержанием кислорода, то высотная болезнь не наступает и на высоте 11 000-12 000 м, на которой без добавления кислорода он не мог бы находиться.

Кроме недостатка кислорода, организм на высотах страдает также от недостатка углекислоты в крови и тканях, т. е. от гипокапнии. Последняя возникает потому что недостаток кислорода в крови, раздражая хемо-рецепторы каротидного синуса, вызывает учащение дыхания, что к вымываниюуглекислоты из альвеолярного воздуха, а и из крови. Недостаток углекислоты понижает возбудимость центра, поэтому дыхание не усиливается настолько, насколько это требуется для удовлетворения потребности организма в кислороде. Прибавка к вдыхаемому воздуху некоторого количества С02 (до 3%) вызывает заметное улучшение состояния организма при высотной болезни.

Большой практический интерес в связи с высогогорными восхождениями, высотными полетами и парашютными прыжками представляет возможность повысить путем тренировки выносливость человека к пониженному атмосферному давлению, например повысить "индивидуальный потолок" летчика. Тренировка летчиков или парашютистов к пребыванию на больших высотах достигается в специальных герметических барокамерах, в которых с помощью насосов, выкачивающих воздух, можно создать давление, соответствующее тому, которое имеется на различных высотах. В результате тренировки выносливость к пониженному атмосферному давлению повышается, и исследуемый сохраняет относительно нормальную работоспособность даже при давлении 316 мм рт. ст., что соответствует высоте 7000 м. Между тем у нетренированного человека, помещенного в камеру с давлением в 355 мм рт. ст. (такое давление имеется на высоте в 6000 м), уже через короткий срок обнаруживается быстрое и поверхностное дыхание, плохое самочувствие, а иногда потеря сознания.

При длительном пребывании на больших высотах, например при жизни в высокогорных местностях, наблюдается акклиматизация к пониженному парциальному давлению кислорода. Она обусловлена рядом факторов: 1) увеличением числа эритроцитов в крови, следовательно, повышением кислородной емкости крови 2) усилением легочной вентиляции; 3) понижением чувствительности тканей организма, в частности ЦНС, к недостаточному снабжению кислородом.

Дыхание при повышенном атмосферном давлении

При кессонных или водолазных работах человеку приходится находиться в условиях высокого атмосферного давления. Во время пребывания на глубине, где давление воздуха может доходить до 10 атм , в крови, в тканевой жидкости и в тканях растворяется очень большое, количество газов.

При постепенной декомпрессии, например при медленном подъеме водолаза из глубины моря, газы по мере падения давления выделяются с выдыхаемым воздухом и организму опасность не угрожает. При слишком быстрой декомпрессии, например при быстром подъеме водолаза со дна, газы не успевают выделиться из организма. Так как их растворимость в крови при переходе от повышенного давления к нормальному понижается, то в крови появляются газовые пузырьки; последние могут привести к эмболии сосудов, т. е. закупорке их пузырьками газа. Углекислота и кислород как газы, которые химически связываются кровью, представляют меньшую опасность, чем азот, который, хорошо растворяясь в жирах и липоидах, накапливается в большом количестве в мозгу и нервных стволах, особенно богатых этими веществами. Состояние, возникающее при быстрой декомпрессии, которое иногда называют кессонной болезнью сопровождается болями в суставах и рядом мозговых явлений: головокружением, рвотой, одышкой, потерей сознания. Для ее лечения необходимо вновь быстро подвергнуть пострадавшего действию высокого давления, чтобы снова растворить пузырьки газа.