Введение в рино-, ларингологию и пульмонологию

Дыхание – совокупность физиологических процессов осуществляемых органами дыхательной системы для потребления организмом кислорода, выделения углекислого газа и некоторых других продуктов обмена. Газообмен – основное звено в общем обмене всех веществ, так как оно обеспечивает благодаря кислороду биологическое окисление в митохондриях клеток, столь необходимое для образования жизненной энергии. При дыхании выводятся из организма углекислый газ, вода (15-20%), алкоголь, ацетон, аммиак и другие летучие вещества.

В дыхании выделяют ряд последовательно происходящих процессов.

Внешнее дыхание осуществляется воздух проводящими органами: полостью носа и ее придаточными пазухами, полостью рта, носо- и ротоглоткой, гортанью, трахеей, бронхами и легкими при помощи дыхательных мышц, отрицательного давления в плевральных полостях, эластических структур альвеол и их сурфактантной пленки. Диафрагма и мышцы груди, живота и шеи обеспечивают дыхательный цикл, состоящий из вдоха и выдоха.

Воздух, проходя через перечисленные воздухоносные органы согревается или охлаждается, увлажняется, очищается от пыли и микробов. При спокойном дыхании воздух поступает через нос и эффективно очищается слизистой его полости, благодаря носовым раковинам, проходам между ними и параназальным пазухам, которые формируют турбулентное движение и вихревые потоки. При форсированном и частом дыхании воздух проходит через рот, что сокращает путь его движения к легким и облегчает работу дыхательных мышц, но слабо или вовсе не изменяет температуру, влажность и чистоту воздуха. В дыхательных путях, исключая бронхиолы, воздух не участвует в газообмене и поэтому просвет воздухоносных органов называют анатомическим мертвым пространством, протяженность и объем которого здоровый человек меняет сознательно, дыша носом или ртом. Для внешнего дыхания также необходимы отрицательное давление в плевральных полостях, упругие и биохимические свойства легочных альвеол.

Обмен газов в легких происходит через аэрогематический барьер, образованный стенкой альвеолы и стенкой капилляра, что называется также легочной мембраной. Она состоит из белково-липидного сурфактантного слоя и плоского альвеолярного эпителия, сосудистых эндотелиальных клеток и двух основных мембран. Легочная мембрана имеет в толщину 0,4-1,5 мкм и газообмен через нее происходит благодаря диффузии за счет разности парциального давления газов в альвеолярном воздухе и напряжения их в крови легочных микрососудов. Напряжение выражает силу, с которой газы стремятся покинуть кровь. В диффузии участвует только растворенный в крови газ. При нормальной температуре тела в 100 мл крови растворяется 0,3 мл кислорода и один литр ее содержит 180-200 мл кислорода.

Транспорт кислорода и двуокиси углерода кровью обеспечивается по сосудам большого и малого кругов для доставки кислорода клеткам тканей и удаления из них углекислого газа. В крови газы находятся в свободно растворенном и химически связанном состоянии. Растворенный в плазме кислород соединяется с гемоглобином эритроцитов, образуя оксигемоглобин с содержанием кислорода в 190 мл на литр. Растворение газов прекращается при наступлении динамического равновесия между растворенными в крови молекулами и выходящими в альвеолярный воздух. Нарушение этого равновесия в сторону повышения парциального давления приведет к усилению растворения газа в крови, снижение – к выходу растворенного газа из крови в альвеолярный воздух. Углекислый газ переносится венозной кровью в 3 видах: двуокиси углерода, кислых солей угольной кислоты и карбгемоглобина.

Тканевой обмен газов осуществляется между эритроцитами, плазмой крови и клетками тканей. В клетки тканей кислородные молекулы крови диффундируют через капиллярные стенки, как в сторону с наименьшим напряжением кислорода. Напряжение кислорода в митохондриях является самым низким, зато двуокись углерода в них имеет наибольшее напряжение, так как там же и образуется. Из них она диффундирует по градиенту напряжения в просвет капилляров. В тканевой жидкости напряжение углекислого газа изменчиво.

Внутреннее дыхание – биологическое окисление в митохондриях клеток.

Дыхательные органы выполняют и другие функции. Обонятельное поле в верхней части полости носа отвечает за восприятие и анализ запахов. Кислотно-щелочное равновесие и выделение воды и летучих веществ обеспечивается легкими и слизистой оболочкой воздух проводящих путей. Присутствие лимфоидной ткани в органах дыхания и свободных макрофагов в легких организует иммунную защиту. Такие безусловные рефлексы, как чихание, кашель, выделение слизи с лизоцимом способствует обеззараживанию и выведению вредных веществ. Слизистая оболочка дыхательных путей покрыта мерцательным эпителием, реснички которого удаляют пылевые частички, комочки слизи и микроорганизмы со скоростью 7-14 мм в минуту (дренажная функция). Легкие – мощное кровяное депо и орган, поддерживающий биохимический состав крови, благодаря выработке антисвертывателей и других активных биохимических ингридиентов. Наконец, органы дыхания участвуют в голосо- и речеобразовании.

Внешнее или легочное дыхание (вентиляция легких) происходит за счет дыхательного цикла, состоящего из вдоха (инспирации) и выдоха (экспирации), что постоянно изменяет объем грудной полости при воздействии на нее инспираторных и экспираторных мышц, управляемых из дыхательного центра продолговатого мозга. Основной мышцей вдоха является диафрагма. При одномоментном сокращении грудинной, реберной и поясничной ее частей сухожильный центр уплощается, смещаясь в сторону брюшной полости при спокойном вдохе на 1,5 см, что увеличивает вертикальный размер грудной полости. Кроме того, спокойный вдох сопровождается сокращением 3-5 верхних наружных межреберных мышц. К остальным инспираторным мышцам относятся нижние наружные межреберные, поднимающие ребра (в составе выпрямителя позвоночника) и ряд вспомогательных мышц для максимального активного вдоха, как то трапециевидные, ромбовидные, поднимающие лопатку, лестничные, большие и малые грудные, передние зубчатые и мышцы разгибающие позвоночник.

При спокойном выдохе поднимается в сторону грудной полости купол диафрагмы и внутренними межреберными мышцами опускаются ребра - объем грудной полости уменьшается. При активном выдохе, кроме сокращения диафрагмы и внутренних межреберных мышц, вступают в действие мышцы живота: прямые, косые (наружные и внутренние) и поперечная.

Все дыхательные мышцы действуют сзади через реберно-позвоночные суставы (суставы головок ребер и реберно-поперечные), а спереди – через грудино-реберные, межхрящевые суставы и синхондрозы. Момент мышечной силы воздействующей на ребра увеличивается в направлении сверху вниз, что связано с естественно-анатомическим удлинением ребер от верхних к нижним, то есть длина рычага нарастает и это усиливает момент прикладываемой силы.

Легкие находятся в плевральных полостях, и между висцеральной и париетальной плеврой присутствует узкое щелевидное пространство (5-10 мкм), в котором давление всегда ниже атмосферного и при спокойном выдохе составляет 3 мм ртутного столба. В полости плевры присутствуют угловые выемки (синусы), которые при вдохе заполняются легкими, кроме одного – реберно-диафрагмального. Отрицательное давление в плевральной полости поддерживается и эластическим каркасом легких, стремящимся сократиться и уменьшить объем органа. При вдохе инспираторные мышцы увеличивают объем грудной полости, и давление в плевральной щели становится еще более отрицательным, что способствует продвижению воздуха и заполнению легочных альвеол. При глубоком вдохе давление снижается до 20 мм ртутного столба, а при максимальном выдохе оно может стать положительным.

Попадание воздуха в плевральную полость называется пневмотораксом, крови — гемотораксом, что приводит легкое к сдавливанию и прекращению вентиляции, не смотря на усиленную работу дыхательных мышц.

Упругие свойства легких обеспечиваются эластическими волокнами в стенках альвеол, мышечно-эластическими мембранами в бронхах и мышечной оболочкой в бронхиолах. Бронхиолы, благодаря своим гладким мышцам, выступают в роли своеобразных кранов, регулирующих движение воздуха в легочные ацинусы. Сокращение бронхиальных мышц управляется парасимпатическими блуждающими нервами, расслабление – симпатическими нервами. На стенки внутрилегочных бронхов, кроме того, действует эластическая тяга самих легких, а на стенки внелегочных бронхов – отрицательное давление в полости плевры. Постоянный просвет бронхов сохраняют заложенные в их стенки гиалиновые полукольца.

К биохимическим факторам эластичности легочных альвеол относится сурфактант – соединение из липидов и белков, продуцируемое альвеоцитами второго типа. Оно покрывает тонкой пленкой в 20-100 нм внутреннюю поверхность альвеол, что обеспечивает низкое поверхностное натяжение и предотвращает слипание альвеол после выдоха, когда их стенки соприкасаются. Образование сурфактанта регулируется парасимпатическими блуждающими нервами.

С вентиляцией легких связано понятие жизненной емкости этого органа (ЖЕЛ), в которую входит дыхательный объем - количественная характеристика глубины дыхания. При спокойном дыхании за один дыхательный цикл (вдох – выдох) используется в среднем 500 мл воздуха. При глубоком вдохе легкие получают 3000 мл. После спокойного выдоха можно выдохнуть еще 1300 мл. Эти две цифры составляют резервный объем. Таким образом, ЖЕЛ включает 500 мл + 3000 мл + 1300 мл = 4800 мл.

Развитие верхних дыхательных органов (полости носа и его придаточных пазух, носоглотки и ротоглотки) связано с мозговой капсулой, первой (челюстной) и третьей висцеральными дугами. Развитие остальных дыхательных органов происходит на основе первичной кишки и 2-й, 3-й и 4-й висцеральных дуг. Из эндодермы развивается эпителий, железы и альвеолярные мешочки, все остальное – из мезенхимы.

У зародыша человека образование носа начинается на 3-4 неделе с появления на головном конце носовых или обонятельных плакод, представляющих собою утолщения эктодермы. Очень скоро они погружаются в подлежащие ткани, а покрывающий их первичный эпителий становится дном обонятельной ямки. В свою очередь окружающие ямки ткани растут в наружном направлении и приобретают подковообразную форму, открытая часть которой обращена к полости рта. С носовыми (обонятельными) ямками связаны медиальные и латеральные носовые отростки 1-й висцеральной дуги. В дальнейшем медиальные отростки срастаются, образуя перегородку носа и срединную часть (фильтрум) верхней губы. Из латеральных носовых отростков возникают крылья носа.

К 7-й неделе носовые ямки становятся глубокими за счет роста вниз и назад, от первичной полости рта отделены тонкой мембраной, которая в конце недели прорывается. В дальнейшем разграничение полостей произойдет благодаря росту и соединению небных отростков верхних челюстей и горизонтальных пластинок небных костей, то есть при образовании костного неба.

Началу нижних дыхательных органов кладет ларинго-трахеальная борозда, появляющаяся на 3-й неделе в задней стенке глоточной камеры первичной кишки. С углублением борозды начинается отделение ее от первичной кишки, но только в нижней части, а верхняя краниальная часть сохраняет связь с глоточной камерой. На нижнем конце борозды в течение 4-й недели возникает гортанно-трахеальный дивертикул, который растет в каудальном направлении параллельно первичной кишке, но вентрально от нее. Из гортанно-трахеального выроста первичной кишки развиваются эпителий и железы гортани, трахеи, бронхов, а также легочные альвеолы. Вырост, постепенно удлиняясь книзу, образует гортань, трахею, бронхи. Хрящи, связки и мышцы в этих органах формируются из другого зачатка, что возникает на основе 3-й и 4-й висцеральных дуг и мезодермы одновременно с развитием эпителия и желез. После удлинения трахеи до уровня бифуркации и раздвоения ее на два главных бронха возникают на концах бронхов парные легочные почки.

Бронхиальное дерево до уровня бронхиол внутри легочных почек разрастается со 2-го по 4-й месяц. Бронхиолы закладываются на 4-6-м месяцах. Легочные альвеолы и альвеолярные ходы формируются с 5-6-го по 9-й месяц из выростов стенки терминальных бронхиол. Легочная плевра возникает из висцеральной (спланхнической) мезодермы. К рождению образуется 18 порядков бронхиальных и альвеолярных ветвей и веточек, после рождения к 12-14 годам вырастает еще 5-6. Легочные почки на 6-й неделе попадают в грудную полость, которая к этому времени разделяется на парные плевральные полости и непарную перикардиальную полость и отделяется диафрагмой.