Залежність дихання від різноманітних факторів

Важливу роль у посиленні вентиляції відіграє центральна нервова система. Відомо, що дихання посилюється у людини ще до початку роботи — передстартовий стан, який запускається корою великого мозку та гіпоталамусом. Така передстартова гіпервентиляція збільшує насичення крові і скелетних м'язів киснем, готуючи м'язи до очікуваної роботи. З початком роботи в дію вступають сигнали від пропріорецепторів м'язів, що скорочуються. І вже пізніше, коли починає напрацьовуватись у достатній кількості молочна кислота, вона, знижуючи рН крові, бере на себе функцію стимуляції дихального центру. Оскільки молочна кислота не виводиться з організму через легені, вона продовжує підтримувати гіпервентиляцію й після припинення роботи м'язів, аж поки кисень, що надходить в організм у підвищених кількостях, не покриє кисневий борг і молочна кислота не окисниться.

Кисневий борг — це нестача кисню, що виникає у скелетних м'язах під час їх тривалої й напруженої роботи.

Незважаючи на незначні зміни в газовому складі артеріальної крові під час роботи скелетних м'язів, центральні та периферичні артеріальні хеморецептори також відіграють суттєву роль у розвитку гіпервентиляції легень. Вважають, що під час фізичної роботи зростає чутливість нейронів дихального центру й артеріальних хеморецепторів до гіперкапнії та гіпоксії.

Внаслідок увімкнення названих механізмів та чинників частота дихання і об'єм легеневої вентиляції пристосовуються до інтенсивності виконуваної роботи і більш-менш відповідають рівню метаболізму, енер­гетичним витратам організму.

Сказане стосується головним чином ритмічної динамічної роботи. Під час виконання статичної роботи кровопостачання працюючих м'язів і надходження до них кисню погіршуються швидше і за меншої сили скорочень м'язів. У випадках тривалого, хоч і не дуже сильного напруження м'язів немає їх періодичних розслаблень і нехай короткочасних, але конче потрібних працюючим м'язам відновлення кровотоку й надходження кисню. Під час виконання статичної роботи досить швидко розвивається втомлення і знижується працездатність, навіть якщо навантаження ненабагато перевищує 30 % максимальної сили скорочення. Дихання при цьому зростає меншою мірою і переважно під впливом нервової системи.

Дихання при зміні атмосферного тиску

Зниження атмосферного тиску на висотах 2500 – 3000 м веде до зниження парціального тиску кисню в альвеолярному повітрі до 55 – 60 мм рт. ст. Насичення крові О₂ складає 80 – 85%. З висоти 4500 – 5500 м починається гірська хвороба. Розлад функції вищої нервової системи, головна біль, задишка, утома, нудота (іноді ейфорія) тощо.

Недостатнє постачання організму або його окремих органів киснем зветься гіпоксією. У міру підйому вгору атмоферний тиск, а разом з ним і напруга кисню в крові знижуються. На висоті 2000 м над рівнем моря вже починаються зміни у складі альвеолярного газу і зменшується насичення артеріальної крові киснем, а на висоті 6000 м атмоферний тиск і РО₂ повітря знижуються більш ніж удвічі, напруга О₂ в альвеолярному газі і насичення артеріальної крові О, стають такими, як і у венозній крові відповідно 40 мм рт. ст. і 63 %). Це означає, що неадаптована людина довго в таких умовах перебувати не може — розвивається гостра гіпоксія з порушенням функції центральної нервової, дихальної, серцево-судинної та інших систем організму. Зниження тиску в барокамері до рівня висоти понад 2000-3000 м чи підйом у гори на таку висоту супроводжується збільшенням вентиляції легень, зростанням артеріального тиску, частоти скорочень серця.

Основною причиною цих змін є зниження парціального тиску О₂ в альвеолярному газі й напруги його в артеріальній крові. Гіпоксія через хеморецептори сонних та аортальних тілець стимулює дихальний і серцево-судинний центри довгастого мозку. Реакції, що при цьому розвиваються, спрямовані на краще забезпечення тканин організму киснем. Гіпоксична стимуляція дихання зумовлює зменшення рСО₂ в альвеолярному газі і вимивання СО₂ з крові. За цих умов до гіпоксії приєднується гіпокапнія, яка не стимулює дихання, а, навпаки, пригальмовує його. До умов високогір'я пристосувалось небагато видів тварин. Серед них можна назвати групу копитних (барани, кози, лами), гризунів (бабаки, миші), досить рідко трапляються сніговий барс і гімалайський гриф, гнізда якого знайдено на висоті 5000 м, що полюють на цих тварин. У всіх високогірних ссавців, як правило, значно збільшена кількість еритроцитів і концентрація гемоглобіну в крові. Серед безхребетних до рівня снігів і навіть вище піднімаються деякі види комах, слимаки тощо. А загалом живі істоти, за винятком людини (з кисневим балоном), на висоту понад 6000 м не піднімаються.

Гіпокапнія - зменшення насичення крові СО₂.

Акліматизація Адаптація до умов високогір'я. Люди, що піднімаються з рівнини в гори, повинні пройти ступеневу адаптацію: починаючи з висоти 2000 м, через кожні 500-1000 м робити зупинку на 3-5 днів. Цього достатньо, щоб організм поступово пристосувався до умов постійної гіпоксії і виробив захисні механізми, спрямовані на забезпечення органів і тканин киснем. У людей, добре адаптованих до умов високогір'я, а ще більшою мірою у постійних мешканців гір відбуваються такі зміни в організмі: збільшується легенева вентиляція, кількість еритроцитів і гемоглобіну, підвищується тиск у легеневій артерії, але дещо знижуються системний артеріальний тиск і частота пульсу, а також споживання кисню та основний обмін. Останнє свідчить про те, що хронічна гіпоксія як постійно діючий чинник стимулює перехід метаболізму в організмі на економніший режим функціонування.

Дихання при підвищеному барометричному тиску

(підводні - водолазні та кесонні роботи).

Чинники, що впливають на організм в умовах підвищеного атмосферного тиску. Відомо, що при зануренні під воду тиск на організм зростає на 101,3 кПа (1 атм) через кожні 10 м і на глибині 100 м на тіло діє тиск 1114 кПа (11 атм). Зрозуміло, що й газ, яким дихає організм, має бути під таким самим тиском. Відповідно до закону Бойля —Маріотта, у скільки разів зростає тиск, у стільки разів зменшується об'єм газу і у стільки ж разів збільшуються його густина і в'язкість. А це значно збільшує навантаження на дихальну мускулатуру. Це перший з чинників гіпербаричного дихання — дихання в умовах підвищеного тиску.

Другий чинник полягає у збільшенні розчинності газів у крові при зростанні атмосферного тиску, оскільки вона є прямо пропорційною до їх парціального тиску. У зв'язку з цим при зануренні під воду найбільше розчиняється в рідинах тіла азот. У зв'язку з цим при зануренні під воду найбільше розчиняється в рідинах тіла азот. На поверхні моря в тілі людини розчинено близько 1 л азоту, а на глибині 100 м за достатньо тривалого перебування під водoю — 10 л. Проблема виникає під час піднімання людини на поверхню. У разі швидкого піднімання азот, розчинений у тканинах, виходить з них у вигляді бульбашок газу, які закупорюють дрібні кровоносні судини, внаслідок чого порушується кровопостачання органів і тканин. Розвивається декомпресійна (кесонна) хвороба. Особливо небезпечною є емболія (закупорювання бульбашками газу) судин мозку і серця. Щоб уникнути декомпресійної хвороби, піднімання водолаза, тобто зниження тиску (декомпресію), здійснюють дуже повільно, особливо на останніх метрах. Навіть з глибини 15м водолаза потрібно піднімати близько 3 год.

Третім істотним чинником гіпербаричного дихання є токсичність газів в умовах високого атмосферного тиску. Так, дихання сумішшю газів під високим тиском призводить до отруєння азотом, що виявляється у вигляді своєрідного "сп'яніння": людина відчуває ейфорію, веселість, втрачає контроль над собою, перебуваючи під водою, може сміятись, зірвати маску і захлинутись. Можуть виникати також погіршення зору, втрата орієнтації, нудота, запаморочення, судоми.