Глава 1. Состояние вопроса исследования по данным литературы.

1.1 Дыхание: понятие, типы, механизм.

Дыхательная система человека состоит из тканей и органов, обеспечивающих легочную вентиляцию и легочное дыхание. В строении системы можно выделить основные элементы – воздухоносные пути и легкие, и вспомогательные – элементы костно-мышечной системы. К воздухоносным путям относятся: нос, полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы. Легкие состоят из бронхиол и альвеолярных мешочков, а также из артерий, капилляров и вен легочного круга кровообращения. К элементам костно-мышечной системы, связанным с дыханием, относятся ребра, межреберные мышцы, диафрагма и вспомогательные дыхательные мышцы. Дыхательная система человека приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Дыхательная система человека

1 – носовая полость; 2 – ротовая полость; 3 – гортань; 4 – трахея; 5 – левый главный бронх; 6 – левое легкое; 7 – правое легкое; 8 – сегментарные бронхи; 9 – правые легочные артерии; 10 – правые легочные вены; 11 – правый главный бронх; 12 – глотка; 13 – носоглоточный ход.

Дыхание – это совокупность процессов, которые обеспечивают поступление в организм кислорода и выделение из него углекислого газа (внешнее дыхание) и использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением содержащейся в них энергии, необходимой для жизнедеятельности (тканевое дыхание, клеточное дыхание).

Дыхание бывает брюшным, или диафрагмальным, и грудным, или реберным. Грудное дыхание, в свою очередь, делится на верхнее и нижнее реберное. Через легочные альвеолы, как и через сердце, проходит вся кровь, находящаяся в организме. Дыхательный аппарат непрерывно получает кровь: венозную, отдавшую кислород тканям и взявшую от них углекислоту, вновь насыщающуюся кислородом в легких. Посредством вдоха и выдоха происходит легочное дыхание - постоянный обмен газов: кислорода и углекислого газа.[7] Таким образом, дыхание обеспечивает взаимосвязь организма с окружающей средой. Эта связь осуществляется, помимо легочного дыхания (обмен газов между воздухом, находящимся в альвеолах, и кровью), тканевым дыханием. Тканевое дыхание - это обмен газов между кровью и тканями и клетками организма, а также обмен альвеолярного воздуха и воздуха внешней среды.

Физиологическое описание нормы дыхательных движений не совсем соответствует тому, что мы можем наблюдать у себя и своих знакомых. Мы можем увидеть как дыхание, обеспечиваемое в основном диафрагмой, так и дыхание, обеспечиваемое в основном работой межреберных мышц. И это — в пределах нормы. Мышцы плечевого пояса чаще подключаются при серьезных заболеваниях или интенсивной работе, но почти никогда — у относительно здоровых людей в нормальном состоянии.

Дыхание, обеспечиваемое в основном движениями диафрагмы характерно больше для мужчин. В норме вдох сопровождается незначительным выпячиванием брюшной стенки, выдох — незначительным ее втяжением. Это брюшной тип дыхания в его прямом варианте.

Однако реже встречается парадоксальный или обратный тип брюшного дыхания, при котором брюшная стенка на вдохе втягивается, а на выдохе — выпячивается. Этот тип дыхания обеспечивается исключительно диафрагмой, без подключения движения органов в брюшной полости. Это дыхание также чаще встречается у мужчин.

У женщин чаще всего встречается грудной тип дыхания, обеспечиваемый в основном работой межреберных мышц. Это может быть связано с биологической готовностью женщины к материнству и, как следствие, с затрудненностью брюшного дыхания при беременности. При этом типе дыхания наиболее заметные движения совершает грудина и ребра.[2]

Дыхание, при котором активно движутся плечи и ключицы, обеспечивается работой мышц плечевого пояса. Вентиляция легких при этом малоэффективна и касается только верхушек легких. Поэтому такой тип дыхания называется верхушечным. В обычных условиях такой тип дыхания практически не встречается и используется либо в ходе тех или иных гимнастик или развивается при серьезных заболевания (не только легких).

Вентиляция легких обеспечивается дыхательным актом, заключающимся в ритмичном движении грудной клетки и легких.

Акт вдоха совершается в результате увеличения объема грудной полости, происходящего при подъеме ребер и опускании купола диафрагмы. Диафрагма является наиболее сильной мышцей вдоха, обеспечивающей примерно 2/3 вентиляции. При сокращении купол диафрагмы уплощается и объем грудной полости увеличивается по вертикали. Приподнимание ребер при вдохе осуществляется за счет сокращения наружных межреберных мышц. Эти мышцы при сокра­щении должны были бы сближать ребра, так как сила, прилагаемая к точкам прикрепления на верхних и нижних ребрах, одинакова. Но при косом расположении этих мышц плечо в момент силы у верх­него ребра всегда меньше, чем у нижнего. Поэтому при сокращении мышц ребра приподнимаются, что увеличивает сечение грудной клетки как в передне-заднем,  так и в поперечном направлении. [9]

Рисунок 2. Механизм дыхания.

Увеличение объема грудной клетки при сокращении мышц вдоха приводит к уменьшению давления в плевральной полости. В резуль­тате этого воздух в легких расширяется, а давление его становится ниже атмосферного. Вследствие образующейся разности между дав­лением в окружающей среде и в альвеолах наружный воздух посту­пает по трахеобронхиальным путям в альвеолы.

Импульсы к дыханию идут из дыхательного центра, расположенного в продолговатом мозгу на дне IV желудочка. Возбуждение этого центра происходит нервным и гуморальным, то есть через кровь, путем. Накопление углекислоты в крови при выдохе приводит к концентрации водородных ионов, что возбуждает дыхательный центр. В регуляции дыхания участвуют и другие механизмы: рефлекторный - со слизистых оболочек дыхательных путей, с кожных покровов и других органов чувств.[5]

Дыхательные мышцы при напряжении увеличивают или уменьшают размер грудной клетки, это ведет к изменению объема грудной полости и находящихся в ней легких.

При увеличении размеров грудной клетки объем грудной полости и легких увеличивается, уменьшается давление воздуха в легких, под действием атмосферного давления воздух входит в легкие – происходит вдох. И наоборот, когда мышцы, расширяющие грудную клетку, расслабляются, а тонус мышц, способствующих ее спадению, то есть уменьшению объема грудной полости, повышается – происходит выдох.

Во время вдоха мышцы преодолевают ряд сил:

1 эластическое сопротивление грудной клетки (после достижения 70% жизненной емкости) и внутренних органов, отдавливаемых книзу диафрагмой;

2 эластическое сопротивление легких;

3 динамическое (вязкое) сопротивление всех перемещаемых тканей;

4 аэродинамическое со­противление дыхательных путей;

5 тяжесть перемещаемой части грудной клетки;

6 силы, обусловленные инерцией перемещаемых масс.

Косвенно в расширении грудной клетки участвуют:

1. Верхняя часть трапециевидной мышцы, способствующая подниманию латерального угла лопатки и вместе с тем оттягиванию вверх место прикрепления малой грудной мышцы;

2. Ромбовидные мышцы, которые, поднимая лопатку, через нее и через малую грудную, а иногда и через переднюю зубчатую, способствуют подниманию ребер;

3. Мышца, поднимающая лопатку;

4. Ключичная головка грудино-ключично-сосцевидной мышцы.

Из этого перечня видно, что при форсированном вдохе в механизме дыхания участвует значительное количество мышц.

Мышцами, работающими при выдохе, являются:

1. Мышцы живота – непосредственные антагонисты диафрагмы;

2. Внутренние и наружные межреберные;

3. Подреберные;

4. Поперечная мышца грудной клетки;

5. Нижняя задняя зубчатая мышца;

6. Квадратная мышца поясницы;

7. Подвздошно-реберная мышца.

Энергия мышц, затраченная на преодоление всех видов динами­ческого сопротивления (обусловленного трением), переходит в тепло и в дальнейшем процессе дыхания не участвует. Остальная часть энергии мышц переходит в потенциальную энергию растяжения всех эластических тканей и потенциальную энергию тяжести перемещае­мой части грудной клетки. При расслаблении мышц вдоха под дей­ствием эластических сил грудной клетки и внутренних органов и силы тяжести грудной клетки ее объем уменьшается — происходит выдох, который при спокойном дыхании является пассивным актом. При активном форсированном выдохе к перечисленным силам при­соединяется сокращение внутренних межреберных мышц и мышц брюшного пресса.

Уменьшение объема грудной клетки при выдохе приводит к по­вышению плеврального давления. В результате этого и под действием эластической тяги легких воздух в альвеолах сжимается, его давле­ние становится выше атмосферного, и он начинает выходить нару­жу. Когда эластическая тяга легких уравновесится понижающимся давлением в плевральной полости, выдох заканчивается.[4] Таким об­разом, действие дыхательных мышц на легкие осуществляется не непосредственно, а через изменение давления в плевральной полос­ти. Непосредственной же причиной движения воздуха через дыха­тельные пути при вдохе и выдохе являются колебания альвеолярного давления.

Для того чтобы вдохнуть воздух, нам необходимо создать в легких давление более низкое, чем атмосферное. Чтобы выдохнуть — создать более высокое, чем в атмосфере. Реально это сводится к тому, что вдох обеспечивается увеличением объема грудной клетки, а выдох — уменьшением объема. Все вроде бы просто. На самом деле большая часть усилий дыхания расходуется на вдох — в обычных условиях выдох осуществляется за счет упругих свойств легких и использования вездесущей силы тяжести.

Грудная клетка обычно расширяется одновременно в трех направлениях: вертикальном, поперечном и переднезаднем.

Расширение грудной клетки в вертикальном направлении происходит преимущественно за счет опускания диафрагмы, в то время как увеличение ее переднезаднего и поперечного размеров – за счет одновременного движения ребер в стороны, вверх и вперед.

При расширении грудной полости мышцам приходится преодолевать тяжесть и эластическое сопротивление самой грудной клетки и прикрепляющихся к ней образований, тогда как при опускании эти два момента не только не препятствуют, но и помогают движению.

При дыхании движение каждого ребра происходит одновременно в двух суставах: в суставе между головкой ребра и телами двух смежных позвонков (исключение – два последних ребра) и в суставе между бугорком ребра и поперечным отростком нижележащего позвонка.

Оси вращения этих суставов располагаются таким образом, что у верхних ребер они пересекаются при продолжении сзади под более тупым углом, чем у нижних ребер. В результате этого верхние ребра в большей мере, чем нижние, движутся вперед, а нижние ребра движутся преимущественно в стороны.[1]

Человек может произвольно менять частоту, тип, ритм, глубину, структуру и уровень дыхания. Частота дыхания очень изменчива: в состоянии покоя она реже, при движении и физической нагрузке - чаще.

Возбуждение нервной системы, волнение, прием пищи учащают число дыхательных актов. Повышение температуры окружающего воздуха учащает дыхание, при ее понижении оно становится менее интенсивным. Частота дыхания зависит даже от положения тела: когда человек стоит, дыхание учащается. В среднем взрослый человек делает 15 вдохов и выдохов в минуту, тем самым снабжая организм кислородом.

Количество воздуха, которое может вдохнуть человек при максимальном вдохе и выдохнуть, составляет понятие жизненной емкости легких. Жизненная емкость легких у женщин в среднем составляет 3, 5 л, у мужчин - 4-5 л. Ее величина зависит не только от пола, но и от возраста, роста, степени физической активности и характера трудовой деятельности.

При рождении у человека закладывается правильный механизм дыхания, который постепенно утрачивается, что приводит к разнообразным нарушениям в организме.

Рисунок 3. Мышцы, принимающие участие в механизме дыхания.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что механизм дыхания довольно сложен по своей сути, и в нем участвует большое количество дыхательных органов и мышц.

Все мышцы, которые участвуют в механизме дыхания, делятся на две группы:

1. Мышцы, производящие вдох;

2. Мышцы, производящие выдох.

Каждую из этих групп можно разделить на три подгруппы:

1. Основные дыхательные мышцы, которые при своем сокращении всегда участвуют в дыхательных движениях. Например, межреберные мышцы.

2. Вспомогательные мышцы, которые участвуют в дыхательных движениях только тогда, когда фиксированное и подвижное места мышц в функциональном отношении взаимно меняются. Например, малая грудная мышца работает как дыхательная только в том случае, когда ее место прикрепления на лопатке становится фиксированной точкой, а место начала на грудной клетке – подвижной.

3. Мышцы, оказывающие косвенное действие на грудную клетку через какой либо промежуточный костно-мышечный комплекс. Например, в результате сокращения мышцы, поднимающей лопатку, несколько приподнимается также ее клювовидный отросток, к которому прикрепляется малая грудная мышца, усиливается функция этой мышцы как вспомогательной дыхательной.