4.1.3. Механизмы газопереноса.

Однако, несмотря на то, что легкие участвуют во многих процессах организма, газотранспортная функция их имеет важнейшее значение для жизнедеятельности организма. На отдельных этапах дыхания перенос газов обеспечивают два основных механизма: диффузия и конвекция. Движущей силой диффузии является градиент концентрации газа (Р = Р₁ - Р₂): чем он выше, тем интенсивнее газообмен. Физико-химические закономерности, определяющие этот вид транспорта, обеспечивают газообмен без затраты энергии. Но при диффузии скорость движения газов относительно низкая, в силу чего в организме таким путем они перемещаются на небольшие расстояния. Путем диффузии осуществляется перенос газов между воздухом, поступившим в воздухоносные пути, и альвеолами, альвеолярным воздухом и кровью, кровью и тканями.

Другой путь газопереноса - конвекция (convectio - принесение, струйное перемещение масс газа, жидкости). Основой ее является градиент давления. Для создания градиента давления требуется затратить энергию. Струйно перемещается воздух из внешней среды в дыхательные пути, О₂ с кровью от легких к тканям, а СО₂ из тканей к легким.

В системе дыхания можно выделить 5 основных этапов газопереноса:

1. Конвекционное поступление воздуха в воздухоносные пути.

2. Конвекция воздуха, с одновременной диффузией газов между воздухоносными путями и альвеолами.

3. Диффузия газов между альвеолами и кровью.

4. Конвекционный перенос газов кровью.

5. Диффузия газов между кровью капилляров и тканями.

4.1.4. Дыхательные движения

Начальным этапом внешнего дыханием является обмен газов между внешней средой (воздухом) и альвеолами (альвеолярной газовой смесью).

Рис. 33. Положение диафрагмы во время вдоха и выдоха.

Первый этап дыхания происходит путем чередования вдоха (инспирации) и выдоха (экспирации). При вдохе порция воздуха поступает в легкие, а при выдохе газовая смесь альвеол (в них соотношение газов О₂, СО₂ и N отличается от состава, характерного для воздуха) выводится из них. Воздух перемещается благодаря попеременному увеличению и уменьшению размеров грудной полости и находящихся в ней легких. Размеры грудной полости изменяются при движении ребер и уплощении диафрагмы. Ребра, образуя подвижные соединения с телами и поперечными отростками позвонков, при своем движении вращаются вокруг осей, проходящих через места фиксации (рис. 4.2-В, Г). Ось вращения для верхних ребер проходит почти поперечно и поэтому при их движении увеличиваются, главным образом, передне-задние размеры грудной полости. Ось вращения нижних ребер более сагиттальна и от их движений зависят преимущественно боковые размеры грудной полости. Возможная амплитуда движений зависит от силы сокращения мышц. Но при этом определенную роль играют подвижность соединений передних концов ребер с грудиной, эластичность реберных хрящей. Так, возрастное уменьшение эластичности хрящей затрудняет выполнение дыхательных экскурсий грудной клетки.

Дыхательные мышцы. Спокойное и форсированное дыхание отличаются по многим параметрам, в том числе и механизмам регуляции. И в первую очередь они отличаются количеством мышц, осуществляющих дыхательные движения. Все мышцы, выполняющие дыхательные движения, являются скелетными. В покое 4/5 инспирации осуществляется диафрагмой (рис. 4.2). Сокращение мышечной части диафрагмы, передаваясь на сухожильный центр, приводит к уплощению ее купола и увеличению вертикальных размеров грудной полости. При этом органы брюшной полости оттесняются вниз и при расслабленных мышцах брюшной стенки растягивают ее вперед и в стороны. Такой тип дыхания называют брюшным.

Движение ребер могут осуществлять практически все мышцы, прикрепляющиеся к ним. Различают основные и вспомогательные дыхательные мышцы. Основные мышцы выполняют спокойное дыхание, а вспомогательные присоединяются к ним для осуществления более глубоко­го, форсированного дыхания. Основными инспираторными мышцами являются наружные межреберные и внутренние межхрящевые мышцы. При своем сокращении они тянут оба ребра друг к другу. Направление движения зависит от отношения рычагов места приложения сил и точки фиксации ребер (рис. 4.3-В, Г). Точка прикрепления мышц к нижележащему ребру расположена дальше от центра вращения, чем точка прикрепления к вышележащему ребру (для межреберных мышц это позвоночник, а межхрящевых - грудина). Поэтому при сокращении этих мышц каждое нижнее ребро подтягивается к верхнему.

Результирующая действия сил при сокращении внутренних межреберных мышц противоположна, что и определяет приближение каждого вышележащего ребра к нижележащему. В результате такого движения ребер размеры грудной полости уменьшаются. Поэтому внутренние межреберные мышцы являются мышцами выдоха.

К вспомогательным инспираторным мышцам относятся все мышцы, прикрепляющиеся одним концом к ребрам, грудине, а другим к: черепу, плечевому поясу или к вышележащему позвонку. Это следующая группа мышц: большие и малые грудные, лестничные, грудино-ключично-сосцевидные, трапециевидные, поднимающие лопатку. Важнейшими вспомогательными экспираторными мышцами являются мышцы живота, сдавливающие органы брюшной полости и тем самым ускоряющие поднятие диафрагмы. Кроме того, мышцы живота, как и мышцы сгибающие позвоночник, способствуют еще и опусканию ребер.