к модулям / Дыхание / еще физиология

1. Ребра и мышцы. Движения ребер. Ребра соединены подвижными сочленениями с телами и поперечными отростками позвонков. Через эти две точки фиксации проходит ось, вокруг которой могут вращаться ребра. Когда в результате сокращения инспираторных мышц ребра поднимаются, размеры грудной клетки увеличиваются как в боковом, так и в передне–заднем направлении. Соответственно, когда ребра опускаются, объем грудной клетки уменьшается. Ось вращения верхних ребер расположена почти поперечно; что же касается оси поворота нижних ребер, то она занимает более сагиттальное положение. В связи с этим при вдохе верхние отделы грудной клетки увеличиваются в основном в передне–заднем, а нижние – в боковом направлении. Кроме того, поднятие нижних ребер приводит к большему увеличению объема грудной клетки. Поднятие ребер при вдохе обусловлено в основном сокращениями наружных межреберных мышц. Их волокна ориентированы таким образом, что точка прикрепления к нижележащему ребру расположена дальше от центра вращения, чем точка прикрепления к вышележащему ребру. В связи с этим при сокращении таких мышц на нижележащее ребро действует больший момент силы, и оно подтягивается к вышележащему. В результате за счет наружных межреберных мышц грудная клетка поднимается. В нормальных условиях большая часть внутренних межреберных мышц участвует в акте выдоха. Волокна этих мышц ориентированы таким образом, что при их сокращении вышележащее ребро подтягивается к нижележащему, и вся грудная клетка опускается. Когда требуется усилить деятельность дыхательного аппарата, в частности при затрудненном дыхании, могут включаться кроме основных вспомогательные мышцы. К вспомогательным инспираторным мышцам относятся все мышцы, прикрепляющиеся к костям плечевого пояса, черепу или позвоночнику и способные поднимать ребра. Важнейшие из них–это большие и малые грудные, лестничные, грудиноключичнососцевидные и, частично, зубчатые мышцы. Для того чтобы эти мышцы могли участвовать в акте вдоха, необходимо, чтобы участки их прикрепления были зафиксированы. Типичным примером служит поведение больного с затрудненным дыханием. Такие больные упираются руками в неподвижный предмет, в результате чего плечи фиксируются, и отклоняют голову назад. К важнейшим вспомогательным экспираторным мышцам относятся мышцы живота, подтягивающие ребра вниз и сдавливающие органы брюшной полости, которые при этом смещаются вверх вместе с диафрагмой. Движения диафрагмы. Самая важная из основных дыхательных мышц–это диафрагма, иннервируемая дифрагмальными нервами (от сегментов С3–С5). В норме диафрагма имеет форму купола, выдающегося в грудную полость. Во время выдоха она прилегает к внутренней стенке грудной клетки на протяжении приблизительно трех ребер. Во время вдоха диафрагма уплощается в результате сокращения ее мышечных волокон и отходит от внутренней поверхности грудной клетки. При этом открываются пространства, называемые реберно–диафрагмальными синусами, благодаря чему участки легких, расположенные в области этих синусов, расширяются и особенно хорошо вентилируются. Типы дыхания. В зависимости от того, связано ли расширение грудной клетки при нормальном дыхании преимущественно с поднятием ребер или уплощением диафрагмы, различают реберный (грудной) и брюшной типы дыхания. При грудном типе дыхание обеспечивается в основном за счет работы межреберных мышц, а диафрагма смещается в известной степени пассивно в соответствии с изменениями внутригрудного давления. При брюшном типе в результате мощного сокращения диафрагмы сильно смещаются органы брюшной полости, поэтому при вдохе живот «выпячивается».

2. Подразделение воздухоносной системы. Когда легкие расширяются, свежий воздух поступает в их газообменные отделы по системе ветвящихся трубок. Вначале он проходит через трахею, затем через два главных бронха и далее через все более мелкие ветви бронхиального дерева. Вплоть до 16–го ветвления, за которым следуют конечные бронхиолы, единственная функция дыхательных путей состоит в проведении воздуха. После 17–19–го делений образуются дыхательные бронхиолы, в стенках которых уже имеются отдельные альвеолы. После 20–го деления начинаются альвеолярные ходы, плотно окруженные альвеолами. Эта зона легких, выполняющая главным образом функцию газообмена, называется дыхательной зоной. Вплоть до конечных бронхиол перенос воздуха по дыхательным путям происходит исключительно путем конвекции. В переходной же и дыхательной зонах легких суммарная площадь поперечного сечения этих путей настолько возрастает, что продольное перемещение масс воздуха становится незначительным, и все большую роль в транспорте газов начинает играть диффузия. Функции воздухоносных путей. Воздухоносные пути играют не только роль трубок, по которым свежий воздух поступает в легкие, а отработанный выходит из них. Они выполняют также ряд вспомогательных функций, обеспечивая очищение, увлажнение и согревание вдыхаемого воздуха.

3. Функции альвеол. В альвеолах происходит газообмен между кровью легочных капилляров и воздухом, содержащимся в легких. Общее число альвеол равно примерно 300 млн, а суммарная площадь их поверхности–примерно 80 м². Диаметр альвеол составляет 0,2–0,3 мм. Каждая альвеола окружена плотной сетью капилляров, поэтому площадь контакта крови, протекающей по капиллярам, с альвеолами очень велика. Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью осуществляется путем диффузии. Для того чтобы такой газообмен был достаточно эффективным, необходима не только большая обменная поверхность, но и как можно меньшее диффузионное расстояние. Диффузионный барьер в легких полностью отвечает обоим этим условиям. Кровь легочных капилляров отделена от альвеолярного пространства лишь тонким слоем ткани–так называемой альвеолярно–капиллярной мембраной, образованной альвеолярным эпителием, узким интерстициальным пространством и эндотелием капилляра. Общая толщина этой мембраны не превышает 1 мкм. Поверхностное натяжение в альвеолах. Внутренняя поверхность альвеол выстлана тонкой пленкой жидкости. В связи с этим в альвеолах действуют силы поверхностного натяжения, которые всегда возникают на поверхности раздела между газами и жидкостями и стремятся снизить величину этой поверхности. Поскольку такие силы действуют в каждой из множества альвеол, легкие стремятся спасться. Поверхностное натяжение альвеол в 10 раз меньше, чем теоретическая величина, рассчитанная для соответствующей водной поверхности. Это связано с тем, что в альвеолярной жидкости содержатся вещества, снижающие поверхностное натяжение. Их называют сурфактантами.

4. Легочные объемы. В покое дыхательный объем мал по сравнению с общим объемом воздуха в легких. Таким образом, человек может как вдохнуть, так и выдохнуть большой дополнительный объем воздуха. Однако даже при самом глубоком выдохе в альвеолах и воздухоносных путях легких остается некоторое количество воздуха. Общий легочный объем делят на несколько компонентов; при этом под емкостью понимают совокупность двух или более компонентов. 1. Дыхательный объем – количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании. (0.5 л) 2. Резервный объем вдоха – количество воздуха, которое человек может дополнительно вдохнуть после нормального вдоха. (1.5-1.8л) 3. Резервный объем выдоха – количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха. (1-1.4л) 4. Остаточный объем – количество воздуха, остающееся в легких после максимального выдоха. (1-1.5л) 5. Жизненная емкость легких – наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. Равно сумме 1, 2 и 3. (ЖЕЛ является показателем подвижности легких и грудной клетки. ЖЕЛ(л)=2,5хрост(м)) 6. Емкость вдоха – максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного выдоха. Равно сумме 1 и 2. 7. Функциональная остаточная емкость – количество воздуха, остающееся в легких после спокойного выдоха. Равно сумме 3 и 4. (Физиологическая роль ФОЕ состоит в том, что благодаря наличию этой емкости в альвеолярном пространстве сглаживаются колебания концентраций O₂ и СO₂, обусловленные различиями в их содержании во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе. ФОЕ можно измерить только непрямыми методами. Принцип таких методов заключается в том, что либо в легкие вводят инородный газ типа гелия (метод разведения), либо вымывают содержащийся в альвеолярном воздухе азот, заставляя испытуемого дышать чистым кислородом (метод вымывания). И в том и в другом случае искомый объем вычисляют, исходя из конечной концентрации газа.) 8. Общая емкость легких – количество воздуха, содержащееся в легких на высоте максимального вдоха. Равно сумме 4 и 5. Минутный объем дыхания, т. е. объем воздуха, вдыхаемого (или выдыхаемого) за 1 мин, равен по определению произведению дыхательного объема и частоты дыхательных движений. Экспираторный объем обычно меньше инспираторного, так как поглощение O₂ превышает величину выделения СO₂: V^∙э=Va•f Частота дыхательных движений у взрослого человека в покое в среднем равна 14/мин. Она может претерпевать значительные колебания (от 10 до 18 за 1 мин). Часть минутного объема дыхания V^∙э, достигающая альвеол, называется альвеолярной вентиляцией V^∙a; остальная его часть составляет вентиляцию мертвого пространства V^∙мл: V^∙э= Va+ V^∙мл Вентиляция любого отдела равна произведению объема воздуха, проходящего через этот отдел при каждом дыхательном цикле, и частоты дыхательных движений (V^∙=V•f). Дыхательный объем V, состоит на 70% из альвеолярного объема Vа и на 30% из объема мертвого пространства Vмл. Следовательно, если Vэ=500 мл, то Va=350 мл, a Vмл=150 мл. Если частота дыхательных движений равна 14/мин, то общая вентиляция легких составит 7 л/мин, альвеолярная вентиляция – 5 л/мин, а вентиляция мертвого пространства–2 л/м.