Зовнішнє дихання

Механізм акта вдиху і видиху. Акт вдиху (інспірація) – активний процес, у здійсненні якого важливе значення має зміна об’єму грудної порожнини.

Оскільки легені постійно з’єднані через повітроносні шляхи із зовнішнім середовищем, то тиск повітря у них дорівнює атмосферному. Легені знаходяться завжди в розтягнутому стані. Під час вдиху їх розтягнення збільшується, під час видиху – зменшується.

У здійсненні вдиху беруть участь зовнішні міжреберні м’язи і діафрагма. При скороченні зовнішніх міжреберних м’язів, що йдуть зверху вперед і вниз, ребра піднімаються, і при цьому збільшується об’єм грудної порожнини.

Діафрагма, скорочуючись, займає більш плоске положення, завдяки чому об’єм грудної порожнини збільшується. Якщо збільшується об’єм герметично закритої порожнини, то тиск у ній буде зменшуватися, що і відбувається в грудній порожнині. Внаслідок зменшення тиску в грудній порожнині створюється еластична тяга легень: легені розширюються і у них спрямовується повітря – відбувається вдих.

Здійсненню вдиху сприяє зменшення тиску в плевральній порожнині. При спокійному дихання тиск у плевральній порожнині дорівнює мінус 6-8 мм рт. ст., тобто на 6-8 мм рт. ст. нижче атмосферного. Його можна вимірити, якщо ввести в щілину голку, з’єднану з манометром.

У момент вдиху, коли скорочуються зовнішні міжреберні м’язи і ребра піднімаються, зовнішній листок плеври відходить від внутрішнього, унаслідок чого збільшується об’єм плевральної порожнини, а тиск у ній зменшується. Чим глибше вдих, тим більше зменшується тиск. У момент глибокого вдиху воно може досягати мінус 30 мм. рт. ст. Зменшення тиску в плевральній порожнині приводить до того, що внутрішній листок плеври спрямовується до зовнішнього, внаслідок чого легені розширюються й у них засмоктується повітря.

Рис. 88.А. Грудна клітка при видиху (А) і вдиху (5): 1 – зовнішні міжреберні м’язи; 2 – внутрішні міжреберні м’язи; 3 – діафрагма.

Рис. 88. Б. Модель Дондерса для демонстрації механізму вдиху і видиху.

У різних людей переважне значення в здійсненні акта вдиху можуть мати міжреберні м’язи чи діафрагма. Тому говорять про різні типи дихання: грудне (чи реберне) і черевне (чи диафрагмальне). Тип дихання не є яскраво вираженим, частіше має місце змішаний дихання, і його тип виявляється в залежності від умов. Так, під час вагітності в жінок утруднене діафрагмальне дихання і переважає грудне.

Акт видиху (експірація) – пасивний процес. Коли в міжреберних м’язах закінчується процес збудження, вони розслаблюються, унаслідок чого ребра пасивно повертаються у вихідне положення, точно так само припинення скорочення діафрагми приводить до того, що вона займає своє колишнє куполообразное положення. Повернення ребер і діафрагми у вихідне положення приводять до зменшення об’єму грудної порожнини, а отже, до зменшення в ній тиску. Одночасно при поверненні ребер у вихідне положення тиск у плевральній порожнині підвищується, тобто в ній зменшується негативний тиск. При глибокому видиху воно дорівнює –3, –4 мм рт. ст. Усі ці процеси, що забезпечують підвищення тиску в грудній і плевральній порожнині, приводять до того, що легені здавлюються і з них пасивно виходить повітря – здійснюється видих.

Посилений видих є активним процесом. У його здійсненні беруть участь: внутрішні міжреберні м’язи, волокна які йдуть у протилежному напрямку в порівнянні з зовнішніми: знизу нагору і вперед. При їх скороченні ребра опускаються вниз і об’єм грудної порожнини зменшується. Посиленому видиху сприяє також скорочення м’язів черевного преса, що давлять на діафрагму, збільшуючи її купол, зменшують об’єм грудної порожнини. Нарешті, м’язи пояса верхніх кінцівок, скорочуючись, здавлюють у верхній частині грудну клітку і зменшують її об’єм.

У результаті зменшення об’єму грудної порожнини в ній збільшується тиск, унаслідок чого повітря виштовхується з легень – відбувається активний видих. На вершині видиху тиск у легенях може бути більше атмосферного на 3-4 мм рт. ст.

Акти вдиху і видиху ритмічно змінюють один одного. Доросла людина робить 15-20 дихальних рухів за хвилину. Дихання фізично тренованих людей більш рідке (до 8-12 дихальних рухів за хвилину) і глибоке.

Життєва ємність легень. Життєвою ємністю легень називають ту кількість повітря, що може людина видихнути після максимального вдиху чи максимально вдихнути після максимального видиху.

Життєва ємність легень визначається приладом спірометром, а метод її визначення називають методом спірометрії. При визначенні життєвої ємності людина після максимального вдиху робить посилений видих через трубку в спірометр, по шкалі якого відраховують величину життєвої ємності легень.

Величину життєвої ємності легень складають декілька об’ємів повітря: дихальний (500 см³), додатковий (1500 см³) і резервний (1500 см³).

Дихальним об’ємом легень називається та кількість повітря, що людина видихає при спокійному диханні. Воно дорівнює в середньому 500 см³. Але після спокійного видиху людина може ще видихнути (не роблячи додаткового вдиху) якийсь певний об’єм повітря, що залишилося в легенях. Та кількість повітря, що людина може видихнути після спокійного видиху, називають резервним об’ємом повітря. Його величина в середньому складає 1500 см³.

Здійснивши спокійний вдих, людина може ще посилено вдихнути (не роблячи видиху після спокійного вдиху) близько 1500–2000 см³ повітря. Цю кількість повітря називають додатковим об’ємом. Його спірометром не визначають, а розраховують, віднімаючи з життєвої ємності суму дихального і резервного об’ємів.

Життєва ємність легень у середньому у дорослої людини дорівнює 3500 – 4000 см³, у чоловіків вона дещо більша, ніж у жінок.

Життєва ємність легень не характеризує всього об’єму повітря, що знаходиться в легенях. Після того як людина максимально видихає, у неї в легенях залишається велика кількість повітря. Воно складає 1000-1200 см³, і називають його залишковим об’ємом повітря. Цей об’єм разом з резервним об’ємом складає нормальну ємність легень.

З кожним актом дихання не весь дихальний об’єм повітря попадає в легені. Значна частина його (160-180 см³) залишається у повітроносних шляхах (у носоглотці, трахеї, бронхах). Об’єм повітря, що заповнює великі повітроносні шляхи, називають повітрям «мертвого» простору. У ньому не відбувається обмін газів. Таким чином, у легені з кожним вдихом попадає 500-160=340 см³ повітря. Цей об’єм приходить до наявного у легенях повітря, що складає нормальну ємність легень.

Виходить, що з кожним вдихом обмінюється: ³⁴⁰/₂₅₀₀=¹/₇ частина повітря.

Атмосферне повітря перед тим як потрапити в легені змішується з повітрям мертвого простору внаслідок чого вміст газів у ньому змінюється. По цій же причині неоднаковий вміст газів у видихуваному і альвеолярному повітрі.