Дыхательная система

Энергия, необходимая для поддержания жизнедеятельности организма, выделяется в ходе окисления органических веществ и аккумулируется в химических связях макроэргических молекул. В ходе этого процесса образуется углекислый газ, который подлежит удалению из организма.

Сущность дыхания состоит в потреблении организмом кислорода и выделении углекислого газа. При этом последовательно осуществляются следующие процессы:

1) вентиляция легких;

2) газообмен между альвеолярным воздухом и кровью капилляров легких;

3) транспорт газов кровью;

4) обмен дыхательными газами между капиллярной

сетью большого круга кровообращения и клетками органов и тканей;

5) биологическое окисление в клетках.

Органы дыхания. Динамика процессов

Кислород воздуха попадает в кровь, а углекислый газ выводится из организма благодаря наличию органов дыхания, к которым относятся легкие и связывающая их с атмосферным воздухом система воздухоносных путей. Они представлены полостью носа, рта (если дыхание осуществляется через рот), глоткой, гортанью, трахеей и бронхами.

Вдыхаемый воздух из носовой или ротовой полости проходит через глотку и попадает в гортань. Голосовая щель, соединяющая их, защищена специальным хрящом — надгортанником предотвращающим попадание пищи в дыхательные пути во время еды. В гортани находятся располагающиеся горизонтально в два ряда эластичные перепонки — голосовые связки. При звукообразовании они напряжены, а голосовая щель закрыта и открывается лишь на короткое время под давлением выдыхаемого воздуха. Изменение натяжения голосовых связок вызывает изменение частоты их колебания при прохождении воздуха, а следовательно, и высоты звука.

Следующим отделом воздухоносных путей является трахея. Ее стенки укреплены хрящами в виде незамкнутых колец, разрезом обращенных к пищеводу. Трахея делится на два бронха, каждый из которых разветвляется на более мелкие. Правый дает начало трем бронхам, идущим в три доли правого легкого, а левый — двум, направляющимся в две доли левого легкого. В обоих легких каждый бронх образует многочисленные бронхиолы. Стенки последних, в отличие от бронхов, уже не имеют хрящей и состоят только из гладкой мускулатуры и соединительной ткани, содержащей эластические волокна. Самые мелкие из бронхиол — респираторные — переходят в альвеолярные ходы, сообщающиеся с альвеолярными мешочками, содержащими альвеолы. Внутренняя поверхность альвеол выстлана эпителиальными клетками, покрытыми слоем жидкости (сурфактанта). Последняя имеет важное значение в транспорте 0₂, т. к. он лучше растворяется в фосфолипидах, входящих в состав сурфактанта, чем в воде. Наружная поверхность альвеол оплетена сетью многочисленных капилляров. Их стенки содержат эластические волокна и коллаген, придающие им гибкость.

При газообмене кислород, содержащийся в воздухе, диффундирует через клетки эпителия стенок альвеол (предварительно растворяясь в слое сурфактанта) и эн­дотелий капилляров и попадает в плазму крови. Там он соединяется с гемоглобином эритроцитов и в таком виде транспортируется к местам потребления. Углекислый же газ, доставляемый с кровью к легким, высвобождается там и выводится из организма во время выдоха.

Диффузия дыхательных газов и их обмен между аль­веолярным воздухом и кровью осуществляются за счет разности их парциального давления в альвеолах и напряжения в крови. Парциальное давление газа в газовой смеси пропорционально его процентному содержанию в ней и общему давлению в смеси. А напряжение газа в жидкости — это та сила, с которой молекулы газа стремятся выйти из раствора. Поскольку напряжение 0₂ в венозной крови, поступающей к капиллярам малого круга кровообращения, ниже его парциального давления в альвеолярной смеси газов, кислород диффундирует в кровь. Напряжение С0₂, напротив, выше, чем его парциальное давление в альвеолах, и он переходит из крови легочных капилляров в альвеолярный воздух. Эти же механизмы лежат и в основе обмена газов между кровью капилляров большого круга кровообращения и тканями.

Та часть дыхательной системы, где не происходит газообмена, называется функциональным (или физиологическим) мертвым пространством. В него входит часть альвеолярного пространства, которое вентилируется, но не омывается кровью, и анатомическое мертвое пространство, к которому относится просвет воздухоносных путей вплоть до перехода бронхиол в альвеолы. Несмотря на то, что в анатомическом мертвом пространстве не осуществляется, собственно, процесс газообмена, оно выполняет, помимо вентиляции легких, ряд важных вспомо­гательных функций. Благодаря наличию ресничного эпителия, а также клеток, выделяющих слизь и серозную жидкость, в стенках воздухоносных путей происходит фильтрация воздуха и очистка его от пыли и других инородных частиц. Кроме того, воздух здесь увлажняется и согревается.

Легкие находятся в грудной клетке и отделены от ее стенок плевральной полостью, которая образована двумя листками тонкой эластичной оболочки — плевры. Один из них (париетальный) выстилает внутреннюю поверхность грудной клетки, а другой (висцеральный) покрывает сами легкие. Пространство между листками плевры непроницаемо для воздуха и заполнено жидкостью, уменьшающей трение между ними во время дыхательных движений. Давление в плевральной полости ниже атмосферного, поэтому легкие всегда находятся в расправленном состоянии.

Поступление воздуха в легкие и его изгнание из них происходит в результате вдоха и выдоха, осуществляемых благодаря работе дыхательной мускулатуры.

При вдохе сокращаются инспираторные мышцы (наружные межреберные и диафрагма). В расслабленном диафрагма представляет собой купол, от которого радиально отходят мышечные волокна. Она отделяет полость грудной клетки от брюшной полости. При сокращении диафрагма становится более плоской, опускаясь в среднем на 3—4 см. Сокращение наружных межреберных мышц обеспечивает приподнимание ребер. Выдох обычно представляет собой процесс расслабления мышц, участвующих в организации вдоха Интенсивный выдох сопровождается сокращением внутренних межреберных мышц и мышц брюшной стенки.

Различают брюшное и грудное дыхание..

Интервал от начала одного вдоха до начала следующего составляет дыхательный цикл. Его продолжительность в среднем 3—5 секунд. Уровень вентиляции легких, определяемый частотой и глубиной дыхания.

Для описания величин, связанных с вентиляцией легких, наиболее часто применяют следующие показатели:

♦ дыхательный объем (количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыха­нии; составляет около 0,5 л);

♦ жизненная емкость легких (наибольшее количество воздуха, выдыхаемого после максимального вдоха, фактически является показателем подвижности легких и грудной клетки);

♦ функциональная остаточная емкость (количество воздуха, остающегося в легких после спокойного выдоха);

♦ общая емкость легких (количество воздуха, содер­жащееся в легких на уровне максимального вдоха);

♦ остаточный объем (количество воздуха, остающееся в легких после максимального выдоха).

Придаточные полости носа у детей развиты слабо. Развитие миндалин идет очень быстро на втором году жизни, к 4 достигает максимума. Бронхи узкие , хрящи мягкие, мышцы развиты слабо. Слизистая сильно снабжается кровью.

Регуляция дыхания

Осуществление непроизвольных процессов вдоха и выдоха происходит благодаря деятельности дыхательного центра, расположенного в головном мозге. Продолговатый мозг содержит две пары дыхательных ядер, два из которых являются центрами вдоха и непосредственно управляют сокращением диафрагмы, а два — центром выдоха. Помимо этого, нейроны, связанные с регуляцией дыхания, содержатся в варолиевом мосту, образуя так называемый пневмотаксический центр. Он осуществляет переключение с вдоха на выдох. При разрушении этого центра вдох становится затянутым и чрезвычайно глубоким.

Основным фактором, оказывающим воздействие на деятельность дыхательного центра, является афферентная стимуляция, поступающая от центральных и периферических хемо- и механорецепторов дыхательной системы.

Хеморецепторы, чувствительные к концентрации С0₂ и Н⁺ в крови, имеются в продолговатом мозге, каротидном синусе (он расположен в области бифуркации сонной артерии) и дуге аорты. Каротидный синус и дуга аорты, кроме того, имеют рецепторы, реагирующие на изменение концентрации 0₂ в крови. Наиболее существенное влияние на параметры дыхания оказывает изменение содержания С0₂ в крови. Рост напряжения углекислого газа (гиперкапния) и снижение рН артериальной крови вызывают увеличение глубины и частоты дыхания. Влияние же понижения напряжения 0₂ в крови (гипоксия) опосредуется лишь периферическими рецепто­рами, находящимися в каротидном синусе и дуге аорты, что приводит к увеличению минутного объема дыхания.

Механорецепторы дыхательной системы участвуют в регуляции паттерна дыхания. В гладкомышечном слое трахеи и бронхов расположены рецепторы растяжения, возбуждение которых нарастает по мере растяжения дыхательных путей и легких, что, в конечном итоге, вызывает торможение нейронов в центре вдоха, и начинается выдох. Возбуждение части рецепторов зависит от скорости растяжения легких. Этот механизм обеспечивает регуляцию частоты дыхания.

В верхних дыхательных путях есть рецепторы, при раздражении которых возникают защитные дыхательные рефлексы — чихание и кашель, предотвращающие попадание инородных тел в легкие. Рефлекторная задержка дыхания при глотании препятствует попаданию пищи в дыхательные пути во время еды.

Поскольку дыхательная мускулатура представлена поперечнополосатыми мышцами, человек может произвольно менять глубину и частоту дыхания. Таким обра­зом, в регуляции дыхания принимает участие и кора больших полушарий.

Характер дыхания в значительной степени изменяется в зависимости от вида деятельности человека, его функционального состояния, эмоционального фона, условий среды.

ТЕМА №6