Первый этап. Внешнее дыхание

Этапы дыхания.

Дыхание представляет собой сложный многоэтапный процесс доставки кислорода к тканям, окисление органических веществ c высвобождением энергии и выведение образовавшейся углекислоты из организма. Дыхательная функция является одной из основных и непосредственно обеспечивает само существование живого организма.

Выделяют несколько этапов дыхания:

1.Внешнее дыхание – газообмен между атмосферным и альвеолярным воздухом.

2.Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью.

3.Транспорт газов кровью.

4.Газообмен между кровью и клетками тканей организма.

5.Внутреннее или тканевое дыхание.

Первый этап. Внешнее дыхание.

Газовые среды. К газовым средам относятся: атмосферный воздух, выдыхаемый воздух и альвеолярный воздух.

Каждый газ в смеси оказывает давление в соответствии с его процентным содержанием.

Обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом происходит на основе только физических закономерностей – разности парциальных давлений газов.

Свойства альвеолярного воздуха:

· Объем и газовый состав альвеолярного воздуха в норме постоянен.

· Газовый состав альвеолярного воздуха отличается от атмосферного.

· Постоянство газового состава альвеолярного воздуха регулируется содержанием СО₂.

Следует отметить, что в выдыхаемом воздухе количество углекислого газа меньше, чем в альвеолярном. Это связано с тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху присоединяется воздух мертвого пространства, содержащий низкое количество углекислого газа.

Дыхательные объёмы. При спокойном вдохе в легкие поступает 500 см³ воздуха – дыхательный объем. Минутный объём дыхания – объём воздуха, проходящий через легкие за минуту – в среднем равен 8 л. в минуту. При форсированном вдохе в легкие входят еще 1500 см³ воздуха – дополнительный объем (резервный объем вдоха). При форсированном выдохе выдыхается 1500 см³ воздуха – резервный объем (резервный объем выдоха).Указанные объемы легочной вентиляции составляют в целом жизненную емкость легких. Функциональная остаточная ёмкость – объем воздуха в легких после спокойного выдоха. Максимальная вентиляция легких – объём воздуха, который проходит через легкие за одну минуту при максимальной частоте и глубине дыхательных движений – 150 – 200 л. в минуту. Дыхательные объемы измеряются методом спирометриис помощью спирометров. Около 1000 см³ воздуха, содержащегося в легких и воздухоносных путях – остаточный воздух – нельзя выдохнуть. Его определяют методом разведения. Испытуемые после глубокого выдоха в течение 5-10 мин дышат 3 л смеси, содержащей 1 л аргона. После выдоха до 3 л определяют разведение смеси и содержание в ней аргона.

Биомеханика внешнего дыхания. Трахея человека имеет диаметр 15-30 мм. и на уровне 5 грудного позвонка делится на два бронха. Каждое последовательное деление бронхиального дерева образует 16 генераций бронхов, которые относятся к проводящей зоне легкого и создают не участвующее в газообмене. анатомическое мертвое пространство объёмом 150-180 мл. Последующие три генерации бронхиол составляют переходную зону. Последние четыре генерации (20 - 23) образуются альвеолярными ходами и альвеолярными мешочками, которые переходят в отдельные альвеолы. Вентиляция воздухоносных путей осуществляется при внешнем дыхании конвективным путем, а начиная с 20 генерации – путем диффузии. Кроме анатомического, в легких выделяют физиологическое (функциональное) мертвое пространств, к которому относят объем альвеол, где имеется вентиляция, но нет перфузии кровью.

Под влиянием нервных импульсов из дыхательного центра наружные межреберные мышцы сокращаются. При косом расположении этих мышц плечо поворота и момент силы у верхнего ребра меньше, чем у нижнего. По этой причине ребра поднимаются и поперечное, а также передне-заднее сечения грудной клетки увеличиваются. Энергия мышц затрачивается на эластическое сопротивление грудной клетки, эластическое сопротивление легких, вязкое сопротивление перемещаемых тканей, аэродинамическое сопротивление дыхательных путей, тяжесть перемещаемой грудной клетки и верхних конечностей. При сокращении диафрагмы последняя несколько уплощается и грудная клетка увеличивается в нижнем направлении. Это приводит к увеличению объёма плевральной полости с последующим уменьшением давления внутри неё. В результате этого воздух в легких расширяется, а давление его становится ниже атмосферного. Вследствие перепада давления между атмосферой и легким воздух пассивно заполняет альвеолы. В плевральных полостях грудной клетки имеется о трицательное давление. У новорожденного легкие заполняют всю грудную клетку. При этом в легких имеет место слегка субатмосферное давление. В онтогенезе грудная клетка растет быстрее ткани легких. Однако легкие все время поджимаются к грудной стенке атмосферным воздухом. В результате даже при выдохе легкие растянуты. Растяжение легких составляет эластическую тягу легочной ткани. Разница между атмосферным давлением и эластической тягой легких составляет отрицательное давление в плевральной полости: Р_атм – Р_{эл тяги} = Р отр. Величина отрицательного давления в плевральной полости заставляет легкие следовать за движениями грудной клетки. Величину отрицательного давления в плевральной полости можно измерить, если в плевральную полость ввести иглу, связанную с манометром. При вдохе оно составляет 9 мм рт. ст., при выдохе – 6 мм рт. ст. Во время вдоха общая скорость воздушного потока, проходящего через дыхательные пути Q, связана с перепадом давления ΔР и сопротивлением дыхательных путей R по формуле

ΔР

Q = ―, где ΔР = Р атмосферное – Р альвеолярное давление..

R

Следует отметить, что сопротивление воздухоносных путей уменьшается с увеличением объема легкого при вдохе. Поскольку число бронхов каждого последующего уровня значительно увеличивается, то основное сопротивление воздушному потоку создается в верхних дыхательных путях. Активный контроль сопротивления дыхательных путей регулируется вегетативной нервной системой: симпатические влияния на гладкие мышцы бронхов вызывают их расширение, а парасимпатические - сужение. При вдохе с закрытым носом и ртом (опыт Мюллера) отрицательное давление в плевральной полости возрастает до 53-63 мм рт. ст.. В плевральной полости в норме содержится только межплевральная жидкость и нет воздуха. Под влиянием силы отрицательного давления в плевральной полости легкие при вдохе пассивно следуют за несколько опережающим расширением объема грудной клетки. Это – создает динамическую «засасывающую» силу. При введении воздуха в плевральную полость легкие под влиянием силы пластической тяги спадаются (пневмоторакс). При каждом вдохе в альвеолы, за вычетом воздуха так называемого вредного пространства – ротовой полости, трахеи и крупных бронхов – поступает 500 см³ – 170 см³ = 340 см³ воздуха. Число альвеол в легких человека приблизительно 300 млн. При наличии в альвеолах 1000 см³ остаточного и 1500 см³ резервного воздуха в альвеолах содержится около 3000 см³ воздуха. При каждом вдохе обменивается около 1/₁₀ альвеолярного воздуха. Растяжению альвеол легких препятствуют находящиеся в клетках альвеолярного эпителия сурфактанты, поверхностно-активные вещества, которые снижают поверхностное натяжение альвеол. По своему составу сурфактанты легких представляют смесь белков и липидов. Сурфактанты стабилизируют состояние альвеол. При вдохе они предохраняют альвеолы от перерастяжения благодаря тому, что молекулы сурфактантов располагаются далеко друг от друга, что сопровождается повышением величины поверхностного натяжения.

При выдохе имеет место та же последовательность перечисленных процессов, но с обратным знаком. Силами, обеспечивающими спокойный выдох, являются: вес грудной клетки, эластическая тяга легких, давление органов брюшной полости, эластическая тяга растянутых во время вдоха хрящей. При активном форсированном выдохе (физическая нагрузка, выдох под водой) к перечисленным силам присоединяется сокращение внутренних межреберных мышц и мышц брюшного пресса. При выдохе сурфактанты предохраняют альвеолы от спадения: их молекулы располагаются близко друг к другу, в результате чего величина поверхностного натяжения снижается. Среди факторов эластичности легкого выделяют характер скрепления альвеол друг с другом. Так, при сжатии альвеол большого размера наблюдается растяжение, связанных с ними альвеол меньшего размера. Подобные взаимные влияния обеспечивают поддержание просвета мелких бронхов, препятствуя их спадению.