Процеси дихання та їх регуляція

Дихання

Легені — орган дихання ссавців (на малюнку легені людини за Анатомією Грея).

Ди́хання — сукупність реакцій біологічного окиснення органічних енерговмісних речовин з виділенням енергії, необхідної для підтримання життєдіяльності організму. Складається з трьох послідовних етапів: зовнішнього дихання, транспорту газів кров'ю, внутрішнього дихання.

Дихання людей та окремих тварин можливе через ніс та через ротову порожнину.

Людина без дихання може прожити до 5 — 7 хвилин, а то і менше. Після такого проміжку часу відмирають невідновлювані клітини мозку.

Дихання людини

Детальна схема дихальної системи людини

Дихання людини складається з таких процесів:

1. Зовнішнє дихання (вентиляція легень) — надходження повітря в повітроносні шляхи і газообмін між альвеолами та зовнішнім середовищем.
2. Дифузія газів між альвеолами і кров'ю.
3. Перенос газів кров'ю.
4. Дифузія газів між кров'ю і тканинами в тканинних капілярах.
5. Внутрішнє (тканинне) — споживання кисню клітинами і виділення вуглекислого газу.

Значення дихання для людини

• Газообмін між організмом і зовнішнім середовищем (надходження О₂ до клітин організму, а також виведення СО₂ з організму).
• Терморегуляція — легені витрачають теплову енергію:
• зігріваючи вдихуванне повітря,
• під час випаровування води з легень.
• Функції виділення — через органи дихання з організму виводяться: вуглекислий газ, вода, аміак, пил, мікроорганізми, сечовина, сечова кислота, іони мінеральних солей.
• У носовій порожнині знаходиться орган нюху людини.
• Участь у створенні звуків, спілкуванні людей (голосовий апарат — гортань).

Будова і функції дихальних шляхів

Верхні дихальні шляхи

Носова порожнина ділиться хрящовою перегородкою на дві половини — праву і ліву. На перегородці розташовуються три носові раковини, які утворюють носові ходи: верхній, середній і нижній. Стінки порожнини носа вкриті слизовою оболонкою з війчастим епітелієм. Війки епітелію, рухаючись різко і швидко в напрямку до ніздрів і повільно й плавно в напрямку легень, затримують і виводять назовні пил та мікроорганізми, які осідають на слизовій оболонці. Залози слизової оболонки виділяють слиз, який зволожує стінки порожнини і знижує життєздатність бактерій які потрапляють з повітря.

Слизова оболонка має густу сітку кровоносних судин і капілярів. Кров, що тече по цих судинах бере участь у терморегуляції тіла людини, зігріває або охолоджує повітря, яке вона вдихає. Таким чином, повітря, що надходить в легені через носову порожнину, очищується, зігрівається і знезаражується, чого не відбувається при диханні через ротову порожнину. У слизовій оболонці верхньої носової раковини і верхнього відділу перегородки носа знаходяться спеціальні нюхові клітини (рецептори), які утворюють периферичну частину нюхового аналізатора (органа нюху). Поруч з нюховою порожниною розташовані чотири повітроносні придаткові пазухи носа. Найбільші з них є гайморові (містяться у верхніх щелепах) та лобна (в центрі лоба). Пазухи з'єднуються каналами з порожниною носа.

З порожнини носа повітря надходить у носоглотку. У ній містяться скупчення лімфатичних мигдаликів, які у разі запалення можуть збільшуватись і перетворюватися на аденоїди, що утруднюють носове дихання. З носоглотки повітря потрапляє в глотку, в якій перехрещуються дихальні й травні шляхи. Від глотки починаються дві трубки: дихальна — гортань, та травна — стравохід, розміщений позаду гортані. Вхід до гортані при ковтанні їжі закривається надгортанним хрящем. Завдяки цьому повітря потрапляє лише в гортань, а їжа в стравохід.

Нижні дихальні шляхи

Процеси дихання та їх регуляція

Схематичне зображень легень людини.
1: Трахея 2: Легенева артерія 3: Легенева вена 4: Альвеолярний хід 5: Альвеоли 6: Серцева вирізка лівої легені 7: Бронхіоли 8: Третинні бронхи 9: Вторинні бронхи 10: Головні бронхи 11: Гортань

Легені не мають власних м'язів і тому не можуть активно скорочуватися чи розтягуватися. Свій об'єм вони змінюють пасивно, слідом за змінами об'єму грудної порожнини. Дихальні рухи — вдих і видих відбуваються внаслідок ритмічного скорочення та розслаблення дихальних м'язів — міжреберних, діафрагми і м'язів передньої черевної стінки. Дихальні рухи регулюються дихальним центром, що розміщений в довгастому мозку, з двома вузлами — центром вдиху та центром видиху.

Приблизно кожні 4 секунди в дихальному центрі виникають збудження, які у спинному мозку проводяться до міжреберних дихальних м'язів і діафрагми. Зовнішні міжреберні м'язи скорочуються і піднімають ребра. При скороченні діафрагми, її купол, випнутий у бік грудної порожнини, стає плоскішим і опускається донизу. Завдяки цьому об'єм грудної порожнини збільшується. В плевральній щілині тиск завжди трохи нижчий від атмосферного, тому при збільшенні об'єму грудної порожнини легені немов присмоктуються до стінок грудної клітки і розтягуються. Легені заповнюються повітрям — відбувається вдих. При цьому нервові імпульси від м'язів та легень ідуть до дихального центру і включають його видихову частину.

При збудженні центру видиху одночасно гальмується центр вдиху і дихальні м'язи (міжреберні і діафрагма) розслаблюються, ребра опускаються донизу, а органи черевної порожнини випинають діафрагму куполом догори. Внаслідок цього об'єм грудної порожнини зменшується і відбувається спокійний пасивний видих без участі м'язів.

При глибокому вдиху відбувається одночасне скорочення міжреберних м'язів, діафрагми, а також деяких м'язів грудної клітини і плечового поясу, що піднімають ребра вище, ніж при спокійному вдихові. Глибокий видих зумовлюється, крім розслаблення зовнішніх міжреберних м'язів і діафрагми, скороченням внутрішніх міжреберних м'язів, а також м'язів черевної стінки, що призводить до сильнішого випинання діафрагми вбік грудної порожнини. Об'єм зменшується у вертикальному напрямі.

Розрізняють черевний і грудний типи дихання, залежно від того які м'язи переважають в акті видиху (діафрагма чи міжреберні). Ефективнішим вважають черевний тип, бо він забезпечує глибшу вентиляцію легень. Тип дихання залежить від статі (у чоловіків переважає черевний), професії, віку.

Звичайно ритм дихальних рухів підтримується імпульсами, які надходять в нервову систему (довгастий мозок) із рецепторів легень і дихальних м'язів. Під час вдиху збуджуються нервові імпульси, які гальмують видих. При активному видиху виникають імпульси, які гальмують вдих. Видих є рефлексом на подразнення викликане вдихом і навпаки.

На частоту і глибину дихальних рухів впливають різні подразники зовнішнього середовища, що діють на рецептори шкіри, слуху, зору, нюху, смаку. Процес збудження потрапляє в різні ділянки головного мозку, а звідти збудження досягає дихального центру. Звідти через відцентрові нерви збудження йде до дихальних м'язів. Внаслідок цього відбуваються прискорення і посилення, або сповільнення й послаблення дихальних рухів. Психічні подразники (страх, радість) також впливають на дихальний центр.

Існують і захисні рефлекси (кашель, чхання). Це своєрідно змінені різкі видихи, за допомогою яких видаляються сторонні частинки, що потрапили в дихальні шляхи.