Рефлекторная (нервная) регуляция дыхания

Дыхание. Система дыхания

Как многим организмам на Земле, человеку необходим кислород. Без кислорода он гибнет через несколько минут.

Работа каждой клетки нашего организма (сокращение мышц, выделение пота, слюны, передача возбуждения) связана с потреблением энергии. Энергия освобождается при распаде и окислении органических веществ в клетках. На эти процессы постоянно расходуется кислород. В организме его запасов нет. Организм получает кислород при дыхании, а кровь приносит его клеткам и уносит продукты распада. Во время дыхания эти продукты – углекислый газ и пары воды – удаляются из организма.

Дыхательная система тесно связана с кровеносной. Органы дыхания обеспечивают газообмен между наружным воздухом и воздухом легких (лёгочное дыхание). Кровеносная система доставляет кислород воздуха к тканям и уносит газообразные продукты распада, обеспечивая тканевое дыхание. Органы дыхания и кровеносная система осуществляют обмен газов между организмом и окружающей средой.

Дыхание человека складывается из следующих процессов:

• Внешнее дыхание — обмен газов между внешней средой и альвеолами лёгких (вентиляция лёгких). Внешнее дыхание обеспечивается дыхательной системой.
• Транспортировка газов кровью — перенос О₂ от лёгких к тканям и СО₂ от тканей к лёгким.
• Клеточное (тканевое) дыхание — потребление и использование кислорода клетками и выделение ими СО₂.

Органы дыхательной системы — это органы, обеспечивающие поступление в организм кислорода и удаление из него углекислого газа, ядовитых газообразных веществ, поступающих в организм извне или образующихся в нём самом, метаболической воды и осуществляющие защитные рефлексы.

К органам дыхания относят: носовую полость, носоглотку, гортань, трахею, бронхи и лёгкие.

Органами газообмена являются лёгкие, тогда как остальные органы образуют воздухоносные пути. Носовая полость и носоглотка формируют верхние дыхательные пути, а гортань, трахея и бронхи — нижние дыхательные пути.

Носовая полость — это начальный отдел воздухоносных путей, который сообщается с окружающей средой посредством двух входных отверстий — ноздрей, а с носоглоткой — через хоаны. Полость носа делится на две почти симметричные половины перегородкой. С боковой стенки полости свисают три носовые раковины, между которыми образуются три носовых хода: верхний, средний и нижний. Область верхнего носового хода является обонятельной, так как в её слизистой оболочке находятся обонятельные рецепторы, а среднего и нижнего — дыхательной. Все три носовых хода объединяются посредством общего носового хода, расположенного вдоль носовой перегородки. В полость носа посредством отверстий открываются околоносовые, или придаточные носовые, пазухи (синусы): верхнечелюстная, или гайморова, лобная, клиновидная и решётчатые. В носовой полости воздух, поступающий из окружающей среды, согревается благодаря большому количеству кровеносных сосудов, заложенных в слизистой оболочке, очищается благодаря ресничкам эпителиальных клеток, увлажняется благодаря наличию слизи на поверхности слизистой оболочки, выделяемой эпителием, и анализируется на запахи благодаря наличию обонятельных рецепторов в слизистой оболочке.

Гортань — это часть нижних дыхательных путей, соединяющая носоглотку и трахею. Гортань выполняет двоякую функцию, являясь дыхательной трубкой и органом голосообразования.

Расположена гортань на уровне IV — VI шейных позвонков. Снаружи положение гортани заметно по выступу, называемому «кадык» или «адамово яблоко», более развитому у мужчин и образованному соединением под углом пластинок щитовидного хряща.

Скелет гортани образован несколькими подвижно соединёнными между собой хрящами, самым крупным из которых являетсящитовидный. В основании гортани расположен кольцевидный, или перстневидный, хрящ.

Голосовые связки — эластичные связки, покрытые многослойным плоским неороговевающим эпителием, которые располагаются в полости гортани, внутри голосовых складок слизистой оболочки. Колебания голосовых связок при прохождении между ними выдыхаемого воздуха создают звук.

Голосовая щель — узкое пространство между голосовыми складками слизистой оболочки гортани. Ширина голосовой щели регулируется мышцами гортани, которые при сокращении изменяют положение хрящей гортани.

Трахея, или дыхательное горло — орган дыхательной системы, обеспечивающий проведение воздуха из гортани в бронхи и обратно. Трахея имеет форму трубки длиной 9 — 15 см, диаметром 15 — 18 мм. Располагается трахея в области шеи и в грудной полости. На уровне IV — V грудных позвонков трахея делится на два бронха — правый и левый.Место деления трахеи на два бронха называется бифуркацией трахеи(бифуркация — раздвоение, вилка). Трахея состоит из 16 — 20 хрящевых полуколец, соединённых связками. Благодаря такому строению задняя стенка трахеи, прилегающая к пищеводу, остаётся мягкой, и пищевод при прохождении через него пищи не перекрывает просвет трахеи.

Бронхиальное дерево — это совокупность бронхов, разветвляющихся внутри лёгких.

Главные бронхи, образующиеся в результате бифуркации трахеи, делятся на долевые бронхи: правый — на 3, а левый — на 2. Долевые бронхи уже внутри лёгкого делятся на сегментарные бронхи, сегментарные — на субсегментарные, или средние, бронхи, средние — на мелкие. Самые мелкие бронхи диаметром около 1 мм входят по одному в каждую дольку лёгкого. Внутри дольки этот бронх делится на 18 — 20 концевых бронхиол диаметром около 0,5 мм. Каждая концевая бронхиола делится на дыхательные бронхиолы, переходящие в альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки. Подсчитано, что от трахеи до альвеол лёгких дыхательные пути раздваиваются 23 раза. По мере уменьшения диаметра бронхов в их стенке постепенно исчезает хрящевая ткань.

Лёгкие — это парные органы дыхания, представляющие собой полые мешки ячеистого строения, подразделённые на тысячи обособленных мешочков (альвеол) с влажными стенками, снабжёнными густой сетью кровеносных капилляров. Лёгкие расположены в герметически замкнутой грудной полости и отделены друг от друга средостением, в состав которого входят сердце, крупные сосуды, пищевод и другие органы. По форме лёгкое напоминает неправильный конус с основанием, обращённым к диафрагме, и верхушкой, выступающей на 2 — 3 см над ключицей в области шеи. Каждое лёгкое посредством борозд делится на доли. В правом лёгком три доли: верхняя, средняя и нижняя, в левом — две доли: верхняя и нижняя. Доли разделяются на сегменты, сегменты на дольки, а дольки состоят из ацинусов. Таким образом, ацинусы — это структурные и функциональные единицы лёгкого, в которых происходит газообмен. В каждую дольку лёгкого входит 16 — 18 ацинусов. В каждый ацинус входит большое количество альвеол (от 400 до 600). Число лёгочных ацинусов в одном лёгком достигает 150 000.

Альвеолы — это выпячивания бронхиол и альвеолярных ходов в виде пузырьков диаметром до 0,25 мм, внутренняя поверхность которых выстлана однослойным плоским эпителием, расположенным на сети эластических волокон и оплетённым снаружи кровеносными капиллярами. Внутри альвеолы покрыты тонкой плёнкой фосфолипида — сурфактантом, который препятствует слипанию их стенок. Толщина стенки альвеолы в месте контакта со стенкой капилляра — около 0,5 мкм. Благодаря такой незначительной толщине между полостью альвеолы и кровью происходит газообмен. Количество альвеол в обоих лёгких у взрослого человека — от 600 до 700 млн, а общая дыхательная поверхность альвеол составляет около 100 кв. м.

Дыхательные движения — это движения грудной клетки и лёгких в результате сокращения дыхательных мышц.

Дыхательные движения происходят ритмически, благодаря чему формируется дыхательный цикл, состоящий из вдоха, выдоха и паузы. Обычно длительность вдоха составляет от 0,9 до 4,7 с, а длительность выдоха — 1,2 — 6 с. Частота дыхания, определяемая по движениям грудной клетки составляет у взрослых 12 — 18 в минуту, у новорождённых — 60, а у пятилетних детей — 25. Частота дыхания меньше частоты сердечных сокращений примерно в 4 — 5 раз.

Диафрагма – это мышечная перегородка, которая разделяет грудную и брюшную полости. При вдохе сокращаются межреберные мышцы. Ребра приподнимаются. Диафрагма опускается и становится более плоской. Все это приводит к увеличению объема грудной полости. Легкие при этом расширяются, происходит вдох (инспирация). Воздух через дыхательные пути устремляется в легкие и попадает в лёгочные альвеолы.

При расслаблении межреберных мышц ребра опускаются. Диафрагма занимает свое прежнее положение, становится выпуклой – объем грудной полости уменьшается, легкие сжимаются, и воздух по дыхательным путям выталкивается наружу. Происходит выдох (экспирация).

Газообмен в лёгких и тканях

Мы дышим атмосферным воздухом. Он содержит примерно 21% кислорода, 0,03% углекислого газа, почти 79% азота, пары воды. Воздух, который мы выдыхаем, отличается по составу от атмосферного. В нем уже 16% кислорода, около 4% углекислого газа, больше становится и паров воды. Количество азота не изменяется.

Газообмен в лёгких — это обмен газами между альвеолярным воздухом и кровью лёгочных капилляров путём диффузии. В легких кровь освобождается от углекислого газа и насыщается кислородом.

По артериям малого круга кровообращения в легкие поступает венозная кровь. В воздухе, который вдыхает человек, кислорода содержится значительно больше, чем в венозной крови. Поэтому он в результате диффузии свободно проходит через стенки альвеол и капилляров в кровь. Здесь кислород соединяется с гемоглобином – красным пигментом эритроцитов. Кровь насыщается кислородом и становится артериальной. Одновременно углекислый газ проникает в альвеолы. Благодаря легочному дыханию соотношение кислорода и углекислого газа в воздухе альвеол поддерживается на постоянном уровне, и газообмен между кровью и альвеолярным воздухом идет непрерывно, независимо от того, вдыхаем мы воздух в данный момент или на некоторое время задерживаем дыхание.

Газообмен в лёгких происходит благодаря существованию разницы парциального давлениядыхательных газов. Парциальным (т. е. частичным) давлением называют часть общего давления, которая приходится на долю каждого газа в газовой смеси. Это давление измеряют в мм рт. ст. Парциальное давление зависит от процентного содержания газа в газовой смеси: чем выше процентное содержание, тем выше парциальное давление.

Парциальное давление можно высчитать по формуле Дальтона: р = (Р х а)/100, где р — парциальное давление данного газа, Р — общее давление газовой смеси в мм рт. ст., а — процентное содержание газа в газовой смеси. Например, парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе составляет: (760 х 20,94)/100 = 159 мм рт. ст. Парциальное давление углекислого газа во вдыхаемом воздухе составляет 0,2 мм рт. ст. В лёгочных альвеолах парциальное давление кислорода составляет 106 мм рт. ст., а углекислого газа — 40 мм рт. ст. Поэтому кислород и углекислый газ переходят из области большего давления в область меньшего давления.

Газообмен в тканях — это обмен газами между притекающей артериальной кровью, межклеточной жидкостью, клетками и оттекающей венозной кровью. Механизм этого обмена такой же, как и в лёгких. Это диффузия, связанная с разностью парциального давления газов в крови, межклеточной жидкости и клетках организма. В тканях кровь отдает кислород и насыщается углекислым газом.

Артериальная кровь по сосудам большого круга кровообращения направляется к органам тела. Содержание кислорода в артериальной крови больше, чем в клетках тканей. Поэтому кислород благодаря диффузии свободно проходит через тонкие стенки капилляров в клетки. Кислород используется для биологического окисления, а выделившаяся энергия идет на процессы жизнедеятельности клетки. При этом образуется углекислый газ, который поступает из клеток тканей в кровь. Кровь из артериальной превращается в венозную. Она возвращается к легким и здесь снова становится артериальной.

Регуляция дыхания

Дыхательный центр — это совокупность нейронов, обеспечивающих деятельность аппарата дыхания и его приспособление к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. Эти нейроны находятся в спинном мозге, продолговатом мозге, варолиевом мосту и коре большого мозга. Основными являются нейроны, расположенные в продолговатом мозге. Именно они задают ритм и глубину дыхания и посылают импульсы к двигательным нейронам спинного мозга, которые контролируют сокращение дыхательных мышц. Дыхательный центр является двусторонним и состоит из двух функциональных отделов: центра вдоха и центра выдоха. Нейроны моста и коры полушарий большого мозга контролируют деятельность нейронов вдоха и выдоха. Функции дыхательного центра исследовал в 1885 году Н. А. Миславский. При перерезке мозга между продолговатым и спинным мозгом наблюдается полное прекращение дыхания, между мостом и продолговатым мозгом дыхание сохраняется. Повреждение нейронов вдоха и выдоха продолговатого мозга прекращает дыхание.

Дыхательный центр очень чувствителен к избытку углекислого газа, который является его главным естественным возбудителем. При этом избыток СО₂действует на дыхательные нейроны как непосредственно (через кровь и спинномозговую жидкость), так и рефлекторно (через хеморецепторы сосудов и продолговатого мозга).

Дыхательный центр находится постоянно в состоянии активности, потому что в нём автоматически возникают импульсы возбуждения.

Гигиена дыхания

Органы дыхания являются воротами для проникновения болезнетворных микроорганизмов, пыли и других веществ в организм человека. Значительная часть мелких частиц и бактерий оседает на слизистой оболочке верхних дыхательных путей и удаляется из организма при помощи ресничного эпителия. Кроме того, в верхних дыхательных путях происходит согревание и увлажнение воздуха, именно поэтому дыхание через нос является более предпочтительным.

Часть микроорганизмов всё же поступает в дыхательные пути и лёгкие и может вызвать различные заболевания (ангину, грипп, туберкулёз и др.).

Для предупреждения заболеваний органов дыхания необходимо соблюдать чистоту в помещениях, правила личной гигиены и общения с больными, заниматься закаливанием организма.

В помещении, где собралось много людей, содержание в воздухе кислорода уменьшается, количество углекислого газа и паров воды увеличивается. Человек в таких условиях становится вялым, сонливым, быстро устает, страдает от головной боли. Его работоспособность падает.

Для здоровья человека необходим свежий воздух. Это достигается вентиляцией или систематическим проветриванием помещений. Каждый человек должен как можно больше бывать на свежем воздухе. Полезно спать при открытой форточке.

Воздух городов часто загрязнен выхлопами автомобилей, отходами промышленных предприятий, содержит много пыли. Частицы пыли раздражают дыхательные пути, переносят многочисленные микроорганизмы.

Бороться с пылью – значит бороться с возбудителями болезней. От уличной пыли хорошо защищают зеленые насаждения, поливка улиц. В жилых и классных помещениях для борьбы с пылью нужна влажная уборка.

Для лучшей вентиляции легких необходимо делать спокойные, редкие, но глубокие вдохи и полные выдохи. При частых, неглубоких дыхательных движениях смена воздуха в легких происходит не полностью. Хорошая осанка, развернутые плечи, прямая спина помогают человеку правильно дышать. Занимаясь спортом, физическим трудом, человек развивает грудную клетку и тренирует дыхательные мышцы. Тренированный человек дышит ровно и глубоко. Вдох у него короче выдоха.

Дыхание. Система дыхания

Как многим организмам на Земле, человеку необходим кислород. Без кислорода он гибнет через несколько минут.

Работа каждой клетки нашего организма (сокращение мышц, выделение пота, слюны, передача возбуждения) связана с потреблением энергии. Энергия освобождается при распаде и окислении органических веществ в клетках. На эти процессы постоянно расходуется кислород. В организме его запасов нет. Организм получает кислород при дыхании, а кровь приносит его клеткам и уносит продукты распада. Во время дыхания эти продукты – углекислый газ и пары воды – удаляются из организма.

Дыхательная система тесно связана с кровеносной. Органы дыхания обеспечивают газообмен между наружным воздухом и воздухом легких (лёгочное дыхание). Кровеносная система доставляет кислород воздуха к тканям и уносит газообразные продукты распада, обеспечивая тканевое дыхание. Органы дыхания и кровеносная система осуществляют обмен газов между организмом и окружающей средой.

Дыхание человека складывается из следующих процессов:

• Внешнее дыхание — обмен газов между внешней средой и альвеолами лёгких (вентиляция лёгких). Внешнее дыхание обеспечивается дыхательной системой.
• Транспортировка газов кровью — перенос О₂ от лёгких к тканям и СО₂ от тканей к лёгким.
• Клеточное (тканевое) дыхание — потребление и использование кислорода клетками и выделение ими СО₂.

Органы дыхательной системы — это органы, обеспечивающие поступление в организм кислорода и удаление из него углекислого газа, ядовитых газообразных веществ, поступающих в организм извне или образующихся в нём самом, метаболической воды и осуществляющие защитные рефлексы.

К органам дыхания относят: носовую полость, носоглотку, гортань, трахею, бронхи и лёгкие.

Органами газообмена являются лёгкие, тогда как остальные органы образуют воздухоносные пути. Носовая полость и носоглотка формируют верхние дыхательные пути, а гортань, трахея и бронхи — нижние дыхательные пути.

Носовая полость — это начальный отдел воздухоносных путей, который сообщается с окружающей средой посредством двух входных отверстий — ноздрей, а с носоглоткой — через хоаны. Полость носа делится на две почти симметричные половины перегородкой. С боковой стенки полости свисают три носовые раковины, между которыми образуются три носовых хода: верхний, средний и нижний. Область верхнего носового хода является обонятельной, так как в её слизистой оболочке находятся обонятельные рецепторы, а среднего и нижнего — дыхательной. Все три носовых хода объединяются посредством общего носового хода, расположенного вдоль носовой перегородки. В полость носа посредством отверстий открываются околоносовые, или придаточные носовые, пазухи (синусы): верхнечелюстная, или гайморова, лобная, клиновидная и решётчатые. В носовой полости воздух, поступающий из окружающей среды, согревается благодаря большому количеству кровеносных сосудов, заложенных в слизистой оболочке, очищается благодаря ресничкам эпителиальных клеток, увлажняется благодаря наличию слизи на поверхности слизистой оболочки, выделяемой эпителием, и анализируется на запахи благодаря наличию обонятельных рецепторов в слизистой оболочке.

Гортань — это часть нижних дыхательных путей, соединяющая носоглотку и трахею. Гортань выполняет двоякую функцию, являясь дыхательной трубкой и органом голосообразования.

Расположена гортань на уровне IV — VI шейных позвонков. Снаружи положение гортани заметно по выступу, называемому «кадык» или «адамово яблоко», более развитому у мужчин и образованному соединением под углом пластинок щитовидного хряща.

Скелет гортани образован несколькими подвижно соединёнными между собой хрящами, самым крупным из которых являетсящитовидный. В основании гортани расположен кольцевидный, или перстневидный, хрящ.

Голосовые связки — эластичные связки, покрытые многослойным плоским неороговевающим эпителием, которые располагаются в полости гортани, внутри голосовых складок слизистой оболочки. Колебания голосовых связок при прохождении между ними выдыхаемого воздуха создают звук.

Голосовая щель — узкое пространство между голосовыми складками слизистой оболочки гортани. Ширина голосовой щели регулируется мышцами гортани, которые при сокращении изменяют положение хрящей гортани.

Трахея, или дыхательное горло — орган дыхательной системы, обеспечивающий проведение воздуха из гортани в бронхи и обратно. Трахея имеет форму трубки длиной 9 — 15 см, диаметром 15 — 18 мм. Располагается трахея в области шеи и в грудной полости. На уровне IV — V грудных позвонков трахея делится на два бронха — правый и левый.Место деления трахеи на два бронха называется бифуркацией трахеи(бифуркация — раздвоение, вилка). Трахея состоит из 16 — 20 хрящевых полуколец, соединённых связками. Благодаря такому строению задняя стенка трахеи, прилегающая к пищеводу, остаётся мягкой, и пищевод при прохождении через него пищи не перекрывает просвет трахеи.

Бронхиальное дерево — это совокупность бронхов, разветвляющихся внутри лёгких.

Главные бронхи, образующиеся в результате бифуркации трахеи, делятся на долевые бронхи: правый — на 3, а левый — на 2. Долевые бронхи уже внутри лёгкого делятся на сегментарные бронхи, сегментарные — на субсегментарные, или средние, бронхи, средние — на мелкие. Самые мелкие бронхи диаметром около 1 мм входят по одному в каждую дольку лёгкого. Внутри дольки этот бронх делится на 18 — 20 концевых бронхиол диаметром около 0,5 мм. Каждая концевая бронхиола делится на дыхательные бронхиолы, переходящие в альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки. Подсчитано, что от трахеи до альвеол лёгких дыхательные пути раздваиваются 23 раза. По мере уменьшения диаметра бронхов в их стенке постепенно исчезает хрящевая ткань.

Лёгкие — это парные органы дыхания, представляющие собой полые мешки ячеистого строения, подразделённые на тысячи обособленных мешочков (альвеол) с влажными стенками, снабжёнными густой сетью кровеносных капилляров. Лёгкие расположены в герметически замкнутой грудной полости и отделены друг от друга средостением, в состав которого входят сердце, крупные сосуды, пищевод и другие органы. По форме лёгкое напоминает неправильный конус с основанием, обращённым к диафрагме, и верхушкой, выступающей на 2 — 3 см над ключицей в области шеи. Каждое лёгкое посредством борозд делится на доли. В правом лёгком три доли: верхняя, средняя и нижняя, в левом — две доли: верхняя и нижняя. Доли разделяются на сегменты, сегменты на дольки, а дольки состоят из ацинусов. Таким образом, ацинусы — это структурные и функциональные единицы лёгкого, в которых происходит газообмен. В каждую дольку лёгкого входит 16 — 18 ацинусов. В каждый ацинус входит большое количество альвеол (от 400 до 600). Число лёгочных ацинусов в одном лёгком достигает 150 000.

Альвеолы — это выпячивания бронхиол и альвеолярных ходов в виде пузырьков диаметром до 0,25 мм, внутренняя поверхность которых выстлана однослойным плоским эпителием, расположенным на сети эластических волокон и оплетённым снаружи кровеносными капиллярами. Внутри альвеолы покрыты тонкой плёнкой фосфолипида — сурфактантом, который препятствует слипанию их стенок. Толщина стенки альвеолы в месте контакта со стенкой капилляра — около 0,5 мкм. Благодаря такой незначительной толщине между полостью альвеолы и кровью происходит газообмен. Количество альвеол в обоих лёгких у взрослого человека — от 600 до 700 млн, а общая дыхательная поверхность альвеол составляет около 100 кв. м.

Дыхательные движения — это движения грудной клетки и лёгких в результате сокращения дыхательных мышц.

Дыхательные движения происходят ритмически, благодаря чему формируется дыхательный цикл, состоящий из вдоха, выдоха и паузы. Обычно длительность вдоха составляет от 0,9 до 4,7 с, а длительность выдоха — 1,2 — 6 с. Частота дыхания, определяемая по движениям грудной клетки составляет у взрослых 12 — 18 в минуту, у новорождённых — 60, а у пятилетних детей — 25. Частота дыхания меньше частоты сердечных сокращений примерно в 4 — 5 раз.

Диафрагма – это мышечная перегородка, которая разделяет грудную и брюшную полости. При вдохе сокращаются межреберные мышцы. Ребра приподнимаются. Диафрагма опускается и становится более плоской. Все это приводит к увеличению объема грудной полости. Легкие при этом расширяются, происходит вдох (инспирация). Воздух через дыхательные пути устремляется в легкие и попадает в лёгочные альвеолы.

При расслаблении межреберных мышц ребра опускаются. Диафрагма занимает свое прежнее положение, становится выпуклой – объем грудной полости уменьшается, легкие сжимаются, и воздух по дыхательным путям выталкивается наружу. Происходит выдох (экспирация).

Газообмен в лёгких и тканях

Мы дышим атмосферным воздухом. Он содержит примерно 21% кислорода, 0,03% углекислого газа, почти 79% азота, пары воды. Воздух, который мы выдыхаем, отличается по составу от атмосферного. В нем уже 16% кислорода, около 4% углекислого газа, больше становится и паров воды. Количество азота не изменяется.

Газообмен в лёгких — это обмен газами между альвеолярным воздухом и кровью лёгочных капилляров путём диффузии. В легких кровь освобождается от углекислого газа и насыщается кислородом.

По артериям малого круга кровообращения в легкие поступает венозная кровь. В воздухе, который вдыхает человек, кислорода содержится значительно больше, чем в венозной крови. Поэтому он в результате диффузии свободно проходит через стенки альвеол и капилляров в кровь. Здесь кислород соединяется с гемоглобином – красным пигментом эритроцитов. Кровь насыщается кислородом и становится артериальной. Одновременно углекислый газ проникает в альвеолы. Благодаря легочному дыханию соотношение кислорода и углекислого газа в воздухе альвеол поддерживается на постоянном уровне, и газообмен между кровью и альвеолярным воздухом идет непрерывно, независимо от того, вдыхаем мы воздух в данный момент или на некоторое время задерживаем дыхание.

Газообмен в лёгких происходит благодаря существованию разницы парциального давлениядыхательных газов. Парциальным (т. е. частичным) давлением называют часть общего давления, которая приходится на долю каждого газа в газовой смеси. Это давление измеряют в мм рт. ст. Парциальное давление зависит от процентного содержания газа в газовой смеси: чем выше процентное содержание, тем выше парциальное давление.

Парциальное давление можно высчитать по формуле Дальтона: р = (Р х а)/100, где р — парциальное давление данного газа, Р — общее давление газовой смеси в мм рт. ст., а — процентное содержание газа в газовой смеси. Например, парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе составляет: (760 х 20,94)/100 = 159 мм рт. ст. Парциальное давление углекислого газа во вдыхаемом воздухе составляет 0,2 мм рт. ст. В лёгочных альвеолах парциальное давление кислорода составляет 106 мм рт. ст., а углекислого газа — 40 мм рт. ст. Поэтому кислород и углекислый газ переходят из области большего давления в область меньшего давления.

Газообмен в тканях — это обмен газами между притекающей артериальной кровью, межклеточной жидкостью, клетками и оттекающей венозной кровью. Механизм этого обмена такой же, как и в лёгких. Это диффузия, связанная с разностью парциального давления газов в крови, межклеточной жидкости и клетках организма. В тканях кровь отдает кислород и насыщается углекислым газом.

Артериальная кровь по сосудам большого круга кровообращения направляется к органам тела. Содержание кислорода в артериальной крови больше, чем в клетках тканей. Поэтому кислород благодаря диффузии свободно проходит через тонкие стенки капилляров в клетки. Кислород используется для биологического окисления, а выделившаяся энергия идет на процессы жизнедеятельности клетки. При этом образуется углекислый газ, который поступает из клеток тканей в кровь. Кровь из артериальной превращается в венозную. Она возвращается к легким и здесь снова становится артериальной.

Регуляция дыхания

Дыхательный центр — это совокупность нейронов, обеспечивающих деятельность аппарата дыхания и его приспособление к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. Эти нейроны находятся в спинном мозге, продолговатом мозге, варолиевом мосту и коре большого мозга. Основными являются нейроны, расположенные в продолговатом мозге. Именно они задают ритм и глубину дыхания и посылают импульсы к двигательным нейронам спинного мозга, которые контролируют сокращение дыхательных мышц. Дыхательный центр является двусторонним и состоит из двух функциональных отделов: центра вдоха и центра выдоха. Нейроны моста и коры полушарий большого мозга контролируют деятельность нейронов вдоха и выдоха. Функции дыхательного центра исследовал в 1885 году Н. А. Миславский. При перерезке мозга между продолговатым и спинным мозгом наблюдается полное прекращение дыхания, между мостом и продолговатым мозгом дыхание сохраняется. Повреждение нейронов вдоха и выдоха продолговатого мозга прекращает дыхание.

Дыхательный центр очень чувствителен к избытку углекислого газа, который является его главным естественным возбудителем. При этом избыток СО₂действует на дыхательные нейроны как непосредственно (через кровь и спинномозговую жидкость), так и рефлекторно (через хеморецепторы сосудов и продолговатого мозга).

Дыхательный центр находится постоянно в состоянии активности, потому что в нём автоматически возникают импульсы возбуждения.

Рефлекторная (нервная) регуляция дыхания

Примерно через каждые 4 секунды из дыхательного центра продолговатого мозга к мышцам вдоха идут нервные импульсы, заставляющие поднимать грудную клетку и опускать диафрагму. Благодаря этому происходит вдох. Выдох же в состоянии покоя самопроизволен: грудная клетка опускается под действием силы тяжести. Лишь при глубоком дыхании включается центр выдоха, который заставляет работать мышцы, осуществляющие глубокий выдох.

На работу дыхательных центров оказывают влияние и высшие дыхательные центры, расположенные в коре больших полушарий. Благодаря их влиянию дыхание изменяется при разговоре и пении; возможно также сознательно изменять ритм дыхания во время физических упражнений.

В регуляции дыхания участвуют и такие защитные рефлексы, как чихание и кашель. Раздражение рецепторов слизистой носа пылью, неприятно пахнущим веществом вызывает поток нервных импульсов в продолговатый мозг, а оттуда к мышцам. Это приводит к остановке дыхания и смыканию голосовой щели. Затем начинается интенсивный (форсированный) выдох. Давление воздуха нарастает, и наступает момент, когда он с силой прорывается через сомкнутые голосовые связки. Струя воздуха направляется в нос, человек чихает, воздух прорывается наружу, а вместе с ним удаляется слизь, мешающая дыханию.

То же самое происходит и при кашле, только поток воздуха при выдохе выходит через ротовое отверстие. Причиной кашля может стать раздражение бронхов, трахеи, гортани или легочной оболочки – плевры.

Интенсивность дыхания меняется не только при физической нагрузке, но и в зависимости от эмоционального состояния человека. При волнении дыхание становится прерывистым, человеку трудно говорить, при гневе оно шумное и частое. Приятные эмоции могут сопровождаться снижением интенсивности дыхания ("Он слушал затаив дыхание"). При смехе происходит прерывистое открывание голосовой щели на выдохе, при плаче к судорожным движениям голосовых связок на выдохе присоединяются аналогичные движения на вдохе (всхлипывания).

При входе в холодную воду дыхание останавливается на вдохе. Биологический смысл этого рефлекса в том, что при этом сокращается испарение воды с поверхности легких, а следовательно, и потеря тепла, связанная с парообразованием. Дыхание прекращается лишь на несколько секунд, но за это время организм успевает приспособиться к новым температурным условиям.