Система органов дыхания: строение и функции

Нормальное функционирование органов и систем человека возможно только при условии быстрого и своевременного восстановления энергетического баланса. Организм получает энергию за счет окисления органических субстратов - углеводов, жиров, белков.

Дыхание - это сложный непрерывный процесс поддержания на оптимальном уровне окислительно-восстановительных процессов в организме человека. В процессе дыхания принято различать три звена: легочное дыхание, транспорт газов кровью , тканевое дыхание.

Легочное дыхание - это газообмен между организмом и окружающим его атмосферным воздухом. Оно делится на два этапа: газообмен между атмосферным и альвеолярным воздухом, газо- обмен между альвеолярным воздухом и кровью.

Легочное дыхание осуществляется за счет активности аппарата внешнего дыхания который включает в себя дыхательные пути (носоглотка, трахея, крупные бронхи), легкие, плевру, дыхательные мышцы, скелет грудной клетки, диафрагму. Основная функция аппарата легочного дыхания это доставка кислорода из окружающего воздуха и освобождение от избытка углекислого газа. Транспорт газов осуществляется кровью. Он обеспечивается разностью парциального давления газов по пути их следования.

Тканевое дыхание тоже разделено на два этапа. Первый этап - это обмен газов между кровью и тканями, второй связан с потреблением кислорода клетками и выделением ими углекислого газа. Дыхательный цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. Обычно вдох короче выдоха. Оптимальное соотношение вдох/выдох=1/2.

Акт вдоха (осуществляется вследствие увеличения объема грудной клетки в трех направлениях: вертикальном, переднезаднем и горизонтальном. Благодаря движению ребер грудная клетка увеличивается в горизонтальном и переднезаднем направлениях, а в результате уплощения диафрагмы органы брюшной полости оттесняются вниз, в стороны и вперед, размер грудной клетки увеличивается в вертикальном направлении.

В зависимости от преимущественного участия в акте вдоха мышц грудной клетки и диафрагмы различают грудной (реберный) или брюшной (диафрагмальный) тип дыхания. У мужчин преобладает брюшной тип, у женщин - грудной тип дыхания. В некоторых случаях, например при физической нагрузке, в акте дыхания могут принимать участие вспомогательные мышцы - это мышцы плечевого пояса и шеи (грудинно-ключично-сосцевидная, лестничные мышцы, грудные большая и малая, передние зубчатые).

Оптимальным считается так называемое полное дыхание, в котором одновременно представлены и грудной и брюшное. Затем по оптимальности стоит брюшное, и самое неоптимальное это грудное дыхание. Преобладание грудного дыхания у женщин чаще всего обусловлено беременностью во время которой диафрагмальное дыхание практически отсутствует. После родов мало женщин занимается дыхательной гимнастикой способной восстановить нормальную экскурсию грудной клетки, последствием чего является так называемый гипервентиляционный синдром. Сущность гипервентиляционного синдрома состоит в следующем.

В норме при полном дыхании экскурсия верхних и нижних отделов легких осуществляется равномерно, у женщин с преобладанием грудного дыхания диафрагма в дыхании практически не участвует. Это приводит к недостаточной вентиляции нижних отделов легких. При физической нагрузке компенсацию в недостатке кислорода женщина пытается возместить за счет очень раннего включения мышц дополнительной дыхательной мускулатуры плечевого пояса и шеи, однако это увеличивает объем преимущественно верхних и средних отделов легких. В нижних отделах по прежнему вентиляция снижена. Дополнительная мускулатура не в состоянии столь длительно поддерживать дыхание. Возникают локальные изменения мышц, микроспазмы, образование участков ишемии (малокровия) в мышцах, и как результат - боли в грудной клетке, шее с иррадиацией в руку, снижена толерантность к физическим нагрузкам.

Более того для дальнейшей компенсации недостатка кислорода организм начинает не столько углублять дыхание, сколько учащать его, в результате из организма выводится много углекислого газа, возникает его недостаток (гипокапния). Гипокапния приводит к повышению порога возбуждения мышц нарушению работы дыхательного центра в головном мозге. Это сопровождается головокружением, тошнотой, потемнением в глазах, сдавливающими головными болями, периодическими судорожными сокращениями отдельных мышц. Кроме того гипокинезия диафрагмы способствует застою желчи в желчном пузыре и печени, снижению моторики желудочно-кишечного тракта и как следствие нарушению пищеварения, способствующему нарушению обмена веществ и ожирению. Поэтому адекватное отношение тренеров к дыхательным упражнениям во время занятий будет способствовать улучшению результатов у клиентов. Признаками включения дополнительной дыхательной мускулатуры являются: поднятие плеч на вдохе, увеличение глубины подключичных ямок во время вдоха.

Акт выдоха (экспирация) осуществляется в результате расслабления наружных межреберных мышц и поднятия купола диафрагмы. При этом грудная клетка возвращается в исходное положение и дыхательная поверхность легких уменьшается.

Кислород находится в крови в двух состояниях: физическом растворении (2-3%) и в химической связи с гемоглобином (97%). Гемоглобин образует с кислородом непрочное, легко диссоциирующее соединение - оксигемоглобин. Сродство кислорода к гемоглобину существенно понижается в кислой среде, что характерно в тканях при избытке углекислоты, что увеличивает отдачу кислорода в капиллярах. Здесь же угольная кислота отнимает часть основания от восстановленного гемоглобина, в результате в эритроцитах и в плазме в образуются бикарбонаты. А гемоглобин превращается в карбоксигемоглобин. При поступлении крови в легкие карбоангидраза эритроцитов расщепляет бикарбонаты образуя свободный СО2, а карбоксигемоглобин, отдавая СО2, превращается в оксигемоглобин снова. Свободный СО2 выделяется из легких при выдохе.

Тканевое дыхание представляет собой процесс использования кислорода в клетке - его утилизацию в митохондриях, направленную на выработку энергии (АТФ) и в микросомах (обезвреживание токсических продуктов метаболизма) в клетках.

Физическая нагрузка сопровождается значительными сдвигами в активности органов и физиологических систем организма. Повышенные энерготраты обеспечиваются увеличением утилизации кислорода, что приводит к нарастанию содержания углекислого газа в жидкостях и тканях организма. В условиях относительной кислородной недостаточности (гипоксии) может изменяться характер и тканевого дыхания в котором начинают преобладать процессы анаэробного окисления. Анаэробное дыхание обусловливает увеличение в крови и тканях таких метаболитов как молочная кислота, продукты перекисного окисления липидов и др. Эти вещества оказывают стимулирующий эффект на сосудистые рефлексогенные зоны (хеморецепторы), непосредственно на нейроны самого дыхательного центра и клетки коры головного мозга, обладающих очень высокой чувствительностью к гипоксии и ацидозу. Стимуляция центральной нервной системы приводит к углублению и учащению дыхательных движений, система дыхания начинает обеспечивать возросшие потребности организма в кислороде.

§ 34. Гигиенические требования к воздушной среде учебных заведений

Отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха в общеобразовательных учреждениях следует предусматривать в соответствии с гигиеническими требованиями к общественным зданиям и сооружениям.

Теплоснабжение зданий обеспечивается от ТЭЦ, районных или местных котельных. Паровое отопление не используется.

В качестве нагревательных приборов могут применяться радиаторы, трубчатые нагревательные элементы, встроенные в бетонные панели, а также допускается использование конвекторов с кожухами. Отопительные приборы ограждаются съемными деревянными решетками, располагаются под оконными проемами и имеют регуляторы температуры. Не следует устраивать ограждений из древесно-стружечных плит и других полимерных материалов. Средняя температура поверхности нагревательных приборов не должна превышать 80°С.

При проектировании в школьном здании воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией, следует предусматривать автоматическое управление системами для поддержания в помещении в рабочее время расчетных уровней температуры и относительной влажности воздуха в пределах 40 - 60%.

Во внеучебное время в помещении поддерживается температура не ниже 15°С.

Температура воздуха, поддерживаемая в системе воздушного отопления, в рабочее время не должна превышать 40°С.

В учебных помещения рециркуляция воздуха в системах воздушного отопления не используется.

Отдельные системы вытяжной вентиляции следует предусматривать для следующих помещений (групп помещений): классных комнат и учебных кабинетов (при отсутствии воздушного отопления), лабораторий, актовых залов, бассейнов, тиров, столовой, медпункта, киноаппаратной, санитарных узлов, помещений для обработки и хранения уборочного инвентаря.

Воздухообмен в школьных столовых рассчитывается на поглощение теплоизбытков, выделяемых технологическим оборудованием кухни.

Асбестоцементные воздухопроводы в учебных учреждениях не применяются.

Печное отопление допускается только в одноэтажных малокомплектных сельских школах (не более 50 человек). Топка устраивается в коридоре.

Не следует устанавливать железные печи. Во избежание загрязнения воздуха помещений окисью углерода печные трубы закрываются не ранее полного сгорания топлива и не позднее, чем за 2 ч до прихода учащихся.

Площадь фрамуг и форточек в учебных помещениях должна быть не менее 1/50 площади пола. Фрамуги и форточки должны функционировать в любое время года.

Учебные помещения проветриваются во время перемен, а рекреационные - во время уроков.

До начала занятий и после их окончания необходимо осуществлять сквозное проветривание учебных помещений.

В теплые дни целесообразно проводить занятия при открытых фрамугах и форточках.

Температура воздуха в зависимости от климатических условий должна составлять: в классных помещениях, учебных кабинетах, лабораториях - 18 - 20°С при их обычном остеклении и 19 -21°С - при ленточном остеклении; в учебных мастерских - 15 - 17°С; в актовом зале, лекционной аудитории, классе пения и музыки, клубной комнате - 18 - 20°С; в дисплейных классах - оптимальная 19 - 21°С, допустимая 18 - 22°С; в спортзале и комнатах для проведения секционных занятий - 15 - 17°С; в раздевалке спортивного зала - 19 - 23°С; в кабинетах врачей - 21 - 23°С; в рекреациях - 16 - 18°С; в библиотеке - 17 - 21°С; в вестибюле и гардеробе - 16 - 19°С.

Уроки физкультуры следует проводить в хорошо аэрируемых залах. Для этого необходимо во время занятий в зале открывать одно - два окна с подветренной стороны при температуре наружного воздуха выше 5°С и слабом ветре. При более низкой температуре и большей скорости движения воздуха занятия в зале проводятся при открытых фрамугах, а сквозное проветривание - во время перемен при отсутствии учащихся.

При достижении в помещении температуры воздуха в 15 - 14°С проветривание зала следует прекращать.

В помещениях общеобразовательных учреждений относительная влажность воздуха должна соблюдаться в пределах 40 - 60%.

В уборных, помещениях кухни, душевых и мастерских оборудуется вытяжная вентиляция.

Вытяжные вентиляционные решетки следует ежемесячно очищать от пыли.

В школьных учебно-производственных мастерских, где работа на станках и механизмах связана с выделением большого количества тепла и пыли, оборудуется механическая вытяжная вентиляция. Кратность воздухообмена составляет не менее 20 м3 в час на 1 ребенка. Станки и механизмы должны отвечать требованиям санитарных норм и иметь соответствующие защитные приспособления.

Литература

1. Ермолаев Ю.А. Возрастная физиология. М., Высшая школа,1985 год

2. Хрипкова А.Г. Возрастная физиология. - М., Просвещения, 1975.

3. Хрипкова А.Г. Анатомия, физиология и гигиена человека. - М., Просвещения, 1978.

4. Хрипкова А.Г., Антропова М.В., Фарбер Д.А. Возрастная физиология и школьная гигиена. - М., Просвещения, 1990.

5. Антропова М.В. Гигиена детей и подростков, 5-ое изд. - М., Медицина, 1977.

6. Гуминский А.А., Леонтьев Н.Н., Тупицына Л.П. Руководство к выполнению лабораторных занятий по возрастной физиологии. - М., Изд. МГПИ им. В.И.Ленина, 1984.

7. Матюшонок М.Г. и др. Физиология и гигиена детей и подростков. - Минск,1980 год

8. Санюкевич Л.И. Лабораторные занятия по анатомии и физиологии ребенка с основами школьной гигиены. - Минск,1985.

9. Белецкая В.И., Громова З.П., Егорова Т.И. Школьная гигиена. - М.,Просвещения,1983 год.

10. Под ред. Ситдикова Ф.Г. Избранные главы по возрастной физиологии. Казань, 1992 год.

11. Под ред. Косицкого Г.И. Физиология человека. - М., Медицина, 1985.

12. Под ред. Ноздрачева А.Д. Общий курс физиологии человека и животных. В 2 т. - М., Высш. шк., 1991. - Т.1, с. 32-370.

13. Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Анатомия и физиология детского организма (1 и 2 части). М., Просвещение, 1986.

14. Под ред. Антроповой М.В. и Кольцовой М.М. Морфофункциональное созревание основных физиологических систем организма дошкольного возраста. - М., Педагогика, 1983.

15. Под ред. В.И.Козлова, Д.А.Фарбер. Физиология развития ребенка. М., Педагогика, 1983.

16. Под ред. Агаджанян Н.А. Атлас по нормальной физиологии. - М., Высш. шк., 1986. - 351 с.

17. Экерт Р., Рэндел Д., Огастни Дж. Физиология животных. Механизмы и адаптация. В 2 т. - М., Мир, 1991-1992. - Т.1, с. 186-375, Т.2, с. 261-273.

18. Под ред. Елисеева В.Г. Гистология. - М., Медицина, 1983. - 611 с.