Диафрагма при выдохе и вдохе
Воздух, пройдя путь по вышеописанным воздухоносным путям, очищенный и нагретый до температуры тела, попадает в альвеолы, смешивается с имеющимся там воздухом и приобретает 100%-ную относительную влажность. Газообмен между внешним воздухом и кровью в легких происходит в основном в альвеолах, которых насчитывается свыше 700 миллионов; они покрыты густой сетью кровеносных капилляров. Каждая альвеола имеет диаметр 0,2 мм и толщину стенки 0,04 мм. Общая поверхность, через которую происходит газообмен, в среднем равна 90 квадратным метрам.
Воздух попадает в альвеолы благодаря изменению объема легких из-за дыхательных движений грудной клетки. Так, при вдохе объем легких увеличивается, давление воздуха в них становится ниже атмосферного воздуха и последний засасывается в легкие. При выдохе объем легких уменьшается, давление в них воздуха становится выше атмосферного и воздух из легких устремляется наружу. Во время вдоха давление в воздухоносных путях становится на 10—25 мм водного столба ниже атмосферного; во время выдоха оно на 20—40 мм водного столба выше атмосферного. Чем интенсивнее осуществляются вдох и выдох, тем интенсивнее падение давления воздуха в легких при вдохе и повышение его при выдохе.
Сам механизм дыхательных движений осуществляется диафрагмой и межреберными мышцами. Диафрагма – мышечно-сухожильная перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной. Главная ее функция заключается в создании отрицательного давления в грудной полости и положительного в брюшной. Края ее соединены с краями ребер, а сухожильный центр диафрагмы сращен с основанием сумки перикарда. Ее можно сравнить с двумя куполами, правый расположен над печенью, левый над селезенкой. Вершины этих куполов обращены к легким.
Когда мышечные волокна диафрагмы сокращаются, оба ее купола опускаются, а боковая поверхность диафрагмы отходит от стенок грудной клетки. Центральная сухожильная часть диафрагмы опускается незначительно. Вследствие объем грудной полости увеличивается в направлении сверху вниз, создается разряжение и воздух входит в легкие. Сокращаясь, она давит на органы брюшной полости, которые выжимаются вниз и вперед – живот выпячивается.
Когда же мышечные волокна диафрагмы расслабляются, оба купола поднимаются вверх, вытесняемые органами брюшной полости, в которой давление всегда выше, чем в грудной. Сокращение мышц брюшного пресса еще больше усиливает это давление. Вследствие этого объем грудной полости уменьшается, создается давление и воздух выходит из легких.
Межреберные мышцы за счет разворачивания ребер в стороны и некоторого поднятия их вверх увеличивают объем грудной полости, что и приводит к засасыванию в нее воздуха. При выдохе они расслабляются и в силу анатомических особенностей устройства ребер и грудной клетки и их тяжести грудная клетка принимает свое исходное положение. В результате этого в легких создается повышенное давление и воздух устремляется наружу. Внутренние межреберные мышцы и мышцы живота помогают сделать форсированный выдох.
В зависимости от того, какие мышцы задействованы во время дыхания, различают четыре типа дыхания: нижнее, среднее, верхнее и смешанное.
Нижнее дыхание, или, по-другому, «брюшное», «диафрагмальное», когда в дыхательных движениях участвует только диафрагма, а грудная клетка остается без изменений. При этом в основном вентилируется нижняя часть легких и немного средняя.
Среднее дыхание, или, по-другому, «реберное», когда в дыхательных движениях участвуют межреберные мышцы, грудная клетка расширяется в стороны и несколько поднимается вверх. Диафрагма при этом слегка поднимается.
Верхнее дыхание, или, по-другому, «ключичное», когда дыхание осуществляется только за счет поднятия ключиц и плеч вверх, при неподвижной грудной клетке и некотором втягивании диафрагмы. При этом в основном вентилируются верхушки легких и немного средняя часть.
Смешанное дыхание, или, по-другому, «полное дыхание йогов», объединяет в себе все вышеуказанные типы дыхания, равномерно вентилируя все части легких.
При спокойном дыхании не все альвеолы участвуют в дыхании одновременно, часть альвеол находится в спавшемся состоянии. Они раскрываются при усиленном дыхании во время мышечной работы и при действии на организм разреженного воздуха (в горах). Таким образом, в легких, как и в капиллярах кровеносной системы, при небольшом уровне активности происходит попеременное включение в деятельность то одних, то других «функциональных единиц» (то есть альвеол).
Легкие в зависимости от глубины вдоха и выдоха заполняются воздухом различно. Воздух, содержащийся в легких после максимального выдоха, называется остаточным. Объем вдоха и выдоха при спокойном дыхании составляет 500 мл и называется дыхательным воздухом. Разница между дыхательным воздухом и остаточным, который выдыхается только при максимальном выдохе, называется резервным воздухом. И наконец, то количество воздуха, которое человек может вдохнуть сверх среднего вдоха при максимальном, называется дополнительным. Воздух, не участвующий в газообмене, но находящийся в воздухоносных путях, называется вредным пространством. Его объем примерно равен 150 мл. Сумма дыхательного, резервного и дополнительного воздуха называется жизненной емкостью легких.
Вдыхаемый воздух является смесью альвеолярного и атмосферного воздуха, имеющегося в воздухоносных путях. Если собирать выдыхаемый воздух последовательными порциями за один выдох, то получается следующее: вначале выходит воздух, состав которого такой же, как и атмосферного, далее процент углекислого газа растет, а кислорода снижается. В самом конце выдоха в воздухе содержится 5,5% углекислого газа, а кислорода только 14%. Разница в составе объясняется тем, что выдыхаемый воздух содержит не только воздух, заполнивший альвеолы и участвующий в газообмене с кровью, но и воздух вредного пространства.
В зависимости от степени вентиляции легких различают поверхностное и глубокое дыхание. При поверхностном используется только дыхательный объем воздуха, при глубоком, помимо дыхательного, используется еще дополнительный и резервный. В зависимости от этого меняется и частота дыхания. При поверхностном она составляет 16—18 раз в минуту, при глубоком и медленном (растянутом) – 4—8. Сразу же подчеркну, что глубокое и быстрое дыхание вымывает из организма углекислый газ, дефицит которого в организме вызывает сужение бронхов и сосудов, приводит к кислородному голоданию клеток мозга, сердца, почек и других органов, поднимает артериальное давление, нарушает обмен веществ. Физиолог Д. Гендерсон многочисленными экспериментами на животных доказал пагубность такого дыхания, убивая их быстрым и глубоким дыханием. Эти эксперименты проводились им в начале нынешнего столетия.
Дыхание человека в течение жизни меняется. Так, в раннем детском возрасте оно поверхностное. Пропорции тела и внутренних органов ограничивают развертывание легких во время вдоха. Выдыхаемый воздух у детей раннего возраста содержит больше кислорода и меньше углекислого газа, чем у детей более старшего возраста. Поэтому частота дыхания тем выше, чем моложе ребенок: у новорожденного – от 40 до 50—55 раз в минуту; у ребенка 1—2 лет – 30—40 раз; 6 лет – 20 раз; 10 лет – 18—20 раз.
Тип дыхания у новорожденного и грудного ребенка – диафрагмальный (нижний), с 2 лет – смешанный реберно-диафрагмальный, а с 8—10 лет у мальчиков вырабатывается по преимуществу дыхание диафрагмального типа, у девочек – ключичное (верхнее).
После достижения половой зрелости и до 40 лет дыхательная функция находится в наивысшем состоянии. Но после сорока лет в легких наблюдаются инволютивные процессы. Так, в бронхах начинается атрофия слизистой и подслизистой тканей с замещением их жировой и склерозированной соединительной тканью, обызвествление хрящей. Это ведет к уменьшению эластичности бронхиальных путей и к потере тонуса. В самой легочной ткани начинается атрофия, которая выражается в истончении альвеолярных перегородок и уменьшении их упругости; следствием этого является расширение альвеол в результате уменьшения сопротивления их стенок атмосферному давлению. Так, у новорожденных диаметр альвеол составляет 0,05 мм, у взрослого человека уже 0,2—0,25 мм, а в старости он увеличивается до 0,34 мм. Естественно, все это отражается на дыхании, оно становится все более и более углубленным при той же частоте. И по мере приближения смерти человека оно все более и более углубляется.
В заключение общих сведений о дыхании укажем, что легкие являются одновременно не только органом дыхания, но и выделения, регуляции температуры тела и даже принимают участие в выработке физиологически активных веществ, участвующих в регуляции свертывания крови, обмена белков, жиров и углеводов. Поэтому чем чище организм, тем лучше легкие выполняют свои обязанности, в противном случае они заняты в основном выделительной функцией в ущерб остальным.