Физиология дыхания. Внешнее дыхание. Легочные объемы.
Дыхание – это совокупность физиологических процессов, обеспечи-вающих поступление кислорода в организм, использование его тканями для окислительно-восстановительных реакций и выведение из организма углекислого газа.
Дыхание включает следующие процессы:
1. внешнее (легочное) дыхание, или вентиляция легких, – обмен га-зов между альвеолами легких и атмосферным воздухом;
2. обмен газов в легких между альвеолярным воздухом и кровью;
3. транспорт газов кровью, т.е. процесс переноса О2 от легких к тка-ням и СО2 от тканей к легким;
4. газообмен в тканях между кровью капилляров и клетками тканей.
У человека внешнее дыхание обеспечивается трахеей, бронхами,
бронхиолами и альвеолами, общее количество которых составляет около 700 млн. Площадь альвеол равна 80 – 100 м2, а объем воздуха в них около 2 – 3 л; объем воздухоносных путей – 150 – 180 мл. В обычных условиях альвеолы не спадаются, т.к. находящаяся на их внутренней поверхности жидкость содержит сурфактанты – вещества, снижающие поверхностное натяжение.
Вентиляция легких (смена воздуха), т.е. газообмен между легкими и окружающей средой, осуществляется в результате периодических изме-нений объема грудной полости за счет вдоха и выдоха, которые составля-ют дыхательный цикл.При вдохе объем легких увеличивается, давление в них становится ниже атмосферного, и воздух поступает в дыхательные пути. Этот процесс носит активный характер и обусловлен сокращением наружных межреберных мышц и опусканием (сокращением) диафрагмы, в результате чего объем легких возрастает на 250 – 300 мл. Во время выдоха объем грудной полости уменьшается, воздух в легких сжимается, давле-ние в них становится выше атмосферного, и воздух выходит наружу. Вы-дох в спокойном состоянии осуществляется пассивно за счет тяжести грудной клетки и расслабления диафрагмы. Форсированный выдох проис-ходит вследствие сокращений внутренних межреберных мышц, частично – за счет мышц плечевого пояса и брюшного пресса.
Давление в плевральной полости.Важное значение для осуществ-ления вдоха и выдоха имеет герметически замкнутая плевральная полость (щель), образованная висцеральным (покрывает легкое) и париетальным (выстилает грудную клетку изнутри) листками плевры и содержащая не-большое количество жидкости. Давление в плевральной полости ниже ат-мосферного, еще больше оно снижается при вдохе, способствуя поступле-нию воздуха в легкие. При попадании воздуха или жидкости в плевраль-ную полость легкие спадаются за счет их эластической тяги, дыхание ста-новится невозможным, и развиваются тяжелые осложнения – пневмогид-роторакс.
Легочные объемы.Количество воздуха, находящегося в легких по-сле максимального вдоха, составляет общую емкость легких,величина которой у взрослого человека равна 4 – 6 л. Таким образом, общей емко-стью легких называется максимальное количество воздуха, которое может находиться в легких. В общей емкости легких принято выделять дыхатель-ный объем, резервные объемы вдоха и выдоха и остаточный объем.
Дыхательный объем –это количество воздуха, проходящего через легкие при спокойном вдохе (выдохе) и равное 400 – 500 мл. Резервный объем вдоха (1,5 – 3 л) составляет воздух, который можно вдохнуть до-полнительно после обычного вдоха. Резервным объемом выдоха (1 – 1,5 л) называется объем воздуха, который еще можно выдохнуть после обычного выдоха. Сумма этих трех объемов (дыхательного, резервных объемов вдоха и выдоха) составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ), равную 3,5 – 5 л; у спортсменов она может достигать 6 л и более. Оста-точный объем (1 – 1,2 л) – это количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха и выходит только при пневмотораксе. ЖЕЛ + остаточный объем составляют общую емкость легких.
Мертвое пространство.Воздух находится не только в альвеолах, но и в воздухоносных путях (полости рта, носа, глотки, гортани, трахеи и бронхов). Этот воздух (за исключением дыхательных бронхиол) не участвует в газообмене, поэтому просвет воздухоносных путей называют ана-томически мертвым (вредным) пространством (120 – 150 мл). Однако, проходя через это пространство, заполняющий его воздух увлажняется, со-гревается, очищается от пыли и микроорганизмов.
Интенсивность вентиляции легких, обеспечивающей обновление со-става альвеолярного газа, зависит от глубины и частоты дыхания. Количе-ственным показателем вентиляции легких служит минутный объем ды-хания (МОД), определяемый как произведение дыхательного объема на число дыхательных циклов в минуту. В покое человек делает 10 – 16 дыха-тельных циклов в 1 мин, поэтому МОД составляет 5 – 8 л.
Легочная вентиляция обеспечивается работой дыхательных мышц. При физических нагрузках МОД достигает 150 – 200 л/мин.
Состав вдыхаемого,выдыхаемого и альвеолярного воздуха.Из воздуха альвеол О2 переходит в кровь, а в него поступает СО2. Поэтому га-зовый состав воздуха в процессе вентиляции легких неодинаков.
Альвеолярный воздух является внутренней газовой средой организ-ма. От его состава зависит газовый состав артериальной крови. Выдыхае-мый воздух состоит из смеси альвеолярного и воздуха вредного простран-ства, по составу мало отличающегося от атмосферного. Поэтому выдыхае-мый воздух содержит больше О2 и меньше СО2 по сравнению с альвеоляр-ным. Назначение легочной вентиляции состоит в поддержании отно-сительного постоянства уровня парциального давления О2и СО2в альвеолярном воздухе.
Парциальное давление – давление компонента идеальной газовой смеси, которое он оказывал бы, если бы один занимал объем всей смеси. Согласно закону Дальтона давление смеси газов, химически не взаимодей-ствующих друг с другом, равно сумме их парциальных давлений. Парци-альное давление газа в газовой смеси пропорционально процентному со-держанию газа и общему давлению смеси.
При атмосферном давлении 760 мм рт. ст. рО2 в нем равно 159 мм рт. ст. и рСО2 – 0,2 мм рт. ст., а в альвеолярном воздухе – 102 мм рт. ст. и 40 мм рт. ст. соответственно. Характер легочной вентиляции определяется градиентом парциального давления этих газов в различных отделах дыхательных путей.