Раздел 4. Дыхательная система человека

Дыхание - это совокупность процессов, обеспечивающих поступление во внутренние среды организма кислорода, использование его для окисления органических веществ и удаления из организма углекислого газа. Дыхание один из основных процессов поддержания жизнедеятельности организма. Прекращение его ведет к смерти организма от кислородной недостаточности (гипоксии).

Этапы дыхания:

1) внутреннее (клеточное, тканевое);

2) транспорт газов кровью или другими жидкостями тела;

3) внешнее (легочное).

Система органов дыхания

К органам дыхания относятся носовая полость, гортань, трахея, бронхи и легкие, из них выделяют воздухоносные пути (носовая полость, гортань, трахея, бронхи) и собственно дыхательные органы - легкие.

Дыхательные пути:

Верхние (нос, носоглотка, ротоглотка)

Нижние (гортань, трахея, бронхи и бронхиальное дерево)

Характерными особенностями строения дыхательных путей явля­ется:

· наличие хрящевого остова в их стенках, в результате чего стенки дыхательной трубки не спадаются;

· наличие мерцательного эпителия на слизистой оболочке дыхательных путей, ворсинки которого, колеб­лясь против движения воздуха, гонят наружу со слизью ино­родные частицы.

Носовая полость является начальным отделом дыхательных путей и одновременно органом обоняния. Проходя через полость носа, воздух согрева­ется, увлажняется и очищается. Носовая полость перегородкой делится на две половины, которые спереди через ноздри сообщаются с наружной атмосферой, а сзади при помощи отверстий (хоан) с носоглоткой. Стенки носовой полости образо­ваны костями и хрящами и выстланы слизистой оболочкой, которая легко набухает под влиянием различных раздражителей.

В полости носа различают ее верх­нюю, нижнюю, латеральную и медиальную стенки.

С латеральной (наружной) стенки свисают три носовые раковины: верхняя, сред­няя и нижняя, две из них – отростки решетчатой кости, а нижняя – самостоятельная кость. Между носовыми раковинами образуются три носовых хода: верхний, средний и нижний. Область верхнего носового хода носит название обонятельной, так как в ее слизистой оболочке содержится обонятельный орган, а среднего и нижнего – дыха­тельной. В нижний носовой ход открывается носослезный канал. С носовой полостью связаны воздухоносные пазухи соседних костей – околоносовые пазухи, или придаточные пазухи носа (верхнечелюстная, лобная, клиновидная, решетчатая кость). У новорожденного выражена лишь верхнечелюстная пазуха, все остальные развиваются и окончательно форми­руются к 10 – 12 летнему возрасту.

Гортань располагается в области шеи на уровне IV – VI шей­ных позвонков, ниже подъязычной кости, на передней поверхности шеи, образуя заметное возвышение. У мужчин оно хорошо выражено (кадык). При разговоре или пении гортань смещается, следуя за подъязычной костью, с которой она соединена. Сзади от гортани располагается глот­ка, с которой она сообщается своим верхним отверстием. Внизу гор­тань переходит в трахею. Спереди от нее лежат мышцы шеи, сбоку сосудисто–нервные пучки.

Скелет гортани образован несколькими хрящами:

– перстневидный хрящ расположен в нижнем отделе гортани.

– щитовидный хрящ образован переднебоковой стенкой.

– надгортанник прикрывает отверстие гортани.

– внизу располагаются мелкие парные хрящи: черпаловидные, рожковидные, клиновидные.

Хрящи соединяются между собой суставами и связками и могут менять свое положение относительно друг друга благодаря наличию мышц.

Полость гортани выстлана слизистой оболочкой и подразделяется на верхний, средний и нижний отделы. В среднем отделе на боковых стенках имеются две пары складок, между которыми образуются углубле­ния – желудочки гортани. Верхние складки называются преддверными, а нижние складки – голосовыми. Промежуток между пра­вой и левой голосовыми складками называется голосовой щелью, над которой натянуты голосовые связки, и служат для воспроизведения звуков. Выдыхаемый воздух колеблет голо­совые связки, в результате чего возникают звуки.

Величина гор­тани сильно изменяется в период зрелости, особенно у мальчиков, вследствие чего голос «ломается», становится ниже.

Трахея. Дыхательное горло является непосредствен­ным продолжением гортани. Стенка трахеи состоит из 16 – 20 непол­ных хрящевых колец, соединенных связками. Задняя стенка перепончатая, содержит гладкие мы­шечные волокна. Слизистая оболочка выстлана мерцательным эпителием, богата лимфоидной тканью и железами. Трахея начинается на уровне VI шейного позвонка и заканчивается на уров­не IV – V грудного, где трахея разделяется на два главных бронха. Это место называется бифуркацией. Длина трахеи 8 – 12 см, поперечный диаметр 1,5 – 1,8 см. В шейном отделе спереди к трахее прилежит щитовидная железа, а по бокам – сонные артерии. Грудной отдел ее спереди покрыт грудиной и крупными сосудами.

Бронхи отходят от трахеи почти под прямым углом и на­правляются к воротам легких. Правый бронх шире, но короче левого и является как бы продолжением трахеи. Стенка главных бронхов, так же как и трахея, содержит неполные хрящевые кольца. Главные бронхи (I порядка) делятся в легком на долевые бронхи(II по­рядка) – слева 2 и справа 3, которые в своюочередь – на сегментарные бронхи (III поряд­ка) продолжающие делиться, образуя бронхиальное дерево легкого. Слизистая оболочка изнутри выстлана мерцательным эпителием. Снаружи главные бронхи покрыты адвентициальной оболочкой.

Легкие лежат в грудной полости по сторо­нам от сердца и крупных сосудов, покрыты серозной оболочкой – плеврой, которая образует вокруг них два замкнутых плевральных мешка. Легкие имеют неправильную конусовидную форму с основа­нием, обращенным к диафрагме, и верхушкой, выступающей на 2–3 см над ключицей в области шеи.

В легком выделяют три поверхности:

· реберная – выпуклая, прилежащая к внутренней по­верхности стенки грудной полости;

· диафрагмальная (основание) – прилежащая к диафрагме;

· средостенная (внутренняя)– обра­щена к органам средостения, лежащим между плевральными меш­ками. На средостенной поверхности находятся ворота легкого – место, через которое бронх и легочная артерия входят в легкое, а две легочные вены выходят из него, составляя вместе корень легкого.

Каждое легкое посредством борозд делится на доли:

– правое легкое на три доли (верхнюю, среднюю и нижнюю)

– левое легкое на две доли (верхнюю и нижнюю).

Левое легкое имеет у переднего края сердечную вырезку.

Доли легкого состоят из сегментов.

Бронхолегочным сегментом называют участок легкого отделенный от соседних соединительнотканными прослойками, с про­ходящими в нем венами, снабженный бронхом III порядка и ветвью легочной артерии. Сегменты имеют форму неправильных пирамид. В легком 9 сегментов. Сегментарные бронхи неоднократно делятся, направляясь к периферии легкого. Бронх с просветом около 1 мм в диаметре входит в дольку легкого (вся легочная паренхима состоит из долек.) Внутри долек ветвление бронхов продолжа­ется в виде микроскопических бронхов – бронхиол. Брон­хиолы имеют выпячивания на своих стенках в виде пузырьков – альвеол. Весь этот комплекс, начиная с респираторной бронхиолы, по своему виду напоминает виноградную гроздь, поэтому его и называют ацинусом (acinus – гроздь). Здесь происходит газообмен между кровью, находящейся в ка­пиллярах легкого, и воздухом, заполняющим легочные альвеолы. В легкое входит легочная артерия, которая несетвенозную кровь бедную кислородом из правого желудочка сердца. Легочная артерия ветвится в легком подобно бронхам и образует капиллярную сеть вокруг альвеол. Здесь происходит газообмен: О₂ воздуха переходит в кровь, а СО₂ из крови – в альвеолярный воздух. Кровь становится артериальной – богатой О₂ и по легочным венам направляется к левому предсердию сердцу.

Плевра- серозная оболочка легкого (pleura). Покрывая легкое со всех сторон, она по корню легкого переходит на стенки груд­ной полости, образуя вокруг легкого замкнутый плевральный мешок. Соответственно легким различают правый и левый плевральные мешки. Листок плевры, выстилающий стенки грудной полости и сра­щенный с ними, носит название пристеночной, или париеталь­ной плевры. В зависимости от того, какой участок покрывает легочная (висцеральная плевра) выделяют:

– реберную плевру

– диафрагмальную плевру

– средостенную (медиастинальную) плевру.

В местах перехода одной части париетальной плевры в другую образуются запасные пространства – карманы или синусы плевры, которые заполняются легкими в момент максимального вдоха, а в спокойном состоянии их стенки плотно прижаты друг к другу. Особенно велик реберно–диафрагмальный синус, расположенный в нижнем от деле плевральной полости.

Граница легких

Различают верхнюю, переднюю, нижнюю и заднюю границы легкого.

· Верхняя граница соответствует верхушке легкого. Она одинакова справа и слева — выступает спереди над ключицей на 2 — 3 см. Сзади она проецируется на уровне остистого отростка VII шейного позвонка.

· Передняя граница правого легкого идет от верхушки к правому грудино-ключичному суставу и далее опускается по срединной линии до хряща VI ребра. Там она переходит в нижнюю границу. Передняя граница левого легкого проходит так же, как у правого легкого, но только до уровня хряща IV ребра. В этом месте она резко отклоняется влево до окологрудинной линии, а затем поворачивает вниз, продолжаясь до хряща VI ребра (соответствует сердечной вырезке).

· Нижняя граница правого легкого пересекает по среднеключичной линии VI ребра; по передней подмышечной линии — VII; по средней подмышечной — VIII; по задней подмышечной — IX; по лопаточной линии — X; по околопозвоночной — XI ребро. Такое смещение нижней границы легкого по каждой линии на одно ребро называется анатомическими часами. Нижняя граница левого легкого идет на ширину одного ребра ниже, т.е. по соответствующим межреберьям.

· Задняя граница легких соответствует заднему краю органа и проецируется вдоль позвоночного от головки II ребра до шейки XI ребра по околопозвоночной линии.

Средостение.Комплекс органов, расположенных в грудной полости между пра­вым и левым плевральными мешками (mediastinum). По бокам средостение ограничено средостенной плеврой, спере­ди – задней поверхностью грудины, сзади – грудным отделом по­звоночника, снизу – диафрагмой, а сверху имеет сообщение с пространствами шеи. Условно проведенной фронталь­ной плоскостью через корни легких и трахею средостение делят на переднее и заднее.

В переднем средостении проходят: внутренние артерии и вены, сердце, лимфатические узлы, у детей ле­жит вилочковая железа, а у взрослых ее остатки. В заднем средостении проходят пищевод, аорта, блуждаю­щие нервы, лимфатический проток, симпатические стволы и вены.

Физиология дыхания

Дыханием называют процесс газообмена между живым организмом и окружающей средой. При этом из внешней среды организм потреб­ляет О₂ и выделяет наружу СО₂. О₂ необхо­дим живой клетке для непрерывно идущею в ней процесса окисле­ния, освобождающего энергию, в резуль­тате окисления СО₂. ЧД в покое составляет 14-18 в мин, учащенное - тахипноэ, редкое - брадипноэ.

Газообмен представляет собой очень сложный процесс, он состоит из трех фаз:

1 фаза – внешнего дыхания

2 фаза – транспорта газов кровью

3 фаза – внутреннего дыхания

Все процессы, происходящие в легких, называются внешним дыханием.

Ритмические движения грудной клетки осуществляют вентиля­цию воздуха в легких и поддерживают постоянство состава крови. Венозная кровь, притекающая к легким, освобождается от СО₂ и насыщается О₂.

Кровь обладает способностью не только растворять, но и химиче­ски связывать газы. Насыщаясь в легких О₂ кровь транспор­тирует его к месту потребления – клеткам, а от клеток тела уносит СО₂. Таким образом, кровь, находясь в состоянии непрерыв­ной циркуляции, осуществляет транспорт газов. В тканях происходит процесс газообмена между кровью и тканя­ми О₂ диффундирует из крови к клеткам, а СО₂ в обратном направлении, этот процесс газообмена между клетками и кровью капилляров большого круга называют внутренним, или тканевым, дыханием.

Жизненная емкость легких. Человек в состоянии покоя вдыхает и выдыхает около 500 мл воз­духа. Этот объем воздуха называется дыхательным объемом. Если после спокойного вдоха сделать усиленный дополнительный вдох, то в легкие может поступить еще 1500 мл воздуха. Этот объем называют резервным объемом вдоха. После спокойно­го выдоха можно при максимальном напряжении дыхательных мышц выдохнуть еще 1500 мл воздуха, этот объем носит название резервного объема выдоха. В сумме дыхательный объем воздуха, резервный объем вдоха и резервный объем выдоха (500 + 1500 + 1500) составляют жизненную емкость легких (ЖЕЛ). В среднем у человека ЖЕЛ составляет:

– у жен­щин в среднем 2700 мл

– у мужчин 3500 мл.

Даже после максимального выдоха в легких еще остается около 1000 мл воздуха, который носит название остаточ­ного объема, его можно уда­лить только на трупе. В легочной ткани всегда остается воздух значит, опущенный в воду кусочек легкого не тонет. По этому признаку можно определить, родился ребенок живым или мертвым. У мертворожденного не дышавшего ребенка легкие, не содержат воздуха и в воде тонут.

Для измерения объемов легочного воздуха применяется прибор, называемый спирометром.

Вентиляция легких называют объем воздуха, проходящий через легкие в 1 минуту, иначе его называют минутным объемом дыхания (МОД).

В покое МОД равен 5–8 л/мин. При мышечной работе он увели­чивается до 80 и более л/мин.

Не весь объем вдыхаемого воздуха участвует в вентиляции аль­веол. Часть его остается в воздухоносных путях, объем которых в среднем составляет около 140 мл. Таким образом, во время спокой­ного вдоха в альвеолы поступает не 500 мл, а только 360 мл воздуха. Воздухоносные пути называют «мерт­вым пространством», так как воздух, находящийся в них, не участвует в газообмене. Вдыхаемый атмосферный воз­дух содержит: О₂= 20,94%, N₂ = 79% СО₂ = 0,03%, Н₂О = 0,001%. Выдыхаемый воздух содержит: О₂ = 16,3%, N₂ = 79%, СО₂ = 4,0%, Н₂О = 0,5%.

Регуляция дыхания. Ритмическая деятельность дыхательной мускулатуры обе­спечивается ЦНС. Дыхательный центр находится на дне IV желудочка, в продолговатом мозге. В нем ритмически воз­никает возбуждение, дыхательный центр является двусторонним. Каждая его половина состоит из центра вдоха и выдоха. Импульсы из дыхательного центра идут к дыхательной мускулатуре и вызывают ее сокращения. При сокращении мышц диафрагмы она уплощается и опускается вниз, при этом грудная полость увеличивается в верти­кальном направлении. Сокращение межреберных мышц поднимает ребра и отодвигает их в стороны, а грудину – вперед. При расширении грудной полости пассивно расширяются легкие за счет атмосферного давления, действующего через воздухоносные пути. При расширении легких воздух в них распределяется в большем объеме, следовательно, давление в полости легких становится ниже атмосферного. Разность давления является причиной того, что атмосферный воздух начинает поступать в легкие – происходит вдох(инспирация). Выдох осуществляется в результате расслабления дыхательных мышц. Когда прекращается их сокращение, приподнятая и выведен­ная из положения равновесия грудная клетка из–за своей тяжести опускается и возвращается в исходное состояние. Расслабившаяся диафрагма поднимается вверх и снова принимает форму купола. Растянутые легкие из–за своей эластичности уменьшаются в объеме, это приводит к повышению внутри легочного давления и начинается ток воздуха из легких наружу, происходит выдох(экспирация). При глубоком усиленном дыхании сокращаются не только главные дыхательные мышцы, но и вспомогательные: мышцы брюшного пресса, груди шеи и крылья носа.

Автоматическая дея­тельность дыхательного центра регулируется нервным и гумораль­ным путем. На работу дыхательного центра оказывает влияние кора боль­ших полушарий головного мозга.

Рефлекторные изменения дыхания возникают при раздражении лю­бых рецепторов. Болевые раздражения усиливают и углубляют ды­хание, холодовые вызывают временную остановку. Особое значение в регуляции дыхания имеют рефлексы с хеморецепторов, чувствительных к изменению напряжения в крови СО₂. Они находятся в области дуги аорты, в месте разветвления сонных артерий. Повышение напряже­ния СО₂ в крови приводят к углублению и учащению дыхания. Вентиляция легких при этом увеличивается. У родившегося ребенка после перевязки пуповины прекращается газообмен через пупочные сосуды. В крови новорожденного про­исходит накопление СО₂ который возбуждает его дыхательный центр и вызывает первый вдох.

Газообмен в легких. Альвеолы оплетены густой сетью легочных капилляров, их стенки тонкие и влажные, что позволя­ет газам легко диффундировать согласно простому физическому закону диффузии (любой газ если его концентрация по одну сторону велика, то он стремится попасть туда, где его концентрация мала). Направление и скорость диффузии определяются парциальным давлением газа или его напряжением. Поскольку парциальное давление газа в альвеолах больше чем венозной крови он диффундирует из альвеол в капилляры. Парциальное давление СО₂ больше в крови чем в альвеолярном воздухе и он из венозной крови диффундирует в альвеолы.

Газообмен в тканях. Кровь в легких из венозной превращается в артериальную – богатую О₂. Артериальная кровь направляется к тканям, где в результате непрерывно идущих окислительных процессов потреб­ляется О₂ и образуется СО₂. В тканях напряжение О₂ близко к нулю, а напряжение СО₂ около 60 мм рт. ст. Из-за разности давления СО₂ из ткани диффундирует в кровь, а О₂ – к тканям. Кровь становится венозной и, по венам поступает в легкие, где цикл обмена газов повторяется

Перенос газов кровью. В эритроцитах крови находится пигмент, содержащий железо – гемоглобин (Hb). Одна молекула Hb при­соединяет четыре молекулы О₂, при этом Hb превращается в оксигемоглобин (HbО₂), а кровь из вишневой – венозной становится ярко алой – артериальной, эта реакция обратима, в тканях кислород освобождается. СО₂ обрадовавшийся в тканях диффундирует в плазму крови, а из нее в эритроциты. В эритроцитах примерно 10% СО₂ соединяется с Hb и образует непрочное химическое соединение – карбогемоглобин (HbСО). Остальная часть – 90% соединяется с водой и превращается Н₂СО₃.Реакция ускоряется в 20 000 раз особым ферментом, находя­щимся в эритроцитах – угольной ангидразой. Реакция обратимая.