Основные функции системы дыхания. Краткая характеристика органов дыхательной системы

Общая характеристика дыхательной системы

Самым главным показателем жизнеспособности человека можно назвать дыхание . Человек может некоторое время обходиться без воды и еды, но без воздуха жизнь невозможна. Дыхание является связующим звеном между человеком и окружающей средой обитания. Если поступление воздуха затруднено, то органы дыхани я человека и сердце начинают работать в усиленном режиме, что обеспечить необходимое количество кислорода для дыхания. Система органов дыхания и дыхательной системы у человека способна адаптироваться к условиям окружающей среды.

Учеными был установлен интересный факт. Воздух, который поступает в органы дыхания человека, условно образует два потока, один из которых проходит в левую часть носа и проникает в левое легкое , второй поток проникает в правую часть носа и подает в правое легкое .

Также исследования показали, что в артерии мозга человека происходит также разделение на два потока получаемого воздуха. Процесс дыхания должен быть правильным, что немаловажно для нормальной жизнедеятельности. Поэтому необходимо знать о строении дыхательной системы человека и органов дыхания .

Дыхательный аппарат человека включает трахею, легкие, бронхи, лимфатическую, и сосудистую систему . Также к ним относят нервную систему и мышцы дыхания, плевру. К дыхательной системе человека относят верхние и нижние дыхательные пути. Верхние дыхательные пути: нос, глотка, полость рта. Нижние дыхательные пути: трахея, гортань и бронхи.

Дыхательные пути необходимы для поступления, а также выведения воздуха из легких. Самый главный орган всей дыхательной системы — легкие , между которыми расположено сердце.

Органы дыхания

Легкие — главные органы дыхания. Они имеют форму конуса. Легкие расположены в области грудной клетки, расположены по обе стороны от сердца. Основная функция легких — газообмен , который происходит при помощи альвеол. В легкие поступает кровь из вен, благодаря легочным артериям. Воздух проникает через дыхательные пути, обогащая органы дыхания необходимым кислородом. Клетки нуждаются в обеспечении кислородом, для того, чтобы проходил процесс регенерации , и поступали питательные вещества из крови, необходимые организму. Покрывает легкие — плевра, состоящая из двух лепестков, разделенных между собой полостью (плевральная полость).

К легким относится бронхиальное дерево, которое образуется путем раздвоения трахеи . Бронхи в свою очередь разделяются на более тонкие, таким образом, образуются сегментарные бронхи. Бронхиальное дерево заканчивается мешочками очень маленького размера. Эти мешочки — множество соединенных между собой альвеол. Альвеолы обеспечивают газообмен в дыхательной системе . Бронхи покрывает эпителий, который по своему строению напоминает реснички. Реснички выводят слизь к глоточной области. Продвижению способствует кашель . Бронхи имеют слизистую оболочку.

Трахея представляет собой трубку, соединяющую гортань и бронхи. Трахея имеет длину около 12-15 см. Трахея, в отличие от легких — непарный орган. Основная функция трахеи — проводить воздух в легкие, а также выводить его. Располагается трахея между шестым позвонком шеи и пятым позвонком грудного отдела. В конце трахея раздваивается на два бронха. Раздвоение трахеи получило название бифуркации. В начале трахеи к ней примыкает щитовидная железа. С задней стороны трахеи находится пищевод. Трахею покрывает слизистая оболочка, которая является основой, а также ее покрывает мышечно-хрящевая ткань, волокнистой структуры. Состоит трахея из 18-20 колец хрящевой ткани, благодаря которым трахея гибкая.

Гортань — орган дыхания, соединяющий трахею и глотку. В гортани находится голосовой аппарат. Гортань находится в районе 4-6 позвонков шеи и при помощи связок присоединена к подъязычной кости. Начало гортани в области глотки, а конец — раздвоение на две трахеи. Щитовидный, перстневидный и надгортанные хрящи составляют гортань. Это большие непарные хрящи. Также ее образуют малые парные хрящи: рожковидный, клиновидный, черпаловидный . Соединение суставов обеспечивается связками и суставами. Между хрящами находятся мембраны, выполняющие также функцию соединения.

Глотка представляет собой трубку, которая берет начало в полости носа. В глотке пересекаются пищеварительные и дыхательные пути. Глотку можно назвать звеном соединения носовой полости и полости рта, а также глотка соединяет гортань и пищевод. Находится глотка между основанием черепа и 5-7 позвонками шеи. Носовая полость является начальным отделом дыхательной системы. Состоит из наружного носа и носовых ходов. Функцией носовой полости является фильтрация воздуха, а также его очищение и увлажнение. Ротовая полость — это второй путь поступления воздуха в дыхательную систему человека. Полость рта имеет два отдела: задний и передний. Передний отдел также называют преддверием рта.

Дыхание – это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих газообмен между организмом и внешней средой и окислительные процессы в клетках, в результате которых выделяется энергия.

Органы дыхания

Воздухоносные пути Лёгкие

носовая полость

носоглотка

Органы дыхания выполняют следующие функции : воздухопроводную, дыхательную, газообменную, звукообразовательную, определение запаха, гуморальную, участвуют в липидном и водно-солевом обмене, иммунную.

Носовая полость образована костями, хрящами и выстлана слизистой оболочкой. Продольная перегородка делит её на правую и левую половины. В носовой полости воздух согревается (кровеносные сосуды), увлажняется (слеза), очищается (слизь, ворсинки), обеззараживается (лейкоциты, слизь). У детей носовые ходы узкие, а слизистая оболочка при малейшем воспалении набухает. Поэтому дыхание детей, особенно в первые дни жизни, затруднено. Есть и другая этому причина – придаточные полости и пазухи у детей недоразвиты. Например, гайморова полость полного развития достигает только в период смены зубов, лобная – до 15 лет. Слезно-носовый канал широкий, что ведёт к проникновению инфекции и возникновению конъюнктивитов. При дыхании носом происходит раздражение нервных окончаний слизистой оболочки, рефлекторным путем усиливается сам акт дыхания, его глубина. Поэтому при дыхании через нос в легкие поступает больше воздуха, чем при дыхании через рот.

Из носовой полости через хоаны воздух попадает в носоглотку – воронкообразную полость, которая сообщается с полостью носа и через отверстие евстахиевой трубы соединяется с полостью среднего уха. Носоглотка выполняет функцию проведения воздуха.

Гортань – это не только отдел воздухоносных путей, но и орган голосообразования. Она выполняет и защитную функцию – препятствует попаданию пищи и жидкости в дыхательные пути.

Надгортанник расположен над входом в гортань и прикрывает её в момент глотания. Наиболее узкий отдел гортани – голосовая щель, которая ограничивается голосовыми связками. Длина голосовых связок у новорожденных одинакова. К моменту полового созревания у девочек составляет 1,5 см, у мальчиков – 1,6 см.

Трахея является продолжением гортани. Это трубка длиной 10-15 см у взрослых и 6-7 см у детей. Скелет её состоит из 16-20 хрящевых полуколец, препятствующих спаданию её стенок. На всём протяжении трахея выстлана мерцательным эпителием и содержит много железок, выделяющих слизь. В нижнем конце трахея делится на 2 главных бронха.

Стенки бронхов поддерживаются хрящевыми кольцами и выстланы мерцательным эпителием. В лёгких бронхи ветвятся, образуя бронхиальное дерево. Самые тонкие веточки называются бронхиолами, которые заканчиваются выпуклыми мешочками, стенки которых образованы большим количеством альвеол. Альвеолы оплетены густой сетью капилляров малого круга кровообращения. В них происходит обмен газов между кровью и альвеолярным воздухом.

Лёгкие – это парный орган, занимающий почти всю поверхность грудной клетки. Лёгкие состоят из бронхиального дерева. Каждое лёгкое имеет форму усеченного конуса, расширенной частью прилегающего к диафрагме. Верхушки лёгких выходят за ключицы в область шеи на 2-3 см. Высота лёгких зависит от пола и возраста и составляет приблизительно 21-30 см у взрослых, а у детей соответствует их росту. Масса лёгких также имеет возрастные различия. У новорожденных примерно 50 г, младших школьников – 400 г, у взрослых – 2 кг. Правое лёгкое несколько больше левого и состоит из трёх долей, в левом – 2 и имеется сердечная вырезка – место прилегания сердца.

Снаружи лёгкие покрыты оболочкой – плеврой – имеющей 2 листка – лёгочный и пристеночный. Между ними находится замкнутая полость – плевральная, с небольшим количеством плевральной жидкости, которая облегчает скольжение одного листка по другому при дыхании. В полости плевры воздух отсутствует. Давление в ней отрицательное – ниже атмосферного.

Дыхание - это процесс обмена такими газами, как кислород и углерод, происходящий между внутренней средой человека и окружающим миром. Дыхание человека представляет собой сложно регулируемый акт совместной работы нервов и мышц. Их слаженная работа обеспечивает осуществление вдоха - поступление кислорода в организм, и выдоха - выведение углекислого газа в окружающую среду.

Дыхательный аппарат имеет сложное строение и включает в себя: органы дыхательной системы человека, мышцы, отвечающие за акты вдоха и выдоха, нервы, регулирующие весь процесса обмена воздухом, а также кровеносные сосуды.

Сосуды имеют особое значение для осуществления дыхания. Кровь по венам поступает в легочную ткань, где происходит обмен газами: кислород поступает, а углекислый газ выходит. Возврат насыщенной кислородом крови осуществляется по артериям, которые транспортируют его к органам. Без процесса оксигенации тканей дыхание не имело бы никакого смысла.

Оценка функции органов дыхания производится врачами-пульмонологами. Важными показателями при этом являются:

1. Ширина просвета бронхов.
2. Объем дыхания.
3. Резервные объемы вдоха и выдоха.

Изменение хотя бы одного из этих показателей приводит к ухудшению самочувствия и являются важным сигналом к дополнительной диагностике и лечению.

Кроме того, имеются второстепенные функции, которые выполняет дыхание. Это:

1. Местная регуляция процесса дыхания, благодаря которой обеспечивается приспособление сосудов к вентиляции.
2. Синтез различных биологически активных веществ, осуществляющих сужение и расширение сосудов по мере необходимости.
3. Фильтрация, которая отвечает за рассасывание и распад инородных частиц, и даже тромбов в мелких сосудах.
4. Депонирование клеток лимфатической и кроветворной систем.

Этапы процесса дыхания

Благодаря природе, придумавшей столь уникальное строение и функции органов дыхания, возможно осуществление такого процесса, как обмен воздухом. Физиологически он имеет несколько стадий, которые, в свою очередь, регулируются центральной нервной системой, и только благодаря этому работают как часы.

Итак, ученые в результате многолетних исследований выделили следующие стадии, в совокупности организующие дыхание. Это:

1. Внешнее дыхание - доставка воздуха из внешней среды к альвеолам. В этом активное участие принимают все органы дыхательной системы человека.
2. Доставка кислорода к органам и тканям путем диффузии, в результате этого физического процесса происходит оксигенация тканей.
3. Дыхание клеток и тканей. Иными словами, окисление органических веществ в клетках с высвобождением энергии и углекислого газа. Несложно понять, что без кислорода окисление невозможно.

Значение дыхания для человека

Зная строение и функции дыхательной системы человека, трудно переоценить значение такого процесса, как дыхание.

Кроме того, благодаря ему осуществляется обмен газами между внутренней и внешней средой человеческого организма. Дыхательная система участвует:

1. В терморегуляции, то есть охлаждает организм при повышенной температуре воздуха.
2. В функции выделения случайных чужеродных веществ, таких, как пыль, микроорганизмы и минеральные соли, или ионы.
3. В создании звуков речи, что необычайно важно для социальной сферы человека.
4. В обонянии.

Дыхательная система человека - совокупность органов и тканей, обеспечивающих в организме человека обмен газов между кровью и внешней средой.

Функция дыхательной системы:

• поступление в организм кислорода;
• выведение из организма углекислого газа;
• выведение из организма газообразных продуктов метаболизма;
• терморегуляция;
• синтетическая: в тканях лёгких синтезируются некоторые биологически активные вещества: гепарин, липиды и др.;
• кроветворная: в лёгких созревают тучные клетки и базофилы;
• депонирующая: капилляры лёгких могут накапливать большое количество крови;
• всасывательная: с поверхности лёгких легко всасываются эфир, хлороформ, никотин и многие другие вещества.

Дыхательная система состоит из лёгких и дыхательных путей.

Лёгочные сокращения осуществляются с помощью межрёберных мышц и диафрагмы.

Дыхательные пути: носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы.

Лёгкие состоят из лёгочных пузырьков - альвеол.

Рис. Дыхательная система

дыхательные пути

носовая полость

Полости носа и глотки являются верхними дыхательными путями. Нос образован системой хрящей, благодаря которым носовые ходы всегда открыты. В самом начале носовых ходов располагаются мелкие волоски, которые задерживают крупные пылевые частицы вдыхаемого воздуха.

Носовая полость выстлана изнутри слизистой оболочкой, пронизанной кровеносными сосудами. Она содержит большое количество слизистых желез (150 желез/$см^2$ слизистой оболочки). Слизь препятствует размножению микробов. Из кровеносных капилляров на поверхность слизистой оболочки выходит большое количество лейкоцитов-фагоцитов, которые уничтожают микробную флору.

Кроме того, слизистая оболочка может значительно изменяться в своем объёме. Когда стенки её сосудов сокращаются, она сжимается, носовые ходы расширяются, и человек легко и свободно дышит.

Слизистая оболочка верхних дыхательных путей образована мерцательным эпителием. Движение ресничек отдельной клетки и всего эпителиального пласта строго координировано: каждая предыдущая ресничка в фазах своего движения опережает на определённый промежуток времени последующую, поэтому поверхность эпителия волнообразно подвижна - «мерцает». Движение ресничек помогает сохранять дыхательные пути в чистоте, удаляя вредные вещества.

Рис. 1. Мерцательный эпителий дыхательной системы

В верхней части носовой полости находятся органы обоняния.

Функция носовых ходов:

• фильтрация микроорганизмов;
• фильтрация пыли;
• увлажнение и согревание вдыхаемого воздуха;
• слизь смывает все отфильтрованное в желудочно-кишечный тракт.

Полость разделена решётчатой костью на две половины. Костные пластинки разделяют обе половины на узкие, сообщающиеся между собой ходы.

В полость носа открываются пазухи воздухоносных костей: гайморова, лобная и др. Эти пазухи называются придаточными пазухами носа. Они выстланы тонкой слизистой оболочкой, содержащей небольшое количество слизистых желез. Все эти перегородки и раковины, а также многочисленные придаточные полости черепных костей резко увеличивают объём и поверхность стенок носовой полости.

придаточные пазухи носа

Придаточные пазухи носа (околоносовые синусы) - воздухоносные полости в костях черепа, сообщающиеся с полостью носа.

У человека различают четыре группы придаточных пазух носа:

• верхнечелюстная (гайморова) пазуха - парная пазуха, расположенная в верхней челюсти;
• лобная пазуха - парная пазуха, расположенная в лобной кости;
• решётчатый лабиринт - парная пазуха, образованная ячейками решётчатой кости;
• клиновидная (основная) - парная пазуха, расположенная в теле клиновидной (основной) кости.

Рис. 2. Околоносовые пазухи: 1 - лобные пазухи; 2 - ячейки решётчатого лабиринта; 3 - клиновидная пазуха; 4 - верхнечелюстные (гайморовы) пазухи.

До сих пор точно не известно значение околоносовых пазух.

Возможные функции околоносовых пазух:

• уменьшение массы передних лицевых костей черепа;
• голосовые резонаторы;
• механическая защита органов головы при ударах (амортизация);
• термоизоляция корней зубов, глазных яблок и т. п. от температурных колебаний в полости носа при дыхании;
• увлажнение и согревание вдыхаемого воздуха благодаря медленному воздушному потоку в пазухах;
• выполняют функцию барорецепторного органа (дополнительный орган чувств).

Гайморова пазуха (верхнечелюстная пазуха) - парная придаточная пазуха носа, занимающая практически всё тело верхнечелюстной кости. Изнутри пазуха выстлана тонкой слизистой оболочкой из мерцательного эпителия. В слизистой оболочке пазухи очень мало железистых (бокаловидных) клеток, сосудов и нервов.

Верхнечелюстная пазуха сообщается с полостью носа через отверстия на внутренней поверхности верхнечелюстной кости. В нормальном состоянии пазуха заполнена воздухом.

Нижняя часть глотки переходит в две трубки: дыхательную (спереди) и пищевод (сзади). Таким образом, глотка является общим отделом для пищеварительной и дыхательной системы.

Гортань

Верхнюю часть дыхательной трубки составляет гортань, расположенная в передней части шеи. Большая часть гортани также выстлана слизистой оболочкой из мерцательного (ресничного) эпителия.

Гортань состоит из подвижно соединённых между собой хрящей: перстневидного, щитовидного (образует кадык, или адамово яблоко) и двух черпаловидных хрящей.

Надгортанник прикрывает вход в гортань в момент глотания пищи. Передним концом надгортанник соединён с щитовидным хрящом.

Рис. Гортань

Хрящи гортани соединены между собой суставами, а промежутки между хрящами затянуты соединительнотканными перепонками.

голосообразование

При произношении звука голосовые связки сближаются до соприкосновения. Током сжатого воздуха из лёгких, надавливающим на них снизу, они на миг раздвигаются, после чего благодаря своей эластичности опять закрываются, пока напор воздуха не откроет их снова.

Возникающие таким образом колебания голосовых связок и дают звучание голоса. Высота звука регулируется степенью натяжения голосовых связок. Оттенки голоса зависят как от длины и толщины голосовых связок, так и от строения полости рта и полости носа, которые играют роль резонаторов.

К гортани снаружи прилегает щитовидная железа.

Спереди гортань защищена передними мышцами шеи.

Трахея и бронхи

Трахея - дыхательная трубка длиной около 12 см.

Она составлена из 16−20 хрящевых полуколец, которые не смыкаются сзади; полукольца предотвращают спадание трахеи во время выдоха.

Задняя часть трахеи и промежутки между хрящевыми полукольцами затянуты соединительнотканной перепонкой. Позади трахеи лежит пищевод, стенка которого во время прохождения пищевого комка слегка выпячивается в её просвет.

Рис. Поперечный срез трахеи: 1 - мерцательный эпителий; 2 - собственный слой слизистой оболочки; 3 - хрящевое полукольцо; 4 - соединительнотканная перепонка

На уровне IV−V грудных позвонков трахея делится на два крупных первичных бронха, отходящих в правое и левое лёгкие. Это место деления носит название бифуркации (разветвления).

Через левый бронх перегибается дуга аорты, а правый огибается идущей сзади наперёд непарной веной. По выражению старых анатомов, «дуга аорты сидит верхом на левом бронхе, а непарная вена - на правом».

Хрящевые кольца, расположенные в стенках трахеи и бронхах, делают эти трубки упругими и неспадающимися, благодаря чему воздух по ним проходит легко и беспрепятственно. Внутренняя поверхность всего дыхательного пути (трахеи, бронхов и части бронхиол) покрыта слизистой оболочкой из многорядного мерцательного эпителия.

Устройство дыхательных путей обеспечивает согревание, увлажнение и очищение поступающего со вдохом воздуха. Частицы пыли мерцательным эпителием продвигаются кверху и с кашлем и чиханием удаляются наружу. Микробы обезвреживаются лимфоцитами слизистой оболочки.

лЁгкие

Лёгкие (правое и левое) находятся в грудной полости под защитой грудной клетки.

Плевра

Лёгкие покрыты плеврой.

Плевра - тонкая, гладкая и влажная, богатая эластическими волокнами серозная оболочка, одевающая каждое из лёгких.

Различают лёгочную плевру, плотно срощенную с тканью лёгкого, и пристеночную плевру, выстилающую изнутри стенки грудной клетки.

У корней лёгких лёгочная плевра переходит в пристеночную. Таким образом, вокруг каждого лёгкого образуется герметически замкнутая плевральная полость, представляющая узкую щель между лёгочной и пристеночной плеврой. Плевральная полость заполнена небольшим количеством серозной жидкости, играющей роль смазки, облегчающей дыхательные движения лёгких.

Рис. Плевра

средостение

Средостение - пространство между правым и левым плевральными мешками. Оно ограничено спереди грудиной с реберными хрящами, сзади - позвоночником.

В средостении располагаются сердце с крупными сосудами, трахея, пищевод, вилочковая железа, нервы диафрагмы и грудной лимфатический проток.

бронхиальное дерево

Глубокими бороздами правое лёгкое разделено на три доли, а левое - на две. У левого лёгкого на стороне, обращённой к срединной линии, имеется углубление, которым оно прилежит к сердцу.

В каждое лёгкое с внутренней стороны входят толстые пучки, состоящие из первичного бронха, лёгочной артерии и нервов, а выходят по две лёгочные вены и лимфатические сосуды. Все эти бронхиально-сосудистые пучки, вместе взятые, образуют корень лёгкого. Вокруг лёгочных корней расположено большое количество бронхиальных лимфатических узлов.

Входя в лёгкие, левый бронх делится на две, а правый - на три ветви по числу лёгочных долей. В лёгких бронхи образуют так называемое бронхиальное дерево. С каждой новой «веточкой» диаметр бронхов уменьшается, пока они не становятся совсем микроскопическими бронхиолами с диаметром в 0,5 мм. В мягких стенках бронхиол имеются гладкие мышечные волокна и нет хрящевых полуколец. Таких бронхиол насчитывается до 25 млн.

Рис. Бронхиальное дерево

Бронхиолы переходят в ветвистые альвеолярные ходы, которые оканчиваются лёгочными мешочками, стенки которых усыпаны вздутиями - лёгочными альвеолами. Стенки альвеол пронизаны сетью капилляров: в них происходит газообмен.

Альвеолярные ходы и альвеолы обвиты множеством упругих соединительнотканных и эластических волокон, которые составляют также основу мельчайших бронхов и бронхиол, благодаря чему лёгочная ткань легко растягивается во время вдоха и снова спадается во время выдоха.

альвеолы

Альвеолы образованы сетью тончайших эластических волокон. Внутренняя поверхность альвеол выстлана однослойным плоским эпителием. Стенки эпителия вырабатывают сурфактант - поверхностно-активное вещество, выстилающее изнутри альвеолы и препятствующее их спаданию.

Под эпителием лёгочных пузырьков залегает густая сеть капилляров, на которые разбиваются конечные ветви лёгочной артерии. Через соприкасающиеся стенки альвеол и капилляров происходит газообмен при дыхании. Попав в кровь, кислород связывается с гемоглобином и разносится по всему организму, снабжая клетки и ткани.

Рис. Альвеолы

Рис. Газообмен в альвеолах

До рождения плод через лёгкие не дышит и лёгочные пузырьки находятся в спавшемся состоянии; после рождения с первым же вдохом альвеолы раздуваются и остаются расправленными на всю жизнь, сохраняя в себе некоторое количество воздуха даже при самом глубоком выдохе.

площадь газообмена

Полнота газообмена обеспечивается огромной поверхностью, через которую он происходит. Каждый лёгочный пузырёк представляет собой эластический мешочек размером 0,25 миллиметра. Количество же лёгочных пузырьков в обоих лёгких достигает 350 млн. Если представить, что все лёгочные альвеолы растянуты и образуют один пузырь с гладкой поверхностью, то диаметр этого пузыря будет равен 6 м, его вместимость будет более $50 м^3$, а внутренняя поверхность составит $113 м^2$ и, таким образом, будет приблизительно в 56 раз больше всей кожной поверхности тела человека.

Трахея и бронхи в дыхательном газообмене не участвуют, а являются только воздухопроводящими путями.

физиология дыхания

Все процессы жизнедеятельности протекают при обязательном участии кислорода, т. е. являются аэробными. Особенно чувствительной к кислородной недостаточности является ЦНС, и прежде всего корковые нейроны, которые в бескислородных условиях погибают раньше других. Как известно, период клинической смерти не должен превышать пяти минут. В противном случае в нейронах коры головного мозга развиваются необратимые процессы.

Дыхание - физиологический процесс обмена газов в лёгких и тканях.

Весь процесс дыхания можно разделить на три основных этапа:

• лёгочное (внешнее) дыхание: газообмен в капиллярах лёгочных пузырьков;
• транспорт газов кровью;
• клеточное (тканевое) дыхание: газообмен в клетках (ферментативное окисление питательных веществ в митохондриях).

Рис. Лёгочное и тканевое дыхание

Эритроциты содержат гемоглобин, сложный железосодержащий белок. Этот белок способен присоединять к себе кислород и углекислый газ.

Проходя по капиллярам лёгких, гемоглобин присоединяет к себе 4 атома кислорода, превращаясь в оксигемоглобин. Эритроциты транспортируют кислород из лёгких в ткани организма. В тканях происходит освобождение кислорода (оксигемоглобин превращается в гемоглобин) и присоединение углекислого газа (гемоглобин превращается в карбогемоглобин). Далее эритроциты транспортируют углекислый газ к лёгким для удаления из организма.

Рис. Транспортная функция гемоглобина

Молекула гемоглобина образует стойкое соединение с оксидом углерода II (угарным газом). Отравление угарным газом приводит к гибели организма в связи с кислородной недостаточностью.

механизм вдоха и выдоха

Вдох - является активным актом, так как осуществляется при помощи специализированных дыхательных мышц.

К дыхательным мышцам относятся межрёберные мышцы и диафрагма. При глубоком вдохе используются мышцы шеи, груди и пресса.

Сами лёгкие мышц не имеют. Они не способны самостоятельно растягиваться и сокращаться. Лёгкие лишь следуют за грудной клеткой, которая расширяется благодаря диафрагме и межрёберным мышцам.

Диафрагма во время вдоха опускается на 3−4 см, вследствие чего объём грудной клетки увеличивается на 1000−1200 мл. Кроме того, диафрагма отодвигает нижние рёбра к периферии, что также ведёт к увеличению ёмкости грудной клетки. Причём чем сильнее сокращения диафрагмы, тем больше увеличивается объём грудной полости.

Межрёберные мышцы, сокращаясь, приподнимают рёбра, что также вызывает увеличение объёма грудной клетки.

Лёгкие, следуя за растягивающейся грудной клеткой, сами растягиваются, и давление в них падает. В результате создаётся разность между давлением атмосферного воздуха и давлением в лёгких, воздух устремляется в них - происходит вдох.

Выдох, в отличие от вдоха, является пассивным актом, так как в его осуществлении не принимают участие мышцы. При расслаблении межрёберных мышц рёбра под действием силы тяжести опускаются; диафрагма, расслабляясь, поднимается, занимая свое привычное положение, и объём грудной полости уменьшается - лёгкие сокращаются. Происходит выдох.

Лёгкие находятся в герметически закрытой полости, образованной лёгочной и пристеночной плеврой. В плевральной полости давление ниже атмосферного («отрицательное»). За счёт отрицательного давления лёгочная плевра плотно прижимается к пристеночной.

Уменьшение давления в плевральном пространстве является основной причиной увеличения объёма лёгких во время вдоха, то есть является той силой, которая и растягивает лёгкие. Так, во время увеличения объёма грудной клетки давление в межплевральном образовании уменьшается, и вследствие разности давлений воздух активно поступает в лёгкие и увеличивает их объём.

Во время выдоха давление в плевральной полости возрастает, и в силу разности давлений воздух выходит, лёгкие спадаются.

Грудное дыхание осуществляется преимущественно за счёт наружных межрёберных мышц.

Брюшное дыхание осуществляется за счёт диафрагмы.

У мужчин отмечается брюшной тип дыхания, а у женщин - грудной. Однако независимо от этого и мужчины, и женщины дышат ритмично. С первого часа жизни ритм дыхания не нарушается, изменяется лишь его частота.

Новорождённый ребёнок дышит 60 раз в минуту, у взрослого человека частота дыхательных движений в покое составляет около 16−18. Однако во время физической нагрузки, эмоционального возбуждения или при повышении температуры тела частота дыхания может значительно увеличиваться.

Жизненная Ёмкость лЁгких

Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) - это максимальное количество воздуха, которое может поступить и вывестись из лёгких во время максимального вдоха и выдоха.

Жизненная емкость лёгких определяется прибором спирометром .

У взрослого здорового человека ЖЕЛ меняется в пределах от 3500 до 7000 мл и зависит от пола и от показателей физического развития: например, объема грудной клетки.

ЖЕЛ состоит из нескольких объемов:

1. Дыхательный объем (ДО) - это количество воздуха, которое поступает и выводится из лёгких при спокойном дыхании (500-600 мл).
2. Резервный объем вдоха (РОВ ) - это максимальное количество воздуха, которое может поступить в лёгкие после спокойного вдоха (1500 - 2500 мл).
3. Резервный объем выдоха (РОВ) - это максимальное количество воздуха, которое может вывестись из лёгких после спокойного выдоха(1000 - 1500 мл).

регуляция дыхания

Дыхание регулируется нервными и гуморальными механизмами, которые сводятся к обеспечению ритмической деятельности дыхательной системы (вдох, выдох) и адаптационных дыхательных рефлексов, то есть изменению частоты и глубины дыхательных движений, имеющих место при изменяющихся условиях внешней среды или внутренней среды организма.

Ведущим дыхательным центром, как было установлено Н. А. Миславским в 1885 году, является дыхательный центр, расположенный в области продолговатого мозга.

Дыхательные центры обнаружены в области гипоталамуса. Они принимают участие в организации более сложных адаптационных дыхательных рефлексов, необходимых при изменении условий существования организма. Кроме того, дыхательные центры размещаются и в коре головного мозга, осуществляя высшие формы адаптационных процессов. Наличие дыхательных центров в коре головного мозга доказывается образованием дыхательных условных рефлексов, изменениями частоты и глубины дыхательных движений, имеющих место при различных эмоциональных состояниях, а также произвольными изменениями дыхания.

Вегетатвная нервная система иннервирует стенки бронхов. Их гладкая мускулатура снабжена центробежными волокнами блуждающих и симпатических нервов. Блуждающие нервы вызывают сокращение бронхиальной мускулатуры и сужение бронхов, а симпатические нервы расслабляют бронхиальную мускулатуру и расширяют бронхи.

Гуморальная регуляция: вдох осуществляется рефлекторно в ответ на повышение концентрацию углекислого газа в крови.

Дыханием называют комплект физиологических и физико- химических процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода, образование и выведение углекислого газа, получение за счет аэробного окисления органических веществ энергии, используемой для жизнедеятельности.

Дыхание осуществляется дыхательной системой , представленной дыхательными путями, легкими, дыхательными мышцами, контролирующими функции нервными структурами, а также кровью и сердечно-сосудистой системой, транспортирующими кислород и углекислый газ.

Дыхательные пути подразделяют на верхние (полости носа, носоглотка, ротовая часть глотки) и нижние (гортань, трахея, вне- и внутрилегочные бронхи).

Для поддержания жизнедеятельности взрослого человека система дыхания должна доставлять в организм в условиях относительного покоя около 250-280 мл кислорода за минуту и удалять из организма примерно такое же количество углекислого газа.

Через дыхательную систему организм постоянно контактирует с атмосферным воздухом — внешней средой, в которой могут содержаться микроорганизмы, вирусы, вредные вещества химической природы. Все они способны воздушно-капельным путем попадать в легкие, проникать через аэрогематический барьер в организм человека и вызывать развитие многих заболеваний. Некоторые из них относятся к быстро распространяющимся — эпидемическим (грипп, острые респираторные вирусные инфекции, туберкулез и др.).

Рис. Схема дыхательных путей

Большую угрозу для здоровья человека представляет загрязнение атмосферного воздуха химическими веществами техногенного происхождения (вредные производства, автотранспорт).

Знание об этих путях воздействия на здоровье человека способствует принятию законодательных, противоэпидемических и других мер защиты от действия вредных факторов атмосферы и предотвращению ее загрязнения. Это возможно при условии проведения медицинскими работниками широкой разъяснительной работы среди населения, в том числе но выработке ряда простейших правил поведения. Среди них предотвращение загрязнения окружающей среды, соблюдение элементарных правил поведения во время инфекций, которые необходимо прививать с раннего детского возраста.

Ряд проблем физиологии дыхания связан со специфическими видами человеческой деятельности: космическими и высотными полетами, пребыванием в горах, подводным плаванием, применением барокамер, с пребыванием в атмосфере, содержащей токсические вещества и избыточное количество пылевых частиц.

Функции дыхательных путей

Одной из важнейших функций дыхательных путей является обеспечение поступления воздуха из атмосферы в альвеолы и его удаления из легких. Воздух в дыхательных путях кондиционируется, подвергаясь очищению, согреванию и увлажнению.

Очищение воздуха. От пылевых частиц воздух особенно активно очищается в верхних дыхательных путях. На их слизистую оболочку оседает до 90% пылевых частиц, содержащихся во вдыхаемом воздухе. Чем меньше частица, тем больше вероятность се проникновения в нижние дыхательные пути. Так, бронхиол могут достигать частицы диаметром 3-10 мкм, а альвеол — 1-3 мкм. Удаление осевших пылевых частиц осуществляется благодаря току слизи в дыхательных путях. Слизь, покрывающая эпителий, образуется из секрета бокаловидных клеток и слизеобразующих желез дыхательных путей, а также жидкости, фильтрующейся из интерстиция и кровеносных капилляров стенок бронхов и легких.

Толщина слоя слизи составляет 5-7 мкм. Ее движение создается за счет биения (3-14 движений в секунду) ресничек мерцательного эпителия, который покрывает все дыхательные пути за исключением надгортанника и истинных голосовых связок. Эффективность работы ресничек достигается лишь при их синхронном биении. Это волнообразное движение создаст ток слизи по направлению от бронхов к гортани. Из носовых полостей слизь движется по направлению к носовым отверстиям, а из носоглотки — к глотке. У здорового человека за сутки образуется около 100 мл слизи в нижних дыхательных путях (часть ее абсорбируется эпителиальными клетками) и 100-500 мл в верхних дыхательных путях. При синхронном биении ресничек скорость движения слизи в трахее может достигать 20 мм/мин, а в мелких бронхах и бронхиолах составляет 0,5-1,0 мм/мин. Со слоем слизи могут транспортироваться частички массой до 12 мг. Механизм изгнания слизи из дыхательных путей иногда называют мукоцилиарным эскалатором (от лат.mucus — слизь,ciliare — ресничка).

Объем изгоняемой слизи (клиренс) зависит от скорости се образования, вязкости и эффективности работы ресничек. Биение ресничек мерцательного эпителия происходит лишь при достаточном образовании в нем АТФ и зависит от температуры и рН окружающей среды, влажности и ионизации вдыхаемого воздуха. Многие факторы могут ограничивать клиренс слизи.

Так. при врожденном заболевании — муковисцидозе, обусловленном мутацией гена, контролирующего синтез и структуру белка, участвующего в транспорте минеральных ионов через клеточные мембраны секреторного эпителия, развивается повышение вязкости слизи и затруднение ее эвакуации из дыхательных путей ресничками. Фибробласты легких больных муковисцидозом продуцируют цилиарный фактор, нарушающий работу ресничек эпителия. Это приводит к нарушению вентиляции легких, повреждению и инфицированию бронхов. Подобные изменения секреции могут иметь место в желудочно-кишечном тракте, поджелудочной железе. Дети, страдающие муковисцидозом, нуждаются в постоянной интенсивной медицинской помощи. Нарушение процессов биения ресничек, повреждение эпителия дыхательных путей и легких, за которыми следует развитие ряда других неблагоприятных изменений в бронхо-легочной системе, наблюдается под влиянием курения.

Согревание воздуха. Этот процесс происходит за счет соприкосновения вдыхаемого воздуха с теплой поверхностью дыхательных путей. Эффективность согревания такова, что даже при вдыхании человеком морозного атмосферного воздуха он нагревается при поступлении в альвеолы до температуры около 37 °С. Удаляемый из легких воздух отдает до 30% своего тепла слизистым оболочкам верхних отделов дыхательных путей.

Увлажнение воздуха. Проходя по дыхательным путям и альвеолам, воздух на 100% насыщается водяными парами. В результате давление водяного пара в альвеолярном воздухе составляет около 47 мм рт. ст.

Вследствие перемешивания атмосферного и выдыхаемого воздуха, имеющего различное содержание кислорода и углекислого газа, в дыхательных пути создается «буферное пространство» между атмосферой и газообменной поверхностью легких. Оно способствует поддержанию относительного постоянства состава альвеолярного воздуха, отличающегося от атмосферного более низким содержанием кислорода и более высоким содержанием углекислого газа.

Дыхательные пути являются рефлексогенными зонами многочисленных рефлексов, играющих роль в саморегуляции дыхания: рефлекс Геринга — Брейера, защитные рефлексы чихания, кашля, рефлекс «ныряльщика», а также влияющих на работу многих внутренних органов (сердца, сосудов, кишечника). Механизмы ряда этих рефлексов будут рассмотрены ниже.

Дыхательные пути участвуют в генерации звуков и придании им определенной окраски. Звук возникает при прохождении воздуха через голосовую щель, вызывая вибрацию голосовых связок. Для возникновения вибрации необходимо наличие градиента давления воздуха между наружной и внутренней сторонами голосовых связок. В естественных условиях такой градиент создается во время выдоха, когда голосовые связки при разговоре или пении смыкаются, а подсвязочное давление воздуха, благодаря действию факторов, обеспечивающих выдох, становится больше атмосферного. Под влиянием этого давления голосовые связки на мгновение смещаются, между ними формируется щель, через которую прорывается около 2 мл воздуха, затем связки опять смыкаются и процесс повторяется снова, т.е. происходит вибрация голосовых связок, порождающая звуковые волны. Эти волны создают тоновую основу для образования звуков пения и речи.

Использование дыхания для формирования речи и пения называют соответственно речевым и певческим дыханием. Наличие и нормальное положение зубов являются необходимым условием правильного и четкого произношения речевых звуков. В противном случае появляется нечеткость, шепелявость, а иногда и невозможность произношения отдельных звуков. Речевое и певческое дыхание составляют отдельный предмет исследования.

Через дыхательные пути и легкие за сутки испаряется около 500 мл воды и таким образом осуществляется их участие в регуляции водно-солевого баланса и температуры тела. На испарение 1 г воды расходуется 0,58 ккал тепла и это один из путей участия дыхательной системы в механизмах теплоотдачи. В условиях покоя за счет испарения через дыхательные пути из организма выводится за сутки до 25% воды и около 15% продуцируемого тепла.

Защитная функция дыхательных путей реализуется за счет сочетания механизмов кондиционирования воздуха, осуществления защитных рефлекторных реакций и наличия эпителиальной выстилки, покрытой слизью. Слизь и мерцательный эпителий с включенными в его слой секреторными, нейроэндокринными, реценторными, лимфоидными клетками создают морфофункциональную основу аэрогсматнчсского барьера дыхательных путей. Этот барьер благодаря наличию в слизи лизоцима, интерферона, некоторых иммуноглобулинов и лейкоцитарных антител является частью местной иммунной системы органов дыхания.

Длина трахеи составляет 9-11 см, внутренний диаметр 15-22 мм. Трахея ветвится на два главных бронха. Правый из них шире (12-22 мм) и короче, чем левый, и отходит от трахеи под большим углом (от 15 до 40°). Бронхи ветвятся, как правило, дихотомически и их диаметр постепенно уменьшается, а суммарный просвет увеличивается. В результате 16-го ветвления бронхов образуются терминальные бронхиолы диаметр которых равен 0,5-0,6 мм. Далее следуют структуры, образующие морфофункциональную газообменную единицу легкого - ацинус. Емкость воздухоносных путей до уровня ацинусов составляет 140-260 мл.

В стенках мелких бронхов и бронхиол содержатся гладкие миоциты, которые располагаются в них циркулярно. От степени тонического сокращения миоцитов зависят просвет этой части дыхательных путей и скорость потока воздуха. Регуляция скорости потока воздуха через дыхательные пути осуществляется в основном в их нижних отделах, где просвет путей может изменяться активно. Тонус миоцитов находится под контролем нейромедиаторов автономной нервной системы, лейкотриенов, простагландинов, цитокинов и других сигнальных молекул.

Рецепторы дыхательных путей и легких

Важную роль в регуляции дыхания играют рецепторы, которыми особенно обильно снабжены верхние дыхательные пути и легкие. В слизистой оболочке верхних носовых ходов между эпителиальными и опорными клетками расположены обонятельные рецепторы. Они представляют собой чувствительные нервные клетки, имеющие подвижные реснички, обеспечивающие рецепцию пахучих веществ. Благодаря этим рецепторам и системе обоняния организм получает возможность восприятия запахов веществ, содержащихся в окружающей среде, наличии пищевых веществ, вредных агентов. Воздействие некоторых пахучих веществ вызывает рефлекторное изменение проходимости дыхательных путей и, в частности, у людей с обструктивным бронхитом может вызвать астматический приступ.

Остальные рецепторы дыхательных путей и легких подразделяют на три группы:

• растяжения;
• ирритантные;
• юкстаальвеолярные.

Рецепторы растяжения располагаются в мышечном слое дыхательных путей. Адекватным раздражителем для них является растяжение мышечных волокон, обусловленное изменением внутриплеврального давления и давления в просвете дыхательных путей. Важнейшая функция этих рецепторов — контроль за степенью растяжения легких. Благодаря им функциональная система регуляции дыхания контролирует интенсивность вентиляции легких.

Имеется также ряд экспериментальных данных о наличии в легких рецепторов спадения, активирующихся при сильном уменьшении объема легких.

Ирритантные рецепторы обладают свойствами механо- и хеморецепторов. Они расположены в слизистой оболочке дыхательных путей и активируются при действии интенсивной струи воздуха во время вдоха или выдоха, действии крупных пылевых частиц, скоплении гнойного отделяемого, слизи, попадании в дыхательные пути частиц пищи. Эти рецепторы чувствительны также к действию раздражающих газов (аммиак, пары серы) и других химических веществ.

Юкстаальвеолярные рецепторы расположены в ингерстициальном пространстве легочных альвеол у стенок кровеносных капилляров. Адекватным раздражителем для них является увеличение кровенаполнения легких и возрастание объема межклеточной жидкости (они активируются, в частности, при отеке легких). Раздражение этих рецепторов рефлекторно вызывает возникновение частого поверхностного дыхания.

Рефлекторные реакции с рецепторов дыхательных путей

При активации рецепторов растяжения и ирритантных рецепторов возникают многочисленные рефлекторные реакции, обеспечивающие саморегуляцию дыхания, защитные рефлексы и рефлексы, влияющие на функции внутренних органов. Такое подразделение этих рефлексов весьма условно, так как один и тот же раздражитель в зависимости от его силы может или обеспечивать регуляцию смены фаз цикла спокойного дыхания, или вызывать защитную реакцию. Афферентные и эфферентные пути этих рефлексов проходят в стволах обонятельного, тройничного, лицевого, языкоглоточного, блуждающего и симпатического нервов, а замыкание большинства рефлекторных дуг осуществляется в структурах дыхательного центра продолговатого мозга с подключением ядер вышеперечисленных нервов.

Рефлексы саморегуляции дыхания обеспечивают регуляцию глубины и частоты дыхания, а также просвета дыхательных путей. Среди них выделяют рефлексы Геринга — Брейера. Инспираторно-тормозящий рефлекс Геринга — Брейера проявляется тем, что при растяжении легких во время глубокого вдоха или при вдувании воздуха аппаратами искусственного дыхания рефлекторно тормозится вдох и стимулируется выдох. При сильном растяжении легких этот рефлекс приобретает защитную роль, предохраняя легкие от перерастяжения. Второй из этой серии рефлексов - экспираторно-облегчающий рефлекс - проявляется в условиях, когда воздух поступает в дыхательные пути под давлением во время выдоха (например, при аппаратном искусственном дыхании). В ответ на такое воздействие рефлекторно продлевается выдох и тормозится появление вдоха. Рефлекс на спадение легких возникает при максимально глубоком выдохе или при ранениях грудной клетки, сопровождаемых пневмотораксом. Он проявляется частым поверхностным дыханием, препятствующим дальнейшему спадению легких. Выделяют также парадоксальный рефлекс Хеда, проявляющийся тем, что при интенсивном вдувании воздуха в легкие па короткое время (0,1-0,2 с) может активироваться вдох, сменяющийся затем выдохом.

Среди рефлексов, регулирующих просвет дыхательных путей и силу сокращения дыхательных мышц, имеется рефлекс на снижение давления в верхних дыхательных путях , который проявляется сокращением мышц, расширяющих эти дыхательные пути, и препятствующих их закрытию. В ответ на снижение давления в носовых ходах и глотке рефлекторно сокращаются мышцы крыльев носа, подбородочно-язычная и другие мышцы, смещающие язык вентрально кпереди. Этот рефлекс способствует вдоху путем снижения сопротивления и увеличения проходимости верхних дыхательных путей для воздуха.

Снижение давления воздуха в просвете глотки также рефлекторно вызывает уменьшение силы сокращения диафрагмы. Этот глоточно-диафрагмальный рефлекс препятствует дальнейшему снижению давления в глотке, слипанию ее стенок и развитию апноэ.

Рефлекс закрытия голосовой щели возникает в ответ на раздражение механорецепторов глотки, гортани и корня языка. При этом смыкаются голосовые и надгортанные связки и предотвращается попадание вдыхательные пути пищи, жидкости и раздражающих газов. У пациентов, находящихся в бессознательном состоянии или под наркозом, рефлекторное закрытие голосовой щели нарушается и рвотные массы, а также содержимое глотки могут попасть в трахею и вызвать аспирационную пневмонию.

Ринобронхиальные рефлексы возникают при раздражении ирритантных рецепторов носовых ходов и носоглотки и проявляются сужением просвета нижних дыхательных путей. У людей, склонных к спазмам гладкомышечных волокон трахеи и бронхов, раздражение ирритантных рецепторов носа и даже некоторые запахи могут провоцировать развитие приступа бронхиальной астмы.

К классическим защитным рефлексам дыхательной системы принадлежат также кашлевый, чихательный рефлексы и рефлекс ныряльщика. Кашлевый рефлекс вызывается раздражением ирритантных рецепторов глотки и нижележащих дыхательных путей, особенно области бифуркации трахеи. При его реализации вначале происходит короткий вдох, затем смыкание голосовых связок, сокращение мышц выдоха, увеличение подсвязочного давления воздуха. Затем голосовые связки мгновенно расслабляются и воздушная струя с большой линейной скоростью проходит через дыхательные пути, голосовую щель и открытый рот в атмосферу. При этом из дыхательных путей изгоняется избыток слизи, гнойного содержимого, некоторых продуктов воспаления или случайно попавших пищевых и других частиц. Продуктивный, «влажный» кашель способствует очищению бронхов и выполняет дренажную функцию. Для более эффективного очищения дыхательных путей врачи назначают специальные лекарственные средства, стимулирующие продукцию жидкого отделяемого. Чихательный рефлекс возникает при раздражении рецепторов носовых ходов и развивается подобно каш левому рефлексу за исключением того, что изгнание воздуха происходит через носовые ходы. Одновременно усиливается слезообразование, слезная жидкость по слезно-носовому каналу поступает в полость носа и увлажняет ее стенки. Все это способствует очищению носоглотки и носовых ходов. Рефлекс ныряльщика вызывается попаданием жидкости в носовые ходы и проявляется кратковременной остановкой дыхательных движений, препятствуя прохождению жидкости в нижележащие дыхательные пути.

При работе с пациентами врачам-реаниматологам, челюстно-лицевым хирургам, отоларингологам, стоматологам и другим специалистам необходимо учитывать особенности описанных рефлекторных реакций, возникающих в ответ на раздражение рецепторов ротовой полости, глотки и верхних дыхательных путей.