Система органов дыхания. Дыхательная система человека

Для поддержания жизни необходимо, с одной стороны, непрерывное поглощение клетками живого организма кислорода и, с другой, удаление углекислого газа, образующегося в результате процессов окисления. Эти два параллельно протекающих процесса и составляют сущность дыхания.

У высокоорганизованных многоклеточных животных дыхание обеспечивается специальными органами - легкими.

Легкие человека состоят из множества отдельных маленьких легочных пузырьков альвеол диаметром 0,2 мм. Но так как число их очень велико (около 700 миллионов), то общая поверхность значительна и составляет 90 м 2 .

Альвеолы густо оплетены сетью тончайших кровеносных сосудов - капилляров. Стенка легочного пузырька и капилляра вместе имеет толщину всего 0,004 мм.

Таким образом кровь, протекающая по капиллярам легких, чрезвычайно близко соприкасается с воздухом, находящимся в альвеолах, где происходит газообмен.

Атмосферный воздух попадает в легочные пузырьки, проходя через воздухоносные дыхательные пути.

Собственно дыхательные пути начинаются так называемой гортанью в том месте, где глотка переходит в пищевод. За гортанью следует дыхательное горло - трахея в диаметре около 20 мм, в «стенках которой имеются хрящевые кольца (рис. 7).

Рис. 7. Верхние дыхзтельньге пути:
1 - носовая полость: 2 - ротовая полости; 3 - пищевод; 4 - гортань и дыхательное горло (трахея); 5 - надгортанник

Трахея проходит в грудную полость, где делится на два больших бронха - правый и левый, на которых висят правое и левое легкие. Войдя в легкое, бронх ветвится, его разветвления (средние и мелкие бронхи) постепенно утоньшаются и, наконец, переходят в самые тонкие конечные веточки - бронхиолы, на которых сидят альвеолы.

Снаружи легкие покрыты гладкой, слегка влажной оболочкой - плеврой. Точно такая же оболочка покрывает изнутри стенки грудной полости, образуемой с боков ребрами и межреберными мышцами, а снизу диафрагмой или грудобрюшной мышцей.

В норме легкие не сращены со стенками грудной клетки, они только плотно к ним прижаты. Это происходит оттого, что в плевральных полостях (между плевральными оболочками легких и грудных стенок), которые представляют робой узкие щели, нет воздуха. Внутри легких, в альвеолах всегда находится воздух, сообщающийся с атмосферным, поэтому в легких имеется (в среднем) атмосферное давление. Оно и прижимает легкие к стенкам груди с такой силой, что легкие не могут оторваться от них и пассивно следуют за ними, при расширении или сжатии грудной клетки.

Кровь, совершая по сосудам альвеол непрерывный кругооборот, захватывает кислород и выделяет углекислый газ (СО 2). Следовательно, для правильного газообмена необходимо, чтобы воздух, находящийся в легких, содержал необходимое количество кислорода и не переполнялся бы СО 2 (углекислым газом). Это обеспечивается постоянным частичным обновлением воздуха в легких. При вдохе в легкие поступает свежий атмосферный воздух, а при выдохе - удаляется уже использованный.

Дыхание происходит следующим образом. Во время вдоха усилием дыхательных мышц грудная клетка расширяется. Легкие, пассивно следуя за грудной клеткой, всасывают воздух через дыхательные пути. Затем грудная клетка в силу своей эластичности уменьшается в объеме, легкие сжимаются и выталкивают избыток воздуха в атмосферу. Происходит выдох. При спокойном дыхании в легкие человека во время каждого вдоха поступает 500 мл воздуха. Такое же количество он выдыхает. Этот воздух называется дыхательным. Но если после нормального вдоха сделать глубокий вдох, то в легкие поступит еще 1500-3000 мл воздуха. Его называют дополнительным. Кроме того, при глубоком выдохе после нормального выдоха из легких можно удалить еще до 1000- 2500 мл так называемого резервного воздуха. Однако и после этого в легких остается около 1000-1200 мл остаточного воздуха.

Сумма объема дыхательного, дополнительного и резервного воздуха называется жизненной емкостью легких. Ее измеряют при помощи специального прибора - спирометра. У разных людей жизненная емкость легких колеблется от 3000 до 6000-7000 мл.

Высокая жизненная емкость легких имеет важное значение для ныряльщиков. Чем больше объем легких, тем больше под водой может находиться ныряльщик.

Дыхание регулируется особыми нервными клетками - так называемым дыхательным центром, который находится рядом с сосудо-двигательным центром в продолговатом мозгу.

Дыхательный центр очень чувствителен к избытку углекислоты в крови. Повышение содержания углекислого газа в крови раздражает дыхательный центр и учащает дыхание. И наоборот, резкое, уменьшение содержания углекислого газа в крови или альвеолярном воздухе вызывает кратковременную на 1-1,5 мин остановку дыхания (апноэ).

Дыхание находится под некоторым контролем воли. Здоровый человек может произвольно задержать дыхание на 45-60 сек.

Понятие о газообмене в организме (внешнее и внутреннее дыхание). Внешнее дыхание обеспечивает газообмен между наружным воздухом и кровью человека, насыщает кровь кислородом и выводит из нее углекислоту. Внутреннее дыхание обеспечивает обмен газами между кровью и тканями организма.

Обмен газами в легких и тканях происходит в результате разности парциальных давлений газов в альвеолярном воздухе, крови и тканях. Венозная кровь, поступающая к легким, бедна кислородом и богата углекислым газом. Парциальное давление кислорода в ней (60-76 мм рт. ст.) значительно меньше, чем в альвеолярном воздухе (100-110 мм рт. ст.), и кислород свободно переходит из альвеол в кровь. Зато парциальное давление углекислого газа в венозной крови (48 мм рт. ст.) выше, чем в альвеолярном воздухе (41,8 мм рт. ст.), что заставляет уплекислый газ покинуть кровь и перейпи в альвеолы, откуда он удаляется во время выдоха. В тканях же организма этот процесс происходит по-другому: кислород из крови поступает к клеткам, а кровь насыщается углекислым, газом, который в избытке содержится в тканях.

Взаимоотношение парциальных давлений кислорода и углекислого газа в атмосферном воздухе, крови и тканях организма видно из таблицы (величины парциальных давлений выражены в мм рт. ст).

К этому следует добавить, что высокое процентное содержание углекислого газа в крови или тканях способствует разложению окиси гемоглобина на гемоглобин и чистый кислород, а высокое содержание кислорода способствует удалению углекислого газа из крови через легкие.

Особенности дыхания под водой . Мы уже знаем, что человек не может использовать для дыхания имеющийся в воде растворенный кислород, т. к. легкие его нуждаются только в газообразном кислороде.

Чтобы обеспечить жизнедеятельность организма под водой, необходимо систематически доставлять дыхательную смесь к легким.

Это может быть осуществлено тремя путями: через дыхательную трубку, при помощи автономных дыхательных аппаратов и подачей воздуха с поверхности воды в изолирующие устройства (скафандры, батискафы, домики). Указанные пути имеют свои особенности. Издавна известно, что, находясь под водой, можно дышать через трубку на глубине не более 1 м.

На большей глубине дыхательные мышцы не могут преодолеть дополнительного сопротивления столба воды, которое давит на грудную клетку. Поэтому для плавания под водой применяются дыхательные трубки длиной не более 0,4 м.

Но и при такой трубке сопротивление дыханию все же достаточно велико, к тому же воздух, поступающий на вдох, несколько обеднен кислородом и имеет небольшой избыток углекислоты, что приводит к возбуждению дыхательного центра, выражающемуся в умеренной одышке (частота дыхания увеличивается на 5-7 вдохов в минуту).

Чтобы обеспечить нормальное дыхание на глубине, необходимо подавать в легкие воздух под таким давлением, которое соответствовало бы давлению на данной глубине и могло бы уравновесить внешнее давление воды на грудную клетку.

В кислородном скафандре дыхательная смесь перед поступлением в легкие сжимается до нужной степени, в дыхательном мешке- непосредственно давлением окружающей среды.

В автономном дыхательном аппарате на сжатом воздухе эту функцию выполняет специальней механизм. При этом важным является соблюдение определенных пределов сопротивления дыханию, так как значительная величина его оказывает отрицательное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека, вызывает утомление дыхательной мускулатуры, вследствие чего организм не в состоянии поддержать необходимый режим дыхания.

У аппаратов легочно-автоматического действия сопротивление дыханию пока еще достаточно большое. Величина его оценивается потому усилию дыхательных мышц, которое создает разрежение в легких, дыхательных путях, трубке вдоха и в подмембранной полости легочного автомата. В условиях атмосферного давления, а также в вертикальном положении аквалангиста в воде, когда легочной автомат находится на одном уровне с «центром» легких, сопротивление дыханию на вдохе равно около 50 мм вод. ст. При горизонтальном плавании с аквалангом, легочный автомат которого расположен за спиной на баллонах, разница между давлением воды на мембрану легочного автомата и на грудь аквалангиста составляет около 300 мм вод. ст.

Поэтому сопротивление вдоху достигает 350 мм вод. ст. Для уменьшения сопротивления дыханию вторая ступень редукции в новых типах аквалангов размещается в загубнике.

В вентилируемом снаряжении, где воздух подается по шлангу с поверхности, сжатие его производится при помощи специальных водолазных помп или компрессоров, причем степень сжатия должна быть пропорциональна глубине погружения. Величина давления в этом случае контролируется манометром, установленным между помпой и водолазным шлангом.

2 Куда органы дыхания доставляют кислород - в альвеолы легких или к клеткам и тканям организма?
3 Назовите дыхательные пути, через которые проходит воздух?
4 Какую функцию выполняет гортань?

Тесты по теме: «Органы дыхания. Газообмен»
А - средний мозг
Б - спинной мозг
В - легкие
Г - продолговатый мозг?
За счет каких механизмов осуществляются дыхательные движения:
А - сознание
Б - за счет изменения концентрации О2 в крови
В - за счет изменения концентрации СО2 в крови
Г - за счет деятельности вегетативной нервной системы?
Какие мышцы принимают участие в дыхательных движениях:
А – спинные
Б – брюшные
В – межреберные
Г – диафрагма?
Чем обусловлена диффузия кислорода из альвеол в капилляры:
А – разница давления
Б – разница концентрации
В – наличие сквозных отверстий?
Чем легкие покрыты снаружи:
А – фасцией
Б – пристеночной плеврой
В – мышечной тканью
Г – легочной плеврой?
Какое давление в плевральной полости:
А – равно атмосферному
Б – ниже атмосферного
В – выше атмосферного?
Где усваивается кислород:
А – носоглотка
Б – легкие
В – эритроциты
Г – митохондрии клеток?
Каково значение дыхания:
А – охлаждение организма
Б – выведение СО2
В – окисление питательных веществ
Г – освобождение энергии?
Как движется оксигемоглобин от легких к клеткам тела:
А – сосуды малого круга
Б – сосуды большого круга
В – минуя сердце
Г – через сердце?
Сколько плевральных полостей у человека:
А – одна, общая для обоих легких
Б – две, каждое легкое находится в своей
В – нет плевральных полостей?

II вариант:
Когда голосовые связки расходятся наиболее широко:
А – человек молчит
Б – говорит шепотом
В – громко говорит
Г – кричит?
Как расположен надгортанник во время глотания:
А – опущен, закрывает вход в гортань
Б – поднят, не закрывает вход в гортань
В – опущен, закрывает вход в трахею?
Из какого органа воздух попадает попадает в гортань при вдохе:
А – из носовой полости
В – из носоглотки
В – из ротовой полости?
Какие особенности трахеи обеспечивают свободное прохождение воздуха в бронхи:
А – хрящевые полукольца
Б – хрящевые кольца
В – хрящевая спираль трахеи?
Как называются конечные образования дыхательных путей, в которых происходит газообмен:
А – бронхи
Б – бронхиолы
В – альвеолы?
Не пропускает пищу в гортань:
А – слизистая оболочка
Б – надгортанник
В – хрящевые полукольца?
Внутри содержит голосовые связки:
А – гортань
Б – бронхи
В – носовая полость?
Самая длинная часть воздухоносного пути:
А – гортань
Б – трахея
В – бронхи?
Место газообмена между легкими и кровью:
А – бронхи
Б – легкие
В – легочные пузырьки?
Выстилает наружную поверхность легких:
А – слизистая оболочка
Б – соединительная ткань
В – плевра?

III вариант:
Сколько кислорода во вдыхаемом воздухе:
А – 0,03%
Б – 4%
В – 16%
Г – 21%
Сколько кислорода в выдыхаемом воздухе:
А – 0,03%
Б – 4%
В – 16%
Г – 21%
Сколько углекислого газа во вдыхаемом воздухе:
А – 0,03%
Б – 4%
В – 16%
Г – 21%
Сколько углекислого газа в выдыхаемом воздухе:
А – 0,03%
Б – 4%
В – 16%
Г – 21%
Где располагается дыхательный центр:
А – продолговатый мозг
Б – промежуточный мозг
В – спинной мозг
Г – кора больших полушарий?
Каковы особенности гуморальной регуляции работы дыхательного центра:
А – регулируется с помощью гормонов надпочечников
Б - регулируется с помощью гормонов щитовидной железы
В – регулируется, в основном, концентрацией кислорода в крови
Г – регулируется, в основном, концентрацией углекислого газа в крови?
В какой форме транспортируется основная часть кислорода в крови:
А – плазмой крови, в растворенном состоянии
Б – в форме миоглобина
В – в форме оксигемоглобина
Г – в форме карбогемоглобина?
Выпишите номера правильных суждений:
1 – во время вдоха межреберные мышцы сокращаются
2 – во время вдоха ребра грудной клетки поднимаются
3 – во время выдоха диафрагма принимает плоскую форму
4 – во время выдоха мышцы расслабляются
5 - во время вдоха давление в легочных пузырьках выше атмосферного
6 – диафрагма не относится к дыхательным мышцам
7 – между легочной и пристеночной плеврой имеется плевральная полость, общая для обоих легких.

2) Выпишите названия частей глаза, через которые проходят лучи света, прежде чем они попадут на сетчатку.
3) Запишите определения. ПАЛОЧКИ, КОЛБОЧКИ, СЕТЧАТКА, ЖЁЛТОЕ ПЯТНО, СЛЕПОЕ ПЯТНО.
4) Напишите рекомендации для сохранения хорошего зрения.

2. Скелет служит... телу,... внутренние органы, с помощью него осуществляются... тела в пространстве, он также участвует в... веществ.
3. Плечевая, бедренная кости относятся к... костям и состоят из..., внутри которого находится..., и двух...
4. Стенки полостей, содержащих внутренние органы, образованы... костями, например... отдел черепа, кости..., ребра; а позвонки и кости... черепа состоят из нескольких разных частей и относятся к... костям.
5. Кость имеет сложный... состав и состоит из 65–70 %... веществ, придающих..., и 30–35 %... веществ, придающих... и... кости.
6. Кость в основном состоит из... ткани, являющейся разновидностью... ткани, и представлена... и... веществом.
7. Компактное вещество развито в костях, выполняющих функцию... и..., и обеспечивает им большую..., в особых каналах этого вещества расположены... сосуды, питающие кость.
8. Губчатое вещество образовано костными..., между которыми находится... костный мозг, образующий клетки...; полость трубчатых костей заполнена... костным мозгом.
9. Снаружи кость покрыта..., через которую проходят кровеносные... и...; за счет нее происходит рост костей в...10. Между костями черепа и таза имеются... соединения, в этом случае кости соединены прослойкой... ткани или..., в мозговом отделе и крыше черепа такие образования называются...
11. Прерывные соединения костей называются..., они позволяют человеку совершать различные...
12. Сустав образуется между поверхностями костей, покрытых..., снаружи они заключены в суставную..., укрепленную..., внутри которой находится суставная..., уменьшающая трение.
13. Скелет головы – ... – состоит из... и... отделов и представлен... костями, защищающими головной... и органы чувств.
14. Скелет туловища состоит из грудной клетки и..., представленного несколькими отделами:..., грудным,..., крестцовым и...
15... имеет изгибы, выполняющие роль амортизаторов, и образован позвонками, состоящими из... и отростков, отверстия дуг позвонков формируют канал, защищающий... мозг.
16. Грудная... состоит из... пар ребер и..., защищает сердце,..., служит для прикрепления... мышц.
17. Пояс верхних конечностей образован парными... и..., а свободная конечность состоит из... кости, предплечья и...
18. Нижние конечности состоят из... кости, голени и..., а пояс нижних конечностей представлен... костями, служащими поддержкой... столбу и внутренним органам.

Главным органом яв­ляются легкие. Однако воздух, прежде чем попадает в них, проходит достаточно длинный путь: нос, носоглот­ка, глотка, гортань, трахея, бронхи. И это, как мы узнаем ниже, весьма важный момент в обеспечении нормально­го дыхания.

Нос выполняет наряду с дыхательной, обонятельной, резонаторной функциями и такую весьма важную для жизнедеятельности человека, как защитную. Пылевые частицы и бактерии механически задерживаются у входа в нос растущими здесь волосками.

Носовые ходы представляют собой узкие и извилис­тые каналы, что благоприятствует согреванию проходящего воздуха. Для его увлажнения слизистая оболочка в норме за сутки выделяет около 0,5 литра влаги. Эта слизь выполняет двойную задачу: в значительной сте­пени обезвреживает бактерии, осевшие на стенках носа с частичками пыли, а саму ее смывает в носоглотку, откуда она удаляется отхаркиванием и выплевыванием.

Исследования показывают, что более 50% вдыхаемой пыли задерживается в носу. Если же человек дышит ртом, то загрязненный воздух проходит в более глубокие дыхательные пути, что может вызвать ряд заболеваний. Отсюда становится очевидным, как важно постоянно со­хранять носовое дыхание.

В носовой полости широко развита сеть обонятельного рва, благодаря чему мы способны различать запахи. При воспалении слизистой оболочки носа, ее отеке обаятельная функция резко снижается либо теряется пол­ностью.

Глотка и гортань также обладают защитной функцией, читая вдыхаемый воздух от пыли и микробов, согревая и увлажняя его. При раздражении какими-либо веществами стенок носа, носоглотки и гортани возникает — чиханье и кашель.

Гортань играет важную роль в формировании звука. Поэтому при воспалении слизистой оболочки ее стенок, также голосовых связок наступает охриплость, а порой и полная потеря голоса.

Согретый и очищенный от пыли и частично от микроорганизмов воздух попадает в трахею и бронхи. Гортань, трахея и бронхи содержат в своих стенках хрящи, которые придают им упругость и предохраняют от спадания. Два главных бронха, отходящие от трахеи, подобно ветвям дерева многократно делятся на все более и более мелкие, доходя до тонких и тончайших веточек — бронхиолей, диаметр которых не превышает долей миллиметра. Они заканчиваются гроздьями мельчайших пузырьков, так называемых легочных альвеол, напоминающих миниатюрную виноградную кисть. Их стенки очень тон­кие и оплетены густой сетью кровеносных сосудиков капилляров. Изнутри альвеолы выстланы поверхностно активным веществом, ослабляющим действие силы поверхностного натяжения и тем самым предупреждающим спадение легких на выдохе. Суммарная толщина альвеолы и капилляра, отделяющих кровь от воз­духа, обычно не превышает тысячной доли миллиметра, благодаря чему кислород легко проникает из альвеолярного воздуха в кровь, а углекислый газ — из крови в воз­дух.

Процесс газообмена в легких со­вершается очень быстро вследст­вие огромного числа альвеол, рав­ного нескольким сотням миллио­нов, а общая площадь разверну­тых их стенок почти в 50 раз пре­вышает поверхность кожи тела человека. Кровь протекает по ка­пиллярам в альвеолах примерно за 2 секунды, но этого достаточно, чтобы установилось кислородное и углекислотное равновесие.

Легкие (правое и левое) запол­няют обе половины грудной клет­ки. Правое состоит их трех долей, левое — из двух. Каждое из них имеет половины отвесно разрезанного конуса с закругленной верхушкой и несколько вдавленном основанием, помещающимся на диафрагме – широкой плоской мышце с плотной сухожильной куполообразно припод­нятой серединой, отделяющей грудную полость от брюш­ной.

Легкие покрыты тонкой оболочкой — плеврой, которая выстилает также и стенки грудной полости. Между ле­гочными и пристеночными листками плевры образуется щелевидное герметически замкнутое пространство (плевральная полость). В ней содержится небольшое ко­личество жидкости, выделяемой плеврой, но отсутству­ет воздух. Давление в плевральной полости меньше ат­мосферного и называется отрицательным.

Ежеминутно через легкие в покое проходит 6-9 л воз­духа, а за сутки это составит не менее 10 000 л.

Из защитных механизмов дыхательной системы сле­дует прежде всего отметить реснитчатый эпителий, вы­стилающий слизистые оболочки на всем пути движения воздуха, и бокаловидные клетки. На одну такую клетку приходится около пяти реснитчатых. Они более узкие, чем бокаловидные, покрыты волосками-ресничками, ко­торых на одной клетке насчитывается до двухсот и кото­рые находятся в постоянном движении, причем избирательно в сторону крупных бронхов. Благодаря этому рес­нички выполняют чрезвычайно важную роль в очищении воздухоносных путей от инородных частиц и веществ.

Бокаловидные клетки выделяют на поверхность рес­нитчатого эпителия слизь, на которую осаждается почти вся пыль из вдыхаемого воздуха, и с помощью ресничек она продвигается в сторону крупных бронхов, трахеи, гортани, глотки, а затем выводится при кашле наружу.

Кашель возникает в результате раздражения опреде­ленных зон, расположенных в местах наиболее тесного «прикосновения потока воздуха со слизистой оболоч­кой бронхов, и происходит быстро, в сотые доли секунды. Но в это время дыхательная система человека находится в весьма напряженном состоянии. Сначала человек делает короткий вдох. Вслед за этим следует смыкание голосовой щели и мощное кратковременное сокращение межреберных мышц и диафрагмы. В момент сокращения них мышц резко повышается внутригрудное давление, и результате чего голосовая щель открывается и загряз­ненный воздух из бронхов и трахеи выталкивается наружу.

Измерение скорости воздушного потока при кашле по­казывает, что она достигает в глотке 50-120 м/с, то есть 100 км/ч. В трахее и главных бронхах скорость движения воздуха несколько снижается, но и здесь она составляет 15-32 м/с, а в мелких и мельчайших бронхах падает до 1,2-6 м/с. Естественно, что при таком «урагане» многое из постороннего, что попало в дыхательные пути с возду­хом или находилось в нем (мокрота, скопление слизи и микроорганизмов, пыль и другие инородные частицы), стремительно выбрасывается наружу.

Таким образом, наша система дыхания снабжена уни­версальным и безотказным воздушным фильтром и кон­диционером, благодаря чему в легкие человека всегда поступает совершенно чистый согретый воздух.

И все же главной функцией легких является обеспе­чение окислительных процессов, в результате чего образуется энергия, поддерживающая жизнедеятельность организма. А для окисления белков, жиров и углеводов постоянно нужен в достаточном количестве кислород. Если без пищи можно прожить более месяца, без воды — около 10 дней, то без кислорода жизнь угасает через не­сколько минут. Именно на легкие и дыхательные мышцы выпадает ответственная роль обеспечить его достав­ку тканям организма.

Как же осуществляются дыхательная функция и про­цессы газообмена?

Дыхательный акт состоит из вдоха, выдоха и паузы. В нем участвуют диафрагма и наружные межреберные мышцы. Регулирует дыхание так называемый дыхатель­ный центр, расположенный в продолговатом мозгу. От­сюда раздражающие импульсы передаются по диафрагмальному нерву к диафрагме и по межреберным нервам к межреберным мышцам.

При вдохе сокращаются межреберные мышцы и диа­фрагма. Купол ее становится плоским и опускается, а ребра поднимаются. Таким образом увеличивается объем грудной клетки. Поскольку давление в плевральной полости отрицательное, легкое хорошо расправляется в грудной полости и под действием силы атмосферного давления наполняется воздухом. Степень растяжения легочной ткани и сокращения дыхательных мышц контролируются механорецепторами, расположенными в легких и этих мышцах. Импульсы отсюда поступают в дыхательный центр и сигнализируют о степени наполнения легких воздухом. Таким образом осуществляется четкая обратная связь между продолговатым мозгом и органами, обеспечивающими дыхание.

Когда вдох окончен и дыхательные мышцы расслабляются, грудная клетка возвращается в исходное положе­ние: ребра опускаются, купол диафрагмы выпячивается вверх. Объем грудной клетки уменьшается, что влечет за собой уменьшение объема легких. В результате этого воздух, вошедший при вдохе, выталкивается наружу.

После выдоха наступает пауза, затем дыхательный акт повторяется.

Дыхательный центр автоматически регулирует ритм и глубину дыхания. Но человек может вмешаться в этот автоматизированный процесс, сознательно изменяя его и даже на некоторое время прекращая (задержка дыха­ния). В то же время повышенная концентрация углекис­лого газа сильнее, чем обычно, раздражает дыхательный центр, что приводит к учащению дыхания.

Частота его у взрослого человека составляет 16-20 раз в минуту, то есть около 600 000 000 дыханий в течение жизни. В покое, во сне, в положении лежа частота дыха­ния уменьшается до 14-16 в минуту. При физической на­грузке, быстрой ходьбе, беге она, наоборот, увеличивает­ся. Общий объем воздуха, который можно максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха (жизненная ем­кость легких), является одним из показателей физиче­ского развития человека. В норме для мужчин он состав­ляет 3,5-4 литра, а для женщин — 2,5-3 литра. Занятия физической культурой, дыхательные упражнения повы­шают жизненную емкость легких, а значит, улучшают снабжение организма кислородом. При этом жизненная емкость легких достигает 4,5-5 литров.

Каждый человек должен выработать правильный ритм дыхания. Этому помогают дыхательные упражне­ния. Например, делается сначала глубокий вдох. Живот максимально выпячивается вперед, расширяются боко­вые стороны грудной клетки, плечи слегка разворачива­ются, затем через 5 секунд выдох — брюшная стенка втя­гивается внутрь. Постепенно разрыв между вдохом и вы­дохом увеличивается до 10 секунд и более. Такие упраж­нения рекомендуется проводить 2-3 раза в день. Делать дыхательную гимнастику можно сидя, лежа или во вре­мя ходьбы (вдох — задержка — выдох — задержка; каждый элемент на четыре шага).

Сейчас рассмотрим процесс газообмена, происходя­щий в легких во время дыхательного акта. Атмосферный воздух, насыщенный кислородом, поступает по дыхатель­ным путям в мельчайшие разветвления бронхов. Проник­шие из альвеол в кровь молекулы кислорода сразу же связываются с гемоглобином, находящимся в красных кровяных тельцах — эритроцитах, в результате чего образуется новое соединение — оксигемоглобин. В таком виде кислород доставляется к тканям, где он легко осво­бождается для участия в тканевом дыхании. Как только оксигемоглобин освободится от кислорода, он тут же вступает в связь с углекислым газом. Образуется новое соединение, получившее название карбогемоглобин. Поскольку это соединение непрочное, то в капиллярах легких оно быстро расщепляется, а освободившийся углекислый газ поступает в альвеолярный воздух и за­тем удаляется в атмосферу. За минуту тканям доставля­ется до 600 мл кислорода, который вступает в биохими­ческие реакции обмена веществ.

Дыхательная система. К дыхательной системе относятся легкие и дыхательные пути, по которым воздух проходит в легкие и обратно

К дыхательной системе относятся легкие и дыхательные пути, по которым воздух проходит в легкие и обратно. Дыхательные пути представлены носовой полостью, глоткой, гортанью, трахеей и бронхами. Воздух поступает сначала в носовую (ротовую) полость, затем в носоглотку, гортань и дальше в трахею. Трахея делится на два главных бронха - правый и левый, которые, в свою очередь, разделяются на долевые и входят в ткань легкого. В легких каждый из бронхов делится на все более и более мелкие доли, образуя бронхиальное дерево. Конечные мельчайшие разветвления бронхов (бронхиолы) переходят в закрытые альвеолярные ходы, в стенках которых имеется большое количество шаровидных образований - легочных пузырьков (альвеол). Каждая альвеола окружена густой сетью кровеносных капилляров. Строение легочных альвеол довольно сложно и соответствует выполняемой ими функции - газообмена (рис. 2.3).

Механизм дыхания имеет рефлекторный (автоматический) характер. В покое обмен воздуха в легких происходит в результате ритмических дыхательных движений грудной клетки. При вдохе объем легких увеличивается (грудная клетка расширяется), давление в легких становится ниже атмосферного, и воздух поступает в дыхательные пути. В покое расширение грудной клетки осуществляется диафрагмой (специальной дыхательной мышцей) и наружными межреберными мышцами, а при интенсивной физической работе включаются и другие скелетные мышцы. Во время выдоха объем грудной полости уменьшается, воздух в легких сжимается, давление в них становится выше атмосферного, и воздух из легких выталкивается наружу. Выдох в спокойном состоянии осуществляется пассивно за счет тяжести грудной клетки и расслабления диафрагмы. Форсированный выдох происходит вследствие сокращений внутренних межреберных мышц, и, частично, - за счет мышц плечевого пояса и брюшного пресса.

Рис. 2.3. Путь транспорта кислорода у человека

Количество воздуха, проходящего через легкие при спокойном вдохе (выдохе) составляет дыхательный объем (400–500 мл). Объем воздуха, который можно вдохнуть еще (выдохнуть) после обычного вдоха (выдоха), называется резервным объемом вдоха (выдоха). Дыхательный объем (ДО), резервный объем вдоха и выдоха составляют жизненную емкость легких (ЖЕЛ). ЖЕЛ зависит от пола, возраста, размера тела и тренированности. ЖЕЛ составляет в среднем у женщин 2,5–4,0 л, у мужчин - 3,5–5,0 л. Под влиянием тренировки ЖЕЛ возрастает, у хорошо тренированных спортсменов она достигает 8 литров.

То количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает за одну минуту, называется минутным объемом дыхания (МОД). В покое МОД составляет 6–8 л, при напряженной физической нагрузке может возрастать в 20–25 раз и достигать 120–150 литров в одну минуту. МОД - один из основных показателей аппарата внешнего дыхания.

В процессе газообмена между организмом и атмосферным воздухом большое значение имеет вентиляция легких, обеспечивающая обновление альвеолярного газа. Интенсивность вентиляции зависит от глубины и частоты дыхания. Количественным показателем вентиляции легких служит минутный объем, определяемый как произведение дыхательного объема на число дыханий (ЧД) в минуту. Например, при ЧД 14 раз/мин МОД будет составлять 7 литров: 500 мл (ДО) х 14 раз/мин (ЧД) = 7000 мл (МОД).

С физиологической точки зрения основным показателем эффективности внешнего дыхания является не МОД, а часть его, достигающая альвеол - альвеолярная вентиляция. Дело в том, что не весь вдыхаемый воздух достигает альвеол, где происходит газообмен. Часть вдыхаемого воздуха (150 мл) остается в «мертвом» пространстве (полость рта, носа, глотка, гортань, трахея и бронхи). Таким образом, при МОД 7 литров, альвеолярная вентиляция (эффективный обмен) составляет около 5 литров (7000 – 150х14 раз/мин = 4900 мл).

Дыхательная система - это совокупность органов и анатомических образований, обеспечивающих движение воздуха из атмосферы в легкие и обратно (дыхательные циклы вдох — выдох), а также газообмен между поступающим в легкие воздухом и кровью.

Органами дыхания являются верхние и нижние дыхательные пути и легкие, состоящие из бронхиол и альвеолярных мешочков, а также из артерий, капилляров и вен легочного круга кровообращения.

Также к дыхательной системе относятся грудная клетка и дыхательные мышцы (деятельность которых обеспечивает растяжение легких с формированием фаз вдоха и выдоха и изменение давленияв плевральной полости), а кроме того - дыхательный центр, находящийся в головном мозге, периферические нервы и рецепторы, участвующие в регуляции дыхания.

Основная функция органов дыхания - обеспечение газообмена между воздухом и кровью путем диффузии кислорода и углекислого газа через стенки легочных альвеол в кровеносные капилляры.

Диффузия - процесс, в результате которого газ из области более высокой концентрации стремится в область, где концентрация его мала.

Характерной особенностью строения дыхательных путей является наличие хрящевой основы в их стенках, в результате чего они не спадаются

Кроме того, органы дыхания участвуют в звукообразовании, определении запаха, выработке некоторых гормоноподобных веществ, в липидном и водно-солевом обмене, в поддержании иммунитета организма. В воздухоносных путях происходит очищение, увлажнение, согревание вдыхаемого воздуха, а также восприятие температурных и механических раздражителей.

Дыхательные пути

Воздухоносные пути дыхательной системы начинаются с наружного носа и носовой полости. Носовая полость разделяется костно-хрящевой перегородкой на две части: правую и левую. Внутренняя поверхность полости, выстланная слизистой оболочкой, снабженная ресничками и пронизанная кровеносными сосудами, покрыта слизью, которая задерживает (и частично обезвреживает) микробы и пыль. Таким образом, в носовой полости воздух очищается, обезвреживается, согревается и увлажняется. Вот почему необходимо дышать носом.

В течение жизни носовая полость задерживает до 5 кг пыли

Миновав глоточную часть воздухоносных путей, воздух поступает в следующий орган гортань , имеющую вид воронки и образованную несколькими хрящами: щитовидный хрящ защищает гортань спереди, хрящевой надгортанник при проглатывании пищи закрывает вход в гортань. Если пытаться говорить во время проглатывания пищи, то она может попасть в воздухоносные пути и вызвать удушение.

При глотании хрящ перемещается вверх, затем возвращается на прежнее место. При этом движении надгортанник закрывает вход в гортань, слюна или пища идет в пищевод. Что еще есть в гортани? Голосовые связки. Когда человек молчит, голосовые связки расходятся, когда он говорит громко, голосовые связки сомкнуты, если он вынужден шептать, голосовые связки приоткрыты.

1. Трахея;
2. Аорта;
3. Главный левый бронх;
4. Главный правый бронх;
5. Альвеолярные протоки.

Длина трахеи человека составляет около 10 см, диаметр - около 2,5 см

Из гортани воздух по трахее и бронхам поступает в легкие. Трахея образована многочисленными хрящевыми полукольцами, расположенными друг над другом и соединенными мышечной и соединительной тканью. Открытые концы полуколец прилегают к пищеводу. В грудной клетке трахея разделяется на два главных бронха, от которых ответвляются вторичные бронхи, продолжающие ветвиться далее до бронхиол (тоненьких трубочек диаметром около 1 мм). Разветвление бронхов представляет собой довольно сложную сеть, называемую бронхиальным деревом.

Бронхиолы разделяются на еще более тонкие трубочки - альвеолярные протоки, которые заканчиваются маленькими тонкостенными (толщина стенок - одна клетка) мешочками - альвеолами, собранными в гроздья наподобие винограда.

Ротовое дыхание вызывает деформацию грудной клетки, ухудшение слуха, нарушение нормального положения носовой перегородки и формы нижней челюсти

Легкие — основной орган дыхательной системы

Важнейшие функции легких заключаются в газообмене, снабжении кислородом гемоглобина, выводе углекислоты, или углекислого газа, являющегося конечным продуктом обмена веществ. Однако только этим функции легких не ограничиваются.

Легкие участвуют в поддержании постоянной концентрации ионов в организме, могут выводить из него и другие вещества, кроме шлаков (эфирные масла, ароматические вещества, «алкогольный шлейф», ацетон и т. д.). При дыхании с поверхности легких испаряется вода, что ведет к охлаждению крови и всего организма. Кроме того, легкие создают воздушные потоки, приводящие в колебание голосовые связки гортани.

Условно легкое можно разделить на 3 отдела:

1. воздухоносный (бронхиальное дерево), по которому воздух, как по системе каналов, достигает альвеол;
2. система альвеол, в которой происходит газообмен;
3. кровеносная система легкого.

Объем вдыхаемого воздуха у взрослого человека составляет около 0 4- 0,5 л, а жизненная емкость легких, то есть максимальный объем, примерно в 7-8 раз больше — обычно 3-4 л (у женщин меньше, чем у мужчин), хотя у спортсменов может превышать и 6 л

1. Трахея;
2. Бронхи;
3. Верхушка легкого;
4. Верхняя доля;
5. Горизонтальная щель;
6. Средняя доля;
7. Косая щель;
8. Нижняя доля;
9. Сердечная вырезка.

Легкие (правое и левое) лежат в грудной полости по обеим сторонам от сердца. Поверхность легких покрыта тонкой, влажной, блестящей оболочкой плеврой (от греч. pleura - ребро, бок), состоящей из двух листков: внутренний (легочный) покрывает поверхность легкого, а наружный (пристеночный) - выстилает внутреннюю поверхность грудной клетки. Между листками, которые почти соприкасаются друг с другом, сохраняется герметически замкнутое щелевидное пространство, называемое плевральной полостью.

При некоторых заболеваниях (воспаление легких, туберкулез) пристеночный листок плевры может срастись с легочным листком, образуя так называемые спайки. При воспалительных заболеваниях, сопровождающихся избыточным скоплением жидкости или воздуха в плевральной щели, она резко расширяясь, превражается в полость

Вертушка легкого на 2-3 см выступает над ключицей, за[одя в нижнюю область шеи. Поверхность, прилежащая к ребрам, выпуклая и имеет наибольшую протяженность. Внутренняя поверхность вогнутая, прилежащая к сердцу и другим органам, выпуклая и имеет наибольшую протяжность. Внутренняя поверхность вогнутая, прилежит к сердцу и другим органам, расположенным между между плевральными мешками. На ней находятся ворота легкого место, через которое в легкое входят главный бронх и легочная артерия и выходят две легочные вены.

Каждое легкое плевральными бороздами делится на доли левое на две (верхнюю и нижнюю), правое на три (верхнюю, среднюю и нижнюю).

Ткань легкого образована бронхиолами и множеством крошечных легочных пузырьков альвеол, которые имеют вид полушаровидных выпячиваний бронхиол. Тончайшие стенки альвеол представляют собой биологически пронимаемую мембрану (состоящую из одного слоя эпителиалных клеток, окруженных густой сетью кровеносных капилляров), через которую происходитгазообмен между кровью, находящейся в капиллярах, и воздухом, заполняющим альвеолы. Изнутри альвеолы покрыты жидким поверхностно-активным веществом (сурфактантом), ослабляющим силы поверхностного натяэения и предупреждающим полное спадание альвеол во время выхода.

По сравнению с объемом легких новорожденного к 12 годам объем легких увеличивается в 10 раз, к концу полового созревания - в 20 раз

Суммарная толщина стенок альвеолы и капилляра составляет всего несколько микрометров. Благодаря этому кислород легко проникает из альвеолярного воздуха в кровь, а углекислый газ - из крови в альвеолы.

Дыхательный процесс

Дыхание представляет собой сложный процесс газообмена между внешней средой и организмом. Вдыхаемый воздух существенно отличается по своему составу от выдыхаемого: из внешней среды в организм поступает кислород, необходимый элемент для обмена веществ, а наружу выделяется углекислый газ.

Этапы дыхательного процесса

• наполнение легких атмосферным воздухом (вентиляция легких)
• переход кислорода из легочных альвеол в кровь, протекающую через капилляры легких, и выделение из крови в альвеолы, а затем в атмосферу углекислоты
• доставка кислорода кровью к тканям и углекислоты из тканей к легким
• потребление кислорода клетками

Процессы поступления воздуха в легкие и газообмен в легких называют легочным (внешним) дыханием. Кровь приносит к клеткам и тканям кислород, а от тканей к легким - углекислый газ. Постоянно циркулируя между легкими и тканями, кровь таким образом обеспечивает непрерывный процесс снабжения клеток и тканей кислородом и выведения углекислого газа. В тканях кислород из крови выходит к клеткам, а из тканей в кровь переносится углекислый газ. Этот процесс тканевого дыхания происходит при участии особых дыхательных ферментов.

Биологическое значения дыхания

• обеспечение организма кислородом
• удаление углекислого газа
• окисление органических соединений с выделением энергии, необходимой человеку для жизнедеятельности
• удаление конечных продуктов обмена веществ (пары воды, аммиак, сероводород и пр.)

Механизм вдоха и выдоха . Вдох и выдох происходят за счет движений грудной клетки (грудное дыхание) и диафрагмы (брюшной тип дыхания). Ребра расслабленной грудной клетки опускаются вниз, уменьшая этим ее внутренний объем. Воздух вытесняется из легких, подобно вытесняемому под давлением воздуху из надувной подушки или матраца. Сокращаясь, дыхательные межреберные мышцы поднимают ребра. Грудная клетка расширяется. Расположенная между грудной клеткой и брюшной полостью диафрагма сокращается, ее бугорки сглаживаются, объем грудной клетки увеличивается. Оба плевральных листка (легочная и реберная плевра), между которыми отсутствует воздух, передают это движение легким. В легочной ткани возникает разряжение, подобное тому, которое появляется при растягивании аккордеона. Воздух поступает в легкие.

Частота дыхания у взрослого человека составляет в норме 14-20 вдохов в 1 мин, но при значительной физической нагрузке может доходить до 80 вдохов в 1 мин

При расслаблении дыхательных мышц ребра возвращаются в исходное положение и диафрагма теряет напряжение. Легкие сжимаются, выпуская выдыхаемый воздух. При этом происходит лишь частичный обмен, ибо невозможно выдохнуть из легких весь воздух.

При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 см 3 воздуха. Это количество воз¬духа составляет дыхательный объем легких. Если сделать дополнительный глубокий вдох, то в легкие поступит еще около 1500 см 3 воздуха, называемого резервным объемом вдоха. После спокойного выдоха человек может выдохнуть еще около 1500 см 3 воздуха - резервного объема выдоха. Количество воздуха (3500 см 3), складывающееся из дыхательного объема (500 см 3), резервного объема вдоха (1500 см 3), резервного объема выдоха (1500 см 3), получило название жизненной емкости легких.

Из 500 см 3 вдыхаемого воздуха только 360 см 3 проходят в альвеолы и отдают кислород в кровь. Остальные 140 см 3 остаются в воздухоносных путях и в газообмене не участвуют. Поэтому воздухоносные пути называют «мертвым пространством».

После того как человек выдохнет 500 см 3 дыхательный объем), а затем еще сделает глубокий выдох (1500 см 3), в его легких все еще остается примерно 1200 см 3 остаточного объема воздуха который практически невозможно удалитъ. Поэтому легочная ткань в воде не тонет.

В течение 1 мин человек вдыхет и выдыхает 5-8 л воздуха. Это минутный объем дыхания, когорый при интенсивной физической нагрузки может достигать 80-120 л в 1 мин.

Тренированных, физически развитых людей жизненная емкость легких может быть существенно больше и достигать 7000-7500 см 3 . У женщин жизненная емкость легких меньше, чем у мужчин

Газообмен в легких и транспортировка газов кровью

Кровь, поступившая от сердца в капилляры, оплетающие легочные альвеолы, содержит много углекислого газа. А в легочных альвеолах его мало, поэтому, благодаря диффузии, он покидает кровеносное русло и переходит в альвеолы. Этому также способствуют влажные изнутри стенки альвеол и капилляры, состоящие лишь из одного слоя клеток.

Кислород поступает в кровь тоже благодаря диффузии. В крови свободного кислорода мало, потому что его непрерывно связывает находящийся в эритроцитах гемоглобин, превращаясь в оксигемоглбин. Ставшая артериальной кровь покидает альвеолы и по легочной вене направляется к сердцу.

Для того чтобы газообмен проходил непрерывно, необходимо, чтобы состав газов в легочных альвеолах был постоянным, что и поддерживается легочным дыханием: избыток углекислого газа выводится наружу, а поглощенный кровью кислород возмещается кислородом из свежей порции наружного воздуха

Тканевое дыхание происходит в капиллярах большого круга кровообращения, где кровь отдает кислород и получает углекислый газ. В тканях мало кислорода, и поэтому происходит распад оксигемоглобина на гемоглобин и кислород, который переходит в тканевую жидкость и там используется клетками для биологического окисления органических веществ. Выделяющаяся при этом энергия предназначается для процессов жизнедеятельности клеток и тканей.

Углекислого газа в тканях скапливается много. Он поступает в тканевую жидкость, а из нее в кровь. Здесь углекислый газ частично захватывается гемоглобином, а частично растворяется или химически связывается солями плазмы крови. Венозная кровь уносит его в правое предсердие, оттуда он поступает в правый желудочек, который по легочной артерии выталкивает венозную круг замыкается. В легких кровь снова делается артериальной и, вернувшись в левое предсердие, попадает в левый желудочек, а из него в большой круг кровообращения.

Чем больше расходуется кислорода в тканях, тем больше требуется кислорода из воздуха для компенсации затрат. Вот почему при физической работе одновременно усиливается и сердечная деятельность, и легочное дыхание.

Благодаря удивительному свойству гемоглобина вступать в соединение с кислородом и углекислым газом кровь способна поглощать эти газы в значительном количестве

В 100 мл артериальной крови содержится до 20 мл кислорода и 52 мл углекислого газа

Действие угарного газа на организм . Гемоглобин эритроцитов способен соединяться и с другими газами. Так, с оксидом углерода (СО) - угарным газом, образующимся при неполном сгорании топлива, гемоглобин соединяется в 150 — 300 раз быстрее и прочнее, чем с кислородом. Поэтому даже при небольшом содержании оксида углерода в воздухе гемоглобин соединяется не с кислородом, а с оксидом углерода. При этом снабжение организма кислородом прекращается, и человек начинает задыхаться.

При наличии в помещении угарного газа человек задыхается, потому что кислород не поступает в ткани организма

Кислородное голодание - гипоксия - может возникнуть и при уменьшении содержания гемоглобина в крови (при значительных кровопотерях), при недостатке кислорода в воздухе (высоко в горах).

При попадании инородного тела в дыхательные пути, при отеке голосовых связок в связи с заболеванием может произойти остановка дыхания. Развивается удушье - асфиксия . При остановке дыхания делают искусственное дыхание с помощью специальных аппаратов, а при их отсутствии - по методу «рот в рот», «рот в нос» или специальными приемами.

Регуляция дыхания . Ритмичное, автоматическое чередование вдохов и выдохов регулируется из дыхательного центра, расположенного в продолговатом мозге. Из этого центра импульсы: поступают к двигательным нейронам блуждающих и межреберных нервов, иннервирующих диафрагму и другие дыхательные мышцы. Работу дыхательного центра координируют высшие отделы головного мозга. Поэтому человек может на короткое время задержать или усилить дыхание, как это бывает, например, при разговоре.

На глубине и частота дыхания влияет содержание CO 2 и O 2 в крови Эти вещества раздражают хеморецепторы в стенках крупных кровеносных сосудов, нервные импульсы от них поступают в дыхательный центр. При увеличении в крови содержания С0 2 дыхание углубляется, при уменьшении 0 2 - дыхание становится чаще.