Общая характеристика дыхательной системы

 

Дыхание – это физиологический процесс, обеспечивающий по­ступление в организм кислорода и удаление углекислого газа. Дыхание протекает в несколько этапов:

1. внешнее дыхание (вентиляция легких);

2. обмен газов в легких (между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения);

3. транспорт газов кровью;

4. обмен газов в тканях (между кровью капилляров большого круга кровообращения и клетками тканей);

5. внутреннее дыхание (биологическое окисление в митохондриях клеток).

Физиология изучает первые четыре процесса. Внутреннее дыхание рассматривается в курсе биохимии.

На различных этапах дыхания газы движутся следующими способами:

1.В процессе легочной вентиляции и переноса кровью – путем конвекции (перемещения всей смеси газов по градиенту общего давления). Этот способ обеспечивает транспорт веществ на большие расстояния.

2.В ходе газообмена – путем диффузии (пассивного перемещения молекул отдельного газа из области их высокой концентрации в область низкой концентрации за счет собственной кинетической энергии). Таким способом вещества могут переноситься на расстояния до 1 мм.

Вентиляция легких (смена воздуха) осуществляется в результате периодических изменений объема грудной полости. Увеличение объ­ема грудной полости обеспечивает вдох (инспирацию), уменьшение – выдох (экспирацию). Фазы вдоха и следующего за ним выдоха состав­ляют дыхательный цикл.

Изменение объема грудной полости совершается за счет сокра­щений дыхательных мышц. Мышцы, при сокращении которых объем грудной полости увеличивается, называются инспираторными. К ним относятся диафрагма и наружные межреберные мышцы. При спо­койном дыхании объем грудной клетки изменяется в основном за счет сокращения диафрагмы и перемещения ее купола. При глубоком форсированном дыхании в инспирации участвуют вспомогательные мышцы вдоха: трапециевидная, передние лестничные и грудино-ключично-сосцевидные мышцы. Спокойный выдох осуществляется в результате расслабления инспираторных мышц, что приводит к уменьшению объема грудной полости благодаря опусканию ребер (под действием силы тяжести) и расслаблению диафрагмы. Глубокий выдох происходит при сокращении экспираторных мышц, которыми являются внутренние межреберные мышцы и мышцы живота. К вспо­могательным экспираторным мышцам относятся мышцы, сгибающие позвоночник.

Легкие располагаются в герметически замкнутой плевральной по­лости, которая образована наружным и внутренним листками плевры.

Отрицательное давление в плевраль­ной щели – это величина, на которую давление в плевральной щели ниже ат­мосферного; при спокойном дыхании оно равно – 4 мм рт. ст. в конце выдоха и –8 мм рт. ст. в конце вдоха. Таким об­разом, реальное давление в плевраль­ной щели составляет величину порядка 752-756 мм рт. ст. и зависит от фазы ды­хательного цикла. Отрицательное давле­ние уменьшается в направлении сверху вниз примерно на 0,2 мм рт. ст. на каж­дый сантиметр, так как верхние отделы легких растянуты сильнее нижних, ко­торые несколько сжаты под действием собственного веса.

Значение отрицательного давления в плевральной щели за­ключается в том, что оно 1) обеспечива­ет куполообразное положение диафраг­мы, так как давление в грудной полости ниже атмосферного, а в брюшной по­лости оно несколько выше атмосферно­го за счет тонуса мышц стенки живота; 2) обеспечивает смещение диафрагмы вниз при сокращении ее мышцы во вре­мя вдоха; 3) способствует также притоку крови по венам к сердцу; 4) способству­ет сжатию грудной клетки при выдохе.

Происхождение отрица­тельного давления. В процессе развития организма рост легких отстает от роста грудной клетки. Поскольку на легкое атмосферный воздух действует только с одной стороны – через воз­духоносные пути, оно растянуто и при­жато к внутренней стороне грудной клетки. Вследствие растянутого состо­яния легких возникает сила, стремяща­яся вызвать спадение легких. Эта сила называется эластической тягой легких (ЭТЛ). О том, что легкие находятся в растяну­том состоянии, свидетельствует факт их спадения при пневмотораксе (греч. pneuma – воздух, torax – грудь) – патоло­гическом состоянии, возникающем при нарушении герметичности плевральной щели, в результате чего ее заполняет ат­мосферный воздух, оказываясь между висцеральным и париетальным лист­ками плевры. Эластичность – способ­ность ткани возвращаться в исходное состояние после прекращения действия растягивающей силы. Так как плевраль­ная щель в норме не сообщается с атмос­ферой, давление в ней ниже атмосфер­ного на величину ЭТЛ: при спокойном вдохе на – 8мм рт. ст., при спокойном выдохе на – 4 мм рт. ст. Фильтрующая­ся в плевральную щель жидкость всасы­вается обратно висцеральной и парие­тальной плеврами в лимфатическую си­стему, что является важным фактором в поддержании отрицательного давления в плевральной щели.

В момент вдоха, когда сокращаются наружные межреберные мышцы и ребра поднимаются, наружный листок плевры отходит от внутреннего, вследствие чего увеличивается объем плевральной по­лости. Поскольку легкие всегда стремятся занять максимально воз­можный объем в грудной полости в связи с разностью давления внутри и снаружи органа, при увеличении объема плевральной по­лости происходят растяжение легких и поступление в них воздуха. Это приводит к увеличению эластической тяги легких и, следова­тельно, уменьшению внутриплеврального давления. Чем глубже вдох, тем больше уменьшается давление. В момент глубокого вдоха оно может достигать минус 12-15 мм рт. ст.

Когда в межреберных мышцах заканчивается процесс возбужде­ния, они расслабляются, и ребра пассивно возвращаются в исходное положение; точно так же прекращение сокращения диафрагмы при­водит к тому, что она занимает свое прежнее куполообразное поло­жение. Возвращение ребер и диафрагмы в исходное положение при­водит к уменьшению объема грудной полости, а следовательно, к сдавлению легких. При возвращении ребер в исходное положение давление в плевральной полости повышается, т.е. в ней уменьшается отрицательное давление, так как уменьшается эластическая тяга лег­ких. При глубоком выдохе оно становится равным минус 3-4 мм рт. ст. При сдавлении легких из них пассивно выходит воздух – осущест­вляется выдох.

Условия, необходимые для внешнего дыхания:

•     герметичность грудной клетки;

•     свободное сообщение легких с окружающей внешней средой;

•     эластичность легочной ткани.

Взрослый человек делает 15-20 дыханий в минуту. Дыхание фи­зически тренированных людей более редкое (до 8-12 дыханий в ми­нуту) и глубокое.

Упругие свойства легких. Эластическая тяга легких обусловлена тремя факторами:

•     поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол;

•     упругостью ткани стенок альвеол вследствие наличия в них элас­тических волокон;

•     тонусом бронхиальных мышц.

Если бы внутренняя поверхность альвеол была покрыта водным раствором, поверхностное натяжение должно было быть в 5-8 раз больше. В таких условиях наблюдалось бы полное спадение одних альвеол (ателектаз) при перерастяжении других. Этого не происхо­дит потому, что внутренняя поверхность альвеол выстлана веществом, имеющим низкое поверхностное натяжение, так называемым сурфактантом, имеющим толщину 20-100 нм и состоящим из белков и липидов. Пленка сурфактанта обладает замечательным свойством: уменьшение размеров альвеол сопровождается снижением поверх­ностного натяжения; это важно для стабилизации альвеол.

Сурфактант необходим для начала дыхания при рождении ре­бенка. До рождения легкие находятся в спавшемся состоянии. Ребе­нок после рождения делает несколько сильных дыхательных движе­ний, легкие расправляются, а сурфактант удерживает их от спадения (коллапса). Недостаток или дефекты сурфактанта вызывают тяжелое заболевание (синдром дыхательного дистресса). Поверхностное на­тяжение в легких у таких детей высокое, поэтому многие альвеолы находятся в спавшемся состоянии.