Как происходит вдох и выдох у человека – Как происходят у человека вдох и выдох?

Как происходят у человека вдох и выдох?

«Папа, а что такое дыхание?» — услышал я недавно от своего сынишки и, честно признаться, слегка растерялся. Несмотря на то, что этот процесс так привычен, трудно вот так взять и объяснить, как это происходит. Пришлось поискать ответ на этот вопрос и объяснить «почемучке», как происходят вдох и выдох у человека.

Процесс вдоха-выдоха у человека

Для начала необходимо пояснение, что фактически легкие неспособны самостоятельно сокращаться либо растягиваться, а значит, они пассивны. Процесс дыхания обусловлен тем фактом, что легкие меняют объем в зависимости от положения грудной клетки. Конечно, мало кто обращает внимание на то, как он дышит, и несмотря на то, что можно частично контролировать дыхание, фактически это самостоятельный процесс. За эту функцию организма отвечает специальный отдел головного мозга — центр дыхания, что координирует работу:

• 11 пар наружных межреберных мышц;
• брюшного пресса;
• 12 пар мышц поднимающих ребра;
• диафрагмы.

Как происходит вдох

В этом случае только при опускании диафрагмы объем уже увеличивается до 900-1100 мл. В тоже время другая группа мышц — межреберные, как бы прокручивается вокруг оси, что влечет некоторое расширение грудной полости. Как уже упоминалось, легкие вслед за грудной клеткой растягиваются, а значит, в них происходит падение давления. В виду образовавшейся разницы атмосферный воздух стремится заполнить пространство — происходит вдох.

Как происходит выдох

По окончании вдоха происходит расслабление мышечной ткани, что приводит к сокращению грудной клетки, а значит, происходит сокращение и объема. Следовательно, легкие также спадают, а воздух устремляется наружу. В этом процессе значительную роль играют мышцы брюшного пресса, которые передают давление на брюшную полость, а она передает давление на диафрагму.

Стоит отметить, что у мужчин и женщин несколько отличные типы дыхания. У мужчин, в основном, дыхание происходит за счет брюшных мышц, в то время как у женщин за счет межреберных. Все дело в том, что у женщин на брюшную полость возложена важная функция — воспроизведение, а значит активная работа мышц этой зоны может нанести вред ребенку.

travelask.ru

Медицина и Здоровье » Дыхательная система » Как происходит вдох и выдох у человека

Смена газового состава в легких, или вентиляция легких, происходит за счет работы дыхательных мышц. Дыхательный акт состоит из вдоха, выдоха и паузы.

В продолговатом мозгу расположен так называемый дыхательный центр, из которого периодически поступают команды к дыхательным мышцам. Это центральное нервное образование, составленное из функционально разных нервных клеток, обеспечивает работу дыхательной системы в непроизвольном автоматическом режиме (поэтому обыкновенно мы не замечаем собственного дыхания). Дыхательный центр определяет порядок включения, силу и продолжительность сокращения различных мышц в зависимости от газообменной потребности организма. Залпы возбуждающих импульсов передаются из дыхательного центра по диафрагмальному нерву к диафрагме и по межреберным нервам — к межреберным мышцам.

Вдыхательные мышцы

При вдохе, согласно команде дыхательного центра, сокращаются основная вдыхательная мышца — диафрагма и наружные межреберные мышцы. В результате сокращения вдыхательных мышц купол диафрагмы уплощается и опускается, а ребра поднимаются, ввиду чего увеличивается объем грудной клетки. Плевральная полость, повторяем, герметична, и давление в ней отрицательное по отношению к атмосферному. Поэтому легкие пассивно расправляются в грудной полости и под действием силы атмосферного давления через воздухоносные пути наполняются воздухом. Так происходит вдох.

Вдыхательные мышцы преодолевают ряд сопротивлений, главнейшее из которых — эластическое сопротивление реберных хрящей и самой легочной ткани, масса приподнимаемой грудной клетки и сопротивление брюшных внутренностей и стенок живота, оттесняемых диафрагмой при ее уплощении во время сокращения.

Когда вдох окончен и вдыхательные мышцы расслабляются, суммарное действие перечисленных сопротивлений возвращает грудную клетку в исходное положение: ребра в силу упругости их соединений опускаются, диафрагма выпячивается вверх. В результате уменьшается объем грудной клетки и соответственно — объем легких. Причем избыток воздуха, вошедшего при вдохе, выталкивается наружу. Так в спокойном состоянии пассивно, без активного участия дыхательных мышц осуществляется выдох.

После выдоха наступает пауза, затем дыхательный цикл повторяется. И так всю жизнь. От первого до последнего вдоха… При произвольном стремлении изменить дыхательные движения, например, задержать дыхание при нырянии или согласовать ритм спортивных движении с дыхательными участвуют высшие отделы головного мозга, контролирующие работу всех мышц тела.

загрузка…

www.medcourse.ru

Дыхательные движения, механизм вдоха и выдоха человека

Ток воздуха по дыхательным путям осуществляется посредством ритмичных дыхательных движений — вдоха и выдоха. Частота дыхательных движений в норме у новорожденных до 60 в минуту, а у взрослых людей — 16-18 раз.

Механика вдоха

При вдохе происходит увеличение грудной полости благодаря опусканию диафрагмы и поднятию ребер.

Диафрагма — грудобрюшинная перегородка в виде плоской мышцы, имеющая форму купола. Ее опускание осуществляется посредством сокращения мышечных волокон, в силу чего она уплощается. При опускании диафрагмы органы брюшной полости отодвигаются вниз и в стороны, что сопровождается движением брюшной стенки.

Ребра при вдохе поднимаются кверху, т.е. принимают более горизонтальное положение, передними концами отодвигают грудину вперед, что и сопровождается увеличением объема грудной полости. Поднятие ребер возможно благодаря сокращению наружных межреберных мышц, которые крепятся в косом направлении от ребра к ребру.

Помимо диафрагмы, наружных межреберных мышц в акте вдоха участвуют межхрящевые мышцы трахеи, бронхов. Во время движения рук и туловища еще используются скелетные мышцы — разгибатели позвоночного столба, трапециевидная, ромбовидная, большая и малая грудные и др.

Описанный механизм обеспечивает увеличение объема грудной клетки, а соответственно и плевральных полостей, что приводит к понижению в них давления и сопровождается растяжением легочной ткани. В результате этого происходит увеличение объема легких и наполнение их воздухом из дыхательных путей, где давление выше. Так осуществляется вдох.

Механизм выдоха

При выдохе объемы грудной клетки и легких уменьшаются, давление в альвеолах возрастает и воздух выходит из легких по дыхательным путям наружу. Выдох обеспечивается расслаблением дыхательных мышц, опусканием ребер, подъемом купола диафрагмы, что обусловливает уменьшение объема грудной клетки и легких.

Таким образом, выдох в состоянии покоя осуществляется обычно пассивно, без помощи мышц туловища. При ускоренном выдохе присоединяются сокращения внутренних межреберных мышц, мышц живота и др. Сокращение мышц живота оттесняет органы брюшной полости и купол диафрагмы кверху и словно сжимает легкие.

В разное время в дыхании могут участвовать преимущественно либо межреберные мышцы, либо диафрагма. В случае преимущества участия межреберных мышц говорят о грудном типе дыхания. Если же преобладает функция диафрагмы, то такое дыхание называют диафрагмальным, или брюшным. Тип дыхания зависит от пола: брюшной преобладает у мужчин, а грудной — у женщин.

animals-world.ru

Дыхание

Вдохи и выдохи

Обычно мы делаем около 15 вдохов каждую минуту в течение всех 24 часов в сутки. Мы не можем не дышать! Для жизни необходим кислород, который содержится в воздухе и поступает в наши легкие благодаря дыханию. Затем этот кислород с кровью разносится по всему телу.

При вдохе воздух входит в нос или в рот и спускается по глотке и гортани в трахею. Оттуда воздух попадает в бронхи – две трубки, соединенные с легкими и сильно разветвленные на концах.

В легких, как в губке, находится множество маленьких полостей – альвеол, которые при вдохе наполняются воздухом.

Чаще или реже
Сосчитай, сколько вдохов ты делаешь в минуту, когда сидишь спокойно, а потом немного побегай и вновь посчитай, как ты дышишь. Чаще или реже, чем до пробежки?

Грудная клетка расширяется благодаря сокращению особой мышцы – диафрагмы, а также сокращению межреберных мышц, поднимающих грудную клетку. При этом диафрагма становится плоской, объем легких увеличивается и воздух втягивается внутрь. При выдохе происходит обратное: диафрагма и межреберные мышцы расслабляются, объем грудной клетки уменьшается, диафрагма выгибается куполом и воздух выталкивается из легких.

Обменный пункт

Бронхи и грозди альвеол

Стенки губчатой ткани, из которой состоят легкие, пронизаны тонкими кровеносными капиллярами. В капиллярах и происходит обмен углекислого газа на кислород. Воздух, который мы вдыхаем, заполняет полость легких, кислород из воздуха проникает в кровь, текущую по сети капилляров. Красные кровяные клетки, эритроциты, захватывают кислород. Эта богатая кислородом кровь по легочной вене направляется к сердцу и отсюда по артериям большого круга кровообращения разносится по всему телу. Одновременно эритроциты оставляют в альвеолах, похожих на крошечные пузырьки, отработанный продукт – углекислый газ, собранный со всего организма. По бронхам он возвращается в трахею, а оттуда – в нос и в рот. Мы выдыхаем воздух, в котором много углекислого газа и мало кислорода. Так очищается кровь и весь организм.

Положение диафрагмы при дыхании

Необычные вдохи и выдохи

Чиханье, зевание, икота, смех – это особые формы дыхания. Когда ты чихаешь, твой нос освобождается от пыли. Когда зеваешь, ты делаешь глубокий вдох, и легкие получают больше кислорода. Это происходит обычно вечером, если ты чувствуешь усталость и хочешь спать. Когда ты смеешься, твоя диафрагма сокращается, при этом воздух толчками выходит наружу. То же происходит и во время икоты, вызванной непроизвольным сокращением диафрагмы.

www.what-this.ru

Дыхательная система человека — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 января 2019; проверки требуют 4 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 января 2019; проверки требуют 4 правки.

Дыха́тельная систе́ма челове́ка — совокупность органов, обеспечивающих функцию внешнего дыхания человека (газообмен между вдыхаемым атмосферным воздухом и циркулирующей по малому кругу кровообращения кровью).

Газообмен осуществляется в альвеолах лёгких, и в норме направлен на захват из вдыхаемого воздуха кислорода и выделение во внешнюю среду образованного в организме углекислого газа.

Взрослый человек, находясь в состоянии покоя, совершает в среднем 14 дыхательных движений в минуту, однако частота дыхания может претерпевать значительные колебания (от 10 до 18 за минуту)^[1]. Взрослый человек делает 15—17 вдохов-выдохов в минуту, а новорождённый ребёнок делает 1 вдох в секунду. Вентиляция альвеол осуществляется чередованием вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). При вдохе в альвеолы поступает атмосферный воздух, а при выдохе из альвеол удаляется воздух, насыщенный углекислым газом.

Обычный спокойный вдох связан с деятельностью мышц диафрагмы и наружных межрёберных мышц. При вдохе диафрагма опускается, рёбра поднимаются, расстояние между ними увеличивается. Обычный спокойный выдох происходит в большой степени пассивно, при этом активно работают внутренние межрёберные мышцы и некоторые мышцы живота. При выдохе диафрагма поднимается, рёбра перемещаются вниз, расстояние между ними уменьшается^[2].

По способу расширения грудной клетки различают два типа дыхания:^{[источник не указан 1151 день]}

• грудной тип дыхания (расширение грудной клетки производится путём поднятия рёбер), чаще наблюдается у женщин;
• брюшной тип дыхания (расширение грудной клетки производится путём уплощения диафрагмы), чаще наблюдается у мужчин.

ru.wikipedia.org

Механизм вдоха и выдоха

Поступление воздуха в легкие при вдохе и изгнание его из лег­ких при выдохе осуществляются благодаря ритмичному расшире­нию и сужению грудной клетки. Вдох является первично активным (осуществляется с непосредственной затратой энергии), выдох так­же может быть первично активным, например при форсированном дыхании. При спокойном же дыхании выдох является вторично ак­тивным, так как осуществляется за счет потенциальной энергии, накопленной при вдохе.

А. Механизм вдоха. При описании механизма вдоха необхо­димо объяснить три одновременно протекающих процесса: 1) рас­ширение грудной клетки, 2) расширение легких, 3) поступление воздуха в альвеолы.

1. Расширение грудной клетки при вдохе обеспечивается со­кращением инспираторных мышц и происходит в трех направлени­ях: вертикальном, фронтальном и сагиттальном. Инспираторными мышцами являются диафрагма, наружные межреберные и межхря­щевые. В вертикальном направлении грудная клетка расширя­ется в основном за счет сокращения диафрагмы и смещения ее су­хожильного центра вниз. Это является следствием того, что точки прикрепления периферических частей диафрагмы к внутренней поверхности грудной клетки по всему периметру находятся ниже купола диафрагмы. Диафрагмальная мышца — главная дыхатель­ная мышца, в норме вентиляция легких на 2/3 осуществляется за счет ее движений. Диафрагма принимает участие в обеспечении кашлевой реакции, рвоты, натуживания, икоты, в родовых схват­ках. При спокойном вдохе купол диафрагмы опускается примерно на 2 см, при глубоком дыхании — до 10 см. У здоровых молодых

152

мужчин разница между окружностью грудной клетки в положении вдоха и выдоха составляет 7-10 см, а у женщин — 5-8 см.

Расширение грудной клетки в передне-заднем направлении и в стороны происходит при поднятии ребер вследствие сокраще­ния наружных межреберных и межхрящевых мышц. Наружные межреберные мышцы при своем сокращении с одинаковой силой (Р) верхнее ребро тянут вниз, а нижнее поднимают вверх, однако система из каждой пары ребер поднимается вверх (рис. 7.2), так как момент силы, направленной вверх (Р₂), больше момента силы, направленной вниз (Р[), поскольку плечо нижнего ребра (Ц) боль­ше верхнего (Ц): р!⁼Р₂. но Ь₉>Ь,; поэтому

153

Так же действуют и межхрящевыемышцы. В обоих случаях мышечные волокна ориентированы таким образом, что точка ихприкрепления к нижележащему ребру расположена дальше от цен­тра вращения, чем точка прикрепления к вышележащему ребру. Расширению грудной клетки способствуют также и силы ее упру­гости, так как грудная клетка в процессе выдоха сильно сжимает­ся, вследствие чего она стремится расшириться. Поэтому энергия

при вдохе расходуется только на частичное преодоление ЭТЛ и брюшной стенки, а ребра поднимаются сами, обеспечивая пример­но до 60% жизненной емкости (по данным одних авторов — до 55%, других — до 70%). При этом расширяющаяся грудная клетка спо­собствует также преодолению ЭТЛ. При расширении грудной клет­ки движение нижних ребер оказывает большее влияние на ее объем и вместе с движением диафрагмы вниз обеспечивает лучшую вен­тиляцию нижних долей легких, чем верхушек легких. Вместе с рас­ширением грудной клетки расширяются и легкие.

2. Главная причина расширения легких при вдохе — ат­мосферное давление воздуха, действующее на легкое только с одной стороны, вспомогательную роль выполняют силы сцепле­ния (адгезии) висцерального и париетального листков плевры (рис. 7.3).

Сила, с которой легкие прижаты к внутренней поверхности груд­ной клетки атмосферным воздухом, равна Р — Р_этл. Такое же дав­ление, естественно, ив плевральной щели (Р_пл), т. е. оно меньше атмосферного на величину Р . Р = Р„„ — Р„,„, т. е. на 4-8 мм

т г ] этл пл атм этл’

154

рт. ст. ниже атмосферного давления. Снаружи на грудную клетку действует Р_атм, но это давление на легкие не передается, поэтому на легкие действует только одностороннее атмосферное давление * через воздухоносные пути. Так как снаружи на грудную клетку дей­ствует Р_атм, а изнутри Р_атм — Р_этл, при вдохе необходимо преодолеть силу ЭТЛ. Поскольку при вдохе ЭТЛ увеличивается вследствие расширения (растяжения) легких, то увеличивается и отрицатель­ное давление в плевральной щели. А это значит, что увеличение отрицательного давления в плевральной щели является не при­чиной, а следствием расширения легких.

Имеется еще одна сила, которая способствует расширению легких при вдохе, — это сила сцепления между висцеральным и па­риетальным листками плевры. Но она крайне мала по сравнению с атмосферным давлением, действующим на легкие через воздухо­носные пути. Об этом свидетельствует, в частности, тот факт, что легкие при открытом пневмотораксе спадаются, когда воздух по­ступает в плевральную щель, и на легкие с обеих сторон — и со сто­роны альвеол, и со стороны плевральной щели — действует одина­ковое атмосферное давление (см. рис. 7.3). Поскольку легкие в условиях пневмоторакса отрываются от внутренней поверхности грудной клетки, это означает, что ЭТЛ превосходит силу сцепле­ния между париетальным и висцеральным листками плевры. По­этому сила сцепления не может обеспечить растяжение легких при вдохе, так как она меньше ЭТЛ, действующей в противоположном направлении. При дыхании висцеральная плевра скользит относи­тельно париетальной, что также свидетельствует о незначительной величине сил сцепления двух листков плевры.

Таким образом, легкие следуют за расширяющейся грудной клеткой при вдохе в основном вследствие действия на них атмос­ферного давления только с одной стороны — через воздухоносные пути. При расширении грудной клетки и легких давление в легких уменьшается примерно на 1,5 мм рт. ст., однако это уменьшение незначительно, на легкие продолжает действовать давление, рав­ное 758-759 мм рт.ст. Это давление и прижимает легкие к внут­ренней поверхности грудной клетки.

3. Поступление воздуха в легкие при их расширении являет­ся результатом некоторого (на 1,5 мм рт.ст.) падения давления в альвеолах. Этого градиента давления оказывается достаточно, по­скольку воздухоносные пути имеют большой просвет и не оказыва­ют существенного сопротивления движению воздуха. Кроме того, увеличение ЭТЛ при вдохе обеспечивает дополнительное расши­рение бронхов. Вслед за вдохом плавно начинается выдох.

Б. Механизм выдоха. При рассмотрении процессов, обеспе­чивающих выдох, необходимо объяснить причины одновременно происходящих сужения грудной клетки, сужения легких и изгна­ния воздуха из легких в атмосферу. Экспираторными мышцами яв­ляются внутренние межреберные мышцы и мышцы брюшной стенки. Хотя в представлениях различных авторов о механизме выдоха противоречий меньше, чем относительно механизмов вдо­ха, однако и по этому вопросу необходимо внести уточнения. Это касается роли отрицательного давления в плевральной щели.

Спокойный выдох осуществляется без непосредственной затраты энергии. Сужение грудной клетки обеспечивает ЭТЛ

155

и стенки живота. Это достигается следующим образом. При вдо­хе растягиваются легкие, вследствие чего возрастает ЭТЛ. Кроме того, диафрагма опускается вниз и оттесняет органы брюшной полости, растягивая при этом стенку живота. Как только прекра­щается поступление нервных импульсов к мышцам вдоха по ди-афрагмальному и межреберным нервам, прекращается возбужде­ние мышц, вследствие чего они расслабляются. Грудная клетка суживается под влиянием ЭТЛ и постоянно имеющегося тонуса мышц стенки живота — при этом органы брюшной полости оказы­вают давление на диафрагму. Вследствие сужения грудной клет­ки легкие сжимаются. Поднятию купола диафрагмы способству­ет также ЭТЛ. Давление воздуха в легких возрастает на 1,5 мм рт.ст. в результате уменьшения их объема, воздух из легких изго­няется в атмосферу. Несколько затрудняет выдох сужение брон­хов вследствие уменьшения ЭТЛ и наличия тонуса гладких мышц бронхов.

Каким же образом сила ЭТЛ передается на грудную клетку и сжимает ее? Это реализуется за счет уменьшения давления атмосферного воздуха на грудную клетку изнутри через воздухоносные пути и легкие (см. рис. 7.3). Уменьшение давления равно силе ЭТЛ, так как с внутренней стороны реаль- , ное давление, оказываемое воздухом на грудную клетку, равно Р_атм — Р _этл, а снаружи на грудную клетку действует Р_аш. Этот перепад давлений (Р,_тл) действует и на вдохе, и на выдохе, но вдо­ху он препятствует (преодоление ЭТЛ), а выдоху способствует. Иными словами, ЭТЛ сжимает грудную клетку, как пружину. При этом необходимо учесть, что при вдохе давление в альвеолах уменьшается на 1,5 мм рт.ст., а при выдохе на столько же увели­чивается. В результате сила, которая сжимает грудную клетку, ^Рсж.г_Р.кл. ^=Рэтл * 1.5 мм рт.ст. (на вдохе +1,5, на выдохе — 1,5 мм рт.ст.).

Вспомогательным механизмом передачи ЭТЛ на грудную клет­ку является сила сцепления (адгезии) висцерального и париеталь­ного листков плевры. Но сила сцепления мала, она не добавляется к ЭТЛ и не вычитается из нее, а только способствует удержанию листков плевры друг с другом.

Сужению грудной клетки (опусканию ребер) способствует ее масса. Но главную роль играет ЭТЛ, настолько сильно сжимаю­щая грудную клетку при выдохе, что при вдохе она расправляется сама, без непосредственной затраты энергии за счет сил упругос­ти (потенциальной энергии), накопленной при выдохе. При этом расширяющаяся грудная клетка способствует также преодолению ЭТЛ.

156

Расход энергии на обеспечение вентиляции легких

При спокойном дыхании на работу дыхательных мышц затрачи­вается лишь около 2 % потребляемого организмом кислорода (ЦНС потребляет 20% 0₂, Ыа/К-помпа расходует 30% всей энергии орга­низма).

157

Расход энергии на обеспечение внешнего дыхания незначите­лен, во-первых, потому, что при вдохе грудная клетка расправля­ется сама за счет собственных упругих сил и способствует преодо­лению эластической тяги легких. Во-вторых, расход энергии на вентиляцию легких мал потому, что мало неэластическое сопро­тивление вдоху и выдоху. Его составляют следующие компоненты: 1) аэродинамическое сопротивление воздухоносных путей; 2) вяз­кое сопротивление тканей; 3) инерционное сопротивление. При спокойном дыхании энергия затрачивается в основном на преодо­ление ЭТЛ и брюшной стенки. При тяжелой работе расход энергии на обеспечение вентиляции легких может возрастать с 2 до 20% от общего энергорасхода организмом из-за возрастания неэластиче­ского сопротивления вдоху и выдоху. В-третьих, расход энергии на вентиляцию легких так мал потому, и это главное, что органы дыхания работают подобно качелям (рис. 7.4), для поддержания качания которых затрачивается весьма мало энергии.

Дело в том, что значительная часть энергии сокращения мышц, обеспечивающей расширение грудной клетки при вдохе, переходит в потенциальную энергию ЭТЛ и брюшной стенки — они растягива­ются. Эта накопившаяся потенциальная энергия эластической тяги при вдохе обеспечивает и выдох — поднятие диафрагмы и сжатие, как пружины, грудной клетки после расслабления мышц вдоха. В свою очередь, потенциальная энергия ЭТЛ, сжимающая грудную клетку, как пружину, при выдохе, переходит в потенциальную энер­гию в виде упругих сил грудной клетки, обеспечивающих подня­тие ребер при очередном вдохе. Подобный переход одного вида энергии в другой и обратно происходит в каждом цикле ды­хания, что мы и называем дыхательными качелями.

Что касается известной модели Дондерса, на которую ссыла­ются при доказательстве роли увеличения отрицательного давле­ния в расширении легких при вдохе, то она не отражает реальной действительности. В этой модели легкие не прижаты к «грудной клетке». Они расширяются при искусственном уменьшении давле­ния в «плевральной полости». Поскольку в легких сохраняется ат­мосферное давление, то возникает градиент давления, который и обеспечивает расширение легких. В организме же легкие прижаты к внутренней поверхности грудной клетки за счет атмосферного давления. При вдохе плевральная щель не расширяется, так как в ней воздуха нет вообще. Поскольку легкие прижаты к грудной клет­ке атмосферным давлением, естественно, они расширяются вмес­те с расширяющейся грудной клеткой. При расширении легких воз­растает, естественно, ЭТЛ, что сопровождается увеличением отрицательного давления в плевральной щели. Из этого анализа также следует, что возрастание этого давления не причина, а след­ствие расширения легких.

Как показали исследования последних лет, экскурсия грудной клетки, даже при интенсивной мышечной работе, осуществляется в пределах 50-58% жизненной емкости легких. Это установлено на спортсменах при различных физических нагрузках (В. В. Карп-ман). При спокойном дыхании, как известно, человек использует всего около 10% жизненной емкости легких, так как дыхательный объем составляет около 450 мл, а жизненная емкость легких дос­тигает 4500 мл. Поскольку грудная клетка может расширяться сама за счет упругих сил до 60% жизненной емкости легких, то факти­чески при любой интенсивности физической деятельности подня­тие ребер и всей массы грудной клетки осуществляется без непо­средственной затраты энергии — вторично активно. При этом силы упругости грудной клетки не преодолевают ту часть ЭТЛ, которая бывает в конце выдоха — 4 мм рт.ст. Энергия же мышечного сокра-

щения при вдохе расходуется только на преодоление прироста ЭТЛ (обычно до 8 мм рт.ст.), так как в конце выдоха ЭТЛ, сжимающая грудную клетку, и силы упругости грудной клетки, стремящиеся ее расширять, равны между собой. Иными словами энергия мышеч­ного сокращения при вдохе расходуется на увеличение градиента давления на грудную клетку: снаружи на нее действует Р_атм, а из­нутри, через воздухоносные пути, Р_атм — Р_эт .

Все изложенное о механизме вентиляции легких объясняет при­чины незначительного расхода энергии на обеспечение внешнего дыхания в покое, а также и то, почему мы так легко дышим, не за­мечая затрачиваемых усилий!

Форсированное дыхание. Типы дыхания. Объем вентиляции легких. Вентиляция альвеол

А. Форсированное дыхание обеспечивается с помощью вов­лечения в сокращение ряда дополнительных мышц, оно осуществ­ляется с большой затратой энергии, так как при этом резко возрас­тает неэластическое сопротивление. При вдохе вспомогательную роль играют все мышцы, прикрепленные к костям плечевого пояса, черепу или позвоночнику и способные поднимать ребра, — это гру-динно-ключично-сосцевидная, трапециевидная, обе грудные мыш­цы, мышца, поднимающая лопатку, лестничная мышца, передняя зубчатая мышца. Форсированный выдох также осуществляется с дополнительной непосредственной затратой энергии, во-первых, в результате сокращения внутренних межреберных мышц. Их на­правление противоположно направлению наружных межреберных мышц, поэтому в результате их сокращения ребра опускаются. Во-вторых, важнейшими вспомогательными экспираторными мышца­ми являются мышцы живота, при сокращении которых ребра опус­каются, а органы брюшной полости сдавливаются и смещаются кверху вместе с диафрагмой. Способствуют форсированному вы­доху также задние зубчатые мышцы. Естественно, при форсирован­ных вдохе-выдохе действуют и все силы, с помощью которых осу­ществляется спокойное дыхание.

Б. Тип дыхания зависит от пола и рода трудовой деятельнос­ти. У мужчин в основном брюшной тип дыхания, у женщин — в ос­новном грудной тип. В случае преимущественно физической рабо­ты и у женщин формируется преимущественно брюшной тип дыхания. Грудной тип дыхания обеспечивается, главным образом, за счет работы межреберных мышц. При брюшном типе, в резуль­тате мощного сокращения диафрагмы, органы брюшной полости смещаются вниз, поэтому при вдохе живот «выпячивается».

158

159

В. Объемы вентиляции легких зависят от глубины вдоха и выдоха. Вентиляция легких — газообмен между атмосферным воз­духом и легкими. Ее интенсивность и сущность выражаются двумя понятиями. Гипервентиляция — произвольное усиление дыхания, не связанное с метаболическими потребностями организма, и ги-перпное, непроизвольное усиление дыхания в связи с реальными потребностями организма. Различают объемы вентиляции легких» и их емкости, при этом под термином «емкость» понимают сово­купность нескольких объемов (рис. 7.5).

1. Дыхательный объем (ДО) — это объем воздуха, который че­ловек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании, при этом про­должительность одного цикла дыхания составляет 4-6 с, акт вдоха проходит несколько быстрее. Такое дыхание называется эйпное (хорошее дыхание).

2. Резервный объем вдоха (РО вдоха) — максимальный объем воздуха, который человек может дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха.

3. Резервный объем выдоха (РО выдоха) — максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после спокойного выдоха.

4. Остаточный объем (00) — объем воздуха, остающийся в легких после максимального выдоха.

5. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ)- это наибольший объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. У молодых людей должную величину ЖЕЛ можно рассчитать по формуле: ЖЕЛ= Рост(м)2,5 л.

6. Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) — количество воздуха, остающееся в легких после спокойного выдоха, равно сум­ме остаточного объема и резервного объема выдоха.

160

7. Общая емкость легких (ОЕЛ) — объем воздуха, содержа­щийся в легких на высоте максимального вдоха, равен сумме ЖЕЛ плюс остаточный объем. Общая емкость легких, как и другие объе­мы и емкости, весьма вариабельна и зависит от пола, возраста и роста. Так, у молодых людей в возрасте 20-30 лет она равна в сред­нем 6 л, у мужчин в 50 — 60 лет — в среднем около 5,5 л.

В случае пневмоторакса большая часть остаточного воздуха выходит, а в легком остается так называемый минимальный объем воздуха. Этот воздух задерживается в так называемых воздушных ловушках, так как часть бронхиол спадается раньше альвеол (кон­цевые и дыхательные бронхиолы не содержат хрящей). Поэтому легкое взрослого человека и дышавшего новорожденного ребенка не тонет в воде (тест для определения судебно-медицинской экс­пертизой, живым ли родился ребенок: легкое мертворожденного то­нет в воде, так как не содержит воздуха).

Минутный объем воздуха (МОВ) — это объем воздуха, про­ходящего через легкие за 1 мин. Он составляет в покое 6-8 л, час­тота дыхания- 14-18 в 1 мин. При интенсивной мышечной нагруз­ке МОВ может достигать 100 л.

Максимальная вентиляция легких (МВЛ) — это объем воз­духа, который проходит через легкие за 1 мин при максимально возможной глубине и частоте дыхания. МВЛ может достигать у молодого человека 120-150 л/мин, а у спортсменов — 180 л /мин, она зависит от возраста, роста, пола. При прочих равных условиях МВЛ характеризует проходимость дыхательных путей, а также упругость грудной клетки и растяжимость легких.

Г. Нередко обсуждается вопрос, как дышать при увели­чении потребности организма в газообмене: реже, но глубже или чаще, но менее глубоко? Глубокое дыхание более эффективно для газообмена в легких, так как часть воздуха может поступать конвективным способом непосредственно в альвеолы. Однако ды­шать глубоко при интенсивной мышечной нагрузке становится труд­но, так как сильно возраатает неэластическое сопротивление (аэро­динамическое сопротивление воздухоносных путей, вязкое сопротивление тканей и инерционное сопротивление). Поэтому при форсированном дыхании возрастает расход энергии на обеспече­ние работы внешнего звена дыхания от 2% общего расхода в покое до 20% при тяжелой физической работе. При этом у тренирован­ных лиц увеличение вентиляции легких при физической нагрузке осуществляется преимущественно за счет углубления дыхания, а у нетренированных — в основном за счет учащения дыхания до 40-50 в мин. Однако обычно частота и глубина дыхания определяются самой физической нагрузкой. Организм самостоятельно (непроиз-

6—247 161

вольно) устанавливает режим дыхания согласно своим физическим возможностям и потребностям в данный момент. Кроме того, при интенсивной физической работе человек незаметно для себя неред­ко переходит с носового дыхания на дыхание ртом, поскольку носо­вое дыхание создает примерно половину сопротивления воздушно­му потоку. Сознательное стремление дышать реже, но глубже при интенсивной физической нагрузке ведет также к увеличению мы­шечной работы на преодоление возрастающей ЭТЛ при глубоком вдохе. Таким образом, меньшая работа дыхания совершается при неглубоком частом дыхании, хотя вентиляция легких лучше при глубоком дыхании. Полезный результат для организма больше при неглубоком частом дыхании. Режим дыхания устанавливается не­произвольно и при физической работе, и в покое. Человек созна­тельно (произвольно) обычно не контролирует частоту и глубину дыхания, хотя это возможно.

Д. Вентиляция альвеол конвективным путем (непосредствен­ное поступление свежего воздуха в альвеолы) происходит только при очень интенсивной физической работе. Значительно чаще вен­тиляция альвеол осуществляется диффузионным способом. Это объясняется тем, что многократное дихотомическое деление брон­хиол ведет к увеличению суммарного поперечного сечения возду­хоносного пути в дистальном направлении и, естественно, к увели­чению его объема. Время диффузии газов в газообменной области и выравнивание состава газовой смеси в альвеолярных ходах и аль­веолах составляет около 1с. Состав газов переходной зоны прибли­жается к таковому альвеолярных ходов примерно за это же вре­мя — 1 с.

Газообмен между альвеолами и кровью организма

Газообмен осуществляется с помощью диффузии: С0₂ выде­ляется из крови в альвеолы, 0₂ поступает из альвеол в венозную кровь, пришедшую в легочные капилляры из всех органов и тканей организма. При этом венозная кровь, богатая С0₂ и бедная 0₂, пре­вращается в артериальную, насыщенную 0₂ и обедненную С0₂. Га­зообмен между альвеолами и кровью идет непрерывно, но во вре­мя систолы больше, чем во время диастолы.

А. Движущая сила, обеспечивающая газообмен в альвеолах, -это разность парциальных давлений Ро₂ и Рсо₂ в альвеолярной сме­си газов и напряжений этих газов в крови. Парциальное давление газа (рагИаНз — частичный) — это часть общего давления газовой смеси, приходящаяся на долю данного газа. Напряжение газа в жидкости зависит только от парциального давления газа над жид­костью, и они равны между собой.

162

Ро₂ и Рсо, в альвеолах и капиллярах уравниваются.

Кроме градиента парциального давления-напряжения, обеспе­чивающего газообмен в легких, имеется и ряд других, вспомогатель­ных факторов, играющих важную роль в газообмене.

Б. Факторы, способствующие диффузии газов в легких.

1. Огромная поверхность контакта легочных капилляров и альвеол (60-120м²). Альвеолы представляют собой пузырьки диа­метром 0,3-0,4 мм, образованные эпителиоцитами. Причем каж­дый капилляр контактирует с 5-7 альвеолами.

2. Большая скорость диффузии газов через тонкую легочную мембрану около 1 мкм. Выравнивание Ро₂ в альвеолах и крови в легких происходит за 0,25 с; кровь находится в капиллярах легких около 0,5 с, т.е. в 2 раза больше. Скорость диффузии С0₂ в 23 раза больше таковой 0₂, т.е. имеется высокая степень надежности в про­цессах газообмена в организме.

3. Интенсивная вентиляция легких и кровообращение — ак­тивация вентиляции легких и кровообращения в них, естественно, способствует диффузии газов в легких.

4. Корреляция между кровотоком в данном участке легкого и его вентиляцией. Если участок легкого плохо вентилируется, то кровеносные сосуды в этой области суживаются и даже полностью закрываются. Это осуществляется с помощью механизмов местной саморегуляции — посредством реакций гладкой мускулатуры: при снижении в альвеолах Ро₂ возникает вазоконстрикция.

В. Изменение содержания 0₂ и С0₂ в легких. Газообмен в легком, естественно, ведет к изменению газового состава в легком по сравнению с составом атмосферного воздуха. В покое человек потребляет около 250 мл 0₂ и выделяет около 230 мл С0₂. Поэтому в альвеолярном воздухе уменьшается количество 0₂ и увеличива­ется — С0₂ (табл. 7.2).

163

Изменения содержания 0₂ и С0₂ в альвеолярной смеси газов являются следствием потребления организмом 0₂ и выделения С0₂. В выдыхаемом воздухе количество 0₂ несколько возрастает, а С0₂ -уменьшается по сравнению с альвеолярной газовой смесью вслед­ствие того, что к ней добавляется воздух воздухоносного пути, не участвующий в газообмене и, естественно, содержащий С0₂ и 0₂ в таких же количествах, как и атмосферный воздух. Кровь, обогащен­ная 0₂ и отдавшая С0₂, из легких поступает в сердце и с помощью артерий и капилляров распределяется по всему организму, в раз­личных органах и тканях отдает 0₂ и получает С0₂.

studfiles.net

Механизм вдоха и выдоха

☰

У человека механизм вдоха и выдоха осуществляется также как у всех млекопитающих за счет движений межреберных мышц и диафрагмы. Диафрагма — это мышца, разделяющая грудную и брюшную полости.

Дыхательные движения представляют собой попеременное увеличение и уменьшение объема легких.

В периоды высокой физической активности (например, при беге) кроме диафрагмы и межреберных мышц в дыхательных движениях также могут участвовать другие мышцы туловища и плечевого пояса.

Вдох

На вдохе межреберные мышцы сокращаются, диафрагма смещается в сторону брюшной полости. Это приводит к увеличению объема грудной полости.

В грудной полости давление отрицательное, т. е. меньше атмосферного. Поэтому вслед за увеличением ее объема происходит растяжение легких.

Увеличение объема легких при неизменном объеме воздуха в них приводит к тому, что давление в них становится отрицательным.

Это, в свою очередь, ведет к засасыванию воздуха по дыхательным путям (носоглотку → гортань → трахею →бронхи). Газ всегда движется из области с более высоким давлением в область с более низким. Таким образом, в легкие поступает дополнительная порция воздуха, и давление в них становится равным атмосферному.

Выдох

Выдох происходит пассивно. Межреберные мышцы и диафрагма просто расслабляются. При этом ребра опускаются как бы сдавливая грудную полость. Диафрагма приподнимается вверх, что тоже ведет к уменьшению грудной полости.

Стенки грудной полости давят на легкие, и они уменьшаются в объеме, выталкивая из себя воздух обратно по дыхательным путям. Можно сказать, что давление в легких становится выше атмосферного, в результате чего воздух устремляется в сторону более низкого давления, т. е. наружу.

Различие в механизмах дыхания у мужчин и женщин

Несмотря на то, что механизм вдоха и выдоха у человека обеспечивается как межреберными мышцами, так и диафрагмой, степень их участия в дыхательных движениях у мужчин и женщин различается.

Для мужского типа дыхания свойственно активное участие диафрагмы, в то время как межреберные мышцы сокращаются мало. Это называется брюшным типом дыхания.

Для женщин, наоборот, характерно активное сокращение межреберных мышц, в то время как диафрагма при вдохе и выдохе смещается не так сильно, как у мужчин. Это грудной тип дыхания.

scienceland.info