АНАТОМИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА

СИСТЕМА ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ

Нервная и гуморальная регуляция дыхания

Строение органов дыхания

Дыханием называется процесс газооомена между организмом и окружающей средой. Важнейший механизм газообмена у животных и человека — диффузия. При диффузии молекулы перемещаются из области их высокой концентрации в область низкой концентрации за счет их собственной кинетической энергии. Однако перемещаться путем диффузии молекулы могут лишь на малые расстояния (до 1 мм).

При переносе веществ на большие расстояния в организме животных используются различные системы вентиляции и транспорта газов. Перенос кислорода из окружающей среды к клеткам, где он вступает в химические реакции, включает ряд стадий: 1) вентиляцию легких (доставка кислорода в альвеолы); 2) диффузию кислорода из альвеол в кровь легочных капилляров; 3) перенос его кровью к капиллярам тканей; 4) диффузию из капилляров в окружающие ткани. Первая и вторая стадии называются легочным (внешним) дыханием, а четвертая — тканевым дыханием.

Обмен газов между кровью и воздухом осуществляется дыхательной системой, включающей воздухоносные пути и легкие ( 156). Воздухоносные пути начинаются носовой полостью, далее следуют гортань, трахея, бронхи. Воздух через наружные отверстия (ноздри) поступает в полость носа, которая разделена костно-хрящевой перегородкой на две половины. Через внутренние отверстия полость носа сообщается с носоглоткой.

Внутренняя поверхность полости носа покрыта слизистой оболочкой, верхний слой которой образован ресничным эпителием. Слизь вместе с осевшими на ней пылевыми частицами удаляется движением ресничек. В верхней части носовой полости находятся окончания обонятельного нерва, воспринимающие различные запахи. Из носоглотки и глотки воздух поступает в гортань, которая состоит из нескольких хрящей, укрепленных связками (щитовидный, перстневидный, два чер- паловидных и надгортанник), и подъязычной кости. От отростков черпаловидных хрящей и внутренней поверхности щитовидного хряща протягиваются голосовые связки, между которыми находится голосовая щель. Колебания голосовых связок, вызванные движениями голосовых мышц во время выдоха, создают звук. В воспроизведении членораздельной речи кроме голосовых связок принимают участие также язык, губы, щеки, мягкое нёбо, надгортанник.

На уровне 6—7-го шейного позвонков гортань переходит в дыхательное горло — трахею. Она состоит из хрящевых полуколец, которые препятствуют спадению ее стенок. Эти полукольца сзади объединены между собой соединительно-тканной перепонкой с переплетающимися гладкими мышечными волокнами. Нижний конец трахеи делится на два бронха, которые затем многократно ветвятся, образуя в легких бронхиальное дерево. Самые тонкие веточки называются бронхиолами. Бронхиолы переходят в альвеолярные ходы, на стенках которых находятся многочисленные тонкостенные выпячивания — альвеолы, оплетенные густой сетью капилляров. Между стенками альвеол и капилляров происходит газообмен. Изнутри альвеолы выстланы слоем белков, фосфолипидов и гликопротеидов, который называется сурфактантом. Его основная функция — поддержание поверхностного натяжения стенки альвеолы, ее способности к растягиванию при входе и противодействие спадению при выходе. Сурфактант обладает также бактерицидными свойствами.

Легкие занимают почти весь объем грудной полости и представляют собой упругие губчатые органы. В центральной части легкого располагаются ворота, куда входят бронх, легочная артерия, нервы, а выходят легочные вены. Правое легкое делится бороздами на три доли, левое — на две. Снаружи легкие покрыты плеврой, которая состоит из двух листков: внутреннего, покрывающего легкое, и наружного, выстилающего внутреннюю , полость грудной клетки. Между этими листками находится замкнутая плевральная полость с небольшим количеством жидкости. Жидкость уменьшает трение листков при дыхательных движениях легких.

Вентиляция легких. Количество воздуха, поступающего в легкие при каждом спокойном вдохе и выходящего при спокойном выдохе, называется дыхательным объемом. У взрослого человека он равен 500 см 3. Легочная вентиляция — это количество воздуха, проходящего за одну минуту через легкие, или произведение дыхательного объема на число дыхательных движений (14—15 в 1 мин). В покое у взрослого человека она составляет около 7 л воздуха в минуту. При глубоком вдохе человек может вдохнуть еще 1500 см 3 воздуха (дополнительный воздух), а после обычного выдоха он способен выдохнуть 1500 см 3 резервного воздуха. Сумма объемов дыхательного, резервного и дополнительного воздуха составляет жизненную емкость, т. е. количество воздуха, которое человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. В среднем у взрослого человека она равна 3000—4500 см 3. Жизненная емкость легких возрастает у спортсменов, особенно у пловцов и гребцов, и может достигать 8 л. С возрастом жизненная емкость легких уменьшается вследствие снижения эластичности легких и подвижности грудной клетки. Легкие не спадаются даже при максимальном выдохе, так как в них остается еще около 1500 см 3 воздуха, который называется остаточным.

Газообмен в легких и тканях

Вдыхаемый атмосферный воздух содержит около 79 % азота, 21 % кислорода и 0,03 % диоксида углерода. В основе газообмена в легких лежит разность концентрации газов: концентрация кислорода в поступившем в альвеолы воздухе выше, чем в легочных капиллярах (его парциальное давление в альвеолах составляет 100 мм рт. ст., а в капиллярах — 40 мм). Поэтому кислород из альвеол диффундирует через стенки кровеносных капилляров в кровь, насыщает ее и проникает в эритроциты, где вступает в непрочное соединение с гемоглобином, образуя оксигемогло- бин. При взаимодействии гемоглобина с кислородом концентрация свободного кислорода в плазме понижается, что способствует диффузии новых порций кислорода из альвеол и полному насыщению гемоглобина кислородом ( 157).

Теоретически 1 г гемоглобина может связать 1,39 мл О 2- Однако часть гемоглобина находится в неактивном состоянии и реально связывается 1,34 мл О 2. Поскольку в 1 л крови содержится в среднем 150 г гемоглобина (158 г у мужчин и 140 г у женщин), то в указанном объеме находится 0,2 л О 2. Эта величина называется кислородной емкостью крови. При уменьшении парциального давления О 2 во вдыхаемом воздухе и снижении концентрации его в плазме крови количество оксигениро- ванного гемоглобина падает.

Насыщенная кислородом кровь по капиллярам поступает в органы и ткани. Газообмен в тканях происходит по тому же принципу, что и в легких: кислород из тканевых капилляров, где его концентрация высокая, переходит в тканевую жидкость с более низкой концентрацией кислорода. Из тканевой жидкости он проникает в клетки и сразу же вступает в реакции окисления, поэтому в клетках свободного кислорода практически нет. По тем же законам диоксид углерода из клеток через тканевую жидкость поступает в капилляры. Выделяющийся СО 2 способствует диссоциации оксигемоглобина и сам вступает в соединение с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин. В оттекающей от органов венозной крови СО 2 находится как в связанном, так и в растворенном состоянии в виде угольной кислоты, которая в капиллярах легких легко распадается на Н20 и С02.

Угольная кислота может также вступать в соединения с солями плазмы, образуя бикарбонаты. В легких, куда поступает венозная кровь, кислород снова насыщает кровь, а СО 2 из зоны высокой концентрации (легочных капилляров) переходит в зону низкой концентрации (альвеолы).

Для нормального газообмена воздух в легких должен постоянно сменяться, что достигается ритмическими актами вдоха и выдоха, за счет движений межреберных мышц и диафрагмы.

Нервная и гуморальная регуляция дыхания

После вдоха всегда следует выдох, после выдоха — вдох. Такая последовательность обусловлена регулирующей функцией центральной нервной системы. В продолговатом мозге расположены дыхательные центры — центр вдоха и центр выдоха. При выдохе во время спадения легких раздражаются рецепторы, находящиеся в альве олах. Возникшее здесь возбуждение по блуждающему нерву передается в центр вдоха, который приходит в возбуждение и посылает нервные импульсы в спинной мозг, а оттуда по центробежным нервам импульсы поступают к наружным межреберным мышцам и диафрагме. Сокращаясь, они вызывают расширение грудной клетки, и происходит вдох. Следовательно, вдох — это рефлекс на раздражение, вызванное выдохом. Теперь центр вдоха не получает раздражений и не посылает возбуждение в дыхательные мышцы. Происходит их расслабление, грудная клетка спадается и наступает выдох — рефлекс на раздражение, вызванное вдохом. Во время вдоха при растяжении легких раздражаются другие рецепторы альвеол, от них возбуждение поступает в центр выдоха, а оттуда по блуждающему нерву — к межреберным мышцам, сокращение которых еще больше уменьшает объем грудной клетки.

Деятельность дыхательных центров регулируется и гуморальными факторами. В частности, повышение концентрации СО г в крови, притекающей к головному мозгу, возбуждает дыхательные центры, что вызывает увеличение глубины и частоты дыхания. Этот механизм действует и при первом вдохе новорожденного.

В момент отделения плаценты в крови ребенка резко нарастает концентрация СОг, а это возбуждает дыхательный центр и он посылает импульсы к наружным межреберным мышцам и диафрагме, сокращение которых вызывает вдох.

В регуляции дыхания принимают участие и оказывают влияние на его параметры величины рН и концентрации Ог, действующие на хеморецепторы. Хеморецепторы находятся в нервных ганглиях стенок сосудов, в частности, в стенке дуги аорты. Импульсы от этих ганглиев поступают в дыхательные центры по волокнам блуждающего нерва.