Процесс дыхания у человека. Дыхательные движения, как происходит вдох и выдох человека Как происходит у человека вдох и выдох

Дыхание – это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих поступление кислорода в организм, использование его тканями и выведение из организма углекислого газа.

Весь процесс дыхания в организме можно представить как совокупность последовательных процессов:

Обмен воздуха между внешней средой и альвеолами легких (внешнее дыхание или вентиляция легких);

Обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью, протекающей через легочные капилляры (диффузия газов в легких);

Транспорт газов кровью;

Обмен газов между кровью и тканями в тканевых капиллярах (диффузия газов в тканях);

Потребление кислорода клетками и выделение ими углекислоты (клеточное дыхание).

Внешнее дыхание обеспечивается трахеей, бронхами, бронхиолами и альвеолами. Газообмен между легкими и окружающей средой осуществляется за счет вдоха и выдоха. Вдох и выдох - это дыхательный цикл.

Механизм вдоха является активным процессом. При вдохе происходит увеличение объема грудной клетки за счет сокращения мышц диафрагмы и наружных межреберных мышц. При сокращении мышц диафрагмы купол ее уплощается, диафрагма опускается, смещая органы брюшной полости вниз. В результате опускания диафрагмы увеличивается вертикальный (↕) размер грудной полости. Наружные межреберные мышцы, сокращаясь, увеличивают размер грудной клетки в поперечном (фронтальном - ↔) и переднезаднем (сагиттальном - /) направлениях.

Увеличение объема грудной клетки, а, следовательно, и легких ведет к падению в них давления, что и служит причиной поступления в них через дыхательные пути атмосферного воздуха. Это объясняется тем, что воздух стремиться перейти из области высокого давления в область низкого давления.

Механизм выдоха. Как только вдох окончен мышцы грудной клетки расслабляются и она возвращается к своим обычным размерам. При этом объем легких уменьшается, давление в них возрастает, воздух из альвеол устремляется через воздухоносные пути наружу. Таким образом, спокойный выдох, в отличие от вдоха, происходит пассивно. При физической нагрузке выдох становится активным.

Количество воздуха, находящегося в легких после максимального вдоха, составляет общую емкость легких, величина которой у взрослого человека равна 4-6 л.

В общей емкости легких выделяют четыре ее компонента:

Дыхательный объем;

Резервный объем вдоха;

Резервный объем выдоха;

Остаточный объем.

Дыхательный объем (ДО) - это объем воздуха, который вдыхает и выдыхает человек во время спокойного дыхания. У взрослого человека дыхательный объем составляет примерно 400-500 мл.

Резервный объем вдоха (РОвд) – это максимальный объем воздуха, который способен вдохнуть человек после спокойного вдоха. Величина РОвд составляет 1,5-1,8 л.

Резервный объем выдоха (РОвыд) - это максимальный объем воздуха, который человек дополнительно может выдохнуть после спокойного выдоха. РОвыд может быть равен 1 - 1,5 л.

Остаточный объем (ОО) - это объем воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха - 1- 1,2 л.

Сумма дыхательного объема, резервного объема вдоха и выдоха составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ), равную 3,5 - 5 л.

Дыхание - сложный процесс поступления в организм кислорода, использование его в биологическом окислении и выведение углекислого газа ,

К дыхательной системы относятся:

Дыхательные пути,

Органы газообмена - легкие,

Система обеспечения вентиляции легких - грудная клетка, дыхательные мышцы, дыхательный центр.

У человека участие в дыхании принимают не только легкие, но и вся поверхность тела - от толстого эпителия на пятках к покрытой волосами кожи головы. Больше всего "дышат" кожа груди, спины и живота. Интересно, что по интенсивности дыхания эти участки значительно преобладают легкие. Однако общая поверхность кожи человека составляет примерно 2 м2, в то время как поверхность легких, если развернуть 700000000 альвеол, составляет 90-100 м2 . В целом на долю кожных покровов приходится менее 1% газообмена.

Этапы дыхания:

1. Легочная вентиляция.

2. Диффузия газов из альвеол в кровь легочных капилляров.

3. Транспорт газов кровью.

4. Диффузия газов из крови в ткани.

5. Тканевое или внутреннее дыхание.

Первые четыре этапа относятся к внешнего дыхания, назначение которого состоит в абсорбции O2 и удалении СО2 из организма.

Легочная вентиляция - это обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом.

Дыхательные пути состоят из носовой и ротовой полостей, носоглотки, ротоглотки, гортани, трахеи, которая в грудной полости делится на 2 бронхи, что, разветвляясь, образуют бронхиальное д во. Всего таких разветвлений 23-26. Мельчайшие бронхи - бронхиолы. На их концах образуются альвеолярные мешочки, которые разделены на 20 полостей - альвеол диаметром 0,15-0,3 мм. Совокупность альвеол образует ткань легких.

В легких функционирует большая система коллатералей, которая обеспечивает вентиляцию в условиях перекрытия просвета бронхов или других препятствий поступлению воздуха. Она представлена сеткой дополнительных соединений между частицами, сегментами и ацинусами легких. Основой коллатеральной вентиляции есть дополнительные бронхиолы, которые соединяют терминальные бронхиолы соседних сегментов. В пределах одного ацинуса коллатеральная вентиляция обеспечивается бронхоальвеолярный коммуникациями в стенках альвеол. Соседние ацинусы также сочетаются между собой. Всего в 40% воздух может поступать в альвеолы с помощью таких сообщений.

Слизистая оболочка воздухоносных путей покрыта реснитчатыми эпителием, имеет железы, выделяющие слизь. Кроме того, слизистая оболочка имеет густую сетку кровеносных капилляров. Поэтому воздух на пути в легкие увлажняется, согревается кровью и очищается мерцательным эпителием. Каждое легкое снаружи покрыта плеврой, которая состоит из 2 листьев - париетальной и висцеральной. Между листьями расположена узкая герметичная щель (плевральная полость), в которой находится небольшое количество серозной вещества.

Стенка альвеолы состоит из однослойного эпителия. Каждая альвеола оплетена густой сетью капилляров, на которые разветвляется легочная артерия.

Механизм вдоха и выдоха

Дыхательный цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. Воздух попадает в легкие и выходит из них благодаря работе межреберных мышц и диафрагмы. В результате их сокращения и расслабления объем грудной полости меняется. Межреберные мышцы делятся на 2 группы: внешние и внутренние. Диафрагма состоит из кольцевых и радиальных мышечных волокон, расположенных вокруг центральной сухожильного участка.

Вдох - активный процесс. Наружные межреберные, внутренние мижхрящови мышцы сокращаются, а внутренние межреберные - расслабляются. Ребра движутся вперед, удаляясь от позвоночника. Одновременно сокращается диафрагма, становится более плоской, купол ее опускается. Все это приводит к увеличению объема грудной полости. В результате давление в плевральной полости становится ниже атмосферного. Легкие растягиваются и давление в них также становится ниже атмосферного. Воздух поступает (засасывается) в легкие и заполняет альвеолы до тех пор, пока давление в легких не сравнится с атмосферным, наступает пауза между вдохом и выдохом . (рис. 8.1).

Давление (в мм рт. Ст.) В плевральной полости (относительно атмосферного) на высоте спокойного вдоха составляет -9 ...- 6, на высоте глубокого вдоха - -30 ...- 10, на высоте спокойного выдоха - 5, 5-3,5, на высоте глубокого выдоха - -3 ...- 1,5.

При нарушении герметичности плевральной полости в нее поступает воздух (пневмоторакс), давления плевральной полости растет, выравнивается с атмосферным (становится равным 0), легкие приходят и вентиляция прекращается .

Форсированный вдох обеспечивается сокращением дополнительных мышц: лестничной, декабре, передняя зубчатая, трапециевидный, ромбовидный.

Выдох может быть пассивным, при которой происходит под действием эластичной тяги легочной ткани и при расслаблении дыхательных мышц, обеспечивающих вдох. Объем грудной полости зменшуеть-

Рис. 8.1. Механизм вентиляции альвеолы

ся, давление в плевральной щели растет и вместе с эластичной тягой становится выше Внутрилегочная. Альвеолы сжимаются, давление в них становится больше атмосферного и воздух выталкивается из легких (см. Рис. 8.1). Механизм вдоха и выдоха удобно рассматривать на модели Дондерса, в которой имитируются грудная клетка и диафрагма.

Активный выдох обеспечивается сокращением мышц брюшной стенки: косой, поперечный, прямой. Эластичность - способность легких к растяжению. Эластичность легких существенно зависит от поверхностного натяжения пленки жидкости, покрывающей стенку альвеол. При уменьшении объема альвеол поверхностное натяжение уменьшается благодаря наличию сурфактанта (вещество липидной природы) в жидкости, покрывающей поверхность альвеол (табл. 8.1). Если бы поверхностное натяжение при выдохе не уменьшался, альвеолы бы колабувалы. Сурфактанты производятся Альвеоциты типа II. Сурфактант играет важную роль во время рождения человека, оберегая легкие от повторного коллапса. Дефицит сурфактанта является важной причиной респираторного дистресс-синдраму новорожденных (болезни гиалиновых мембран) - тяжелого заболевания легких, возникающее в младенцев, рожденных раньше, чем начала действовать их система сурфактанта. Выявлено уменьшение сурфактанта у курильщиков.

Таблица 8.1. значение сурфактантов

Уменьшают поверхностное натяжение в альвеолах,

Создают возможность расправления легкого при первом вдохе новорожденного, препятствуют убыванию терминальных бронхиол,

Препятствуют перерастяжения альвеол,

Противоотечное действие, антиокислительная действие,

Обеспечивают до 2/3 эластичного сопротивления тканей легкого взрослого и стабильность структуры респираторной зоны,

Регулируют скорость абсорбции 0, на границе фаз "газ - жидкость",

Регулируют интенсивность испарения воды с альвеолярной поверхности (регуляция водного баланса),

Обладают бактериостатическим действием, опсонизують бактерии,

Очищают поверхность альвеол от инородных частиц, попавших в легкие.

Ошибочно думать, что процесс дыхания у человека происходит только в легких.

Его можно разделить на три основных этапа. Кислород, вдыхаемый легкими, поглощается кровью. Легкие представляют собой как бы губку, построенную из выростов в виде легочных пузырьков. Концевые части этих пузырьков носят название альвеол. Они оплетены густой сетью кровеносных сосудов. Общая поверхность легочных альвеол огромна. На этой большой поверхности и происходит соприкосновение кислорода с кровью.

Через тонкие стенки альвеол диффузией кислород проникает в кровеносные сосуды.

Далее наступает второй этап процесса дыхания. Кровь разносит кислород по всему телу и доставляет его тканям. Наконец, третий этап - клетки впитывают своей поверхностью принесенный к ним кислород и употребляют его на медленное горение, или окисление. В результате образуется углекислый газ. Кровь захватывает углекислый газ и уносит его в легкие, откуда он выделяется наружу при выдохе. Обычно процесс дыхания воспринимается только как ритмичное движение дыхательных органов.

Что же заставляет дыхательные органы - легкие - ритмично двигаться, всасывая воздух при расширении и выдыхая его при сжатии?

Дыхательные движения создаются специальными дыхательными мышцами. Эти мышцы, сокращаясь, вызывают уменьшение объема грудной клетки, а расширяясь, увеличивают его. За короткий промежуток времени между вдохом и выдохом в крови успевает произойти газовый обмен, то есть кровь отдает принесенный из организма углекислый газ и захватывает свежую порцию кислорода.

Сколько же воздуха поглощает человек при каждом вдохе?

В спокойном состоянии каждым вдохом человек вбирает в себя и выдыхает около 500 кубических сантиметров воздуха. Максимально сильным вдохом человек может вобрать в себя дополнительно 1500 кубических сантиметров воздуха. При глубоком выдохе, кроме обычных 500 кубических сантиметров, человек может отдать еще 1500 кубических сантиметров запасного воздуха.

Но легкие человека никогда не остаются пустыми, в них всегда содержится около 1500 кубических сантиметров остаточного газа.

Таким образом, если после максимального выдоха сделать сильный вдох, можно вобрать в себя до 3,5 литра воздуха. Добавив к этим 3,5 литра воздуха еще 1500 кубических сантиметров газа, которые остаются в легких даже при максимальном выдохе, получим общий объем газа, который может поместиться в легких человека.

Этот объем составляет около 5 литров.

В спокойном состоянии и при нормальных метеорологических условиях, когда температура воздуха держится в пределах 18-22° и относительная влажность составляет 40-70 процентов, человек может пропустить через свои легкие около 8 литров воздуха в минуту, то есть около 500 литров в час. При этом человеческий организм получает примерно 22 литра кислорода.

При выполнении тяжелой физической работы или при быстрых движениях дыхание у человека учащается и количество воздуха, пропускаемого через легкие, увеличивается в 10 и более раз. Так, например, спортсмены при беге или плавании вдыхают и выдыхают в минуту 120-130 литров воздуха; соответственно увеличивается и количество кислорода, получаемого организмом.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

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.

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.