Механизм вдоха и выдоха

Дыхательный цикл состоит из ритмично повторяющихся фаз вдоха и выдоха. Поступление атмосферного воздуха при вдохе и удаление его при выдохе происходит в результате изменения объема герметичной грудной полости за счет сокращения и расслабления дыхательных мышц.

Вдох – активный процесс, обусловленный синхронным сокращением наружных межреберных мышц и диафрагмы. При расширении грудной клетки легкие пассивно растягиваются, расширяются. При этом давление в легких понижается и становится меньше атмосферного (на 3-4 мм рт. ст.), поэтому воздух извне устремляется в легкие.

Нормальный нефорсированный выдох – процесс пассивный, обусловленный расслаблением мышц вдоха. Приподнятая и расширенная при вдохе грудная клетка в силу своей тяжести и при действии ряда мышц опускается. Растянутые легкие благодаря своей эластичности уменьшаются в объеме. При этом давление в легких резко возрастает, и воздух покидает легкие. При нарушении дыхания выдох может быть активным. Например, при кашле, чихании быстрый выдох осуществляется за счет сокращения мышц живота и брюшного пресса, при этом ребра опускаются, диафрагма резко поднимается.

Взрослый человек в состоянии покоя совершает 16-20 дыхательных движений в 1 мин, продолжительность вдоха и выдоха соотносится как 1:1,3.

Легочные объемы

При спокойном дыхании за один цикл человек вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха. Этот объем называется дыхательным объемом(ДО).При дополнительном глубоком вдохе в легкие может поступить еще 1500 мл воздуха. Это резервный объемвдоха(РО_вд).При равномерном дыхании после спокойного выдоха человек при напряжении дыхательных мышцможетвыдохнуть еще 1500 мл воздуха. Эторезервный объем выдоха(РО_выд).

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – это максимальный объем воздуха, который человек может выдохнуть после максимального вдоха.

ЖЕЛ = ДО + РО_вд + РО_выд

В данном примере ЖЕЛ, мл = 500 + 1500 + 1500 = 3500. У мужчин ЖЕЛ составляет в среднем 4-5 л, у женщин – 3-4 л. ЖЕЛ у тренированных людей может достигать 7,0-7,5 л. ДО составляет 15-18 % ЖЕЛ. Уменьшение ЖЕЛ свидетельствует об уменьшении вентилируемой части легкого.

Объем воздуха, остающийся в воздухоносных путях после максимального выдоха, называется остаточный объем(ОО),он составляет 1200-1500 мл. Этот объем воздуха удалить из легких практически невозможно. Дышавшее легкое всегда содержит воздух, поэтому легочная ткань не тонет в воде.

Сумма ЖЕЛ и ОО называется общей емкостью легких (ОЕЛ) (рис. 23).

Рис. 23. Легочные объемы человека

Легочные объемы зависят от тренированности человека, возраста, пола.

Произведение ДО на число дыханий в минуту (частоту дыхания) называют легочной вентиляцией, или минутным объемом дыхания (МОД). В покое МОД у взрослых равен в среднем 5-8 л/мин. При физической работе и занятиях спортом он может достигать 150-180 л/мин.

Регуляция дыхания

Изменения условий внешней среды, различные виды деятельности влияют на интенсивность окислительных процессов, составляющих основу жизни. Повышение интенсивности окислительных процессов при тяжелой физической нагрузке, умственной деятельности невозможно без увеличения количества потребляемого кислорода. В свою очередь это требует усиления работы дыхательной системы. Постоянное приспособление дыхательной системы к текущим потребностям организма предполагает наличие регуляторных механизмов ее деятельности.

Регуляция дыхания – это изменение режима работы дыхательной системы, направленное на точное и своевременное удовлетворение потребностей организма в кислороде. Регуляция дыхания осуществляется нервным и гуморальным путем.

Дыхательный центр – это совокупность нервных клеток, координирующих работу дыхательных мышц. Дыхательный центр включает в себя центры вдоха и выдоха, расположенные в продолговатом мозге, и пневмотаксический центр, находящийся в мосту мозга. Последний управляет деятельностью центров вдоха и выдоха, благодаря чему достигаются необходимые ритм и глубина дыхания.

Дыхательный центр обладает автоматией – способностью периодически самостоятельно возбуждаться, что выражается в ритмичном чередовании вдохов и выдохов.

Основным регулятором активности дыхательного центра является сигнал от хеморецепторов о газовом составе крови. Эти сигналы исходят от центральных (бульбарных) и периферических (артериальных) хеморецепторов. Рецепторы, расположенные в продолговатом мозге (бульбарные), чувствительны к содержанию углекислого газа и концентрации катионов водорода (Н⁺) во внеклеточной жидкости мозга. Бульбарные хеморецепторы контролируют химизм внеклеточной жидкости мозга, а артериальные хеморецепторы – химизм крови, снабжающей головной мозг.

Повышение содержания углекислого газа в крови и во внеклеточной жидкости мозга, увеличение концентрации катионов водорода увеличивают возбудимость дыхательного центра: частота и глубина дыхания увеличиваются. Это продолжается до тех пор, пока содержание углекислого газа в крови не понизится до нормального уровня, вместе с ним восстанавливается и нормальный уровень кислотности крови. Напротив, низкое содержание углекислого газа в крови, например, после частого и глубокого дыхания, вызывают торможение дыхательного центра, приводящее к остановке дыхания до тех пор, пока не восстановится нормальная концентрация углекислого газа в крови. Механорецепторы дыхательной системы участвуют в регуляции глубины и длительности вдоха и являются рецепторами кашля. Эти рецепторы чувствительны к частицам пыли, химических веществ, реагируют на спадение легких.

Рецепторы верхних дыхательных путей выполняют защитный рефлекс. При кашле возникает раздражение гортани, глотки; импульс идет в кашлевый центр, возникает глубокий быстрый выдох с удалением раздражителя. Чихание возникает при раздражении слизистой носа.