Фаза внешнего дыхания

У человека внешнее дыхание обеспечивается трахеей, бронхами, бронхиолами и альвеолами, общее количество которых составляет примерно 700 миллионов. Площадь альвеол составляет 80-100 м², а объем воздуха в них около 2-3 литров; объем воздухоносных путей — 150-180 мл.

В обычных условиях альвеолы не спадаются, так как находящаяся на их внутренней поверхности жидкость содержит сурфактанты — вещества, снижающие поверхностное натяжение.

Газообмен между легкими и окружающей средой осуществляется за счет вдоха и выдоха. При вдохе объем легких увеличивается, давление в них становится ниже атмосферного, и воз­дух поступает в дыхательные пути. Этот процесс носит активный характер и обусловлен сокращением наружных межреберных мышц и опусканием (уплощением) диафрагмы, в результате чего объем лег­ких возрастает на 250-300 мл.

Во время выдоха объем грудной полос­ти уменьшается, воздух в легких сжимается, давление в них стано­вится выше атмосферного, и воздух выходит наружу.

Выдох в спо­койном состоянии осуществляется пассивно за счет тяжести грудной клетки и расслабления диафрагмы, которая поднимается куполом вверх. Форсированный выдох происхо­дит вследствие сокращений внутренних межреберных мышц, час­тично — за счет мышц плечевого пояса и брюшного пресса.

Большое значение для осуществления вдоха и выдоха имеет герме­тически замкнутая плевральная полость (щель). Она образована висцеральным (покрывает легкое) и париетальным (выстилает грудную клетку изнутри) листками плевры. В плевральной полости содержится небольшое количество жидкости. Давление в плевральной по­лости ниже атмосферного, которое еще больше снижается при вдохе, способствуя поступлению воздуха в легкие. При попадании воздуха или жидкости в плевральную полость легкие спадаются за счет их эластической тяги, дыхание становится невозможным, и развивают­ся тяжелые осложнения — пневмогидроторакс.

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 принято выделять четыре составляющих ее компонента: дыхательный объем, резервный объем вдоха и выдоха и остаточный объем.

Дыхательный объем — количество воздуха, проходя­щего через легкие при спокойном вдохе (выдохе) и равное 400-500 мл. Резервный объем вдоха (1,5-3 л) составляет воздух, который можно вдохнуть дополнительно после обычного вдоха.

Резервным объемом выдоха (1-1.5 л) называется объем воздуха, который еще можно выдохнуть после обычного выдоха.

Остаточ­ный объем (1-1.2 л) — это количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха и выходит только при пневмо­тораксе.

Сумма дыхательного воздуха, резервных объемов вдоха и выдоха составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ), равную 3.5-5 л; у спортсменов она может достигать 6 л и более.

В покое человек делает 10-14 дыхательных циклов в 1 минуту, по­этому минутный объем дыхания (МОД) составляет 6-8 л. В состав ды­хательного воздуха входит так называемое мертвое (вредное) пространство (120-150 мл), образованное воздухоносными путями (полости рта, носа, глотки, гортани, трахеи и бронхов), не уча­ствующими в газообмене воздухом. Однако заполняющий это про­странство воздух играет положительную роль в поддержании опти­мальной влажности и температуры альвеолярного газа.

В процессе газообмена между организмом и атмосферным возду­хом большое значение имеет вентиляция легких, обеспечи­вающая обновление состава альвеолярного газа. Интенсивность вен­тиляции зависит от глубины и частоты дыхания. Количественным показателем вентиляции легких служит минутный объем ды­хания, определяемый как произведение дыхательного объема на число дыханий в минуту.

Легочная вентиляция обеспечивается работой дыхательных мышц. Эта работа связана с преодолением эластического соп­ротивления легких и сопротивления дыхательному потоку воздуха (неэластическое сопротивление). При МОД, равном 6-8 л/мин , на работу дыхательных мышц расходуется 5-10 мл/мин О₂.

При физических нагрузках, когда МОД достигает 150-200 л/мин , для обеспечения работы дыхательных мышц требуется уже около одного литра О₂. Высокая кислородная стоимость дыха­ния невыгодна для организма, так как в данном случае О₂ не может использоваться для полезной работы.

Из воздуха альвеол О₂ переходит в кровь, а в него поступает СО₂. Поэтому газовый состав их воздуха в процессе вентиляции легких неодинаков. Выдыхаемый воздух состоит из смеси альвеолярного и воздуха вредного пространства, по составу мало отличающегося от атмос­ферного. Поэтому выдыхаемый воздух содержит больше О₂, и мень­ше СО₂, по сравнению с альвеолярным.

Назначение легочной венти­ляции состоит в поддержании относительного постоянства уровня парциального давления О₂ и СО₂ в альвеолярном воздухе. При ат­мосферном давлении 760 мм рт. ст. давление О₂ в нем равно 159 мм рт. ст. и давление СО₂ — 0.2 мм рт. ст., а в альвеолярном воздухе — 102 мм рт. ст. и 40 мм рт. ст., соответственно.