Краткий курс физиологии дыхания и кровообращения

Конечно, данный курс не претендует на полное и всеобъемлющее описание на уровне институтской программы. Но основные закономерности, объясняющие процессы, приводящие к возрастным заболеваниям, показаны в истинном свете, доступным языком для людей, не имеющих медицинского образования. Чтоб не согрешить против истины, в этом разделе использовались материалы из книг, авторы которых – общепризнанные специалисты, в том числе и мирового масштаба. Список используемой литературы и авторов приводится в конце книги.

Парциальное давление газов

Воздух, которым мы дышим, представляет собой смесь газов. Каждый из них оказывает давление, пропорциональное его концентрации в этой смеси. Давление каждого газа в смеси называется парциальным давлением. Согласно закону Дальтона общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений каждого газа в этой смеси.

Рассмотрим состав воздуха, которым мы дышим. Он состоит на 79, 04 % из азота (N2), на 20, 93 % из кислорода (02) и на 0, 03 % из диоксида углерода (СО2). Диоксид углерода и углекислый газ одно и то же. В местности, расположенной на уровне моря, атмосферное (или барометрическое) давление составляет примерно 760 мм рт.ст. Это давление считается стандартным атмосферным давлением. Его рассматривают как общее давление или 100%. Следовательно, если общее атмосферное давление составляет 760 мм рт.ст., то парциальное давление Р азота (РN2) в воздухе будет 600, 704 мм рт.ст. (79, 04% от общего давления 760 мм рт.ст.). Парциальное давление Р кислорода (РО2) составляет 159, 068 мм рт.ст. (20, 93 % от 760 мм рт.ст.), а диоксида углерода (РСО2) – 0, 228 мм рт.ст. (0, 03 % от 760 мм рт.ст.). В атмосферном воздухе содержатся инертные газы, а также газы, загрязняющие атмосферу при работе промышленных объектов, автомобилей, судов и пр. Процентное содержание этих газов ничтожно, однако некоторые из них оказывают большое влияние (как правило, отрицательное) на здоровье человека.

Газы в нашем организме растворены в жидкостях, например, в плазме крови. Согласно закону Генри, газы растворяются в жидкостях пропорционально своему парциальному давлению, а также в зависимости от способности растворяться в определенных жидкостях и от температуры. Способность газа растворяться в крови является постоянной, температура крови также относительно постоянна. Следовательно, наиболее критический фактор газообмена между альвеолами и кровью – градиент парциального давления газов в них (разность парциальных давлений газа в альвеоле и капиллярной крови).

Процесс дыхания у человека разделяется на несколько ступеней. К процессам дыхания относят:

- принудительное нагнетание свежего воздуха из атмосферы в альвеолы легких и удаление отработанного воздуха (вентиляция легких);

- диффузию (проникновение) газов из воздуха альвеол в кровь лёгочных капилляров (вместе с предыдущей стадией, называемой внешним дыханием);

- транспортировку кислорода кровью по магистральным артериям от капилляров легких к капиллярам тканей и выведение из них углекислого газа по венам к капиллярам легких;

- диффузию газов из капилляров в клетки тканей и обратно;

- окисление кислородом биоэнергетических субстратов в митохондриях клеток с выделением биохимической энергии, сопровождающееся образованием углекислого газа и воды (внутреннее или клеточное дыхание).

 

 

Дыхательная система

Органы дыхания состоят из воздухопроводящих путей (наружный нос, полость рта с околоносовыми пазухами, гортань, трахея и бронхи) и лёгких, покрытых серозной оболочкой (плеврой) (рис. 1).

1 — полость рта, 2 — носовая часть глотки, 3 — мягкое нёбо, 4 — язык, 5 — ротовая часть глотки, 6 — надгортанник, 7 — гортанная часть глотки, 8 — гортань, 9 — пищевод, 10 — трахея, 11 — верхушка легкого, 12 — верхняя доля левого легкого, 13 — левый главный бронх, 14 — нижняя доля левого легкого, 15 — альвеолы, 16 — правый главный бронх, 17 — правое легкое, 18 — подъязычная кость, 19 — нижняя челюсть, 20 — преддверие рта, 21 — ротовая щель, 22 — твердое нёбо, 23 — носовая полость.

Рис. 1. Дыхательная система

Полость носа выполняет двоякую функцию, является началом дыхательных путей и органом обоняния. Вдыхаемый воздух, проходя через полость носа, очищается, согревается, увлажняется. Носовые волоски очищают вдыхаемый воздух от загрязняющих веществ и микрочастиц пыли. Слизистая оболочка полости носа богата кровеносными сосудами (венами), назначение которых согревать вдыхаемый воздух.

Воздух при вдохе очень быстро нагревается в объёмах носовой перегородки, даже в холодную погоду воздух вдоха приобретает температуру тела, пройдя всего три сантиметра в носовых проходах. В носовой полости также выделяются специфические антитела, которые убивают осевшие на слизистые покровы микробы и вирусы. За счёт носовой слизи, которую выделяет слизистая оболочка носа (около 500 г влаги за сутки), воздух вдоха увлажняется до полного насыщения. Далее, воздух следует поочерёдно через носоглотку, гортань, трахею.

Трахея имеет вид цилиндрической трубки длинной 11-13 см и диаметром от 1, 5 до 2, 5 см. Она состоит из хрящевых полуколец, соединенных между собой волокнистой соединительной тканью. Трахея выстлана изнутри слизистой оболочкой, покрытой мерцательным эпителием. Движения ворсинок мерцательного эпителия позволяют выводить наружу попавшую в трахею пыль и другие чужеродные вещества, либо благодаря высокой всасывающей способности эпителия они всасываются внутрь и затем выводятся внутренними путями.

Далее трахея разветвляется на бронхи, а те в свою очередь на бронхиолы – более мелкие воздухоносные пути. Бронхи делятся на более мелкие ветви, подобно ветвям дерева. Самые мелкие веточки, которые можно увидеть только под микроскопом, называются бронхиолами. Стенка бронхов в своем составе содержит хрящ — прочный, но в то же время и эластичный материал: эластичный настолько, чтобы бронхи могли менять форму просвета во время акта дыхания, и достаточно прочный, чтобы не позволить бронхам спадаться. Чем мельче бронх, тем меньше содержится хрящевой ткани в его стенке. Из мышечных волокон состоит стенка самых маленьких бронхов. При их сокращении просвет мелких бронхов значительно сужается.

Все бронхи выстланы изнутри тонким слоем клеток (слизистая оболочка), вырабатывающих секрет. Некоторые клетки способны инициировать вязкий секрет, называемый слизью. Слизь покрывает клетки слизистой оболочки. У некоторых клеток есть выросты, похожие на волоски (реснички), которые ритмично двигаются. Слизь лежит на ресничках. Совместная деятельность слизистых желез, бронхов, мерцательного эпителия и мускулатуры способствует увлажнению поверхности слизистой оболочки, разжижению и выведению наружу вязкой мокроты при патологических процессах, а также выведению частиц пыли и микробов, попавших в бронхи с потоком воздуха.

Бронхиолы также делятся, заканчиваясь гроздями воздушных мешков, похожих на маленькие воздушные шарики, называемые альвеолы. Всего в легких порядка 300 миллионов альвеол. Подумать только — единственная трахея ведет к 300 миллионам альвеол! Стенка альвеолы необычайно тонка. В ее состав входят эластические волокна, что позволяет сравнивать альвеолы с воздушными крошечными резиновыми шариками.

Работа дыхательного насоса

О работе легких необходимо знать ещё кое-что. Например, что заставляет воздух входить в легкие (вдох, инспирация) и выходить наружу (выдох, экспирация)? Рассмотрим рис. 2.

 

 

Рис. 2. Движение в лёгких

 

 

Эластичные легкие располагаются в герметичной коробке — грудной клетке. Снизу она закрыта диафрагмой — тонкой мышцей, которая отделяет грудную полость от брюшной полости. Диафрагма поднимается и опускается как поршень. При движении ее вниз (вдох) объем грудной клетки увеличивается и в грудной полости создается разрежение воздуха (отрицательное давление).

Воздух засасывается в альвеолы, стремясь заполнить пустое пространство. Эластичные альвеолы растягиваются, как резиновые шарики. Затем диафрагма расслабляется и поднимается вверх. Объём грудной полости уменьшается, эластичные альвеолы спадаются, выталкивая воздух, как сдувающиеся воздушные шарики. Для того чтобы эта система работала, грудная полость должна быть герметична, чтобы во время дыхания создавалось разрежение воздуха.

Для обеспечения герметичности внутренняя поверхность грудной полости и наружная поверхность лёгких покрыты тонким слоем клеток (плеврой). Плевра секретирует небольшое количество жидкости, чтобы лёгкие при соприкосновении с внутренней поверхностью грудной клетки при её движениях легко скользили по ней.

Когда всё в порядке, люди не задумываются об этом процессе. Нормальное дыхание не требует участия воли человека, но если с лёгкими случается беда, то, как известно, требуется подключение дополнительных мышц для расширения и сужения грудной клетки. Это и межрёберные мышцы, и некоторые мышцы шеи. Обычно эти мышцы участвуют в акте дыхания совсем немного, но у людей с заболеваниями лёгких они могут выполнять большую работу, помогая дыханию.

Объёмы вентиляции лёгких зависят от глубины вдоха и выдоха. Вентиляция лёгких - газообмен между атмосферным воздухом и лёгкими. Различают понятия различных объёмов вентиляции лёгких и различных ёмкостей лёгких, при этом под тем или иным термином «ёмкость» понимают совокупность нескольких «объёмов»:

1. Дыхательный объём (ДО) - это объём воздуха, который человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании.

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

3. Резервный объём выдоха (РО выдоха) - максимальный объём воздуха, который можно выдохнуть после спокойного выдоха.

4. Остаточный объём (ОО) - объём воздуха, остающийся в лёгких после максимального выдоха.

5. Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) - это наибольший объём воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. У молодых людей должную величину ЖЕЛ можно рассчитать по формуле: ЖЕЛ = Рост (м) х 2, 5 л. Например, при росте 170 см ЖЕЛ = 1, 7 х 2, 5 = 4, 25 л.

6. Функциональная остаточная ёмкость (ФОЕ) - количество воздуха, остающееся в лёгких после спокойного выдоха, равно сумме ОО и РО выдоха.

7. Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) - объём воздуха, содержащийся в лёгких на высоте максимального вдоха, равен сумме ЖЕЛ и ОО. Общая ёмкость лёгких, как и другие объёмы и ёмкости, 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.

8. Минутный объём дыхания (МОД) - это объём воздуха, проходящего через лёгкие за 1 минуту. В состоянии покоя МОД у нетренированного человека 7-16 литров в минуту, МОД у спортсменов, йогов, людей, ежедневно занимающихся 20-30-минутным дыханием через ТУИ, 2-5 литров в минуту.

9. Максимальная вентиляция лёгких (МВЛ) - это объём воздуха, который проходит через лёгкие 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, тренированности.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: