3. Дыхательный акт и вентиляция легких

Обмен газов в легких человека поддерживается их вентиляцией за счет возвратно-поступательного перемещения воздуха в просвете дыхательных путей, которое происходит в процессе вдоха и выдоха (дыхательного акта).

Мышцы, осуществляющие дыхательный акт, подразделяют на мышцы вдоха и мышцы выдоха, способствующие соответственно увеличению и уменьшению объема грудной клетки. Кроме того, выделяют группу вспомо­гательных мышц, которые включаются при форсированном дыхании.

Основная мышца вдоха - диафрагма (рис. 83). При спокойном дыха­нии она обеспечивает практически весь объем легочной вентиляции. Диа­фрагма работает синергично с наружными межреберными мышцами. Бла­годаря сокращению мышц вдоха увеличиваются вертикальный и переднезадний размеры грудной клетки

К мышцам выдоха относят внутренние межреберные мышцы, кото­рые опускают ребра и мышцы брюшного пресса. Функция последних со­стоит в повышении внутрибрюшного давления, благодаря чему купол диа­фрагмы впячивается в грудную полость и уменьшает ее объем.

К вспомогательным мышцам дыхания относят ряд мышц шеи, груди и спины, сокращение которых вызывает перемещение ребер, облегчая дейст­вие основных мышц вдоха и выдоха.

В процессе вдоха ткань легких растягивается, т.к. увеличивается объем грудной клетки, и давление в легких становится на 2-3 мм рт.ст. меньше, чем в атмосфере. Разница давлений обеспечивает поступление воздуха в легкие. Во время вдоха одновременно увеличивается объем плевральной полости и, следовательно, давление в ней падает и становится на 9 мм рт.ст. ниже атмо­сферного. В результате увеличивается разница между давлением атмосферно­го воздуха и давлением в плевральной полости, что также способствует рас­тяжению легочной ткани. Препятствует процессу вдоха давление в брюш­ной полости и собственное сопротивление стенок живота. Кроме того, замед­ляет растяжение легочной ткани эластическая тяга легких и поверхностное натяжение стенок альвеол.

Спокойный выдох начинается, как только расслабляется мускулатура вдоха. При этом возросшая в ходе вдоха эластическая тяга легких возвращает их в исходное состояние. При этом из-за уменьшения объема легких давление в них становится выше атмосферного и воздух из воздухоносных путей уст­ремляется наружу. Таким образом, выдох в отличие от вдоха происходит пассивно, за счет высвобождения энергии растянутых во время фазы вдоха легких. Лишь при форсированном дыхании включаются мышцы выдоха, ак­тивно способствующие дополнительному уменьшению объема грудной полости, причем в этом случае давление в плевральной полости может становиться выше атмосферного.

Итак, дыхательный цикл включает две фазы: вдох и выдох. Обычно вдох несколько короче выдоха, у взрослого человека их соотношение в сред­нем равно1 :1,3.

Легочные объемы. Объем воздуха, вдыхаемого за каждый дыхатель­ный цикл, - дыхательный объем (ДО, примерно 500см³), - составляет при спокойном дыхании относительно небольшую часть обшей емкости легких. При увеличении легочной вентиляции этот объем возрастает за счет допол­нительного воздуха (резервного объема), поступающего в легкие при вдо­хе (РОВд) и изгоняемого при выдохе (РОВыд). Количественно эти объемы равны 1500 см³. Если зафиксировать разницу между максимально глубоким вдохом и максимально глубоким выдохом, получается величина жизненной емкости легких (ЖЕЛ), в которую не входит так называемый остаточный объем (около 1500см³). удаляемый только при полном спадении легких

Величина ЖЕЛ зависит от возрастных, половых и морфологических особенностей человека и является одним из важнейших функциональных по­казателей внешнего дыхания, которые используются в антропометрических исследованиях для оценки физического развития человека. У взрослого чело­века ЖЕЛ в среднем равна:

500см³ (ДО) + 1500см³ (РОВд) + 1500см³ (РОВыд) = 3500см³.

У мужчин ЖЕЛ колеблется от 3200 до 7200см³, у женщин - от 2500 до 5000см³. У детей ЖЕЛ значительно меньше.

Однако при спокойном дыхании легкие не опорожняются и до оста­точного объема. Ту часть общей емкости легких, которая остается заполнен­ной после обычного выдоха, т.е. при полном расслаблении дыхательных мышц, называют функциональной остаточной емкостью. В нее входит ос­таточный объем плюс резервный объем выдоха. Соотношение легочных объемов у человека представлено на схеме (Бреслав, 1991):

I - общая емкость легких; П - жизненная емкость легких; Ш - резерв­ный объем вдоха; IY - дыхательный объем; Y - резервный объем выдоха YI - остаточный объем; YII - емкость вдоха; YII1 - функциональная остаточ­ная емкость;

Частота дыхания в покое у взрослого человека колеблется от 14 до 20 движений в минуту. Однако при физической работе или другом состоянии напряжения организма частота дыхания может сильно возрастать.

Легочной вентиляцией называют объем воздуха, вдыхаемого за еди­ницу времени (обычно используют минутный объем дыхания - МОД). Та­ким образом, МОД - это произведение дыхательного объема на частоту дыхательных циклов ( 0,5л х 14 = 7,0л), В покое МОД колеблется от 7 до 10 л. При физической работе МОД увеличивается до 150 - 180 л. Величина МОД также является важным функциональным показателем внешнего дыха­ния. У спортсменов МОД значительно выше, чем у людей, не занимающихся спортом; у мужчин выше, чем у женщин; у взрослых выше, чем у детей и подростков. Однако в легочном газообмене участвует не весь вентилируемый воздух, а лишь та его часть, которая достигает альвеол.

4. Газообмен в легких

Дело в том, что примерно 1/3 дыхательного объема покоя приходится на вентиляцию так называемого мертвого пространства (трахеи, бронхов вплоть до дыхательных бронхиол), заполненного воздухом, который непо­средственно не участвует в газообмене и лишь перемещается в просвете воз­духоносных путей при вдохе и выдохе. Мертвое пространство участвует в кондиционирующей функции воздухоносных путей - увлажнении и обог­реве вдыхаемого воздуха за счет интенсивного кровоснабжения и секреции | слизистой оболочки носовых ходов, носоглотки, гортани, трахеи и бронхов., Подготовленный таким образом воздух, достигая альвелярного пространства (преимущественно за счет процессов диффузии) вступает в непрерывно иду­щий обмен газов с кровью. Воздух, поступающий в легкие содержит около 21% кислорода, примерно 0,03% углекислого газа и 79% азота (табл. 7). Од­нако по мере продвижения к альвеолам состав воздуха значительно меняется: количество кислорода падает до 14%, а углекислого газа - возрастает до 5%. Изменение состава обусловлено смешиванием вновь поступившего воздуха с воздухом, содержащимся в глубоких отделах бронхиального дерева. Воздух. заполняющий альвеолы, так называемый альвеолярный газ, служит для ор­ганизма своего рода внутренней атмосферой. Постоянство состава альвео­лярного газа (табл. 7) обеспечивается механизмами регуляции дыхания и яв­ляется необходимым условием нормального протекания газообмена. При этом воздух мертвого пространства служит своеобразным буфером, сглажи­вающим колебания состава альвеолярного газа в ходе дыхательного цикла.