Кровь легочных капилляров отделена от альвеол альвеоло-капиллярной мембраной, толщина которой не превышает 1мкм.
Для обеспечения нормальной легочной вентиляции необходимо структурное обеспечение, в котором выделим 4 основных фактора:
работа дыхательных мышц для изменения размеров грудной клетки,
эластичность легочной ткани, которая позволяет ей следовать за изменениями размеров грудной клетки,
транспульмональное давление, которое поддерживает легкие в расправленном состоянии,
легочный сурфактант, препятствующий спадению альвеол.
Дыхательные мышцы
Существуют два механизма, вызывающие изменение объема грудной клетки: поднятие и опускание ребер и движения купола диафрагмы. Дыхательные мышцы подразделяются на инспираторные - их сокращение увеличивает объем грудной клетки, и экспираторные – их сокращение уменьшает объем грудной клетки. Акт вдоха (инспирация) совершается вследствие увеличения объема грудной полости в трех направлениях – вертикальном, сагиттальном и фронтальном. Это происходит в результате того, что ребра поднимаются, а диафрагма опускается.
Движение ребер. Ребра соединены подвижными сочленениями с телами и поперечными отростками позвонков. Каждое ребро способно вращаться вокруг оси, проходящей через две точки подвижного соединения с телом и поперечным отростком соответствующего позвонка. Поэтому при сокращении инспираторных мышц - наружные косые межреберные мышцы - ребра поднимаются, и объем грудной клетки увеличивается. Когда ребра опускаются при активном участии экспираторных мышц - внутренние косые мышцы, то объем грудной клетки уменьшается – наступает фаза выдоха. Характер изменения объема грудной клетки в зависимости от сокращения наружных и внутренних косых межреберных мышц показан на рисунке 1А. Экспираторными мышцами являются и мышцы брюшной стенки.
Рисунок 1А. Влияние сокращения наружных и внутренних косых межреберных мышц на изменение объема грудной клетки
Рисунок 1Б. Изменение объема грудной клетки
При сокращении диафрагмы
Движения диафрагмы Диафрагма является наиболее сильной мышцей вдоха, обеспечивающей примерно 2/3 вентиляции. Диафрагма иннервируется диафрагмальными нервами от сегментов С3 – С5 . Во время вдоха диафрагма уплощается в результате сокращения ее мышечных волокон и отходит от внутренней поверхности грудной клетки, размер грудной клетки увеличивается (рис.1Б).
При спокойном дыхании объем грудной клетки изменяется в основном за счет сокращения диафрагмы и перемещения ее купола. Перемещение диафрагмы всего на 1 см соответствует увеличение емкости грудной полости примерно на 200 - 300 мл. При глубоком форсированном дыхании участвуют дополнительные мышцы вдоха: трапециевидные, передние лестничные и грудино-ключично-сосцевидные мышцы. Они включаются в активный процесс дыхания при значительно больших величинах легочной вентиляции, например, при восхождении альпинистов на большие высоты или при дыхательной недостаточности, когда в процесс дыхания вступают почти все мышцы туловища.
Верхние отделы грудной клетки на вдохе расширяются преимущественно в переднезаднем направлении, а нижние отделы больше расширяются в боковых направлениях, так как ось вращения нижних ребер занимает сагиттальное положение. В зависимости от того, связано ли расширение грудной клетки при нормальном дыхании преимущественно с поднятием ребер или уплощением диафрагмы, различают грудной и брюшной типы дыхания. Брюшной тип дыхания более эффективен, поскольку при нем интенсивнее вентилируются легкие, и облегчается венозный возврат крови от органов брюшной полости к сердцу. Именно поэтому при обморочных состояниях, когда резко снижается величина венозного возврата к сердцу, что чревато развитием нарушений его функции, пациента кладут на горизонтальную поверхность, нижние конечности приподнимают и просят дышать «животом».
При ряде заболеваний, когда требуется усилить деятельность дыхательного аппарата, в акт вдоха могут включаться кроме основных дыхательных мышц, вспомогательные мышцы, к которым относятся все мышцы, прикрепляющиеся к костям плечевого пояса, черепу, позвоночнику и способные поднимать ребра. Важнейшие из них – это большие и малые грудные, лестничные, грудино-ключично-сосцевидные и, частично, зубчатые. Включение этих мышц в акт вдоха достигается специфической позой, когда больной упирается руками в неподвижный предмет, в результате чего плечи фиксируются и отклоняют голову назад. К важнейшим вспомогательным экспираторным мышцам относятся мышцы брюшного пресса, подтягивающие ребра вниз и сдавливающие органы брюшной полости.
Иннервация дыхательных мышц осуществляется соматическими нервами, мотонейроны которых расположены в шейном (n. phrenicus) и грудном отделе спинного мозга (n.n. intercjstales). Мотонейроны этих нервов находятся под управлением дыхательного центра продолговатого мозга. Вместе с тем, поскольку эти нервы иннервируют скелетные мышцы, возможно и произвольное управление дыханием (рисунок 2).
Рисунок 2. Иннервация дыхательных мышц