4. Дыхание
Дыхание - комплекс физиологических процессов осуществляемый дыхательным аппаратом и системой кровообращения, обеспечивающий питание тканей организма кислородом и выведение из них углекислого газа.
Дыхательный аппарат человека состоит из легких; воздухоносных путей (полость носа, носоглотка, глотка, трахея, бронхи); грудной клетки и дыхательной мускулатуры.
Трахея в нижней своей части делится на два бронха, каждый из которых, входя в легкие, древовидно разветвляется. Конечные мельчайшие разветвления бронхов (бронхиолы) переходят в закрытые альвеолярные ходы, в стенках которых имеется большое количество легочных пузырьков (альвеол). Каждая альвеола окружена густой сетью кровеносных капилляров. Общая поверхность всех легочных пузырьков очень велика, она в 50 раз превышает поверхность кожи человека и составляет более 100 м2.
Легкие располагаются в герметически закрытой полости грудной клетки. Они покрыты тонкой гладкой оболочкой - плеврой, такая же оболочка выстилает изнутри полость грудной клетки. Щель, образованная между этими двумя листами плевры, называется плевральной полостью.
Обмен воздуха в легких происходит в результате дыхательных движений грудной клетки. При расширении полости грудной клетки, которое сопровождается понижением в ней давления, в легкие засасывается порция воздуха, происходит вдох. Затем полость грудной клетки уменьшается, и воздух из легких выталкивается, происходит выдох. Расширение полости грудной клетки осуществляется в результате деятельности дыхательной мускулатуры.
В покое при вдохе полость грудной клетки расширяют специальная дыхательная мышца - диафрагма и наружные межреберные мышцы; при интенсивной физической работе включаются зубчатые, лестничные, грудино-ключично-сосковые и другие мышцы. Выдох в покое производится пассивно, при расслаблении мышц, осуществлявших вдох, грудная клетка под воздействием силы тяжести и атмосферного давления уменьшается. При интенсивной физической работе в выдохе участвуют мышцы брюшного пресса, внутренние межреберные, зубчатые и другие мышцы.
Различают внешнее дыхание, при котором кислород из атмосферного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови - в атмосферный воздух и тканевое дыхание – потребление клетками кислорода и выделение ими углекислоты.
Переход кислорода и углекислого газа через полупроницаемые стенки альвеол, капилляров и оболочек эритроцитов и клеток тканей происходит путем диффузии (перехода) и обусловлен разностью парциального давления каждого из этих газов.
Совместная работа системы дыхания и кровообращения по газообмену оценивается рядом показателей:
частотой дыхания,
дыхательным объемом,
легочной вентиляцией,
жизненной емкостью легких,
кислородным запросом,
потреблением кислорода.
Частота дыхания. Средняя частота дыхания в покое составляет 16-20 циклов в минуту. У тренированных – 12-14. При физической работе частота дыхания увеличивается до 50. В спортивной практике наблюдались случаи учащения дыхания до 75 циклов в минуту.
Дыхательный объем - количество воздуха, проходящее через легкие при одном дыхательном цикле. В покое дыхательный объем находится в пределах от 350 до 800 мл. Величина дыхательного объема зависит от степени тренированности человека к физическим нагрузкам. При интенсивной физической работе дыхательный объем может увеличиваться до 2,5 л и более.
Легочная вентиляция - объем воздуха, который проходит через легкие за одну минуту. Легочная вентиляция в покое составляет 5-9 л. Максимальная при физической работе - до 180-200 л.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - максимальное количество воздуха, которое может выдохнуть человек после максимального вдоха. Средние величины ЖЕЛ составляют у мужчин 3800—4200 мл, у женщин — 3000—3500 мл. У спортсменов до 9000 мл.
Кислородный запрос - количество кислорода, необходимое организму в 1 минуту для окислительных процессов. В покое для обеспечения процессов жизнедеятельности организму требуется 250-300 мл кислорода. При интенсивной физической работе кислородный запрос может увеличиваться в 20 и более раз.
Потребление кислорода - количество кислорода, фактически использованного организмом за 1 минуту в покое (около 0,25л/мин) или при выполнении какой-либо работы. Максимальное потребление кислорода (МПК) – наибольшее количество кислорода, которое может усвоить организм при предельно тяжелой для него работе. МПК является важным критерием функционального состояния дыхания и кровообращения.
У не занимающихся спортом МПК находится на уровне 2-3,5 л/мин. У спортсменов высокого класса, особенно у занимающихся циклическими видами спорта, МПК может достигать 6 л/мин и более.
Абсолютная величина МПК зависит также от массы тела, поэтому для ее более точного определения высчитывается относительное МПК на 1 кг массы.
Для сохранения здоровья необходимо обладать способностью потреблять кислород на 1 кг как минимум - женщинам не менее 42 мл/мин, мужчинам - не менее 50 мл/мин.
Кислородный долг - количество кислорода, необходимое для окисления продуктов обмена веществ, накопившихся при физической работе. У нетренированных людей он находится в пределах 4-10 л, у тренированных может достигать 20 л и более.
Кислородный долг возникает в том случае, когда кислородный запрос человека выше потолка потребления кислорода.
Когда в клетки тканей поступает меньше кислорода, чем нужно для полного обеспечения потребности в энергии, наступает кислородное голодание, или гипоксия. Гипоксия может наступать по различным причинам. Внешними причинами могут являться загрязнение воздуха, подъем на высоту (в горы, полет на самолете) и др. В этих случаях падает парциальное давление кислорода в атмосфере и снижается количество кислорода, поступающего в кровь для доставки к тканям. Если на уровне моря парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе равно 159 мм рт. ст., то на высоте 3000 м оно снижается до 110 мм, а на высоте 5000 м - до 75-80 мм рт. ст.
Внутренние причины гипоксии зависят от состояния дыхательного аппарата и сердечно-сосудистой системы организма человека, проницаемости стенок альвеол и капилляров, количества эритроцитов в крови и процентного содержания в них гемоглобина, от степени проницаемости оболочек клеток тканей и их способности усваивать доставляемый кислород. Гипоксия по внутренним причинам возникает при гиподинамии и умственном переутомлении, а также при различных болезнях.
При интенсивной мышечной работе наступает двигательная гипоксия. Чтобы как можно полнее обеспечить себя кислородом в условиях гипоксии, организм мобилизует мощные компенсаторные физиологические механизмы.