Внешнее дыхание осуществляется через следующие органы: нос, носоглотка, трахея, бронхи, лёгкие и лёгочные альвеолы, а также 1-2 процента газообмена осуществляется через кожу и пищеварительный тракт.
Первым, поток входящего внутрь организма воздуха встречает — носовая полость. Воздушная струя, поднимаясь кверху через носовые отверстия, проходит главной своей массой по среднему носовому ходу, после чего, направляется в носоглоточную полость. Проходя через носовую полость, воздух согревается, увлажняется и очищается.
Далее воздух идёт через носоглотку, гортань и попадает в трахею, которая имеет вид цилиндрической трубки длиной 11-13 сантиметров и диаметром от 1,5 до 2,5 сантиметра. Она состоит из хрящевых полуколец, соединённых между собой волокнистой соединительной тканью. Далее трахея разветвляется на бронхи, а те в свою очередь на бронхиолы — более мелкие воздухоносные пути.
В отличие от трахеи, бронхи уже имеют в составе стенки мышечные волокна. Причём с уменьшением просвета мышечный слой становится сильнее развитым. Сокращение этих мышц вызывает не только сужение просвета бронхов, но и некоторое их укорочение, благодаря чему они участвуют в выдохе.
В стенках бронхов распологаются слизистые железы, которые покрыты мерцательным эпителием. 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.
Воздух, пройдя путь по вышеописанным воздухоносным путям, очищенный и нагретый до температуры тела, попадает в альвеолы, смешивается с имеющимся там воздухом и приобретает 100%-ую относительную влажность.
Газообмен между внешним воздухом и кровью в лёгких происходит в основном в альвеолах, которых насчитывается свыше 700 миллионов. Воздух попадает в альвеолы благодаря изменению объёма лёгких из-за дыхательных движений грудной клетки. Так, при вдохе объём лёгких увеличивается, давление воздуха в них становится ниже атмосферного воздуха и последний засасывается в лёгкие.
При выдохе объём лёгких уменьшается, давление воздуха в них становится выше атмосферного и воздух из лёгких устремляется наружу. Чем интенсивнее осуществляются вдох и выдох, тем интенсивнее падение давления воздуха в лёгких при вдохе и повышение его при выдохе.
Механизм дыхания
Сам механизм дыхательных движений осуществляется диафрагмой и межрёберными мышцами.
Диафрагма — мышечно-сухожильная перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной. Главная её функция заключается в создании отрицательного давления в грудной полости и положительного в брюшной.
Края её соединены с краями рёбер, а сухожильный центр диафрагмы сращен с основанием сумки перикарда. Её можно сравнить с двумя куполами, правый расположен над печенью, левый над селезёнкой. Вершины этих куполов обращены к лёгким. Когда мышечные волокна диафрагмы сокращаются, оба её купола опускаются.
Объём дыхания
При спокойном дыхании не все альвеолы участвуют в дыхании одновременно, часть альвеол находится в спавшемся состоянии. Они раскрываются при усиленном дыхании во время мышечной работы и при воздействии на организм разреженного воздуха (в горах). Таким образом, в лёгких, как и в капиллярах кровеносной системы, при небольшом уровне активности происходит попеременное включение в деятельность то одних, то других «функциональных единиц» (т. е. альвеол).
Лёгкие в зависимости от глубины вдоха и выдоха заполняются воздухом различно. Воздух, содержащийся в лёгких после максимального выдоха, называется остаточным. Объём вдоха и выдоха при спокойном дыхании составляет 500 миллилитров и называется дыхательным воздухом. Разница между дыхательным воздухом и остаточным, который выдыхается только при максимальном выдохе, — называется резервным воздухом.
И, наконец, то количество воздуха, которое человек может вдохнуть сверх среднего вдоха при максимальном, называется дополнительным. Воздух, не участвующий в газообмене, но находящийся в воздухоносных путях, называется вредным пространством. Его объём примерно равен 150 миллилитрам. Сумма дыхательного, резервного и дополнительного воздуха называется жизненной ёмкостью лёгких.
Вдыхаемый воздух является смесью альвеолярного и атмосферного воздуха, имеющегося в воздухоносных путях. Если собирать выдыхаемый воздух последовательными порциями за один выдох, то получается следующее: вначале выходит воздух, состав которого такой же, как и атмосферного, далее процент углекислого газа растёт, а кислорода снижается.
В самом конце выдоха в воздухе содержится 5,5% углекислого газа, а кислорода только 14%. Разница в составе объясняется тем, что выдыхаемый воздух содержит не только воздух, заполнивший альвеолы и участвующий в газообмене с кровью, но и воздух вредного пространства.
В зависимости от степени вентиляции лёгких различают поверхностное и глубокое дыхание. При поверхностном используется только дыхательный объём воздуха, при глубоком, помимо дыхательного, используется ещё дополнительный и резервный.
В зависимости от этого меняется и частота дыхания. При поверхностном она составляет 16-18 раз в минуту, при глубоком и медленном (растянутом) — 4-8. Сразу же подчеркну, что глубокое и быстрое дыхание вымывает из организма углекислый газ, дефицит которого в организме вызывает сужение бронхов и сосудов, приводит к кислородному голоданию клеток мозга, сердца, почек и других органов, поднимает артериальное давление, нарушает обмен веществ.
Физиолог Д. Гендерсон многочисленными экспериментами на животных доказал пагубность такого дыхания, убивая их быстрым и глубоким дыханием.
Типы дыхания
В зависимости от того, какие мышцы задействованы во время дыхания, различают четыре типа дыхания: нижнее, среднее, верхнее и смешанное.
- Нижнее дыхание, или по-другому, «брюшное», «диафрагмальное», когда в дыхательных движениях участвует только диафрагма, а грудная клетка остаётся без изменений. При этом в основном вентилируется нижняя часть лёгких и немного средняя.
- Среднее дыхание, или по-другому, «рёберное», когда в дыхательных движениях участвуют межрёберные мышцы, грудная клетка расширяется в стороны и несколько поднимается вверх. Диафрагма при этом слегка поднимается.
- Верхнее дыхание, или, по-другому, «ключичное», когда дыхание осуществляется только за счёт поднятия ключиц и плеч вверх, при неподвижной грудной клетке и некотором втягивании диафрагмы. При этом в основном вентилируются верхушки лёгких и немного средняя часть.
- Смешанное дыхание, объединяет в себе все вышеуказанные типы дыхания, равномерно вентилируя все части лёгких.
Дыхание и возраст
Дыхание человека в течение жизни меняется. Так, в раннем детском возрасте оно поверхностное. Пропорции тела и внутренних органов ограничивают развёртывание лёгких во время вдоха. Выдыхаемый воздух у детей раннего возраста содержит больше кислорода и меньше углекислого газа, чем у детей более старшего возраста. Поэтому частота дыхания тем выше, чем моложе ребёнок:
- у новорождённого — от 40 до 50-55 раз в минуту;
- у ребёнка 1-2 лет — 30-40;
- 6 лет — 20;
- 10 лет — 18-20.
Тип дыхания у новорожденного и грудного ребёнка — диафрагмальный (нижний), с 2-х лет — смешанный рёберно-диафрагмальный, а с 8-10 лет у мальчиков вырабатывается по преимуществу дыхание диафрагмального типа, у девочек — ключичное (верхнее).
После достижения половой зрелости и до 40 лет дыхательная функция находится в наивысшем состоянии. Но после 40 лет в лёгких наблюдаются инволютивные процессы. Так, в бронхах начинается атрофия слизистой и подслизистой тканей с замещением их жировой и склерозированной соединительной тканью, обызвествление хрящей.
Это ведёт к уменьшению эластичности бронхиальных путей и к потере тонуса. В самой лёгочной ткани начинается атрофия, которая выражается в истончении альвеолярных перегородок и уменьшении их упругости; следствием этого является расширение альвеол в результате уменьшения сопротивления их стенок атмосферному давлению.
Так, у новорожденных диаметр альвеол составляет 0,05 миллиметра, у взрослого человека уже 0,2-0,25 миллиметра, а в старости он увеличивается до 0,34 миллиметра. Естественно, всё это отражается на дыхании, оно становится всё более и более углублённым при той же частоте. И по мере приближения смерти человека оно всё более и более углубляется.
В заключении скажем, что лёгкие являются одновременно не только органом дыхания, но выделения, регуляции температуры тела и даже принимают участие в выработке физиологически активных веществ, участвующих в регуляции свёртывания крови, обмена белков, жиров и углеводов. Поэтому, чем чище организм, тем лучше лёгкие выполняют свои обязанности, в противном случае они заняты в основном выделительной функцией в ущерб остальным.