Дыхательная система

Дыхание — совокупность процессов, обеспечивающих газообмен между организмом и внешней средой (внешнее/легочное дыхание) и окисление с выделением энергии в клетках (внутреннее / тканевое / клеточное дыхание).

Этапы дыхания

Внешнее (системное/ легочное) дыхание:

включает акт вдоха и выдоха;

происходит газообмен между атмосферным воздухом и кровеносными капиллярами, которые оплетают альвеолы легких;

кислород из воздуха переходит в кровь, углекислый газ из крови переходит в полость альвеол легких.

Тканевое (клеточное) дыхание

использование кислорода и выделение углекислого газа митохондриями в кислородном этапе метаболизма.

Между двумя основными этапами – этап транспорта газов кровью (с помощью гемоглобина эритроцитов и плазмы) по малому и большому кругам кровообращения.

Газообмен обеспечивается с помощью дыхательной системы, которая состоит из дыхательных (воздухоносных) путей и легких.

В носовую полость воздух попадает через ноздри (наружные носовые отверстия).

Делится сплошной костно-хрящевой перегородкой на 2 половины (правую и левую части).

Носовая полость;

Носоглотка;

Гортань Верхние;

Трахея;

Бронхи;

Нижние Дыхательные (воздухоносные) пути.

На боковых стенках располагаются верхняя, средняя и нижняя носовые раковины, которые образуют три носовых хода. Сообщается с носоглоткой через хоаны (внутренние носовые отверстия). В полость носа открывается носослезный канал.

Слизистая носа

Выстлана реснитчатым (мерцательным) эпителием. Содержит железы, секрет которых обволакивает частички пыли и грязи, увлажняет и очищает воздух. Богата кровеносными сосудами, обеспечивает согревание воздуха. В области верхней носовой раковины выстлана обонятельным эпителием (рецепторная функция).

Функции носовой полости

Согревание, увлажнение и обеззараживание (слизь содержит вещества, губительно действующие на микроорганизмы) воздуха.

• Восприятие запахов;

• Проведение воздуха;

• При раздражении ресничек пылью (и другими инородными частицами) проявляется защитный рефлекс – чихание.

Через носоглотку воздух проходит в гортань.

• Полый орган, состоящий из хрящей, поперечно-полосатой мускулатуры и связок.

Хрящи гортани:

• 3 непарных хряща — щитовидный (у мужчин он выступает вперёд, образуя кадык – механическая защита гортани), перстневидный, надгортанный (надгортанник);

• 3 парных хряща — черпаловидные, рожковидные, клиновидные Надгортанник во время проглатывания пищи закрывает вход в гортань (препятствует попаданию пищи из ротоглотки в дыхательные пути).

На боковых стенках есть 2 пары голосовых складок:

• верхние (ложные) — принимают небольшое участие при смыкании и размыкании голосовой щели, но двигаются вяло и не подходят вплотную друг к другу;

• нижние (истинные) – участвуют в образовании звуков, содержат голосовые связки, которые натянуты от черпаловидных до щитовидного хряща. Между складками – голосовая щель.

Функции гортани

проведение воздуха;
образование звуков;
обеспечивает глотание;
при раздражении ресничек возникает защитный рефлекс: кашель.

Голосовые связки

Голосовые связки могут сближаться и натягиваться, тем самым изменяя форму голосовой щели, которая образуется между ними. При спокойном дыхании во время молчания связки разведены (расслаблены), голосовая щель при этом открывается (при глубоком дыхании связки разводятся ещё дальше).

При пении и речи связки смыкаются (натягиваются), остаётся лишь узкая щель, края которой вибрируют, что является источником звуковых колебаний, от которых зависит высота голоса.

При шепоте голосовые связки слегка приоткрыты, поэтому издаваемый звук тихий. У мужчин голосовые связки длиннее и толще, их звуковые колебания ниже по частоте, поэтому мужской голос более низкий. У детей и женщин связки короче и тоньше, потому их голос более высокий.

В костях черепа имеются специальные воздушные полости – околоносовые пазухи (придаточные пазухи носа), сообщающиеся с полстью носа. Околоносовые пазухи изнутри выстланы мерцательным (реснитчатым) эпителием, обеспечивают увлажнение и согревание воздуха, а также являются резонатором голоса – усиливают звук и придают ему определенную индивидуальную окраску (тембр).

При попадании в воздушные полости (пазухи) инфекции может произойти воспаление их слизистой оболочки. Чаще страдают гайморовы пазухи (в верхней челюсти), их воспаление – гайморит. Нередко бывает и воспаление лобной пазухи (в лобной кости) – фронтит.

В период полового созревания гортань у парней разрастается больше, чем у девушек, и голосовые связки сильно удлиняются, в результате чего голос у мужчины снижается почти на октаву («ломается»). У девушек же голос меняется в меньшей степени. Звуки, издаваемые голосовыми связками, ещё не речь.

Членораздельные звуки речи формируются в ротовой и носовой полостях в ходе артикуляции (в зависимости от положения языка, губ, челюстей и распределения звуковых потоков). Правильная артикуляция формируется особенно быстро в возрасте от 1 до 5 лет, когда ребёнок учит язык. При общении с маленькими детьми нельзя шепелявить, копировать их неправильное произношение и передразнивать их речь, т.к. это ведёт к закреплению ошибок и нарушению их речевого развития у ребенка.

Представляет собой полую трубку длиной 10-15 см. Расположена на уровне 6-7 шейных позвонков, заканчивается на уровне 5 грудного позвонка. Представлена хрящевыми полукольцами с мягкой стороной, обращённой к пищеводу, который примыкает к трахее сзади.

Благодаря наличию мягкой стороны пищевой комок, идущий по пищеводу, не подвергается сопротивлению со стороны трахеи. Делят на 2 отдела — шейный и грудной. Слизистая имеет узелки лимфоидной ткани (периферическая часть иммунной системы и выстлана мерцательным (реснитчатым) эпителием).

Функции трахеи: проведение воздуха.

Внизу трахея ветвится на два главных бронха – правый и левый. Правый бронх более короткий и толстый, отходит под меньшим углом (в него чаще попадают инородные тела). Бронхи имеют хрящевые кольца, которые поддерживают их просвет открытым (защищают бронхи от спадения). У мелких бронхов вместо хрящевых колец остаются небольшие хрящевые пластинки, а в мельчайших бронхах — бронхиолах, есть только отдельные хрящевые зерна.

Функции бронхов: проведение воздуха.

Легкие – парный орган (правое и левое легкое), расположенный в грудной полости.

Состоят из долей: правое — из 3, а левое – из 2. Доли разделены на бронхолегочные сегменты (левое легкое — 9, правое — 10), между ними — прослойки соединительной ткани.

Лёгкие покрыты серозной оболочкой — плеврой. Состоит из 2 листков — париетального (пристеночного) и висцерального, между листками — плевральная полость, заполненная серозной жидкостью (снижает трение). В плевральной полости давление ниже атмосферного, благодаря чему эластичные легкие находятся в расправленном состоянии и следуют за движениями грудной клетки.

Пневмоторакс – заболевание, вызванное скоплением воздуха в плевральной полости (при травмах грудной клетки и т.д.).

Строение ацинуса

Структурно-функциональная единица легких — ацинус – начинается бронхиолами, переходящими в разветвления альвеолярных ходов, которые заканчиваются альвеолярными мешочками. Альвеолярные мешочки отделены друг от друга соединительной тканью. На стенках альвеолярных ходов и мешочков — альвеолы.

Альвеолы — мельчайшие пузырьки, в которых происходит газообмен Альвеолы: оплетены капиллярами, стенки состоят из однослойного эпителия, смазаны сурфактантом – вещество, которое не дает альвеолам спадаться, защищает от микроорганизмов и перерастяжения.

газообмен (снабжение организма кислородом);
выделительная функция (освобождение организма от продуктов обмена (углекислого газа и воды);
защитная стенка альвеол (бактерицидное вещество) служит барьером от проникновения чужеродных тел (антигенов, бактерий);
терморегуляторная функция (выделение тепла при дыхании (охлаждение органов));
участие в образовании звуков (выдыхаемый из лёгких воздух вызывает колебание голосовых связок).

Газообмен

В основе газообмена лежит диффузия (движение) газов в соответствии с их парциальным давлением.

Парциальное давление – давление газа, которое приходится на его долю от общей смеси давления газов.

В альвеолах:

Парциальное давление кислорода больше, чем в венозной крови капилляров, поэтому кислород диффундирует в венозную кровь и делает ее артериальной (т.е. происходит диффузия кислорода из области повышенного давления (альвеолы) — в область пониженного (венозная кровь в капиллярах)).

Парциальное давление углекислого газа меньше, чем в венозной крови капилляров, поэтому углекислый газ диффундирует из венозной крови капилляров в полость альвеол легких (далее по дыхательным путям выделяется наружу).

Механизм вдоха и выдоха:

ВДОХ	ВЫДОХ
сокращение наружных межреберных мышц (ребра поднимаются, разводятся в стороны, грудина уходит вперёд), диафрагма сокращается - уплощается (опускается)	сокращение внутренних межреберных мышц (ребра опускаются, грудина возвращается обратно), расслабление наружных межреберных мышц и диафрагмы – поднимается ее купол
объём грудной клетки увеличивается	объём грудной клетки уменьшается
объем легких увеличивается, давление в легких понижается (ниже атмосферного)	объем легких уменьшается, давление в легких повышается (выше атмосферного)
воздух из области большего давления (из атмосферного воздуха) поступает в область меньшего давления (в легкие) и наполняет альвеолы	воздух из области большего давления (из альвеол легких) поступает в область меньшего давления (в атмосферный воздух)

Дыхание

Грудное

В основном — за счет межреберных мышц. Более развито у женщин.

Брюшное

В основном — за счет диафрагмы. Более развито у мужчин.

воздух	кислород О	углекислый газ CO	Азот, инертные газы
вдыхаемый	20,94 %	0,03 %	79,03 %
выдыхаемый	16,3 %	4 %	79,7 %
альвеолярный	14,2 %	5,2 %	80,6 %

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – максимальный объем воздуха, выдыхаемого после самого глубокого вдоха (3,5-7л). Складывается из дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха.

ЖЕЛ (3,5-7л): Дыхательный объем — это количество воздуха, которое поступает и выводится из лёгких при спокойном дыхании (0,5-0,6 л).

Резервный объем вдоха — это максимальное количество воздуха, которое может поступить в лёгкие после спокойного вдоха (1,5-2,5 л).

Резервный объем выдоха — это максимальное количество воздуха, которое может вывестись из лёгких после спокойного выдоха (1-1,5 л).

зависит от возраста, пола, массы тела, степени тренированности;

• служит одним из показателей физического развития человека;

• определяется с помощью спирометра (метод — спирометрия) ЖЕЛ может снизиться при различных патологических состояниях:

•снижение проходимости дыхательных путей (попадание инородного тела в дыхательные пути или в легкие; спазм дыхательных путей; обструктивный бронхит);

• дисфункция части легких (воспаление легких; опухоль; накопление смол; разрастание соединительной ткани, механическое повреждение легких).

Пример спирограммы:

* Даже при самом глубоком выдохе невозможно выдохнуть весь воздух из легких.

Остаточный объем – это объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха (1-1,5 л), помогает сохранить альвеолы всегда открытыми (не спадаться).

Нервная регуляция

Дыхательный центр в продолговатом мозге (центр непроизвольного дыхания):
Состоит из центров вдоха (инспираторный) и выдоха (экспираторный), регулирующих работу дыхательных мышц (диафрагмы, межреберных).

Функционирует постоянно и ритмично: спадение легочных альвеол при выдохе рефлекторно активизирует центр вдоха, а расширение альвеол рефлекторно активизирует центр выдоха. Также произвольное дыхание обеспечивается благодаря коре больших полушарий головного мозга — человек способен произвольно изменять ритм, частоту и глубину дыхания и задерживать его на непродолжительное время).

Гуморальная регуляция

Хеморецепторы* дыхательного центра чувствительны к увеличению в крови количества CO2: накопление СО2 возбуждает дыхательный центр и при его сильном возбуждении дыхание начинается непроизвольно. При этом увеличивается частота и глубина дыхания (обеспечивает быстрое освобождение крови от избытка углекислого газа и ее насыщение кислородом).

*Рецепторы расположены в крупных кровеносных сосудах – в аортальных (в области дуги аорты) и каротидных (в бифуркации (точке разветвления) общей сонной артерии) тельцах.

На деятельность дыхательного центра влияют уровень артериального давления, температурные, болевые и другие раздражители. Чем больше физическая и умственная нагрузка на организм, тем больше ему нужно энергии, а значит, и кислорода для её получения. Поэтому при активной деятельности одновременно увеличивается частота и глубина дыхания, а также учащается ритм сердцебиений и объём крови, выбрасываемый из сердца в круги кровообращения.

Кашель – это сильный выдох через рот, благодаря чему из гортани удаляются раздражающие ее рецепторы вещества (инородные частицы, излишнюю слизь). Чихание – сильный выдох через нос, благодаря чему из носовой полости удаляются раздражающие ее рецепторы вещества (инородные частицы, слизь).

Нарушения кислотно-щелочного равновесия

В норме pH крови поддерживается в диапазоне 7,35-7,45 на постоянном уровне благодаря буферным системам (в основном – бикарбонатной, т.к. кровь – внеклеточная среда).

Респираторный алкалоз

Значение водородного показателя крови (рН) увеличивается. Возникает при дефиците кислорода в окружающей среде (например, при резком подъеме на большую высоту в область с низким парциальным давлением кислорода):

• в качестве компенсации кислородного дефицита (предотвращения гипоксии) учащается дыхание – гипервентиляция легких (чтоб как можно больше кислорода попало в альвеолы легких), из-за чего из организма выводится больше углекислого газа;

• углекислый газ образуется из угольной кислоты, которая содержит протоны водорода Н+;

• при выделении углекислого газа уменьшается количество протонов водорода Н+ (т.е. снижается кислотность крови) в плазме крови и водородный показатель (рН) возрастает (>7,45) • уравнение реакции: СО2 + H20 ↔ Н+ + НСО3–.

Респираторный ацидоз

Значение водородного показателя крови (pH) уменьшается Возникает при различных нарушениях (травмах грудной клетки, бронхиальной астме и т.д.), приводящих к снижению вентиляции (гиповентиляции) легких:

• в результате этого концентрация углекислого газа в крови возрастает, а, следовательно, увеличивается концентрация протонов водорода Н+ (возрастает кислотность крови) и снижается ее pH (<7,35);

• уравнение реакции: СО2 + H20 ↔ Н+ + НСО3–.

Горная и кессонная болезнь

Горная (высотная) болезнь

Развивается на высоте более 4000 метров (чаще всего – у альпинистов). С увеличением высоты парциальное давление кислорода О2 в атмосферном воздухе снижается (воздух «разреженный»), возникает гипоксия (кислородное голодание), которая приводит к учащению дыхания (компенсаторный механизм): концентрация углекислого газа СО2 в крови уменьшается и кровь подщелачивается (снижается кислотность), после этого дыхание становится редким, периодически прерывается, возможна потеря сознания.

В целях избежания болезни необходимо принимать лимонную или аскорбиновую кислоту для подкисления крови, а также соблюдать правила при подъеме в гору - не увеличивать высоту ночевки более чем на 300-600 метров за раз.

Кессонная болезнь

Развивается на глубине более 12,5 метров (чаще всего — у водолазов) На глубине при высоком давлении в крови растворяется больше газов, чем при нормальном атмосферном давлении (в частности, становится больше растворенного азота):

• при резком и быстром подъеме на поверхность с глубины давление резко падает, растворимость газов в крови обратно понижается, и они не успевают выделяться через дыхательную систему;

• в крови образуются пузырьки газа (происходит «вскипание» крови), пузырьки газа (азота) закупоривают сосуды, препятствуя кровоснабжению органов и тканей (происходит разрыв тканей и органов, часто приводит к смерти водолазов). В целях избежания болезни необходим правильный подбор газовой смеси для погружения: замена азота гелием (он не приводит к данным последствиям), а также соблюдать правило постепенного подъёма на поверхность воды (с остановками, без резкого всплытия).