Анатомия и физиология дыхания

При нормальном дыхании человек дышит через нос, прибегая к дыханию через рот только в тех случаях, когда дышать носом становится трудно, например при насморке. Дыхание через нос имеет большое значение для организма. Благодаря тому, что слизистая оболочка носа богата кровеносными сосудами, воздух, проходя через нос, согревается. Кроме того, в носу задерживаются частицы пыли, попадающие вместе с воздухом. Такому очищению способствуют мерцательный эпителий слизистой оболочки носа и извилистые носовые ходы.

Из носа воздух проходит в носоглотку, гортань и трахею. В дальнейшем в грудной полости трахея делится на бронхи, которые разветвляются на более мелкие веточки и, наконец, на мельчайшие трубочки, или бронхиолы, оканчивающиеся легочными пузырьками, или альвеолами. Трахея и бронхи также покрыты мерцательным эпителием, который колеблется по направлению к ротовой полости. Этим слизистая оболочка, выстилающая дыхательные пути, способствует выведению наружу слизи, а вместе с ней частиц пыли, попавших в воздухоносные пути.
Альвеолы являются той частью воздухоносных путей, где происходит обмен газов, то есть осуществляется собственно дыхательный процесс. Альвеолы представляют собой мельчайшие пузырьки, стенка которых состоит из одного слоя эпителиальных клеток. Это не мешает легкой диффузии кислорода и углекислого газа.
Внутренняя поверхность альвеол покрыта тонким слоем белково-липидного (жироподобного) вещества сурфактанта, которое обеспечивает поверхностное натяжение альвеолярных стенок и препятствует их спадению (ателектазу); поддерживает их в рабочем состоянии. Альвеолы являются той частью органов дыхания, где непосредственно происходит процесс внешнего дыхания.
При вдохе объем грудной полости увеличивается в направлении спереди назад, в стороны и сверху вниз. Увеличение объема грудной клетки достигается следующим образом. Сокращаются наружные передние межреберные мышцы, которые при этом приподнимают ребра. Ребра, приподнимаясь, несколько поворачиваются вокруг оси, реберные дуги приподнимаются, отводятся в сторону и выдаются вперед. Вперед выдается также грудина. В результате объем грудной клетки увеличивается в направлении спереди назад и в стороны. Увеличению объема грудной клетки сверху вниз способствует сокращение диафрагмы. При вдохе диафрагма сокращается, и ее купол уплощается (см. рис.), что влечет за собой увеличение объема грудной клетки сверху вниз. Диафрагма при вдохе опускается на 3-4 см. Если учесть, что опускание диафрагмы на 1, см вызывает увеличение объема грудной клетки на 250-300 мл, то, следовательно, при опускании диафрагмы во время вдоха полость грудной клетки увеличивается почти на 1000 мл.
Опускаясь, диафрагма давит на органы, находящиеся в брюшной полости, и оттесняет их вниз и вперед, что влечет за собой выпячивание стенки брюшной полости. Поэтому при дыхании брюшная стенка ритмически выпячивается. Таким образом, расширение грудной клетки обусловлено сокращением межреберных мышц и диафрагмы.
За расширяющейся грудной клеткой следуют легкие, которые, благодаря эластичности их ткани, легко растягиваются. В растянутом легком давление падает ниже атмосферного. Так как грудная полость герметически закрыта и с окружающей средой сообщается только через воздухоносные пути, то при создавшейся разности давления между атмосферным и легочным воздухом наружный воздух устремляется в легкие. Следовательно, поступление воздуха в легкие является пассивным актом, следствием расширения грудной клетки.
При ускоренном дыхании, помимо межреберных мышц и диафрагмы, во вдохе участвуют и другие мышцы. При сильном вдохе сокращаются, способствуя поднятию грудной клетки, грудино-ключично-сосцевидные, лестничные, зубчатые и другие мышцы груди.
Выдох считается пассивным актом, то есть процессом, в котором сокращение мышц почти не принимает участия. При обычном выдохе грудная клетка в силу тяжести возвращается в исходное положение, купол диафрагмы приподнимается, объем грудной клетки, а следовательно, и легких уменьшается, и воздух, вошедший в легкие при вдохе, изгоняется наружу. В сильном выдохе участвуют и органы брюшной полости; при этом брюшная стенка сокращается, давит на органы брюшной полости, которые в свою очередь давят на диафрагму и способствуют ее выпячиванию в грудную полость. В зависимости от того, какие мышцы преимущественно участвуют в дыхании, различают следующие типы дыхания:
1) грудной,
2) брюшной, или диафрагмальный,
3) смешанный (грудо-брюшной).
У мужчин преобладает брюшной тип дыхания, у женщин - грудной.
Тип дыхания может меняться в зависимости от условий труда. У женщин, занимающихся физическим трудом, грудной тип дыхания сменяется брюшным или смешанным.
Регуляция дыхания. Человек дышит ритмично без участия сознания. Сокращение дыхательной мускулатуры обусловлено постоянно поступающими импульсами из дыхательного центра, расположенного в средней трети продолговатого мозга, под влиянием которых и происходит ритмическое сокращение и расслабление дыхательных мышц. Деятельность дыхательного центра протекает автоматически; строго периодические вспышки возбуждения зарождаются в самих клетках дыхательного центра под влиянием обменных процессов в них.
Автоматическая деятельность дыхательного центра может быть изменена волевым усилием под влиянием коры головного мозга. Человек способен произвольно на короткое время изменить как ритм, так и глубину дыхания, но через некоторое время оно возвращается к первоначальному ритму.
Ведущий физиологический механизм, влияющим на дыхательный центр, - рефлекторный: возбуждение с различных участков тела передается в центральную нервную систему и вызывает изменение дыхания. Большое значение имеют рефлексы с внутренней поверхности самих легких.
При вдохе легкие расширяются. Это ведет к раздражению окончаний блуждающего нерва, расположенных в стенках легочной ткани. Возникшее в них нервное возбуждение поступает в дыхательный центр и тормозит его деятельность, в результате чего дыхательные мышцы, не получая возбуждающих импульсов из заторможенного дыхательного центра, расслабляются. Грудная клетка опускается, происходит выдох. Как только легкие вернутся в исходное состояние и прекратится растяжение альвеолярных стенок, перестают возбуждаться окончания центростремительных волокон блуждающего нерва, и следовательно, прекращается их тормозящее действие на дыхательный центр. Дыхательный центр, не получая тормозящих импульсов, вновь возбуждается и наступает очередной вдох. Таким образом, осуществляется саморегуляция: вдох вызывает выдох, а выдох - вдох.
Рефлекторное изменение дыхания возможно и при раздражении центростремительных нервов других участков тела. Так, при погружении в холодную воду происходит кратковременная задержка дыхания на вдохе, которая является результатом рефлекторного влияния на дыхательный центр.
Повышение артериального давления раздражает нервные окончания в месте разветвления общей сонной артерии (синокаротидная зона) на внутреннюю и внешнюю сонную артерию, вызывает задержку дыхания, а понижение - усиливает дыхание.
Изменение дыхания вызывают и различные эмоции.
Большое значение имеют защитные рефлексы слизистых оболочек дыхательных путей, благодаря которым либо предотвращается попадание вредных веществ в дыхательные пути, либо происходит удаление их. Так, при вдыхании паров аммиака останавливается дыхание в результате рефлекторного смыкания голосовых связок и сужения просвета бронхов, что препятствует попаданию летучих веществ в легкие, предотвращает отравление организма.
Попадание пыли или слизи в гортань или бронхи рефлекторно раздражает кашлевой центр, и с кашлевым толчком удаляются чужеродные вещества из дыхательных путей. При раздражении слизистой оболочки носа возникает чиханье, во время которого удаляются вызвавшие его вещества.
На состояние дыхательного центра большое влияние оказывает концентрация углекислого газа в крови. Малейшее колебание ее в крови, омывающей дыхательный центр, обусловливает повышение содержания С0₂ в нервных клетках дыхательного центра, что приводит его в состояние возбуждения. Результатом этого является учащение и углубление дыхания. Так продолжается до тех пор, пока в итоге усиленного дыхания не уменьшится концентрация С0₂ в крови до нормального уровня. После этого снижается возбудимость дыхательного центра и восстанавливается нормальный ритм дыхания.
На уменьшение концентрации углекислоты в крови дыхательный центр отвечает снижением возбудимости, вплоть до полного прекращения своей деятельности, до восстановления нормального уровня содержания углекислоты в крови.
Остановка дыхания называется апноэ, одышка и учащение дыхания, возникающие вследствие избыточного содержания С0₂ в крови, - диспноэ.
Негазообменные функции легких. Кроме основной дыхательной, газообменной, функции легкие выполняют в организме другие функции, так называемые негазообменные, основные из которых:
1) поддержание кислотно-щелочного равновесия путем регулирования содержания С0₂ в жидкостях организма, обеспечивая таким образом постоянство рН среды;
2) липолитическая функция, состоящая в участии легких в окислении жиров, и в частности холестерина;
3) терморегулирующая - через выдыхаемый воздух идет теплоотдача;
4) выработка иммунитета;
5) выработка сурфактанта;
6) выделительная функция. С выдыхаемым воздухом через легкие выделяется до 150 различных продуктов обмена. Если человек хронически болен, то через легкие в повышенном количестве выделяются токсины. Окружающие такого человека люди это чувствуют и на подсознательном уровне стараются держаться от него подальше, реже контактировать. У людей разных национальностей и различных способов питания также выделяются различные вещества (это может придавать специфический запах);
7) участие, наряду с почками, в электролитном обмене.

Общепринято мнение, что дыхание предназначено для обогащения нашего организма кислородом. Это, безусловно, так. Но дыхание выполняет и еще целый ряд психофизиологических функций: массаж внутренних органов брюшной полости диафрагмой, тренировку дыхательных мышц, воздействие на периферическую и центральную нервную систему.