ДЫХАНИЕ. О СТРОЕНИИ И ФУНКЦИЯХ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ.

Дыхание — самое яркое и убедительное выражение жизни. «Не дышит!», «Перестал дышать!» — общеизвестные выражения, обозначающие прекращение жизни, смерть.

Благодаря дыханию организм получает кислород и освобождается от излишков углекислоты, образующейся в результате обмена веществ. Дыхание и кровообращение обеспечивают все органы и ткани нашего тела необходимой для жизни энергией. Освобождение энергии, необходимой для жизнедеятельности организма, происходит на уровне клеток и тканей в результате биологического окисления.

При недостатке кислорода в крови в первую очередь страдают такие жизненно важные органы, как сердце и центральная нервная система. Кислородное голодание сердечной мышцы сопровождается угнетением синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), являющейся основным источником энергии, необходимой для работы сердца. Мозг человека потребляет больше кислорода, чем непрерывно работающее сердце, поэтому незначительный недостаток кислорода в крови отражается на состоянии мозга.

Поддержание дыхательной функции на достаточно высоком уровне является необходимым условием сохранения здоровья и предупреждения развития преждевременного старения.

Дыхательный процесс включает несколько этапов:

1) наполнение легких атмосферным воздухом (вентиляция легких);

2) переход кислорода из легочных альвеол в кровь, протекающую через капилляры легких, и выделение из крови в альвеолы, а затем в атмосферу углекислоты;

3) доставка кислорода кровью к тканям и углекислоты из тканей к легким;

4) потребление кислорода клетками — клеточное дыхание.

Первый этап дыхания — вентиляция легких — заключается в обмене вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, т. е. в наполнении легких атмосферным воздухом и удалении его наружу. Это осуществляется благодаря дыхательным движениям грудной клетки.

Ребра (12 пар) прикреплены спереди к грудине, а сзади — к позвоночнику. Они защищают органы грудной клетки (сердце, легкие, крупные кровеносные сосуды) от внешних повреждений, их движение — вверх и вниз, осуществляемое межреберными мышцами, способствует вдоху и выдоху.

Снизу грудная клетка герметично отделена от брюшной полости диафрагмой, которая своей выпуклостью несколько вдается в грудную полость. Легкие заполняют почти все пространство грудной клетки, за исключением ее средней части, занятой сердцем. Нижняя поверхность легких лежит на диафрагме, их суженные и закругленные верхушки выступают за ключицы. Наружная выпуклая поверхность прилегает к ребрам.

В центральную часть внутренней поверхности легких, соприкасающихся с сердцем, входят крупные бронхи, легочные артерии (несущие в легкие венозную кровь из правого желудочка сердца), кровеносные сосуды с артериальной кровью, питающие ткань легких, и нервы. Из легких выходят легочные вены, несущие в сердце артериальную кровь. Вся эта зона образует так называемые корни легких (рис. 4).

Рис. 4. Схема строения легких:

1 - трахея; 2 - бронх; 3 - кровеносный сосуд; 4 - центральная (прикорневая) зона легкого; 5-верхушка легкого.

Каждое легкое покрыто оболочкой (плеврой). У корня легкого плевра переходит на внутреннюю стенку грудной полости. Поверхность плеврального мешка, в котором заключено легкое, почти соприкасается с поверхностью плевры, выстилающей внутреннюю сторону грудной клетки. Между ними имеется щелевидное пространство — плевральная полость, где находится небольшое количество жидкости.

Во время вдоха межреберные мышцы поднимают и разводят ребра в стороны, нижний конец грудины отходит вперед. Диафрагма (главная дыхательная мышца) в этот момент также сокращается, отчего ее купол становится более плоским и опускается, отодвигая брюшные органы вниз, в стороны и вперед. Давление в плевральной полости становится отрицательным, легкие пассивно расширяются, и воздух через трахею и бронхи втягивается в легочные альвеолы. Так происходит первая фаза дыхания — вдох.

При выдохе межреберные мышцы и диафрагма расслабляются, ребра опускаются, купол диафрагмы приподнимается. Легкие сдавливаются, и воздух из них как бы вытесняется наружу. После выдоха наступает короткая пауза.

Необходимо отметить особую роль диафрагмы не только как главной дыхательной мышцы, но и как мышцы, активизирующей кровообращение. Сокращаясь во время вдоха, диафрагма давит на желудок, печень и другие органы брюшной полости, как бы выжимая из них венозную кровь по направлению к сердцу. Во время выдоха диафрагма приподнимается, внутри-брюшное давление снижается, и это усиливает приток артериальной крови к внутренним органам брюшной полости. Таким образом, дыхательные движения диафрагмы, совершающиеся 12—18 раз в минуту, производят мягкий массаж органов брюшной полости, улучшая их кровообращение и облегчая работу сердца.

Повышение и понижение внутри-грудного давления во время дыхательного цикла непосредственно отражаются и на деятельности органов, расположенных в грудной клетке.

При поверхностном дыхании ухудшается не только вентиляция легких, но и условия работы и функциональное состояние сердечной мышцы.

Когда человек находится в состоянии покоя, в акте дыхания заняты преимущественно периферические участки легкого. Центральная часть, расположенная у корня, менее растяжима.

Ткань легких состоит из мельчайших наполненных воздухом пузырьков — альвеол, стенки которых густо оплетены кровеносными сосудами. В отличие от многих других органов, легкие имеют двойное кровоснабжение: систему кровеносных сосудов, обеспечивающих специфическую функцию легких — газообмен, и специальные артерии, питающие саму легочную ткань, бронхи и стенку легочной артерии.

Капилляры легочных альвеол представляют собой весьма густую сеть с расстоянием между отдельными петлями в несколько микрометров. Это расстояние увеличивается при растяжении стенок альвеол во время вдоха. Общая внутренняя поверхность всех капилляров, находящихся в легких, достигает примерно 70 м². Одномоментно в легочных капиллярах может находиться до 140 мл крови, при физической работе количество протекающей крови может достигать 30 л в 1 мин.

Кровоснабжение разных участков легкого зависит от их функционального состояния. В выключенных из вентиляции участках легких кровоток резко снижен. Такие участки легочной ткани становятся беззащитными при вторжении болезнетворных микробов.

В нормально функционирующих легочных альвеолах имеются специальные клетки, которые называются альвеолярными макрофагами. Они защищают легочную ткань от органической и минеральной пыли, содержащейся во вдыхаемом воздухе, обезвреживают микробы и вирусы и нейтрализуют выделяемые ими вредные вещества (токсины). Эти клетки переходят в легочные альвеолы из крови. Длительность их жизни определяется количеством вдыхаемой пыли и бактерий: чем больше загрязнен вдыхаемый воздух, тем быстрее гибнут макрофаги.

От способности этих клеток к поглощению и перевариванию болезнетворных бактерий в большой степени зависит уровень сопротивляемости организма к инфекции. Кроме того, макрофаги очищают легочную ткань от ее собственных погибших клеток. Известно, что макрофаги быстро «узнают» поврежденные клетки и направляются к ним, чтобы их устранить. Организм человека лишь частично использует кислород атмосферного воздуха. Как известно, во вдыхаемом воздухе в среднем содержится 21 %, а в выдыхаемом—15—17% кислорода. В состоянии покоя организм потребляет 200—300 см³ кислорода.

Переход кислорода в кровь и углекислоты из крови в легкие происходит вследствие разницы между парциальным давлением этих газов в воздухе, находящемся в легких, и их напряжением в крови. Поскольку парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе составляет в среднем 100 мм рт. ст., в крови же, притекающей к легким, давление кислорода равно 37—40 мм рт. ст., он переходит из альвеолярного воздуха в кровь. Давление же углекислоты в крови, проходящей через легкие, уменьшается с 46 до 40 мм рт. ст. за счет ее перехода в альвеолярный воздух.

Кровь насыщена газами, находящимися в химически связанном состоянии. Кислород переносится эритроцитами.

В крови взрослого здорового человека содержится всего около 600 г гемоглобина, поэтому количество кислорода, находящегося в связи с гемоглобином, составляет сравнительно небольшую величину, примерно 800 — 1200 мл. Оно может удовлетворить потребность организма в кислороде только в течение 3—4 мин.

Поскольку клетки весьма энергично используют кислород, он должен непрерывно поступать в них. Количество кислорода, поглощаемого клетками, меняется в разных условиях. При физических нагрузках оно увеличивается.

Находящийся в продолговатом мозге дыхательный центр является абсолютно необходимым для осуществления дыхательных движений (после его повреждения дыхание прекращается и наступает смерть). Остальные отделы головного мозга обеспечивают регуляцию тончайших приспособительных изменений дыхательных движений к условиям внешней и внутренней среды организма.

Дыхательный центр чутко реагирует на газовый состав крови: избыток кислорода и недостаток углекислого газа тормозят, а недостаток кислорода, особенно при избыточном содержании углекислоты, возбуждает дыхательный центр. Во время физической работы мышцы увеличивают потребление кислорода и накапливают углекислоту, на это дыхательный центр реагирует усилением дыхательных движений. Даже небольшая задержка дыхания (дыхательная пауза) оказывает возбуждающее влияние на дыхательный центр. Во время сна, при снижении физической активности дыхание ослаблено. Это примеры непроизвольной регуляции дыхания.

Влияние коры головного мозга на дыхательные движения выражается в возможности произвольно задерживать дыхание, изменять его ритм и глубину. Импульсы, исходящие из дыхательного центра, в свою очередь, влияют на тонус коры больших полушарий. Удлиненный вдох с паузой на высоте вдоха при укороченном выдохе наблюдается у людей, находящихся в бодром состоянии, с высокой работоспособностью. Этот тип дыхания можно назвать мобилизующим. И наоборот: энергичный, но короткий вдох с несколько растянутым удлиненным выдохом и задержкой дыхания после выдоха обладает успокаивающим действием и способствует расслаблению мускулатуры.

На совершенствовании произвольной регуляции дыхания основано лечебное действие дыхательной гимнастики. В процессе многократного повторения дыхательных упражнений вырабатывается привычка физиологически правильного дыхания, происходит равномерная вентиляция легких, ликвидируются застойные явления в малом круге кровообращения и в легочной ткани. При этом улучшаются и другие показатели функции дыхания, а также сердечная деятельность и кровообращение органов брюшной полости, главным образом печени, желудка и поджелудочной железы. Кроме того, появляется умение использовать различные типы дыхания для улучшения работоспособности и для полноценного отдыха.

Физиологически правильное дыхание не только обеспечивает нормальную работу легких, но и благодаря дыхательным движениям диафрагмы, как уже было сказано, улучшает и облегчает деятельность сердца, активизирует кровообращение в органах брюшной полости.

Между тем многие люди дышат неправильно — слишком часто и поверхностно, иногда же бессознательно задерживают дыхание, нарушая его ритм и снижая вентиляцию легких.

Таким образом, поверхностное дыхание приносит вред и здоровым и тем более больным людям. Оно не экономично, так как во время вдоха воздух ненадолго остается в легких и это плохо отражается на усвоении кислорода кровью. Значительная часть объема легких оказывается заполненной необновляемым воздухом.

При поверхностном дыхании объем вдыхаемого воздуха не превышает 300 мл, тогда как в нормальных условиях он равен в среднем, как уже отмечалось, 500 мл.

Поверхностное дыхание может стать привычным в результате разных причин. Одна из них — малоподвижный образ жизни, часто обусловленный особенностями профессии (сидение за письменным столом, работа, требующая длительного стояния на одном месте, и т. п.), другая — неправильная осанка (привычка длительное время сидеть сгорбившись и сводить плечи вперед) часто приводит, особенно в молодом возрасте, к сдавливанию органов грудной клетки и недостаточной вентиляции легких.

Довольно частыми причинами поверхностного дыхания являются ожирение, постоянное переполнение желудка, увеличение печени, вздутие кишечника, которые ограничивают движения диафрагмы и уменьшают объем грудной клетки во время вдоха.

Поверхностное дыхание может быть одной из причин недостаточного снабжения организма кислородом. Это приводит к снижению естественной неспецифической сопротивляемости организма. Дыхательная недостаточность может иметь место в связи с хроническими заболеваниями легких и бронхов, а также межреберных мышц, поскольку больные на некоторое время лишаются возможности производить нормальные дыхательные движения.

У пожилых и престарелых людей поверхностное дыхание может быть связано с уменьшением подвижности грудной клетки из-за окостенения реберных хрящей и ослабления дыхательных мышц. И несмотря на то, что у них развиваются компенсаторные приспособления (учащение дыхания и некоторые другие), поддерживающие достаточную вентиляцию легких, напряжение кислорода в крови уменьшается из-за возрастных изменений в самой легочной ткани, снижения ее эластичности, необратимого расширения альвеол. Все это препятствует переходу кислорода из легких в кровь и ухудшает кислородное снабжение организма.

Недостаток кислорода в тканях и клетках (гипоксия) в некоторых случаях может быть следствием нарушений кровообращения и состава крови. Причиной гипоксии тканей могут служить уменьшение количества функционирующих капилляров, замедление и частые остановки капиллярного кровотока и др.

У людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями (ишемической болезнью сердца, гипертонической болезнью и пр.), дыхательная недостаточность, сопровождающаяся снижением количества кислорода в крови, сочетается с повышенным содержанием холестерина и белково-жировых комплексов (липопротеидов). Следовательно, недостаток кислорода в организме играет определенную роль в развитии атеросклероза.

Вредно отражается на здоровье привычка дышать через рот. Она влечет за собой ограничение дыхательных движений грудной клетки, нарушение ритма дыхания, недостаточность вентиляции легких. Затруднение носового дыхания, связанное с некоторыми патологическими процессами в носу и носоглотке, особенно часто встречающееся у детей, ведет иногда к серьезным расстройствам умственного и физического развития. У детей с аденоидными разрастаниями в носоглотке, затрудняющими носовое дыхание, появляется общая слабость, бледность, пониженная сопротивляемость к инфекциям, иногда нарушается психическое развитие. При длительном отсутствии носового дыхания у детей наблюдается недоразвитие грудной клетки и ее мускулатуры.

Физиологически правильное носовое дыхание является существенным условием сохранения здоровья. Ввиду важности этого вопроса остановимся на нем подробнее.

В полости носа осуществляется регуляция влажности и температуры поступающего в организм воздуха. В полости носа воздушный поток освобождается от различных примесей, содержащихся в атмосфере. В носу имеются специальные точки, в которых происходит постоянное «улавливание» пылевых частиц и микробов.

В носовой полости задерживаются довольно большие частицы — размером более 50 мкм. Частицы меньшего диаметра (от 30 до 50 мкм) проникают в трахею, еще более мелкие частицы (10—30 мкм) достигают крупных и средних бронхов, частицы диаметром 3—10 мкм попадают в мельчайшие бронхи (бронхиолы), и, наконец, наиболее мелкие (1—3 мкм) —доходят до альвеол. Следовательно, чем мельче пылевые частицы, тем глубже они могут проникнуть в дыхательные пути.

Пыль, попавшая в бронхи, задерживается слизью, покрывающей их поверхность, и выводится наружу примерно в течение часа. Слизь, покрывающая поверхность носовой полости и бронхов, выполняет функции постоянно обновляющегося подвижного фильтра и является важным барьером, предохраняющим организм от воздействия микробов, пыли и газов, попавших в дыхательные пути.

Особенно большое значение этот барьер имеет для жителя большого города, поскольку в городском воздухе концентрация пыли очень высока. В атмосферу городов выделяется большое количество углекислого газа, окиси углерода, окислов серы, а также пыли и пепла (миллионы тонн в год). Через легкие в течение суток проходит в среднем 10—12 тысяч литров воздуха, и если бы дыхательные пути не обладали способностью самоочищения, то они были бы полностью закупорены в течение нескольких дней.

В очистке бронхов и легких от инородных частиц, кроме трахеобронхиальной слизи, принимают участие и другие факторы. Например, выведению частиц способствует само движение воздуха во время выдоха. Особенно интенсивно этот механизм действует при форсированном выдохе и при кашле.

Большое значение для осуществления противомикробной барьерной функции носоглотки и бронхов имеют вещества, выделяемые слизистой оболочкой носа, а также специфические антитела в носовой полости. Поэтому у здоровых людей в трахею и бронхи, как правило, не проникают болезнетворные микроорганизмы. То незначительное число микробов, которое все же туда попадает, довольно быстро удаляется благодаря своеобразному защитному приспособлению — мерцательному эпителию, выстилающему поверхность дыхательных путей, начиная от носа и до мельчайших бронхиол.

На свободной поверхности клеток эпителия, обращенной в просвет дыхательных путей, имеется большое количество постоянно колеблющихся (мерцательных) волосков — ресничек. Все реснички на эпителиальных клетках дыхательных путей тесно сцеплены друг с другом. Движения их координированы и напоминают волнуемое ветром хлебное поле. Несмотря на небольшую величину, мерцательные волоски могут передвигать сравнительно крупные частицы массой в 5—10 мг.

При нарушении целости мерцательного эпителия вследствие травмы или лекарственными веществами, попавшими непосредственно в дыхательные пути, на поврежденных участках инородные частицы и бактерии не удаляются. В этих местах резко снижается устойчивость слизистой оболочки к инфекции, создаются условия для заболевания.

Заболевания дыхательных путей нередко возникают в результате повреждения слизистой оболочки посторонними примесями во вдыхаемом воздухе. Особенно вредное воздействие на бронхи и легкие оказывает табачный дым. В его составе содержится много токсических веществ, самым известным из. которых является никотин. Кроме того, в табачном дыме содержатся вещества, способствующие развитию злокачественных опухолей (канцерогены). Поэтому у курящих раковые опухоли в дыхательных путях развиваются значительно чаще, чем у некурящих.