Дыхательная система и дыхание
Процесс дыхания, поступление кислорода в организм при вдохе и удаление из него углекислого газа и паров воды при выдохе. Строение респираторной системы. Ритмичность и различные типы дыхательного процесса. Для нормального протекания обменных процессов в организме человека и животных в равной мере необходим как постоянный приток кислорода, так и непрерывное удаление углекислого газа, накапливающегося в ходе обмена веществ. Такой процесс называется Внешним дыханием.
Дыхание - это совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделением углекислого газа. Таким образом, Дыхание - одна из важнейших функций регулирования жизнедеятельности человеческого организма. В организме человека функцию дыхания обеспечивает дыхательная (респираторная система).
В дыхательную систему входят легкие и респираторный тракт (дыхательные пути), который, в свою очередь, включает носовые ходы, гортань, трахею, бронхи, мелкие бронхи и альвеолы. Бронхи разветвляются, распространяясь по всему объему легких, и напоминают крону дерева. Поэтому часто трахею и бронхи со всеми ответвлениями называют бронхиальным деревом.
Кислород в составе воздуха через носовые ходы, гортань, трахею и бронхи попадает в легкие. Концы самых мелких бронхов заканчиваются множеством тонкостенных легочных пузырьков - Альвеол.
Альвеолы - это 500 миллионов пузырьков диаметром 0,2 мм, где происходит переход кислородом в кровь, удаление углекислого газа из крови.
Здесь и происходит газообмен. Кислород из легочных пузырьков проникает в кровь, а углекислый газ из крови - в легочные пузырьки (рисунок 1.).
Рисунок 1. Легочный пузырек. Газообмен в легких
Важнейший механизм газообмена - это Диффузия, при которой молекулы перемещаются из области их высокого скопления в область низкого содержания без затраты энергии (Пассивный транспорт). Перенос кислорода из окружающей среды к клеткам производится путем транспорта кислорода в альвеолы, далее в кровь. Таким образом, венозная кровь обогащается кислородом и превращается в артериальную. Поэтому состав выдыхаемого воздуха отличается от состава наружного воздуха: в нем содержится меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в наружном, и много водяных паров (смотри рисунок 1). Кислород связывается с Гемоглобином, который содержится в эритроцитах, насыщенная кислородом кровь поступает в сердце и выталкивается в большой круг кровообращения. По нему кровь разносит кислород по всем тканям организма. Поступление кислорода в ткани обеспечивает их оптимальное функционирование, при недостаточном же поступлении наблюдается процесс кислородного голодания (Гипоксии).
Недостаточное поступление кислорода может быть обусловлено несколькими причинами как внешними (уменьшение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе), так и внутренними (состояние организма в данный момент времени). Пониженное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе, так же как и увеличение содержания углекислого газа и других вредных токсических веществ наблюдается в связи с ухудшением экологической обстановки и загрязнением атмосферного воздуха. По данным экологов только 15% горожан проживают на территории с допустимым уровнем загрязнения воздуха, в большинстве же районов содержание углекислого газа увеличено в несколько раз.
При очень многих физиологических состояниях организма (подъем в гору, интенсивная мышечная нагрузка), так же как и при различных патологических процессах (заболевания сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем) в организме также может наблюдаться гипоксия.
Природа выработала множество способов, с помощью которых организм приспосабливается к различным условиям существования, в том числе к гипоксии. Так компенсаторной реакцией организма, направленной на дополнительное поступление кислорода и скорейшее выведение избыточного количества углекислого газа из организма является углубление и учащение дыхания. Чем глубже дыхание, тем лучше вентилируются легкие и тем больше кислорода поступает к клеткам тканей.
К примеру, во время мышечной работы усиление вентиляции легких обеспечивает возрастающие потребности организма в кислороде. Если в покое глубина дыхания (объем воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого за один вдох или выдох) составляет 0,5 л, то во время напряженной мышечной работы она увеличивается до 2-4 л в 1 минуту. Расширяются кровеносные сосуды легких и дыхательных путей (а также дыхательных мышц), увеличивается скорость тока крови по сосудам внутренних органов. Активируется работа дыхательных нейронов. Кроме того, в мышечной ткани есть особый белок (Миоглобин), способный обратимо связывать кислород. 1 г миоглобина может связать примерно до 1,34 мл кислорода. Запасы кислорода в сердце составляют около 0,005 мл кислорода на 1 г ткани и этого количества в условиях полного прекращения доставки кислорода к миокарду может хватить для того, чтобы поддерживать окислительные процессы лишь в течение примерно 3-4 с.
Миоглобин играет роль кратковременного депо кислорода. В миокарде кислород, связанный с миоглобином, обеспечивает окислительные процессы в тех участках, кровоснабжение которых на короткий срок нарушается.
В начальном периоде интенсивной мышечной нагрузки увеличенные потребности скелетных мышц в кислороде частично удовлетворяются за счет кислорода, высвобождающегося миоглобином. В дальнейшем возрастает мышечный кровоток, и поступление кислорода к мышцам вновь становится адекватным.
Все эти факторы, включая усиление вентиляции легких, компенсируют кислородный "долг", который наблюдается при физической работе. Естественно, увеличению доставки кислорода к работающим мышцам и удалению углекислого газа способствует согласованное увеличение кровообращения в других системах организма.
Саморегуляция дыхания. Организм осуществляет тонкое регулирование содержания кислорода и углекислого газа в крови, которое остается относительно постоянным, несмотря на колебания количества поступающего кислорода и потребности в нем. Во всех случаях регуляция интенсивности дыхания направлена на конечный приспособительный результат - оптимизацию газового состава внутренней среды организма.
Частота и глубина дыхания регулируются нервной системой - ее центральными (Дыхательный центр) и периферическими (вегетативными) звеньями. В дыхательном центре, расположенном в головном мозге, имеются центр вдоха и центр выдоха. Дыхательный центр представляет совокупность нейронов, расположенных в продолговатом мозге центральной нервной системы.
При нормальном дыхании центр вдоха посылает ритмические сигналы к мышцам груди и диафрагме, стимулируя их сокращение. Ритмические сигналы образуются в результате спонтанного образования электрических импульсов нейронами дыхательного центра.
Сокращение дыхательных мышц приводит к увеличению объема грудной полости, в результате чего воздух входит в легкие. По мере увеличения объема легких возбуждаются рецепторы растяжения, расположенные в стенках легких; они посылают сигналы в мозг - в центр выдоха. Этот центр подавляет активность центра вдоха, и поток импульсных сигналов к дыхательным мышцам прекращается. Мышцы расслабляются, объем грудной полости уменьшается, и воздух из легких вытесняется наружу (смотри рисунок 2).
Рисунок 2. Регуляция дыхания
Дыхание кислород легочный газообмен
Процесс дыхания, как уже отмечалось, состоит из Легочного (внешнего) дыхания, а также транспорта газа кровью и Тканевого (внутреннего) дыхания. Если клетки организма начинают интенсивно использовать кислород и выделять много углекислого газа, то в крови повышается концентрация угольной кислоты. Кроме того, увеличивается содержание молочной кислоты в крови за счет усиленного образования ее в мышцах. Данные кислоты стимулируют дыхательный центр, и частота и глубина дыхания увеличиваются. Это еще один уровень регуляции. В стенках крупных сосудов, отходящих от сердца, имеются специальные рецепторы, реагирующие на понижение уровня кислорода в крови. Эти рецепторы также стимулируют дыхательный центр, повышая интенсивность дыхания. Данный принцип автоматической регуляции дыхания лежит в основе Бессознательного управления дыханием, что позволяет сохранить правильную работу всех органов и систем независимо от условий, в которых находится организм человека.
Ритмичность дыхательного процесса, различные типы дыхания. В норме дыхание представлено равномерными дыхательными циклами "вдох - выдох" до 12-16 дыхательных движений в минуту. В среднем такой акт дыхания совершается за 4-6 с. Акт вдоха проходит несколько быстрее, чем акт выдоха (соотношение длительности вдоха и выдоха в норме составляет 1:1,1 или 1:1,4). Такой тип дыхания называется Эйпноэ (дословно - хорошее дыхание). При разговоре, приеме пищи ритм дыхания временно меняется: периодически могут наступать задержки дыхания на вдохе или на выходе (Апноэ). Во время сна также возможно изменение ритма дыхания: в период медленного сна дыхание становится поверхностным и редким, а в период быстрого - углубляется и учащается. При физической нагрузке за счет повышенной потребности в кислороде возрастает частота и глубина дыхания, и, в зависимости от интенсивности работы, частота дыхательных движений может достигать 40 в минуту.
При смехе, вздохе, кашле, разговоре, пении происходят определенные изменения ритма дыхания по сравнению с так называемым нормальным автоматическим дыханием. Из этого следует, что способ и ритм дыхания можно целенаправленно регулировать с помощью сознательного изменения ритма дыхания.
Человек рождается уже с умением использовать лучший способ дыхания. Если проследить как дышит ребенок, становится заметным, что его передняя брюшная стенка постоянно поднимается и опускается, а грудная клетка остается практически неподвижной. Он "дышит" животом - это так называемый Диафрагмальный тип дыхания.
Диафрагма - это мышца, разделяющая грудную и брюшную полости. Сокращения данной мышцы способствуют осуществлению дыхательных движений: вдоха и выдоха.
В повседневной жизни человек не задумывается о дыхании и вспоминает о нем, когда по каким-то причинам становится трудно дышать. Например, в течение жизни напряжение мышц спины, верхнего плечевого пояса, неправильная осанка приводят к тому, что человек начинает "дышать" преимущественно только верхними отделами грудной клетки, при этом объем легких задействуется всего лишь на 20%. Попробуйте положить руку на живот и сделать вдох. Заметили, что рука на животе практически не изменила своего положения, а грудная клетка поднялась. При таком типе дыхания человек задействует преимущественно мышцы грудной клетки (Грудной тип дыхания) или области ключиц (Ключичное дыхание). Однако как при грудном, так и при ключичном дыхании организм снабжается кислородом в недостаточной степени.
Недостаток поступления кислорода может возникнуть также при изменении ритмичности дыхательных движений, то есть изменении процессов смены вдоха и выдоха.
В состоянии покоя кислород относительно интенсивно поглощается миокардом, серым веществом головного мозга (в частности, корой головного мозга), клетками печени и корковым веществом почек; клетки скелетной мускулатуры, селезенка и белое вещество головного мозга потребляют в состоянии покоя меньший объем кислорода, то при физической нагрузке потребление кислорода миокардом увеличивается в 3-4 раза, а работающими скелетными мышцами - более чем в 20-50 раз по сравнению с покоем.
Интенсивное дыхание, состоящее в увеличении скорости дыхания или его глубины (процесс называется Гипервентиляцией), приводит к увеличению поступления кислорода через воздухоносные пути. Однако частая гипервентиляция способна обеднить ткани организма кислородом. Частое и глубокое дыхание приводит к уменьшению количества углекислоты в крови (Гипокапнии) и защелачиванию крови - Респираторному алкалозу.
Подобный эффект прослеживается, если нетренированный человек осуществляет частые и глубокие дыхательные движения в течение короткого времени. Наблюдаются изменения со стороны как центральной нервной системы (возможно появление головокружения, зевоты, мелькания "мушек" перед глазами и даже потери сознания), так и сердечно-сосудистой системы (появляется одышка, боль в сердце и другие признаки). В основе данных клинических проявлений гипервентиляционного синдрома лежат гипокапнические нарушения, приводящие к уменьшению кровоснабжения головного мозга. В норме у спортсменов в покое после гипервентиляции наступает состояние сна.
Следует отметить, что эффекты, возникающие при гипервентиляции, остаются в то же время физиологичными для организма - ведь на любое физическое и психоэмоциональное напряжение организм человека в первую очередь реагирует изменением характера дыхания.
При глубоком, медленном дыхании (Брадипноэ) наблюдается гиповентиляционный эффект. Гиповентиляция - поверхностное и замедленное дыхание, в результате которого в крови отмечается понижение содержание кислорода и резкое увеличение содержания углекислого газа (Гиперкапния).
Количество кислорода, которое клетки используют для окислительных процессов, зависит от насыщенности крови кислородом и степени проникновения кислорода из капилляров в ткани. Снижение поступления кислорода приводит к кислородному голоданию и к замедлению окислительных процессов в тканях. В1931 году доктор Отто Варбург получил Нобелевскую премию в области медицины, открыв одну из возможных причин возникновения рака. Он установил, что возможной причиной этого заболевания является недостаточный доступ кислорода к клетке. Используя простые рекомендации, а также различные физические упражнения, можно повысить доступ кислорода к тканям.
- - Правильное дыхание, при котором воздух, проходящий через воздухоносные пути, в достаточной степени согревается, увлажняется и очищается - это спокойное, ровное, ритмичное, достаточной глубины. - Во время ходьбы или выполнения физических упражнений следует не только сохранять ритмичность дыхания, но и правильно сочетать ее с ритмом движения (вдох на 2-3 шага, выдох на 3-4 шага). - Важно помнить, что потеря ритмичности дыхания приводит к нарушению газообмена в легких, утомлению и развитию других клинических признаков недостатка кислорода. - При нарушении акта дыхания уменьшается приток крови к тканям и понижается насыщение ее кислородом.
Необходимо помнить, что физические упражнения способствуют укреплению дыхательной мускулатуры и усиливают вентиляцию легких. Таким образом, от правильного дыхания в значительной мере зависит здоровье человека.
Похожие статьи
-
Введение - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Для нормального протекания обменных процессов в организме человека и животных в равной мере необходим как постоянный приток кислорода, так и непрерывное...
-
Регуляция дыхательных движений - Физиология и гигиена органов дыхания у детей
Регуляция дыхания осуществляется центральной нервной системой, специальные области которой обусловливают Автоматическое дыхание - чередование вдоха и...
-
Это максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимально глубокого вдоха. Она колеблется от 3500 до 4800 мл у мужчин и от 300 до...
-
3 Основы методики лечебной физической культуры при заболеваниях органов дыхания В занятиях лечебной физической культурой при заболеваниях органов дыхания...
-
Биомеханика внешнего дыхания - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Газообмен между альвеолярной газовой смесью и атмосферным воздухом осуществляется благодаря работе аппарата вентиляции. Процесс дыхания можно разделить...
-
Легкие - Дыхательная система человека
В целом легкие имеют вид губчатых, пористых конусовидных образований, лежащих о обеих половинах грудной полости. Наименьший структурный элемент легкого -...
-
ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА - Анатомия, конспект лекций
При характеристике дыхательной системы необходимо: Подчеркнуть ее главное значение - обеспечение процесса дыхания. Отметить важность защитной (согревание...
-
Дыхательные мышцы, Легочная вентиляция - Функции дыхательной системы
Дыхательные мышцы-это те мышцы, сокращения которых изменяют объем грудной клетки. Мышцы, направляющиеся от головы, шеи, рук и некоторых верхних грудных и...
-
Механизм дыхательных движений - Строение и функции дыхательной системы
Газообмен в легких происходит в результате ритмических дыхательных движений-- вдоха и выдоха. У взрослого человека происходит 16-18 дыхательных движений...
-
Введение - Функции дыхательной системы
Кислород находится в окружающем нас воздухе. Он может проникнуть сквозь кожу, но лишь в небольших количествах, совершенно недостаточных для поддержания...
-
Одышка. - Дыхательная система человека
Одним из наиболее частых заболеваний дыхательной системы является одышка, характеризующаяся изменением частоты, глубины и ритма дыхания. Одышка может...
-
Изменения объема легких - Функции дыхательной системы
У человека легкие занимают около 6% объема тела независимо от его веса. Объем легкого меняется при вдохе не всюду одинаково. Для этого имеются три...
-
Дыхательная система - Анатомические особенности организма летающих птиц
У летящей птицы дыхание двойное: газообмен в легких осуществляется как при вдохе, так и при выдохе, когда атмосферный воздух из воздушных мешков...
-
Заключение, Список литературы - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Не сложно убедиться, что процесс дыхания является довольно сложным и важным процессом в нашем организме. Для подробного его изучения необходимо принять...
-
Введение - Дыхательная система человека
Кислород находится в окружающем нас воздухе. Он может проникнуть сквозь кожу, но лишь в небольших количествах, совершенно недостаточных для поддержания...
-
Значение дыхания для жизни человека - Физиология и гигиена органов дыхания у детей
Подавляющее число живых организмов, в том числе и человек, для поддержания обмена веществ нуждается в кислороде. Прекращение обмена веществ означает...
-
Дыхательные движения. Акты вдоха и выдоха - Возрастная физиология
Благодаря ритмически совершающимся актам вдоха и выдоха происходит обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом, находящимся в легочных...
-
Лимфатические узлы: пальпируются поднижнечелюстные лимфатические узлы размером 5-6 мм, безболезненные, легко смещаются; остальные: подбородочные,...
-
Гигиена дыхания - Дыхательная система человека
Физиологии наиболее важные газы - O2, CO2, N2. Они присутствуют в атмосферном воздухе в пропорциях указанных в табл. 1. Кроме того, атмосфера содержит...
-
Анатомия - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Дыхательная система осуществляет газообмен между внешней средой и организмом, доставляет в организм кислород и выводит из него углекислый газ. Эта...
-
Насыщение тканей кислородом - Функции дыхательной системы
Дыхательный альвеола перфузия гипоксия Транспорт O2 из крови в те участки ткани, где он используется, происходит путем простой диффузии. Поскольку...
-
Дыхание осуществляется через нос, в спокойном состоянии без напряжения, при физической нагрузке - затрудненное, появляется одышка исчезающая в состоянии...
-
Человеческий организм представляет собой единое целое, в котором все отдельные системы и органы развиваются и функционируют во взаимной зависимости и...
-
Дыхание, основной жизненный процесс, задачей которого является поддержка газообмена (см.) между живым организмом и окружающей его внешней средой, при чем...
-
Анатомия дыхательной системы человека, Воздухоносные пути - Дыхательная система человека
Дыхательная система человека состоит из тканей и органов, обеспечивающих легочную вентиляцию и легочное дыхание. К воздухоносным путям относятся: нос,...
-
Б. Система дыхания. - Сахарный диабет 1 типа стадии декомпенсации
Б. Исследование верхних дыхательных путей Дыхание через нос: свободное, имеется ощущение незначительной сухости в носу. Крылья носа в дыхании не...
-
Биофизические основы дыхания - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Биофизическое толкование процессов растворения газов в организме важно как при анализе жизнедеятельности в обычных условиях, так и при изучении...
-
Анатомия - Функции дыхательной системы
Дыхательная система человека состоит из тканей и органов, обеспечивающих легочную вентиляцию и легочное дыхание. К воздухоносным путям относятся: нос,...
-
Кровохаркание и легочное кровотечение. - Дыхательная система человека
Кровохарканье представляет собой выделение мокроты с примесью крови, примешанной равномерно(например, "ржавая" мокрота при крупозной пневмонии, мокрота в...
-
Общий осмотр. Состояние больной удовлетворительное. Положение активное. Телосложение правильное, деформаций скелета нет. Рост 165 см, вес 79.5 кг....
-
Введение - Основные синдромы при патологии дыхательной системы
Синдром уплотнения легочной паренхимы (синоним: синдром уплотнения легочной ткани) -- клинический симптомокомплекс, который обусловленный патологическим...
-
Транспорт газов - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания
Важнейший механизм газообмена - это диффузия, при которой молекулы перемещаются из области их высокого скопления в область низкого содержания без затраты...
-
- Механизм Происхождения И Характеристика Кашля; - Сухой Кашель И С Отделением Мокроты; - Характеристика Мокроты, Ее Происхождение ; - Диагностическое...
-
Анатомия и физиология органов дыхания
1. Анатомия и физиология органов дыхания Система органов дыхания включает в себя носовые ходы, гортань, трахею, бронхи, легкие и плевру, покрывающую...
-
Кашель. - Дыхательная система человека
Кашель представляет собой сложнорефлекторный акт, в котором участвует ряд механизмов (повышение внутригрудного давления за счет напряжения дыхательной...
-
Введение в легочные заболевания. - Дыхательная система человека
Повсеместно, особенно в индустриально развитых странах, наблюдается значительный рост заболеваний дыхательной системы, которые вышли уже на 3-4-е место...
-
Регуляция работы дыхательной системы осуществляется путем контроля частоты дыхательных движений и глубины дыхательных движений (дыхательный объем)....
-
Система органов дыхания - Синдром Мэллори-Вейса
Дыхание затруднено, поверхностное, инспираторная одышка. Грудная клетка правильной формы (астеническая), симметричная, межреберные промежутки втянуты,...
-
Заключение, Список литературы - Дыхательная система человека
Из всего вышесказанного и осмыслив роль дыхательной системы в нашей жизни можно сделать вывод о ее важности в нашем существовании. От процесса дыхания...
-
Аппарат дыхания, Строение дыхательной системы - Анатомические особенности организма летающих птиц
Строение дыхательной системы Что же отличает птиц от пресмыкающихся? Приобретение способности к полету и возрастание общей подвижности птиц связаны с...
Дыхательная система и дыхание