Студент должен иметь представление: о потребности дышать; о структурах организма человека, удовлетворяющих потребность дышать; о приборах для определения лёгочных объёмов; об аускультации и перкуссии лёгких; о механизмах звукообразования; об основных принципах газообмена; о критериях оценки процесса дыхания; о расположении, границах и органах средостения; о пневмотораксе и его видах.
Студент должен знать: строение, функции носовой полости и придаточных пазух носа; строение и функции гортани, трахеи и главных бронхов; строение лёгких; строение ацинуса, его функции; строение, отделы и функции плевры; этапы процесса дыхания; механизм дыхательных движений; механизм первого вдоха новорождённого; структуры, участвующие в процессе дыхания; состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха; дыхательные объёмы; дыхательный центр, регуляцию дыхания.
Студент должен уметь: проецировать органы дыхания на скелет; подсчитывать число дыхательных движений в минуту; использовать медицинскую терминологию.
16.1. АНАТОМО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫПОТРЕБНОСТИ ДЫШАТЬ
Дыхание - неотъемлемый признак жизни. Мы дышим постоянно, с момента рождения и до самой смерти. Дышим днём и ночью во время
глубокого сна, в состоянии здоровья и болезни. В организме человека и животных запасы кислорода ограничены, поэтому организм нуждается в непрерывном поступлении кислорода из окружающей среды. Так же постоянно и непрерывно из организма должен удаляться углекислый газ, который всегда образуется в процессе обмена веществ и в больших количествах токсичен.
Дыхание - сложный непрерывный процесс, в результате которого постоянно обновляется газовый состав крови. В этом заключается его сущность. Нормальное функционирование организма человека возможно только при условии возобновления энергии, которая непрерывно расходуется. Организм получает энергию за счёт окисления сложных органических веществ - белков, жиров, углеводов. При этом освобождается скрытая химическая энергия, которая служит источником жизнедеятельности клеток тела, их развития и роста. Таким образом, значение дыхания состоит в поддержании в организме оптимального уровня окислительно-восстановительных процессов.
16.2. ОБЩИЙ ПЛАН СТРОЕНИЯ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
Дыхательная система состоит из дыхательных путей и парных дыхательных органов - лёгких. Дыхательные пути соответственно их расположению подразделяют на верхний и нижний отделы. К верхним дыхательным путям относят полость носа, носовую и ротовую части глотки. К нижним дыхательным путям относят гортань, трахею, бронхи, включая внутрилёгочные разветвления бронхов (рис. 16.1).
Дыхательные пути состоят из трубок, просвет которых фиксирован костным или хрящевым скелетом, а ширину просвета регулируют мышцы, произвольные (носа, глотки, гортани) и непроизвольные (трахеи, бронхов). Мышцы и хрящи образуют среднюю оболочку дыхательных трубок. Наружная их оболочка называется адвентицией: она состоит из рыхлой соединительной ткани с большим количеством сосудов и нервов. Внутренняя поверхность дыхательных путей покрыта слизистой оболочкой, которая выстлана мерцательным эпителием, содержит значительное количество лимфатических фолликулов и слизистых желёз. Она выполняет защитную функцию. Проходя через дыхательные пути, воздух очищается, согревается и увлажняется.
В процессе эволюции на пути воздушной струи сформировалась гортань - сложно устроенный орган, выполняющий также функцию голосообразования. По дыхательным путям воздух попадает в лёгкие - главный дыхательный орган. В них происходит газообмен между воздухом и кровью путём диффузии газов (кислорода - углекислого газа) через стенки лёгочных альвеол и прилежащих к ним кровеносных капилляров.
16.3. АНАТОМИЯ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
16.3.1. Строение полости носа
Полость носа - начальный отдел дыхательных путей и орган обоняния (рис. 16.2). В полость носа ведут два входных отверстия - ноздри, а посредством двух задних отверстий - хоан - она сообщается с носоглоткой. Над полостью носа находится передняя черепная ямка, книзу - полость рта, а по бокам - глазницы и верхнечелюстные (гайморовы) пазухи. Наружный нос имеет костный и хрящевой скелет. Полость носа разделена перегородкой на две половины. В каждой половине полости носа на боковой стенке находятся две носовые ра-
ковины: верхняя, средняя и нижняя. Раковины разделяют три щелевидных пространства: верхний, средний и нижний носовые ходы. Носовые раковины с перегородкой носа не соприкасаются, между ними есть пространство в виде узкой щели, которое в клинической практике называют общим носовым ходом. Переднюю, меньшую часть полости носа называют преддверием полости носа, а заднюю, большую часть - собственно полостью носа.
Слизистая оболочка полости носа покрыта мерцательным эпителием, имеет большое количество слизистых желёз и кровеносных сосудов. В полости носа воздух очищается, увлажняется и согревается. Слизистая оболочка верхней носовой раковины и верхнего отдела перегородки носа содержит специальные обонятельные и опорныеклетки, составляющие орган обоняния, и называется обонятельной областью. Слизистая оболочка остальных отделов полости носа составляет дыхательную область. Воспаление слизистой оболочки полости носа называют ринитом.
В образовании наружного носа участвуют носовые кости, лобные отростки верхнечелюстных костей, носовые хрящи и мягкие ткани (кожа, мышцы). В наружном носе различают корень, верхушку и спинку носа. Нижнебоковые, отграниченные бороздками отделы наружного носа называют крыльями носа.
Околоносовые (придаточные) пазухи открываются в полость носа: верхнечелюстная (парная), лобная, клиновидная пазухи и решётча- тый лабиринт. Стенки пазух выстланы слизистой оболочкой. Они участвуют в согревании вдыхаемого воздуха и служат звуковыми резонаторами. Верхнечелюстная (гайморова) пазуха находится в теле одноимённой кости. Лобная и клиновидная пазухи расположены в соответствующих костях, причём каждая разделена неполной перегородкой на две половины. Решётчатые ячейки (передние, средние и задние) представляют множество маленьких полостей, составляющих вместе правый и левый решётчатые лабиринты. Верхнечелюстная пазуха, лобная пазуха, передние и средние решётчатые ячейки правой или левой стороны открываются в средний носовой ход той же стороны, а клиновидная пазуха и задние решётчатые ячейки - в верхний носовой ход. В нижний носовой ход открывается носослёзный канал.
В лечебной практике нередки воспалительные заболевания околоносовых пазух (синуситы): например, воспаление верхнечелюстной (гайморовой) пазухи - гайморит, воспаление лобной пазухи - фронтит и т.д.
16.3.2. Строение гортани
Гортань расположена в переднем отделе шеи на уровне IV-VI шейных позвонков. Вверху она при помощи щитоподъязычной мембраны фиксирована к подъязычной кости, внизу связками соединена с трахеей. Впереди гортани расположены мышцы шеи, позади - гортанная часть глотки, а по бокам - доли щитовидной железы и сосудисто-нервные пучки шеи (общая сонная артерия, внутренняя яремная вена, блуждающий нерв). Вместе с подъязычной костью гортань смещается вверх и вниз во время глотания.
Скелет гортани образован хрящами, к которым прикреплены мышцы. Внутри гортань выстлана слизистой оболочкой. Хрящи гортани: щитовидный, перстневидный, надгортанный - непарные, соединены между собой при помощи суставов и связок.
• Щитовидный хрящ - самый крупный из хрящей гортани. Он лежит спереди, легко прощупывается и состоит из двух пластинок. У многих мужчин щитовидный хрящ образует хорошо различимый выступ гортани (кадык, адамово яблоко).
• Перстневидный хрящ находится ниже щитовидного, в основании гортани. В нём различают переднюю суженную часть - дугу и заднюю широкую - пластинку перстневидного хряща.
• Надгортанный хрящ, или надгортанник, расположен позади корня языка и ограничивает вход в гортань спереди. Он имеет форму листа и своим суженным концом - стеблем надгортанника - прикреплен к внутренней поверхности верхней щитовидной вырезки (на верхнем крае щитовидного хряща). Во время глотания надгортанник закрывает вход в гортань.
Парные небольшие хрящи - черпаловидные, рожковидные и клиновидные - расположены в задней стенке гортани. К черпаловидным хрящам прикреплены многие мышцы гортани, а также голосовые связки и голосовые мышцы.Хрящи гортани соединены суставами и поперечнополосатыми произвольными мышцами. В зависимости от функции мышцы могут быть разделены на три группы: одни из них расширяют голосовую щель и полость гортани, другие суживают их, а третьи - изменяют напряжение голосовых связок.
Полость гортани имеет форму песочных часов (рис. 16.3). В ней различают верхний расширенный отдел - преддверие гортани, средний суженный - голосовой отдел и нижний расширенный отдел - подголосовая полость. Посредством отверстия входа в гортань преддверие сообщается с глоткой. Подголосовая полость переходит в полость трахеи. Слизистая оболочка выстилает стенки полости гортани и на боковых стенках её голосовой части образует две парные складки: верхнюю - складку преддверия, нижнюю - голосовую складку. Между этими складками с каждой стороны есть углубление - желудочек гортани. Две голосовые складки (правая и левая) ограничивают голосовую щель шириной 0,4 мм, расположенную в сагиттальном направлении. В толще преддверных и голосовых складок находятся одноимённые связки и мышцы.
Слизистая оболочка преддверия гортани очень чувствительна: при раздражении её (частицы пищи, пыль, химические вещества и др.) рефлекторно возникает кашель. Под слизистой оболочкой гортани находится прослойка соединительной ткани, содержащая большое количество эластических волокон - фиброзно-эластическая мембрана. Названные выше связки преддверия и голосовые связки - части этой перепонки.
Гортань не только проводит воздух, но служит также органом звукообразования. Мышцы гортани при сокращении вызывают колебательные движения голосовых связок, передающиеся струе выдыхаемого воздуха. В результате возникают звуки, которые с помощью других органов, участвующих в звукообразовании (глотка, мягкое нёбо, язык и др.), становятся членораздельными.
Воспаление слизистой оболочки гортани - ларингит.Трахея или дыхательное горло, имеет форму трубки длиной 9- 11 см, диаметром 1,5-2,7 см. Она начинается от гортани на уровне границы VI-VII шейных позвонков, через верхнюю апертуру грудной клетки проходит в грудную полость, где на уровне V грудного позвонка делится на два главных бронха - правый и левый. Это место носит название бифуркации трахеи. В соответствии с месторасположением в трахее различают две части - шейную и грудную. Спереди от трахеи находятся подъязычные мышцы шеи, перешеек щитовидной железы, рукоятка грудины и другие образования, сзади к ней прилежит пищевод, а с боков - сосуды и нервы.
Скелет трахеи составляют 16-20 неполных хрящевых колец, со- единённых между собой кольцевыми связками. Задняя, прилежащая к пищеводу стенка трахеи мягкая и называется перепончатой. Она состоит из соединительной и гладкой мышечной ткани. Изнутри трахея выстлана слизистой оболочкой, содержащей много слизистых желёз и лимфатических фолликулов. Воспаление слизистой оболочки трахеи - трахеит.
Главные бронхи, правый и левый, направляются от трахеи в соответствующее лёгкое, в воротах которого делятся на долевые бронхи. Правый главный бронх шире, короче левого и отходит от трахеи более отвесно, поэтому инородные тела, попадающие в нижние дыхательные пути, обычно оказываются в правом бронхе. Длина правого бронха составляет 1-3 см, а левого - 4-6 см. Над правым бронхом проходит непарная вена, а над левым - дуга аорты. Стенки главных бронхов, как и трахеи, состоят из неполных хрящевых колец, со- единённых связками, а также из перепонки и слизистой оболочки. Воспаление бронхов - бронхит.
16.3.4. Строение лёгких
Лёгкие, правое и левое, занимают большую часть грудной полости. По форме каждое лёгкое напоминает конус. В нём различают нижнюю расширенную часть - основание лёгкого и верхнюю суженную часть - верхушку лёгкого. Основание лёгкого обращено к диафрагме, а верхушка выступает в область шеи на 2-3 см выше ключицы. На лёгком различают три поверхности - рёберную, диафрагмальную и медиальную и два края - передний и нижний. Выпуклая рёберная и вогнутая диафрагмальные поверхности лёгкого прилежат соответственно к рёбрам и диафрагме. Медиальная поверхность лёгкого вогнутая, обращена к органам средостения и позвоночному столбу, её подразделяют на две части: средостенную и позвоночную. На средостенной поверхности левого лёгкого имеется сердечное вдавление, а на его переднем крае - сердечная вырезка. Оба края лёгкого острые, передний край отграничивает рёберную поверхность от медиальной, а нижний край - рёберную поверхность от диафрагмальной.
На медиальной поверхности лёгкого есть углубление - ворота лёгкого. Через ворота каждого лёгкого проходят главный бронх, лё- гочная артерия, две лёгочные вены, нервы, лимфатические сосуды, а также бронхиальные артерии и вены. Все эти образования у ворот лёгкого объединены соединительной тканью в общий пучок, называемый корнем лёгкого.
Правое лёгкое по объёму больше левого и состоит из трёх долей: верхней, средней и нижней. Левое лёгкое разделено на две доли: верхнюю и нижнюю. Между долями проходят глубокие междолевые щели: две (косая и горизонтальная) на правом и одна (косая) на левом лёгком. Доли лёгкого подразделяют на бронхолёгочные сегменты, сегменты состоят из долек, а дольки - из ацинусов. Ацинусы - функционально-анатомические единицы лёгкого, которые осуществляют основную функцию лёгких - газообмен.
Главные бронхи в области ворот соответствующего лёгкого подразделяют на долевые бронхи: правый на три, а левый на два бронха. Долевые бронхи внутри лёгкого делятся на сегментарные бронхи. Каждый сегментарный бронх внутри сегмента образует несколько порядков меньших по калибру ветвей (ветви сегментарных бронхов); по своему диаметру (2-5 мм) их считают средними бронхами. Средние бронхи в свою очередь подразделяются на несколько порядков мелких бронхов (диаметр 1-2 мм). Все разветвления бронхов внутри лёг- кого составляют бронхиальное дерево.
Самые малые по калибру бронхи (диаметр около 1 мм) входят по одному в каждую дольку лёгкого (дольковые бронхи) и подразделяются на бронхиолы - трубочки диаметром около 0,5 мм. Конечные бронхиолы разветвляются на дыхательные (респираторные) бронхиолы, которыми начинаются ацинусы. Каждая дыхательная бронхиола 1-го порядка делится на меньшие по диаметру ветви - дыхательные бронхиолы 2-го и 3-го порядка, переходящие в расширения - альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки. Стенки альвеолярных ходов и мешочков состоят из альвеол лёгкого; альвеолы есть и на стенках дыхательных бронхиол.
Стенки крупных долевых сегментарных бронхов по строению сходны со стенками трахеи и главных бронхов, но скелет их образован не хрящевыми кольцами, а пластинками гиалинового хряща. Слизистая оболочка бронхов выстлана мерцательным эпителием. Стенки бронхиол тоньше стенок мелких бронхов, в них отсутствуют хрящевые пластинки, но много гладкомышечных волокон. Слизистая оболочка бронхиол выстлана кубическим эпителием.
Бронхолёгочный сегмент - часть доли лёгкого, соответствующая одному сегментарному бронху и всем его разветвлениям. Он имеет форму конуса или пирамиды и отделён от соседних сегментов прослойками соединительной ткани. В правом лёгком различают десять сегментов: три - в верхней доле, два - в средней, пять - в нижней доле. В левом лёгком девять сегментов: четыре - в верхней и пять - в нижней доле.
Дольки лёгкого - части лёгочных сегментов, диаметром 0,5- 1,0 см. Границы долек различимы на поверхности в виде маленьких многоугольных участков.
Ацинус (гроздь) - часть дольки лёгкого, включающая одну дыхательную бронхиолу первого порядка, соответствующие ей ветви - дыхательные бронхиолы второго и третьего порядков, альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки с расположенными на их стенках альвеолами лёгкого. Каждая лёгочная долька состоит из 12-18 ацинусов. Альвеолы лёгкого - выпячивания в форме полушарий диаметром до 0,25 мм. Они выстланы однослойным плоским эпителием, расположенным на сети эластических волокон, и снаружи оплетены кровеносными капиллярами. Эндотелий капилляров и эпителий альвеол образуют барьер между кровью и воздухом, через который путём диффузии осуществляется газообмен и выделение паров воды. Альвеолярно-капиллярная мембрана отделяет кровь лёгочных капилляров от альвеолярного воздуха. Внутренняя поверхность альвеол покрыта тонкой плёнкой жидкости, в которой действуют силы поверхностного натяжения, вызывающие спадение альвеол и сжатие (коллапс) лёгкого. Этим силам противодействует фосфолипид сурфактант - поверхностно-активное вещество, выделяемое альвеолярным эпителием. Сурфактант препятствует спадению альвеол и уменьшает силы, необходимые для растяжения лёгких при вдохе.
Вещество (паренхима) лёгких имеет губчатое строение. В состав паренхимы входят бронхи, бронхиолы и их разветвления, альвеолы лёгкого, а также сосуды, нервы и соединительная ткань. Воспаление лёгких - пневмония.
16.3.5. Сосуды лёгких
Лёгкие имеют две системы кровеносных сосудов: одна служит для осуществления лёгкими специальной дыхательной функции, а другая - для обеспечения общих обменных процессов в самих лёгких.
Первая система сосудов представлена лёгочными артериями, венами и их разветвлениями, составляющими вместе малый, или лёгочный, круг кровообращения. По лёгочным артериям в лёгкие поступает богатая углекислым газом кровь, которая во время циркуляции по густой сети кровеносных капилляров, прилежащих к альвеолам лёгких, отдает углекислый газ и насыщается кислородом. По четырём лёгочным венам из лёгких в сердце течёт насыщенная кислородом кровь.
Вторая система сосудов представлена бронхиальными артериями и венами, входящими в состав большого круга кровообращения. По бронхиальным артериям, ветвям грудной аорты, с артериальной кровью доставляются в ткани лёгких кислород и питательные вещества, а
по бронхиальным венам удаляются из них различные продукты обмена. Между мелкими разветвлениями - артериолами и венулами двух систем сосудов лёгких существуют многочисленные анастомозы.
16.3.6. Строение плевры, плевральные полости
Плевра - серозная оболочка в виде тонкой блестящей пластинки, покрывающая лёгкие. Вокруг каждого лёгкого она образует замкнутый плевральный мешок. Плевра состоит из соединительнотканной основы, выстланной на свободной поверхности клетками плоского эпителия. В плевре, как и в других серозных оболочках, различают два листка: внутренний - висцеральная плевра и пристеночный - париетальная плевра. Висцеральная (лёгочная) плевра плотно сращена с веществом лёгкого (исключение составляет область ворот лёгкого, не покрытых плеврой). Париетальная плевра покрывает изнутри стенки грудной клетки и средостение. В зависимости от местоположения в париетальной плевре различают три части: рёберную плевру (покрывает рёбра и межрёберные мышцы), диафрагмальную плевру (покрывает диафрагму, за исключением сухожильного центра), медиастинальную (средостенную) плевру (ограничивает с боков средостение и срастается с околосердечной сумкой). Часть париетальной плевры, расположенная над верхушкой лёгкого, носит название купола плевры.
В местах перехода одной части париетальной плевры в другую образуются щелевидные пространства - плевральные синусы, в которые смещаются края лёгких во время глубокого вдоха. В синусах при заболеваниях лёгких и плевры могут накапливаться: серозная жидкость (гидроторакс), гной (пиоторакс), кровь (гемоторакс).
Между висцеральной и париетальной плеврами существует щелевидное пространство - плевральная полость. Она содержит небольшое количество серозной жидкости, которая увлажняет прилежащие друг к другу листки плевры и уменьшает трение между ними. Эта жидкость способствует также тесному прилеганию листков плевры, что играет роль в механизме вдоха. В полости плевры воздух отсутствует и давление в ней отрицательное (ниже атмосферного). Правая и левая плевральные полости между собой не сообщаются.
Травма грудной клетки с повреждением париетальной плевры может способствовать поступлению воздуха в плевральную полость - пневмотораксу, следствие которого - коллапс (сжатие) лёгкого.
Воспаление плевры - плеврит.
16.3.7. Границы лёгких и плевры
В медицинской практике принято определять проекции границ лёгких и плевры на поверхность грудной клетки. Различают переднюю, нижнюю и заднюю границы (рис. 16.4).
Переднюю границу правого лёгкого проводят от его верхушки косо вниз и внутрь через грудиноключичное сочленение до места соединения рукоятки и тела грудины. Отсюда передняя граница правого лёгкого спускается по телу грудины почти отвесно до уровня хряща VI ребра, где она переходит в нижнюю границу. Передняя граница левого лёгкого от его верхушки доходит по грудине только до уровня хряща IV ребра, затем отклоняется влево, пересекает косо хрящ V ребра, доходит до VI ребра, где продолжается в нижнюю границу. Такая разница передней границы правого и левого лёгких обусловлена несимметричным расположением сердца: большая его часть находится слева от срединной плоскости.
Для определения проекции нижней границы лёгких (и плевры) пользуются условно проведёнными вертикальными линиями, описанными в модуле 1.
Нижняя граница лёгких соответствует по среднеключичной линии VI ребру, по средней подмышечной линии - VIII ребру, по лопаточной линии - X ребру, по околопозвоночной линии - XI ребру. В проекции нижней границы правого и левого лёгких разница в 1-2 см (слева она ниже).
Задняя граница лёгких проходит по околопозвоночной линии.
Передняя и задняя границы правой и левой плевры почти совпадают с соответствующими границами лёгких. Нижняя граница плевры вследствие рёберно-диафрагмального синуса определяется по каждой вертикальной линии приблизительно на одно ребро ниже границы лёгкого. Купол плевры по своему положению совпадает с верхушкой лёгкого: он выступает в область шеи на 2-3 см выше ключицы, что соответствует уровню шейки I ребра (остистому отростку VII шейного позвонка).
Границы лёгких на живом человеке определяют путём перкуссии (выстукивания). Шумы в лёгких при дыхании оценивают с помощью прослушивания (аускультации).
16.4. СРЕДОСТЕНИЕ
Средостение - комплекс органов, заполняющих в грудной полости пространство между плевральными полостями (правой и левой). Это пространство ограничено спереди грудиной и частично рёберными хрящами, сзади - грудным отделом позвоночного столба, по бокам - медиастинальными плеврами, снизу - сухожильным центром диафрагмы, а вверху через верхнюю апертуру грудной клетки сообщается с областью шеи. Средостение подразделяют на два отдела - верхнее и нижнее.
Верхнее средостение расположено выше условной горизонтальной плоскости, проведённой от места соединения рукоятки и тела грудины до межпозвоночного хряща между телами IV и V грудных позвонков. В верхнем средостении расположены: вилочковая железа, плечеголовные вены, верхняя часть верхней полой вены, дуга аорты с отходящими от неё ветвями, трахея, верхние части пищевода и грудного лимфатического протока, симпатических стволов, блуждающих и диафрагмальных нервов.
Нижнее средостение находится ниже этой условной горизонтальной плоскости. В нём выделяют переднее, среднее и заднее средостение.
• Переднее средостение лежит между телом грудины спереди и грудной стенкой сзади. Оно содержит внутренние грудные сосуды (артерии и вены) и лимфоузлы.
• Среднее средостение содержит перикард с расположенным в нём сердцем и началом крупных сосудов, главные бронхи, лёгочные артерии и вены, диафрагмальные нервы с сопровождающими их сосудами, лимфоузлы.
• Заднее средостение ограничено перикардом впереди и позвоночником сзади. В него входят: пищевод, блуждающие нервы, грудная часть нисходящей аорты, непарная и полунепарная вены, лимфоузлы, нижние части грудного лимфатического протока, блуждающих и диафрагмальных нервов, симпатических стволов. Между органами средостения находится жировая соединительная ткань.
16.5. ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ
16.5.1. Этапы дыхательной функции
Процесс дыхания может быть разделен на последовательные этапы (рис. 16.5):
• внешнее, или лёгочное дыхание;
• газообмен между альвеолярным воздухом и кровью лёгоч- ных капилляров;
Внешнее дыхание - газообмен между атмосферным и альвеолярным воздухом. Внешнее дыхание происходит за счёт активности аппарата внешнего дыхания.
Аппарат внешнего дыхания включает дыхательные пути, лёгкие, плевру, скелет грудной клетки и её мышцы (собственно дыхательные и вспомогательные дыхательные), а также диафрагму - основную дыхательную мышцу. Главная функция аппарата внешнего дыхания - обеспечение организма кислородом и освобождение его от избытка углекислого газа. О функциональном состоянии внешнего дыхания можно судить по ритму, глубине, частоте дыхания, по величине лёгочных объёмов, по показателям поглощения кислорода и выделения углекислого газа и т.д.
16.5.2. Дыхательный цикл
Дыхательный цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы.
Длительность вдоха у взрослого человека составляет 0,9-4,7 с, длительность выдоха - 1,2-6 с. Дыхательная пауза - непостоянная составная часть дыхательного цикла. Она различна по величине и даже может отсутствовать.
Дыхательные движения совершаются с определённым ритмом и частотой, которые определяют по числу экскурсий грудной клетки в минуту. У взрослого человека частота дыхательных движений составляет 12-18 в минуту. У детей дыхание поверхностное и поэтому более частое, чем у взрослых. Так, у новорождённого частота дыхания около 60 в минуту, у 5-летнего ребёнка 25 в минуту. В любом возрасте частота дыхательных движений меньше количества сердечных сокращений в 4-5 раз.
16.5.3. Механизмы вдоха и выдоха
Вдох (инспирация) совершается вследствие увеличения объёма грудной клетки в трёх направлениях - вертикальном, сагиттальном (переднезаднем) и фронтальном. Изменение размеров грудной полости происходит за счёт сокращения дыхательных мышц - межрё- берных и диафрагмы, импульсы к которым посылает дыхательный центр. К вспомогательным мышцам вдоха, которые помогают при одышке, относят все мышцы, начинающиеся от черепа, позвоночника и костей плечевого пояса, способные поднять рёбра. Главные из
них: большие и малые грудные, лестничные, грудиноключично-сосцевидные и передние зубчатые.
В зависимости от преимущественного участия в акте вдоха мышц грудной клетки и диафрагмы различают грудной или рёберный и брюшной или диафрагмальный тип дыхания. У мужчин преобладает брюшной тип дыхания, у женщин - грудной.
При вдохе лёгкие пассивно следуют за увеличивающейся в размерах грудной клеткой. Дыхательная поверхность лёгких увеличивается, а давление в них снижается ниже атмосферного на 2 мм рт.ст. Это способствует поступлению воздуха в лёгкие. Во время вдоха увеличивается объём плевральной полости: давление в ней снижается и становится отрицательным (на 9 мм рт.ст. ниже атмосферного). Во время вдоха преодолевается эластическая тяга лёгких. Быстрому выравниванию давления в лёгких препятствует голосовая щель, так как в этом месте воздухопроводящие пути сужены. Только на высоте вдоха происходит полное заполнение воздухом расширенных альвеол.
Выдох (экспирация) происходит в результате расслабления наружных межрёберных мышц, опускания рёбер и поднятия купола диафрагмы. При этом грудная клетка возвращается в исходное положение, и дыхательная поверхность лёгких уменьшается. К важнейшим вспомогательным мышцам выдоха относят мышцы живота, оттягивающие рёбра вниз и сдавливающие органы брюшной полости, которые вслед за диафрагмой поднимаются вверх. Сужение воздухоносных путей в области голосовой щели обусловливает медленный выход воздуха из лёгких. В начале фазы выдоха давление в лёгких становится на 3-4 мм рт.ст. выше атмосферного, что облегчает выход воздуха из них в окружающую среду. Уменьшению объёма лёгких помогает их эластическая тяга.
16.5.4. Лёгочные объёмы
Для исследования функционального состояния аппарата внешнего дыхания широко используют определение лёгочных объёмов с помощью специальных приборов - спирометра и спирографа. Спирографический метод позволяет графически (в виде кривой) регистрировать величины лёгочных объёмов (рис. 16.6).
• Дыхательный объём. В состоянии покоя человек вдыхает и выдыхает около 500 мл (300-600 мл) воздуха - это дыхательный объём. Следует иметь в виду, что не весь объём вдыхаемого воздуха (500 мл) достигает альвеол. Часть его (140-150 мл) остаётся в мёртвом пространстве - в дыхатель-1 - дыхательный объем в покое;
2 - резервный объем вдоха;
3 - резервный объем выдоха;
4 - остаточный воздух; 5 - воздух вредного пространства; 6 - дыхательный объем при форсированном дыхании; 7 - жизненная емкость легких.
Таким образом, при спокойном дыхании в альвеолы попадает не 500 мл воздуха, а 350 мл.
• Резервные объёмы вдоха и выдоха. После спокойного вдоха человек может вдохнуть ещё 1500-2000 мл - резервный объём вдоха, а после спокойного выдоха может выдохнуть ещё 1500 мл - резервный объём выдоха.
• Жизненная ёмкость лёгких - совокупность дыхательного объ- ёма, резервных объёмов вдоха и выдоха. Это тот объём воздуха, который может максимально вдохнуть человек после максимального выдоха. Для взрослого здорового мужчины жизненная ёмкость лёгких в среднем составляет 4000-5000 мл.
• Остаточный объём. После максимально глубокого выдоха лёгкие не освобождаются полностью от всего воздуха - в них остается 1000-1500 мл воздуха - это остаточный объём.
• Общая ёмкость лёгких состоит из жизненной ёмкости лёгких и остаточного объёма воздуха.
Резервы внешнего дыхания, обеспечивающие вентиляцию лёгких, велики. Так, в покое частота дыхательных движений человека составляет 16-20 в минуту, дыхательный объём лёгких - 0,5 л.
16.5.5. Лёгочная вентиляция, её типы
Лёгочная вентиляция (минутный объём дыхания) - количество воздуха, обмениваемое в минуту; её определяют путём умножения дыхательного объёма на число дыханий в минуту. У взрослого человека в состоянии покоя лёгочная вентиляция составляет 6-8 л/мин, при средней мышечной работе - 80 л/мин, при тяжёлой физической работе - 120-150 л/мин.
На основе учёта парциального давления газов в альвеолах применяют следующие термины для разных типов вентиляции:
• гипервентиляция - усиленная вентиляция, превышающая метаболические потребности организма (парциальное давление углекислоты меньше 40 мм рт.ст.);
• гиповентиляция - пониженная вентиляция (парциальное давление углекислоты больше 40 мм рт.ст.);
• повышенная вентиляция - любое увеличение альвеолярной вентиляции по сравнению с уровнем покоя независимо от парциального давления газов в альвеолах;
• гиперпноэ - увеличение глубины дыхания;
• тахипноэ - увеличение частоты дыхания;
• апноэ - остановка дыхания.
16.5.6. Состав воздуха: вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного
Человек дышит атмосферным воздухом, который имеет следующий состав: 20,94% кислорода, 0,03% углекислого газа, 79,03% азота. В выдыхаемом воздухе обнаруживают 16,3% кислорода, 4% углекислого газа, 79,7% азота.
Состав выдыхаемого воздуха непостоянен и зависит от интенсивности обмена веществ, а также от частоты и глубины дыхания. Стоит задержать дыхание или сделать несколько дыхательных движений, как состав выдыхаемого воздуха изменяется. Сравнение состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха служит доказательством существования внешнего дыхания.
16.5.7. Газообмен в лёгких
Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью лёгочных капилляров происходит вследствие разницы парциального давления кислорода и углекислого газа в альвеолах и напряжения этих газов в крови.
Парциальное давление - часть общего давления в смеси газов, которое приходится на долю конкретного газа. Парциальное давление газа в жидкости называют напряжением.
В связи с тем, что парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе (106 мм рт.ст.) больше, чем в крови лёгочных капилляров (40 мм рт.ст.), кислород диффундирует в капилляры. С другой стороны, напряжение углекислого газа в крови капилляров (47 мм рт.ст.) больше, чем в альвеолярном воздухе (40 мм рт.ст), поэтому углекислый газ диффундирует в альвеолы, в сторону меньшего давления.
Следует учесть, что скорость диффузии углекислого газа через стенки альвеол в 20-25 раз выше скорости диффузии кислорода, поэтому обмен углекислого газа в лёгких происходит достаточно полно, а обмен кислорода - частично. Скорость диффузии кислорода через альвеолярные стенки в кровь составляет 1/20-1/25 скорости диффузии углекислого газа, поэтому в оттекающей от лёгких крови парциальное давление кислорода на 6 мм рт.ст. меньше, чем в альвеолярном воздухе.
16.5.8. Транспорт газов кровью
Транспорт газов осуществляется кровью и обеспечивается разностью парциального давления (напряжения) газов по пути их следования: кислорода от лёгких к тканям, углекислого газа от клеток к лёгким.
Кислород плохо растворим в плазме крови (всего 0,3 мл О2 в 100 мл плазмы крови), поэтому основную роль в его транспорте выполняет гемоглобин эритроцитов, образующий с ним нестойкое соединение оксигемоглобин.
Гипоксемия - уменьшение концентрации кислорода в крови.
Углекислый газ транспортируется к лёгким в растворённом виде (2,5-3 мл СО2 в 100 мл крови) в виде непрочных соединений - угольной кислоты, бикарбонатов натрия и калия. Только часть СО2 - до 25-30% - соединяется с гемоглобином, образуя нестойкое соединение - карбгемоглобин. Таким образом, при транспорте две трети СО2 находятся в плазме и лишь одна треть - в эритроцитах.
16.5.9. Газообмен между кровью и тканями
Пониженное парциальное давление кислорода в тканях (0- 20 мм рт.ст.) по сравнению с высоким парциальным давлением кислорода в атмосферном воздухе заставляет этот газ проникать в ткани. Для углекислого газа градиент (перепад) давления направлен в противоположную сторону: в тканях парциальное давление углекислого газа 60 мм рт.ст., а в атмосферном воздухе - всего 0,2 мм рт.ст. В результате углекислый газ удаляется из тканей.
На интенсивность газообмена влияют: кислотность среды, температура тела человека, длина капилляров, скорость кровотока и др. Чем интенсивнее обмен веществ в ткани, тем плотнее в ней сеть капилляров: например, в миокарде на каждое мышечное волокно приходится один капилляр. Потребность органов в кислороде различна: она велика в миокарде, коре больших полушарий, печени, корковом веществе почек и уменьшена в мышцах, белом веществе головного мозга. Снабжение кислородом сердца максимально во время диастолы и минимально во время систолы. Потребность миокарда в кислороде на короткое время удовлетворяет дыхательный мышечный белок миоглобин, но его запасы ограничены. Необходимое напряжение кислорода в крови и тканях воз