Строение. Гортань, larynx, расположена в передней области шеи. Вверху она с помощью связок соединяется с подъязычной костью, внизу продолжается в трахею (рис. 4). Верхняя граница гортани расположена на уровне межпозвоночного диска между IV и V шейными позвонками. Нижняя — на уровне VII шейного позвонка. Спереди гортань прикрыта мышцами шеи. Сзади от нее расположена глотка, сбоку проходят сонные артерии, внутренняя яремная вена и блуждающий нерв.
В полости гортани можно выделить три отдела: верхний — преддверие, средний — промежуточную часть и нижний — подголосовую полость. Границами между отделами являются парные преддверные и голосовые складки, ограничивающие две щели, которые также называются преддверной и голосовой. Просвет голосовой щели более узкий и может изменяться под действием мышц гортани. Верхний отдел гортани довольно широкий. Он простирается от входа в гортань до преддверных складок. Промежуточная часть представляет собой самый узкий отдел. Это пространство ограничено сверху преддверными, а снизу — голосовыми складками. В промежуточной части между складками с каждой стороны расположено углубление — желудочек гортани (морганиев желудочек). Желудочки гортани играют роль резонаторов воздуха при голосообразовании. Кроме того, они обеспечивают согревание вдыхаемого воздуха. Ниже голосовых складок расположена подголосовая полость. По направлению книзу она постепенно расширяется и продолжается в полость трахеи. Благодаря отличающейся ширине просвета различных отделов гортани на фронтальном и сагиттальном срезах она имеет форму песочных часов (рис. 5).
Рис. 4. Гортань (вид спереди):
Подъязычная кость; 2 — верхний рог щитовидного хряща; 3 — пластинка щитовидного хряща; 4 — нижний рог щитовидного хряща; 5 — перстневидный хрящ; 6 — хрящи трахеи; 7 — кольцеобразные связки трахеи; 8 — перстнещитовидный сустав; 9 — эластический конус; 10 — верхняя вырезка щитовидного хряща; 11 — щитоподъязычная мембрана
Рис. 5. Поперечный разрез гортани (вид сзади):
I — преддверие гортани; II — промежуточная часть; III — подголосовая полость; 7 — надгортанник; 2 — щитовидный хрящ; 3 — преддверная складка; 4 — желудочек гортани; 5 — голосовая мышца; 6 — перстнещитовидная мышца; 7 — перстневидный хрящ; 8 — хрящ трахеи; 9 — голосовая складка
Основу органа образуют хрящи, которые разделяют на парные и непарные. Непарными являются щитовидный, перстневидный и надгортанный хрящи (рис. 6), к парным относят черпаловидный, конусовидный, рожковидный и зерновидный.
Щитовидный хрящ в виде «щита» спереди закрывает остальные. Он состоит из двух пластинок, соединенных под острым углом, который называется выступом гортани. Он легко прощупывается (пальпируется) под кожей в области шеи в виде плотного по консистенции возвышения. У мужчин это образование хорошо выражено и называется кадыком (Адамово яблоко). От каждой пластинки отходит верхний и нижний рога. Между подъязычной костью и щитовидным хрящом располагается щитоподъязычная мембрана.
Надгортанный хрящ лежит кзади от корня языка, над входом в гортань. Он имеет широкую верхнюю часть — пластинку, которая книзу суживается, образуя стебелек, или ножку. Надгортанный хрящ, покрытый слизистой оболочкой, называется надгортанником. Основная его функция — препятствие для попадания в нижние дыхательные пути воды и пищи.
Перстневидный хрящ расположен ниже остальных и образует основание гортани. Свое название он получил благодаря специфической форме перстня. В нем выделяют дугу и пластинку.
Черпаловидный хрящ парный. Он расположен сзади на пластинке перстневидного хряща. Он имеет голосовой и мышечный отростки. Между щитовидным хрящом и голосовым отростком натянута голосовая связка. Мышечный отросток служит для фиксации некоторых мышц гортани. Остальные парные хрящи незначительных размеров и расположены в слизистой оболочке в области входа в гортань — конусовидный и рожковидный, а в толще латеральной части щитоподъязычной мембраны — зерновидный.
Рис. 6. Хрящи и мышцы гортани:
А, г — вид сбоку; б — вид спереди; в, д — вид сзади; е — сагиттальный разрез; 1 — перстневидный хрящ; 2 — выступ гортани; 3 — надгортанник; 4 — верхний рог щитовидного хряща; 5 — нижний рог щитовидного хряща; б — дуга перстневидного хряща; 7 — перстнещитовидный сустав; 8 — черпаловидный хрящ; 9 — перстнечерпаловидный сустав; 10 — пластинка перстневидного хряща; 11 — латеральная перстнечерпаловидная мышца; 12 — черпалонадгортанная мышца; 13 — щиточерпаловидная мышца; 14 — задняя перстнечерпаловидная мышца; 15 — косая черпаловидная мышца; 16 — поперечная черпаловидная мышца; 17 — преддверная складка; 18 — желудочек гортани; 19 — голосовая складка
Хрящи гортани соединяются между собой с помощью связок и суставов. Щитовидный хрящ с перстневидным соединяются с помощью двух перстнещитовидных суставов. Перстнечерпаловидные суставы расположены между перстневидным хрящом и основаниями черпаловидных хрящей. В этом суставе черпаловидный хрящ вращается вокруг вертикальной оси, что приводит к расширению или сужению голосовой щели.
Мышцы гортани — поперечнополосатые и сокращаются произвольно. Их классифицируют на скелетные и собственные. Скелетные мышцы гортани перемещают ее вверх или вниз при глотании и образовании голоса. Согласно классификации они относятся к мышцам шеи, расположенным ниже подъязычной кости (грудино-щитовидная и щитоподъязычная). Собственные мышцы гортани по функции подразделяют на четыре группы:
1. Мышцы, влияющие на ширину входа в гортань: черпалонадгортанная мышца, которая закрывает вход в гортань.
2. Мышцы, влияющие на положение надгортанника: щитонадгортанная мышца, поднимающая надгортанник.
3. Мышцы, влияющие на ширину голосовой щели:
- расширяющая (задняя перстнечерпаловидная);
- суживающие (боковая перстнечерпаловидная, щиточерпаловидная; поперечная и косая черпаловидные мышцы);
4. Мышцы, влияющие на состояние голосовой связки:
- напрягающие (перстнещитовидная мышца);
- расслабляющие (голосовая мышца).
Изнутри гортань покрыта слизистой оболочкой, поверхность которой выстлана мерцательным эпителием. Только в области голосовой складки расположен многослойный плоский неороговевающий эпителий.
Слизистая оболочка, за исключением области голосовых складок, срастается с подслизистой основой рыхло. Особенно это характерно для области преддверных складок. В этих местах возможно возникновение отеков, затрудняющих дыхание. Такое состояние носит название «ложный круп», возникающий у детей раннего возраста.
ФУНКЦИИ ГОРТАНИ. Гортань относится к нижним дыхательным путям и обеспечивает проведение воздуха. В слизистой оболочке гортани и трахеи расположены многочисленные рецепторы, при раздражении которых возникает так называемый кашлевой рефлекс, являющийся защитным механизмом при попадании большого числа пылевых частиц. Одновременно гортань является органом голосообразования.
ГОЛОСООБРАЗОВАНИЕ осуществляется благодаря голосовым связкам, расположенным в одноименных складках. На образование звуков влияют степень их натяжения, а также ширина голосовой щели (рис. 7). При спокойном дыхании она составляет 5 мм, при глубоком дыхании и громком крике — 15 мм. При разговоре ширина голосовой щели изменяется — то сужается, то расширяется. Существенную роль в произнесении звуков играет степень натяжения голосовых связок. Они напрягаются и расслабляются под влиянием соответствующих мышц. На выдохе струя воздуха, проходя через голосовую щель, приводит связки и складки в колебательные движения. При этом образуются звуки, которые зависят от частоты и амплитуды колебания связок. Частота колебания определяет высоту голоса, а амплитуда — его силу. Кроме того, голос зависит от положения языка, губ, мягкого нёба, проходимости полости носа и его придаточных пазух. Мужчины обладают более длинными голосовыми складками по сравнению с женщинами. Поэтому мужской голос, как правило, ниже женского.
Рис. 7. Формы голосовой щели при различных функциональных состояниях (схема):
А — голосовая щель при фонации; б — голосовая щель при спокойном дыхании; в — голосовая щель при глубоком дыхании; 1 — голосовая связка; 2 — перепончатая часть голосовой щели; 3 — хрящевая часть голосовой щели; 4 — мышечный отросток черпаловидного хряща; 5 — перстневидный хрящ; 6 — голосовой отросток черпаловидного хряща; 7 — щитовидный хрящ
ТРАХЕЯ И ГЛАВНЫЕ БРОНХИ
Трахея (дыхательное горло), trachea, — полая цилиндрическая трубка длиной 11-13 см. Она начинается от гортани на уровне VII шейного позвонка. Между IV и V грудными позвонками она разделяется на два главных бронха, образуя бифуркацию трахеи. В трахее выделяют шейную и грудную части. В шейном отделе к ней прилежит щитовидная железа. В грудной полости трахея располагается в средостении, разграничивая его на переднее и заднее. Здесь к ней прилегают крупные сосуды, включая аорту. Позади трахеи на всем ее протяжении находится пищевод.
Слизистая оболочка трахеи выстлана мерцательным эпителием. В ней содержатся многочисленные железы. Основу органа составляют 15-20 хрящевых полуколец, которые соединяются между собой с помощью связок. Задняя стенка лишена хрящевой ткани — это перепончатая часть трахеи. Ее основу составляет соединительная ткань и гладкие мышцы, расположенные в поперечном направлении. Благодаря наличию хрящевых полуколец трахея не спадается при дыхании. Снаружи орган покрыт адвентициальной оболочкой.
Главные бронхи, bronchi principales, расходятся под углом 70°. Правый главный бронх короче и шире, длиной 3 см, он расположен более вертикально и является непосредственным продолжением трахеи. Вследствие данной особенности инородные тела чаще попадают в этот бронх (в 70-80 % случаев). Левый главный бронх длиной 4-5 см.
Главные бронхи входят в состав ворот легких, внутри которых они разделяются, давая начало бронхиальному дереву. Принципы строения стенки главных бронхов и стенки трахеи сходны. Она так же, как и трахея, состоит из хрящевых полуколец. Слизистая оболочка изнутри выстлана мерцательным эпителием. Снаружи главные бронхи покрыты адвентициальной оболочкой.
ЛЕГКИЕ
Строение легких. Легкое, pulmo, — это паренхиматозный орган, расположенный в грудной полости (рис. 8). Правое легкое немного преобладает по размерам над левым. Масса правого легкого колеблется в норме от 360 до 570 г, левого — 325-480 г. В каждом легком выделяют диафрагмальную, реберную, средостенную и междолевые поверхности. Сзади в пределах реберной поверхности выделяют позвоночную часть. Свое название поверхности легких получили от образований, к которым они прилежат.
Диафрагмальная поверхность соприкасается с диафрагмой, реберная — с внутренней поверхностью ребер, средостенная — с органом средостения, а ее позвоночная часть — с грудным отделом позвоночного столба, междолевые поверхности долей легкого прилежат друг к другу. Средостенная поверхность левого легкого в нижней части имеет углубление — сердечную вырезку.
Друг от друга поверхности отделены краями. Передний край расположен между реберной и средостенной поверхностями; задний — между средостенной и реберной; нижний отделяет реберную и средостенную поверхности от диафрагмальной.
Рис. 8. Легкие:
Трахея; 2 — верхушка легкого; 3 — верхняя доля; 4 — реберная поверхность; 5 — нижняя доля; 6 — нижний край; 7 — средостенная поверхность; 8— передний край; 9 — главные бронхи; 10 — средняя доля; 11 — косая щель; 12 — горизонтальная щель
Каждое легкое имеет верхушку и основание. Верхушка расположена над ключицей и выступает примерно на 2 см выше. Основание соответствует диафрагмальной поверхности. Снаружи легкие покрыты серозной оболочкой — висцеральной плеврой.
Каждое легкое состоит из долей, разделенных щелями. В правом легком различают три доли: верхнюю, среднюю и нижнюю. В левом — две: верхнюю и нижнюю. Косая щель имеется в каждом легком, пересекает все три его поверхности, проникая внутрь органа. В левом легком она отделяет нижнюю долю от верхней, в правом — нижнюю от верхней и средней. Косая щель идет почти одинаково на обоих легких. Начинается она на заднем крае примерно на уровне III грудного позвонка, идет вперед, а затем направляется по реберной поверхности вперед и вниз по ходу VI ребра. В правом легком кроме косой щели имеется горизонтальная щель. Она отделяет от верхней доли треугольный участок — среднюю долю. Горизонтальная щель начинается от косой щели и проходит в проекции IV ребра.
Доли легких состоят из сегментов, т.е. участков в форме конуса, который обращен основанием к поверхности легкого, а верхушкой — к его корню. Между собой сегменты разделены рыхлой соединительной тканью. Это позволяет при некоторых хирургических вмешательствах удалять не всю долю легкого, а лишь пораженный сегмент. В обоих легких выделяют по 10 сегментов. Каждый состоит из долек — участков легкого пирамидальной формы. Максимальный ее размер не превышает 10-15 мм. В общей сложности в обоих легких насчитывается около 1000 долек.
На средостенной поверхности расположены ворота легких, куда входят главный бронх, легочная артерия и нервы, а выходят две легочные вены и лимфатические сосуды. Эти образования, окруженные соединительной тканью, составляют корень легкого. В корне левого легкого сверху расположена легочная артерия, затем — главный бронх, ниже которого находятся две легочные вены (ПРАВИЛО А-Б-В). В правом легком элементы его корня расположены ПО ПРАВИЛУ Б-А-В: главный бронх, затем легочная артерия, ниже — легочные вены. Легочная артерия несет бедную кислородом (венозную) кровь от правого желудочка сердца. Легочные вены транспортируют артериальную, насыщенную кислородом кровь в левое предсердие. Следует отметить, что обеспечение легочной ткани питательными веществами и кислородом сосудами малого круга кровообращения не осуществляется. Эту функцию берут на себя бронхиальные артерии, отходящие от грудной части аорты. Основное предназначение малого круга — удаление из крови углекислого газа и насыщение ее кислородом.
БРОНХИАЛЬНОЕ ДЕРЕВО
Главный бронх в воротах легкого делится на долевые, количество которых соответствует количеству долей (в правом 3, в левом — 2). Эти бронхи входят в каждую долю и разделяются на сегментарные. Соответственно количеству сегментов выделяют 10 сегментарных бронхов. В бронхиальном дереве сегментарный бронх является бронхом III порядка (долевой — II, главный — I). Сегментарные в свою очередь разделяются на субсегментарные (9-10 порядков ветвления). Бронх диаметром около 1 мм входит в дольку легкого, поэтому называется дольковым. Он также многократно делится. Бронхиальное дерево заканчивается концевыми (терминальными) бронхиолами.
Слизистая оболочка внутрилегочных бронхов изнутри выстлана мерцательным эпителием. В ней расположены многочисленные слизистые железы. Реснички эпителия перемещают слизь с осевшими на ней частицами вверх, по направлению к глотке. Под слизистой оболочкой находятся гладкие мышечные клетки, а снаружи от них — хрящ. Хрящевые полукольца в стенке главного бронха превращаются в долевых бронхах в хрящевые кольца. С уменьшением калибра уменьшаются размеры хрящевых пластинок. Постепенно кольца превращаются лишь в небольшие «включения» хряща. Выраженность гладких мышц с уменьшением диаметра бронхов возрастает.
Бронхиолы в отличие от бронхов не имеют в стенке хрящевых элементов, их средняя оболочка представлена только гладкой мускулатурой. В связи с такими особенностями строения многие дыхательные расстройства возникают на уровне бронхиол (бронхиальная астма, бронхоэктатическая болезнь, бронхоспастический синдром и т.д.). Наружная оболочка представлена рыхлой волокнистой соединительной тканью, которая отделяет бронхи от паренхимы легких.
Терминальные бронхиолы заканчивают воздухоносный отдел дыхательной системы. Они переходят в респираторные (дыхательные) бронхиолы (I, II, III порядков). Их отличительной особенностью является наличие отдельных тонкостенных выпячиваний — альвеол (рис. 9). Респираторные бронхиолы III порядка дают начало альвеолярным ходам, которые заканчиваются скоплениями альвеол — альвеолярными мешочками. Респираторные бронхиолы I, II, III порядков, альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки образуют ацинус — структурно-функциональную единицу легкого, в которой происходит обмен газов между внешней средой и кровью.
Стенка альвеол состоит из одного слоя клеток — альвеолоцитов, расположенных на базальной мембране. По другую сторону базальной мембраны находится густая сеть кровеносных капилляров. Альвеолярный эпителий постоянно вырабатывает поверхностно-активное вещество (ПАВ), называемое СУРФАКТАНТОМ, который снижает поверхностное натяжение и препятствует слипанию альвеол при выдохе. Он также очищает их поверхность от попавших с воздухом инородных частиц и обладает бактерицидной активностью.
Рис. 9. Схема внутреннего строения легкого:
Ветвь легочной артерии; 2 — сегментарный бронх; 3 — терминальная бронхиола; 4 — альвеолы; 5 — альвеолярный ход; 6 — респираторная бронхиола; 7 — висцеральная плевра; 8 — сеть капилляров; 9 — нервные волокна; 10 — субсегментарный бронх; 11 — гладкие мышцы; 12 — бронхиальная артерия; 13 — бронхиальная вена
Таким образом, альвеолярный воздух и кровь непосредственно не сообщаются между собой. Они разделяются так называемой альвеолярно-капиллярной мембраной, или аэрогематическим барьером. В состав его входят: сурфактант, альвеолоциты, базальная мембрана (общая для альвеолоцитов и эндотелиоцитов), эндотелий капилляров.
Суммарная площадь аэрогематического барьера составляет примерно 70-80 м2. Газы переходят через альвеолярно-капиллярную мембрану путем диффузии. Направление и интенсивность перехода газов зависит от их концентрации в воздухе и крови.
ГРАНИЦЫЛЕГКИХ.
Различают верхнюю, переднюю, нижнюю и заднюю границы легкого (рис. 10). Верхняя граница соответствует верхушке легкого. Она одинакова справа и слева — выступает спереди над ключицей на 2-3 см. Сзади она проецируется на уровне остистого отростка VII шейного позвонка. Передняя граница правого легкого идет от верхушки к правому грудиноключичному суставу и далее опускается по срединной линии до хряща VI ребра. Там она переходит в нижнюю границу. Передняя граница левого легкого проходит так же, как у правого легкого, но только до уровня хряща IV ребра. В этом месте она резко отклоняется влево до окологрудинной линии, а затем поворачивает вниз, продолжаясь до хряща VI ребра (соответствует сердечной вырезке). Нижняя граница правого легкого пересекает по среднеключичной линии VI ребра; по передней подмышечной линии — VII; по средней подмышечной — VIII; по задней подмышечной — IX; по лопаточной линии — X; по околопозвоночной — XI ребро. Такое смещение нижней границы легкого по каждой линии на одно ребро называется анатомическими часами. Нижняя граница левого легкого идет на ширину одного ребра ниже, т.е. по соответствующим межреберьям. Задняя граница легких соответствует заднему краю органа и проецируется вдоль позвоночного столба от головки II ребра до шейки XI ребра по околопозвоночной линии.
Рис. 10. Границы легких и плевры:
Верхняя граница легких и плевры; 2 — передняя граница легких и плевры; 3 — сердечная вырезка (проекция); 4 — нижняя граница легкого; 5 — нижняя граница плевры; 6 — косая щель (проекция); 7 — горизонтальная щель (проекция); I-IX — ребра
ПЛЕВРАЛЬНАЯ ПОЛОСТЬ
Каждое легкое снаружи покрыто серозной оболочкой — плеврой. Выделяют висцеральный и париетальный листки плевры. Висцеральный листок покрывает легкое со всех сторон, заходит в щели между долями, плотно срастается с подлежащей тканью. По поверхности корня легкого висцеральная плевра, не прерываясь, переходит в париетальную (пристеночную). Последняя выстилает стенки грудной полости, диафрагму и ограничивает с боков средостение. Она прочно срастается с внутренней поверхностью стенок грудной полости. Вследствие этого различают реберную, диафрагмальную и средостенную части париетальной плевры (рис. 11).
Рис. 11. Фронтальный разрез грудной клетки (сердце и легкие удалены):
Плевральная полость; 2 — полость перикарда; 3 — реберно-диафрагмальный синус; 4 — диафрагмально-средостенный синус; 5 — диафрагма (сухожильный центр); 6 — средостенная плевра; 7 — диафрагмальная плевра; 8 — реберная плевра
Между висцеральным и париетальным листками образуется щелевидное пространство, называемое плевральной полостью. Каждое легкое имеет свою замкнутую плевральную полость. Она заполнена небольшим количеством (20-30 мл) серозной жидкости. Эта жидкость удерживает соприкасающиеся листки плевры друг относительно друга, смачивает их и устраняет между ними трение. В плевральной полости имеются углубления — плевральные синусы: реберно-диафрагмальный, диафрагмально-средостенный и реберно-средостенный. Они ограничены частями париетальной плевры в местах их перехода друг в друга. Самый глубокий из них — реберно-диафрагмальный синус.
Легочная ткань очень эластична. За счет эластической тяги легкие стремятся к спадению. Препятствует их спадению именно наличие герметичных плевральных полостей. Они как бы фиксируют поверхность легких к стенкам грудной полости. Благодаря эластической тяге легких давление в плевральной полости всегда остается отрицательным относительно атмосферного (с разницей примерно 6 мм рт. ст.).
В случаях проникающих ранений грудной стенки, ткани легких или бронхов возможна разгерметизация плевральной полости. Она может возникать также вследствие различных патологических процессов, сопровождающихся разрушением легочной ткани и висцеральной плевры. При этих состояниях воздух проникает в плевральную полость. Наличие воздуха в плевральной полости получило название пневмоторакса. При пневмотораксе адекватная вентиляция легких становится невозможной. В случае обширной раны или длительного поступления воздуха в плевральную полость легкие полностью спадаются. Пневмоторакс подразделяют на открытый, закрытый и клапанный (напряженный).
Открытый пневмоторакс имеет место в тех случаях, когда плевральная полость непосредственно сообщается с атмосферным воздухом через раневой канал. Следовательно, воздух свободно перемещается из внешней среды в плевральную полость и обратно. Часто в этом случае можно наблюдать зияющую рану грудной стенки. Закрытый пневмоторакс возникает тогда, когда рана быстро закрывается смещающимися мягкими тканями, что исключает дальнейшее попадание воздуха в плевральную полость. Клапанный пневмоторакс считается наиболее опасным. Мягкие ткани грудной стенки или поврежденный бронх играют роль клапана. Они пропускают воздух в полость на вдохе и препятствуют его выходу из нее при выдохе. При этом воздух с каждым дыхательным движением нагнетается в плевральную полость (отсюда второе название данного вида пневмоторакса — напряженный). Давление в плевральной полости все больше возрастает, вызывая сдавление легкого и смещение средостения в здоровую сторону.
Накопление крови в плевральной полости носит название гемоторакс. При этом кровь под действием силы тяжести скапливается в нижележащих ее отделах. Продолжающееся кровотечение все больше оттесняет легкое вверх, а средостение — в здоровую сторону. В тяжелых случаях легкое полностью выключается из дыхания. Скопление в плевральной полости воздуха и крови одновременно называют гемопневмотораксом.
СРЕДОСТЕНИЕ
Средостение, mediastinum, — это комплекс органов (рис. 12), расположенных между двумя легкими (между плевральными полостями). Средостение подразделяют на два отдела: переднее и заднее. Условная граница между ними проходит по передней поверхности трахеи и главных бронхов. В переднем средостении расположены сердце с перикардом, вилочковая железа, диафрагмальные нервы и лимфатические узлы. В заднем средостении находятся трахея и главные бронхи, пищевод, блуждающий нерв, грудная часть аорты, симпатический ствол, грудной лимфатический проток, непарная и полунепарная вены, лимфатические узлы. Все пространство между этими органами заполнено рыхлой волокнистой соединительной тканью и жировой клетчаткой.
Рис. 12. Горизонтальный разрез грудной клетки на уровне VI грудного позвонка:
Аорта; 2 — ворота легкого; 3 — нижняя доля левого легкого; 4 — верхняя доля левого легкого; 5 — висцеральная плевра; 6 — перикард; 7 — плевральная полость; 8 — сердце; 9 — грудина; 10 — верхняя доля правого легкого; 11 — реберная плевра; 12 — средняя доля правого легкого; 13 — нижняя доля правого легкого; 14 — ребро; 15 — нижний угол лопатки; 16 — пищевод; 17— тело VI грудного позвонка
ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ
БИОМЕХАНИКА ДЫХАТЕЛЬНОГО АКТА. Частота дыхательных движений (ЧДД) в покое составляет 16-18 в минуту и обеспечивается дыхательными мышцами. Учащенное дыхание называют тахипноэ, а редкое — брадипноэ. Различают мышцы вдоха и выдоха. Первые в свою очередь классифицируют на основные и вспомогательные. При этом вспомогательные мышцы включаются в обеспечение вдоха только в экстренных ситуациях, а в обычных условиях они выполняют иные функции. К ОСНОВНЫМ МЫШЦАМ ВДОХА относят: диафрагму, наружные межреберные мышцы и мышцы, поднимающие ребра. Во время вдоха объем грудной полости увеличивается в основном за счет опускания купола диафрагмы и поднимания ребер. Диафрагма обеспечивает 2/3 объема вентиляции. В обстоятельствах, затрудняющих вентиляцию легких (бронхиальная астма, пневмония), в обеспечении вдоха принимают участие вспомогательные мышцы: мышцы шеи (грудино-ключично-сосцевидная и лестничные), груди (большая и малая грудные, передняя зубчатая), спины (задняя верхняя зубчатая мышца).
МЫШЦАМИ ВЫДОХА ЯВЛЯЮТСЯ: внутренние межреберные мышцы, подреберные мышцы и поперечная мышца груди, задняя нижняя зубчатая мышца. При этом вдох идет более активно и с большей затратой энергии. Выдох же осуществляется пассивно под действием эластичности легких и тяжести грудной клетки. Сокращение мышц на выдохе имеет вспомогательный характер.
Выделяют два типа дыхания — грудной и брюшной. При грудном типе преобладает увеличение объема грудной клетки за счет поднимания ребер, а не за счет опускания купола диафрагмы. Этот тип дыхания более характерен для женщин. Брюшной тип дыхания обеспечивается в первую очередь диафрагмой. При опускании купола происходит смещение органов живота вниз, что сопровождается выпячиванием передней брюшной стенки на вдохе. На выдохе купол диафрагмы поднимается и передняя брюшная стенка возвращается в исходное положение. Брюшной тип дыхания чаще наблюдается у мужчин.
МЕХАНИЗМ ПЕРВОГО ВДОХА НОВОРОЖДЕННОГО.
Легкие начинают обеспечивать организм кислородом с момента рождения. До этого плод получает O2 через плаценту по сосудам пуповины. Во внутриутробном периоде происходит бурное развитие дыхательной системы: формируются воздухоносные пути, альвеолы. Следует отметить, что легкие плода с момента их образования находятся в спавшемся состоянии. Ближе к рождению начинает синтезироваться сурфактант. Установлено, что, еще находясь в организме матери, плод активно тренирует дыхательную мускулатуру: диафрагма и другие дыхательные мышцы периодически сокращаются, имитируя вдох и выдох. Однако околоплодная жидкость при этом не поступает в легкие: голосовая щель у плода находится в сомкнутом состоянии.
После родов поступление кислорода в организм новорожденного прекращается, так как пуповина перевязывается. Концентрация O2 в крови плода постепенно уменьшается. В то же время постоянно увеличивается содержание CO2, что приводит к закислению внутренней среды организма. Эти изменения регистрируются хеморецепторами дыхательного центра, который расположен в продолговатом мозге. Они сигнализируют об изменении гомеостаза, что ведет к активации дыхательного центра. Последний посылает импульсы к дыхательным мышцам — возникает первый вдох. Голосовая щель раскрывается, и воздух устремляется в нижние дыхательные пути и далее — в альвеолы легких, расправляя их. Первый выдох сопровождается возникновением характерного крика новорожденного. На выдохе альвеолы уже не слипаются, так как этому препятствует сурфактант. У недоношенных детей, как правило, количество сурфактанта недостаточно для обеспечения нормальной вентиляции легких. Поэтому у них после рождения часто наблюдаются различные дыхательные расстройства.
ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ОБЪЕМЫ
Для оценки функции легких большое значение имеет определение дыхательных объемов, т.е. количества вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Данное исследование проводится при помощи специальных приборов — спирометров.
Определяют дыхательный объем, резервные объемы вдоха и выдоха, жизненную емкость легких, остаточный объем, общую емкость легких.
Дыхательный объем (ДО) — количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании за один цикл (рис. 13). Он составляет в среднем 400-500 мл. Объем воздуха, проходящий через легкие при спокойном дыхании за 1 мин, называют минутным объемом дыхания (МОД). Его вычисляют, умножая ДО на частоту дыхания (ЧД). В состоянии покоя человеку требуется 8-9 л воздуха в минуту, т.е. около 500 л в час, 12000-13 000 л в сутки.
При тяжелой физической работе МОД может многократно увеличиваться (до 80 и более литров в минуту). Необходимо отметить, что далеко не весь объем вдыхаемого воздуха участвует в вентиляции альвеол. Во время вдоха часть его не доходит до ацинусов. Она остается в воздухоносных путях (от носовой полости до терминальных бронхиол), где отсутствует возможность для диффузии газов в кровь. Объем воздухоносных путей, в котором находящийся воздух не принимает участия в газообмене, называют дыхательным мертвым пространством. У взрослого человека на «мертвое пространство» приходится около 140-150 мл, т.е. примерно 1/3 ДО.
Резервный объем вдоха (РОвд) — количество воздуха, которое человек может вдохнуть при самом сильном максимальном вдохе после спокойного вдоха, т.е. сверх дыхательного объема. Он составляет в среднем 1500-3000 мл.
Резервный объем выдоха (РОвыд) — количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха. Он составляет около 700-1000 мл.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — это количество воздуха, которое человек может максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха. Этот объем включает в себя все предыдущие (ЖЕЛ = ДО + + РОвд + РОвыд) и составляет в среднем 3500-4500 мл.
Рис. 13. Спирограмма:
ДО — дыхательный объем; РОвд — резервный объем вдоха; РОвыд — резервный объем выдоха; ЖЕЛ — жизненная емкость легких
Остаточный объем легких (ООЛ) — это количество воздуха, остающееся в легких после максимального выдоха. Этот показатель в среднем равен 1000-1500 мл. За счет остаточного объема препараты легких не тонут в воде. На этом явлении основана судебно-медицинская экспертиза мертворожденности: если плод родился живым и дышал, его легкие, будучи погруженными в воду, не тонут. В случае же рождения мертвого, не дышавшего плода, легкие опустятся на дно. Кстати, свое название легкие получили именно благодаря наличию в них воздуха. Воздух значительно уменьшает общую плотность этих органов, делая их легче воды.
Общая емкость легких (ОЕЛ) — это максимальное количество воздуха, которое может находиться в легких. Этот объем включает в себя жизненную емкость и остаточный объем (ОЕЛ = ЖЕЛ + ООЛ). Он составляет в среднем 4500-6000 мл.
Жизненная емкость легких находится в прямой зависимости от степени развития грудной клетки. Известно, что физические упражнения и тренировка дыхательной мускулатуры в молодом возрасте способствуют формированию широкой грудной клетки с хорошо развитыми легкими. После 40 лет ЖЕЛ начинает постепенно уменьшаться.
ДИФФУЗИЯ ГАЗОВ
Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха довольно постоянен. Во вдыхаемом воздухе содержится O2 около 21 %, CO2 – 0,03 %. В выдыхаемом: O2 около 16-17 %, CO2 – 4 %. Следует отметить, что выдыхаемый воздух отличается по составу от альвеолярного, т.е. находящегося в альвеолах (O2 14,4%, CO2 5,6%). Связано это с тем, что при выдохе содержимое ацинусов смешивается с воздухом, находящимся в «мертвом пространстве». Как уже было сказано, воздух этого пространства не принимает участия в газообмене. Количество вдыхаемого и выдыхаемого азота практически одинаково. Во время выдоха из организма выделяются пары воды. Остальные газы (в том числе, инертные) составляют ничтожно малую часть атмосферного воздуха. Следует отметить, что человек способен переносить большие концентрации кислорода в окружающей его воздушной среде. Так, при некоторых патологических состояниях в качестве лечебного мероприятия используют ингаляцию 100% O2. В то же время длительное вдыхание этого газа вызывает негативные последствия.
Переход газов через аэрогематический барьер обусловлен разностью их концентраций по обе стороны этой мембраны. Для газовой среды применяют такое понятие, как «парциальное давление», это та часть общего давления газовой смеси, которая приходится на данный газ. Если принять атмосферное давление за 760 мм рт. ст., парциальное давление кислорода в воздушной смеси будет составлять примерно 160 мм рт. ст. (760 мм рт. ст. 0,21). Парциальное давление углекислого газа в атмосферном воздухе при этом около 0,2 мм рт. ст. В альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода приблизительно равно 100 мм рт. ст., парциальное давление углекислого газа — 40 мм рт. ст.
Если газ растворен в жидкой среде, то говорят о его напряжении (по сути, напряжение — это с