Дыхательный цикл включает фазы вдоха и выдоха.
Вдох (инспирация) – это активный процесс, который начинается с сокращения дыхательных мышц и заканчивается поступлением воздуха в легкие.
Различают: обычный и глубокий (форсированный) вдох.
В обычном вдохе принимают участие главные дыхательные мышцы: диафрагма и наружные косые межреберные, межхрящевые мышцы. При сокращении диафрагмальных волокон купол диафраг- мы уплощается (так как мышечные волокна идут радиально), объём грудной клетки увеличивается в вертикальном направлении. При сокращении наружных косых межреберных и межхрящевых мышц ребра поднимаются и немного поворачиваются.
Это увеличивает объём грудной клетки в горизонтальном, фронтальном и сагитальном направлениях. Лёгкие следуют за грудной клеткой (благодаря «вакуумной» связке висцерального листка плевры с париетальным листком) и растягиваются. Воздух в лёгких разрежается, давление становится немного ниже атмосферного, в результате чего атмосферный воздух заходит в лёгкие по градиенту давлений.
Диафрагма обеспечивает вентиляцию легких на 2/3. Кроме того, она участвует в кашлевой реакции, при рвоте, натуживании, икоте и родовых схватках.
В форсированном вдохе дополнительно принимают участие вспомогательные инспираторные мышцы. К ним относятся большая и малая грудные мышцы, зубчатые и лестничные мышцы, дельтовидная и трапецевидная мышцы; мышцы, поднимающие лопатку, грудино-ключично-сосцевидные мышцы; мышцы, раздувающие ноздри.
Таким образом, в глубоком вдохе принимают участие мышцы плечевого пояса, шеи, мышцы спины, разгибающие позвоночник, и даже мимические мышцы лица.
При этом ребра поднимаются еще выше, объём грудной клетки увеличивается еще больше, давление воздуха в легких становится снова ниже атмосферного, и резервный объем воздуха входит в лёгкие.
Расширению грудной клетки при вдохе также способствует сила её упругости, которая возникает во время выдоха за счет сжатия грудной клетки.
Выдох (экспирация) – это выход воздуха из легких. Различают пассивный и активный (глубокий) выдох. Пассивный выдох можно сделать после обычного и глубокого вдоха (вздох). При пассивном выдохе не участвуют дыхательные мышцы, а тратится энергия, накопленная во время вдоха. В результате расслабления дыхательных инспираторных мышц объем грудной клетки уменьшается.
В этом участвуют следующие пассивные силы:
1. Силы земного притяжения (опускает ребра).
2. Эластичность рёберных хрящей и грудной клетки (опускают ребра).
3. Повышенное внутрибрюшное давление и упругость деформированных органов брюшной полости, а также и брюшной стенки (поднимают купол диафрагмы).
4. Эластическая тяга лёгких – ЭТЛ, сжимая лёгкие , тянет за собой грудную клетку благодаря «вакуумной» связке висцерального листка с париетальным (главная сила, способствующая уменьшению объема грудной клетки во всех направлениях).
Лёгкие сжимаются, давление в них становится выше атмосферного, и воздух выходит из лёгких по градиенту давлений.
Форсированный (активный) выдох имеет место при смехе, тяжёлой физической работе, при кашле, чихании, рвоте, натуживании, пении, декламации, надувании чего-либо (у стеклодувов, музыкантов духовых инструментов), а также во время усиленного дыхания по команде. В активном выдохе участвуют вспомогательные экспираторные мышцы: внутренние косые межреберные (опускают и сближают рёбра), мышцы брюшного пресса – это мышцы передней стенки живота и тазового дна (повышают внутрибрюшное давление и поднимают купол диафрагмы), мышцы спины, сгибающие позвоночник, также повышают внутрибрюшное давление, что оттесняет диафрагму кверху. В результате деятельности этих мышц объём грудной клетки резко уменьшается, лёгкие сжимаются, давление в них становится выше атмосферного и резервный воздух выходит из лёгких по градиенту давлений.
Биоэнергетика вдоха и выдоха.
При спокойном дыхании на работу дыхательных мышц затрачивается всего лишь около 1 % потребляемого организмом кислорода. Энергия при этом расходуется в основном на преодоление ЭТЛ и эластической тяги брюшной стенки. Неэластическое сопротивление вдоху и выдоху сравнительно мало. Его составляют следующие компоненты: 1) аэродинамическое сопротивление воздухоносных путей; 2) вязкое сопротивление тка- ней; 3) инерционное сопротивление. Расход энергии на вентиляцию лёгких невелик еще и потому, что внешнее звено системы дыхания работает подобно качелям. Значительная часть энергии сокращения мышц, обеспечивающей расширение грудной клетки при вдо- хе, переходит в потенциальную энергию эластической тяги лёгких и брюшной стенки, обеспечивающей выдох: сжатие грудной клетки как пружины после расслабления мышц вдоха. А возросшие при этом силы упругости сжатой грудной клетки способствуют её расширению при очередном вдохе.
Дыхание обычно происходит на подсознательном уровне, как и деятельность внутренних органов. И только при специальной фик- сации внимания дыхательные движения осознаются.
При тяжелой физической работе и форсированном дыхании расход энергии на вентиляцию легких возрастает до 20 %, поскольку сильно увеличивается неэластическое сопротивление и растет мышечная работа на преодоление возрастающей ЭТЛ при глубоком вдохе.
Как и в покое, во время физической работы режим дыхания устанавливается непроизвольно. Организм спонтанно контролирует частоту и глубину дыхания, согласно своим физическим возможно- стям и потребностям в данный момент. При этом у тренированных лиц увеличение вентиляции легких в условиях физической нагрузки осуществляется преимущественно за счёт углубления дыхания, а у нетренированных – в основном за счёт учащения дыхания. Глубокое дыхание более эффективно для газообмена в легких, так как при этом лучше вентилируются непосредственно альвеолы.
ТИПЫ ДЫХАНИЙ.
Различают: грудное, брюшное (диафрагмальное) и смешанное дыхание. Грудной тип дыхания встречается у много рожавших женщин, у которых движение диафрагмы и брюшной стенки часто было ограничено увеличенной маткой.
Брюшной тип дыхания превалирует у мужчин-грузчиков, у которых движение рёбер часто было ограничено из-за регулярных переносов груза на спине. В обоих случаях типы дыхания закрепляются по механизму условного рефлекса. Обычно у людей имеет место смешанный тип дыхания.
МЁРТВОЕ ПРОСТРАНСТВО.
Мертвое пространство: анатомическое и физиологическое.
АНАТОМИЧЕСКОЕ МЁРТВОЕ ПРОСТРАНСТВО – это объём воздуха дыхательных путей (140–150 мл), который не участвует в газообмене. Анатомическое мёртвое пространство искусственно увеличивается, если дышать через трубку, фильтры, противогаз.
Оно выполняет по- лезные функции: воздух очищается, увлажняется и согревается.
Однако при частом и поверхностном дыхании анатомическое мертвое пространство становится «вредным», так как при этом воздух крутится в мертвом пространстве и его мало попадает в газообменную область, говоря иными словами, страдает альвеолярная вентиляция.
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ МЁРТВОЕ ПРОСТРАНСТВО – это объем альвеол, которые либо хорошо вентилируются, но недостаточно перфузируются кровью из-за спазма артериол, либо хорошо перфузируются, но недостаточно вентилируются воздухом из-за спазма бронхиол. Такие альвеолы на какое-то время частично или полностью выключаются из газообмена в результате несоответствия между их вентиляцией и кровоснабжением. Небольшое функциональное и анатомическое мертвое пространство, объединяясь вместе, образуют физиологическое мертвое пространство. При патологии лёгких (например, бронхоэктатическая болезнь, кавернозный туберкулез, приступ бронхиальной астмы) может появиться патологическое мёртвое пространство сравнительно большого объёма.
Минутный объём дыхания (МОД), значение. МИНУТНЫЙ ОБЪЁМ ДЫХАНИЯ (МОД), ЗНАЧЕНИЕ.
МОД – это объём воздуха, проходящий через легкие за одну минуту. Рассчитывается по формуле: МОД = ДО × ЧД (дыхательный объём, умноженный на частоту дыхания). Частота дыхания в минуту в покое составляет 12–18 раз. Отсюда МОД = 500 × 18 = 8000 мл/мин, или 8 л в минуту. МОД в норме в покое равен 6–9 л в минуту.
При спокойном дыхании 140 мл из 400 мл вдыхаемого воздуха (ДО) остается в воздухоносных путях, 200 мл – в переходной зоне, где газообмен между кровью и воздухом практически отсутствует; лишь небольшая часть дыхательного объема (около 100 мл) поступает в альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки. Вентиляция альвеол осуществляется диффузионным способом непрерывно – во время вдоха и выдоха.
Это обеспечивает постоянный газовый состав альвеолярного воздуха, независимо от фазы дыхательного цикла.
При данной величине МОД эффективность вентиляции альвеол будет выше при более глубоком дыхании, тогда часть воздуха может поступать конвективным способом непосредственно в альвеолы.
Спортсмены-бегуны, например, вдыхают 2250 мл воздуха, вследствие чего альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки наполовину обновляются свежим воздухом.
При физической нагрузке МОД увеличивается за счет глубины и частоты дыхания и может у тренированных людей достигать до 100 литров в минуту. МОД зависит от веса, возраста, пола и тренированности.
Следует различать термины «гипервентиляция» и «гиперпное». Гипервентиляция – произвольное усиление дыхания, превосходящее метаболические потребности организма.
Гиперпное – непроизвольное усиление дыхания в связи с реальными потребностями организма.
Максимальная вентиляция легких (МВЛ) – объем воздуха, проходящий через лёгкие за одну минуту при максимально возможной частоте и глубине дыхания. Однако дышать испытуемый должен не более 10 с, поскольку за счет вымывания СО2 могут развиться респираторный алкалоз, головокружение. Полученный результат умножают на 6.
При прочих равных условиях МВЛ характеризует проходимость дыхательных путей, а также упругость грудной клетки и растяжимость легких. МВЛ – один из вариантов форсированного дыхания. У молодого человека МВЛ может достигать 120–150 л/ мин, а у спортсменов – до180 л/мин; она зависит от возраста, роста, пола человека.
АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ.
Атмосферный воздух в основном имеет постоянный процентный газовый состав в различных точках земного шара и только в центре очень крупных индустриальных городов может быть несколько увеличено содержание СО2.
На высоте происходит разрежение атмосферного воздуха, при этом его процентный состав не меняется.
АЛЬВЕОЛЯРНЫЙ ВОЗДУХ.
Альвеолярный воздух – это воздух, который практически постоянно находится в альвеолах (ФОЕ).
Альвеолярный воздух – это внутренняя воздушная среда организма. От постоянства состава альвеолярного воздуха зависит постоянство газового состава артериальной крови.
ВЫДЫХАЕМЫЙ ВОЗДУХ.
Выдыхаемый воздух – это смесь атмосферного воздуха мёртвого пространства с альвеолярным воздухом, поэтому он более обогащён О2 и содержит несколько меньше СО2, чем альвеолярный воздух.
