Дыхательный акт и вентиляция легких

Обмен газов в легких человека поддерживается их вентиляцией за счет возвратно-поступательного перемещения воздуха в просвете дыхательных путей, которое происходит в процессе вдоха и выдоха (дыхательного акта).

Мышцы, осуществляющие дыхательный акт, подразделяют на мышцы вдоха и мышцы выдоха, способствующие соответственно увеличению и уменьшению объема грудной клетки. Кроме того, выделяют группу вспомогательных мышц, которые включаются при форсированном дыхании.

Основная мышца вдоха - диафрагма (рис. 83). При спокойном дыхании она обеспечивает практически весь объем легочной вентиляции. Диафрагма работает синергично с наружными межреберными мышцами. Благодаря сокращению мышц вдоха увеличиваются вертикальный и переднезадний размеры грудной клетки

К мышцам выдоха относят внутренние межреберные мышцы, которые опускают ребра и мышцы брюшного пресса. Функция последних состоит в повышении внутрибрюшного давления, благодаря чему купол диафрагмы впячивается в грудную полость и уменьшает ее объем.

К вспомогательным мышцам дыхания относят ряд мышц шеи, груди и спины, сокращение которых вызывает перемещение ребер, облегчая действие основных мышц вдоха и выдоха.

В процессе вдоха ткань легких растягивается, т.к. увеличивается объем грудной клетки, и давление в легких становится на 2-3 мм рт.ст. меньше, чем в атмосфере. Разница давлений обеспечивает поступление воздуха в легкие. Во время вдоха одновременно увеличивается объем плевральной полости и, следовательно, давление в ней падает и становится на 9 мм рт.ст. ниже атмосферного. В результате увеличивается разница между давлением атмосферного воздуха и давлением в плевральной полости, что также способствует растяжению легочной ткани. Препятствует процессу вдоха давление в брюшной полости и собственное сопротивление стенок живота. Кроме того, замедляет растяжение легочной ткани эластическая тяга легких и поверхностное натяжение стенок альвеол.

Спокойный выдох начинается, как только расслабляется мускулатура вдоха. При этом возросшая в ходе вдоха эластическая тяга легких возвращает их в исходное состояние. При этом из-за уменьшения объема легких давление в них становится выше атмосферного и воздух из воздухоносных путей устремляется наружу. Таким образом, выдох в отличие от вдоха происходит пассивно, за счет высвобождения энергии растянутых во время фазы вдоха легких. Лишь при форсированном дыхании включаются мышцы выдоха, активно способствующие дополнительному уменьшению объема грудной полости, причем в этом случае давление в плевральной полости может становиться выше атмосферного.

Итак, дыхательный цикл включает две фазы: вдох и выдох. Обычно вдох несколько короче выдоха, у взрослого человека их соотношение в среднем равно1 :1,3.

Легочные объемы. Объем воздуха, вдыхаемого за каждый дыхательный цикл, - дыхательный объем (ДО, примерно 500см3), - составляет при спокойном дыхании относительно небольшую часть обшей емкости легких. При увеличении легочной вентиляции этот объем возрастает за счет дополнительного воздуха (резервного объема), поступающего в легкие при вдохе (РОВд) и изгоняемого при выдохе (РОВыд). Количественно эти объемы равны 1500 см3. Если зафиксировать разницу между максимально глубоким вдохом и максимально глубоким выдохом, получается величина жизненной емкости легких (ЖЕЛ), в которую не входит так называемый остаточный объем (около 1500см3). удаляемый только при полном спадении легких

Величина ЖЕЛ зависит от возрастных, половых и морфологических особенностей человека и является одним из важнейших функциональных показателей внешнего дыхания, которые используются в антропометрических исследованиях для оценки физического развития человека. У взрослого человека ЖЕЛ в среднем равна:

500см3 (ДО) + 1500см3 (РОВд) + 1500см3 (РОВыд) = 3500см3.

У мужчин ЖЕЛ колеблется от 3200 до 7200см3, у женщин - от 2500 до 5000см3. У детей ЖЕЛ значительно меньше.

Однако при спокойном дыхании легкие не опорожняются и до остаточного объема. Ту часть общей емкости легких, которая остается заполненной после обычного выдоха, т.е. при полном расслаблении дыхательных мышц, называют функциональной остаточной емкостью. В нее входит остаточный объем плюс резервный объем выдоха. Соотношение легочных объемов у человека представлено на схеме (Бреслав, 1991):

I - общая емкость легких; П - жизненная емкость легких; Ш - резервный объем вдоха; IY - дыхательный объем; Y - резервный объем выдоха YI - остаточный объем; YII - емкость вдоха; YII1 - функциональная остаточная емкость;

Частота дыхания в покое у взрослого человека колеблется от 14 до 20 движений в минуту. Однако при физической работе или другом состоянии напряжения организма частота дыхания может сильно возрастать.

Легочной вентиляцией называют объем воздуха, вдыхаемого за единицу времени (обычно используют минутный объем дыхания - МОД). Таким образом, МОД - это произведение дыхательного объема на частоту дыхательных циклов ( 0,5л х 14 = 7,0л), В покое МОД колеблется от 7 до 10 л. При физической работе МОД увеличивается до 150 - 180 л. Величина МОД также является важным функциональным показателем внешнего дыхания. У спортсменов МОД значительно выше, чем у людей, не занимающихся спортом; у мужчин выше, чем у женщин; у взрослых выше, чем у детей и подростков. Однако в легочном газообмене участвует не весь вентилируемый воздух, а лишь та его часть, которая достигает альвеол.