Соловкова Д.А.

Дыхательная система

Дыхание — это совокупность процессов, обеспечивающих поступление кислорода в организм, его использование для окислительных процессов и удаление из организма углекислого газа.

Функции дыхательной системы:

• поступление кислорода и удаление углекислого газа;
• согревание, увлажнение и очистка вдыхаемого воздуха;
• удаление воды (в виде пара) и летучих продуктов обмена веществ;
• формирование звуков.

Строение дыхательной системы

В дыхательной системе выделяют воздухоносные пути и респираторную часть (рис. 3.42).

Рис. 3.42. Строение дыхательной системы человека

Воздухоносные пути

В их состав входят следующие органы: носовая полость, носоглотка, гортань, трахея, бронхи различных калибров, включая бронхиолы. Основная функция — проведение воздуха в легкие.

Носовая полость разделена на две половины с помощью носовой перегородки.
В каждой половине носовой полости есть три носовые раковины и три носовых хода; в два из них открываются воздухоносные (околоносовые) пазухи (клиновидная, лобная и верхнечелюстная). Изнутри носовая полость выстлана слизистой оболочкой, состоящей из двух частей (дыхательной и обонятельной). Дыхательная часть покрыта реснитчатым эпителием с большим количеством желез, выделяющих слизь (она увлажняет воздух и обволакивает инородные частицы). Обонятельная часть занимает область верхней носовой раковины и задний отдел верхней стенки полости носа. Слизистая оболочка здесь содержит обонятельные рецепторы. В сли-

зистой оболочке очень много капилляров, поэтому она согревает воздух. Воздух из полости носа через хоаны поступает сначала в носоглотку, а затем в гортань.

Гортань. Скелет гортани образован несколькими подвижно соединенными (с помощью связок или суставов) между собой хрящами (самый крупный из них — щитовидный; у мужчин он образует кадык или адамово яблоко). Сверху гортань покрыта надгортанником (это эластический хрящ). С помощью связок гортань соединяется с подъязычной костью. Гортань имеет собственные мышцы, которые являются поперечнополосатыми. Вверху гортань сообщается с глоткой, внизу — с трахеей. Гортань содержит голосовой аппарат.

Полость гортани выстлана слизистой оболочкой. На ее поверхности находится реснитчатый эпителий (голосовые связки покрыты многослойным неороговевающим эпителием). Под слизистой оболочкой расположена фиброзно-эластическая мембрана или оболочка. Она состоит из хрящевой и плотной соединительной ткани. Ее часть под названием эластический конус формирует голосовые связки (состоят из эластических волокон), между которыми находится голосовая щель. Высота голоса зависит от длины связок: чем меньше длина, тем выше голос. У большинства женщин связки короче, чем у мужчин, поэтому женский голос выше, чем мужской.
В гортани происходит образование звука, а в формировании речи также принимают участие губы, язык, мягкое нёбо и околоносовые пазухи.

Трахея. Вверху связана с гортанью, внизу делится на два главных бронха. Ее стенка состоит из слизистой оболочки, подслизистой основы, волокнисто-мышечно-хрящевой и адвентициальной оболочек. Слизистая оболочка выстлана реснитчатым эпителием с железистыми клетками. В ней также находятся лимфоидные узелки. Волокнисто-мышечно-хрящевая оболочка образована гиалиновыми хрящами, каждый из которых представляет дугу, открытую кзади. Хрящи покрыты надхрящницей и соединены между собой кольцевыми связками; свободные концы хрящей соединены мышечными клетками. Задняя стенка трахеи образована плотной соединительной тканью. Снаружи расположена адвентициальная оболочка из рыхлой соединительной ткани.

Бронхи. Строение бронхов напоминает строение трахеи. Слизистая оболочка бронхов выстлана реснитчатым эпителием с железистыми клетками. Скелет бронхов состоит из гиалиновых хрящей, каждый из которых представляет дугу, открытую кзади. Хрящи покрыты надхрящницей и соединены между собой кольцевыми связками. Два главных бронха (правый и левый; правый шире и короче) делятся на три (правый) или два (левый) долевых бронха, которые ветвятся и образуют «бронхиальное» дерево. В результате ветвления образуются концевые (терминальные) бронхиолы диаметром 0,5 мм, которые представляют собой конечные разветвления воздухоносных путей.

Респираторная часть

Респираторная часть представлена легкими, имеющими большую дыхательную поверхность (около 100 м²). Основная функция легких — осуществления газообмена: поступление кислорода в организм и удаление из него углекислого газа.

У человека 2 легких — правое и левое, находящиеся в грудной полости. По форме они напоминают конус с уплощенной одной стороной. Легкие делятся на доли — это отдельные, анатомически обособленные участки. Правое легкое состоит из трех долей, левое — из двух. Каждая доля делится на сегменты (это участок легочной ткани, имеющий свои сосуды, нервные волокна и бронх), отделенные друг от друга перегородками. Сегменты образованы легочными дольками (в одном сегменте их около 80), также разделенными перегородками. В верхушку дольки входит бронх, который ветвится на 3—7 концевых бронхиол.

Структурно-функциональной единицей легких является ацинус (рис. 3.43). Он состоит из одной концевой бронхиолы, которая делится на 14—16 дыхательных бронхиол, образующих до 1500 альвеолярных ходов, несущих на себе до 20 000 аль­веолярных мешочков и альвеол. Альвеолы напоминают пузырьки неправильной формы диаметром 280 мкм, густо оплетенные снаружи капиллярами. На внутренней поверхности альвеол находится особое вещество — сурфактант, который предохраняет альвеолы от спадания и внедрения в них микроорганизмов.

Снаружи легкие покрыты соединительнотканной оболочкой — плеврой. Она состоит из двух листков (висцерального и париетального), между которыми находится плевральная полость. Эта полость содержит плевральную жидкость, увлажняющую листки плевры и облегчая тем самым движение легких при дыхании. Париетальный листок, срастаясь с внутренней поверхностью грудной полости, образует плевральный мешок. В плевральной полости — отрицательное давление (оно ниже атмосферного, поэтому название условное), за счет чего при вдохе легкие расширяются, т. е. следуют за расширяющейся грудной клеткой. Попадание воздуха
в плевральную полость называется пневмотораксом. При этом легкое спадается и не участвует в газообмене.

Рис. 3.43. Строение ацинуса легкого

Механизмы дыхания

Дыхание как процесс состоит из трех компонентов: внешнего дыхания, транспорта газов кровью и внутреннего дыхания.

Внешнее дыхание

Внешнее дыхание обеспечивается ритмичными движениями грудной клетки (вдох и выдох). У человека в покое 16—18 вдохов и выдохов в одну минуту. Полость грудной клетки расширяется за счет работы дыхательных мышц. При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и диафрагма, грудная полость расширяется. Объем грудной клетки увеличивается, легкие расширяются, давление в них становится ниже атмосферного, и воздух через дыхательные пути поступает в легкие. Затем наружные межреберные мышцы и диафрагма расслабляются, сокращаются внутренние межреберные мышцы, грудная клетка опускается, ее объем и объем легких уменьшаются, давление в легких становится выше атмосферного, и происходит выдох.

У людей, в зависимости от преимущественной работы тех или иных дыхательных мышц, выделяют два типа дыхания — грудной (преобладает у женщин) и брюшной (преобладает у мужчин).

В альвеолярном воздухе концентрация кислорода ниже, а углекислого газа — выше, чем в атмосферном воздухе. Это связано с тем, что при каждом дыхательном движении альвеолярный воздух обновляется лишь частично. У человека в воз-
духоносных путях есть так называемое мертвое пространство — это участок,
где не происходит газообмена. Наличие этого пространства не позволяет соответствующему количеству свежего воздуха достичь альвеол и уменьшает концентрацию кислорода в альвеолярном воздухе (т. к. в начале вдоха в альвеолы поступает воздух из мертвого пространства, по составу соответствующий выдыхаемому воздуху).

Переход газов из легких в кровь и обратно осуществляется путем диффузии (рис. 3.44). Каждый газ растворяется в жидкости в зависимости от своего парциального давления. Если парциальное давление газа в окружающей среде выше, чем его давление в жидкости, то этот газ будет растворяться в жидкости; если наоборот, то будет выходить из жидкости. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе — 110 мм рт. ст., в венозной крови — всего 44 мм рт. ст., поэтому кислород переходит в кровь. Парциальное давление углекислого газа в венозной крови составляет 46 мм рт. ст., а его парциальное давление в альвеолярном воздухе — 40 мм рт. ст., поэтому он выходит из крови.

Рис. 3.44. Схема газообмена

Объем воздуха, вдыхаемый за каждый дыхательный цикл, называется дыхательным объемом. У взрослого человека он составляет около 0,5 л. Объем воздуха, который можно вдохнуть после обычного вдоха, называют резервным объемом вдоха. По аналогии, тот объем воздуха, который можно выдохнуть после обычного выдоха, называют резервным объемом выдоха.

Жизненная емкость легких — это тот объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. В среднем она равна 3300—4800 мл. Ее измеряют
с помощью спирометра. Но даже после максимального выдоха в легких все равно остается какой-то объем воздуха — его называют остаточным объемом. Обычно он составляет около 1200 мл. Остаточный объем вместе с жизненной емкостью легких составляет общую емкость легких. Она равна 4200—6000 мл.

Таблица 3.7. Изменение газового состава воздуха при вдохе и выдохе

Как видно из табл. 3.7, наиболее сильно меняется концентрация кислорода (он используется для дыхания) и углекислого газа (выделяется при окислении органических веществ), количество азота остается практически неизменным (этот газ не используется организмом человека). Также в выдыхаемом воздухе гораздо больше водяных паров. При этом газовый состав вдыхаемого воздуха и воздуха в начале выдоха практически не отличаются.

Транспорт газов кровью

В альвеолах кислород проникает в капилляры и связывается с гемоглобином эритроцитов, образуя непрочное соединение — оксигемоглобин. 1 г гемоглобина может присоединять примерно 1,36 мл кислорода, а 100 мл крови могут переносить около 21 мл кислорода. Эта величина характеризует кислородную емкость крови.

Эритроциты разносятся током крови по всему организму и отдают кислород, который сначала поступает в тканевую жидкость, а затем в клетки организма. Из клеток в тканевую жидкость, а потом в кровь поступает углекислый газ. Он связывается с гемоглобином (образуется карбогемоглобин) или образует гидрокарбонат-ион . Небольшая часть углекислого газа транспортируется в свободном состоянии. Кровь с углекислым газом снова поступает в легкие.

Тканевое (внутреннее) дыхание

Поступивший из крови кислород в клетках тела используется для окисления органических веществ. При этом образуется углекислый газ, который удаляется из клеток. Переход газов из крови в тканевую жидкость и обратно происходит диффузно, причем диффузия углекислого газа в кровь происходит быстрее, чем диффузия кислорода из крови.

Регуляции дыхания

Регуляция дыхания осуществляется нервным и гуморальным путем.

Нервная регуляция. Нервный центр расположен в продолговатом мозге. Он состоит из центра вдоха и центра выдоха и находится в состоянии постоянной активности: в нем ритмически возникают импульсы. Эти импульсы передаются из дыхательного центра по нервам к дыхательным мышцам и диафрагме, обеспечивая чередование вдоха и выдоха. В процессах регуляции дыхания также принимает участие кора больших полушарий, которая обеспечивает приспособление организма к различной деятельности. Например, человек может на время задержать дыхание или изменить ритм и глубину дыхательных движений по собственному желанию, т. е. произвольно. Дыхание человека меняется в зависимости от состояния его организма: спокойное и редкое во время сна, частое и глубокое при физической работе, прерывистое и неровное во время эмоций.

Гуморальная регуляция. Большое влияние на состояние дыхательного центра оказывает химический состав крови: накопление углекислого газа в крови вызывает раздражение рецепторов в кровеносных сосудах, несущих кровь к голове, и рефлекторно возбуждает дыхательный центр. Подобным образом действует молочная кислота, концентрация которой в крови увеличивается во время мышечной работы. Также на частоту дыхательных движений оказывают влияние многие гормоны: например, адреналин повышает частоту дыхательных движений.

Дыхание при повышенном атмосферном давлении

С этой проблемой сталкиваются водолазы. При этом давление дыхательной смеси, подающееся человеку, должно соответствовать гидростатическому давлению на данной глубине, иначе дыхание будет невозможным. При увеличении глубины на каждые 10 м давление возрастает на одну атмосферу. Поэтому на глубине 100 м человек вдыхает газовую смесь под давлением, превышающим атмосферное
в 10 раз. Пропорционально возрастает и плотность газовой смеси, что создает дополнительное сопротивление дыханию. Поэтому на глубине свыше 70 м азот заменяют гелием: его плотность в 7 раз меньше, чем у азота; азот под давлением вызывает у человека наркотический эффект.

Серьезная опасность для водолаза — слишком быстрый подъем с глубины. Во время действия высокого давления кровь насыщается нейтральными газами (азотом или гелием), которые не участвуют в газообмене. При быстром падении давления (при подъеме на поверхность) эти газы выделяются в виде пузырьков, которые могут вызвать повреждение тканей и нарушить кровоснабжение органов (возникает кессонная болезнь).

Дыхание при пониженном атмосферном давлении

Пребывание на больших высотах (например, в горах), воздух которых характеризуется большой разреженностью, может привести к недостаточному снабжению
организма кислородом. При этом у человека может развиться горная или высотная болезнь. Ее признаками являются одышка, головная боль, тошнота, бессонница, а также нарушения психики (эйфория, утрата самоконтроля, потери сознания и т. д.). Под влиянием гипоксии (нехватки кислорода) возникают спазмы в легочных сосудах, и в них повышается давление; может возникнуть отек легких.

Под влиянием гипоксии включаются компенсаторные физиологические механизмы. Так, происходит учащение дыхательных движений, возрастает частота сердечных сокращений, увеличивается легочная вентиляция. При длительном проживании в условиях высокогорья возрастает жизненная емкость легких, повышается кислородная емкость крови (за счет увеличения числа эритроцитов и повышения уровня гемоглобина), в мышцах становится больше миоглобина.

Болезни органов дыхания

• Насморк— общее название болезней, связанных с воспалением слизистой оболочки носовой полости или ее отдельных частей. Может возникать как самостоятельное заболевание, но чаще всего сопровождает протекание других болезней (гриппа, кори и т. д.). Также насморк может являться одним из проявлений аллергической реакции.
• Грипп— это острое респираторное заболевание, вызываемое вирусами. Заражение здоровых людей происходит воздушно-капельным путем. Источник — человек, особенно в начальный период болезни. Вирус выделяется при разговоре, кашле и чихании до 4—7-го дня болезни. Предупреждение — прививки, повышение собственного иммунитета.
• Ангина— заболевание, которое вызывается бактериями. Происходит воспаление нёбных миндалин. Возбудителями ангины являются самые разнообразные бактерии, но чаще всего стрептококк. Также источником могут служить кариозные зубы или воспалительные процессы придаточных пазух носа.
• Туберкулез— это заболевание, при котором поражаются различные органы, но чаще всего легкие. Возбудителем является бактерия — палочка Коха. В организм человека возбудитель болезни проникает главным образом при вдыхании с воздухом мельчайших капелек или частичек высохшей мокроты, содержащих бактерии, реже через кишечник при употреблении в пищу молока, мяса, яиц от больных животных и птиц. Туберкулез передается и через предметы, которыми пользовался больной. Лечение — комплексное применение антибиотиков.
• Дифтерия— острое инфекционное заболевание преимущественно детей с поражением зева и общей интоксикацией организма. Возбудителем является бактерия — палочка Лефлера, которая выделяет токсин, обуславливающий основные симптомы болезни. Заражение от больных и бактерионосителей происходит через воздух (при кашле, чихании) и предметы.

Влияние курения на дыхательную систему

Температура дыма оказывает влияние на слизистые оболочки рта и носоглотки. Капилляры их расширяются, слизистая подвергается раздражению, воспаляется. Слизистые оболочки гортани, трахеи, бронхов, бронхиол и альвеол также подвергаются действию табачного дыма. Составные части табачного дыма (аммиак, кислоты, твердые частицы и др.) раздражают слизистые оболочки легких.

Постоянное курение, как правило, сопровождается бронхитом, который проявляется кашлем после пробуждения и отхаркиванием сероватой, грязно-коричневой мокроты. Хроническое раздражение слизистой оболочки голосовых связок сказывается на тембре голоса. Он теряет звучность и чистоту, что особенно хорошо заметно у женщин, злоупотребляющих курением.

Немаловажное значение имеет аммиак. Этот газ растворяется в воде с образованием щелочи, которая раздражает слизистые оболочки, вызывая бронхит курильщиков. В итоге значительно снижается сопротивляемость легких к различным инфекционным заболеваниям, в частности к туберкулезу.

Табачный деготь, являясь концентратом жидких (органические кислоты, эфирные масла, анилин) и твердых (сажа, канцерогены) веществ, оседает на стенках воздухоносных путей и накапливается в альвеолах. Часть табачного дегтя выделяется при кашле с мокротой, а часть проникает в ткани слизистых оболочек, придавая им темный цвет.

Первая помощь при остановке дыхания

Сначала необходимо очистить полость рта, носа и глотки от инородных предметов, убрать предметы с грудной клетки, ослабить одежду. Если помощь оказывается утопающему, то надо удалить воду из дыхательной системы. Для этого пострадавшего кладут лицом вниз на согнутую ногу спасающего так, чтобы туловище свешивалось вниз. Затем сильно и ритмично давят на спину пострадавшего.

Далее необходимо положить пострадавшего на спину, приподнять голову (чтобы подбородок был параллелен телу) и выполнить искусственное дыхание одним из двух способов: «рот в рот» или «рот в нос», параллельно производя непрямой массаж сердца. Если реанимационные мероприятия проводит один человек, то искусственное дыхание и непрямой массаж сердца проводятся по очереди.