В этой части речь идет о внешнем дыхании: механизме акта вдоха и выдоха, о жизненной емкости легких, о легочной вентиляции.

Внешнее дыхание.

Механизм акта вдоха и выхода.

Акт вдоха (инспирация) - активный процесс, в осуществлении которого важное значение имеет изменение объема грудной полости.

Поскольку легкие постоянно соединены через воздухоносные пути с внешней средой, то давление в них воздуха равно атмосферному. Легкие находятся всегда в растянутом состоянии, так как атмосферное давление действует на них в одном направлении - изнутри. Во время вдоха или растяжение увеличивается, во время выдоха - уменьшается.

В осуществлении вдоха принимают участие наружные межреберные мышцы и диафрагма. При сокращении наружных межреберных мышц, которые идут сверху вперед и вниз, ребра поднимаются, и при этом увеличивается объем грудной полости.

Диафрагма, сокращаясь, занимает более плоское положение, благодаря чему объем грудной полости увеличивается. Если увеличивается объем герметически закрытой полости, то давление в ней будет уменьшаться, что и происходит в грудной полости. Вследствие уменьшения давления в грудной полости создается эластическая тяга легких: легкие расширяются и в них устремляется воздух - происходит вдох.

Осуществлению вдоха способствует уменьшение давления в плевральной полости. При спокойном дыхании давление в плевральной полости равно минус 6-8 мм рт.ст., т.е. на 6-8 мм рт.ст. ниже атмосферного. Его можно измерить, если ввести в щель иглу шприца, соединенную с манометром.

В момент вдоха, когда сокращаются наружные межреберные мышцы и ребра поднимаются, наружный листок плевры отходит от внутреннего, вследствие чего увеличивается объем плевральной полости, а давление в ней уменьшается. Чем глубже вдох, тем больше уменьшается давление. В момент глубокого вдоха оно может достигать минус 30 мм рт.ст. Уменьшение давления в плевральной полости приводит к тому, что внутренний листок плевры стремится к наружному, вследствие чего легкие расширяются и в них засасывается воздух.

У разных людей преимущественное значение в осуществлении акта вдоха могут иметь межреберные мышцы или диафрагма. Поэтому говорят о разных типах дыхания: грудном (или реберном) и брюшном (или диафрагмальном). Тип дыхания не является ярко выраженным, чаще имеет место смешанное дыхание, и его тип проявляется в зависимости от условий. Так, во время беременности у женщин затруднено диафрагмальное дыхание и преобладает грудное.

Акт выдоха (экспирация) - пассивный процесс. Когда в межреберных мышцах заканчивается процесс возбуждения, они расслабляются, вследствие чего ребра пассивно возвращаются в исходное положение, точно так же прекращение сокращения диафрагмы приводит к тому, что она занимает свое прежнее куполообразное положение. Возвращение ребер и диафрагмы в исходное положение приводят к уменьшению объема грудной полости, а следовательно, к уменьшению в ней давления. Одновременно при возвращении ребер в исходное положение давление в плевральной полости повышается, т.е. в ней уменьшается отрицательное давление. При глубоком выходе оно равно -3, -4 мм рт.ст. Все эти процессы, обеспечивающие повышение давления в грудной и плевральной полости, приводят к тому, что легкие сдавливаются и из них пассивно выходит воздух - осуществляется выдох.

Усиленный выдох является активным процессом. В его осуществлении принимают участие: внутренние межреберные мышцы, волокна которых идут в противоположном направлении по сравнению с наружными: снизу вверх и вперед. При их сокращении ребра опускаются вниз и объем грудной полости уменьшается. Усиленному выходу способствует также сокращение мышц брюшного пресса, которые давят на диафрагму, увеличивая ее купол, уменьшают объем грудной полости. Наконец, мышцы пояса верхней конечности, сокращаясь, сдавливают в верхней част грудную клетку и уменьшают ее объем.

В результате уменьшение объема грудной полости в ней увеличивается давление, вследствие чего воздух выталкивается из легких - происходит активный выдох. На вершине выхода давление в легких может быть больше атмосферного на 3-4 мм рт.ст.

Акты вдоха и выдоха ритмически сменяют друг друга. Взрослый человек делает 15-20 дыханий в минуту. Дыхание физически тренированных людей более редкое (до 8-12 дыханий в минуту) и глубокое.

Жизненная емкость легких.

Жизненной емкостью легких называют то количество воздуха, которое может человек выдохнуть после максимального вдоха или максимально вдохнуть после максимального выдоха.

Жизненная емкость легких определяется прибором спирометром, а метод ее определения называют методом спирометрии. При определении жизненной емкости человек после максимального вдоха производит усиленный выдох через трубку в спирометр, по шкале которого отсчитывают величину жизненной емкости легких.

Величину жизненной емкости легких составляют несколько объемов воздуха: дыхательный (500 см³), дополнительный (1500 см³) и резервный (1500 см³).

Дыхательным объемом легких называют то количество воздуха, которое человек выдыхает при спокойном дыхании. Оно равно в среднем 500 см³. Но после спокойного выдоха человек может еще выдохнуть (не делая дополнительного вдоха) какой-то определенный объем воздуха, оставшегося в легких. То количество воздуха, которое человек может выдохнуть после спокойного выдоха, называют запасным или резервным объемом воздуха. Его величина в среднем составляет 1500 см³.

Осуществив спокойный вдох, человек может еще усиленно вдохнуть (не делая выдоха после спокойного вдоха) около 1500-2000 см³ воздуха. Это количество воздуха называют дополнительным объемом. Его спирометром не определяют, а рассчитывают, вычитая из жизненной емкости сумму дыхательного и резервного объемов.

Жизненная емкость легких в среднем у взрослого человека равна 3500-4000 см³, у мужчин она несколько больше, чем у женщин.

Жизненная емкость легких не характеризует всего объема воздуха, находящегося в легких. После того как человек максимально выдыхает, в его легких остается большое количество воздуха. Оно составляет 1000-1200 см³, и называют его остаточным объемом воздуха. Этот объем вместе с резервным объемом составляет нормальную емкость легких.

С каждым актом дыхания не весь дыхательный объем воздуха попадает в легкие. Значительная часть его (160-180 см³) остается в воздухоносных путях (в носоглотке, трахее, бронхах). Объем воздуха, заполняющий крупные воздухоносные пути, называют воздухом "вредного" или "мертвого" пространства. В нем не происходит обмен газов. Таким образом, в легкие с каждым вдохом попадает 500-160=340 см³ воздуха. Этот объем приходит к имеющемуся в легких воздуха, составляющему нормальную емкость легких. Значит, с каждым вдохом обменивается: 340:2500=1:7 часть воздуха.

Атмосферный воздух прежде чем попасть в легкие смешивается с воздухом вредного пространства вследствие чего содержание газов в нем изменяется. По этой же причине неодинаково содержание газов в выдыхаемом и альвеолярном воздухе.

Состав воздуха (в %)

Легочная вентиляция.

Непрерывную смену воздуха, происходящую в легких, называют легочной вентиляцией. Ее показателем может быть минутный объем легких, т.е. количество воздуха, выдыхаемое за минуту. Величина минутного объема определяется произведением числа дыхательных движений в минуту на объем одного вдоха (350-500 см³).

У женщин величина минутного объема может быть равна 3-5 л, а у мужчин - 6-8 л. Его величина зависит от возраста, пола и физического развития человека (его массы и роста), уровня окислительных процессов. Минутный объем значительно увеличивается при физической работе и может достигать 50-100 л/мин. Величину вентиляции, покрывающую потребности организма в состоянии покоя, называют эйпное (греч. "эй" - хорошо, "пное" - дыхание: "хорошее дыхание").

Величина минутного объема легочной вентиляции недостаточно отражает эффективность дыхания. При одной и той же величине минутного объема в легких может обмениваться разное количество воздуха. Так спортсмен в минуту может осуществлять 10 глубоких дыханий при объеме дыхательных движений 600 см³, т.е. минутный объем у него будет равен 6000 см³.

Нетренированный человек может сделать 20 дыханий, но поверхностных (дыхательный объем равен 300 см³) - величина минутного объема будет тоже равна 6000 см³. Но у спортсмена в легкие попадает 600 см³-160 см³=440 см³, т.е. 3/4 дыхательного объема. У нетренированного человека обменивается значительно меньше воздуха: 300 см³-160 см³=140 см³, т.е. 1/2 дыхательного объема. Из этого можно сделать вывод, что редкое, но глубокое дыхание более эффективно, так как при этом в альвеолярном воздухе осуществляется больший обмен газов.