2. Процесс дыхания

Строение органов дыхания
1. Вступление
Рис. 1.
Без пищи и воды человек может прожить несколько дней, а без воздуха не сможет прожить и
10 минут.
2. Процесс дыхания
Дыхание – это процесс поступления кислорода в наш организм с целью окисления химических
веществ и выведения углекислого газа и других продуктов обмена.
Существует 2 типа дыхания (см. Рис. 2).
Рис. 2.
Кислород является составной частью воздуха. Его там содержится 21% (см. Рис. 3).
Рис. 3.
3. Строение дыхательной системы
Для попадания кислорода в организм необходима дыхательная система (см. Рис. 4). Она
состоит из воздухоносных путей и легких.
Рис. 4.
К воздухоносным путям относят полость носа, носоглотку (это ВДП), гортань, трахею, бронхи.
К дыхательной части относят легкие.
В последубщих уроках мы подробнее рассмотрим строение лёгких человека.
4. Нос
При нормальном дыхании воздух попадает в организм человека через нос. Он проходит через
наружные ноздри в носовую полость, которая разделена костно-хрящевой перегородкой на 2
половины (см. Рис. 5).
Стенки носовых ходов выстланы слизистой оболочкой. Она выделяет слизь, которая
увлажняет поступающий воздух, задерживает частицы пыли и микроорганизмы, обладает
бактерицидным свойством. Под слизистой оболочкой располагается большое количество
кровеносных сосудов, что согревает вдыхаемый воздух. Также носовая полость снабжена
рецепторами, которые обеспечивают чихание.
Рис. 5.
Носовая полость соединена с полостями костей черепа: гайморовой, лобной и клиновидной.
Эти полости являются резонаторами при голосообразовании.
Из носовой полости воздух через внутренние ноздри (хоаны) поступает в носоглотку, а оттуда
в гортань.
5. Гортань
Гортань образована хрящами, ее полость выстлана слизистой оболочкой и снабжена
рецепторами, вызывающими рефлекторный кашель (см. Рис. 6). При глотании вход в гортань
закрывается надгортанным хрящом.
Рис. 6. Гортань
Самый крупный хрящ гортани – щитовидный. Он защищает гортань спереди.
Рис. 7. Щитовидный хрящ
Между хрящами натянуты голосовые связки, между связками расположена голосовая щель.
Таким образом, функции гортани:
- Проведение воздуха в трахею
- Голосообразование
- Препятствие попаданию частиц в трахею
Голос появляется при неполном смыкании голосовой щели, когда через нее проходит воздух
и колеблет ее. Чем короче голосовые связки, тем выше звук. Окончательное формирование
звука происходит в ротовой полости.
5.1. Наблюдение и опыты
Для начала необходимо найти на шее щитовидный хрящ. После этого выполнить
глотательное движение. Так можно почувствовать, что при глотании щитовидный хрящ
сначала поднимается вверх, затем опускается вниз. Это защитный механизм, при котором
закрылся надгортанник, воспрепятствовав попаданию пищи в дыхательные пути.
В момент глотания дыхание останавливается. Потому, что во время глотания язычок
закрывает выход из носоглотки, а надгортанник перекрывает вход в трахею.
Поэтому во время активного разговора в процессе еды человек может подавиться.
6. Трахея и бронхи
Гортань переходит в трахею. Стенки трахеи образованы хрящевыми полукольцами. Задняя
стенка трахеи, прилегающая к пищеводу, не имеет хрящей. Это связано с тем, чтобы не
препятствовать прохождению пищевого комка по пищеводу.
Внизу трахея делится на 2 бронха. Трахея и бронхи изнутри выстланы слизистой оболочкой,
покрытой мерцательным эпителием. Здесь воздух продолжает согреваться и увлажняться.
Строение легких. Газообмен в легких и тканях
1. Наружное строение легких
Легкие человека – это парный орган конусовидной формы (см. Рис. 1). Снаружи они покрыты
легочной плеврой, грудная полость покрыта пристеночной плеврой. Между 2 листками плевры
находится плевральная жидкость, которая снижает силу трения при вдохе и выдохе.
Рис. 1.
За 1 минуту легкие прокачивают 100 литров воздуха.
2. Внутреннее строение легких
Бронхи ветвятся, образуя бронхиолы, на концах которых находятся тонкостенные легочные
пузырьки – альвеолы (см. Рис. 2).
Рис. 2.
Стенки альвеол и капилляров однослойные, что облегчает газообмен. Они образованы
эпителием. Они выделяют сурфактант, который препятствует слипанию альвеол, и вещества,
убивающие микроорганизмы. Отработанные БАВ перевариваются фагоцитами или
выделяются в виде мокроты.
3. Газообмен
Рис. 3.
Кислород из воздуха альвеол переходит в кровь, а углекислый газ из крови переходит в
альвеолярный воздух (см. Рис. 3).
Это происходит благодаря парциальному давлению, так как каждый газ растворяется в
жидкости именно благодаря своему парциальному давлению.
Если парциальное давление газа в окружающей среде выше, чем его давление в жидкости, то
газ будет растворяться в жидкости, пока не образуется равновесие.
Парциальное давление кислорода составляет 159 мм. рт. ст. в атмосфере, а в венозной крови
– 44 мм. рт. ст. Это позволяет кислороду из атмосферы переходить в кровь.
Кровь попадает в легкие по легочным артериям и растекается по капиллярам альвеол тонким
слоем, что способствует газообмену (см. Рис. 4). Кислород, переходя из альвеолярного
воздуха в кровь, вступает во взаимодействие с гемоглобином с образованием
оксигемоглобина. В этом виде кислород разносится кровью от легких к тканям. Там
парциальное давление низкое, и оксигемоглобин диссоциирует, освобождая кислород.
Рис. 4.
Механизмы выделения углекислого газа сходны с механизмами поступления кислорода.
Углекислый газ образует нестойкое соединение с гемоглобином – карбогемоглобин,
диссоциация которого происходит в легких.
Рис. 5.
Угарный газ образует стойкое соединение с гемоглобином, диссоциация которого не
происходит. И такой гемоглобин уже не может выполнять свою функцию – разносить кислород
по организму. В результате этого человек может погибнуть от удушья даже при нормальной
работе легких. Поэтому опасно находиться в закрытом, непроветриваемом помещении, в
котором работает автомобиль или топится печь.
Дополнительная информация
Очень много людей дышит часто (более 16 раз в минуту), при этом совершая неглубокие
дыхательные движения. В результате такого дыхания воздух попадает только в верхние части
легких, а в нижних частях происходит застой воздуха. В такой среде происходит интенсивное
размножение бактерий и вирусов.
Для самостоятельной проверки правильности дыхания понадобится секундомер. Необходимо
будет определить, сколько дыхательных движений человек делает в минуту. При этом
необходимо следить за процессом вдоха и вдоха.
Если при дыхании напрягаются мышцы брюшного пресса, это брюшной тип дыхания. Если
изменяется объем грудной клетки, это грудной тип дыхания. Если используются оба эти
механизма, то у человека смешанный тип дыхания.
Если человек совершает до 14 дыхательных движений в минуту – это отличный результат.
Если человек совершает 15 – 18 движений – это хороший результат. А если более 18
движений – это плохой результат.
Дыхательные движения
1. Вступление
Воздух поступает в легкие, потому что, благодаря эластичности альвеол, они могут менять
свой объем. Но сами легкие не имеют мышц, то есть самостоятельно они не способны
растягиваться и сжиматься. Они пассивно следуют за грудной клеткой.
2. Дыхательные мышцы
Полость грудной клетки расширяется за счет дыхательных мышц: диафрагмы и межреберных
мышц (см. Рис. 1).
Диафрагма – это мышечная перегородка, которая разделяет грудную и брюшную полость.
При вдохе она опускается на 3 – 4 см, увеличивая объем грудной клетки на 1000 – 1200 мл.
Также происходит сокращение межреберных мышц, которые приподнимают легкие,
увеличивая их объем.
Рис. 1.
В растянутых легких давление ниже атмосферного, в результате чего наружный воздух
поступает в дыхательные пути – происходит вдох.
За входом следует выдох. Растягиваются межреберные мышцы (ребра опускаются),
поднимается диафрагма – объем легких уменьшается. В результате этого давление в легких
становится выше атмосферного, и воздух выходит наружу.
В более глубоком дыхании принимают участие мышцы брюшного пресса.
3. Моделирование дыхания
Процесс дыхания можно пронаблюдать на модели Дондерса (см. Рис. 2). Необходимо взять
стеклянную воронку, внутрь которой поместить шарик. Его клапан натянуть на наружную
сторону воронки и зафиксировать.
Рис. 2. Модель Дондерса
Натянуть второй шарик на широкий конец воронки так, чтобы образовалось резиновое дно,
зафиксировать.
Таким образом, мы имеем следующую модель (см. Рис. 3):
Рис. 3. Модель Дондерса
При оттягивании резинового дна атмосферное давление в воронке и в шарике падает, и
наружный воздух входит внутрь шарика. Когда отпускают модель диафрагмы, воздух из
шарика выходит – происходит выход.
Помимо легких, в дыхании принимает участие кожа. Особенно интенсивно она дышит на
груди, животе и спине.
4. Параметры емкости легких
Легкие человека занимают около 6% объема тела. Но меняется объем самих легких.
Дыхательный объем – объем воздуха, вдыхаемый при обычном вдохе и выдыхаемый при
обычном выдохе.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – объем максимального выхода после предшествующего
максимального вдоха.
Резервный объем вдоха – количество воздуха, которое человек может дополнительно
вдохнуть после спокойного вдоха.
Резервный объем выдоха – количество воздуха, которое человек может дополнительно
вдохнуть после спокойного выдоха
Остаточный объем – объем, который остается после интенсивного выдоха.
ЖЕЛ складывается из дыхательного объема легких, резервного объема вдоха, резервного
объема выдоха. Она зависит от возраста, пола и степени тренированности человека.
Спирометр – прибор для измерения ЖЕЛ (см. Рис. 4).
Рис. 4.
Спорт и физические нагрузки способствуют развитию дыхательных мышц, следовательно,
увеличивают ЖЕЛ (см. Рис. 5).
Рис. 5.
Регуляция дыхания
Новорожденный ребенок совершает примерно 60 дыхательных движений в минуту, 5-летний
– 25. В возрасте 18 лет частота дыхания – 16 – 18 раз в минуту, и сохраняется до старости. А
в старости дыхание вновь немного учащается.
2. Нервная регуляция
Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге. Примерно каждые 4 секунды к
дыхательным мышцам идут импульсы, поднимающие грудную клетку и опускающие
диафрагму. Это приводит к вдоху.
Выдох в состоянии покоя происходит пассивно – ребра опускаются под действием силы
тяжести.
При вдохе легкие растягиваются, механорецепторы в их стенках возбуждаются. Эти импульсы
передаются в дыхательный центр и тормозят его деятельность. Дыхательные мышцы
расслабляются, и происходит выдох.
На работу дыхательных центров также оказывают влияние высшие центры, расположенные в
КБП. Благодаря их деятельности можно сознательно изменять ритм дыхания.
Интенсивность дыхания изменяется в зависимости от физических нагрузок и эмоционального
состояния человека (см. Рис. 1).
Рис. 1.
3. Защитные рефлексы
Раздражение слизистой оболочки носа пылью или другими веществами вызывает поток
импульсов в продолговатый мозг. Он отдает нервные импульсы, в результате которых
дыхание останавливается, а голосовые связки смыкаются. Поток воздуха под давлением
проходит через голосовые связки и направляется в носовую полость. Воздух с силой выходит
наружу, вынося с собой частички пыли и слизи, которые мешали дыханию (см. Рис. 2).
Рис. 2. Защитный рефлекс
То же самое происходит при кашле, только поток воздуха направляется через ротовое
отверстие. Причиной кашля может стать раздражение гортани, трахеи, бронхов и легочной
оболочки плевры.
4. Гуморальная регуляция дыхания
При интенсивной мышечной работе вырабатывается большое количество углекислого газа.
Насыщенная им кровь поступает в продолговатый мозг, где вызывает возникновение нервных
импульсов, в результате чего человек начинает дышать глубже.
Именно увеличение концентрации углекислого газа в крови новорожденного и его
раздражающее действие на продолговатый мозг приводят к совершению первого вдоха.
При понижении концентрации углекислого газа в крови снижается работа дыхательного
центра.
Благодаря нервной и гуморальной регуляции концентрация кислорода и углекислого газа в
крови поддерживается на определенном уровне в любых условиях.
Новорожденный ребенок совершает примерно 60 дыхательных движений в минуту, 5-летний
– 25. В возрасте 18 лет частота дыхания – 16 – 18 раз в минуту, и сохраняется до старости. А
в старости дыхание вновь немного учащается.
2. Нервная регуляция
Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге. Примерно каждые 4 секунды к
дыхательным мышцам идут импульсы, поднимающие грудную клетку и опускающие
диафрагму. Это приводит к вдоху.
Выдох в состоянии покоя происходит пассивно – ребра опускаются под действием силы
тяжести.
При вдохе легкие растягиваются, механорецепторы в их стенках возбуждаются. Эти импульсы
передаются в дыхательный центр и тормозят его деятельность. Дыхательные мышцы
расслабляются, и происходит выдох.
На работу дыхательных центров также оказывают влияние высшие центры, расположенные в
КБП. Благодаря их деятельности можно сознательно изменять ритм дыхания.
Интенсивность дыхания изменяется в зависимости от физических нагрузок и эмоционального
состояния человека (см. Рис. 1).
Рис. 1.
3. Защитные рефлексы
Раздражение слизистой оболочки носа пылью или другими веществами вызывает поток
импульсов в продолговатый мозг. Он отдает нервные импульсы, в результате которых
дыхание останавливается, а голосовые связки смыкаются. Поток воздуха под давлением
проходит через голосовые связки и направляется в носовую полость. Воздух с силой выходит
наружу, вынося с собой частички пыли и слизи, которые мешали дыханию (см. Рис. 2).
Рис. 2. Защитный рефлекс
То же самое происходит при кашле, только поток воздуха направляется через ротовое
отверстие. Причиной кашля может стать раздражение гортани, трахеи, бронхов и легочной
оболочки плевры.
4. Гуморальная регуляция дыхания
При интенсивной мышечной работе вырабатывается большое количество углекислого газа.
Насыщенная им кровь поступает в продолговатый мозг, где вызывает возникновение нервных
импульсов, в результате чего человек начинает дышать глубже.
Именно увеличение концентрации углекислого газа в крови новорожденного и его
раздражающее действие на продолговатый мозг приводят к совершению первого вдоха.
При понижении концентрации углекислого газа в крови снижается работа дыхательного
центра.
Благодаря нервной и гуморальной регуляции концентрация кислорода и углекислого газа в
крови поддерживается на определенном уровне в любых условиях.
Болезни органов дыхания и их
предупреждение
1. Вступление
Атмосферный воздух содержит в себе примеси, выдыхание которых в больших
концентрациях может привести к нарушениям здоровья (см. Рис. 1, 2, 3).
Рис. 1.
Рис. 2.
Рис. 3.
Вредные вещества воздуха могут разноситься ветром на многие километры.
Смог состоит из вредных выбросов, источниками которых являются предприятия и двигатели
внутреннего сгорания. Он может нанести вред здоровью человека и животных. Наиболее
чувствительны к смогу мужчины старше 45 лет и дети.
Если человек здоров – он дышит носом, где воздух очищается, согревается и увлажняется.
Но если микроорганизмов много, то они могут проникнуть далее и вызвать различные
заболевания.
2. Инфекционные заболевания
Инфекционные болезни дыхательной системы передаются воздушно-капельным путем (с
микроскопическими капельками слюны, которые больной человек выделяет при разговоре,
кашле и чихании) (см. Рис. 4).
Рис. 4.
Для профилактики заболеваний необходимо часто проветривать помещение, в котором
находится больной, и ограничить его контакты с другими людьми.
Острый бронхит - это непродолжительное воспаление слизистой оболочки бронхов, которое
сопровождается кашлем, отделением мокроты и повышением температуры (см. Рис. 5).
Рис. 5.
Пневмония – это острое инфекционное заболевание, при котором поражается участок
легочной паренхимы (см. Рис. 6). Часто развивается, как осложнение после острого бронхита.
Рис. 6
Симптомы пневмонии:
1. Высокая температура
2. Кашель
3. Одышка
4. Боль в грудной клетке
5. Общая слабость
6. Отсутствие аппетита
Туберкулез – хроническое заболевание легких, вызванное действием микобактерии
туберкулеза (палочки Коха) (см. Рис. 7). В начале болезни человек может и не знать о своем
состоянии. Затем появляются слабость, одышка, кашель, кровь в мокроте.
Рис. 7.
Основной источник туберкулеза – больной человек. Он при кашле и чихании выделяет
капельки слюны и мокроты, в которой содержится палочка Коха. С воздухом эти бактерии
могут проникать в легкие здоровых людей и вызывать у них заболевания.
Больной человек должен соблюдать правила личной гигиены – иметь отдельное полотенце и
посуду.
Бронхиальная астма – это аллергическое заболевание, которое проявляется в приступах
удушья, возникающего в результате смыкания бронхиол. Она часто сопровождается сухим
кашлем и затруднением при выдохе. Больному необходимо применять бронхорасширяющие
препараты (см. Рис. 8).
Рис. 8. Прием бронхорасширяющего препарата
3. Болезни, связанные с курением
Впервые связь между курением и заболеваниями дыхательной системы была доказана в 1950
году. Табачный дым содержит около 400 вредных для человека веществ.
Наиболее вредным является никотин. Он имеет сложное химическое строение и обладает
отравляющим действием.
Рак легких – злокачественное новообразование (опухоль). В слизистой оболочке легких
содержатся бокаловидные клетки, вырабатывающие слизь, в которых оседают частички
табачного дыма (см. Рис. 9). Вместе с ресничным эпителием эта слизь предохраняет легкие
от сильного загрязнения.
Рис. 9.
Табакокурение приводит к потере ресничек эпителиальными клетками. Клетки нижнего слоя
начинают размножаться, чтоб восстановить функциональность верхнего слоя. В процессе
такого деления некоторые из них становятся злокачественными. Так начинается рост
опухоли. Симптомы в начале заболевания не проявляются. Потом у человека возникают
одышка, кашель, и он сильно худеет.
Пассивные курильщики – люди, которые не курят, но находятся в обществе курящих людей.
Они получают такое же количество вредных веществ, как и курящие люди. При курении
табака 75% никотина попадает в атмосферу.
Первая помощь при поражениях
органов дыхания
При неосторожном поведении мелкие предметы могут попасть в дыхательные пути, что
может вызвать затрудненное дыхание. Поэтому необходимо уметь оказывать первую помощь
в таких ситуациях.
2. Попадание предметов в ВДП
При попадании посторонних предметов в нос необходимо закрыть 1 ноздрю и попытаться с
силой выдуть попавший предмет. Если это сделать не удается, необходимо доставить
пострадавшего в травмпункт.
Рис. 1. Действия при попадании предмета в нос
Попадание посторонних частиц в гортань сопровождается сильным кашлем. Благодаря этому
происходит самопроизвольное удаление этих частиц из гортани.
Рис. 2.
Если кашель не помогает необходимо сильно ударить пострадавшего по спине,
предварительно перегнув его через колено так, чтоб голова оказалась как можно ниже. Если
это не помогает, необходимо вызывать скорую помощь.
3. Реанимационные мероприятия
Иногда происходят обвалы и другие несчастные случаи, которые вызывают травмы
прекращающие поступление воздуха в легкие. Если мозг в течение 2-3 минут не получает
достаточного количества кислорода, он умирает.
В результате несчастного случая человек может потерять сознание. У него прекращается
сердцебиение и дыхание. И если в течение 5-7 минут восстановить его нормальное дыхание
и пульс, человек будет жить. Для этого необходимо провести искусственное дыхание и
непрямой массаж сердца.
Сначала больного надо положить на спину, на твердую поверхность. Запрокинуть его голову,
расстегнуть одежду и обнажить грудь. Нос или рот накрыть марлей и энергично вдыхать
воздух 16 раз/мин.
При оказании первой помощи утопающему в первую очередь нужно освободить его ротовую
полость от ила и песка, а легкие от воды. Для этого пострадавшего перекидывают через
живот или колено и резкими движениями надавливают на живот или встряхивают его.
Рис. 3. Первая помощь утопающему
Если сердце не бьется, то искусственное дыхание сочетают с непрямым массажем сердца.
Для этого ритмически надавливают на грудину 60 раз/мин. Через каждые 5-6 надавливаний
производят вдувание воздуха. Периодически необходимо проверять пульс. Его появление –
первый признак возобновления работы сердца.
Рис. 4.
Оказание первой помощи заканчивают, когда пострадавший приходит в себя и начинает
дышать самостоятельно.