Человек и все высокоорганизованные живые существа нуждаются для своей нормальной жизнедеятельности в постоянном поступлении к тканям организма кислорода, который используется в сложном биохимическом процессе окисления питательных веществ, в результате чего выделяется энергия и образуется двуокись углерода и вода.
Дыхание — синоним и неотъемлемый признак жизни. «Пока дышу — надеюсь», утверждали древние римляне, а греки называли атмосферу «пастбищем жизни». Человек в день съедает примерно 1,24 кг пищи, выпивает 2 л воды, но вдыхает свыше 9 кг воздуха (более 10 ООО л).
Дыхание — это совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение двуокиси углерода. — В условиях покоя в организме за 1 минуту потребляется в среднем 250 — 300 мл 02 и выделяется 200 — 250 мл С02. При физической работе большой мощности потребность в кислороде существенно возрастает и максимальное потребление кислорода (МПК) достигает у высокотренированных людей около 6-7 л/мин. Дыхание осуществляет перенос 02 из атмосферного воздуха к тканям организма, а в обратном направлении производит удаление С02 из организма в атмосферу.
Дыхание как функция состоит из следующих процессов:
- внешнего дыхания;
- обмена газов между кровью и альвеолами;
- переноса газов кровью;
- обмена газов между кровью и тканями;
- тканевого дыхания.
Внешнее дыхание осуществляется через следующие самостоятельные органы: нос, носоглотку, трахею, бронхи, легкие и легочные альвеолы, а также 1-2% газообмена осуществляются через кожу и пищеварительный тракт.
Первым поток входящего внутрь организма воздуха встречает носовая полость. Анатомически нос рассматривают как наружный и внутренний (носовая полость).
Наружный нос — это то, что мы видим на лице. Он состоит из хрящей, покрытых кожей. В области ноздрей кожа заворачивается внутрь носа и постепенно переходит в слизистую оболочку. Внутренний нос с тремя носовыми ходами. Вид спереди. Внутренний нос. Вид сбоку. Видны три носовых хода. Стрелками обозначен путь воздуха к ним. Внутренний нос (носовая полость) разделен примерно на две равные половины.
В каждой носовой полости расположены три носовые раковины: нижняя, средняя и верхняя. Эти раковины дополнительно в каждой носовой полости образуют отдельные носовые ходы: нижний, средний и верхний. Причем, каждый носовой ход, помимо пропускания воздуха, несет еще дополнительные функции.
Так, в высшей точке нижнего носового хода находится отверстие слезно-носового канала; в средний носовой ход открываются почти все придаточные пазухи носа; в верхний носовой ход открываются задние ячейки решетчатого лабиринта и через отверстия в решетчатой кости в эту область спускаются обонятельные нервы из полости черепа.
Таким образом, обонятельная часть ограничена поверхностью верхней раковины и частью средней. Вся остальная часть полости носа относится к дыхательной области.
Воздушная струя, поднимаясь кверху через носовые отверстия, проходит главной своей массой но среднему носовому ходу, после чего дугообразно опускаясь вниз сзади и спичу, направляется в носоглоточную полость. Этим достигается более продолжительное соприкосновение воздуха со слизистой оболочкой. Проходя через носовую полость, воздух согревается, увлажняется и очищается. Увлажняется воздух почти до полного насыщения за счет носовой слизи, которую выделяет слизистая оболочка носа (около 500 граммов влаги за сутки).
Далее воздух идет через носоглотку, гортань и попадает в трахею, которая имеет вид цилиндрической трубки длиной 11 — 13 сантиметров и имеет диаметром от 1,5 до 2,5 сантиметра. Она состоит из хрящевых полуколец, соединенных между собой волокнистой соединительной тканью. Трахея выстлана изнутри слизистой оболочкой, покрытой мерцательным эпителием.
Движения ворсинок мерцательного эпителия позволяют выводить наружу попавшую в нее пыль и другие чужеродные вещества, либо благодаря высокой всасывающей способности эпителия всосать их внутрь и далее вывести их вон внутренними путями.
Далее трахея разветвляется на бронхи, а те в свою очередь на бронхиолы — более мелкие воздухоносные пути. В отличие от трахеи, бронхи уже имеют в составе стенки мышечные волокна. Причем с уменьшением калибра (просвета) мышечный слой становится сильнее развитым, а волокна идут в несколько косом направлении; сокращение этих мышц вызывает не только сужение просвета бронхов, но и некоторое укорочение их, благодаря чему они участвуют в выдохе.
В стенках бронхов располагаются слизистые железы, и покрыты они мерцательным эпителием. Совместная деятельность слизистых желез, бронхов, мерцательного эпителия и мускулатуры способствует увлажнению поверхности слизистой оболочки, разжижению и выведению наружу вязкой мокроты при патологических процессах, а также выведению частиц пыли и микробов, попавших в бронхи с потоком воздуха. Воздух, пройдя путь по вышеописанным воздухоносным путям, очищенный и нагретый до температуры тела, попадает в альвеолы. Они состоят из тонкого клеточного слоя, под которым находятся кровеносные сосуды (капилляры), с помощью которых происходит газообмен.
В легких насчитывается свыше 700 миллионов альвеол. Каждая альвеола имеет диаметр 0,2 и толщину стенки 0,04 миллиметра. Общая поверхность, через которую происходит газообмен, в среднем равна 90 квадратным метрам.
Воздух попадает в альвеолы благодаря изменению объема легких из-за дыхательных движений грудной клетки. Внешнее дыхание обеспечивается дыхательным актом (циклом). Дыхательный цикл состоит из двух фаз: вдоха и выдоха.
Вдох немного короче выдоха, их соотношение 1: 1,3. Вдох осуществляется при участии следующих мышц: основной — диафрагмы, вспомогательных — наружных межреберных мышц.
Выдох происходит пассивно при расслаблении мышц вдоха. Мышцы, способствующие выдоху, подключаются лишь при форсированном (усиленном) дыхании. К мышцам выдоха относятся мышцы брюшной стенки. Они увеличивают внутрибрюшное давление, что способствует движению купола диафрагмы вверх и уменьшению объема грудной клетки.
В процессе работы дыхательные мышцы преодолевают определенное сопротивление. 2/3 сопротивления приходятся на эластическое сопротивление (эластическую тягу) легких, которая создается в основном за счет поверхностно-активных веществ — сурфактантов, выстилающих альвеолы изнутри. Они помогают альвеолам сохранять сферическую форму, препятствуя перерастяжению на вдохе и спадению на выдохе.
1/3 сопротивления, преодолеваемого мышцами, приходится на неэластическое сопротивление воздушному потоку воздухопроводящих путей. Это сопротивление зависит от просвета воздухопроводящих путей — голосовой щели и бронхов.На выдохе — просвет сужается, что является причиной увеличения времени выдоха. Также изменяется и просвет бронхов.
В зависимости от того, какие мышцы задействованы во время дыхания, различают четыре типа дыхания: нижнее, среднее, верхнее и смешанное. Нижнее дыхание, или по другому «брюшное «, «диафрагмалъное» — это когда в дыхательных движениях участвует только диафрагма, а грудная клетка остается без изменений. При этом в основном вентилируется нижняя часть легких и немного средняя.
Среднее дыхание, или по-другому «реберное «, когда в дыхательных движениях участвуют межреберные мышцы, грудная клетка расширяется в стороны и несколько поднимается вверх. Диафрагма при этом слегка поднимается.
Верхнее дыхание или по-другому «ключичное «, когда дыхание осуществляется только за счет поднятия ключиц и плечей вверх, при неподвижной грудной клетке и некотором втягивании диафрагмы. При этом в основном вентилируются верхушки легких и немного средняя часть.
Смешанное дыхание, или по другому «полное дыхание йогов «, объединяет в себе все вышеуказанные типы дыхания, равномерно вентилируя все части легких. При спокойном дыхании не все альвеолы участвуют в дыхании одновременно, часть альвеол находится в спавшемся состоянии.
Они раскрываются при усиленном дыхании во время мышечной работы и при действии на организм разряженного воздуха (в горах). Таким образом, в легких, как и в капиллярах кровеносной системы, при небольшом уровне активности происходит попеременное включение в деятельность то одних, то других «функциональных единиц» (т. е. альвеол).
Легкие в зависимости от глубины вдоха и выдоха заполняются воздухом различно. Объем воздуха, вдыхаемый за каждый цикл, называется дыхательным объемом (ДО).
В покое дыхательный объем невелик. При работе ДО может увеличиваться за счет резервного объема вдоха.
Резервный объем вдоха — это количество воздуха, которое можно вдохнуть дополнительно после спокойного вдоха.
Резервный объем выдоха — это количество воздуха, которое можно выдохнуть дополнительно после спокойного выдоха.
ДО, резервные объемы вдоха и выдоха составляют жизненную ёмкость легких.
Жизненная емкость легкость (ЖЕЛ) — это количество воздуха, которое можно выдохнуть при максимально возможном выдохе после максимально возможного вдоха. Величина ЖЕЛ зависит от пола, возраста, размеров тела, тренированности и у спортсменов от спортивной специализации.
У мужчин она больше, чем у женщин, и больше у спортсменов, тренирующихся на выносливость, т.е. занимающихся теми видами спорта, где энергообеспечение идет за счет аэробных источников. У взрослых молодых людей больше, чем у пожилых и детей. Средняя величина ЖЕЛ для юноши 20 лет ростом 175см составляет 4,5л; для девушки такого же возраста ростом 165см -3,2л.
Особенно велика ЖЕЛ у пловцов и гребцов (может достигать 9л), т.к. у этих спортсменов сильно развиты вспомогательные дыхательные мышцы (большие и малые грудные).
Вдыхаемый воздух является смесью альвеолярного и атмосферного воздуха, имеющегося в воздухоносных путях. Если собирать выдыхаемый воздух последовательными порциями за один выдох, то получается следующее: вначале выходит воздух, состав которого такой же, как и атмосферного, далее процент углекислого газа растет, а кислорода снижается.
В самом конце выдоха в воздухе содержится 5,5% углекислого гача, а кислорода только 14%. Разница в составе объясняется I см, что выдыхаемый воздух содержит не только воздух, заполнивший альвеолы и участвующий в газообмене с кровью, по и воздух мертвого пространства, не участвующего в дыхании (воздух дыхательных путей).
В зависимости от степени вентиляции легких различают поверхностное и глубокое дыхание. При поверхностном используется только дыхательный объем воздуха, при глубоком, помимо дыхательного, используется еще и резервный. В зависимости от этого меняется и частота дыхания. При поверхностном она 16-18 раз в минуту, при глубоком и медленном (растянутом) 4-8 раз.
Можно подчеркнуть, что глубокое и быстрое дыхание вымывает из организма углекислый газ, дефицит которого в организме вызывает сужение бронхов и сосудов, приводит к кислородному голоданию клеток мозга, сердца, почек и других органов, поднимает артериальное давление, нарушает обмен веществ. Физиолог Д. Гендерсон многочисленными экспериментами на животных доказал пагубность такого дыхания, убивая их быстрым и глубоким дыханием.
Эти эксперименты проводились им в начале нынешнего столетия.
Дыхание человека в течение жизни меняется. Так, в раннем детском возрасте оно поверхностное. Пропорции тела и внутренних органов ограничивают развертывание легких во время вдоха. Выдыхаемый воздух у детей раннего возраста содержит больше кислорода и меньше углекислого газа, чем у детей более старшего возраста. Поэтому частота дыхания тем выше, чем моложе ребенок: у новорожденного — от 40 до 50 — 55 раз в минуту; у ребенка 1-2 лет — 30 — 40; 6 лет — 20; 10 лет — 18 20.
Тип дыхания у новорожденного и грудного ребенка — диафрагмальный (нижний), с 2 лет — смешанный реберно- диафрагмальный, а с 8 — 10 лет у мальчиков вырабатывается по преимуществу дыхание диафрагмального типа, у девочек — «ключичное «(верхнее).
После достижения половой зрелости и до 40 лет дыхательная функция находится в наивысшем состоянии. Но после сорока лет в легких наблюдаются инволютивные процессы. Так, в бронхах начинается атрофия слизистой и подслизистой ткани с замещением их жировой и склерозированной соединительной тканью, обезызвествление хрящей. Это ведет к уменьшению эластичности бронхиальных путей и к потере тонуса.
В самой легочной ткани начинается атрофия, которая выражается в истончении альвеолярных перегородок и уменьшений их упругости, следствием этого является расширение альвеол в результате уменьшения со противления их стенок атмосферному давлению. Так, у новорожденных диаметр альвеол составляет 0,05 миллиметра, у взрослого человека уже 0,2 — 0,25 миллиметра, а в старости он увеличивается до 0,34 миллиметров. Естественно, все это отражается на дыхании, оно становится все более и более углубленным при той же частоте. И по мере приближения смерти человека оно все более и более углубляется.
В заключение можно сказать, что легкие являются одновременно не только органом дыхания, но и выделения, регуляции температуры тела и даже принимают участие в выработке физиологически активных веществ, участвующих в регуляции свертывания крови, обмена белков, жиров и углеводов. Поэтому, чем чище организм, тем лучше легкие выполняют свои обязанности, в противном случае они заняты в основном выделительной функцией в ущерб остальным.