Дыхательная система
Дыхательная система обеспечивает поступление кислорода в организм и удаление углекислого газа. Воздух проходит по дыхательным путям к лёгким, а в альвеолах происходит газообмен между воздухом и кровью.
Значение и органы дыхания
Дыхание связано с энергетическим обменом: клетки используют кислород для окисления органических веществ и получения энергии, а углекислый газ образуется как конечный продукт обмена. Согласованная работа органов дыхания и кровообращения доставляет газы ко всем тканям. Общее представление о взаимодействии органов даёт тема системы органов человека.
Дыхательная система — совокупность органов, которые обеспечивают проведение воздуха, газообмен и участие в поддержании постоянства внутренней среды. В неё входят дыхательные пути и лёгкие.
| Отдел | Основные особенности и функция |
|---|---|
| Носовая полость | Очищает воздух от пыли, согревает и увлажняет его; слизь и реснички задерживают частицы. |
| Глотка и гортань | Проводят воздух; гортань участвует в образовании голоса, а надгортанник закрывает вход в неё при глотании. |
| Трахея и бронхи | Проводят воздух к лёгким; хрящевые элементы поддерживают просвет. |
| Бронхиолы | Мелкие ветви бронхов, переходящие в альвеолярные ходы. |
| Лёгкие | Парные органы, содержащие бронхиальное дерево и множество альвеол; здесь происходит газообмен. |
При первом упоминании удобно различать дыхательные пути и газообменную часть: подробный путь воздуха разобран на странице дыхательные пути, а строение альвеол — на странице альвеолы. Лёгкие покрыты двумя листками плевры, между которыми находится узкая плевральная полость с небольшим количеством жидкости. Она уменьшает трение и помогает лёгким следовать за движениями грудной клетки.
Движение воздуха и дыхательные движения
Воздух движется благодаря разности давления: он направляется из области, где давление выше, в область, где оно ниже. Лёгочная ткань не сокращается самостоятельно. Её объём изменяется вслед за грудной клеткой благодаря дыхательным мышцам и герметичности плевральной полости.
| Фаза | Работа мышц и объём грудной клетки | Направление движения воздуха |
|---|---|---|
| Вдох | Диафрагма сокращается и опускается, наружные межрёберные мышцы сокращаются, объём грудной клетки увеличивается. | Давление в лёгких уменьшается, воздух входит. |
| Выдох в покое | Диафрагма расслабляется и поднимается, мышцы расслабляются, объём уменьшается. | Давление в лёгких увеличивается, воздух выходит. |
| Форсированный выдох | Сокращаются внутренние межрёберные и мышцы брюшного пресса. | Воздух активно выталкивается. |
При увеличении объёма грудной клетки давление в лёгких становится ниже атмосферного — происходит вдох. При уменьшении объёма давление становится выше атмосферного — происходит выдох.
Подробное описание сокращения диафрагмы и межрёберных мышц приведено в теме дыхательные движения. Дыхание автоматически изменяется при физической нагрузке: усиливаются частота и глубина дыхания, поэтому в единицу времени через лёгкие проходит больше воздуха.
Газообмен в лёгких и тканях
В лёгких газообмен идёт через тонкую стенку альвеолы и прилегающего капилляра. Кислород диффундирует из альвеолярного воздуха в кровь, потому что его концентрация и парциальное давление в альвеолах выше. Углекислый газ движется в обратном направлении — из венозной крови в альвеолы — и удаляется при выдохе.
Газообмен — переход кислорода и углекислого газа через дыхательную поверхность по градиенту их концентраций или парциальных давлений.
- Большая суммарная поверхность альвеол ускоряет обмен.
- Тонкие и влажные стенки альвеол облегчают диффузию.
- Густая сеть капилляров обеспечивает постоянный контакт альвеол с кровью.
- Постоянная вентиляция поддерживает разность концентраций газов.
Кислород в крови главным образом связывается с гемоглобином эритроцитов, а углекислый газ переносится в растворённом виде, в составе гидрокарбонатов и частично связанным с белками. Обмен газов между кровью и клетками называют тканевым дыханием. Подробная последовательность процессов изложена в разделе газообмен.
Что непосредственно вызывает поступление воздуха в лёгкие при вдохе?
Лёгочная вентиляция и показатели дыхания
Лёгочная вентиляция — обновление воздуха в лёгких за определённое время. За один спокойный дыхательный цикл человек вдыхает и выдыхает дыхательный объём. Часть воздуха остаётся в дыхательных путях и не участвует непосредственно в газообмене; это анатомическое мёртвое пространство.
Здесь \(V_{\text{мин}}\) — минутный объём дыхания, \(V_{\text{д}}\) — дыхательный объём, а \(f\) — частота дыхания. Жизненная ёмкость лёгких — максимальный объём воздуха, который можно выдохнуть после максимально глубокого вдоха; её состав и измерение разобраны на странице жизненная ёмкость лёгких.
Дыхательный объём школьника равен 0,5 л, частота дыхания — 16 раз в минуту. Найдём объём воздуха, проходящий через дыхательные пути за минуту.
При одинаковом минутном объёме более глубокое дыхание обычно эффективнее частого поверхностного: большая доля воздуха достигает альвеол. Для полного анализа вентиляции учитывают мёртвое пространство и альвеолярную вентиляцию.
Регуляция дыхания и защита органов
Ритм дыхания задаётся дыхательным центром продолговатого мозга и моста. Химические рецепторы реагируют прежде всего на повышение содержания углекислого газа и связанное с ним изменение кислотности крови. Сигналы усиливают работу дыхательных мышц, дыхание становится более частым и глубоким. Произвольно задержать или изменить дыхание можно лишь на ограниченное время: автоматическая регуляция постепенно берёт верх.
Кашель и чихание очищают дыхательные пути. Реснички эпителия перемещают слизь с пылевыми частицами к глотке. Защитные механизмы ослабляются при курении, загрязнённом воздухе, инфекциях и пересушивании слизистых. Правила сохранения здоровья рассмотрены в теме гигиена дыхания.
Не путайте вдох и выдох: при вдохе объём грудной клетки увеличивается, а давление в лёгких уменьшается. Не называйте трахею и бронхи местом основного газообмена: они проводят воздух, а обмен происходит главным образом в альвеолах. Не утверждайте, что кислород переносится только в плазме: основная его часть связана с гемоглобином. Минутную вентиляцию нельзя считать без умножения дыхательного объёма на частоту дыхания.
Проверь себя
Главное
- Дыхательные пути проводят воздух, а альвеолы обеспечивают газообмен.
- Вдох вызывается увеличением объёма грудной клетки и снижением давления в лёгких; выдох в покое происходит при обратных изменениях.
- Кислород переходит из альвеол в кровь, углекислый газ — из крови в альвеолы.
- Минутная вентиляция равна произведению дыхательного объёма на частоту дыхания: \(V_{\text{мин}}=V_{\text{д}}\cdot f\).
- Работу дыхания регулирует дыхательный центр, а слизь, реснички, кашель и чихание защищают дыхательные пути.