Дихальна система. Фізіологія дихання
Процес дихання, надходження кисню в організм при вдиху і видалення з нього вуглекислого газу і водяної пари при видиху. Будова респіраторної системи. Ритмічність і різні типи дихального процесу. Регуляція дихання. Різні способи дихання.
Для нормального протікання обмінних процесів в організмі людини і тварин в рівній мірі необхідний як постійний приплив кисню, так і безперервне видалення вуглекислого газу, що накопичується в ході обміну речовин. Такий процес називається зовнішнім диханням.
Дихання – це сукупність процесів, що забезпечують споживання організмом кисню і виділення вуглекислого газу.
Таким чином, дихання – одна з найважливіших функцій регулювання життєдіяльності людського організму. В організмі людини функцію дихання забезпечує дихальна (респіраторна система).
В дихальну систему входять легкі і респіраторний тракт (дихальні шляхи), який, в свою чергу, включає носові ходи, гортань, трахею, бронхи, дрібні бронхи і альвеоли (дивись малюнок 1.5.3). Бронхи розгалужуються, поширюючись по всьому об’єму легенів, і нагадують крону дерева. Тому часто трахею і бронхи з усіма відгалуженнями називають бронхіальним деревом.
Кисень в складі повітря через носові ходи, гортань, трахею і бронхи потрапляє в легені. Кінці найдрібніших бронхів закінчуються безліччю тонкостінних легеневих пухирців – альвеол (дивись малюнок 1.5.3).
Альвеоли – це 500 мільйонів бульбашок діаметром 0,2 мм, де відбувається перехід киснем в кров, видалення вуглекислого газу з крові.
Тут і відбувається газообмін. Кисень з легеневих пухирців проникає в кров, а вуглекислий газ із крові – в легеневі пухирці (рисунок 1.5.4).
Найважливіший механізм газообміну – це дифузія, при якій молекули переміщаються з області їх високого скупчення в область низького вмісту без витрати енергії (пасивний транспорт). Перенесення кисню з навколишнього середовища до клітин проводиться шляхом транспорту кисню в альвеоли, далі в кров. Таким чином, венозна кров збагачується киснем і перетворюється в артеріальну. Тому склад повітря, що видихається відрізняється від складу зовнішнього повітря: в ньому міститься менше кисню і більше вуглекислого газу, ніж в зовнішньому, і багато водяної пари (дивись малюнок 1.5.4). Кисень зв’язується з гемоглобіном, який міститься в еритроцитах, насичена киснем кров надходить у серце і виштовхується в велике коло кровообігу. По ньому кров розносить кисень по всіх тканинах організму. Надходження кисню до тканин забезпечує їх оптимальне функціонування, при недостатньому ж надходженні спостерігається процес кисневого голодування (гіпоксії).
Недостатнє надходження кисню може бути обумовлено декількома причинами як зовнішніми (зменшення вмісту кисню у вдихуваному повітрі), так і внутрішніми (стан організму в даний момент часу). Знижений вміст кисню у вдихуваному повітрі, так само як і збільшення вмісту вуглекислого газу та інших шкідливих токсичних речовин спостерігається в зв’язку з погіршенням екологічної обстановки і забрудненням атмосферного повітря. За даними екологів тільки 15% городян проживають на території з допустимим рівнем забруднення повітря, в більшості ж районів вміст вуглекислого газу збільшено в кілька разів.
При дуже багатьох фізіологічних станах організму (підйом в гору, інтенсивне м’язове навантаження), так само як і при різних патологічних процесах (захворювання серцево-судинної, дихальної та інших систем) в організмі також може спостерігатися гіпоксія.
Природа виробила безліч способів, за допомогою яких організм пристосовується до різних умов існування, в тому числі до гіпоксії. Так компенсаторною реакцією організму, спрямованої на додаткове надходження кисню і якнайшвидше виведення надлишкової кількості вуглекислого газу з організму є поглиблення і почастішання дихання. Чим глибше дихання, тим краще вентилюються легені і тим більше кисню надходить до клітин тканин.
Приміром, під час м’язової роботи посилення вентиляції легенів забезпечує зростаючі потреби організму в кисні. Якщо в спокої глибина дихання (об’єм повітря, що вдихається або видихається за один вдих або видих) складає 0,5 л, то під час напруженої м’язової роботи вона збільшується до 2-4 л в 1 хвилину. Розширюються кровоносні судини легких і дихальних шляхів (а також дихальних м’язів), збільшується швидкість течії крові по судинах внутрішніх органів. Активується робота дихальних нейронів. Крім того, в м’язовій тканині є особливий білок (міоглобін), здатний оборотно зв’язувати кисень. 1 г міоглобіну може зв’язати приблизно до 1,34 мл кисню. Запаси кисню в серці складають близько 0,005 мл кисню на 1 г тканини і цієї кількості в умовах повного припинення доставки кисню до міокарда може вистачити для того, щоб підтримувати окислювальні процеси лише протягом приблизно 3-4 с.
Міоглобін грає роль короткочасного депо кисню. У міокарді кисень, пов’язаний з миоглобином, забезпечує окисні процеси в тих ділянках, кровопостачання яких на короткий термін порушується.
У початковому періоді інтенсивної м’язової навантаження збільшені потреби скелетних м’язів в кисні частково задовольняються за рахунок кисню, що вивільняється миоглобином. Надалі зростає м’язовий кровотік, і надходження кисню до м’язів знову стає адекватним.
Всі ці фактори, включаючи посилення вентиляції легенів, компенсують кисневий “борг”, який спостерігається при фізичній роботі. Природно, збільшення доставки кисню до працюючих м’язів і видалення вуглекислого газу сприяє узгоджене збільшення кровообігу в інших системах організму.
Саморегуляція дихання. Організм здійснює тонке регулювання вмісту кисню і вуглекислого газу в крові, яке залишається відносно постійним, незважаючи на коливання кількості кисню, і потреби в ньому. У всіх випадках регуляція інтенсивності дихання спрямована на кінцевий пристосувальний результат – оптимізацію газового складу внутрішнього середовища організму.
Частота і глибина дихання регулюються нервовою системою – її центральними (дихальний центр) і периферійними (вегетативними) ланками. У дихальному центрі, розташованому в головному мозку, є центр вдиху і центр видиху.
Дихальний центр представляє сукупність нейронів, розташованих в довгастому мозку центральної нервової системи.
При нормальному диханні центр вдиху посилає ритмічні сигнали до м’язів грудей і діафрагми, стимулюючи їх скорочення. Ритмічні сигнали утворюються в результаті спонтанного освіти електричних імпульсів нейронами дихального центру.
Скорочення дихальних м’язів призводить до збільшення обсягу грудної порожнини, в результаті чого повітря входить в легені. У міру збільшення обсягу легких збуджуються рецептори розтягування, розташовані в стінках легенів; вони посилають сигнали в мозок – в центр видиху. Цей центр пригнічує активність центру вдиху, і потік імпульсних сигналів до дихальних м’язів припиняється. М’язи розслабляються, об’єм грудної порожнини зменшується, і повітря з легенів витісняється назовні (дивись малюнок 1.5.5).
Процес дихання, як уже зазначалося, складається з легеневого (зовнішнього) дихання, а також транспорту газу кров’ю і тканинного (внутрішнього) дихання. Якщо клітини організму починають інтенсивно використовувати кисень і виділяти багато вуглекислого газу, то в крові підвищується концентрація вугільної кислоти. Крім того, збільшується вміст молочної кислоти в крові за рахунок посиленого утворення її в м’язах. Дані кислоти стимулюють дихальний центр, і частота і глибина дихання збільшуються. Це ще один рівень регуляції. У стінках великих судин, що відходять від серця, є спеціальні рецептори, що реагують на зниження рівня кисню в крові. Ці рецептори також стимулюють дихальний центр, підвищуючи інтенсивність дихання. Даний принцип автоматичного регулювання дихання лежить в основі несвідомого управління диханням, що дозволяє зберегти правильну роботу всіх органів і систем незалежно від умов, в яких знаходиться організм людини.
Ритмічність дихального процесу, різні типи дихання. У нормі дихання представлено рівномірними дихальними циклами “вдих – видих” до 12-16 дихальних рухів в хвилину. В середньому такий акт дихання здійснюється за 4-6 с. Акт вдиху проходить трохи швидше, ніж акт видиху (співвідношення тривалості вдиху і видиху в нормі становить 1: 1,1 або 1: 1,4). Такий тип дихання називається ейпное (дослівно – хороше дихання). При розмові, прийомі їжі ритм дихання тимчасово змінюється: періодично можуть наступати затримки дихання на вдиху або на виході (апное). Під час сну також можлива зміна ритму дихання: в період повільного сну дихання стає поверхневим і рідкісним, а в період швидкого – поглиблюється і частішає. При фізичному навантаженні за рахунок підвищеної потреби в кисні зростає частота і глибина дихання, і, в залежності від інтенсивності роботи, частота дихальних рухів може досягати 40 в хвилину.
При сміху, зітхання, кашлі, розмові, співі відбуваються певні зміни ритму дихання в порівнянні з так званим нормальним автоматичним диханням. З цього випливає, що спосіб і ритм дихання можна цілеспрямовано регулювати за допомогою свідомого зміни ритму дихання.
Людина має можливість, свідомо керувати диханням.
Людина народжується вже з умінням використовувати кращий спосіб дихання. Якщо простежити як дихає дитина, стає помітним, що його передня черевна стінка постійно піднімається і опускається, а грудна клітка залишається практично нерухомою. Він “дихає” животом – це так званий діафрагмальний тип дихання.
Діафрагма – це м’яз, що розділяє грудну і черевну полості. Сокращенія даної м’язи сприяють здійсненню дихальних рухів: вдиху і видиху.
У повсякденному житті людина не замислюється про диханні і згадує про нього, коли з якихось причин стає важко дихати. Наприклад, протягом життя напруга м’язів спини, верхнього плечового пояса, неправильна постава приводять до того, що людина починає “дихати” переважно тільки верхніми відділами грудної клітини, при цьому об’єм легенів задіюється всього лише на 20%. Спробуйте покласти руку на живіт і зробити вдих. Помітили, що рука на животі практично не змінила свого положення, а грудна клітка піднялася. При такому типі дихання людина задіює переважно м’язи грудної клітки (грудної тип дихання) або області ключиць (ключичное дихання). Однак як при грудному, так і при ключичному диханні організм забезпечується киснем в недостатній мірі.
Недолік надходження кисню може виникнути також при зміні ритмічності дихальних рухів, тобто зміні процесів зміни вдиху і видиху.
У стані спокою кисень щодо інтенсивно поглинається міокардом, сірою речовиною головного мозку (зокрема, корою головного мозку), клітинами печінки і кірковим речовиною нирок; клітини скелетної мускулатури, селезінка і біла речовина головного мозку споживають в стані спокою менший обсяг кисню, то при фізичному навантаженні споживання кисню міокардом збільшується в 3-4 рази, а працюють скелетними м’язами – більш ніж в 20-50 разів у порівнянні зі спокоєм.
Інтенсивне дихання, що складається в збільшенні швидкості дихання або його глибини (процес називається гіпервентиляцією), призводить до збільшення надходження кисню через повітроносні шляхи. Однак часта гіпервентиляція здатна збіднити тканини організму киснем. Часте і глибоке дихання призводить до зменшення кількості вуглекислоти в крові (гипокапнии) і защелачиванию крові – респіраторного алкалозу.
Подібний ефект простежується, якщо нетренована людина здійснює часті і глибокі дихальні руху протягом короткого часу. Спостерігаються зміни з боку як центральної нервової системи (можлива поява запаморочення, позіхання, миготіння “мушок” перед очима і навіть втрати свідомості), так і серцево-судинної системи (з’являється задишка, біль у серці та інші ознаки). В основі даних клінічних проявів гипервентиляционного синдрому лежать гіпокапніческіе порушення, що призводять до зменшення кровопостачання головного мозку. У нормі у спортсменів в спокої після гіпервентиляції настає стан сну.
Слід зазначити, що ефекти, що виникають при гіпервентиляції, залишаються в той же час фізіологічними для організму – адже на будь-яка фізична і психоемоційне напруження організм людини в першу чергу реагує зміною характеру дихання.
При глибокому, повільному диханні (брадіпное) спостерігається гиповентиляционная ефект. Гиповентиляция – поверхневе і сповільнене дихання, в результаті якого в крові відзначається зниження вміст кисню і різке збільшення вмісту вуглекислого газу (гіперкапнія).
Кількість кисню, яке клітини використовують для окислювальних процесів, залежить від насиченості крові киснем і ступеня проникнення кисню з капілярів в ткані. Сніженіе надходження кисню призводить до кисневого голодування і до уповільнення окислювальних процесів в тканинах.
У 1931 році доктор Отто Варбург отримав Нобелівську премію в галузі медицини, відкривши одну з можливих причин виникнення раку. Він встановив, що можливою причиною цього захворювання є недостатній доступ кисню до клітини.
Використовуючи прості рекомендації, а також різні фізичні вправи, можна підвищити доступ кисню до тканин.
Правильне дихання, при якому повітря, що проходить через повітроносні шляхи, в достатній мірі зігрівається, зволожується і очищається – це спокійне, рівне, ритмічне, достатньої глибини.
Під час ходьби або виконання фізичних вправ слід не тільки зберігати ритмічність дихання, але і правильно поєднувати її з ритмом руху (вдих на 2-3 кроки, видих на 3-4 кроки).
Важливо пам’ятати, що втрата ритмічності дихання призводить до порушення газообміну в легенях, стомлення і розвитку інших клінічних ознак нестачі кисню.
При порушенні акту дихання зменшується приплив крові до тканин і знижується насичення її киснем.
Необхідно пам’ятати, що фізичні вправи сприяють зміцненню дихальної мускулатури і підсилюють вентиляцію легенів. Таким чином, від правильного дихання значною мірою залежить здоров’я людини.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)