Системы человека

Мы переходим к описанию функционирования дыхательной (респираторной) системы орга­низма человека, изменения динамики деятельности которой являются составляющими «вегета­тивного криза», развивающегося в ответ на ситуационно значимый стимул.

Нормальное функционирование, т. е. жизнь организма возможны только при условии попол­нения энергии, которая непрерывно расходуется. Даже если человек находится в полном покое, все равно происходит трата энергии, но значительно меньшая, чем при работе. Свои энергетичес­кие расходы организм покрывает за счет энергии, которая освобождается в нем при окислении питательных веществ. Как известно, подавляющее большинство окислительных (ассимилятив­ных) процессов, протекающих в организме человека и животных, может происходить только в присутствии кислорода, поэтому для обеспечения окислительных процессов, а следовательно, и для сохранения жизни необходимо постоянное поступление кислорода. Однако при окислитель­ных процессах образуются продукты распада (диссимиляции), в первую очередь углекислый газ, который должен быть удален из организма. Таким образом, одновременно с непрерывным по­ступлением кислорода должно быть обеспечено и удаление углекислого газа. Эту функцию осу­ществляют органы дыхания. Именно в легких в процессе дыхания в основном происходит этот обмен газов между организмом и окружающей его средой. Следовательно, дыханием называет­ся обмен газов между организмом и окружающей средой. Оно заключается в поступлении кислорода и удалении углекислого газа. Переносчиком кислорода от легких к тканям, а углекислоты от тканей к легким является кровь. Кислород, отданный кровью в тканевую жидкость, поступает в клетки, где и принимает участие в окислительных процессах. В клетках образуется углекислый газ, который поступает в тканевую жидкость, а через нее в кровь.

Таким образом, акт дыхания состоит из трех процессов:

1) внешнее или легочное дыхание, под которым понимается обмен газов, происходящий в
легких между организмом и окружающей средой;

2) внутреннее или тканевое дыхание, включающее процессы, протекающие в клетках;

3) транспорт газов кровью, т. е. перенос кровью кислорода от легких к тканям и углекислого
газа от тканей к легким.

Следует отметить, что легочный тип дыхания является наиболее совершенным и имеет место у животных, стоящих на высоких ступенях развития, т. е. у птиц и млекопитающих; таков же тип дыхания и у человека. У более низко организованных животных имеется кожное, жаберное, тра­хейное и кишечное дыхание.

Как же происходит процесс легочного дыхания?

При вдохе воздух поступает в нос, затем в носоглотку, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы, и, наконец, в альвеолы (рис. 5.1).

При нормальном дыхании человек дышит через нос, прибегая к дыханию через рот только в тех случаях, когда дышать через нос становится трудно, например при насморке. Дыхание через нос имеет большое значение для организма. Благодаря тому, что слизистая оболочка носа богата кровеносными сосудами, воздух, проходя через нос, согревается; Кроме того, в носу задерживают­ся частицы пыли, попадающие туда вместе с воздухом. Такому очищению способствуют мерца­тельный эпителий слизистой оболочки носа и извилистые носовые ходы. Из носа воздух проходит в носоглотку, гортань и трахею. В дальнейшем в грудной полости трахея делится на бронхи, кото­рые разветвляются на более мелкие веточки и, наконец, на мельчайшие трубочки, или бронхиолы, оканчивающиеся легочными пузырьками, или альвеолами (рис. 5.2). Трахея и бронхи также усе-

 

яны мерцательным эпителием, колебательные движе­ния которого совершаются по направлению к ротовой полости. Этим слизистая оболочка, выстилающая ды­хательные пути, способствует выведению наружу сли­зи, а вместе с ней и частиц пыли, попавших в воздухо­носные пути. Альвеолы являются той частью воздухо­носных путей, где происходит обмен газов, т. е. осуще­ствляется собственно дыхательный процесс.

Рис. 5.1. Схема воздухоносных путей: 1 — гортань; 2 — трахея (дыхательное горло); 3 — бронхи; 4 — бронхиальное дерево; 5 — лег­кое

Механизм вдоха происходит следующим образом. При вдохе сокращаются наружные передние межребер­ные мышцы. Они при этом приподнимают ребра, кото­рые несколько поворачиваются вокруг оси, отводятся в сторону и выдаются вперед. Вперед выдается также гру­дина (рис. 5.3). В результате объем грудной клетки уве­личивается в направлении спереди назад и в стороны. Объем грудной клетки увеличивается также сверху вниз. При вдохе, помимо межреберных мышц, сокра­щается и диафрагма. При этом ее купол уплощается ( рис. 5.4). При вдохе диафрагма опускается на 3—4 см. Опускание диафрагмы на 1 см вызывает увеличение х»ъема грудной клетки на 250—300 мл, а при опускании на 3—4 см полость грудной клетки увеличивается по­чти на 1000 мл. Опускаясь, диафрагма давит на органы брюшной полости и оттесняет их вниз и вперед, что влечет за собой выпячивание стенки брюшной полос­ти. Поэтому при дыхании брюшная стенка ритмически выпячивается. Таким образом, расширение грудной •слетки обусловлено сокращением межреберных мышц и диафрагмы. При ускоренном дыхании, помимо меж-геберных мышц и диафрагмы, во вдохе участвуют и irynie мышцы.

Рис. 5.2. Схема дольки легкого. Левая долька покрыта капиллярами

При вдохе воздух поступает в легкие, поскольку гтудная клетка расширяется, и ее размеры увеличива-:»: тся. За расширяющейся грудной клеткой следуют лег-к;: е. которые легко растягиваются. В растянутом лег-«ом давление падает ниже атмосферного. Таким обра­зом, создается разность давления между атмосферным щ легочным воздухом, и наружный воздух устремляет­ся в легкие. Это можно наблюдать при помощи следую­щего опыта. Нижнюю часть лишенной дна стеклянной широкой бутылки затягивают резиновой иленкой, а горлышко затыкают пробкой, через которую пропускают стеклянную трубочку. К концу стеклянной трубочки привязывают трахею с легкими кролика, кошки или какого-либо другого животного. Таким образом, сосуд герметически закрыт и не сообщается с атмосферным воздухом, так как единственный ход — стеклянная трубка, соединен с легкими. При оттягива­нии резинового дна объем бутыли увеличивается и давление становится ниже атмосферного. В силу создавшейся разницы между атмосферным давлением и давлением в бутыли воздух уст­ремляется в бутыль, но так как единственный ход сообщения оканчивается легкими, то воздух •оступает в легкие и их растягивает. Если отпустить резину, то она вернется к своему исходно­му положению, объем бутыли уменьшится, давление в ней возрастет, легкие спадутся и воздух шз них вытеснится.

 

Схема, изображающая

изменения грудной клетки и диафрагмы при дыхании.

Слева — вдох; грудная клетка расширена, диафрагма опущена; справа — выдох; грудная клетка уменьшена в объеме,

диафрагма поднята

Таким образом, эта модель дает представление о том, что поступление воздуха в легкие явля­ется следствием механического расширения грудной клетки. Выдох происходит за счет того, что мышцы, обеспечивающие вдох, расслабляются, грудная клетка в силу тяжести возвращается в исходное положение, купол диафрагмы приподнимается, объем грудной клетки, а следовательно, и легких уменьшается и воздух, вошедший в легкие при вдохе, выводится наружу. Таким образом, выдох в отличие от вдоха является, как правило, пассивным актом, что делает его более продол­жительным по времени. Это объясняет тот факт, что величина индекса Штерринга-Бенусси¹ в состоянии покоя составляет отношение ²/₃.

В сильном выдохе участвует брюшной пресс, при этом брюшная стенка сокращается, давит на брюшные органы, которые, в свою очередь, давят на диафрагму и способствуют ее выпячива­нию в грудную полость. Помимо мышц живота, в усиленном выдохе участвуют внутренние меж­реберные и другие мышцы.

Циркуляция воздуха в легких во время дыхания называется легочной вентиляцией, показате­лем которой является минутный объем легких. Под минутным объемом понимают то количество воздуха, которое проходит через легкие в минуту. Для того чтобы узнать минутный объем, часто­ту дыхательных движений в минуту умножают на объем воздуха, поступающего в легкие при одном вдохе. Частота дыхания у взрослых людей составляет 12—20 в минуту.

Большое значение имеет тренировка; у тренированных людей дыхательные движения совер­шаются более медленно и равняются 6—8 в минуту. Количество дыханий связано также с возрас­том. У детей оно более частое, чем у взрослых, например, новорожденные дышат 60 раз в минуту; ребенок 5-летнего возраста — 25 раз в минуту, а в 15—16 лет частота дыхания равняется 12—20 в минуту, что и сохраняется в дальнейшем. Дыхание в пределах 12—20 циклов в минуту получило условное название нормопноэ, редкое дыхание (менее 12 циклов в минуту) называют брадипноэ, а частое дыхание (более 20 циклов в минуту) — тахипноэ.

При мышечной работе дыхание учащается в 2—3 раза, доходя при некоторых видах спортив­ных упражнений до 40—45 в минуту и более. На частоту дыхания влияет температура окружаю­щей среды, умственная работа и др. Как было указано, минутный объем можно узнать, умножив количество вдохов на объем вдыхаемого воздуха при одном вдохе. Допустим, что частота дыхания у человека 16 в минуту и объем вдыхаемого воздуха равен 350 мл, тогда минутный объем будет равен 5—6 л.

Различают грудной, диафрагмальный, или брюшной, и смешанный типы дыхания. Подраз­деление на типы производится в зависимости от того, какие мышцы преимущественно участвуют в дыхательном процессе.

Уровень максимального выдоха

Остаточный

Воздух

Время

Рис. 5.6. Отношение воздушных объемов, находящихся в легких

Принято считать, что у мужчин тип дыхания преимущественно диафрагмальный, а у женщин преобладает грудной тип дыхания. Однако тип дыхания не является постоянным, а меняется в зависимости от условий работы. У женщин, занимающихся физическим трудом, грудной тип дыха­ния заменяется диафрагмальным или смешанным типом дыхания. Опыт проведения полиграф­ных проверок все же свидетельствует о том, что у подавляющего большинства людей имеет место смешанный тип дыхания, поэтому в ходе проверки полиграфологи обычно регистрируют как груд­ное, так и диафрагмальное дыхание опрашиваемого лица, из которых затем выбирают для анализа наиболее информативный канал. Зарегистрированная пневмограмма, т. е. кривая записи дыха­тельного процесса (рис. 5.5) дает возможность специалисту судить о глубине, частоте, взаимоотно­шении отдельных фаз дыхания и прочих показателях респирации.

Важным показателем, характеризующим индивидуальные особенности дыхательной систе­мы, является жизненная емкость легких (рис. 5.6). Жизненной емкостью легких называют тот объем воздуха, который человек может выдохнуть после глубокого вдоха. В среднем человек мо­жет выдохнуть 4000 мл воздуха. Из каких же величин складывается жизненная емкость? Наблю­дение показывает, что человек при нормальном дыхании вдыхает и выдыхает не 4000 мл, а намно­го меньше.

При нормальном спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха; этот объем воздуха называется дыхательным воздухом. Количество дыхательного воздуха не является предельным, так как человек после обычного спокойного вдоха может произвести более усилен­ный вдох и вдохнуть дополнительно еще 1500—2000 мл воздуха. Этот воздух называется дополни­тельным. Точно так же человек может после нормального выдоха произвести усиленный выдох и выдохнуть еще 1500 мл. Этот воздух называется резервным.

Сумма этих трех величин, т. е. дыхательного, дополнительного и резервного воздуха, состав­ляет жизненную емкость легких. Объем жизненной емкости легких в значительной степени зави­сит от тренировки, возраста и пола. У людей тренированных он больше, чем у нетренированных, у мужчин больше, чем у женщин. С детского возраста и до 18—19 лет жизненная емкость легких увеличивается; с 18 до 35 лет она сохраняется на постоянном уровне, а затем с возрастом уменьша­ется. Жизненную емкость легких определяют при помощи специального прибора, который назы­вается спирометром (рис. 5.7).

Глава 5 95

Спирометр представляет собой цилиндр, наполненный водой. В этот цилиндр опущен второй полый цилиндр вверх дном. Второй цилиндр подвешен на грузах, перекинутых через блоки. По дну пер­вого цилиндра проходит металлическая трубка, которая одним кон­цом выведена наружу, а другим проходит через воду и оканчивается под крышей второго цилиндра. К концу наружной металлической трубки присоединяется резиновая трубка с мундштуком. Испытуе­мый берет в рот мундштук и после глубокого вдоха производит мак­симальный выдох в спирометр. Выдохнутый воздух поступает во второй цилиндр, который всплывает в зависимости от объема вы­дохнутого воздуха. По существующей на цилиндре шкале регистри­руют количество выдохнутого воздуха, т. е. устанавливают величи­ну жизненной емкости легких. Таким же образом можно определить объем дыхательного, дополнительного и резервного воздуха.

После первого вдоха ребенка, когда легкие наполняются возду­хом, и до конца жизни при любых условиях легкие полностью не освобождаются от воздуха. Даже после максимального выдоха в лег­ких остается около 1000—1500мл воздуха. Этот объем воздуха полу­чил название остаточного воздуха. Остаточный воздух сохраняется даже в легких трупа. Это видно из того, что если бросить в воду кусок легкого мертворожденного ребенка, то он потонет, а если бро­сить кусок легкого трупа взрослого человека или ребенка, дышав­шего хотя бы короткое время, то он не потонет, а будет плавать на поверхности воды. Как известно, газообмен происходит только в альвеолах; воздух же, находя­щийся в воздухоносных путях, в газообмене участия не принимает. Таким образом, не весь вдыха­емый воздух участвует в газообмене, а только та часть, которая попадает в альвеолы. При обыч­ном дыхании мы вдыхаем 500 мл, из которых около 140 мл остаются в воздухоносных путях, а около 360 мл поступают в альвеолы. Эти 140 мл задерживаются в гортани, трахее, бронхах и бронхиолах и во время дыхания изменениям не подвергаются. Пространство, заполненное возду­хом, не участвующим в газообмене, называется вредным пространством.

Параметры легочной вентиляции должны соответствовать потребности организма в кисло­роде в каждый момент времени. Параметры дыхания изменяются под влиянием многих факто­ров. Например, при высокой физической нагрузке происходит повышенное потребление кисло­рода и требуется, соответственно, интенсификация легочной вентиляции, которая достигается за счет изменения глубины и частоты дыхания. Для специалиста-полиграфолога важно знать, что определенные эмоции также нередко вызывают кратковременные изменения параметров дыха­тельного процесса. Регуляция снабжения организма кислородом и удаление из организма угле­кислого газа осуществляются скоординированной работой нервной, дыхательной, сердечно-со­судистой систем и крови. Общая схема регуляции процесса дыхания приведена на рис. 5.8.

В регуляции дыхания принимают участие как рефлекторные, так и гуморальные механизмы. Ритм дыхания обусловлен тем, что к дыхательной мускулатуре (межреберные мышцы, диафраг­ма и др.) из центральной нервной системы беспрерывно поступают импульсы, вызывающие ее сокращение. Еще в прошлом веке экспериментально было доказано, что возбуждение, вызываю­щее сокращение дыхательных мышц, возникает в продолговатом мозге. Эти опыты заключались в том, что производилась перерезка продолговатого мозга на разных уровнях. Оказалось, что перерезка на уровне верхней границы продолговатого мозга не вызывает значительных наруше­ний дыхания, а перерезка между продолговатым и спинным мозгом приводит к полной остановке дыхания. Аналогичные результаты были получены при охлаждении этих же участков централь­ной нервной системы. Охлаждение верхней границы продолговатого мозга не вызывает прекра­щения дыхания, между тем как охлаждение участка на границе продолговатого и спинного мозга

Межреберные.------------ Л—^Ребра

мышцы к/