Механизмы дыхания

Обновление воздуха в альвеолах происходит благодаря изменению объема грудной клетки в результате сокращения межреберных мышц и диафрагмы, т.е. акт дыхания обеспечивается некоторой подвижностью грудной клетки. Каркас грудной клетки составляют грудной отдел позвоночника, 12 пар ребер и грудина.

Подвижность грудной клетки в акте дыхания обеспечивают основные дыхательные мышцы – куполоподобная мышца диафрагма, разделяющая грудную и брюшную полости, и косо расположенные в противоположных направлениях межреберные мышцы вдоха и выдоха (рис. 2.3).

Важное значение для осуществления вдоха и выдоха имеет герметически замкнутая плевральная щель. Она образована висцеральным (покрывающим легкое) и париетальным (выстилающим изнутри грудную клетку) листками плевры и заполнена небольшим количеством смазывающей жидкости.

Дыхательные движения – вдох и выдох периодически изменяют объем грудной клетки. При вдохе, благодаря сокращению наружных межреберных мышц 5, происходит приподнимание ребер 6 с грудной костью и, следовательно, увеличение грудной полости 1 в переднем, заднем и боковом направлениях.

Рис. 2.3. Схема положения грудной клетки при дыхании:

1- грудная полость; 2- положение диафрагмы при выдохе; 3- положение диафрагмы при обычном вдохе; 4- положение диафрагмы при глубоком вдохе; 5- межреберные мышцы; 6- ребра

Сокращение мышечных волокон диафрагмы 2 вызывает уплощение ее купола. Перегородка между грудной и брюшной полостями опускается в положение 3, 4 – что также приводит к увеличению размера грудной клетки в вертикальном направлении. При этом происходит некоторое сдавливание органов брюшной полости.

После окончания сокращения наружных межреберных 5 и диафрагмальной 2 мышц начинается выдох. В условиях спокойного дыхания опускание ребер при выдохе происходит пассивно за счет эластичной тяги растянутого при вдохе связочного аппарата. При более глубоком дыхании опускание ребер происходит активно в результате сокращения внутренних межреберных мышц. Органы брюшной полости, смещенные вследствие сокращения диафрагмальной мышцы после ее расслабления, вдавливают купол диафрагмы в грудную полость, уменьшая ее размеры в вертикальном направлении. Таким образом, выдох характеризуется уменьшением всех размеров грудной полости. В конце выдоха ребра вместе с грудной полостью опущены, купол диафрагмы 2 глубоко вдается в грудную полость 1.

При вдохе легкие следуют за движением грудной клетки, хотя и не сращены с ее стенкой. Это происходит потому, что щелевидное плевральное пространство не увеличивается, так как не имеет сообщения с воздухом. В результате с увеличением размеров грудной полости легкие расширяются, и давление в них становится ниже атмосферного. Между полостью легких и наружным воздухом возникает разность давлений, которая определяет закономерный переход воздуха из атмосферы внутрь легких, в которых давление ниже атмосферного. Таким образом, причиной поступления воздуха в легкие является понижение в них давления вследствие увеличения объема грудной полости.

Во время выдоха объем грудной полости уменьшается, воздух в легких сжимается, чему способствует укорочение эластичной ткани легких, растянутой во время вдоха. В силу того, что давление в полости легких становится выше атмосферного, воздух уходит в атмосферу. Следовательно, причиной выхода воздуха из легких является повышение давления в них, которое происходит в результате уменьшения размеров грудной клетки. Разность давления в покое примерно 2 мм рт. ст.(266 Па) имеет место только во время дыхательных движений. Как только изменения объема грудной полости прекращаются, давление в ней становится равным атмосферному и вдыхание или выдыхание воздуха прекращается. Если затруднить движение воздуха (что происходит при дыхании в противогазе), то изменения внутрилегочного давления будут более выраженными. В случае полного замыкания выхода воздуха из легких, происходит натуживание, во время которого давление внутри легких увеличивается и может достигать приблизительно 100 мм рт. ст. (13, 3 КПа). Во время максимального вдоха (без поступления воздуха в дыхательные пути) разряжение в легких может достигать 70 мм рт. ст.(9, 3 КПа.) и более. Показатели вдоха и выдоха характеризуют силу дыхательных мышц.

Таким образом, происходит как бы саморегуляция: вдох вызывает выдох, а выдох – вдох. В спокойном состоянии человек делает 12-20 вдохов и выдохов в минуту, весной частота дыхания в среднем на 1/3 выше, чем осенью.