Дихання - це невід'ємна ознака життя. Ми дихаємо постійно з моменту народження і до самої смерті. Дихаємо вдень і вночі під час глибокого сну, в стані здоров'я і хвороби.

В організмі людини і тварин запаси кисню обмежені. Тому організм потребує безперервного надходження кисню з навколишнього середовища. Так само постійно і безперервно з організму повинен віддалятися вуглекислий газ, який завжди утворюється в процесі обміну речовин і в великих кількостях є токсичною сполукою.

Дихання - складний безперервний процес, в результаті якого постійно оновлюється газовий склад крові. У цьому полягає його сутність.

Нормальне функціонування організму людини можливо тільки за умови поповнення енергією, яка безперервно витрачається. Організм отримує енергію за рахунок окислення складних органічних речовин - білків, жирів, вуглеводів. При цьому звільняється прихована хімічна енергія, яка є джерелом життєдіяльності клітин тіла, їх розвитку і зростання. Таким чином, значення дихання полягає в підтримці в організмі оптимального рівня окислювально-відновних процесів.

У процесі дихання прийнято розрізняти три ланки: зовнішнє, або легеневе, подих, транспорт газів кров'ю і внутрішнє, або тканинне, дихання.

Зовнішнє дихання - це газообмін між організмом і навколишнім його атмосферним повітрям. Зовнішнє дихання може бути розділене на два етапи - обмін газів між атмосферним і альвеолярним повітрям і газообмін між кров'ю легеневих капілярів і альвеолярним повітрям. Зовнішнє дихання здійснюється за рахунок активності апарату зовнішнього дихання.

Апарат зовнішнього дихання включає в себе дихальні шляхи, легені, плевру, скелет грудної клітки і її м'язи, а також діафрагму. Основною функцією апарату зовнішнього дихання є забезпечення організму киснем і звільнення його від надлишку вуглекислого газу. Про функціональний стан апарату зовнішнього дихання можна судити за ритмом, глибині, частоту дихання, по величині легеневих обсягів, за показниками поглинання кисню і виділення вуглекислого газу і т. Д.

Транспорт газів здійснюється кров'ю. Він забезпечується різницею парціального тиску (напруги) газів шляхом їх прямування: кисню від легенів до тканин, вуглекислого газу від клітин до легень.

Внутрішнє або тканинне дихання також може бути розділене на два етапи. Перший етап - обмін газів між кров'ю і тканинами. Другий - споживання кисню клітинами і виділення ними вуглекислого газу (клітинне дихання).

Склад вдихуваного, видихуваного і альвеолярного повітря

Людина дихає атмосферним повітрям, який має наступний склад: 20,94% кисню, 0,03% вуглекислого газу, 79,03% азоту. У видихуваному повітрі виявляється 16,3% кисню, 4% вуглекислого газу, 79,7% азоту.

Склад повітря, що видихається непостійний і залежить від інтенсивності обміну речовин, а також від частоти і глибини дихання. Варто затримати дихання або зробити кілька глибоких дихальних рухів, як склад повітря, що видихається змінюється.

Порівняння складу вдихуваного і повітря, що видихається є доказом існування зовнішнього дихання.

Альвеолярний повітря за складом відрізняється від атмосферного, що цілком закономірно. В альвеолах відбувається обмін газів між повітрям і кров'ю, при цьому в кров дифундує кисень, а з крові - вуглекислий газ. В результаті в альвеолярному повітрі різко зменшується вміст кисню і зростає кількість вуглекислого газу. Процентний вміст окремих газів в альвеолярному повітрі: 14,2-14,6% кисню, 5,2-5,7% вуглекислого газу, 79,7-80% азоту. Альвеолярний повітря відрізняється за складом і від повітря, що видихається. Це пояснюється тим, що видихається, містить суміш газів з альвеол і шкідливого простору.

Людина дихає атмосферним повітрям, який має наступний склад: 20,94% кисню, 0,03% вуглекислого газу, 79,03% азоту. У видихуваному повітрі виявляється 16,3% кисню, 4% вуглекислого газу, 79,7% азоту.

Склад повітря, що видихається непостійний і залежить від інтенсивності обміну речовин, а також від частоти і глибини дихання. Варто затримати дихання або зробити кілька глибоких дихальних рухів, як склад повітря, що видихається змінюється.

Порівняння складу вдихуваного і повітря, що видихається є доказом існування зовнішнього дихання.

альвеолярний повітря за складом відрізняється від атмосферного, що цілком закономірно. В альвеолах відбувається обмін газів між повітрям і кров'ю, при цьому в кров дифундує кисень, а з крові - вуглекислий газ. В результаті в альвеолярному повітрі різко зменшується вміст кисню і зростає кількість вуглекислого газу. Процентний вміст окремих газів в альвеолярному повітрі: 14,2-14,6% кисню, 5,2-5,7% вуглекислого газу, 79,7-80% азоту. Альвеолярний повітря відрізняється за складом і від повітря, що видихається. Це пояснюється тим, що видихається, містить суміш газів з альвеол і шкідливого простору.

ДИХАЛЬНИЙ ЦИКЛ

Дихальний цикл складається з вдиху, видиху і дихальної паузи. Зазвичай вдих коротше видиху. Тривалість вдиху у дорослої людини від 0,9 до 4,7 с, тривалість видиху - 1,2-6 с. Тривалість вдиху і видиху залежить в основному від рефлекторних впливів, що йдуть від рецепторів легеневої тканини. Дихальна пауза - непостійна складова частина дихального циклу. Вона різна за величиною і навіть може бути відсутнім.

Дихальні рухи відбуваються з певним ритмом і частотою, які визначають за кількістю екскурсій грудної клітини в 1 хв. У дорослої людини частота дихальних рухів становить 12-18 в 1 хв. У дітей дихання поверхневе і тому більш часте, ніж у дорослих. Так, новонароджений дихає близько 60 разів за хвилину, 5-річна дитина 25 разів в 1 хв. У будь-якому віці частота дихальних рухів менше кількості серцевих скорочень в 4-5 разів.
Глибину дихальних рухів визначають по амплітуді екскурсій грудної клітки і за допомогою спеціальних методів, що дозволяють досліджувати легеневі обсяги.
На частоту і глибину дихання впливають багато факторів, зокрема емоційний стан, розумове навантаження, зміна хімічного складу крові, рівень тренованості організму, рівень та інтенсивність обміну речовин. Чим частіше і глибше дихальні руху, тим більше кисню надходить в легені і відповідно більшу кількість вуглекислого газу виводиться.
Рідкісне і поверхневе дихання може привести до недостатнього постачання клітин і тканин організму киснем. Це в свою чергу супроводжується зниженням їх функціональної активності. В значній мірі змінюється частота і глибина дихальних рухів при патологічних станах, особливо при захворюваннях органів дихання.

механізм вдиху. вдих ( інспірація) Відбувається внаслідок збільшення обсягу грудної клітини в трьох напрямках - вертикальному, сагітальному (Переднезаднем) і фронтальному (Реберном). Зміна розмірів грудної порожнини відбувається за рахунок скорочення дихальних м'язів.
При скороченні зовнішніх міжреберних м'язів (при вдиху) ребра приймають більш горизонтальне положення, піднімаючись догори, при цьому нижній кінець грудини відходить вперед. Завдяки руху ребер при вдиху розміри грудної клітини збільшуються в поперечному і в поздовжньому напрямках. В результаті скорочення діафрагми купол її ущільнюється і опускається: органи черевної порожнини відтісняються вниз, в сторони і вперед, в результаті обсяг грудної клітини збільшується у вертикальному напрямку.

Залежно від переважного участі в акті вдиху м'язів грудної клітки і діафрагми розрізняють грудної, Або реберний, і черевної, Або діафрагмальний, тип дихання. У чоловіків переважає черевний тип дихання, у жінок - грудний.
У деяких випадках, наприклад, при фізичній роботі, при задишці, в акті вдиху можуть брати участь так звані допоміжні м'язи - м'язи плечового пояса і шиї.
При вдиху легені пасивно слідують за збільшується в розмірах грудною кліткою. Дихальна поверхня легенів збільшується, тиск ж в них знижуєтьсяі стає на 0,26 кПа (2 мм рт. ст.) нижче атмосферного. Це сприяє надходженню повітря через повітроносні шляхи в легені. Швидкому вирівнюванню тиску в легенях перешкоджає голосова щілина, так як в цьому місці повітроносні шляхи звужені. Тільки на висоті вдиху відбувається повне заповнення повітрям розширених альвеол.

механізм видиху. видих ( експірація) Здійснюється в результаті розслаблення зовнішніх міжреберних м'язів і підняття купола діафрагми. При цьому грудна клітка повертається у вихідне положення і дихальна поверхню легких зменшується. Звуження повітроносних шляхів в області голосової щілини обумовлює повільний вихід повітря з легенів. На початку фази видиху тиск в легенях стає на 0,40-0,53 кПа (3-4 мм рт. Ст.) Вище атмосферного, що полегшує вихід повітря з них в навколишнє середовище.

атмосферне повітря, Який вдихає людина, перебуваючи поза приміщенням (або в добре вентильованих приміщеннях), містить 20,94% кисню, 0,03% вуглекислого газу, 79,03% азоту. У закритих приміщеннях, заповнених людьми, процентний вміст вуглекислого газу в повітрі може бути трохи вище.

повітря, що видихається містить в середньому 16,3% кисню, 4% вуглекислого газу, 79,7% азоту (ці цифри наведені в перерахунку на сухе повітря, т. е. за вирахуванням парів води, якими завжди насичений повітря, що видихається).

Склад повітря, що видихається вельми непостійний; він залежить від інтенсивності обміну речовин організму і від обсягу легеневої вентиляції. Варто зробити кілька глибоких дихальних рухів або, навпаки, затримати подих, щоб склад повітря, що видихається змінився.

Азот в газообміні не бере, однак процентний вміст азоту у видимому повітрі на кілька десятих часток відсотка вище, ніж у вдихуваному. Справа в тому, що обсяг повітря, що видихається дещо менше, ніж обсяг вдихуваного, а тому те ж саме кількість азоту, розподіляючись в меншому обсязі, дає більший відсоток. Менший обсяг повітря, що видихається в порівнянні з обсягом вдихуваного пояснюється тим, що вуглекислого газу виділяється трохи менше, ніж поглинається кисню (частина поглинається кисню використовується в організмі на звернення з'єднань, які виділяються з організму з сечею і потім).

альвеолярний повітря відрізняється від видихається великим відсотком некіслоти і меншим відсотком кисню. В середньому склад альвеолярного повітря такий: кисню 14,2-14,0%, вуглекислого газу 5,5- 5,7%, азоту близько 80%.

визначення складу альвеолярного повітряважливо для розуміння механізму газообміну в легенях. Холден запропонував простий метод для визначення складу альвеолярного повітря. Після нормального вдиху досліджуваний робить максимально глибокий видих через трубку довжиною 1-1,2 м і діаметром 25 мм. Перші порції повітря, що видихається, що йдуть через трубку, містять повітря шкідливого простору; останні ж порції, що залишаються в трубці, містять альвеолярний повітря. Для аналізу в газопріемнік беруть повітря з тієї частини трубки, яка знаходиться найближче до рота.

Склад альвеолярного повітря дещо різниться в залежності від того, проведений забір проби повітря для аналізу на висоті вдиху або видиху. Якщо зробити швидкий, короткий і неповний видих в кінці нормального вдиху, то проба повітря відобразить склад альвеолярного повітря після наповнення легенів дихальним повітрям, т. Е. Під час вдиху. Якщо ж зробити глибокий видих після нормального видиху, то проба відобразить склад альвеолярного повітря під час видиху. Зрозуміло, що в першому випадку відсоток вуглекислого газу буде трохи менше, а відсоток кисню трохи більше, ніж у другому. Це видно з результатів дослідів Холдена, який встановив, що відсоток вуглекислого газу в альвеолярному повітрі в кінці вдиху становить в середньому 5,54, а в кінці видиху - 5,72.

Таким оораеом, є порівняно невелике розходження в змісті вуглекислого газу в альвеолярному повітрі на вдиху і на видиху: всього на 0,2-0,3%. Це у великій мірі пояснюється тим, що при нормальному диханні, як сказано вище, ється за все, оновлюється за все 1/7 об'єму повітря в легеневих альвеолах. Відносна сталість складу альвеолярного повітря має велике фізіологічне значення, що з'ясовано нижче.

Атмосферне повітря, що надходить в легені під час вдиху, називається вдихуваним повітрям; повітря, що виділяється назовні через дихальні шляхи під час видиху, - видихається. Повітря, що видихається - це суміш повітря, заполнявшего альвеоли, - альвеолярного повітря - з повітрям, що знаходиться в повітроносних шляхах (в порожнині носа, гортані, трахеї і бронхів). Склад вдихуваного, видихуваного і альвеолярного повітря в нормальних умовах у здорової людини досить постійний і визначається наступними цифрами (табл. 3).

Дані цифри можуть трохи коливатися в залежності від різних умов (стан спокою або роботи та ін.). Але при всіх умовах альвеолярний повітря відрізняється від вдихуваного значно меншим вмістом кисню і великим вмістом вуглекислого газу. Це відбувається в результаті того, що в легеневих альвеолах з повітря надходить у кров кисень, а назад виділяється вуглекислий газ.

Газообмін у легенях обумовлений тим, що в легеневих альвеолах і венозної крові, Що притікає до легким, тиск кисню і вуглекислоти різному: тиск кисню в альвеолах вище, ніж в крові, а тиск вуглекислого газу, навпаки, в крові вище, ніж в альвеолах. Тому в легких і здійснюється перехід кисню з повітря в кров, а вуглекислоти - з крові в повітря. Такий перехід газів пояснюється певними фізичними законами: Якщо тиск якого-небудь газу, що знаходиться в рідині і в навколишньому її повітрі, по-різному, то газ переходить з рідини в повітря і навпаки, поки тиск не врівноважити.

Таблиця 3

В суміші газів, який є повітря, тиск кожного газу визначається процентним вмістом даного газу і називається парціальним тиском (Від латинського слова pars - частина). Наприклад, атмосферне повітря тисне, рівне 760 мм ртутного стовпа. Вміст кисню в повітрі одно 20,94%. Парціальний тиск кисню атмосферного повітря становитиме 20,94% від загального тиску повітря, т. е. 760 мм, і так само 159 мм ртутного стовпа. Встановлено, що парціальний тиск кисню в альвеолярному повітрі становить 100 - 110 мм, а в венозної крові і капілярах легких - 40 мм. Парціальний тиск вуглекислого газу дорівнює в альвеолах 40 мм, а в крові - 47 мм. Різницею в парціальному тиску між газами крові і повітря і пояснюється газообмін у легенях. У цьому процесі активну роль відіграють клітини стінок легеневих альвеол і кровоносних капілярів легких, через які відбувається перехід газів.

Заняття № 7.

Тема: Зовнішнє дихання. Структура дихального циклу.

дихання- сукупність процесів, в результаті яких відбувається споживання організмом кисню і виділення вуглекислого газу.

Дихання у людини і вищих тварин включає наступні процеси:

1. Обмін повітря між зовнішнім середовищем і альвеолами легень.

2. Обмін газів між альвеолярним повітрям і кров'ю, що протікає через легеневі капіляри.

3. Транспорт газів кров'ю.

4. Обмін газів між кров'ю і тканинами в тканинних капілярах.

5. Споживання клітинами кисню і виділення ними вуглекислого газу.

У одноклітинних організмів газообмін відбувається через всю поверхню тіла, у комах - через трахеї, які пронизують все тіло, у риб - в зябрах. У земноводних 2/3 газообміну здійснюється через шкіру і 1/3 - через легені. У ссавців тварин газообмін майже повністю відбувається в легенях і незначно через шкіру і травний тракт.

Зовнішнє дихання.

Легкі у сільськогосподарських тварин розташовані в герметично закритій грудній порожнині, де тиск негативне (нижче атмосферного). Зсередини грудна порожнина вистелена плеврою, один з листків якої (паріетальний) прилягає до грудної клітки, а інший (вісцеральний) покриває легені. Між ними є щілина, заповнена серозною рідиною для зменшення тертя легких під час вдиху і видиху. Легкі позбавлені мускулатури і пасивно слідують за рухом грудної клітки: при розширенні останньої - розширюються і засмоктують повітря (вдих), при спадении - спадаються (видих). Дихальна мускулатура грудної клітки і діафрагми скорочується за рахунок імпульсів, що надходять з дихального центру, що забезпечує нормальне дихання. Якщо розкрити грудну клітку, повітря надходить в плевральну порожнину (пневмоторакс) і тиск в ній стане - рівним атмосферному, в результаті легкі спадуть (ателектаз).

Негативний тиск в плевральній порожнині.

У плодів тварин легкі заповнюють всю грудну порожнину. Газообмін відбувається через плаценту. Легені плоду в диханні участі не беруть.

Після народження при першому вдиху ребра піднімаються, але в початкове положення повернутися не можуть, так як фіксуються в хребцях.

Еластична тканина легенів прагне до спадання, між легкими і грудною кліткою утворюється щілина, в якій тиск нижче атмосферного. Так, в альвеолах легенів тиск дорівнює атмосферному -760, в плевральній порожнині - 745-754 мм рт.ст. Ці 10-30 мм і забезпечують розширення легенів. При вдиху об'єм грудної порожнини збільшується, тиск знижується повітря надходить в легені. При спадении грудної клітини грудна порожнина зменшується, в ній підвищується тиск і повітря витісняється назовні - відбувається видих.

під частотою дихання розуміють кількість дихальних циклів (вдих видих) в 1 хв. Частота дихальних рухів у тварин залежить від інтенсивності обміну речовин, температури довкілля, Продуктивності тварин і т.д.

Великі тварини дихають рідше, ніж дрібні, молоді частіше, ніж дорослі. Високопродуктивні корови дихають частіше, ніж низькопродуктивні. Фізична робота, прийом корму, збудження частішають дихання.

Частота дихальних рухів

У тварин в 1 хв

В акті дихання беруть участь зовнішні і внутрішні міжреберні м'язи, м'язи діафрагми. Залежно від того, які м'язи в більшій мірі беруть участь в розширенні грудної клітини, розрізняють три типи дихання: реберний, або грудної (при вдиху в основному скорочуються зовнішні міжреберні м'язи); черевної, або діафрагмальний (за рахунок скорочення діафрагми); реберно-черевної, коли в диханні беруть участь м'язи грудної клітки і діафрагми. При вагітності, захворюваннях черевних органів тип дихання змінюється на грудній, так як тварини «оберігають» хворі органи.

При диханні відбувається розширення і спадання грудної клітини. Запис дихальних рухів носить назву пневмограмми, по якій можна визначити частоту і глибину дихання.

До захисних дихальних рефлексів відносять кашель, чхання, зупинка, збільшення або почастішання дихання.

Кашель, чхання виникають внаслідок подразнення рецепторів верхніх дихальних шляхів механічними частинками, слизом. Під час кашлю, чхання відбувається різкий видих при закритій голосової щілини, в результаті чого подразнюючі речовини видаляються.

Захисною реакцією організму є зупинка дихання. Якщо тварині дати вдихати нашатирний спирт, ефір, хлор або інші гостро пахнуть речовини, відбувається зупинка дихання, що перешкоджає проникненню в легені подразнюючих речовин.

Болюче подразнення спочатку викликає затримку, а потім посилення дихання.

Перенесення газів кров'ю.

При вдиху повітря надходить в альвеоли легенів, де відбувається газообмін протікає через капіляри. Вдихаємо повітря - це суміш газів: кисень - 20,82%, вуглекислий газ - 0,03 і азот - 79,15%. Газообмін у легенях відбувається в результаті дифузії вуглекислого газу з крові в альвеолярне повітря і кисню з альвеолярного повітря в кров в силу різниці парціального тиску газів в альвеолярному повітрі і крові.

парціальний тиск - це частина загального тиску газової суміші, що припадає на частку того чи іншого газу в суміші. Так, напруга вуглекислого газу в венозної крові дорівнює 46 мм рт. ст., а в альвеолярному повітрі - 40, кисню в альвеолах легенів - 100 мм рт. ст., а венозної крові - 90.

Поступив в кров кисень розчиняється в плазмі в кількості 0,3 об.%, А решті зв'язується з гемоглобіном, в результаті чого утворюється оксигемоглобін, який розпадається в тканинах. Кількість кисню, що може зв'язати 100 мл крові, називається кисневої ємністю крові. Звільнився гемоглобін зв'язується з вуглекислотою (утворюючи карбогемоглобін), 2,5 об.% Вуглекислоти розчиняється в плазмі крові. З легких вуглекислий газ виділяється з повітрям, що видихається.

Склад вдихуваного і повітря, що видихається