Щербатова Татьяна Васильевна.

Тема: Система органов дыхания. Анатомия и физиология органов дыхания.

Студент должен знать:

1.Обзор дыхательной системы. Роль системы дыхания для организма. Значение кислорода.

2. Этапы дыхания.
3. Строение и функции органов дыхательной системы.
4. Потребность дышать, структуры организма человека, её удовлетворяющие.
5. Условно-рефлекторная и произвольная регуляция дыхания.
6. Дыхание при физической работе, при повышенном и пониженном барометрическом давлении.
7. Резервные возможности системы дыхания.
8. Защитные дыхательные рефлексы. Дыхание при речи.
9. Функциональная система поддержания постоянства газового состава крови.

Обзор дыхательной системы.

Дыхательная система объединяет органы, выполняющие воздухопроводящую функцию – полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и дыхательную (газообменную) – легкие. Основная функция органов дыхания – обеспечение тканей человека кислородом и освобождение их от углекислого газа. Кроме этого органы дыхания учувствуют в голосообразовании, обонянии, выработке некоторых гормонов, водно - солевом и липидном обмене веществ, иммунной защите.

В воздухоносных путях происходит очищение, увлажнение, согревание вдыхаемого воздуха, а также восприятие обонятельных, температурных и механических раздражителей.

Все органы, относящиеся к дыхательным путям имеют твердую основу из костей и хрящей, благодаря чему они не спадаются. Изнутри все дыхательные пути выстланы слизистой оболочкой, которая снабжена мерцательным эпителием. Газообмен в дыхательных путях не происходит, поэтому пространство, находящееся в этих путях называется мертвым.

Дыхание – это совокупность процессов обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в окислительно-восстановительных реакциях и удаление СО2 и Н2О. Сущность дыхания заключается в постоянном обновлении газового состава крови. Значение дыхания: поддержание оптимального уровня окислительно-восстановительных процессов организма.

Общий план строения дыхательного аппарата:

Дыхательная система, дыхательные пути:      

1.верхние дыхательные пути: · Носовая полость; · Носоглотка;

2.нижние дыхательные пути: · Гортань; · Трахея · Бронхи;

Скелет грудной клетки и дыхательные мышцы:

1.12 пар ребер, грудина и 12 грудных позвонков;

2.Дыхательные мышцы.

Главные: межреберные (внутренние и наружные), диафрагма.

Роль системы дыхания для организма.

Дыхание - это неотъемлемый признак жизни. Мы дышим постоянно с момента рождения и до самой смерти, дышим днем и ночью во время глубокого сна, в состоянии здоровья и болезни. В организме человека запасы кислорода ограничены, поэтому организм нуждается в непрерывном поступлении кислорода из окружающей среды. Также постоянно, и непрерывно из организма должен удаляться углекислый газ, который всегда образуется в процессе обмена веществ и в больших количествах является токсичным соединением.

Дыхание - сложный непрерывный процесс, в результате которого постоянно обновляется газовый состав крови и происходит биологическое окисление в тканях. В этом заключается его сущность.

Нормальное функционирование организма человека возможно только при условии пополнения энергией, которая непрерывно расходуется. Организм получает энергию за счет окисления органических веществ - белков, жиров, углеводов. При этом освобождается скрытая химическая энергия, которая является источником жизнедеятельности, развития и роста организма. Таким образом, значение дыхания состоит в поддержании в организме оптимального уровня окислительно-восстановительных процессов.

В процессе дыхания принято различать три звена: внешнее, или легочное, дыхание, транспорт газов кровью и внутреннее, или тканевое, дыхание.

Внешнее дыхание - это газообмен между организмом и окружающим его атмосферным воздухом. Внешнее дыхание может быть разделено на два этапа - обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом и газообмен между кровью легочных капилляров и альвеолярным воздухом. Внешнее дыхание осуществляется за счет активности аппарата внешнего дыхания. Аппарат внешнего дыхания включает в себя дыхательные пути, легкие, плевру, скелет грудной "клетки и ее мышцы, а также диафрагму. Основной функцией аппарата внешнего дыхания является обеспечение организма кислородом и освобождение его от избытка углекислого газа.

О функциональном состоянии аппарата внешнего дыхания можно судить по ритму, глубине, частоте дыхания, по величине легочных объемов, по показателям поглощения кислорода и выделения углекислого газа и т. д.

Транспорт газов осуществляется кровью. Он обеспечивается разностью парциального давления газов по пути их следования: кислорода от легких к тканям, углекислого газа от клеток к легким.

Внутреннее, или тканевое, дыхание также может быть разделено на два этапа. Первый этап - это обмен газов между кровью и тканями, второй связан с потреблением кислорода клетками и выделением ими углекислого газа (клеточное дыхание).

Значение кислорода.

Кислород относится к элементам-органогенам. Его содержание составляет до 65% массы тела человека, то есть более 40 кг у взрослого. Основной функцией кислорода является его участие как окислителя в окислительно-восстановительных реакциях в организме. Благодаря наличию кислорода, организм способен утилизировать различные вещества (углеводы, жиры, белки) с извлечением энергии «сгорания» для собственных нужд. В покое организм взрослого человека потребляет 1,8-2,4 г кислорода в минуту.

При дефиците в организме человека развивается гипоксия.

Причины дефицита кислорода

отсутствие или резко сниженное содержание кислорода в атмосфере;

сниженное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе (при подъеме на большие высоты – в горах, летательных аппаратах);

прекращение или снижение поступления кислорода в легкие при асфиксии;

нарушения транспорта кислорода (нарушения деятельности ССС, снижение гемоглобина в крови при анемии, неспособность гемоглобина выполнять свои функции - связывать, транспортировать или отдавать тканям кислород, например, при отравлении угарным газом);

неспособность тканей утилизировать кислород вследствие нарушения окислительно-восстановительных процессов в тканях (например, при отравлении цианидами)

При острой гипоксии:

потеря сознания;

расстройство, необратимые нарушения и быстрая гибель центральной нервной системы (буквально за минуты)

При хронической гипоксии:

быстрая физическая и умственная утомляемость;

нарушения ЦНС;

тахикардия и одышка в покое или при незначительной физической нагрузке

Избыток кислорода наблюдается редко, как правило, в искусственных условиях (например, гипербарические камеры, неправильно подобранные смеси для дыхания при погружении по воду и т.д.). В этом случае длительное вдыхание чрезмерно обогащенного кислородом воздуха сопровождается кислородным отравлением – в результате чрезмерного его количества в органах и тканях образуется большое количество свободных радикалов, инициируется процесс самопроизвольного окисления органических веществ, в том числе перекисное окисление липидов.

Этапы дыхания.

1. Внешнее дыхание. На первом этапе осуществляется вдох и выдох, в результате чего происходит смена альвеолярного воздуха на воздух их окружающей среды.
2. Газообмен в легких диффузия газов в легких. В эту фазу кислород из альвеол переходит в кровь в капилляры малого круга, а углекислый газ из крови выходит в альвеолы.
3. Транспорт газов. Кислород в эту фазу от легких транспортируется во все органы и ткани, а углекислый газ транспортируется к легким.
4. Газообмен в тканях. В эту фазу кислород из крови из капилляров большого круга переходит в клетки, а углекислый газ из клеток возвращается в кровь.
5. Клеточное дыхание. Происходит окисление питательных веществ в каждой клетке организма. В результате чего образуются продукты обмена (углекислый газ, вода, азотистые шлаки), а также выделяется энергия, сущность процесса дыхания заключается в получении энергии.

Все этапы дыхания обеспечиваются функцией многих структур организма, в первую очередь функциями дыхательной системы.

Строение и функции органов дыхательной системы.

Нос – начальный отдел дыхательной системы. Выделяют наружный нос и полость носа. Наружный нос имеет корень, спинку, верхушку и крылья носа. Корень носа расположен между глазницами и отделен ото лба переносицей. Спинка носа, образована боковыми сторонами наружного носа, обращена вперед и вниз и заканчивается верхушкой носа.

Кзади от верхушки располагаются два носовых отверстия – ноздри. Ноздри отделяются друг от друга подвижной перепончатой частью перегородки носа. С латеральной стороны ноздри ограничены крыльями носа. В образовании наружного носа принимают участие 2 носовые кости и хрящи. Форма наружного носа у каждого человека различная.

Полость носа формируется наружным носом и костями лицевого черепа. Воздух, проходя через носовую полость, очищается от пыли, увлажняется, согревается или охлаждается.

Входным отверстием в носовую полость является ноздри.

Передневерхнюю стенку полости носа образуют кости черепа и хрящи носа, от полости рта ее отделяет нижняя стенка, состоящая из твердого и мягкого неба. Полость носа делится на 2 половины перегородкой, образованной вертикальной пластинкой решетчатой кости и сошником. Кзади носа открывается носоглоточными парными отверстиями – хоанами в носоглотку. В каждой половине носа выделяют преддверие носа, содержащей потовые железы, сальные железы, жесткие волосы – вибриссы, задерживающие пыль.

От наружной боковой стенки в просвет каждой половины носа выступают три пластинки: верхняя, средняя и нижняя носовые раковины, которые разделяют носовую полость на носовые ходы, в которые открываются околоносовые пазухи. Различают верхний, средний и нижний носовые ходы, каждый располагается соответствующей носовой раковине.

В каждый носовой ход открывается околоносовые воздухоносные пазухи и каналы черепа:

В верхний носовой ход – задние отверстие решетчатой кости, а у заднего конца верхней носовой раковины – клиновидная пазуха.

В средний ход – передние и средние решетчатые отверстия, верхнечелюстная (гайморова) пазуха, и лобная пазуха.

В нижний носовой ход - носослезный канал.

Слизистая оболочка носовой полости покрыта многоядерным призматическим реснитчатым эпителием, содержащим большое количество бокаловидных слизистых желез, обильно кровоснабжается и иннервируется.

В области верхней носовой раковины расположены особые обонятельные клетки, поэтому верхняя часть носовой полости называется обонятельной областью. В области нижней носовой раковины слизистая оболочка богата венозными сосудами, которые образуют венозные сплетения.

Вдыхаемый воздух проходит через хоаны в носоглотку достигает гортани, выполняющей функции дыхания, защиты нижних дыхательных путей и голосообразовании.

Гортань, трахея, бронхи являются нижними дыхательными путями.

Гортань располагается в переднем отделе шеи на уровне 4-6 шейных позвонков. Спереди она покрыта подъязычными мышцами, с боков прилегает щитовидная железа, сзади – гортанная часть глотки. Вверху она подвешена связками, внизу соединяется с трахеей. Гортань построена из парных и непарных хрящей.

Непарные – щитовидный, перстневидный, надгортанный

Парные – черпаловидный, рожковидный, клиновидный

Все хрящи соединены между собой связками и сухожилиями. К хрящам прикрепляются мышцы.

Мышцы гортани делятся на 3 группы:

1.Суживающие голосовую щель – латеральная перстнечерпаловидная, голосовые мышцы, поперечная и косая черпаловидные мышцы.

2.Расширяющие голосовую щель – парная перстнечерпаловидные мышцы.

3.Мышцы, напрягающие голосовые связки – перстнещитовидные и расслабляющие – щиточерпаловидные и голосовые мышцы.

Гортань имеет 3 оболочки: слизистую, фиброзно-хрящевую, соединительнотканную.

Слизистая оболочка выстлана многоядерным мерцательным эпителием, кроме голосовых связок. Она имеет утолщения, образующие истинные и ложные голосовые складки между которыми находятся углубления – желудочки гортани, выполняющие роль резонатора.

Фиброзно – хрящевая состоит из гиалиновых и эластичных хрящей, окруженных соединительной тканью и выполняют роль опорного каркаса гортани.

Соединительнотканная (адвентициальная) – соединяет орган с окружающими образованиями шеи.

Полость гортани имеет форму песочных часов, в ней выделяют 3 отдела: преддверие гортани, межжелудочковый отдел, подголосовая полость.

Преддверие гортани имеет складки слизистой, которые образуют складки преддверия, между которыми находятся углубления – желудочки гортани. Между этими складками располагается щель преддверия, а ниже нее голосовая щель.

На уровне 6-7 шейных позвонков гортань переходит в дыхательное горло - трахею.

Трахея – это непарный орган обеспечивающий проведение воздуха из гортани в бронхи, легкие и обратно. Имеет форму трубки, длиной от 9-15 см, в которой различают шейный и грудной отделы. Позади трахеи на шее и грудной полости располагается пищевод, впереди – щитовидная и вилочковая железы и крупные сосуды – дуга аорты и ее ветви. На уровне 4-5шейных позвонков трахея делится на 2главных бронха, которые направляются в правое и левое легкое. Место деления называется бифуркацией трахеи.

Основу трахеи составляют 16-20 гиалиновых полуколец, соединяющихся между собой кольцевыми связками. Внутренняя поверхность трахеи и бронхов выстлана слизистой оболочкой, рыхло соединительной с помощью подслизистой основы с хрящами. Слизистая оболочка лишена складок, покрыта многоядерным призматическим реснитчатым эпителием, содержащим большое количество бокаловидных клеток и лимфоидных узелков. Различают главные бронхи – правый и левый и бронхиальное дерево, входящее в состав легких. Правый бронх короче и шире левого. Над левым бронхом проходит дуга аорты, над правым непарная вена. В области ворот легких главные бронхи делятся на долевые бронхи - правый на 3, левый на 2. Долевые бронхи внутри легкого делятся на сегментарные. Сегментарный бронх входит в состав дольки легкого. Внутри дольки бронх делится на 18-20 концевых бронхиол. Каждая концевая бронхиола раздваивается на дыхательные бронхиолы, которые переходят в альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки. Бронхи и бронхиолы выполняют проводящую функцию. Дыхательные бронхиолы, альвеолярные ходы и мешочки и альвеолы легкого образуют альвеолярное дерево легких.

Главным органом дыхательной системы являются легкие. Это парные паренхиматозные органы, состоящие из бронхиального дерева и альвеол. Расположены в грудной клетке. Форма конуса. Основание прилежит к диафрагме, верхушка выступает на 203 см выше ключицы. Легкие имеют 3 поверхности: реберную, диафрагмальную и медиастальную. На медиастальной поверхности находятся ворота легкого. Через них проходит легочная артерия, 2 легочные вены, бронхи, нервы, лимфатические сосуды, бронхиальная артерия и вена. Все это покрыто соединительнотканной оболочкой и называется корнем легкого. Легкие бороздами делятся на доли: правое на 3 – верхняя, средняя и нижняя, левое на 2 – верхняя и нижняя. Доли делятся на бронхиальные сегменты по 10 в каждом легком на дольки состоят их ацинуса по 12-18 в каждой. Структурной единицей легкого является ацинус. Он представляет собой разветвление одной концевой бронхиолы. Последние заканчиваются мешочками, стенки которых образованы альвеолами. Альвеолы – это пузырьки произвольной формы, разделенные перегородками, которые оплетены густой сетью капилляров. Общее их количество превышает 700 млн, а суммарная поверхность у взрослого человека составляет около 100 м2.

Границы легких:

Верхушка выступает выше ключицы на 2-3 см.

Нижняя: по срединной ключичной линии 6 ребра, по средней подмышечного 8 ребра, по лопаточной 10 ребра, по околопозвоночной 11ребра.Границы левого легкого на 1-2 см ниже. Задняя проходит по околопозвоночной линии.

Передняя идет вниз от верхушки по грудине до хряща 4 ребра. У левого легкого отклоняется влево на 4-5 см, образуя сердечную верхушку.

На уровне 6 ребра передняя граница переходит в нижнюю.

Функции легких:

1.Учавствуют в регуляции водного обмена

2.Учавствуют в терморегуляции

3.Учавствуют в свертывании крови

4.Являются депо крови.

Плевра – это пленка покрывающая легкие. Она состоит из 2 листков висцерального и пристеночного. Между листками имеется щель, заполненная серозной жидкостью - это плевральная полость. Правая и левая плевральные полости между собой не сообщаются. В норме в полости воздух отсутствует, давление ниже атмосферного отрицательное.

Средостение – комплекс органов, расположенных между правым и левым плевральными мешками. Ограничено по бокам плеврой, спереди грудиной, сзади грудным отделом позвоночника, снизу диафрагмой. Средостение делится на переднее и заднее. Переднее средостение – сердце, вилочковая железа, лимфоузлы, внутренняя грудная артерия. Заднее средостение – пищевод, грудная аорта, блуждающий нерв, грудной лимфатический проток.

Потребность дышать, структуры организма человека, её удовлетворяющие.

Дыхательной системой называется система органов, посредством которых происходит газообмен между организмом и внешней средой. В дыхательной системе выделяют органы, выполняющие воздухопроводящую (полость носа, глотка, гортань, трахея, бронхи) и дыхательную, или газообменную, функции (легкие).

Говоря о значении дыхания, следует подчеркнуть, что дыхание - это одна из основных жизненных функций. Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в окислительно-восстановительных реакциях и удаление из организма  углекислого газа и метаболической воды. Без кислорода невозможен обмен веществ, и для сохранения жизни необходимо постоянное поступление кислорода. Поскольку в организме человека отсутствует депо кислорода, поэтому непрерывное поступление его в организм является жизненной необходимостью. Если без пищи человек может прожить в необходимых случаях более месяца, без воды - 10 дней, то без кислорода всего лишь около 5 минут (4-6 мин). Таким образом, сущность дыхания заключается в постоянном обновлении газового состава крови, а значение дыхания - в поддержании оптимального уровня окислительно-восстановительных процессов в организме.

Условно-рефлекторная и произвольная регуляция дыхания.

Значение в рефлекторной регуляции дыхания имеют проприорецепторы дыхательных мышц. При сокращении мышц импульсы от их проприорецепторов поступают к соответствующим мотонейронам дыхательных мышц. За счет этого регулируется сила сокращений мышц при каком-либо сопротивлении дыхательным движениям.

В гуморальной регуляции дыхания принимают участие хеморецепторы, расположенные в сосудах и продолговатом мозге. Периферические хеморецепторы находятся в стенке дуги аорты и каротидных синусов. Они реагируют на напряжение углекислого газа и кислорода в крови. Повышение напряжения углекислого газа называется гиперкапнией, понижение гипокапнией. Даже при нормальном напряжении углекислого газа рецепторы находятся в возбужденном состоянии. При гиперкапнии частота нервных импульсов идущих от них к бульварному центру возрастает. Частота и глубина дыхания увеличиваются. При снижении напряжения кислорода в крови, т.е. гипоксемии, хсморсцепторы также возбуждаются и дыхание усиливается. Причем периферические хеморецепторы более чувствительны к недостатку кислорода, чем избытку углекислоты.

Медуллярные хеморецепторные нейроны располагаются на переднебоковых поверхностях продолговатого мозга от них идут волокна к нейронам дыхательного центра. Эти рецепторные нейроны чувствительны к катионам водорода, рецепторы реагируют на протоны, которые накапливаются в межклеточной и спинномозговой жидкости в результате поступления в них углекислого газа. Под влиянием катионов водорода на центральные хеморецепторы резко усиливается биоэлектрическая активность инспираторных и экспираторных нейронов. Дыхание учащается и углубляется. Медуллярные рецепторные нейроны чувствительны к повышению напряжения углекислого газа.

Механизм активации инспираторных нейронов дыхательного центра лежит в основе первого вдоха новорожденного. После перевязки пуповины в его крови накапливается углекислый газ и снижается содержание кислорода. Возбуждаются хеморецепторы сосудистых рефлексогенных зон, активируются инспираторные нейроны, сокращаются инспираторные мышцы, происходит вдох. Начинается ритмическое дыхание.

Организм осуществляет тонкое регулирование содержания кислорода и углекислого газа в крови, которое остается относительно постоянным, несмотря на колебания количества поступающего кислорода и потребности в нем. Во всех случаях регуляция интенсивности дыхания направлена на конечный приспособительный результат – оптимизацию газового состава внутренней среды организма.

■ Основными рецепторами, участвующими в регуляции дыхания являются:

1) хеморецепторы (периферические, реагирующие на гиперкапнию и гипоксию, и центральные, реагирующие на ацидоз и гиперкапнию), запускающие вдох;

2) механорецепторы (в легких, воздухоносных путях и дыхательной мускулатуре, реагирующие на объём вдыхаемого воздуха), прекращающие вдох и сменяющие вдох на выдох (рефлекс Геринга-Брейера – инспираторно-ингибиторный

Частота и глубина дыхания регулируются нервной системой – ее центральными (дыхательный центр) и периферическими (вегетативными) звеньями. В дыхательном центре, расположенном в головном мозге, имеются центр вдоха и центр выдоха. Дыхательный центр представляет совокупность нейронов, расположенных в продолговатом мозге центральной нервной системы.

Произвольная регуляция дыхания имеет ограничения и становится невозможной при пороговом значении PCO2 в 50 мм.рт.ст. Таким образом, ведущая роль в автоматической регуляции дыхания принадлежит углекислому газу. Деятельность дыхательного центра зависит, прежде всего, от состава крови, поступающей в мозг по сонным артериям.

Дыхание при физической работе, при повышенном и пониженном барометрическом давлении.

Особенности дыхания при физической работе.

Во время выполнения физической работы мышцам необходимо большое количество кислорода. Потребление 02 и продукция СО2 возрастают при физической нагрузке в среднем в 15 - 20 раз. Обеспечение организма кислородом достигается сочетанным усилением функции дыхания и кровообращения. Уже в начале мышечной работы вентиляция легких быстро увеличивается. В возникновении гиперпноэ в начале физической работы периферические и центральные хеморецепторы как важнейшие чувствительные структуры дыхательного центра еще не участвуют. Уровень вентиляции в этот период регулируется сигналами, поступающими к дыхательному центру главным образом из гипоталамуса, лимбической системы и двигательной зоны коры большого мозга, а также раздражением проприорецепторов работающих мышц. По мере продолжения работы к нейрогенным стимулам присоединяются гуморальные воздействия, вызывающие дополнительный прирост вентиляции. При тяжелой физической работе на уровень вентиляции оказывают влияние также повышение температуры, артериальная двигательная гипоксия и другие лимитирующие факторы.

В условиях пониженного давления. Первоначальная гипоксическая стимуляция дыхания, возникающая при подъеме на высоту, приводит к вымыванию из крови СО2 и развитию дыхательного алкалоза. Это в свою очередь вызывает увеличение рН внеклеточной жидкости мозга. Центральные хемо­рецепторы реагируют на подобный сдвиг рН в цереброспинальной жидкости мозга резким снижением своей активности, что затормаживает нейроны дыхательного центра настолько, что он становится нечувствительным к стимулам, исходящим от периферических хеморецепторов. Довольно быстро гиперпноэ сменяется непроизвольной гиповентиляцией, несмотря на сохраняющуюся гипоксемию. Подобное снижение функции дыхательного центра увеличивает степень гипоксического состояния организма, что чрезвычайно опасно, прежде всего для нейронов коры большого мозга.

В условиях повышенного давления. При производстве подводных работ водолаз дышит под давлением выше атмосферного на 1 атм. на каждые 10 м погружения. Если человек вдыхает воздух обычного состава, то происходит растворение азота в жировой ткани. Диффузия азота из тканей происходит медленно, поэтому подъем водолаза на поверхность должен осуществляться очень медленно. В противном случае возможно внутрисосудистое образование пузырьков азота (кровь «закипает») с тяжелыми повреждениями ЦНС, органов зрения, слуха, сильными болями в области суставов. Возникает кессонная болезнь. Для лечения пострадавшего необходимо вновь поместить в среду с высоким давлением. Постепенная декомпрессия может продолжаться несколько часов или суток. Вероятность возникновения кессонной болезни может быть значительно снижена при дыхании специальными газовыми смесями, например, кислородно-гелиевой смесью. Это связано с тем, что растворимость гелия меньше, чем азота, и он быстрее диффундирует из тканей, так как его молекулярная масса в 7 раз меньше, чем у азота. Кроме того, эта смесь обладает меньшей плотностью, поэтому уменьшается работа, затрачиваемая на внешнее дыхание.

Резервные возможности системы дыхания.

Легочные объемы воздуха. В физиологии дыхания принята единая номенклатура легочных объемов у человека, которые заполняют легкие при спокойном и глубоком дыхании в фазу вдоха и выдоха дыхательного цикла. Легочный объем, который вдыхается или выдыхается человеком при спокойном дыхании, называется дыхательным объемом. Его величина при спокойном дыхании составляет 500 мл. Максимальное количество воздуха, которое может вдохнуть человек сверх дыхательного объема, называется резервным объемом вдоха (в среднем 3000 мл). Максимальное количество воздуха, которое может выдохнуть человек после спокойного выдоха, называется резервным объемом выдоха (в среднем 1100 мл). Наконец, количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха, называется остаточным объемом, его величина 1200 мл. Сумма величин двух легочных объемов и более называется легочной емкостью. Объем воздуха в легких человека характеризуется инспираторной емкостью легких, жизненной емкостью легких и функциональной остаточной емкостью легких. Инспираторная емкость легких (3500 мл) представляет собой сумму дыхательного объема и резервного объема вдоха. Жизненная емкость легких (4600 мл) включает в себя дыхательный объем и резервные объемы вдоха и выдоха. Функциональная остаточная емкость легких (1600 мл) представляет собой сумму резервного объема выдоха и остаточного объема легких. Сумма жизненной емкости легких и остаточного объема называется общей емкостью легких, величина которой у человека 5700 мл. При вдохе легкие человека за счет сокращения диафрагмы и наружных межреберных мышц начинают увеличивать свой объем с уровня функциональной остаточной емкости, и его величина при спокойном дыхании составляет дыхательный объем, а при глубоком дыхании — достигает различных величин резервного объема вдоха. При выдохе объем легких вновь возвращается к исходному уровню функциональной остаточной емкости пассивно, за счет эластической тяги легких. Если в объем выдыхаемого воздуха начинает входит воздух функциональной остаточной емкости, что имеет место при глубоком дыхании, а также при кашле или чиханье, то выдох осуществляться за счет сокращения мышц брюшной стенки. В этом случае величина внутриплеврального давления становится выше атмосферного давления, что обусловливает наибольшую скорость потока воздуха в дыхательных путях.

Резервные возможности системы дыхания у людей среднего возраста характеризует величина максимальной вентиляции легких (при произвольном усилии), которая может достигать 180-220 л/мин. Вентиляция легких это процесс обмена воздуха между внешней средой и альвеолами легких. Этот показатель также отражает резервы системы внешнего дыхания. Вентиляция легких измеряется минутным объемом дыхания. У взрослого человека в покое минутный объем дыхания составляет 610 л/мин, при физической работе — от 30 до 100 л/мин. Частота дыхательных движений в покое 12-16 в мин. Эта величина относится к динамическим характеристикам и может изменяться в широких пределах в зависимости от тренированности организма человека. Например, во время плавания у спортсменов частота дыхания может достигать 50-60 дыханий в минуту.

Резерв дыхания это разница между величинами максимальной (как правило, произвольной) и минутной вентиляцией легких в состоянии относительного покоя. Резервные возможности системы внешнего дыхания человека проявляются в способности увеличивать  произвольно во время физической работы, либо в условиях измененной газовой среды объем вдоха (резервный объем вдоха может возрастать в среднем от 1900 до 3300 мл) и объем выдоха (резервный объем выдоха может увеличиваться до 700-1000 мл) относительно дыхательного объема, величина которого в покое равна 400-500 мл. Все три объема составляют жизненную емкость легких человека (3300-4800 мл), которая является тренируемой величинной в системе внешнего дыхания. В зависимости от вида физической культуры или спорта величина жизненной емкости легких может превышать в 11,5 раза аналогичный показатель у нетренированного человека. Если человек не занимается систематически каким-либо спортом (физкультурой), то с возрастом (начиная с 20 лет) постепенно уменьшаются все показатели внешнего дыхания.

Возможности резервирования системы внешнего дыхания человека обусловлены механизмами регуляции данной функции. Поскольку дыхание человека является вегето-соматической функцией, то центральные механизмы резервирования внешнего дыхания могут осуществляться двумя путями:

1. Резервирование через рефлекторные, прежде всего, хеморецепторные механизмы при участии аортальных, синокаротидных и медуллярных (центральных) хеморецепторов. Этот механизм способен повышать уровень вентиляции легких в условиях изменённой газовой среды (гипоксия и/или гиперкапния), а также при сдвигах рН внеклеточной жидкости мозга. Усиление внешнего дыхания происходит под влиянием нейрогенных стимулов от рецепторов работающих мыц, особенно, во время физической работы.
2. Резервирование внешнего дыхание осуществляется при участии нейрогенных стимулов со стороны структур ЦНС (кора, лимбическая система, гипоталамус). Этот механизм резервирования включает произвольную регуляцию величины внешнего дыхания (например, максимальная произвольная вентиляция легких), усиление вентиляции легких при гипертермии (например, при физической работе через центр терморегуляции гипоталамуса), а также на фоне мотивационных и эмоцуитональных состояний человека (функция лимбической системы).

Защитные дыхательные рефлексы.

В воздухоносных путях возникают защитные дыхательные рефлексы. При вдыхании воздуха, содержащего раздражающие вещества, возникает рефлекторное урежение и уменьшение глубины дыхания. Одновременно суживается голосовая щель и сокращается гладкая мускулатура бронхов. При раздражении ирритантных рецепторов эпителия слизистой гортани, трахеи, бронхов, импульсы от них поступают по афферентным волокнам верхнегортанного, тройничного и блуждающего нервов к инспираторным нейронам дыхательного центра. Происходит глубокий вдох. Затем мышцы гортани сокращаются и голосовая щель смыкается. Активируются экспираторные нейроны и начинается выдох. А так как голосовая щель сомкнута давление в легких нарастает. В определенный момент голосовая щель открывается и воздух с большой скоростью выходит из легких. Возникает кашель. Все эти процессы координируется центром кашля продолговатого мозга. При воздействии пылевых частиц и раздражающих веществ на чувствительные окончания тройничного нерва, которые находятся в слизистой оболочке носа, возникает чихание. При чихании также первоначально активируется центр вдоха. Затем происходит форсированный выдох через нос.

Дыхание при речи.

Физиология органов речи.

Периферический речевой аппарат в функциональном отношении сравнивают с язычковой органной трубой, которая, как известно, состоит из трех частей: нагнетающего меха; пружинных язычков, являющихся прерывателем воздушной струи, поступающей из меха; надставной трубы, служащей резонатором. Роль нагнетающего меха выполняют легкие с системой дыхательных мышц и дыхательными путями (бронхами, трахеей). Роль язычкового прерывателя исполняют истинные голосовые связки. Надставной трубой служат надсвязочная часть гортани, глотка, полость рта и носовая полость.

В речевом акте можно рассматривать три связанные друг с другом функции:

1. образование воздушной струи;
2. голосообразование (фонация);
3. образование звуков речи (артикуляция).

Воздушная струя, необходимая для образования голоса и звуков речи, возникает в процессе дыхательного акта, именно в фазе вдоха. В связи с этим описание деятельности речевых органов целесообразно начинать с процесса дыхания.

Дыхание

При вдохе происходит расширение грудной клетки вперед, в стороны, вверх и вниз. Это расширение осуществляется благодаря действию вдыхательных мышц, главным образом наружных межреберных мышц и диафрагмы. При расширении грудной клетки происходит  увеличение объема легких, так как в силу наличия отрицательного давления в плевральной полости легкие пассивно следуют за стенками грудной клетки. При этом легочные альвеолы наполняются воздухом, поступающим из атмосферы через дыхательные пути.

Для осуществления спокойного выдоха достаточно одного лишь расслабления вдыхательных мышц. Стенки грудной клетки при этом спадаются, диафрагма поднимается, а легкие в силу эластичности стенок альвеол уменьшаются в объеме и выталкивают содержащийся в них воздух через дыхательные пути наружу. Форсированный (усиленный) выдох происходит при участии выдыхательных мышц, т. е. мышц брюшной стенки и внутренних межреберных мышц.

При обычном спокойном дыхании вдох и выдох производятся через нос. Проходя через полость носа, вдыхаемый воздух, благодаря извилистости носовых ходов и наличию ворсинок в мерцательном эпителии слизистой оболочки носовой полости, очищается от пыли и микробов, увлажняется и согревается.

Нормальное речевое дыхание вырабатывается у ребенка одновременно с развитием речи. У детей, лишенных слуха и не обученных речи (глухонемых), наблюдаются дефекты речевого дыхания: либо чрезмерное наполнение легких воздухом, либо, недостаточно глубокий вдох, а также неэкономное расходование воздуха при речи.

Функциональная система поддержания постоянства газового состава крови.

Деятельность дыхательного центра, определяющая частоту и глубину дыхания, зависит от напряжения газов, растворенных в крови, и концентрации в ней водородных ионов. Ведущее значение в определении величины вентиляции легких имеет напряжение двуокиси углерода в артериальной крови: оно как бы создает запрос на нужную величину вентиляции альвеол. Образование в тканях двуокиси углерода пропорционально интенсивности окислительных процессов. Количество этого газа в крови в значительной степени обусловливает ее кислотно-щелочное состояние. Отсюда следует целесообразность поддержания на постоянном уровне напряжения двуокиси углерода в артериальной крови.

Организм здорового человека в обычных условиях снабжается кислородом в достаточном количестве. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе может быть снижено до 80 мм рт. ст. без заметных нарушений в организме. С другой стороны, увеличение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе до 40% (парциальное давление 304 мм рт. ст.) также является безвредным. Таким образом, организм человека в процессе эволюции приспособился к дыханию атмосферным воздухом при обычном (на уровне моря) или несколько сниженном (на небольших высотах) атмосферном давлении. При этом напряжение двуокиси углерода поддерживается на относительно постоянном уровне, при котором организм обеспечивается вполне достаточным количеством кислорода.

Для обозначения повышенного, нормального и' сниженного напряжения двуокиси углерода в крови используют термины «гиперкапния», «нормокапния» и «гипокапния» соответственно. Нормальное содержание кислорода называется нормоксией, а недостаток кислорода в организме и тканях — гипоксией, в крови — гипоксемией. Увеличение напряжения кислорода-гипероксия. Состояние, при котором гиперкапния и гипоксия существуют одновременно, называется асфиксией.

Нормальное дыхание в состоянии покоя называется эйпноэ. Гиперкапния, а также снижение величины рН крови (ацидоз) сопровождаются увеличением вентиляции легких — гиперпноэ, направленным на выведение из организма избытка двуокиси углерода. Вентиляция легких возрастает преимущественно за счет глубины дыхания (увеличения дыхательного объема), но при этом возрастает и частота дыхания.

Гипокапния и повышение уровня рН крови ведут к уменьшению вентиляции, а затем и к остановке дыхания — апноэ. Развитие гипоксии вначале вызывает умеренное гиперпноэ (в основном в результате возрастания частоты дыхания), которое при увеличении степени гипоксии сменяется ослаблением дыхания и его остановкой. Апноэ вследствие гипоксии смертельно опасно. Его причиной является ослабление окислительных процессов в мозге, в том числе в нейронах дыхательного центра. Гипоксическому апноэ предшествует потеря сознания.

Гиперкапнию можно вызвать вдыханием тазовых смесей с повышенным до 6% содержанием двуокиси углерода. Деятельность дыхательного центра человека находится под произвольным контролем. Произвольная задержка дыхания на 30—60 с вызывает асфиктические изменения газового состава крови, после прекращения задержки наблюдается гиперпноэ. Гипокапнию легко вызвать произвольным усилением дыхания, а также избыточной искусственной вентиляцией легких (гипервентиляция). У бодрствующего человека даже после значительной гипервентиляции остановки дыхания обычно не возникает вследствие контроля дыхания передними отделами мозга. Гипокапния компенсируется постепенно, в течение нескольких минут.

Гипоксия наблюдается при подъеме на высоту вследствие снижения атмосферного давления, при крайне тяжелой физической работе, а также при нарушениях дыхания, кровообращения и состава крови. Во время сильной асфиксии дыхание становится максимально глубоким, в нем при­нимают участие вспомогательные дыхательные мышцы, возникает неприятное ощуще­ние удушья. Такое дыхание называется диспноэ.

В целом поддержание нормального газового состава крови основано на принципе отрицательной обратной связи. Так, гиперкапния вызывает усиление активности дыха­тельного центра и увеличение вентиляции легких, а гипокапния — ослабление деятель­ности дыхательного центра и уменьшение вентиляции.