Механизм вдоха и выдоха. Анатомо-физиологические особенности дыхательной системы.

Анатомо-физиологические особенности дыхательной системы.

Жизнедеятельность любого организма сопряжена с энергозатратами, в ходе которых происходит ферментативное расщепление богатых энергией веществ (макроэргов) и прежде всего АТФ. Израсходованные источники энергии восстанавливаются сложными путями, в первую очередь с помощью утилизации питательных веществ, завершающим звеном которых служит биологическое окисление: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ -> 6СО₂ + 6Н₂О + энергия

В результате этих процессов органические вещества разлагаются на углекислый газ и воду, при этом выделяется энергия. Биологическое окисление происходит с помощью ферментов, локализованных на внутренних мембранах и кристах митохондрий - энергетических центрах клетки.

Дыхание – это биологический процесс обеспечения тканей организма кислородом и удаления из них углекислого газа.

Дыхание представляет собой совокупность следующих процессов: 1) обмен газов между альвеолами легких и атмосферой; 2) обмен газов между альвеолами и кровью легочных капилляров, т.е. диффузия газов в легких; 3) транспорт газов кровью, т.е. перенос кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким; 4) обмен газов между кровью капилляров тканей и тканями, т.е. диффузия газов в тканях; 5) потребление клетками кислорода и выделение ими углекислого газа, т.е. процессы происходящие в митохондриях клеток.

Все эти процессы принято рассматривать как три этапа дыхания: внешнее (легочное) дыхание, транспорт газов кровью и внутреннее (тканевое) дыхание.

Внешнее дыхание осуществляется за счет органов дыхания. Дыхательная система объединяет органы, выполняющие воздухо – проводящую (носовая полость, носоглотка, гортань, трахея, бронхи) и дыхательную или газообменную функции (легкие).

Органы дыхания участвуют в голосообразовании, обонянии, выработке некоторых гормонов и биоаминов, водно – солевом и липидном обмене, иммунологической защите.

Носовая полость образована костями, хрящами и выстлана слизистой оболочкой, которая обильно снабжена кровеносными сосудами и железами, выделяющими слизь. В носовой полости воздух очищается от пылевых частичек, увлажняется и согревается (или охлаждается). Носовая полость сзади через отверстия - хоаны - сообщается с носоглоткой.

В носоглотке (верхняя часть глотки) перекрещиваются пути пищеварительной и дыхательной систем. Пища проходит из глотки по пищеводу в желудок, а воздух идет из носоглотки в гортань и трахею. При каждом проглатывании пищи отверстие гортани прикрывается особым хрящом, называемом надгортанником.

Гортань расположена на уровне IV-VII шейных позвонков. Основу гортани составляют щитовидный, перстневидный и черпаловидные хрящи, подвижно соединенные суставами, связками и мышцами. Щитовидный хрящ непарный, состоит из двух пластинок, сходящихся спереди под углом (кадык). Эластичная ткань образует между внутренним углом щитовидного хряща и голосовыми отростками черпаловидных хрящей пару голосовых связок. Пространство между голосовыми связками называют голосовой щелью. Таким образом, гортань не только связывает глотку с трахеей, но и участвует в речевой функции. От степени натяжения голосовых связок зависит высота тона: при натянутых связках звук выше, при расслабленных - ниже. Дрожанию голосовых связок и образованию звуков способствуют движения языка, губ и щек, сокращение мышц самой гортани. У мужчин голосовые связки длиннее, чем у женщин и поэтому у них более низкий голос. Нижний край гортани переходит в трахею.

Трахея состоит из 16-20 неполных хрящевых колец, которые соединены между собой связками. Задняя поверхность трахеи представляет собой перепончатую стенку, что придает трахее подвижность и эластичность. Внутри трахеи выстлана слизистой оболочкой. Позади трахеи расположен пищевод. На уровне 4-5 грудных позвонков трахея делится на правый и левый первичные бронхи. Бронхи по своему строению напоминают трахею. Правый бронх короче левого. Первичный бронх, вступив в ворота легких, делится на бронхи второго, 3-го и других порядков, которые образуют бронхиальное дерево. Самые тонкие веточки называют бронхиолами.

Легкие. Легкие – это парные органы, занимающие почти всю полость грудной клетки. По форме легкие представляют собой усеченные конусы. С внутренней стороны в каждом легком находится овальной формы вдавление – ворота легкого, через которые в легкое входят главный бронх, легочная артерия, легочные вены и нервы. Ворота у правого легкого короче и шире, чем у левого. Глубокими щелями левое легкое делится на две доли (верхнюю и нижнюю), а правое – на три (верхнюю, среднюю и нижнюю) доли.

Тонкие бронхиолы входят в легочные дольки и внутри них делятся на конечные бронхиолы. Структурно-функциональной един цей респираторного отдела является ацинус. В ацинус входят 15 – 20 альвеол, в легочную дольку – 12 – 18 ацинусов. Из долек составляются доли легкого. Альвеолы являются конечной частью дыхательного пути. Стенки легочных пузырьков состоят из одного слоя плоских эпителиальных клеток. Каждая альвеола окружена снаружи густой сетью капилляров. Через стенки альвеол и капилляров происходит обмен газами - из воздуха в кровь переходит кислород, а из крови в альвеолы поступают углекислый газ и пары воды. В легких насчитывают до 350 млн. альвеол, а их поверхность достигает 150 м². Большая поверхность альвеол способствует лучшему газообмену. Чем больше общая поверхность альвеол, тем интенсивнее происходит диффузия газов. Движение газов происходит по законам диффузии, согласно которым газ распространяется из среды с высоким парциальным давлением в среду с меньшим давлением. Чем выше процентное содержание газа в смеси, тем соответственно выше его парциальное давление. В крови кислород соединяется с гемоглобином, образуя непрочное соединение - оксигемоглобин. Чем выше парциальное давление кислорода, тем больше образуется оксигемоглобина. В виде оксигемоглобина кислород от легких кровью переносится к тканям. Здесь парциальное давление кислорода низкое и оксигемоглобин диссоциирует, высвобождая кислород. Так обеспечивается снабжение тканей кислородом. Углекислый газ переносится кровью в химически связанном виде - в виде гидрокарбоната натрия и гидрокарбоната калия. Часть его транспортируется гемоглобином. Связывание углекислого газа и отдача его кровью зависит от его напряжения в тканях и крови.

Каждое легкое покрыто серозной оболочкой, называемой плеврой. У плевры два листка. Один плотно сращен с легким, другой приращен к грудной клетке. Между обоими листками - небольшая плевральная полость, заполненная серозной жидкостью (около 1-2мл), которая облегчает скольжение листков плевры при дыхательных движениях.

Механизм вдоха и выдоха

Газообмен между альвеолами легких и атмосферным воздухом происходит благодаря ритмическим дыхательным движениям грудной клетки. При сокращении дыхательных мышц (наружных межреберных и диафрагмы) происходит увеличение объема грудной клетки за счет подъема ребер и опускания диафрагмы. Это приводит к увеличению объема плевральных полостей, которые являются герметически замкнутыми. Давление в плевральных полостях снижается. Возникающая разница внутрилегочного давления (которое равно атмосферному, так как легкие через дыхательные пути сообщаются с атмосферой) и внутриплеврального давления (которое во время обычного вдоха на 9 мм. рт. ст меньше атмосферного, а во время глубокого вдоха меньше на 15 мм. рт. ст) является той силой, которая растягивает легкие. Растяжение легких вызывает снижение внутрилегочного давления на 2-3 мм. рт. ст. и поступление в атмосферного воздуха через дыхательные пути.идает трахее подвижность и эластичность.

Во время выдоха, когда расслабляются дыхательные мышцы, объем грудной клетки уменьшается, так как ребра опускаются в силу своей тяжести, а купол диафрагмы поднимается вверх из-за большего внутрибрюшного давления. Уменьшение разницы внутриплеврального и внутрилегочного давлений приводит к спадению легких за счет их эластичности и удалению из них воздуха в атмосферу.Ритмическая смена вдоха и выдоха обеспечивается дыхательным центром продолговатого мозга.