Легочное дыхание осуществляется путем чередования вдоха, во время которого атмосферный воздух, насыщенный кислородом, поступает в альвеолы, и выдоха, при котором воздух, обогащенный углекислым газом, удаляется в окружающую среду. Вдох осуществляется благодаря сокращению главных (наружных межреберных мышц и диафрагмы) и вспомогательных дыхательных мышц (грудино-ключично-сосцевидная, большая и малая грудные, и лестничные). В акте выдоха участвуют внутренние межреберные мышцы и диафрагма (главные), а также мышцы брюшного пресса. Выдох осуществляется при расслаблении мышц вдоха и сокращении мышц выдоха. Приподнятая и расширенная при вдохе грудная клетка в силу своей тяжести и при сокращении ряда мышц живота опускается. Мышцы воздействуют на реберно-позвоночные суставы, поднимая и опуская ребра. Диафрагма уплощается во время вдоха и поднимается во время выдоха (куполы выдаются в грудную клетку). В зависимости от преобладания при дыхании поднимания ребер или уплощения диафрагмы различают грудной (реберный) и брюшной (диафрагмальный) тип дыхания. Первый тип преобладает у мужчин, второй – у женщин. Однако с возрастом в связи с уменьшением подвижности грудной клетки увеличивается роль брюшного дыхания. Брюшное дыхание преобладает у работников физического труда, певцов. У беременных женщин по мере увеличения срока беременности возрастает роль грудного дыхания.
Легочная вентиляция меняется в зависимости от функционального состояния организма. Интенсивность легочной вентиляции определяется глубиной вдоха и частотой дыхательных движений. Одним из наиболее информативных показателей легочной вентиляции является минутный объем воздуха (MOB), который оценивается по объему воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого за одну минуту. У взрослого здорового человека частота дыхания в покое составляет 12–16 в 1 мин, MOB 6–10 л · мин-1 при работе он возрастает до 30–100 л · мин-1.
В течение жизни человек делает около 700 млн вдохов и вдыхает 300–350 млн л воздуха. Дыхательный объем – количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании (около 500 мл). Резервный объем вдоха – количество воздуха, которое человек может дополнительно вдохнуть после нормального вдоха (около 1500 мл). Резервный объем выдоха – количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха (около 1500 мл). Остаточный объем – количество воздуха, остающееся в легких после максимального выдоха (около 1200 мл). Резерв вдоха – максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного выдоха. Функциональная остаточная емкость – количество воздуха, остающееся в легких после спокойного выдоха. Общая емкость легких – количество воздуха, содержащееся в легких на высоте максимального вдоха. Общая емкость легких равна сумме ЖЕЛ и остаточного объема. Из 500 мл выдыхаемого воздуха (дыхательный объем) только 360 мл проходит в альвеолы и отдает кислород в кровь. Остальные 140 мл остаются в воздухоносных путях и в газообмене не участвуют. Поэтому воздухоносные пути называют «мертвым пространством».
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. ЖЕЛ складывается из дыхательного объема и резервных объемов вдоха и выдоха. ЖЕЛ – один из важнейших показателей, позволяющих судить о подвижности легких и грудной клетки. ЖЕЛ зависит от возраста, пола, физической активности, размеров тела и т. д. После 40 лет ЖЕЛ уменьшается тем больше, чем меньше физическая активность человека. Как правило, у женщин ЖЕЛ на 20–25 % меньше, чем у мужчин. Так, например, у «среднего» взрослого здорового мужчины в возрасте 20–30 лет ЖЕЛ составляет 4,8 л, у женщины – 3,6 л; в возрасте 50–60 лет соответственно 3,8 и 3,0 л. У молодого мужчины ЖЕЛ в норме можно определить по формуле: ЖЕЛ (л) = рост (м) × 2,5; у женщины ЖЕЛ (л) = рост (м) × 2,0.
Легочные объемы можно измерить с помощью спирометра. Наиболее распространен водный спирометр, который представляет собой цилиндр, помещенный дном кверху в резервуар с водой. Воздух, попавший в этот цилиндр, не сообщается с внешней средой, а сам цилиндр уравновешивается противовесом. Исследуемый берет в рот широкую трубку с загубником, которая соединена с пространством внутри цилиндра. Во время выдоха объем воздуха в цилиндре увеличивается, и он всплывает; при вдохе же цилиндр погружается. Эти перемещения могут быть измерены при помощи калиброванной шкалы или зарегистрированы посредством писчика на барабане кимографа (в последнем случае получают так называемую спирограмму). В настоящее время существует множество модификаций спирометра.
В легких происходит газообмен между поступающим в альвеолы воздухом и протекающей по капиллярам кровью. Интенсивному газообмену между воздухом альвеол и кровью способствует малая толщина описанного аэрогематического барьера. Альвеолярный воздух – это воздух, находящийся в альвеолах, он отличается от атмосферного по концентрации содержащихся в нем газов. Кислород и углекислый газ транспортируются эритроцитами благодаря способности гемоглобина связывать эти газы. Во время прохождения через легочные капилляры эритроциты захватывают кислород, и в них увеличивается напряжение О2, в то же время напряжение СО2 в крови снижается. Одна молекула гемоглобина способна присоединить к себе четыре молекулы кислорода, образуя неустойчивое соединение оксигемоглобин (HbO2). При поступлении крови в ткани гемоглобин теряет связь с кислородом, диффундирует из капилляра в ткани и поступает в клетки, где используется. Образовавшийся углекислый газ переходит (диффундирует) из тканей в кровь и присоединяется к гемоглобину, в результате чего образуется карбоксигемоглобин.
ВНИМАНИЕ
Окись углерода (СО) обладает гораздо большим сродством к гемоглобину, чем кислород. Нb + СО <=> НbСО (карбоксигемоглобин), распад которого происходит примерно в 350 раз медленнее, чем оксигемоглобина. Поэтому даже при малом содержании в воздухе окиси углерода (СО) гемоглобин соединяется не с кислородом, а с окисью углерода.
При этом прекращается поступление кислорода в организм через дыхательную систему и нарушается его транспорт к тканям и клеткам. Человек в этих условиях задыхается и может погибнуть из-за того, что кислород не поступает в ткани.
Важную роль в регуляции дыхания играют рН артериальной крови, напряжение в ней СО2 и О2. Так, например, увеличение напряжения СО2 в артериальной крови (гиперкапния) приводит к повышению минутного объема дыхания. Как правило, при этом возрастают как дыхательный объем, так и частота дыхательных движений. Если снижается рН артериальной крови по сравнению с нормальным уровнем, вентиляция легких увеличивается. Снижение напряжения О2 в артериальной крови (гипоксия) сопровождается увеличением вентиляции легких. Нервная регуляция дыхания осуществляется двумя типами нейронов: одни из них (инспираторные) возбуждаются в фазе вдоха, другие (экспираторные) в фазе выдоха. И те, и другие расположены в продолговатом мозге.
Мочеполовой аппарат объединяет две системы органов, анатомически и физиологически различных, однако тесно связанных между собой топографически и по своему происхождению (рис. 48, 49).