Анатомо-физиологические основы процесса дыхания.

Жизнь и нормальная деятельность человеческого организма невозможна без дыхания. Совершая первую фазу дыхания – вдох, мы вводим в организм кислород, находящийся в составе атмосферного воздуха. Производя вторую фазу дыхания – выдох, мы вместе с выдыхаемым воздухом избавляемся от вредных веществ, и прежде всего, от углекислого газа. Следовательно, наше дыхание есть процесс обмена газов между организмом и внешней средой. Этот газообмен происходит в лёгких при помощи крови. Непрерывно перемещаясь внутри организма, кровь транспортирует газы по широко раскинутой сети кровеносных сосудов. Благодаря непрерывному кровотоку  артериальная кровь (насыщенная кислородом) после прохождения по так называемому,  Большому кругу кровообращения становится венозной; проходя затем Малый (лёгочный) круг кровообращения, она очищается, насыщается кислородом и вновь становится пригодной для исполнения своих питательных функций.

Рассмотрим, что же представляют собой органы дыхания. Для ознакомления с устройством и работой дыхательного аппарата необходимо ясно представлять себе тот путь, который проходит воздух при своём движении из атмосферы в лёгкие. При обычном вдохе атмосферный воздух сначала попадает в носовую полость,  которая и является началом нашей дыхательной системы. Из носовой полости вдыхаемый воздух (уже очищенный и согретый) через носоглотку попадает в гортань. В ней расположены голосовые связки, в результате колебания которых возникают звуки. Двигаясь далее, воздух попадает в дыхательное горло, которое служит продолжением гортани. Дыхательное горло (трахея) представляет собой полую цилиндрическую трубку, составленную из 15 – 20 хрящевых колец. Такое устройство трахеи обеспечивает свободу проникновения атмосферного воздуха в лёгкие. Дыхательное горло делится на две главные ветви, называемые бронхами. Каждый бронх идёт вглубь соответствующего лёгкого, где в свою очередь разветвляется на более мелкие доли (бронхиоли), образуя так называемое бронхиальное дерево. Из бронхиолей воздух попадает в мелкие лёгочные пузырьки, называемые альвеолами. Это конечная цель вдыхаемого воздуха, так как именно в альвеолах происходит обмен газами между воздухом и кровью, который и составляет сущность лёгочного дыхания. Следовательно, наша дыхательная система устроена так, что по мере приближения к её концу воздухоносные пути становятся всё более мелкими, а количество их разветвлений всё время увеличивается. Это необходимо для распространения атмосферного воздуха по всей поверхности лёгких и увеличения их дыхательного объёма. Для сравнения: общая поверхность кожи у человека составляет 2 м², а поверхность лёгких (если развернуть все 90 миллионов альвеол) составит по меньшей мере 90 – 100 м², то есть в 45 – 50 раз больше.

Лёгкие представляют собой сложно-разветвлённую систему лёгочных пузырьков (альвеол), кровеносных сосудов, мышц, нервных окончаний и т.п. Расположены лёгкие в герметически закрытой грудной полости. Вследствие одностороннего воздушного давления, действующего лишь изнутри на лёгкие, они всегда тесно прижаты к внутренним стенкам грудной клетки и при дыхании пассивно следуют за ними. Из этого можно заключить, что в дыхательных движениях грудной клетки лёгким принадлежит только пассивная роль, т.к. грудная клетка сжимается и расширяется под активным воздействием дыхательной мускулатуры.

Сущность механизма дыхательных движений очень проста: вслед за расширением грудной клетки, осуществляемом при участии дыхательной мускулатуры, расширяются и вплотную прижатые к её стенкам лёгкие. Давление в растянутых лёгких в этот момент становится ниже атмосферного, вследствие чего они и наполняются воздухом.  Так происходит вдох. Обратный процесс имеет место при выдохе. После того, как мышцы, производящие вдох, расслабляются, начинают действовать выдыхательные мышцы и сила гладкой мускулатуры бронхов. Вследствие возвращения растянутых рёбер в прежнее положение и эластичности лёгких, последние начнут сжиматься. В этот момент давление в лёгких станет выше атмосферного, воздух выйдет из них т.е. произойдёт выдох. Из этих попеременных фаз вдыхания и выдыхания, разделённых небольшой паузой, и слагается наше обычное, нормальное дыхание.

В основе процесса дыхания лежит активная работа дыхательной мускулатуры. Мышцы делятся на вдыхательные и выдыхательные.

 К вдыхательным мышцам принадлежат: наружные межрёберные мышцы; мышцы, поднимающие рёбра; диафрагма. Сокращение этих мышц обеспечивает расширение грудной клетки. При вдохе (выдохе) изменяется объём грудной полости по следующим величинам: вдоль, поперёк, вглубь. Изменение грудной полости вглубь и поперёк – следствие движения грудной клетки, изменение вдоль – следствие движения диафрагмы. При усиленном (форсированном) вдохе включаются мышцы плечевого пояса, шеи и даже спины.

Важнейшая из всех вдыхательных мышц – диафрагма. Диафрагма – это  мощная мышечно-сухожильная перегородка (пластинка), которая отделяет грудную полость от брюшной. Она может сделать так, что в обеих полостях возникает внутреннее давление различной силы, независимое друг от друга. Диафрагма состоит из двух различных частей: центрального поля сухожилий и окружающей смежной мышечной части. К полю сухожилий эта часть присоединяется с помощью выступающей из внутренней стороны грудной клетки мышечной части и принадлежащих ей волокон. При вдохе волокна мышечной части стягиваются (сжимаются, сокращаются), что вызывает опускание центральной части диафрагмы и увеличение объёма грудной полости. В середине она имеет неправильную форму двух куполов, причём правый купол несколько выше левого. Когда мышцы диафрагмы сокращаются, она опускается и своей боковой поверхностью отходит от стенок грудной клетки. Опускаясь, диафрагма давит сверху на брюшные внутренности и заставляет брюшную стенку (живот) несколько выпячиваться вперёд. Такое положение диафрагмы соответствует вдоху. При выдохе её движение происходит в обратном направлении, т.е. снизу вверх: она подпирает лёгкие снизу, что способствует более активному их сокращению в момент выдоха. Возвращение окружной части диафрагмы в исходное состояние (выдох) основывается на ослаблении мышечных волокон и передвижении давления грудной полости вверх. Подобные задачи имеют также и брюшные мышцы, которые сжимают рёбра вниз (выдох) и склоняют корпус вперёд. Мышцы, помещённые в брюшных стенках, и система волокон поддерживают равномерное давление в брюшной полости, которое содействует усилению сжатия брюшины.

К группе выдыхательных мышц относятся внутренние межрёберные мышцы и мышцы брюшного пресса, состоящие из прямых, косых и поперечных мышц живота. Работа выдыхательных мышц связана исключительно с производством форсированного выдоха, который постоянно встречается при игре на духовых инструментах. Сокращаясь, эти мышцы притягивают брюшную стенку к позвоночному столбу, вследствие чего брюшные внутренности отжимаются кверху, приподнимают купол диафрагмы и, тем самым, способствуют более активному сокращению лёгких при выдохе. Помимо того, большая роль при исполнении дыхательных движений принадлежит мышечным силам самих лёгких. К ним относится гладкая мускулатура бронхов, работа которой осуществляется непроизвольно. Она обеспечивает расширение дыхательных путей при вдохе и их сужение при выдохе.

Нормальное дыхание совершается непроизвольно, через примерно равные промежутки времени; при этом человеком не затрачивается большое физическое усилие, в особенности при выдохе, который совершается за счёт опускания рёбер под собственной тяжестью, незначительного сокращения внутренних межрёберных мышц и внутрибрюшного давления на диафрагму. Фазы дыхания (вдох и выдох) примерно равны по продолжительности. Выдох при нормальном дыхании является пассивным, вдох – активным.

Функциональная работа всей дыхательной мускулатуры осуществляется благодаря импульсам, идущим из коры головного мозга. В продолговатом мозгу человека находится группа нервных клеток, управляющая функциями дыхания. При раздражении этих клеток импульсы центральной нервной системы направляются к дыхательным мышцам и вызывают их сокращение. Установлено также, что такое возбуждение может возникнуть либо из-за недостатка кислорода в крови и повышенного скопления в ней углекислоты, либо под влиянием раздражений, приносимых к дыхательному центру по нервным путям из других отделов коры головного мозга.

Таким образом, кора головного мозга, регулирующая все функции организма, оказывает постоянное влияние и на процесс дыхания. Поэтому человек способен произвольно менять ритм и глубину дыхания, что имеет большое значение при игре на духовых инструментах.