Строение и функции органов дыхания.

Благодаря данным особенностям строения органов дыхания осуществляется процесс дыхания. Легочное дыхание обеспечивает переход кислорода из альвеол в кровь легочных капилляров и удаление углекислого газа из крови в альвеолярный воздух. Внешнее дыхание осуществляется в результате ритмических дыхательных движений грудной клетки, обеспечивающих вдох и выдох.

Газообмен в легких и тканях. Газообмен у человека состоит из трех составляющих: внешнее дыхание, транспорт газов, внутреннее (клеточное, тканевое) дыхание.Внешнее дыхание выполняет дыхательная система, в том числе легкие, в которых кислород через стенки легочных альвеол и капилляров поступает в кровь, а углекислый газ из крови выводится в альвеолы и далее по дыхательным путям из организма. Вдыхаемый и выдыхаемый воздух отличается по составу.

Таблица 2

Содержание газов (О 2 и СО 2 ) во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.

Транспорт газов. Концентрация углекислого газа в венозной крови гораздо выше, чем в воздухе. Вследствие диффузии углекислый газ проникает из крови в воздух альвеол. Такой процесс в легких происходит до тех пор, пока не наступит равновесие между содержанием углекислого газа в крови и альвеолярном воздухе. Кислород проникает в кровь также путем диффузии. Во вдыхаемом воздухе его концентрация выше, чем в крови, текущей по капиллярам. Проникая в кровь, кислород соединяется с гемоглобином эритроцитов, превращая его в оксигемоглобин. Благодаря гемоглобину кровь может переносить большие количества кислорода в химически связанном виде. Кровь, насыщаясь кислородом, становится артериальной. Таким образом, диффузия газов в альвеолах совершается благодаря разности между давлением газов в альвеолах и крови. Так как сумма поверхности всех альвеол велика, в легких кровь обогащается большим количеством кислорода и отдает в альвеолярный воздух почти весь углекислый газ, поступающий в кровь из тканей. В результате описанных процессов состав воздуха, выдыхаемого из легких, отличается от состава вдыхаемого воздуха. Внутреннее дыхание. Клетки организма непрерывно потребляют кислород. Поэтому его содержание в них постоянно понижается. Вот почему кислорода в клетках всегда меньше, чем в омывающей их артериальной крови. Кроме того, чем больше в крови углекислого газа, тем слабее связь гемоглобина с кислородом. Эта непрочная связь легко разрушается, и кислород диффундирует в тканевую жидкость, а затем в клетки, где используется в окислительных процессах. Благодаря этим процессам энергия химических связей органических соединений освобождается. Она используется клетками на выполнение характерных для них жизненных отправлений. Углекислый газ, образующийся в результате окислительных процессов в клетках, не накапливается в них, поскольку он вследствие диффузии непрерывно удаляется в тканевую жидкость, а затем в кровь. Некоторое количество углекислого газа вступает в соединение с гемоглобином; большая часть его химически связывается некоторыми солями, содержащимися в крови.

Механизм вдоха выдоха. Вдох является следствием сокращения наружных межреберных мышц, изменения положения ребер и диафрагмы. При сокращении наружных межреберных мышц грудная клетка увеличивается в объеме. Вслед за грудной клеткой растягиваются легкие. По мере увеличения объема легких давление в них падает, становится ниже атмосферного и в альвеолы извне поступает воздух через воздухоносные пути. Происходит вдох. При выдохе дыхательная мускулатура расслабляется, что приводит к опусканию грудной клетки, купол диафрагмы принимает прежнее положение, органы брюшной полости поднимаются. давление внутри легких становится больше атмосферного - происходит выдох. Данные процесс можно отобразить в таблице 2.

Таблица 3

Механизм вдоха и выдоха.

Показатели работы легких. Акты вдоха и выдоха ритмически сменяют друг друга. Взрослый человек делает 15-20 дыхательных движений в 1 минуту. При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает 500 мл воздуха. Это количество воздуха называют дыхательным объемом. При глубоком вдохе в легкие поступает еще 1500 мл воздуха. Это резервный объем вдоха. При равномерном дыхании после спокойного выдоха человек может выдохнуть еще 1500 мл воздуха. Это резервный объем выдоха. Максимальное количество воздуха, которое человек может выдохнуть, сделав предварительно максимально глубокий вдох, называется жизненной емкостью легких (ЖЕЛ). Она складывается из дыхательного объема воздуха, резервного объема вдоха, резервного объема выдоха. ЖЕЛ измеряют при помощи специального прибора - спирометра. жизненная емкость легких зависит от возраста, пола, типа дыхания, от развития костей и мускулатуры. У взрослых ЖЕЛ - 3500 мл. После максимального выдоха в легких человека остается количество воздуха- 1200 мл. Это остаточный объем воздуха, удалить который из легких практически невозможно. Дышавшее легкое всегда содержит воздух. Поэтому легочная ткань в воде не тонет. В течение 1 минуты человек вдыхает и выдыхает 5-8 л воздуха. Это минутный объем дыхания, который при интенсивной физической нагрузке может достигать 80-120 л в минуту. Из 500 мл вдыхаемого 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. Это воздух называют «воздухом мертвого пространства».

Возрастные особенности. Первый вдох новорожденного происходит в результате резкого возбуждения центра вдоха после перевязки пуповины. У новорожденных мышцы ребер в дыхании не участвуют, и оно осуществляется только за счет сокращений диафрагмы (диафрагмальный или брюшной тип дыхания). Дыхание новорожденного поверхностное и частое (до 60 в минуту), вентиляция в периферических участках легких слабо выражена, минутный объем легких всего 1300 мл (у взрослого 4-6 л). У младших школьников частота дыхания составляет 22-20, у 12-летних-18, у старшеклассников приближается к норме взрослых - 16 раз в минуту. Носоглотка у новорожденного сравнительно широкая, а евстахиева труба короткая, в связи, с чем заболевания верхних дыхательных путей у детей нередко осложняются воспалением среднего уха, так как инфекция легко проникает в среднее ухо через широкую и короткую евстахиеву трубу. Гортань у новорожденных располагается выше, чем у взрослых, поэтому ребенок может одновременно дышать и глотать. После 2-3 лет у девочек гортань отстает в росте, она становится короче и меньше, чем у мальчиков, что сохраняется и у взрослых. Половые различия гортани больше всего заметны на щитовидном хряще и голосовых связках. С 12 лет голосовые связки у мальчиков длиннее, чем у девочек. В период полового созревания происходит мутация голоса. Слизистая оболочка носоглотки и трахеи детей нежная и богата кровеносными сосудами. Бронхи у детей узкие, слизистая оболочка содержит мало слизистых желез, богато снабжена кровеносными сосудами. Рост бронхов наиболее энергичен в первый год жизни и в период полового созревания. Рост легких осуществляется за счет ветвления мелких бронхов, образования альвеол и увеличения их объема. Большое значение для роста развития организма ребенка имеет носовое дыхание, выключение которого ведет к расстройству сна и пищеварения и, как следствие, к отставанию физического и умственного развития. Требуется тщательный уход за полостью носа грудных детей, а при возникновении заболеваний носоглотки (риниты, аденоиды носовой полости) следует незамедлительно провести соответствующее лечение. Грудная клетка ребенка растет параллельно росту тела, ребра принимают наклонное положение и начинают принимать участие в дыхании. Тип дыхания становится смешанным. Совершенствуется рефлекторная регуляция дыхания, т. е. кора головного мозга начинает контролировать деятельность дыхательного центра продолговатого мозга. Однако морфологическая и функциональная незрелость органов дыхания сохраняется до 14 лет. В период полового созревания грудная клетка приобретает форму взрослого человека, хотя остается еще меньшей по размеру. Грудная клетка у девочек приобретает цилиндрическую форму, и тип дыхания становится грудным (верхние ребра активнее участвуют в дыхании, чем нижние). У мальчиков она приобретает коническую форму с основанием, обращенным вверх (плечевой пояс шире таза) и тип дыхания становится брюшным (нижние ребра и диафрагма активно участвуют в дыхании). В этом возрасте повышается ритмичность дыхания, частота дыхания уменьшается до 20 в минуту, а глубина растет, и минутный объем легких составляет 3500-4000 мл, что приближается к показателям взрослого человека. К 18 годам частота дыхания устанавливается 16-17 в минуту, и минутный объем дыхания соответствует норме взрослого. ЖЕЛ у детей младшего школьного возраста составляет 1440мл. У девочек ниже, чем у мальчиков. У мужчин спортсменов - 6000 мл. Формирование половых различий в строении грудной клетки и типе дыхания заканчивается к 21 году. Однако развитие органов дыхания и совершенствование его регуляции продолжается и у взрослых людей. При этом наблюдаются значительные индивидуальные различия в зависимости от того, занимается ли человек физическим трудом, спортом или ведет малоподвижный образ жизни, курит, употребляет алкоголь.

Регуляция дыхания. Регуляция дыхания осуществляется дыхательным центром продолговатого мозга при помощи безусловных рефлексов. Приспособление дыхательной функции к меняющимся условиям окружающей среды регулируется корой головного мозга. В акте дыхания принимают участие два регулирующих механизма: нервный и гуморальный.

а) нервная регуляция

Поступающий в легкие воздух, проходя по воздухоносным путям, оказывает давление на их стенки, вызывая раздражение рецепторов. Возникающие импульсы по афферентным путям передаются в продолговатый мозг. Этот поток вызывает торможение клеток, отвечающих за вдох. Одновременно возбуждается клетки, осуществляющие выдох. При этом легкие спадаются, рецепторы не раздражаются и нервные импульсы в дыхательный центр не поступают. Происходит торможение клеток выдоха и возбуждение клеток, отвечающих за вдох. Следовательно, происходит автоматическая саморегуляция: вдох регулирует выдох, выдох регулирует вдох. В регуляции дыхания человека большое значение приобретают импульсы, возникающие в дыхательных мышцах при расширении грудной клетки. Они возбуждают моторные клетки спинного мозга. На дыхание оказывает влияние раздражение рецепторов кожи, слизистой оболочки носа, языка, органы слуха и органа зрения.

б) гуморальная регуляция.

На возбудимость дыхательного центра сильно влияет концентрация углекислого газа. Влияние СО2 на активность дыхательного центра демонстрируется в опыте Фредерика с перекрестным кровообращением. У двух собак перерезают сонные артерии и яремные вены и соединяют перекрестно: периферический конец сонной артерии соединяют с центральным концом этого же сосуда второй собаки (рис. 2).

Рисунок 1. Схема опыта с перекрестным кровообращением.

 Так же перекрестно соединяются и яремные вены: центральный конец яремной вены первой собаки соединяется с периферическим концом яремной вены второй собаки. В результате этого кровь от туловища первой собаки поступает к голове второй собаки, а кровь от туловища второй собаки поступает к голове первой собаки. Все другие сосуды перевязывают. После такой операции у первой собаки производили зажатие трахеи (удушье). Это приводило к тому, что через некоторое время наблюдалось увеличение глубины и частоты дыхания у второй собаки, тогда как у первой собаки наступала остановка дыхания. Это объясняется тем, что у первой собаки в результате зажатия трахеи не осуществлялся обмен газов и в крови увеличивалось содержание СО2 и уменьшалось количество кислорода. Эта кровь поступала к голове второй собаки и оказывала влияние на клетки дыхательного центра, следствием чего явилось увеличение глубины и частоты дыхания. Но в процессе усиленной вентиляции легких в крови второй собаки уменьшалось содержание СО2 и увеличивалось содержание О2. Кровь с уменьшенным содержанием СО2 поступала к клеткам дыхательного центра первой собаки, и раздражение последнего уменьшалось, что приводило к остановке дыхания. Таким образом, увеличение содержания СО2 в крови приводит к увеличению глубины и частоты дыхания, а уменьшение содержания СО2 и увеличение О2 - к его уменьшению вплоть до остановки дыхания. При низком парциальном давлении кислорода в атмосфере (при подъёме в горы) происходит кислородное голодание, сопровождающееся одышкой, кровотечением из носа и горла, головокружением, головной болью, рвотой, сердечной недостаточностью.

Гигиена дыхания. В детском возрасте могут возникнуть дефекты голоса и речи, мешающие ребенку в его повседневной жизни, в учебе. Зная причины появления тех или иных дефектов речи, их можно выправить. Повреждения носа могут возникнуть в результате ушиба, нарушающего его костный скелет, или попадании в нос инородных тел (камешки, бусинки, горошины). Все это затрудняет дыхание, изменяет звучание голоса вследствие нарушения резонаторной функции носовой полости. О наличии инородных тел в носовой полости можно судить по слизистым выделениям из носа с гнойным запахом. Удаление таких тел может производить только врач. К наиболее часто встречающимся дефектам речи относится укороченная уздечка языка. Эту проблему устраняют хирургическим путем или при помощи логопедических мероприятий. У детей встречаются воспаления носовой полости: острый насморк, озена, полипы. Острый насморк это воспаление слизистой оболочки носовой полости. У детей встречается часто. Причиной его возникновения служат внедрившиеся в слизистую оболочку болезнетворные микробы. Набухшая слизистая оболочка закладывает нос, мешает дышать. Это приводит к изменению тембра голоса. Профилактика заключается в закаливании организма, а лечение - в приеме медикаментов по предписанию врача. Озена - хроническое заболевание, сопровождается атрофией слизистой оболочки носа и других дыхательных путей. Эта болезнь затрагивает костный скелет носовых раковин. В носовой полости образуется большое количество плотных корок с неприятным запахом. Иногда этот запах бывает настолько сильным, что другие дети отказываются сидеть рядом с больным ребенком. Эта болезнь также сопровождается нарушениями речи. Полипы - это округлые ил желтовато-розовые образования в носовых ходах, которые удаляются только хирургическим путем. Дыхание детей с полипами в носу затруднено, у них часто возникают головные боли, снижается память. Такие дети хуже учатся. Воспалительные процессы в носоглотке могут вызвать разрастание носоглоточных миндалин. Это приводит к образованию аденоидов, которые заполняют почти всю носоглотку и иногда полностью выключают носовое дыхание. Речь становится невнятной, гнусавой. Особенно частое появление аденоидов наблюдается у детей дошкольного и младшего школьного возраста. Вследствие затрудненного дыхания ребенок не получает полного отдыха ни днем ни ночью, становится вялым, сонливым. У него ухудшается память, внимание, и он хуже учится. Аденоиды удаляют хирургическим путем. Ангина - это острое инфекционное заболевание, возбудителем которого является стрептококк. Ангина сопровождается воспалением небных миндалин. Она возникает чаще как результат переохлаждения организма и начинается с общего недомогания, повышения температуры, головной боли, озноба, болей в мышцах и суставах. Катаральная ангина - наиболее легкая форма, сопровождается небольшим покраснением миндалин и слизистой оболочки зева. При лакунарной ангине в углублениях миндалин образуются гнойные налеты. Фолликулярная ангина характеризуется образованием на миндалинах множества круглых гнойных точек - колоний кокков. После ангины могут быть осложнения (острые воспаления среднего уха, ревматизм, воспаление почек). Тонзиллит - это воспаление миндалин, возникающее вследствие частых ангин. При тонзиллите ребенок чувствует небольшую боль при глотании, у него появляется неприятный запах изо рта.

В правильном развитии организма ребенка свежий воздух играет важную роль. В воздухе жилых и школьных помещений содержание углекислого газа выше, чем на открытом воздухе. Поэтому кровь отдает в легкие меньшее количество этого газа. Накапливаясь во внутренней среде организма, углекислый газ угнетает жизнедеятельность клеток, снижает уровень обмена веществ в них. В жилых и школьных помещениях воздух содержит значительное число пыли и микробов, среди которых и возбудители инфекционных заболеваний. Когда дети в течение нескольких часов находятся на свежем воздухе. особенно в лесу, в поле, в парках, легочный газообмен у них повышается. Это является важным условием нормального развития детского организма. Вот почему очень важно строить режим дня так, чтобы не менее 2 ч в сутки они проводили на прогулках. Уроки физкультуры при малейшей к тому возможности, должны проводиться на свежем воздухе. В теплое время в классах должны быть открыты окна, а в зимние холода необходимо проветривать учебное помещение каждую перемену. Обязательное проветривание жилых комнат, особенно перед сном, сон при открытых форточках даже в холодное время года, влажная уборка жилищ, удаление пыли с мебели влажной тряпкой - все это должно стать прочным навыком каждого школьника. Пребывание на свежем воздухе в течение нескольких часов в сутки, а также проветривание помещений играют важную роль и в закаливании организма, т. е повышают его сопротивляемость к простудным заболеваниям.

Вопросы и задания.

1. Что такое дыхание, и каково его значение для организма?

2. Какое строение имеют воздухоносные пути, и какие функции они выполняют?

3. Какое строение и значение гортани?

4. какое строение имеют легкие?

5. Как осуществляются дыхательные движения?

6. Что такое жизненная емкость легких и как она изменяется с возрастом?

7. Что такое легочный газообмен и как он осуществляется?

8. Что такое тканевый газообмен и как он осуществляется?

9. Где расположен дыхательный центр и каково его значение?

10.  Какие вам известны механизмы регуляции дыхательных движений?

11.  Какие заболевания органов дыхания чаще всего встречаются у детей?

12.  Какое значение для детей имеет чистый воздух?

Литература.

1. Волокитина Т. В., Бральнина Г. Г., Никитинская Н. И. Основы медицинских знаний. М. 2010 г.

2. Гайворонский И. В., Ничипорук Г. И., Гайворонский А. И. Анатомия и физиология человека. М. 2009 г.

3. Жилов Ю.Д., Куценко Г. И., Назарова Е. Н.  Основы медико-биологических знаний. М. 2001.

4. Сапин М. Р., Сивоглазов В. И. Анатомия и физиология человека с возрастными особенностями детского организма. М. 1997.

5. Резанов Е. А. , Антонова И. П., Резанов А. А. Биология человека в таблицах, рисунках и схемах. М. 2000 г.

Лекция 8