Физиология дыхания

Содержание

 

Введение

1. Характеристика понятия  "дыхание"

2. Внешнее дыхание

3. Легочная вентиляция

4. Обмен газов в легких  и их перенос

5. Регуляция дыхания

6. Особенности дыхания  при физической нагрузке и  при измененном парциальном давлении

7. Функциональные возможности  системы дыхания в художественной  гимнастике

8. Особенности легочной  вентиляции при занятиях художественной  гимнастикой

Заключение

Литература

 

Введение

 

Многие годы человечество дышит и совершенно не замечает этого. При каждом вдохе воздух входит в  легкие, и при каждом выдохе небольшая  часть альвеолярного воздуха  выходит в атмосферу. Однако именно этот отточенный до совершенства механизм есть крайне необходимая основа жизни человека.

Дыхание - это жизнь. Действительно, если без твердой пищи организм может  обходиться несколько месяцев, без  воды - несколько дней, то без воздуха - всего несколько минут.

Дыхание- синоним и неотъемлемый признак жизни."Пока дышу - надеюсь", утверждали древние римляне, а греки  называли атмосферу "пастбищем жизни". Человек в день съедает примерно 1,24 кг пищи, выпивает 2 л воды, но вдыхает  свыше 9 кг воздуха (более 10 000 л).

У людей, не занимающихся физическими  упражнениями, спортом, разница в  объеме грудной клетки при максимальном вдохе и выдохе не превышает обычно 4-б см, а у спортсменов она  достигает 8-12 см и более. Дыхание  может быть глубоким или поверхностным, редким или частым, правильным или  неправильным. Правильным дыханием считается  ритмичное глубокое дыхание, сопровождающееся полным расширением грудной клетки. Ритм дыхания может изменяться по разным причинам: от физического усилия, под влиянием температуры, при заболевании. По частоте дыхания можно судить и о влиянии физических упражнений на организм человека.

Усиление работы органов  дыхания выражается в увеличении частоты и глубины дыхания, что  значительно повышает легочную вентиляцию, т. е. увеличивается количество вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Известно, что в покое  легочная вентиляция у спортсменов  равна 6-8 л в минуту, а при выполнении спортивных нагрузок (бег, ходьба на лыжах, плавание, езда на велосипеде) легочная вентиляция повышается до 120-130 л и более в минуту.

1.Характеристика  понятия "дыхание"

 

Дыхание- это совокупность процессов, обеспечивающих потребление  организмом кислорода и выделение  двуокиси углерода. - В условиях покоя  в организме за 1 минуту потребляется в среднем 250 - 300 мл О2 и выделяется 200 - 250 мл СО2. При физической работе большой мощности потребность в кислороде существенно возрастает и максимальное потребление кислорода (МПК) достигает у высокотренированных людей около 6 - 7 л/мин.

Дыхание осуществляет перенос  О2 из атмосферного воздуха к тканям организма, а в обратном направлении  производит удаление СО2 из организма  в атмосферу.

Различают несколько  этапов дыхания:

1. Внешнее дыхание - обмен газов между атмосферой и альвеолами.

. Обмен газов между  альвеолами и кровью легочных  капилляров.

. Транспорт газов кровью - процесс переноса О2 от легких  к тканям и СО2 от тканей - к  легким.

. Обмен О2 и СО2 между  кровью капилляров и клетками  тканей организма.

. Внутреннее, или тканевое, дыхание- биологическое окисление  в митохондриях клетки.

Состав и свойства дыхательных сред

Дыхательной средой для человека является атмосферный воздух, состав которого отличается постоянством. В 1 л сухого воздуха содержится 780 мл азота, 210 мл кислорода и 0,3 мл двуокиси углерода (табл. 1). Остальные 10 мл приходятся на инертные газы - аргон, неон, гелий, криптон, ксенон и водород.

 

Таблица 1. Содержание и парциальное  давление (напряжение) кислорода и  углекислого газа в различных  средах

СредаКислородУглекислый газ%мм рт. ст.мл/л%мм рт. ст.мл/лВдыхаемый воздух20,93159209,30,030,20,3Выдыхаемый воздух16,0121160,04,53445Альвеолярный воздух14,0100140,05,54055Артериальная кровь-100-96200,0-40560-540Венозная кровь-40140-160-46580Ткань-10-15--60-Около митохондрий-01-1--70-

На уровне моря нормальное атмосферное давление составляет 760 мм рт ст. Согласно закону Дальтона эта  величина складывается из парциальных  давлений всех газов, входящих в состав воздуха. Атмосферный воздух содержит также пары воды. В умеренном климате при температуре 22°С парциальное давление водяного пара в воздухе составляет 20 мм рт.ст. Парциальное давление водяного пара, уравновешенного в легких с кровью при атмосферном давлении 760 мм рт.ст. и температуре тела 37°С, составляет 47 мм рт.ст. Учитывая, что давление водяных паров в организме выше, чем в окружающей среде, в процессе дыхания организм теряет воду.

 

2.Внешнее дыхание

 

Внешнее дыхание осуществляется благодаря изменениям объема грудной  клетки и сопутствующим изменениям объема легких. Во время вдоха объем грудной клетки увеличивается, а во время выдоха - уменьшается. В дыхательных движениях участвуют:

Дыхательные пути, которые  по своим свойствам являются слегка растяжимыми, сжимаемыми и создают  поток воздуха. Дыхательная система состоит из тканей и органов, обеспечивающих легочную вентиляцию и легочное дыхание (воздухоносные пути, легкие и элементы костно-мышечной системы). К воздухоносным путям,управляющим потоком воздуха, относятся: нос, полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы. Легкие состоят из бронхиол и альвеолярных мешочков, а также из артерий, капилляров и вен легочного круга кровообращения. К элементам костно-мышечной системы, связанным с дыханием, относятся ребра, межреберные мышцы, диафрагма и вспомогательные дыхательные мышцы. Нос и полость носа служат проводящими каналами для воздуха, где он нагревается, увлажняется и фильтруется. Полость носа выстлана богато васкулиризированной слизистой оболочкой. В верхней части полости носа лежат обонятельные рецепторы. Носовые ходы открываются в носоглотку. Гортань лежит между трахеей и корнем языка. У нижнего конца гортани начинается трахея и спускается в грудную полость, где делится на правый и левый бронхи. Установлено, что дыхательные пути от трахеи до концевых дыхательных единиц (альвеол) ветвятся (раздваиваются) 23 раза. Первые 16 "поколений" дыхательных путей - бронхи и бронхиолы выполняют проводящую функцию. "Поколения" 17-22 - респираторные бронхиолы и альвеолярные ходы, составляют переходную (транзиторную) зону, и только 23-е "поколение" является дыхательной респираторной зоной и целиком состоит из альвеолярных мешочков с альвеолами. Общая площадь поперечного сечения дыхательных путей по мере ветвления возрастает более чем в 4,5 тысячи раз. Правый бронх обычно короче и шире левого.

Эластическая и  растяжимая легочная ткань.Респираторный отдел представлен альвеолами. В легких имеется три типа альвеолоцитов (пневмоцитов), выполняющих разную функцию. Альвеолоциты второго типа осуществляют синтез липидов и фосфолипидов легочного сурфактанта. Общая площадь альвеол у взрослого человека достигает 80-90 м2, т.е. примерно в 50 раз превышает поверхность тела человека.

Грудная клетка, состоящая из пассивной костно-хрящевой основы, которая соединена соединительными связками и дыхательными мышцами, осуществляющими поднятие и опускание ребер и движения купола диафрагмы. За счет большого количества эластической ткани легкие, обладая значительной растяжимостью и эластичностью, пассивно следуют за всеми изменениями конфигурации и объема грудной клетки. Чем больше разность между давлением воздуха внутри и снаружи легкого, тем больше они будут растягиваться. Для иллюстрации этого положения служит модель Дондерса.

 

Рис.1. Модель Дондерса (а - экскурсия  легких в конце выдоха; б - экскурсия  легких во время вдоха)

 

Существуют два механизма, вызывающие изменение объема грудной  клетки:поднятие и опускание реберидвижения купола диафрагмы. Дыхательные мышцы подразделяются наинспираторные и экспираторные.

Инспираторными  мышцами являютсядиафрагма, наружные межреберные и межхрящевые мышцы. При спокойном дыхании объем грудной клетки изменяется в основном за счет сокращения диафрагмы и перемещения ее купола. всего на 1 см соответствует увеличение емкости грудной полости примерно на 200 - 300 мл. При глубоком форсированном дыхании участвуют дополнительные мышцы вдоха: трапециевидные, передние лестничные и грудино-ключично-сосцевидные мышцы. Они включаются в активный процесс дыхания при значительно больших величинах легочной вентиляции, например, при восхождении альпинистов на большие высоты или при дыхательной недостаточности, когда в процесс дыхания вступают почти все мышцы туловища.

Экспираторными  мышцами являются внутренние межреберные и мышцы брюшной стенки, или мышцы живота. Каждое ребро способно вращаться вокруг оси, проходящей через две точки подвижного соединения с телом и поперечным отростком соответствующего позвонка.

Верхние отделы грудной клетки на вдохе расширяются преимущественно  в переднезаднем направлении, а  нижние отделы больше расширяются в  боковых направлениях, так как  ось вращения нижних ребер занимает сагиттальное положение.

В фазу вдоха наружные межреберные  мышцы, сокращаясь, поднимают ребра, а в фазу выдоха ребра опускаются благодаря активности внутренних межреберных мышц.

При обычном спокойном  дыхании выдох осуществляется пассивно, поскольку грудная клетка и легкие спадаются - стремятся занять после вдоха то положение, из которого они были выведены сокращением дыхательных мышц. Однако при кашле, рвоте, натуживании мышцы выдоха активны.

При спокойном вдохе увеличение объема грудной клетки составляет примерно 500-600 мл. Движение диафрагмы во время дыхания обусловливает до 80% вентиляции легких. У спортсменов высокой квалификации во время глубокого дыхания купол диафрагмы может смещаться до 10-12 см.

 

3. Легочная вентиляция

 

Величина легочной вентиляции определяется глубиной дыхания и  частотой дыхательных движений.

Количественной характеристикой  легочной вентиляции служит минутный объем дыхания (МОД) - объем воздуха, проходящий через легкие за 1 минуту. В покое частота дыхательных  движений человека составляет примерно 16 в 1 минуту, а объем выдыхаемого  воздуха - около 500 мл. Умножив частоту  дыхания в 1 минуту на величину дыхательного объема, получим МОД, который у  человека в покое составляет в  среднем 8 л/мин.

Максимальная вентиляция легких(МВЛ) - объем воздуха, который  проходит через легкие за 1 минуту во время максимальных по частоте и глубине дыхательных движений, Максимальная вентиляция возникает во время интенсивной работы, при недостатке содержания 02 (гипоксия) и избытке СО2 (гиперкапния) во вдыхаемом воздухе. В этих условиях МОД может достигать 150 - 200 л в 1 минуту.

Объем воздуха в легких и дыхательных путях зависит  от конституционально-антропологических  и возрастных характеристик человека, свойств легочной ткани, поверхностного натяжения альвеол, а также силы, развиваемой дыхательными мышцами.

Для оценки вентиляционной функции  легких, состояния дыхательных путей, изучения паттерна (рисунка) дыхания  применяются различные методы исследования:пневмография, спирометрия, спирография, пневмоскрин. С помощью спирографа можно определить и записать величины легочных объемов воздуха, проходящих через воздухоносные пути человека (рис. 2).

 

Рис.2. Легочные объемы и емкости (пояснения в тексте)

 

При спокойном вдохе и  выдохе через легкие проходит сравнительно небольшой объем воздуха. Это  дыхательный объем (ДО), который у взрослого человека составляет примерно 500 мл. При этом акт вдоха проходит несколько быстрее, чем акт выдоха. Обычно за 1 минуту совершается 12 - 16 дыхательных циклов. Такой тип дыхания обычно называется "эйпноэ" или "хорошее дыхание".

Прифорсированном (глубоком) вдохечеловек может дополнительно  вдохнуть еще определенный объем  воздуха. Этот резервный объем вдоха (РОвд) - максимальный объем воздуха, который способен вдохнуть человек после спокойного вдоха. Величина резервного объема вдоха составляет у взрослого человека примерно 1,8 - 2,0 л.

После спокойного выдоха человек  может при форсированном выдохе дополнительно выдохнуть еще  определенный объем воздуха. Это резервный объем выдоха (РОвыд), величина которого составляет в среднем 1,2 - 1,4 л.

Объем воздуха, который остается в легких после максимального  выдоха и в легких мертвого человека, - остаточный объем легких (00). Величина остаточного объема составляет 1,2 - 1,5 л. У аборигенов высокогорья из-за бочкообразной грудной клетки сохраняются более высокие величины этого показателя, благодаря чему удается сохранить в организме необходимое содержание СО2, достаточное для регуляции дыхания в этих условиях.

Различают следующие  емкости легких:

общая емкость легких(ОЕЛ) - объем воздуха, находящегося в легких после максимального вдоха - все  четыре объема;

жизненная емкость легких(ЖЕЛ) включает в себя дыхательный объем, резервный объем вдоха, резервный  объем выдоха. ЖЕЛ - это объем воздуха, выдохнутого из легких после максимального  вдоха при максимальном выдохе. ЖЕЛ = ОЕЛ - остаточный объем легких. ЖЕЛ составляет у мужчин 3,5 - 5,0 л, у женщин - 3,0-4,0л;

емкость вдоха(Ед.) равна сумме  дыхательного объема и резервного объема вдоха, составляет в среднем 2,0 - 2,5 л;

функциональная остаточная емкость(ФОЕ) - объем воздуха в  легких после спокойного выдоха. В  легких при спокойном вдохе и  выдохе постоянно содержится примерно 2500 мл воздуха, заполняющего альвеолы и нижние дыхательные пути. Благодаря  этому газовый состав альвеолярного  воздуха сохраняется на постоянном уровне.

Исследование легочных объемов  и ёмкостей как важнейших показателей  функционального состояния легких имеет большое медико-физиологическое  значение не только для диагностики  заболеваний (ателектаз, рубцовые изменения легких, поражения плевры), но и для экологического мониторинга местности и оценки состояния функции дыхания популяции в экологически неблагополучных зонах,

Для сопоставимости результатов  измерений газовых объемов и  емкостей материалы исследований должны быть приведены к стандартному состоянию BTPS, т.е. соотноситься с условиями  в легких, где температура альвеолярного  воздуха соответствует температуре  тела, кроме того, воздух находится  при определенном давлении и насыщен водяными парами.

Воздух, находящийся в  воздухоносных путях (полость рта, носа, глотки, трахеи, бронхов и бронхиол), не участвует в газообмене, и поэтому пространство воздухоносных путей называют вредным или мертвым дыхательным пространством. Во время спокойного вдоха объемом 500 мл в альвеолы поступает только 350 мл вдыхаемого атмосферного воздуха. Остальные 150 мл задерживаются в анатомическом мертвом пространстве. Составляя в среднем треть дыхательного объема, мертвое пространство снижает на эту величину эффективность альвеолярной вентиляции при спокойном дыхании. В тех случаях, когда при выполнении физической работы дыхательный объем увеличивается в несколько раз, объем анатомического мертвого пространства практически не влияет на эффективность альвеолярной вентиляции.