Газообмін в легенях та тканинах

Схема газообміну в легенях

При чергуванні вдиху і видиху, вентилюються легені, підтримуюеться в альвеолах відносно постійний газовий склад. Склад атмосферного повітря: 21% О₂, 79% N₂, 0,03% СО₂, невелика кількість водяної пари та інертних газів. Склад повітря, що видихається відрізняється збільшеним вмістом вуглекислого газу, збільшується вміст водяної пари. Альвеолярне повітря, що знаходиться в альвеолах відрізняється від вдихуваного і видихуваного. Це пояснюється тим, що під час вдиху в альвеоли надходить повітря повітроносних шляхів (видихуване), а при видиху, навпаки, до видихуваного (альвеолярного) домішується атмосферне з повітроносних шляхів (мертвий простір).

Тип повітря	Кисень, O₂ (%)	Вуглекислий газ, CO₂ (%)	Азот, N₂ (%)	Домішки
Вдихуване		0,03		водяна пара, інертні гази
Видихуване				збільшений вміст водяної пари
Альвеолярне

У легенях кисень з альвеолярного повітря переходить в кров, а вуглекислий газ з крові поступає в легені шляхом дифузії через стінки альвеол і кровоносних капілярів. Напрям і швидкість дифузії визначається парціальним тиском. Кров з венозної перетворюється на артеріальну, яка по легеневих венах надходить до лівого передсердя, потім до лівого шлуночка, а звідти — до великого кола кровообігу, яким переноситься до тканин. З капілярів кисень вже потрапляє до тканин. В артеріальній крові кисню більше, ніж у клітинах, він дифундує в тканинну рідину, яка омиває клітини в тканинах, це проміжне середовище між кров'ю і клітинами. З тканинної рідини кисень проникає в клітини і відразу вступає до реакції окислення, тому в клітинах вільного кисню практично немає. В результаті окислення в клітинах збільшується вміст вуглекислого газу, який через тканинну рідину надходить у венозний кінець капіляра. Артеріальна кров перетворюється на венозну, яка по венах великого кола кровообігу надходить до правого передсердя, потім до правого шлуночка серця, а звідти — до легень.

Основні показники дихання

Діафрагмальне дихання

Частота дихання — кількість дихальних циклів (вдих — видих) за хвилину. У стані спокою людина здійснює за хвилину 12-16 дихальних циклів, під час сну 10-12, а при фізичному навантаженні, тяжкій хворобі — 30-35. У немовлят та осіб похилого віку частота дихання у спокої 20-25.

Глибина дихання визначається об'ємом повітря, яке вдихається і видихається. У спокійному стані до легень надходить 500 мл повітря (дихальний об'єм ДО) і стільки ж виходить під час видиху. З 500 мл, що вдихає людина, тільки 350 мл потрапляє до альвеол. Близько 150 мл затримується у мертвому просторі: в порожнинах носа, носової і ротової частини глотки, гортані, трахеї і бронхів, де не відбувається газообмін. Після спокійного вдиху під час максимального зусилля можна ще вдихнути 1,5 л додаткового повітря (резервний об'єм вдиху РО вдиху), а при найглибшому видиху можна ще видихнути 1,5 л, додатковий видих (резервний об'єм видиху РО видиху).

Життєва ємність легень (ЖЄЛ) — це найбільша кількість повітря, яке людина може видихнути після максимально глибокого вдиху. Вираховується за формулою:

ДО + РО вдиху + РО видиху = ЖЄЛ

Життєва ємність легень залежить від віку, статі, росту, маси тіла, фізичного розвитку людини. Показники ЖЄЛ коливаються: від 3500-4800 мл — у чоловіків та 3000-3500 мл — у жінок. У фізично тренованих людей, що займаються веслуванням, плаванням, гімнастикою, вона досягає 6000-7000 мл. Визначають ЖЄЛ за допомогою спірометра.

Після максимального видиху в легенях залишається 1000—1500 мл повітря, яке називають залишковим. Це пов'язано з тим, що завдяки нижчому тиску в плевральній порожнині по відношенню до атмосферного легені не змикаються і завжди мають залишки повітря.

У тренованих людей при навантаженні, звичайно, зростає дихальний об'єм, а у нетренованих у відповідь на навантаження зростає частота дихальних рухів.

Регуляція дихання

Нервова регуляція

Дихання регулюється як нервовою так і гуморальною системами організму людини. У довгастому мозку існує безумовно-рефлекторний центр регуляції дихання — дихальний центр. Він забезпечує координовану ритмічну діяльність дихальних м'язів (скорочення і розслаблення), що викликає почергово вдих і видих, та пристосування дихання до змін умов зовнішнього і внутрішнього середовища організму.

Автоматизм дихального центру зумовлюється нервовими імпульсами, які поступають з нервових закінчень легень, судин, м'язів. Хоча робота дихального центру автоматична (вона не припиняється у сплячої чи непритомної людини) — проте вона залежить від волі людини. Людина може довільно загальмувати або прискорити дихання (умовно-рефлекторна регуляція дихання). Пояснюється це контролем дихального центру корою великих півкуль мозку. Крім ритмічної зміни вдиху видихом дихальний центр здійснює замикання дихальних рефлексів:

затримка дихання під час занурення тіла у воду,
захисні рефлекси кашлю й чхання,
регуляція діяльності м'язів гортані, що узгоджують ковтання з диханням.

Гуморальна регуляція

Гуморальна регуляція дихання відбувається через вмість вуглекислого газу в крові. Нейрони дихального центру чутливі до СО₂, якщо в крові, що омиває дихальний центр, є надлишок СО₂, тоді збудливість дихального центру зростає і дихання стає частим і глибоким. Якщо СО₂ в крові мало, то це викликає гальмування дихання.

При фізичних навантаженнях м'язи виконують посилену роботу і кількість СО₂ в крові зростає, що стає однією з причин поглиблення і посилення дихальних рухів.