Механізм вдиху і видиху. Значення плеврального тиску в диханні

Грудна клітка зсередини вкрита парієтальним листком плеври, а легені ззовні вкриті вісцеральним листком плеври. Між ними є плевральна щілина, заповнена рідиною. Зрощення обох листків плеври після плевриту різко погіршує умови вентиляції відповідних ділянок легень. Внутрішньоплевральний тиск на 0,3-0,5 кПа нижчий від атмосферного. Якщо повітря проникає у плевральну порожнину коли порушена цілісність грудної клітки чи легень, розвивається пневмоторакс, легені спадаються і неспроможні рухатися разом із грудною кліткою, дихання стає неможливим.

Послідовність процесів під час вдиху така: по нервах імпульси надходять до інспіраторних м’язів, вони скорочуються, збільшуються розміри грудної клітки, знижується внутрішньоплевральний тиск, зростає об’єм легень, і це призводить до зменшення тиску в легенях. Через градієнт тиску, який виникає, повітря надходить ззовні у легені і тиск у них знову вирівнюється з атмосферним. Енергія інспіраторних м’язів витрачається не тільки на подолання аеродинамічного тиску (тертя шарів повітря між собою та об стінки дихальних шляхів), але і йде на подолання опору тканин внутрішніх органів, черевної і грудної стінок, гравітаційних сил, які протидіють підніманню плечового пояса і грудної клітки. Тобто частина енергії переходить у потенційну енергію, яка після закінчення скорочення інспіраторних м’язів забезпечує пасивний видих. При цьому ребра і плечовий пояс опускаються, а діафрагма піднімається. Внутрішньоплевральний тиск зростає, легені спадають. Для виконання форсованого видиху повинні підключитися експіраторні м’язи.

В перші дні життя дихання у дітей через ніс утруднене. Носові ходи у дітей вужчі, ніж у дорослих і остаточно формуються до 14-15 років. Глотка у дітей широка і коротка, слухова труба знаходиться низько. Захворювання верхніх дихальних шляхів нерідко ускладнюються запаленням середнього вуха. Гортань у дітей коротша, вужча і розташована вище, ніж у дорослих. Найінтенсивніше гортань росте на 1-3-му роках життя та в період статевого дозрівання. В 12-14 років у хлопчиків довшають голосові зв’язки, гортань стає ширша і довша, ніж у дівчаток. У хлопчиків в цей період відбувається ламання голосу.

Легені у дітей ростуть, головним чином, внаслідок збільшення об’єму альвеол. До трьох років відбувається інтенсивний ріст легень і диференціювання їх окремих елементів. Кількість альвеол до 8 років досягає кількості їх у дорослих. Об’єм легень до 12 років збільшується в 10 разів, а до юнацького віку—у 20 разів.

Чим молодші діти, тим менший відсоток вуглекислого газу і тим більший відсоток кисню у видихуваному і альвеолярному повітрі. Тому дітям потрібно більше вентилювати легені, ніж дорослим. Дифузійна здатність легень у дітей з віком збільшується. Це пов’язано із збільшенням сумарної поверхні альвеол легень.

У дітей раннього віку ребра мають малий вигин і займають майже горизонтальне положення. Верхні ребра і весь плечовий пояс розташовані високо, міжреберні м’язи слабкі. У зв’язку з такими особливостями у новонароджених переважає діафрагмальне дихання з незначною участю міжреберних м’язів. Дихання немовлят стає грудочеревним. У віці від 3 до 7 років у зв'язку з розвитком плечового пояса починає переважати грудний тип дихання. У 7-8 років з!являються статеві відмінності в типі дихання: у хлопчиків переважає черевний тип дихання, у дівчаток—грудний. Закінчується статеве диференціювання дихання до 14-17 років. Внаслідок своєрідності будови грудної клітки і малої витривалості дихальних м’язів дихальні рухи у дітей менш глибокі і часті

Функції сурфактантів

Колагенові волокна стінок альвеол здійснюють еластичний опір, який спрямований на зменшення об’єму альвеол. Крім того, у ділянці розділу повітря з рідиною виникають сили, спрямовані на зменшення поверхні альвеол – це сили поверхневого натягу. Якби ці сили діяли без перешкод, то повітря з малих альвеол витіснялось би у більші, а найменші альвеоли мали б зникнути. Проте в організмі існує біологічне пристосування, що протидіє силам поверхневого натягу в альвеолах. Це сурфактанти – поверхневоактивні речовини (ПАР), що виробляються вневмоцитами. У присутності ПАР поверхневий натяг знижується майже в 10 разів.

В минулому столітті була відкрита причина хвороби новонароджених, які вмирали одразу після народження, бо вони були не в стані зробити перший вдих. Розгадку знайшли, коли почали порівнювати гомогенати із тканин легень таких дітей та дітей, що померли за іншими причинами. На сьомому місяці вагітності під час нормального розвитку плода в його легенях починають синтезуватись сурфактанти. Якщо сурфактанти не синтезуються в достатній кількості, то новонароджений не може дихати через дуже великий опір альвеол.

За рахунок здатності взаємного відштовхування ПАР протидіють притягуванню молекул води, які зумовлюють поверхневий натяг. Якщо змити рідину, котра містить сурфактанти й покриває тонким шаром епітелій альвеол, то альвеоли спадуться.

ПАР беруть участь у періодичному виключенні частини альвеол із процесу дихання. Ті ПАР, які зістарілися, зникаючи з поверхні деяких альвеол можуть на деякий час оголити їх поверхню, зумовлюючи збільшення поверхневого натягу і зменшення входу повітря у альвеоли. На поверхні альвеол ПАР поступово переміщуються в напрямку градієнта поверхневого натягу, тобто до бронхіол. З альвеол разом з ПАР можуть видалятися пилові частинки, зруйнований епітелій. Тобто ПАР виконують функцію очищення альвеол. Є думка, що ПАР приблизно на 50% знижують випаровування води через легені і беруть участь у перенесенні газів через легеневу мембрану.

Для розуміння механізмів зовнішнього дихання розглянемо таку ситуацію. Людині необхідно пройти по дну водойми. Для цього вона може дихати через трубку, кінець якої виходить з води. Є три трубки, кожна довжиною 1 м, а діаметром різні: 70 мм, 30 мм, 5 мм. Яку трубку краще використати? Чим відрізняються трубки? Об’ємом повітря, що в них знаходиться. Об'єм першої – 3,8-4 л (такий мертвий простір не можна подолати навіть при найглибшому вдиху, оскільки ємність легень лише близько 3,5 л.). Об’єм другої трубки – 600 мл. Такий мертвий простір можна подолати якщо дихати глибоко. Об’єм третьої – зовсім незначний, але тому повітря в ній рухатиметься дуже швидко, тертя його різко зросте, а отже зросте аеродинамічний опір і дихання буде утруднене. Подібним чином аеродинамічний опір зростає коли під час бронхіальної астми бронхи звужуються. Набряк слизової, що виникає при вдиху диму сигарет на 20-30 хв. збільшує опір рухові повітря у 2-3 рази.