Процесс внутреннего газообмена

У клетки есть ядро (1), оболочка (2), цитоплазма (3) и, что важно в связи с рассматриваемой темой, – митохондрии (4). Именно внутри митохондрий происходят процессы окисления.

В капиллярах эритроциты с кислородом (5) «выстраиваются в очередь» и «протискиваются» по капилляру. В клетке много СО₂ (продукта метаболизма), в крови содержится большое количество О₂. Кислород из капилляра попадает внутрь клетки: сначала в межклеточную жидкость, затем через мембрану – в саму клетку; а углекислый газ попадает из клетки в кровь (6) [1].

Эритроциты бегут быстро: весь процесс обмена занимает треть секунды.

В легких находится не чистый воздух, который находится во внешней среде, а альвеолярный газ – воздух, смешанный с газом, находящимся внутри легких. В нем не 21 % О2, а примерно 17 %.

Парциальное давление О₂ в атмосфере – 1/5 от всего атмосферного давления, т.е. около 150 мм ртутного столба. В альвеолах парциальное давление О₂ – 100 мм. Оттуда, где давление газа больше (из альвеол) он поступает туда, где давление меньше (в кровь, а оттуда – в клетки).

Плевра

Легкие не срощены с грудной клеткой. Они следуют за изменением объема грудной клетки благодаря тонкой пленке – плевре. Их две: одна выстилает легкие снаружи (висцеральная плевра) (1); другая выстилает грудную клетку изнутри (париетальная плевра) (2). Между ними находится жидкость (3).

Давление в межплевральной области пониженное, благодаря чему легкие подтягиваются к грудной клетке, повторяя за ней движения, которые обеспечивает дыхательная мускулатура. Если проколоть оба листка плевры, легкие спадаются (4). Иногда, вследствие воспалительных процессов, образуются спайки: плевра в некоторых местах срастается, и в результате ухудшается дыхание.

Объем легких

Обычный вдох – это примерно пол-литра воздуха. При этом можно довдохнуть еще, можно выдохнуть. В целом жизненная емкость легких составляет в среднем 5 литров.

Определенное количество воздуха в организме не участвуют в газообмене: это воздух, находящийся в гортани и в трахее. Поэтому, например, длинная плавательная трубка требует активного вдоха, а слишком длинная вообще не позволит дышать: она удлиняет «мертвую» зону гортани и трахеи.

Что управляет процессом дыхания?

Дыхание – единственная функция организма, которая осуществляется автоматически, но в определенных границах подвержена волевому контролю.

Второе обусловлено речевой функцией: речь – это своего рода «дыхательное упражнение»: чтобы что-то сказать, нужно изменить механизм дыхания. Благодаря волевому контролю можно через дыхание воздействовать на нервную систему.

Если мы не думаем о дыхании, ритм выстраивается сам исходя из некоторых параметров. Главным параметром для ритма дыхания является количество СО ₂ в жидких средах организма. Регуляция происходит также по количеству О₂ и по рН, но в меньшей степени.

Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге (1) – самой древней части мозга, продолжении спинного мозга в черепе. Там в том числе располагаются нейроны, отвечающие за дыхание: инспираторные и экспираторные нейроны. Они являются антагонистами: включение в работу одних нейронов подавляет другие. Рецепторы, отслеживающие газовый состав крови, расположены не только в продолговатом мозгу, но также в области шеи и в дуге аорты. Они реагируют, к примеру, на содержание в крови СО₂, и, если его много, они активизируются и дают команду нейронам дыхательного центра сделать дыхание более частым.

Помимо центральных структур есть еще два образования на периферии, которые отслеживают газовый состав крови. Это хеморецепторы – химические рецепторы:

– хеморецепторы, которые располагаются в зоне разветвления общей сонной артерии (2) на внешнюю (3) и внутреннюю (4) (внешняя идет к лицу, внутренняя – глубоко в мозг). Если содержание СО₂ увеличивается, нейроны возбуждаются и передают информацию в дыхательный центр.

– хеморецепторы, которые располагаются в дуге аорты (5), которая, выходя из сердца, делает дугу в 180^о.

Существуют также механорецепторы, которые расположеныв межреберных мышцах, в диафрагме и в плевре, которые активизируются на вдохе и на выдохе из-за укорочения или растяжения этих структур.