Дыхательная система человека — совокупность органов и тканей, обеспечивающих в организме человека обмен газов между кровью и внешней средой.
Функция дыхательной системы:
поступление в организм кислорода;
выведение из организма углекислого газа;
выведение из организма газообразных продуктов метаболизма;
терморегуляция;
синтетическая: в тканях легких синтезируются некоторые биологически активные вещества: гепарин, липиды и др.;
кроветворная: в легких созревают тучные клетки и базофилы;
депонирующая: капилляры легких могут накапливать большое количество крови;
всасывательная: с поверхности легких легко всасываются эфир, хлороформ, никотин и многие другие вещества.
Дыхательная система состоит из легких и дыхательных путей.
Легочные сокращения осуществляются с помощью межреберных мышц и диафрагмы.
Дыхательные пути: носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы.
Легкие состоят из легочных пузырьков — альвеол.
Рис. Дыхательная система
Дыхательные пути
Носовая полость
Полости носа и глотки являются верхними дыхательными путями. Нос образован системой хрящей, благодаря которым носовые ходы всегда открыты. В самом начале носовых ходов располагаются мелкие волоски, которые задерживают крупные пылевые частицы вдыхаемого воздуха.
Носовая полость выстлана изнутри слизистой оболочкой, пронизанной кровеносными сосудами. Она содержит большое количество слизистых желез (150 желез/см2 слизистой оболочки). Слизь препятствует размножению микробов. Из кровеносных капилляров на поверхность слизистой оболочки выходит большое количество лейкоцитов-фагоцитов, которые уничтожают микробную флору.
Кроме того, слизистая оболочка может значительно изменяться в своем объеме. Когда стенки ее сосудов сокращаются, она сжимается, носовые ходы расширяются, и человек легко и свободно дышит.
Слизистая оболочка верхних дыхательных путей образована мерцательным эпителием. Движение ресничек отдельной клетки и всего эпителиального пласта строго координировано: каждая предыдущая ресничка в фазах своего движения опережает на определённый промежуток времени последующую, поэтому поверхность эпителия волнообразно подвижна — «мерцает». Движение ресничек помогает сохранять дыхательные пути в чистоте, удаляя вредные вещества.
Рис. 1. Мерцательный эпителий дыхательной системы
В верхней части носовой полости находятся органы обоняния.
Функция носовых ходов:
фильтрация микроорганизмов;
фильтрация пыли;
увлажнение и согревание вдыхаемого воздуха;
слизь смывает все отфильтрованное в желудочно-кишечный тракт.
Полость разделена решетчатой костью на две половины. Костные пластинки разделяют обе половины на узкие, сообщающиеся между собой ходы.
В полость носа открываются пазухи воздухоносных костей: гайморова, лобная и др. Эти пазухи называются придаточными пазухами носа. Они выстланы тонкой слизистой оболочкой, содержащей небольшое количество слизистых желез. Все эти перегородки и раковины, а также многочисленные придаточные полости черепных костей резко увеличивают объем и поверхность стенок носовой полости.
Придаточные пазухи носа
Придаточные пазухи носа (околоносовые синусы) — воздухоносные полости в костях черепа, сообщающиеся с полостью носа.
У человека различают четыре группы придаточных пазух носа:
верхнечелюстная (гайморова) пазуха — парная пазуха, расположенная в верхней челюсти;
лобная пазуха — парная пазуха, расположенная в лобной кости;
решётчатый лабиринт — парная пазуха, образованная ячейками решётчатой кости;
клиновидная (основная) — парная пазуха, расположенная в теле клиновидной (основной) кости.
Рис. 2. Околоносовые пазухи: 1 — лобные пазухи; 2 — ячейки решётчатого лабиринта; 3 — клиновидная пазуха; 4 — верхнечелюстные (гайморовы) пазухи.
До сих пор точно не известно значение околоносовых пазух.
Возможные функции околоносовых пазух:
уменьшение массы передних лицевых костей черепа;
голосовые резонаторы;
механическая защита органов головы при ударах (амортизация);
термоизоляция корней зубов, глазных яблок и т.п. от температурных колебаний в полости носа при дыхании;
увлажнение и согревание вдыхаемого воздуха, благодаря медленному воздушному потоку в пазухах;
выполняют функцию барорецепторного органа (дополнительный орган чувств).
Гайморова пазуха (верхнечелюстная пазуха) — парная придаточная пазуха носа, занимающая практически всё тело верхнечелюстной кости. Изнутри пазуха выстлана тонкой слизистой оболочкой из мерцательного эпителия. В слизистой оболочке пазухи очень мало железистых (бокаловидных) клеток, сосудов и нервов.
Верхнечелюстная пазуха сообщается с полостью носа через отверстия на внутренней поверхности верхнечелюстной кости. В нормальном состоянии пазуха заполнена воздухом.
Далее, ходы открываются двумя носоглоточными отверстиями (хоанами) в глотку, расположенную позади носовой и ротовой полости.
Нижняя часть глотки переходит в две трубки: дыхательную (спереди) и пищевод (сзади). Таким образом, глотка является общим отделом для пищеварительной и дыхательной системы.
Гортань
Верхнюю часть дыхательной трубки составляет гортань, расположенная в передней части шеи. Большая часть гортани также выстлана слизистой оболочкой из мерцательного (ресничного) эпителия.
Гортань состоит из подвижно соединенных между собой хрящей: перстневидного, щитовидного (образует кадык, или адамово яблоко) и двух черпаловидных хрящей.
Надгортанник прикрывает вход в гортань в момент глотания пищи. Передним концом надгортанник соединен с щитовидным хрящом.
Рис. Гортань
Хрящи гортани соединены между собой суставами, а промежутки между хрящами затянуты соединительнотканными перепонками.
В гортани находятся голосовой аппарат, состоящий из голосовых связок и голосовых мышц; их функция — голосообразование.
Рис. Голосовой аппарат
Голосовые связки покрыты многослойным плоским эпителием и слизистых желез не имеют. Увлажнение голосовых связок происходит благодаря оттеканию слизи из вышележащих отделов.
Голосообразование
Голосовые связки состоят из эластических волокон и мышечной ткани, составляющей голосовую мышцу. Эта пара связок превращает отверстие гортани в узкую голосовую щель.
Толщина, длина и натяжение голосовых связок при помощи мышц могут изменяться. Все сложные движения гортани, связанные с речью и голосом, обеспечиваются деятельностью 16 разных мышц.
При обыкновенном спокойном дыхании голосовая щель умеренно расширена, связки почти неподвижны и при вдыхании и выдыхании не напряжены, поэтому воздух проходит из легких мимо них совершенно беззвучно.
При произношении звука голосовые связки сближаются до соприкосновения. Током сжатого воздуха из легких, надавливающим на них снизу, они на миг раздвигаются, после чего благодаря своей эластичности опять закрываются, пока напор воздуха не откроет их снова.
Возникающие таким образом колебания голосовых связок и дают звучание голоса. Высота звука регулируется степенью натяжения голосовых связок. Оттенки голоса зависят как от длины и толщины голосовых связок, так и от строения полости рта и полости носа, которые играют роль резонаторов.
К гортани снаружи прилегает щитовидная железа.
Спереди гортань защищена передними мышцами шеи.
Трахея и бронхи
Трахея — дыхательная трубка длиной около 12 см.
Она составлена из 16-20 хрящевых полуколец, которые не смыкаются сзади; полукольца предотвращают спадание трахеи во время выдоха.
Задняя часть трахеи и промежутки между хрящевыми полукольцами затянуты соединительнотканной перепонкой. Позади трахеи лежит пищевод, стенка которого во время прохождения пищевого комка слегка выпячивается в ее просвет.
Рис. Поперечный срез трахеи: 1 — мерцательный эпителий; 2 — собственный слой слизистой оболочки; 3 — хрящевое полукольцо; 4 — соединительнотканная перепонка
На уровне IV-V грудных позвонков трахея делится на два крупных первичных бронха, отходящих в правое и левое легкие. Это место деления носит название бифуркации (разветвления).
Через левый бронх перегибается дуга аорты, а правый огибается идущей сзади наперед непарной веной. По выражению старых анатомов, "дуга аорты сидит верхом на левом бронхе, а непарная вена - на правом".
Хрящевые кольца, расположенные в стенках трахеи и бронхах, делают эти трубки упругими и неспадающимися, благодаря чему воздух по ним проходит легко и беспрепятственно. Внутренняя поверхность всего дыхательного пути (трахеи, бронхов и части бронхиол) покрыта слизистой оболочкой из многорядного мерцательного эпителия.
Устройство дыхательных путей обеспечивает согревание, увлажнение и очищение поступающего со вдохом воздуха. Частицы пыли мерцательным эпителием продвигаются кверху и с кашлем и чиханием удаляются наружу. Микробы обезвреживаются лимфоцитами слизистой оболочки.
Легкие
Легкие (правое и левое) находятся в грудной полости под защитой грудной клетки.
Плевра
Легкие покрыты плеврой.
Плевра — тонкая, гладкая и влажная, богатая эластическими волокнами серозная оболочка, одевающая каждое из легких.
Различают легочную плевру, плотно срощенную с тканью легкого, и пристеночную плевру, выстилающий изнутри стенки грудной клетки.
У корней легких легочная плевра переходит в пристеночную. Таким образом, вокруг каждого легкого образуется герметически замкнутая плевральная полость, представляющая узкую щель между легочной и пристеночной плеврой. Плевральная полость заполнена небольшим количеством серозной жидкости, играющей роль смазки, облегчающей дыхательные движения легких.
Рис. Плевра
Средостение
Средостение — пространство между правым и левым плевральными мешками. Оно ограничено спереди грудиной с реберными хрящами, сзади — позвоночником.
В средостении располагается сердце с крупными сосудами, трахея, пищевод, вилочковая железа, нервы диафрагмы и грудной лимфатический проток.
Бронхиальное дерево
Глубокими бороздами правое легкое разделено на три доли, а левое — на две. У левого легкого на стороне, обращенной к срединной линии, имеется углубление, которым оно прилежит к сердцу.
В каждое легкое с внутренней стороны входят толстые пучки, состоящие из первичного бронха, легочной артерии и нервов, а выходят по две легочные вены и лимфатические сосуды. Все эти бронхиально-сосудистые пучки, вместе взятые, образуют корень легкого. Вокруг легочных корней расположено большое количество бронхиальных лимфатических узлов.
Входя в легкие, левый бронх делится на две, а правый - на три ветви по числу легочных долей. В легких бронхи образуя так называемое бронхиальное дерево. С каждой новой «веточкой» диаметр бронхов уменьшается, пока они не становятся совсем микроскопическими бронхиолами с диаметром в 0,5 мм. В мягких стенках бронхиол имеются гладкие мышечные волокна и нет хрящевых полуколец. Таких бронхиол насчитывается до 25 миллионов.
Рис. Бронхиальное дерево
Бронхиолы переходят в ветвистые альвеолярные ходы, которые оканчиваются легочными мешочками, стенки которых усыпаны вздутиями — легочными альвеолами. Стенки альвеол пронизаны сетью капилляров: в них происходит газообмен.
Альвеолярные ходы и альвеолы обвиты множеством упругих соединительнотканных и эластических волокон, которые составляют также основу мельчайших бронхов и бронхиол, благодаря чему легочная ткань легко растягивается во время вдоха и снова спадается во время выдоха.
Альвеолы
Альвеолы образованы сетью тончайших эластических волокон. Внутренняя поверхность альвеол выстланы однослойным плоским эпителием. Стенки эпителия вырабатывают сурфактант — поверхностно-активное вещество, выстилающее изнутри альвеолы и препятствующее их спаданию.
Под эпителием легочных пузырьков залегает густая сеть капилляров, на которые разбиваются конечные ветви легочной артерии. Через соприкасающиеся стенки альвеол и капилляров происходит газообмен при дыхании. Попав в кровь, кислород связывается с гемоглобином и разносится по всему организму, снабжая клетки и ткани.
Рис. Альвеолы
Рис. Газообмен в альвеолах
До рождения плод через легкие не дышит и легочные пузырьки находятся в спавшемся состоянии; после рождения с первым же вдохом альвеолы раздуваются и остаются расправленными на всю жизнь, сохраняя в себе некоторое количество воздуха даже при самом глубоком выдохе.
Площадь газообмена
Полнота газообмена обеспечивается огромной поверхностью, через которую он происходит. Каждый легочный пузырек представляет собой эластический мешочек размером 0,25 миллиметра. Количество же легочных пузырьков в обоих легких достигает 350 млн. Если представить, что все легочные альвеолы растянуты и образуют один пузырь с гладкой поверхностью, то диаметр этого пузыря будет равен 6 м, его вместимость будет более 50м3, а внутренняя поверхность составит 113м2 и, таким образом, будет приблизительно в 56 раз больше всей кожной поверхности тела человека.
Трахея и бронхи в дыхательном газообмене не участвуют, а являются только воздухо-проводящими путями.
Физиология дыхания
Все процессы жизнедеятельности протекают при обязательном участии кислорода, т. е. являются аэробными. Особенно чувствительной к кислородной недостаточности является ЦНС и, прежде всего, корковые нейроны, которые в бескислородных условиях погибают раньше других. Как известно, период клинической смерти не должен превышать пяти минут. В противном случае, в нейронах коры головного мозга развиваются необратимые процессы.
Дыхание — физиологический процесс обмена газов в легких и тканях.
Весь процесс дыхания можно разделить на три основных этапа:
легочное (внешнее) дыхание: газообмен в капиллярах легочных пузырьков;
транспорт газов кровью;
клеточное (тканевое) дыхание: газообмен в клетках (ферментатвное окисление питательных веществ в митохондриях).
Рис. Легочное и тканевое дыхание
Эритроциты содержат гемоглобин, сложный железосодержащий белок. Этот белок способен присоединять к себе кислород и углекислый газ.
Проходя по капиллярам легких, гемоглобин присоединяет к себе 4 атома кислорода, превращаясь в оксигемоглобин. Эритроциты транспортируют кислород из легких в ткани организма. В тканях происходит освобождение кислорода (оксигемоглобин превращается в гемоглобин) и присоединение углекислого газа (гемоглобин превращается в карбогемоглобин). Далее эритроциты транспортируют углекислый газ к легким для удаления из организма.
Рис. Транспортная функция гемоглобина
Молекула гемоглобина образует стойкое соединение с оксидом углерода II (угарным газом). Отравление угарным газом приводит к гибели организма в связи с кислородной недостаточностью.
Механизм вдоха и выдоха
Вдох — является активным актом, так как осуществляется при помощи специализированных дыхательных мышц.
К дыхательным мышцам относятся межреберные мышцы и диафрагма. При глубоком вдохе используются мышцы шеи, груди и пресса.
Сами легкие мышц не имеют. Они не способны самостоятельно растягиваться и сокращаться. Легкие лишь следуют за грудной клеткой, которая расширяется благодаря диафрагме и межреберным мышцам.
Диафрагма во время вдоха опускается на 3 — 4 см, вследствие чего объем грудной клетки увеличивается на 1000 — 1200 мл. Кроме того диафрагма отодвигает нижние ребра к периферии, что также ведет к увеличению емкости грудной клетки. Причем, чем сильнее сокращения диафрагма, тем больше увеличивается объем грудной полости.
Межреберные мышцы, сокращаясь, приподнимают ребра, что также вызывает увеличение объема грудной клетки.
Легкие, следуя за растягивающейся грудной клеткой, сами растягиваются, и давление в них падает. В результате создается разность между давлением атмосферного воздуха и давлением в легких, воздух устремляется в них — происходит вдох.
Выдох, в отличие от вдоха, является пассивным актом, так как в его осуществлении не принимают участие мышцы. При расслаблении межреберных мышц ребра под действием силы тяжести опускаются; диафрагма, расслабляясь поднимается, занимая свое привычное положение, — объем грудной полости уменьшается — легкие сокращаются. Происходит выдох.
Легкие находятся в герметически закрытой полости, образованной легочной и пристеночной плеврой. В плевральной полости давление ниже атмосферного ("отрицательное”). За счет отрицательного давления легочная плевра плотно прижимается к пристеночной.
Уменьшение давления в плевральном пространстве является основной причиной увеличения объема легких во время вдоха, то есть является той силой, которая и растягивает легкие. Так, во время увеличения объема грудной клетки давление в межплевральном образовании уменьшается и, вследствие разности давлений, воздух активно поступает в легкие и увеличивает их объем.
Во время выдоха давление в плевральной полости возрастает, и, в силу разности давлений, воздух выходит, легкие спадаются.
Грудное дыхание осуществляется преимущественно за счет наружных межреберных мышц.
Брюшное дыхание осуществляется за счет диафрагмы.
У мужчин отмечается брюшной тип дыхания, а у женщин — грудной. Однако независимо от этого и мужчины, и женщины дышат ритмично. С первого часа жизни ритм дыхания не нарушается, изменяется лишь его частота.
Новорожденный ребенок дышит 60 раз в минуту, у взрослого человека частота дыхательных движений в покое составляет около 16 — 18. Однако во время физической нагрузки, эмоционального возбуждения или при повышении температуры тела частота дыхания может значительно увеличиваться.
Жизненная емкость легких
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — это максимальное количество воздуха, которое может поступить и вывестись из легких во время максимального вдоха и выдоха.
Жизненная емкость легких определяется прибором спирометром.
У взрослого здорового человека ЖЕЛ меняется в пределах от 3500 до 7000 мл и зависит от пола и от показателей физического развития: например, объема грудной клетки.
ЖЕЛ состоит из нескольких объемов:
Дыхательный объем (ДО) — это количество воздуха, которое поступает и выводится из легких при спокойном дыхании (500-600 мл).
Резервный объем вдоха (РОВ) — это максимальное количество воздуха, которое может поступить в легкие после спокойного вдоха (1500 — 2500 мл).
Резервный объем выдоха (РОВ) — это максимальное количество воздуха, которое может вывестись из легких после спокойного выдоха(1000 — 1500 мл).
Регуляция дыхания
Дыхание регулируется нервными и гуморальными механизмами, которые сводятся к обеспечению ритмической деятельности дыхательной системы (вдох, выдох) и адаптационных дыхательных рефлексов, то есть изменению частоты и глубины дыхательных движений, имеющих место при изменяющихся условиях внешней среды или внутренней среды организма.
Ведущим дыхательным центром, как было установлено Н. А. Миславским в 1885 году, является дыхательный центр, расположенный в области продолговатого мозга.
Дыхательные центры обнаружены в области гипоталамуса. Они принимают участие в организации более сложных адаптационных дыхательных рефлексов, необходимых при изменении условий существования организма. Кроме того, дыхательные центры размещаются и в коре головного мозга, осуществляя высшие формы адаптационных процессов. Наличие дыхательных центров в коре головного мозга доказывается образованием дыхательных условных рефлексов, изменениями частоты и глубины дыхательных движений, имеющих место при различных эмоциональных состояниях, а также произвольными изменениями дыхания.
Вегетатвная нервная система иннервирует стенки бронхов. Их гладкая мускулатура снабжена центробежными волокнами блуждающих и симпатических нервов. Блуждающие нервы вызывают сокращение бронхиальной мускулатуры и сужение бронхов, а симпатические нервы расслабляют бронхиальную мускулатуру и расширяют бронхи.
Гуморальная регуляция: вдох осуществляется рефлекторно в ответ на повышение концентрацию углекислого газа в крови.
