Физиология внешнего дыхания

Окружающая нас атмосфера является дыхательной средой, из которой человеческий организм получает необходимый ему кислород. Для состава атмосферы характерно постоянство: в 1 литре воздуха содержится 210 мл кислорода, 70 мл азота, 0,3 мл углекислого газа и около 10 мл инертных газов.

Атмосферное давление, регистрируемое на уровне моря, также неизменно на всей территории планеты и составляет 760 мм рт. ст. Эта цифра является суммой парциальных давлений различных газов, из которых состоит атмосфера (закон Дальтона).

Во время дыхания человеческий организм испаряет воду. Это связано с разницей между парциальным давлением водяных паров в лёгких и окружающей среде. Так, в лёгких при нормальной температуре тела оно составляет 47 мм рт. ст., а в окружающем воздухе при комнатной температуре — около 20 мм рт. ст.

Внешнее дыхание

Процесс внешнего дыхания обеспечивается благодаря слаженной работе различных органов и тканей, приводящей к изменению объёма грудной клетки и лёгких. При вдохе происходит увеличение объёма грудной клетки, а при выдохе — его уменьшение.

К элементам, осуществляющим внешнее дыхание, относятся:

1.  Воздухоносные пути, создающие поток воздуха: носовая полость, носоглотка, гортань и трахея (верхние органы дыхания), а также бронхи и бронхиолы (нижние органы дыхания).
   
   Все они являются умеренно растяжимыми, благодаря чему происходит управление потоком воздуха.
   
   
2. Лёгкие, состоящие из мелких бронхиол и альвеол, а также примыкающих к ним кровеносных сосудов.
   
   
3. Костно-мышечная система: рёбра с межрёберными мышцами, вспомогательные дыхательные мышцы и диафрагма.

Продвигаясь по воздухоносным путям, воздух увлажняется, нагревается и очищается от частиц пыли. Затем через гортань, трахею и бронхи воздух попадает в бронхиолы, представляющие собой ветвящуюся сеть. Подсчитано, что общая площадь сечения воздухоносных путей по мере их ветвления увеличивается примерно в 4500 раз. Также известно, что от бронхов до альвеол воздух проходит через 23 ветвления, последнее из которых является той зоной, где начинается собственно процесс внешнего дыхания: здесь содержащийся в воздухе кислород контактирует с дыхательной мембраной.

Эта зона называется респираторным отделом. Он состоит из альвеол, состоящих из трёх типов альвеолоцитов, каждый из которых выполняет разные функции.

Механизм внешнего дыхания

Благодаря работе дыхательных мышц происходит поднятие и опускание рёбер, а также купола диафрагмы. За этими движениями пассивно следуют лёгкие, обладающие эластичностью и растяжимостью.

Дыхательная мускулатура делится на инспираторную и экспираторную. К первой относится диафрагма, а также наружные межхрящевые и межрёберные мышцы. Ко второй — внутренние межрёберные мышцы и мускулатура брюшной стенки.

Во время спокойного дыхания грудная клетка изменяет свой объём за счёт поднятия и опущения купола диафрагмы. При включении в работу дополнительных мышц (трапециевидных, грудино-ключично-сосцевидных и передних лестничных) обеспечивается глубокое форсированное дыхание. Это происходит во время значительной физической нагрузки, а также при дыхательной недостаточности.

При обычном дыхании процесс выдоха происходит пассивно в результате уменьшения объёма грудной клетки и спадения лёгких. Но при кашле или натуживании активируются мышцы выдоха, что приводит к ускорению выведения воздуха из дыхательных путей.

Лёгкие находятся в герметично замкнутом внутригрудном пространстве и не имеют другой возможности сообщения с внешней средой, кроме как через дыхательные пути. Воздух не проникает в плевральную полость, поэтому давление в ней отрицательно по отношению к атмосферному.  

Движение атмосферного воздуха в лёгкие в значительной степени осуществляется за счёт разницы давлений между атмосферой и альвеолярным воздухом. Во время вдоха объём лёгких становится больше, в результате чего внутрилёгочное давление падает, и воздух автоматически втягивается в лёгкие.

Во время выдоха объём лёгких, напротив, уменьшается, давление в лёгких нарастает и лишний воздух выдавливается в атмосферу.

Поверхностное натяжение в альвеолах

Поверхностное натяжение жидкости в альвеолах обеспечивает эластические свойства лёгких и играет важную роль в их растяжимости. Благодаря наличию поверхностно-активного сурфактанта (или так называемого антиателектатического фактора), который выстилает поверхность альвеол изнутри, становится невозможным спадение альвеол. Кроме того, сурфактант препятствует проникновению жидкости из лёгочных капилляров на поверхность альвеол.

Продукция сурфактанта обеспечивается альвеолоцитами, синтезирующими фосфолипиды, и происходит постоянно, благодаря чему поддерживается процесс внешнего дыхания. Во время патологических состояний (пневмония, отравление и т. д.) синтез и обновление сурфактанта могут нарушаться, что ведёт к увеличению поверхностного натяжения жидкости в альвеолах и возможному развитию ателектаза — спадения части лёгкого. Поэтому для профилактики ателектазов применяются аэрозоли, в состав которых входит фосфолипидный компонент, способствующий восстановлению сурфактанта (лецитин и др.).

Пневмоторакс

При повреждении стенки грудной клетки или лёгочной ткани, когда развивается сообщение атмосферного воздуха с плевральной полостью (нарушение герметичности), развивается тяжёлое и опасное для жизни состояние пневмоторакс. Это приводит к прогрессирующему спадению лёгочной ткани и выраженному нарушению процесса дыхания. Однако, благодаря тому что правая и левая плевральные полости разделены, при одностороннем пневмотораксе дыхание противоположного лёгкого сохраняется.