Биомеханика дыхания

Содержание 1. Органы дыхания 2. Биомеханика дыхания 2.1 Грудная полость 2.2 Дыхательные мышцы 2.3 Механизм вдоха
2.4 Механизм выдоха 2.5 Механика дыхательных движений 2.6 Изменения объема легких 2.7 Вентиляция легких 2.8 Реакция легких на физические нагрузки Список литературы











Органы дыхания
Воздухоносные пути начинаются носовой полостью, которая наружу открывается ноздрями. Носовая полость разделяется костно-хрящевой перегородкой на правую и левую половины. В каждой из них находятся извилистые носовые ходы, которые увеличивают внутреннюю поверхность носовой полости. Слизистая оболочка, выстилающая носовую полость, обильно снабжена ресничками, кровеносными сосудами и железами, выделяющими слизь. В полости носа на 1 квадратный сантиметр слизистой оболочки приходится около 150 желез. Слизистая оболочка носа обильно снабжена густоразветвленной сетью артерий и относительно широкими венами. Кровеносные сосуды слизистой оболочки, отдавая тепло, быстро нагревают воздух. Носовая слизь увлажняет его. Бактерии, попавшие вместе с воздухом, обезвреживаются блуждающими клетками носовой слизи. Ритмичное волнообразное движение ресничек направлено в сторону, противоположную движению воздуха. На поверхности ресничек из глубины легких и дыхательных путей перебрасываются наружу частицы пыли, отмершие клетки, убитые бактерии и «прочий мусор». Если бы реснички не удаляли из дыхательных путей пыль, то за 70 лет в легких ее скопилось бы около 5 кг. Из носовой полости воздух попадает в носоглотку, а затем в гортань. Гортань имеет вид воронки, стенки которой образованы несколькими подвижно соединяющимися хрящами и прикрепленными к ним мышцами и связками. Обеспечивает прохождение воздуха, защищает дыхательные пути от попадания пищи, во время проглатывания ее вход в гортань закрывается хрящевым надгортанником. У детей и женщин две пластинки щитовидного хряща сходятся под тупым углом, а у мужчин - под прямым углом, образуя выступ ( адамово яблоко ).Длина гортани у мужчин в среднем 44 мм, у женщин - 36мм. Между хрящами гортани имеются слизистые складки - голосовые связки (приложение, рис 3). Пространство между голосовыми связками называют голосовой щелью. Когда человек молчит, голосовые связки расходятся и голосовая щель имеет вид равнобедренного треугольника. При разговоре, пении голосовые связки смыкаются. Выдыхаемый воздух давит на складки, они начинают колебаться. Так рождается звук. Высота голоса человека связана с длиной голосовых связок. Чем короче голосовые связки, тем больше частота их колебаний и тем выше голос. У женщин голосовые связки короче, чем у мужчин. Вот почему женский голос всегда выше. Голосовые связки могут совершать от 80 до 10000 колебаний в 1 сек. Окончательное формирование звуков речи человека происходит в полостях глотки, носоглотки, рта и носа, при изменении положения языка, губ, нижней челюсти. Голосом человек может передать свои чувства и настроения: радость и гнев, нежность и угрозу, насмешку и ласку. Крик вредит голосовым связкам: они сильно напрягаются и сближаются, ударяются и трутся друг о друга, повреждаясь при этом. У человека, который часто кричит, голос становится хриплым или исчезает совсем. При шепоте голосовые связки сомкнуты не полностью. Когда нужно щадить голосовой аппарат, рекомендуется говорить шепотом. Из гортани вдыхаемый воздух проходит в трахею, имеющую вид трубки без изгибов. Ее передняя стенка образована 16 - 20 полукольцами, соединенными между собой связками и мышцами. Задняя мягкая стенка трахеи прилегает к пищеводу и не мешает прохождению пищи. Длина трахеи у человека 10 - 13см, диаметр 15 - 18 мм. Трахея разветвляется на 2 бронха, которые входят в правое и левое легкие. У бронхов несколько предназначений. Во-первых, это проводящие пути, по которым воздух поступает в легкие: в бронхах он окончательно согревается и увлажняется. Во-вторых, воздух там очищается. Бронхи покрыты изнутри так называемым мерцательным эпителием, каждая клетка которого имеет своеобразную ресничку. Эти реснички «мерцают» - все время движутся и как бы подметают бронхи. Все инородные тела (пыль, сажа, микробы) оседают на слизистой оболочке бронхов и с помощью ресничек и кашля удаляются. Легкие расположены в грудной полости. Состоят из долей - в правом легком три доли, в левом - две. Основу легких образуют бронхи и бронхиолы, которые переходят в альвеолярные ходы с альвеолами. Диаметр воздухоносных трубочек постепенно уменьшается. Концы самых мелких бронхиальных трубочек заканчиваются гроздями тонкостенных легочных пузырьков, заполненных воздухом. Их стенки образованы одним слоем эпителиальных клеток и густо оплетены сеткой капилляров. Эпителиальные клетки пузырьков выделяют биологически активные вещества, которые в виде тонкой пленки выстилают их внутреннюю поверхность. Эта пленка поддерживает постоянный объем пузырьков и не дает им смыкаться. Кроме того, вещества пленки обезвреживают микроорганизмы, проникающие в легкие с воздухом. «Отработанная» пленка выводится через воздухоносные пути в виде мокроты или «переваривается» легочными фагоцитами. При воспалении легких, туберкулезе и других легочных инфекционных заболеваниях пленка может повреждаться, легочные пузырьки слипаются и не могут участвовать в газообмене. У курильщиков пузырьки теряют свою эластичность и способность очищаться, пленка твердеет от ядов сигарет. Свежий воздух, интенсивное дыхание при физической работе и занятия спортом способствуют обновлению пленки, выстилающей легочные пузырьки. Легочные пузырьки образуют губчатую массу, которая формирует легкие. Легкие заполняют всю грудную полость, за исключением места, занятого сердцем, кровеносными сосудами, воздухоносными путями и пищеводом. В каждом легком 300 - 350 млн. легочных пузырьков, их общая поверхность превышает 100 м2, что примерно в 75 раз больше поверхности тела. Снаружи каждое легкое покрыто гладкой блестящей оболочкой из соединительной ткани - легочной плеврой. Внутренняя стенка грудной полости выстлана пристеночной плеврой. Находящаяся между ними герметичная плевральная полость увлажнена и совсем не содержит воздуха. Поэтому легкие тесно прижаты к стенке грудной полости и их объем всегда изменяется за изменением объема грудной полости.
Биомеханика дыхания Обмен кислорода (О2) и углекислоты (СО2) между организмом и средой называется дыханием. Человеческий организм в процессе жизнедеятельности потребляет кислород (О2) и выделяет углекислоту (СО2). Здоровый мужчина среднего возраста и нормального сложения с массой тела 70 кг в условиях основного обмена потребляет за 1 мин. 250 мл О2 и выделяет около 200 мл углекислоты. При физической нагрузке потребление О2 и, соответственно, выделение СО2 увеличивается в несколько раз. При этом повышение тканевого обмена обеспечивается не только пропорциональным увеличением потребления О2, возрастает также утилизация О2, в результате чего происходит более полное восстановление оксигемоглобина в тканях. Обеспечение организма нужным количеством О2 и выведением СО2 возможно лишь при условии нормального течения и координированного изменения ряда последовательных актов.
У человека дыхание осуществляется благодаря ряду последовательных процессов: 1) обмен газов между средой и легкими, что обычно обозначают как "легочную вентиляцию"; 2) обмен газов между альвеолами легких и кровью (легочное дыхание); 3) обмен газов между кровью и тканями. Наконец, газы переходят внутри ткани к местам потребления (для О2) и от мест образования (для СО2) (клеточное дыхание).
Движение газов в дыхательной системе и между средой и тканями происходит в результате разницы давлений. Пониженное давление О2 в ткани заставляет газ двигаться к ней. Для СО2 градиент - давления направлен в обратную сторону, и СО2 переходит в окружающую среду. Известно, что давление водяных паров в организме выше, чем в окружающей среде, и, таким образом, при дыхании организм теряет воду. Рис. 1. Изменения внутрилегочного и внутриплеврального давления на протяжении цикла вдох-выдох. Показаны также изменения скорости тока воздуха и объема легких и диафрагме, внутренний (висцеральный) покрывает легкое. Щель между листками называется плевральной полостью. При движении грудной клетки внутренний листок обычно легко скользит по наружному. Давление в плевральной полости всегда меньше атмосферного (отрицательное). В условиях покоя внутриплевральное давление у человека в среднем на 4,5 торр ниже атмосферного (-4,5 торр).
Грудная полость Грудная полость ограничена сзади первыми десятью грудными позвонками, последние два грудных позвонка функционально относятся к брюшной полости и не принимают активного участия в дыхании. Переднюю стенку грудной клетки образует грудина. Боковая стенка грудной клетки образована ребрами и реберными хрящами. Ребра лежат парами по обе стороны позвоночника. Каждое ребро наклонено вниз от уровня своего сочленения с позвонком и прикреплено к грудине ниже (см. рис. 3). Пространства между ребрами называется межреберным.
Дыхательные мышцы Дыхательные мышцы - это те мышцы, сокращения которых изменяют объем грудной клетки. Мышцы, направляющиеся от головы, шеи, рук и некоторых верхних грудных и нижних шейных позвонков, а также наружные межреберные мышцы, соединяющие ребро с ребром, приподнимают ребра и увеличивают объем грудной клетки. Диафрагма - мышечно-сухожильная пластина, прикрепленная к позвонкам, ребрам и грудине, - отделяет грудную полость от брюшной (рис. 2). Это главная мышца, участвующая в нормальном вдохе. При усиленном вдохе сокращаются дополнительные группы мышц. При усиленном выдохе действуют мышцы, прикрепленные между ребрами (внутренние межреберные мышцы) к ребрам и нижним грудным и верхним поясничным позвонкам, а также мышцы брюшной полости; они опускают ребра и прижимают брюшные органы к расслабившейся диафрагме, уменьшая таким образом емкость грудной клетки. Рис. 2. Движения диафрагмы а - положение диафрагмы при вдохе, б - при выдохе Положение диафрагмы (вид сбоку) во время дыхания (в) Рис. 3. Схема положения грудной клетки и диафрагмы при выдохе (а) и вдохе (б) 1 - наружные межреберные мышцы, 2 - внутренние межреберные мышцы, 3 - диафрагма Дыхательные движения осуществляются за счет дыхательной мускулатуры. Расслабление всех связанных с дыханием мышц придает грудной клетке положение пассивного выдоха. Соответствующая мышечная активность может перевести это положение во вдох или же усилить выдох.
Механизм вдоха Акт вдоха (инспирация) совершается вследствие увеличения объема грудной полости в трех направлениях - вертикальном, сагиттальном и фронтальном. Это происходит вследствие поднятия ребер и опускания диафрагмы. В состоянии выдоха ребра опущены вниз; а в состоянии вдоха - принимают более горизонтальное положение, поднимаясь кверху; при этом нижний конец грудины отходит вперед. Благодаря движению ребер при вдохе сечение грудной клетки становится больше и в поперечном, и в продольном направлениях. Ребра представляют собой рычаги второго рода с точкой вращения в их сочленениях с позвоночником (рис. 4, а, с). Наружные межреберные мышцы при сокращении должны были бы сближать ребра, но так как момент силы у нижнего прикрепления мышц (g) больше, чем у верхнего (b) вследствие большой длины рычага (c-g), то при сокращении мышц ребра поднимаются. Рис. 4. Механика движений ребер при вдохе Во время вдоха диафрагма сокращается, в результате чего ее купол становится более плоским и опускается (см. рис. 3). В зависимости от возраста, пола, вида деятельности дыхание совершается преимущественно или за счет межреберных мышц - реберный, или грудной тип дыхания, или за счет диафрагмы - диафрагмальный, или брюшной тип дыхания. Есть и смешанный тип, при котором в дыхании участвуют нижние отделы грудной клетки и верхняя часть живота, он встречается у пожилых людей, а также при ригидности грудной клетки и снижении эластичности легочной ткани (эмфизема легких, пневмосклероз и др.). Тип дыхания не является строго постоянным и может меняться в зависимости от исходного положения, телосложения, пола, вида деятельности и состояния пациента. Так, при переносе на спине тяжелого груза грудная клетка фиксируется мышцами туловища и межреберий неподвижно вместе с позвоночником; дыхание же совершается исключительно за счет движений диафрагмы. У беременных женщин смещение диафрагмы вниз затруднено и поэтому преобладает реберный тип дыхания. При усиленном дыхании, например, у спортсменов, в акте вдоха участвует ряд дополнительных, или вспомогательных дыхательных мышц. При вдохе объем грудной клетки и находящихся в ней легких увеличивается; при этом давление в них понижается и воздух через воздухоносные пути входит в легочные альвеолы.
Механизм выдоха Во время вдоха дыхательные мышцы человека преодолевают ряд сил: 1) тяжесть приподнимаемых кверху ребер; 2) эластическое сопротивление реберных хрящей; 3) сопротивление стенок живота и брюшных внутренностей, отдавливаемых книзу опускающимся куполом диафрагмы. Когда вдох окончен и дыхательные мышцы расслабляются, под влиянием указанных сил ребра опускаются и купол диафрагмы приподнимается. Объем грудной клетки вследствие этого уменьшается. Таким образом, акт выдоха (экспирация) происходит обычно пассивно, без участия мышц. При форсированном выдохе к перечисленным силам, уменьшающим объем грудной клетки, присоединяется сокращение внутренних межреберных мышц, задних нижних зубчатых мышц и мышц живота. При сокращении внутренних межреберных мышц, ребра опускаются. Мышцы живота при их сокращении оттесняют органы брюшной полости и купол диафрагмы кверху. При выдохе объем грудной клетки, а, следовательно, и легких, уменьшается, давление в альвеолах повышается и воздух выходит из легких наружу.
У здорового человека дыхание в спокойном состоянии ритмичное, и число дыхательных движений составляет 14-18 в мин., а у спортсменов - 8-12. Дыхание может быть учащенным и редким. Учащение дыхания наблюдается после физической нагрузки (в процессе тренировки), при нервном возбуждении и др.
Урежение дыхательных движений наблюдается при заболеваниях, которые угнетают функции дыхательного центра или при анатомических изменениях в бронхах (сужение, сдавливание и т. п.). У здорового человека дыхание ритмичное, глубокое. Но встречается и нарушение ритмичности дыхания, которое, как правило, является результатом нарушения координационной способности дыхательного центра, характеризующееся тем, что нарушается гармоническая, слаженная работа отдельных групп дыхательных мышц. В этой связи наступает более быстрая утомляемость дыхательной мускулатуры, что приводит к нарушению снабжения мышц кислородом и утомляемости пациента. Ритм дыхания может нарушаться при беге по пересеченной местности (кросс), у лыжников-гонщиков и в других видах спорта, а также при тестировании спортсменов с явлениями перетренированности (например, при выполнении пробы "степ-тест", или "бег на месте").
Механика дыхательных движений Перемещение воздуха в легкие и из них требует совершения работы. Для того, чтобы воздух вошел в легкие, должны быть преодолены силы трех типов, а именно: 1) эластическое сопротивление; 2) сопротивление воздушного потока в трахео-бронхиальном дереве и 3) сопротивление неэластичных тканей, например, ребер. Расширение легких обусловлено увеличением объема грудной клетки. Если давление снаружи становится выше атмосферного, из легких выходит лишь небольшое количество воздуха, так как мелкие воздухоносные пути спадаются, задерживая его в альвеолах. С возрастом, а также при некоторых легочных заболеваниях такое закрытие дыхательных путей происходит при большем объеме легких. Крутизна кривой "давление-объем", т. е. изменение объема на единицу изменения давления, называется растяжимостью. В физиологических условиях (если растягивающее давление составляет от -2 до -10 см вод. ст.) легкие обладают удивительной растяжимостью. У человека она достигает примерно 200 мл/см вод. ст., однако при более высоких давлениях уменьшается. Этому соответствует более пологий участок кривой "давление-объем". Растяжимость легких несколько снижается при повышенном давлении в легочных венах и переполнении легких кровью. При альвеолярном отеке она уменьшается в результате неспособности некоторых альвеол раздуваться. Заболевания, сопровождающиеся фиброзом легких, воспалительными процессами, также приводят к уменьшению их растяжимости. Это связано с изменениями эластических тканей. В стенках альвеол, а также вокруг сосудов и бронхов проходят волокна эластина и коллагена. По определению, растяжимость легких равна изменению их объема на единицу изменения давления. Для ее оценки необходимо измерить внутриплевральное давление. При этом регистрируют давление в пищеводе: обследуемый заглатывает катетер с маленьким баллончиком на конце. Растяжимость легких можно измерить очень просто: обследуемого просят сделать максимально глубокий вдох, а затем выдыхать воздух в спирометр порциями, скажем, по 500 мл. При этом определяют давление в пищеводе. Затем строят график "давление-объем", сходный с кривой на рис. 5. Этот метод позволяет получить наибольшую информацию об упругости легких. Растяжимость легких можно также измерить при спокойном дыхании (рис. 17.19). Этот способ основан на том, что в отсутствие потока воздуха (в конце вдоха и выдоха) внутриплевральное давление отражает только эластическую тягу легких и не зависит от сил, возникающих при движении воздушной струи. Таким образом, растяжимость будет равна отношению разности легочных объемов в конце вдоха и выдоха к разности внутриплевральных давлений в эти же моменты. На вентиляцию легких влияют: частичное перекрытие (закупорка) воздухоносных путей (мокрота, слизь и др.) и тогда заполнение Рис. 5. Построение кривой зависимости объема от давления для изолированного легкого. Для этого вокруг легкого на несколько секунд создается определенное давление и измеряется легочный объем. Полученная кривая нелинейна: при высоких давлениях она становится более пологой. Видно, что кривые для раздувания и спадения легких неодинаковы; это явление называется гистерезисом воздухоносных путей (участков легких) будет происходить медленнее. С увеличением частоты дыхания объем воздуха, поступающего на такой участок, становится все меньше и меньше. Упругостью обладают не только легкие, но и грудная клетка. В норме грудная клетка стянута, а легкие растянуты и действующие в них упругие силы уравновешивают друг друга. В эксперименте показано, что при объеме, равном функциональной остаточной емкости (ФОБ), давление релаксации отрицательно. Это означает, что грудная клетка стремится расшириться. Лишь в том случае, когда объем достигает примерно 75% жизненной емкости легких (ЖЕЛ), давление релаксации становится равным атмосферному, т. е. грудная клетка приходит в состояние равновесия. При любом объеме давление релаксации легких и грудной клетки равно сумме их давлений релаксации, измеренных по отдельности. Рис. 6. Изменение давления во время дыхания. При отсутствии аэродинамического сопротивления альвеолярное давление было бы всегда равно нулю, а внутриплевральное изменялось бы в соответствии с пунктирной кривой АБВ (то есть под действием лишь эластической тяги легких). Поскольку же дыхательные пути (и ткани) обладают вязким сопротивлением, внутриплевральное давление изменяется по сплошной кривой. "Вкладу" этого сопротивления соответствует заштрихованный участок Еще один важнейший фактор, во многом обусловливающий особенности кривых "давление-объем" для легких, - это поверхностное натяжение жидкости, выстилающей стенки альвеол. Поверхностным натяжением называется сила (измеряемая обычно в динах), действующая в поперечном направлении на воображаемый отрезок длиной 1 см на поверхности жидкости. Известно, что клетки, выстилающие стенки альвеол, вырабатывают секрет, значительно снижающий поверхностное натяжение альвеолярной жидкости. Влияние секрета (сурфактанта) на поверхностное натяжение, объясняется его низким поверхностным натяжением в альвеолах и отсюда увеличивается растяжимость легких и тем самым уменьшается совершаемая при вдохе работа; а также обеспечивается стабильность альвеол, их в легких около 300 млн, и все они имеют тенденцию к спадению (ателектазу), очаги которого часто образуются в легких при заболеваниях. При недостатке сурфактанта легкие становятся более "жесткими" (m. е. менее растяжимыми). Известно, что нижние отделы легких вентилируются лучше, чем верхние. Это, по-видимому, связано с тем, что в области оснований легких внутриплевральное давление менее отрицательно, чем в области верхушек.

Изменения объема легких Объем легкого меняется при вдохе не всюду одинаково. Для этого имеются три главные причины. Во-первых, грудная полость во всех направлениях увеличивается неравномерно. Во-вторых, не все части легкого одинаково растяжимы. В-третьих, предполагается существование гравитационного эффекта, который способствует смещению легкого книзу (рис. 7).
Рис. 7. Объем части легкого, способный к расширению, то есть жизненная емкость части (ЖЕч). Верхушка легкого показана в левой части графика ФОБ - функциональная остаточная емкость Объем воздуха, вдыхаемый при обычном (неусиленном) вдохе и выдыхаемый при обычном (неусиленном) выдохе, называется дыхательным воздухом. Объем максимального выдоха после предшествовавшего максимального вдоха называется жизненной емкостью легких (ЖЕЛ). Она не равна всему объему воздуха в легком (общему объему легкого), поскольку легкие полностью не спадаются. Объем воздуха, который остается в неспавшихся легких, называется остаточным воздухом. Имеется дополнительный объем, который можно вдохнуть при максимальном усилии после нормального вдоха. А тот воздух, который выдыхается максимальным усилием после нормального выдоха, это резервный объем выдоха. Функциональная остаточная емкость состоит из резервного объема выдоха и остаточного объема. Это тот находящийся в легких воздух, в котором разбавляется нормальный дыхательный воздух. Вследствие этого состав газа в легких после одного дыхательного движения обычно резко не меняется. Минутный объем (V) - это воздух, вдыхаемый за одну минуту. Его можно вычислить, умножив средний дыхательный объем (Vt) на число дыханий в минуту (f), или V = fVt. Часть Vt, например, воздух в трахее и бронхах до конечных бронхиол и в неперфузируемых альвеолах, не участвует в газообмене, так как не приходит в соприкосновение с активным легочным кровотоком - это так называемое мертвое пространство (Vd). Часть Vt которая участвует в газообмене с легочной кровью, называется альвеолярным объемом (Va). С физиологической точки зрения альвеолярная вентиляция (Va) - наиболее существенная часть наружного дыхания Va = f(Vt - Vd), так как она является тем объемом вдыхаемого за минуту воздуха, который обменивается газами с кровью легочных капилляров.
Вентиляция легких Вентиляция легких зависит от дыхательного объема (ДО) и частоты дыхания. Объем воздуха, который могут вместить легкие при максимально глубоком вдохе, называется общей емкостью легких, (ОЕЛ). Тот объем, который человек может выдохнуть после максимального вдоха, составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ). Нормальная глубина дыхания, свойственная отдельному человеку в состоянии покоя, называется дыхательным объемом (ДО) и составляет около 10% ОЕЛ или 15-18% ЖЕЛ. Произведение дыхательного объема на число дыханий составляет минутный объем дыхания (МОД). Эта величина зависит прежде всего от уровня метаболизма, массы тела (веса), возраста, и в условиях покоя у взрослого человека может колебаться в широких пределах от 3 до 10 л. На рис. 17.30 схематично представлены легочные объемы человека. Вверху большая диаграмма показывает четыре первичных легочных объема и их примерную величину. Внешний круг указывает наибольший объем, до которого могут быть растянуты легкие; внутренний круг (остаточный объем) ограничивает объем, оставшийся после того, как весь воздух изгнан из легких (при самостоятельном дыхании). Вокруг центральной диаграммы расположены более мелкие; затушеванные области на них означают четыре емкости легких. Объем газа мертвого пространства включен в остаточный объем, функциональную остаточную емкость и общую емкость легких, как это имеет место при измерении обычными методами. Внизу представлены легочные объемы так, как они получаются на спирограмме; затушеванные участки соответствуют центральной диаграмме в верхней части рисунка. Из общего количества воздуха, вдыхаемого в нормальных условиях человеком, около 150 мл не попадает в альвеолы и распределяется в верхних дыхательных путях - глотке, гортани, трахее и бронхах - в так называемом мертвом пространстве (МП) и, следовательно, не участвует в газообмене. Различают анатомическое и физиологическое мертвое пространство. Объем анатомического мертвого пространства можно вычислить по формуле: ОМП (мл) = масса тела (кг) × 2,22. Рис. 8. Легочные объемы В обычных условиях величина анатомического МП довольно постоянна. В процессе дыхания не весь вдыхаемый воздух достигает альвеол и участвует в газообмене; поэтому возникает необходимость введения еще одного понятия - минутной альвеолярной вентиляции (МАВ). У взрослого человека МАВ составляет в среднем 2,5- 5 л/мин. Зависимость между минутным объемом дыхания (МОД) и минутной альвеолярной вентиляцией может быть выражена формулами: МАВ = МОД - ОМП ∙ ЧД или МАВ = (ДО - ОМП) ∙ ЧД Поскольку МАВ определяет газообмен, уменьшение доли ее в МОД будет приводить к ухудшению газообмена и наоборот. При одном и том же МОД увеличение частоты дыхания (ЧД) приводит к снижению МАВ и, следовательно, к ухудшению газообмена. На рис. 9 показано, что один и тот же МОД (8000 мл) может быть получен при разной частоте дыхания (и, конечно, при разном ДО). Но если при нормальной ЧД и нормальном ДО доля альвеолярной вентиляции в МОД достаточно высока и составляет 5600 мл (см. рис. 17.31, б), то при тахипноэ МАВ снижается до 3200 мл, а доля объема, не участвующего в газообмене, увеличивается (см. 17.31, а). Это влечет за собой ухудшение газообмена и увеличение цены дыхания. Важным элементом адекватной спонтанной вентиляции легких здорового и больного организмов является синхронная деятельность Рис. 9. Влияние изменений дыхательного объема и частоты дыхания на альвеолярную вентиляциюмежреберных дыхательных мышц и диафрагмы в активной фазе дыхательного цикла, т. е. в период вдоха, обеспечивающая максимальное увеличение емкости грудной полости в этот период. В ряде случаев наблюдается расстройство такой синхронизации в результате действия различных факторов. Такая синхронизированная деятельность дыхательных мышц и диафрагмы называется "наружным парадоксальным дыханием". Во всех случаях при парадоксальном дыхании возникают существенные нарушения газообмена, приводящие к гипоксии и гиперкапнии. На рис. 10 представлены возможные варианты такого нарушения вентиляции легких. Рис. 10. Схема, иллюстрирующая "наружное парадоксальное дыхание": а, б - взаимоотношение реберного каркаса грудной клетки и диафрагмы в момент нормального выдоха и вдоха; в - реберное дыхание; г - диафрагмальное дыхание
Реакция легких на физические нагрузки Пока внутриплевральное давление остается ниже атмосферного, размеры легких точно следуют за размерами грудной полости. Движения легких совершаются в результате сокращения дыхательных мышц в сочетании с движением частей грудной стенки и диафрагмы.
Вентиляция и легочный кровоток, перенос О2 и СО2 и диффузная способность при физической нагрузке могут возрастать в несколько раз. При физической нагрузке вентиляция легких резко возрастает и при интенсивной физической работе может становиться очень сильной. У здоровых молодых мужчин максимальное потребление кислорода (МПК) иногда достигает 4 л/мин, а легочная вентиляция - 120 л/мин, т. е. в 15 раз превышает уровень покоя. Усиление вентиляции тесно связано с увеличением потребления О2 и выделения СО2. Интересно, что причины такого усиления при физической нагрузке еще во многом неясны.
При нагрузке PCO2 в артериальной крови не увеличивается; напротив, при тяжелой физической работе оно обычно слегка снижается. При умеренной нагрузке рН артериальной крови остается почти постоянным, а при тяжелой физической работе - снижается в связи с выделением молочной кислоты (лактата) в процесс анаэробного гликолиза. Ясно, что ни один из перечисленных факторов не должен вызывать резкого усиления вентиляции при легкой или умеренной физической нагрузке. Исследования показывают, что если совершать пассивные движения конечностями, то вентиляция легких усиливается. Это, по-видимому, связано с рефлекторной реакцией рецепторов, расположенных в суставах или мышцах. Предполагается, что увеличение вентиляции легких при физической нагрузке может быть частично обусловлено повышением температуры тела и импульсами, поступающими от двигательной коры головного мозга. Исследования показывают, что тренировки (и, особенно, соревнования) в среднегорье и зонах жаркого и влажного климата, вызывают сильную реакцию организма спортсмена на внешние факторы.
Список литературы Дубровский В.И. Биомеханика: Учебник для студентов вузов/ В.Н. Федорова. - М.: Владос, 2003. Радостина Т.Н. Цитология, гистология и эмбриология. - М., 1987.