|
|
Процес дихання є ознакою і властивістю живого організму. Завдяки диханню здійснюється газообмін між організмом і навколишнім середовищем. При цьому організм одержує ззовні кисень і виводить назовні вуглекислий газ і пари води, а в деяких випадках і інші газоподібні продукти розпаду речовин у тілі. Припинення дихання навіть на короткий час, що вимірюється хвилинами, може мати важкі, а іноді і згубні наслідки.
Дихальна система – сукупність органів, що беруть участь у процесі газообміну між організмом і зовнішнім середовищем. Дихальна система складається зі шляхів, що проводять повітря (носова порожнина, гортань, дихальне горло – трахея і бронхи), і власне дихальної частини – легень. Через повітронасосні шляхи здійснюється зв’язок порожнини легень із зовнішньою атмосферою.
Верхній відділ шляхів – носова порожнина, покрита слизовою оболонкою, багатою кровоносними судинами, завдяки чому відбувається нагрівання вдихуваного повітря. Крім того, у порожнині носа є волосся, призначене для затримки частинок пилу, що надходять разом із повітрям з атмосфери. Вдихуване повітря, проходячи через ніс, зволожується.
Нижній відділ повітронасосних шляхів починається трахеєю, що потім розділяється на два бронхи. Далі повітря, проходячи по бронхах і бронхіолах, заповнює велике число альвеол – легеневих пухирців, у яких відбувається газообмін між кров’ю й альвеолярним повітрям. Стінки альвеол складаються з тонкого прошарку сполучної тканини, що містить велику кількість еластичних волокон. Завдяки цьому альвеолярні стінки можуть розширюватися і тим самим збільшувати обє`м альвеол. Внутрішні стінки альвеол вистелені плоским епітелієм. Безпосередньо під епітелієм розташована рясна мережа кровоносних судин, так званих легеневих капілярів. Діаметр кожної альвеоли дорівнює 0,2 мм, а площа її поверхні біля 0,125 мм 2. У легенях дорослої людини є приблизно 700 млн. альвеол. Отже, загальна площа їхньої поверхні дорівнює приблизно 90 м2. Таким чином, дихальна поверхня в 60-70 разів перевищує поверхню шкіряного покрову людини. При глибокому вдиху альвеоли розтягуються і дихальна поверхня доходить до 250 м2, перевищуючи поверхню тіла більш ніж у 125 разів.
Легені зовні покриті сірчаною оболонкою, так званою легеневою плеврою. Така ж оболонка покриває зсередини грудну клітину, створюючи пристінну плевру. Капілярний проміжок між ними (плевральна щілина) заповнений сірчаною рідиною. Таким чином, легені не мають безпосереднього зв’язку із м’язами та ребрами.
У складному процесі газообміну виділяють три основні фази: зовнішнє дихання, перенос газів кров’ю та внутрішнє або тканинне дихання.
Зовнішнє дихання об’єднує всі процеси, що відбуваються в легенях. Воно здійснюється дихальним апаратом, до якого відносяться грудна клітина з м’язами, що призводять її до руху, діафрагма і легені з повітронасосними шляхами.
Грудна клітина – кістково-м’язовий щит, що захищає трахею і бронхолегеневу систему від зовнішніх ушкоджень. Крім того, грудні м’язи активно беруть участь в акті дихання. Ритмічні рухи грудної клітини механічно забезпечують вентиляцію легень, тобто наповнення їх атмосферним повітрям при вході і вигнання назовні багатого вуглекислим газом альвеолярного повітря з легень при виході. Головний дихальний м’яз – діафрагма. При вдосі діафрагма скорочується, а грудна порожнина збільшується у вертикальному напрямку, м’язи грудної клітини при скороченні розширюють міжреберні проміжки. Об’єм грудної клітини при цьому зростає. Легені розширюються й атмосферне повітря заповнює їх. Так відбувається вдих. Потім дихальна мускулатура грудної клітини і діафрагма розслаблюються, об’єм грудної клітини зменшується і відбувається видих.
Сутність процесу газообміну, який має місце в легенях під час зовнішнього дихання, полягає в переході кисню з альвеолярного повітря у венозну кров, яка циркулює по легеневих капілярах (поглинання кисню), та в переході вуглекислого газу з венозної крові в альвеолярне повітря (виділення вуглекислого газу). Цей обмін проходить через тонкі стінки легеневих капілярів за законами дифузії, внаслідок різниці парціальних тисків газів в альвеолах і крові. Значення парціального тиску газів в організмі людини досить стабільні (див. табл. 1. 1.).
Таблиця 1.1 - Парціальний тиск та об’ємна доля кисню та
вуглекислого газу в повітрі
|
Середа,у якій знаходяться гази |
Парціальний тиск, КПа |
Об’ємна доля, % |
|
О 2 |
СО 2 |
О 2 |
СО 2 |
|
Атмосферне повітря, що вдихається |
21,2 |
0,03 |
21 |
0,03 |
|
Альвеолярне повітря |
14,0-14,7 |
5,3 |
14,2-14,6 |
5,6 |
|
повітря, що видихається |
15,2-16,2 |
3,3-4,3 |
16-17 |
3,5-4,5 |
|
Венозна кров |
8 |
6-6,7 |
- |
- |
|
Артеріальна кров |
13,3 |
5,3 |
- |
- |
|
Тканини |
1,3-2,6 |
7,3-8 |
- |
- |
Збагачена киснем кров із легень розноситься по всій кровоносній системі, віддаючи для живлення тканин кисень і приймаючи вуглекислий газ. Кров разом із лімфою є внутрішнім середовищем організму і виконує такі основні функції:
- розносить по організму живильні речовини: вуглеводи, білки, жири й ін.;
- виносить з організму продукти розпаду: молочну кислоту, солі, сечовину й ін.;
- доставляє в клітини кисень і виносить із них вуглекислий газ;
- здійснює захист організму від шкідливих речовин і сторонніх тіл.
Складовими крові є:
- плазма, куди входить 90-92 % вологи та 8-10 % сухого залишку (білки, глюкоза, сечовина, амінокислоти і неорганічні солі К, Na, Ca та ін.);
- еритроцити, в яких знаходиться речовина червоного кольору гемоглобін, що є основним переносником газів у крові. Гемоглобін має неміцне з’єднання з киснем і вуглекислим газом, а також тривке з’єднання з окисом вуглецю. У кожному еритроциті міститься біля 270 мільйонів молекул гемоглобіну. Гемоглобін, сполучений із киснем, називається оксигемоглобіном, а сполучений із вуглекислим газом – бікарбонатом, з окисом вуглецю – карбоксигемоглобіном.
В організмі людини є два кола кровообігу. Велике коло кровообігу починається з лівого шлуночка серця, потім йде в аорту, артерії, артеріоли, капіляри і закінчується в правому передсерді; мале коло – починається з правого шлуночка серця, йде в легеневі артерії і капіляри і закінчується в лівому передсерді.
Ритмічні коливання стінок артерій називають “артеріальним імпульсом”. Пульс у значній мірі відбиває роботу серця і, прощупуючи його, можна скласти деяке уявлення про роботу серця, стан всієї серцево-судинної системи і про отримане фізичне навантаження.
Кисень, що надходить у кров, доставляється нею до всіх клітин організму. У клітинах відбуваються важливі для життя окисні процеси. Віддаючи кисень клітинам, кров захоплює вуглекислоту, а також пари води і доставляє їх в альвеоли. Процес тканинного дихання називається “внутрішнім диханням”. Головною умовою життя є обмін речовин (енергії), а основними джерелами енергії є живильні речовини. При окислюванні цих речовин утворюються різноманітні з’єднання, у результаті чого виділяється енергія. Внаслідок окислювання енергетичних речовин у клітинах, парціальний тиск вуглекислого газу збільшується (в порівнянні з його вмістом в артеріальній крові) й в умовах спочинку досягає 6,25 кПа (47 мм рт. ст.)(при фізичній роботі значно більше). Вуглекислий газ, взаємодіючи з водою, утворить вугільну кислоту Вугільна кислота, з’єднуючись із солями гемоглобіну, перетворюється на бікарбонат гемоглобіну і з кров’ю транспортується до легень. В легенях відбувається зворотна реакція: відщеплюється вуглекислий газ, відновлюється гемоглобін і вода.
Кількість поглиненого кисню звичайно більше тієї кількості вуглекислого газу, що виділяється організмом. Це пояснюється тим, що окисні процеси йдуть не тільки з вуглеводами, але і з білками, жирами й іншими речовинами.
Легеневий газообмін характеризується трьома показниками: об’мною швидкістю виділення вуглекислого газу  (л/хв.), об’ємною швидкістю поглинання (споживання) кисню  (л/хв.) та дихальним коефіцієнтом
.gif) , (1. 1)
Поглинання кисню та виділення вуглекислого газу змінюються в залежності від інтенсивності виконуваної фізичної роботи. Необхідний для організму рівень газообміну досягається за рахунок змінювання легеневої вентиляції. Її збільшення приводить до підвищення парціального тиску кисню й зменшення парціального тиску вуглекислого газу в альвеолярному повітрі, завдяки чому інтенсифікуються процеси дифузії кисню та вуглекислого газу через стінки легеневих капілярів.
Як видно з таблиці 1.1, різниця парціального тиску по обидві сторони стінок легеневих капілярів складає для кисню 6-6,7 кПа та для вуглекислого газу 0,7-1,4 кПа. Незважаючи на незначну різницю парціальних тисків, вуглекислий газ встигає виділитися з крові у необхідній кількості, оскільки його швидкість дифузії через стінки капілярів у 25 разів вище, ніж у кисню. Рівень парціального тиску вуглекислого газу, який в альвеолярному повітрі стабільний (5,3 кПа) і є біологічною константою, через дихальний центр регулює інтенсивність легеневої вентиляції. Незначне підвищення парціального тиску вуглекислого газу приводить до збільшення інтенсивності легеневої вентиляції, а зниження - до її зменшення.
Порівняння газового складу вдихуваного і видихуваного повітря (див. табл. 1.2) показує, що потрапляння кисню з повітря, яке вентилює легені, складає 4-5%, а об’ємна доля вуглекислого газу збільшується на 3,5-4,5%. Таким чином, через легені повинен пройти в 20-25 разів більший об’єм повітря.
Таблиця 1. 2 - Склад вдихуваного і видихуваного повітря
|
Склад повітря |
Вміст в % за об’ємом повітря: |
|
В атмосферному повітрі |
В альвеолярному повітрі |
У видихуваному повітрі |
|
Азот, N 2 |
78,09 |
74,2 |
78,50 |
|
Кисень, О 2 |
20,95 |
13,4 |
16,4 |
|
Вуглекислий газ, СО 2 |
0,03 |
5,2 |
4,1 |
|
Інертні гази |
біля 1,0 |
біля 1,0 |
біля 1,0 |
|
Водяні пари, Н 2О |
- |
6,2 |
- |
Значення дихального коефіцієнта змінюється від 0,7 до 1,1, в залежності від інтенсивності фізичної роботи, характеру споживаної їжі (співвідношення в ній жирів, білків та вуглеводів) та інших причин.
Транспорт кисню з легень до тканевих капілярів та вуглекислого газу в зворотному напрямку здійснюється відповідно по артеріям та венам великого кола кровообігу. Тканеве дихання має місце у результаті різниці парціальних тисків газів в капілярах і в самих тканинах за законами дифузії.
Крім того, через поверхню тіла, тобто через шкіру, забезпечується 1-2 % усього газообміну, що відбувається в легеня.
Дихання – найважливіший процес, який протікає в організмі безупинно. При порушенні зовнішнього дихання продовжується внутрішнє дихання. Якщо протягом 5-6 хвилин воно не відновиться, настає смерть. Регулювання дихання здійснюється центральною нервовою системою в залежності від умов, у яких знаходиться організм і незалежно від вольових зусиль. Ізолюючі протигази призначені для захисту органів дихання від диму і газів регулюють тільки процеси зовнішнього дихання.
|
|
|