2. Дыхательные движения

Акты вдоха и выдоха

Сразу же после рождения ребенок делает первый в своей жизни вдох и начинает кричать. Кричит он не от обиды и не для того, чтобы сообщить всем, что на свет появился еще один человек. До рождения ребенок не дышит, и его легкие находятся в спавшемся состоянии. Очень важно, чтобы после рождения они хорошо наполнились воздухом и расправились. Если крик новорожденного громкий, настойчивый, врачи-акушеры знают - этот ребенок здоров. Дети, которые кричат слабо, требуют особого внимания, так как, вероятно, легкие у них расправились не полностью и возможны различные осложнения (например, частые воспаления легких в дальнейшем). С момента первого вдоха устанавливается регулярное дыхание, которое сохраняется в течение всей жизни.

Благодаря ритмично совершающимся актам вдоха и выдоха происходит обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом, находящимся в легочных пузырьках.

В легких нет мышечной ткани, и поэтому они не могут активно сокращаться. Активная роль в акте вдоха и выдоха принадлежит скелетным дыхательным мышцам. При параличе дыхательных мышц дыхание становится невозможным, хотя органы дыхания при этом не поражены.

При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и диафрагма. Межреберные мышцы приподнимают ребра и отводят их несколько в стороны. Объем грудной полости при этом увеличивается в направлении спереди назад и в стороны (рис. 37). При сокращении диафрагмы ее купол уплощается (рис. 38). Опускание диафрагмы вызывает увеличение объема грудной клетки в направлении сверху вниз. При глубоком дыхании принимают участие мышцы груди и шеи.

Рис. 37. Положение ребра во время вдоха (пунктирная линия) и выдоха (сплошная линия)

Рис. 38. Положение диафрагмы во время вдоха и выдоха

Легкие снаружи покрыты тоненькой пленкой из соединительной ткани - легочной плеврой. Внутренняя стенка грудной полости выстлана пристенной плеврой. Узкое пространство между ними заполнено плевральной жидкостью, уменьшающей трение легких о стенки грудной полости при дыхании. Легкие, находясь в герметически закрытой грудной полости, пассивно следуют во время вдоха и выдоха за ее движущимися стенками. Грудная клетка новорожденного растет быстрее, чем легкие, отчего легкие постоянно (даже при выдохе) растянуты. Растянутая эластическая ткань легких стремится сжаться. Сила, с которой ткань легкого стремится сжаться за счет эластичности, противодействует атмосферному давлению. Атмосферное давление действует на легкие изнутри через воздухоносные пути, растягивает их, прижимает к грудной стенке, и они заполняют плевральную полость.

Рис. 39. Схема опыта, иллюстрирующего наличие отрицательного давления с плевральной полости: 1 - левое легкое; 2 - сердце; 3 - плевра; 4 - диафрагма; 5 - игла, введенная в плевральную полость; 6 - барабан кимографа; d и d1 - уровень ртути в коленах манометра

Давление в плевральной полости можно измерить, проколов грудную стенку полой иглой, соединенной с манометром (рис. 39). Как только игла попадет в плевральную полость, манометр покажет давление ниже атмосферного. Такое давление часто называют отрицательным, условно принимая атмосферное давление за нулевое. Оставаясь все время ниже атмосферного, давление в плевральной полости меняется: во время вдоха это давление ниже атмосферного на 9-12 мм рт. ст., а во время выдоха - на 2-6 мм рт. ст. За счет этого отрицательного давления в плевральной полости легкие следуют за расширившейся грудной клеткой. Легкие при этом растягиваются. В растянутом легком давление становится ниже атмосферного, и за счет разницы давления атмосферный воздух через дыхательные пути устремляется в легкие. Чем больше увеличивается при вдохе объем грудной клетки, тем больше растягиваются легкие, тем глубже вдох.

При расслаблении дыхательных мышц ребра опускаются до исходного положения, купол диафрагмы приподнимается, объем грудной клетки, а следовательно, и легких уменьшается и воздух выдыхается наружу. В глубоком выдохе принимают участие мышцы живота, внутренние межреберные и другие мышцы.

Если в плевральную полость при ранении, внутригрудных операциях, переломах и т. д. попадает воздух, то давление в ней становится равным атмосферному, легкое спадается и перестает принимать участие в дыхании. Если воздух попадает в плевральную полость с двух сторон, то человек может погибнуть от удушья. Поступление воздуха в плевральную полость называют пневмотораксом. Частичный пневмоторакс находит применение при лечении туберкулеза легких.

Глубина и частота дыхания

Частота дыхания у человека непостоянна. Новорожденный ребенок совершает до 50 дыхательных движений в 1 мин. У двух-, трехлетних детей частота дыхания снижается до 30, а у подростка она составляет 18-20 дыхательных движений в 1 мин. Взрослый человек делает в среднем 16-18 дыхательных движений в 1 мин.

При мышечной работе дыхание учащается в 2-3 раза, При некоторых видах спортивных упражнений частота дыхания может быть 40- 45 раз в 1 мин.

Опыт 16

Дыхательные движения можно зарегистрировать. Резиновую манжету (можно использовать манжету от прибора для измерения кровяного давления) укрепите на самой подвижной части грудной клетки. В зависимости от типа дыхания это будет либо нижняя (брюшной тип дыхания), либо средняя треть грудной клетки (грудной тип дыхания). Через отводную трубку тройника вдуйте немного воздуха в манжету. Метод основан на принципе воздушной передачи (рис. 40).

При расширении грудной клетки во время вдоха воздух в манжете сдавливается. Это давление через резиновую трубку передается в капсулу и заставляет подниматься писчик вверх. (Обязательным условием является герметичность всей системы, заполненной воздухом.) Писчик подведите по касательной к закопченной поверхности барабана кимографа и направьте в сторону вращения барабана. Писчик пишет на барабане кривую, подъем на которой соответствует вдоху, а спуск - выдоху.

Рис. 40. Запись дыхательных движений человека

Получаемая запись дыхательных движений позволяет судить о частоте, глубине, ритмичности дыхания, на ней видна задержка дыхания. Необходимо добиться хорошей четкой записи дыхательных движений (следует попробовать ослабить или затянуть завязки на манжете, увеличить или уменьшить количество воздуха в ней, попробовать переменить местоположение манжеты на грудной клетке, проверить герметичность системы).

После этого предложите испытуемому сесть спиной к барабану, на котором идет запись, и в течение 1 мин ведите запись дыхательных движений. Затем испытуемый делает подряд 30 глубоких приседаний и быстро садится на стул. Снова в течение 1 мин регистрируйте его дыхание. Подсчитайте число дыхательных движений за 1 мин в покое и после физической нагрузки. Измерьте глубину (высоту) дыхательных движений в миллиметрах на кривой.

Опыт проводят на двух группах учащихся.

Полученные данные внесите в таблицу (табл. 10).

Таблица 10. Зависимость дыхательных движений от тренировки организма

У людей, занимающихся спортом, частота дыхания 10-12 раз в 1 мин, в то время как у нетренированных она равняется 16-20. У спортсменов уменьшение частоты дыхания сопровождается его углублением, что весьма полезно для здоровья.

При частом дыхании, весьма поверхностном, кислород воздуха почти не проникает в глубь альвеол. При глубоком дыхании воздух успевает проникнуть глубоко в альвеолы, и благодаря этому кровь лучше насыщается кислородом.

Жизненная емкость легких

В покое человек вдыхает и выдыхает относительно постоянный объем воздуха, называемый дыхательным. У взрослого человека он составляет около 500 мл. Но при усиленном дыхании можно вдохнуть еще около 1500 мл воздуха. Этот объем называют дополнительным воздухом. Точно так же после обычного выдоха человек может еще выдохнуть до 1500 мл воздуха; этот объем называют резервным воздухом.

Сумма объемов дыхательного, дополнительного и резервного воздуха составляет в среднем 3500 мл. Ее называют жизненной емкостью легких. Это наибольшее количество воздуха, которое человек может выдохнуть после глубокого вдоха.

Жизненную емкость легких и составляющие ее величины можно определить с помощью специального прибора спирометра. Спирометр (рис. 41) состоит из наружного цилиндра, заполняемого водой до отметки "уровень воды" на стекле смотрового окошка. В наружный цилиндр погружен вверх дном и уравновешен поплавком внутренний цилиндр. В дне внутреннего цилиндра, обращенном вверх, имеется отверстие, которое может быть закрыто пробкой. Есть спирометры, у которых для выпускания воздуха служат краны. На внутреннем цилиндре укреплена шкала с делениями, по которой можно определить количество воздуха, выдохнутого в спирометр.

Рис. 41. Схема устройства спирометра: А - наружный цилиндр; Б - стеклянное окошечко в наружном цилиндре, через которое видна шкала спирометра; В - внутренний цилиндр (колокол спирометра); Г - баллон с воздухом для уравновешивания внутреннего цилиндра в воде; Д - вода

Опыт 17

Через резиновый шланг со стеклянным наконечником (наконечник дезинфицируйте, опуская в раствор марганцевокислого калия) выдохните воздух из легких во внутренний цилиндр. Цилиндр заполняется воздухом и поднимается вверх. Пробка во внутреннем цилиндре во время выдыхания воздуха закрыта. После каждого измерения объема выдохнутого воздуха из внутреннего Цилиндра выпускайте воздух, открывая пробку или кран.

Для определения объема дыхательного воздуха возьмите в рот наконечник и 5 раз спокойно вдохните через нос, а выдохните через рот в спирометр. Показания спирометра разделите на 5 и получите величину объема дыхательного воздуха.

Для измерения жизненной емкости легких после нескольких спокойных дыхательных движений максимально вдохните и сразу максимально выдохните в спирометр. Спирометр покажет величину жизненной емкости легких. Иногда с первого раза трудно сделать максимальный вдох и максимальный выдох. Поэтому определение делают 2-3 раза и за величину жизненной емкости легких принимают не среднюю, а максимальную из полученных величин.

Сравните величины жизненной емкости легких у учащихся, не занимающихся спортом, и у учащихся-спортсменов.

Жизненная емкость легких меняется с возрастом, она зависит также от пола, степени развития грудной клетки и дыхательных мышц. Обычно она больше у мужчин, чем у женщин. У детей жизненная емкость легких мала. У спортсменов она больше, чем у нетренированных людей. У штангистов, например, она составляет около 4000 мл, футболистов - 4200 мл, гимнастов - 4300 мл, пловцов - 4900 мл, гребцов - 5500 мл.