53. Дыхательные движения

Вдыхательные и выдыхательные мышцы. Кровь, притекающая к легким, богата углекислотой, но бедна кислородом, а в воздухе легочных пузырьков, наоборот, мало углекислоты и много кислорода. По закону диффузии через стенки легочных капилляров углекислота устремляется из крови в легкие, а кислород - из легких в кровь. Этот процесс может происходить лишь при условии вентиляции легких, что и осуществляется путем дыхательных движений, т. е. попеременного увеличения и уменьшения объема грудной клетки. Когда объем грудной клетки увеличивается, легкие растягиваются и в них устремляется наружный воздух, подобно тому как он устремляется в кузнечный раздувательный мех во время его растягивания. При уменьшении объема грудной полости легкие сжимаются, а избыток находящегося в них воздуха выходит наружу. Попеременное увеличение и уменьшение объема грудной полости заставляет воздух то входить в легкие, то выходить из них.

Грудная полость может увеличиваться как в длину (сверху вниз), так и в ширину (по окружности). Увеличение в длину происходит благодаря сокращению грудобрюшной преграды, или диафрагмы. Эта мышца, сокращаясь, тянет купол диафрагмы книзу и делает его более плоским (рис. 72).

Рис. 72. Положение купола диафрагмы при выдохе (1) и при вдохе (2)

Объем грудной полости зависит от положения не только диафрагмы, но и ребер. Ребра отходят от позвоночника в косом направлении сверху вниз, направляясь сначала в сторону, а затем вперед. Они соединены с позвонками подвижно и при сокращении соответствующих мышц могут подниматься и опускаться. Поднимаясь, они тянут грудину вверх, увеличивая окружность грудной клетки, а опускаясь, уменьшают ее (рис. 73).

Рис. 73. Схема изменения объема грудной клетки при вдохе и выдохе

Объем грудной полости меняется под влиянием работы мышц. Наружные межреберные, поднимая грудную клетку, увеличивают объем грудной полости. Это - вдыхательные мышцы. К ним же относится диафрагма. Другие, а именно внутренние межреберные мышцы и брюшные мышцы, опускают ребра. Это - выдыхательные мышцы.

Покойное и глубокое дыхание. Когда человек спокойно лежит или сидит, во время вдоха сокращаются диафрагма и вдыхательные межреберные мышцы. При этом диафрагма оказывает небольшое давление на брюшные внутренности, а ребра поднимаются, натягивая хрящи, соединяющие их с грудиной. Как только прекращается сокращение вдыхательных мышц, натянувшиеся кверху реберные хрящи возвращаются в свое нормальное положение, тем самым опуская ребра, а диафрагма выпячивается вверх вследствие давления со стороны брюшных органов. Таким образом, во время покойного дыхания мышцы сокращаются только при вдохе. Выдох происходит пассивно в результате расслабления мышц.

При глубоком дыхании вентиляция легких может увеличиваться в несколько раз путем усиления и вдоха, и выдоха. Глубокий вдох совершается при помощи не только уже упомянутых выше мышц, но и ряда дополнительных (например, мышц, идущих к ребрам от лопаток и от плечевой кости, а также шейных мышц). При глубоком выдохе диафрагма становится выпуклее, чем обычно, а ребра сильно оттягиваются книзу. Это достигается, сокращением межреберных выдыхательных мышц, а также дополнительных выдыхательных мышц, главным образом брюшных, которые своим верхним концом прикреплены к нижнему краю грудной клетки. Сокращаясь, они тянут грудную клетку книзу и сдавливают полость живота (живот "подтягивается"), заставляя диафрагму сильнее выпячиваться в грудную полость.

Значение глубокого дыхания. При интенсивной мышечной деятельности потребление кислорода и образование углекислоты может возрасти в 10-15 раз, что требует соответствующего повышения вентиляции легких. Она может увеличиваться путем как учащения дыхания, так и усиления каждого дыхательного движения. При чрезмерном учащении - до 40-50 вдохов в минуту - дыхание становится настолько поверхностным, что лишь незначительная часть атмосферного воздуха входит в легочные пузырьки. В результате легкие вентилируются недостаточно и обмен газов между легочным воздухом и кровью протекает плохо. Наоборот, глубокое дыхание хорошо вентилирует воздух в легких и способствует усиленному обмену газов.

Жизненная емкость легких. Изменение объема грудной полости зависит от глубины дыхания. При покойном вдохе ее объем увеличивается всего лишь на 500 мл, а нередко и еще меньше. Усилением вдоха можно ввести в легкие 1500-2000 мл дополнительного воздуха, а после покойного выдоха можно выдохнуть еще примерно 1000-1500 мл резервного воздуха.

Количество воздуха, которое человек может вдохнуть после самого глубокого выдоха (или, наоборот, выдохнуть после самого глубокого вдоха), называют жизненной емкостью легких. Она складывается из дыхательного воздуха, т. е. того количества, которое вводится при покойном вдохе, дополнительного воздуха и резервного. У взрослого она составляет 3-4 л. Для ее определения пользуются спирометром. Предварительно вдохнув как можно больше воздуха, берут в рот мундштук и производят через трубку максимальный выдох. Стрелка спирометра показывает количество выдохнутого воздуха. Жизненная емкость легких зависит от роста человека, от окружности груди, от пола (у женщин она меньше, чем у мужчин), от общего состояния здоровья.

Жизненную емкость легких считают одним из показателей физического развития. У человека со слабым физическим развитием она, как правило, невелика, чаще всего 2500-3000 мл. Для такого человека максимальный минутный объем дыхания, т. е. объем воздуха, вдыхаемого за 1 минуту, составит 35-45 л, и при каждом дыхании будет обмениваться около 40% воздуха легочных пузырьков.

Человек, физически хорошо развитый, занимающийся физкультурой, обладает значительно большей жизненной емкостью легких. Если она равна 4000 мл, то максимальный минутный объём дыхания превысит 90 л, а обмениваться будет при каждом дыхании более 50% воздуха легочных пузырьков.

Таким образом, при большой жизненной емкости легкие гораздо лучше вентилируются, а потому значительно увеличивается и облегчается обеспечение кислородом всякий раз, когда организм остро в нем нуждается, в частности при большой и длительной работе мышц, а также при заболеваниях, связанных с резким повышением температуры тела, и при недостаточном содержании кислорода в воздухе, например в условиях высокогорья.

Регуляция дыхания. В продолговатом мозгу находится дыхательный центр - участок центральной нервной системы, при разрушении которого дыхание тотчас прекращается. От этого центра по нервным волокнам через спинной мозг идут импульсы к дыхательным мышцам, причем в строго определенном порядке возбуждаются то вдыхательные, то выдыхательные мышцы. При покойном дыхании, когда вдох совершается активно, а выдох - пассивно, импульсы идут только к вдыхательным мышцам.

Ритмическая активность вдыхательного и выдыхательного отделов дыхательного центра поддерживается центростремительными импульсами, поступающими в него как с легких, так и с дыхательных мышц.

В легких находятся рецепторы, которые возбуждаются и посылают импульсы в дыхательный центр при растяжении легочной ткани (иными словами, при вдохе). Рецепторы дыхательных мышц, чувствительные к изменению напряжения, тоже посылают импульсы, которые поочередно то возбуждают вдыхательный и тормозят выдыхательный центр, то, наоборот, тормозят вдыхательный и возбуждают выдыхательный центр. Таким образом происходит рефлекторная саморегуляция дыхательных движений: вдох вызывает выдох, а выдох вызывает вдох.

К саморегуляции дыхательной системы следует отнести защитные реакции, возникающие в ответ на раздражение слизистой оболочки дыхательных путей. Так, поднесение к носу ватки, смоченной нашатырным спиртом, раздражает окончания обонятельного нерва, что вызывает рефлекторную остановку дыхания; при этом голосовая щель закрывается, и вредные вещества не могут проникнуть в органы дыхания. Более слабое раздражение слизистой оболочки носа вызывает чихание. Попадание раздражающих веществ на слизистую оболочку гортани, трахеи или бронхов вызывает рефлекторный кашель.

Как при чихании, так и при кашле голосовая щель после предварительного глубокого вдоха закрывается и выдыхательные мышцы сокращаются, что ведет к сжатию находящегося в легких воздуха; затем голосовая щель сразу широко раскрывается, и сжатый воздух с силой устремляется наружу. При чихании он проходит через нос, а при кашле через рот.

Приспособление частоты и силы дыхательных движений к потребностям организма происходит в основном как реакция на изменение содержания в крови кислорода и углекислоты. При усиленной физической работе в крови накопляется углекислота, которая возбуждает дыхательный центр, и в результате дыхательные движения совершаются чаще и глубже. Наоборот, при пониженном содержании углекислоты возбудимость дыхательного центра уменьшается, и дыхание становится реже и слабее. Не меньшее значение имеют импульсы, идущие с рецепторов, чувствительных к содержанию кислорода. Они расположены в стенках кровеносных сосудов. Чем меньше в крови кислорода, тем больше импульсов поступает в дыхательный центр, что ведет к рефлекторному учащению и усилению дыхательных движений.

Характер дыхательных движений может изменяться в ответ на раздражение кожи и других участков тела. Так, временная задержка дыхания, наступающая при внезапном погружении в холодную воду, связана с раздражением окончаний центростремительных нервов в коже. Дыхательные движения могут происходить и без участия коры больших полушарий. Тем не менее она всегда влияет на дыхание, посылая импульсы к дыхательному центру. Об этом свидетельствует возможность произвольно изменять частоту и силу дыхательных движений, например во время разговора.