Дихальні рухи. Регуляція дихання

Розділ 5 ДИХАННЯ

§ 27. Дихальні рухи. Регуляція дихання

Дихальні рухи (мал. 27.1). Кожен знає: повітря надходить до легенів під час вдиху і виходить із легенів під час видиху. Процес проходження вдихуваного повітря в легені називають легеневою вентиляцією. Яким є механізм легеневої вентиляції’?

У стані спокою ви робите 12-16 дихальних рухів за хвилину. За такого темпу дихання вдих відбувається внаслідок скорочення дихальних м’язів: міжреберних і діафрагми. Діафрагма – тонкий куполоподібний м’яз, що прикріплений до нижніх ребер

і хребта й відділяє грудну порожнину від черевної. Під час скорочення діафрагма відтісняє органи черевної порожнини донизу, а зовнішні міжреберні м’язи підіймають ребра. Об’єм грудної порожнини збільшується, послаблюється тиск на легені. Легені розширюються – розтягуються еластичні стінки альвеол і бронхів, збільшується їх об’єм. Тиск в них падає і стає нижчим за атмосферний: повітря засмоктується в легені через повітроносні шляхи.

Під час видиху розслаблюється і діафрагма, і міжреберні м’язи. Ребра під дією сили тяжіння опускаються, а діафрагма повертається у вихідне положення.

Грудна порожнина зменшується до початкових розмірів. Стає меншим об’єм альвеол та бронхів, і повітря виштовхується назовні.

Під час активного видиху до роботи додатково залучаються інші м’язи. Внутрішні міжреберні м’язи опускають ребра, м’язи черевної стінки піднімають вміст черевної порожнини, а через це й діафрагму. Відбувається примусове зменшення об’єму грудної порожнини й об’єму легенів. З легенів виштовхується більше повітря, ніж виходить під час спокійного видиху.

Мал. 27.1. Дихальні рухи. Вдих (а) та видих (б): 1 – легені;

2 – ребера; 3 – діафрагма

Мал. 27.2. Ємність легенів:

1 – дихальний об’єм легенів; 2 – резервний об’єм вдиху;

3 – резервний об’єм видиху; 4 – залишковий об’єм легенів;

5 – життєва ємність легенів; 6 – загальна ємність легенів

Життєва й загальна ємність легенів (мал. 27.2). Глибина дихання визначається об’ємом вдихуваного і видихуваного повітря. Під час спокійного вдиху до організму за один раз надходить близько 500 мл повітря – стільки ж повітря й видихується. Цей об’єм називають дихальним об’ємом легенів (ДО).

Після спокійного вдиху можна вдихнути ще додаткову порцію повітря, яку називають резервним об’ємом вдиху (РОВд),

А після спокійного видиху видихнути ще певну його кількість (резервний об’єм видиху – РОВ).

Максимальну кількість повітря, яку можна видихнути після найглибшого вдиху, називають життєвою ємністю легенів (ЖЄЛ). Проте навіть після максимального видиху в легенях залишається близько 1500 мл повітря, яке перешкоджає повному спаданню легенів. Це так званий залишковий об’єм легенів (ЗОЛ). Отже, загальну ємність легенів (ЗЄЛ) можна розрахувати в такий спосіб:

ЗЄЛ = ДО + РОВд + РОВ + ЗОЛ = ЖЄЛ + ЗОЛ.

Звідси життєва ємність легенів дорівнює ДО + РОВд + РОВ.

Ці показники встановлюють за допомогою спеціального приладу – спірометра. За ними можна оцінити, як функціонують легені людини. У середньому життєва ємність легенів складає 3000-5000 мл, проте внаслідок фізичних тренувань вона може зрости на 1-2 л. У спортсменів не виникає задишки навіть під час виконання важкої роботи. Завдяки великій життєвій ємності легенів організм забезпечує себе достатньою кількістю кисню, не збільшуючи частоти дихання.

Регуляція дихання. Зазвичай ритмічне чергування вдиху й видиху відбувається мимоволі. Які регуляторні системи організму забезпечують цю ритмічність?

Спочатку з’ясуємо, як відбувається перший вдих людини. У головному мозку розташований нервовий дихальний центр, у якому є центр вдиху й центр видиху. Після народження в крові дитини накопичуються надлишки вуглекислого газу. На їх появу реагує центр вдиху: він надсилає нервові імпульси до дихальних м’язів, а їх скорочення забезпечує вдих. Так легені вперше наповнюються повітрям – об’єм альвеол і бронхіального дерева збільшується.

Що спричиняє видих? На розтягування стінок альвеол і бронхіального дерева реагують рецептори, які в них розміщуються. Нервові імпульси по цим нейронам надходять до центру видиху. Центр видиху надсилає до центру вдиху сигнали, що гальмують його роботу. Скорочення м’язів діафрагми й грудної клітки припиняється. Вони розслаблюються, об’єм легенів зменшується – відбувається видих.

Що спричиняє вдих? Під час видиху об’єм альвеол і дрібних бронхів зменшується, їх стінки стискаються. Рецептори стінок повідомляють про це до центру видиху. Центр видиху припиняє гальмування центру вдиху. Під час видиху зростає вміст вуглекислого газу в крові й на це реагують клітини центру вдиху. Він стає до роботи, й дихальні м’язи скорочуються. Об’єм легенів збільшується – відбувається вдих. Так вдих вмикає механізм видиху, а видих – механізм вдиху.

Отже, дихання регулюється й нервовою системою, і гуморально. Гуморальний чинник є дуже важливою складовою цієї регуляції: частота дихальних рухів залежить від кількості вуглекислого газу в крові. Якщо його концентрація в крові, яка надходить до дихального центру, перебільшує норму, центр вдиху збільшує частоту імпульсів, що надсилаються до дихальних м’язів. Дихання стає частішим і глибшим, виникає задишка і кров насичується киснем.

ЛЮДИНА ТА ЇЇ ЗДОРОВ’Я

Захворювання органів дихання

Найчастіше причиною захворювань органів дихання є інфекції, які призводять до запальної реакції. Розмноженню бактерій і вірусів сприяє переохолодження організму, тому ці інфекційні захворювання часто називають застудними.

Залежно від розташування осередку запалення, розрізняють хвороби горла (ларингіт, фарингіт), трахеї (трахеїт), бронхів (бронхіт) і захворювання легенів – пневмонію. Для всіх цих хвороб характерна набряклість слизової оболонки органа, виділення великої кількості слизу, що спричиняє кашель, підвищення температури тіла, загальна слабкість. Найнебезпечнішою є пневмонія, яку спричиняють стрептококи, стафілококи, потрапляння в організм шкідливих речовин. У хворого підвищується температура, з’являються болі в грудях, задишка, сильний кашель.

Грип – вірусне захворювання, що передається в повітряно-крапельний спосіб. Хвороба розповсюджується дуже швидко, можуть навіть виникнути епідемії. Симптоми грипу – підвищення температури, головний біль, нежить. Грип страшний ускладненнями (пневмонією, захворюваннями нирок тощо), тому під час епідемії слід бути обережним – не відвідувати місця, де збирається багато людей, спілкуючись з хворими, надягати марлеву пов’язку.

Тяжким захворюванням є дифтерія. її збудник проникає в слизову оболонку зіву, горла, гортані, носа і навіть очей, що призводить до утворення грубих щільних плівок і змертвіння уражених тканин, загальної інтоксикації організму. Профілактикою дифтерії є вакцинація.

Збудник туберкульозу (паличка Коха) зазвичай оселяється в легенях, рідше – в інших органах. Інфікована людина певний час не здогадується, що хвора, але вона вже заражає оточуючих. Першими симптомами туберкульозу є слабкість, блідість, стомлюваність, підвищена температура (близько 37,3°С), схуднення. Бактерія руйнує легеневі тканини, що може призвести до смерті. Вакцинацію проти туберкульозу і проби на його наявність (проби Манту) проводять декілька разів протягом життя людини.

Бронхіальна астма – алергічне захворювання, для якого характерні періодичні напади задухи й кашлю. їх спричиняє дія алергенів, що призводить до підвищення секреції слизу і спазм м’язів бронхіол. Поширенню цієї хвороби сприяють забруднення середовища, підвищення вмісту алергенів (консервантів, барвників) в їжі тощо.

Дихання під водою

Дихання під час занурення з аквалангом або у водолазному костюмі відрізняється від природного. Тиск під водою вищий за атмосферний: що глибше ми занурюємося, то тиск більший. Зростає і тиск газів в альвеолах, прискорюється їх дифузія в кров, і концентрація газів у ній збільшується.

Надлишок кисню в крові не менш шкідливий, ніж його нестача, тому акваланг заповнюють сумішшю, у якій частка кисню становить лише 5-2 % (для занурення на глибину 40-100 м). Шкідливе й підвищення концентрації азоту в крові, яке призводить до так званого глибинного сп’яніння. Тому під час занурення глибше ніж на 60 м для дихання використовують суміш гелію з киснем.

Небезпека загрожує водолазам й аквалангістам під час швидкого під’йому: різко зменшується тиск, і гази, що розчинилися в крові, повертаються до газоподібного стану, утворюються бульбашки, а це призводить до закупорки судин – емболії. Емболія великих судин спричиняє смерть, а закупорка дрібних судин – болі у всьому організмі. Це явище назвали кесонною хворобою: її вперше виявили у водолазів, які працювали на великих глибинах у спеціальних пристосуваннях, заповнених стислим повітрям, – кесонах. Загрозу виникнення кесонної хвороби зменшують, піднімаючи водолазів повільно або в барокамері, де тиск повітря регулюється.

ПІДСУМКИ

– Диханням називають процеси, що зумовлюють надходження кисню до організму, його використання в реакціях енергетичного обміну, а також видалення з організму вуглекислого газу.

– Дихальна система складається з повітроносних шляхів і легенів. Газообмін відбувається через епітелій альвеол і стінки капілярів крові, що обплітають альвеоли. Повітря надходить у легені завдяки дихальним рухам.

– Вдих і видих є взаємопов’язаними безумовними рефлексами. Частота дихання залежить від концентрації вуглекислого газу в крові, на яку реагують клітини дихального центру.