Дихальна система людини складається з тканин і органів, що забезпечують легеневу вентиляцію і легеневий подих. До повітроносних шляхів відносяться: ніс, порожнина носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи і бронхіоли. Легені складаються з бронхіол і альвеолярних мішечків, а також з артерій, капілярів і вен легеневого кола кровообігу. До елементів кістково-м'язової системи, зв'язаним з подихом, відносяться ребра, міжреберні м'язи, діафрагма і допоміжні дихальні м'язи.
1.1. Повітроносні шляхи.
Ніс і порожнина носа служать провідними каналами для повітря, у яких він нагрівається, зволожується і фільтрується. У порожнині носа укладені також нюхові рецептори.
Зовнішня частина носа утворена трикутним кістково-хрящовим кістяком, який покритий шкірою; два овальних отвори на нижній поверхні-ніздрі відкриваються кожне в клиноподібну порожнину носа. Ці порожнини розділені перегородкою.
Три легких губчастих завитка (раковини) видаються з бічних стінок ніздрів, частково розділяючи порожнини на чотири незамкнутих проходи (носові ходи).
Порожнина носа вистелена багато васкуляризованной слизовою оболонкою. Численні жорсткі волоски, а також забезпечені віями епітеліальні і келихоподібних клітини служать для очищення вдихуваного повітря від твердих частинок. У верхній частині порожнини лежать нюхові клітини.
Гортань лежить між трахеєю і коренем мови. Порожнина гортані розділена двома складками слизової оболонки, що не цілком сходяться по середній лінії. Простір між цими складками - голосова щілина захищена пластинкою волокнистого хряща - надгортанником. По краях голосової щілини в слизовій оболонці лежать фіброзні еластичні зв'язки, які називаються нижніми, чи щирими, голосовими складками (зв'язками). Над ними знаходяться помилкові голосові складки, які захищають істинні голосові складки і зберігають їх вологими; вони допомагають також затримувати подих, а при ковтанні перешкоджають попаданню їжі в гортань.
Спеціалізовані м'язи натягають і розслаблюють щирі і помилкові голосові складки. Ці м'язи відіграють важливу роль при фонації, а також перешкоджають попаданню будь-яких часток у дихальні шляхи.
Трахея починається в нижнього кінця гортані і спускається в грудну порожнину, де ділиться на правий і лівий бронхи; стінка її утворена сполучною тканиною і хрящем. У більшості ссавців хрящі утворять неповні кільця. Частини, що примикають до стравоходу, заміщені фіброзної зв'язкою. Правий бронх звичайно коротше і ширше лівого.
Увійшовши в легені, головні бронхи поступово поділяються на усе більш дрібні трубки (бронхіоли), самі дрібні з яких-кінцеві бронхіоли є останнім елементом повітроносних шляхів. Від гортані до кінцевих бронхіол трубки вистелені миготливим епітелієм.
1.2. Легкі.
В цілому легені мають вид губчастих, пористих конусоподібних утворень, що лежать про обох половинах грудної порожнини.
Найменший структурний елемент легкого - часточка складається з кінцевої бронхіоли, що веде в легеневу бронхиолу і альвеолярний мішок. Стінки легеневої бронхіоли і альвеолярного мішка утворять поглиблення-альвеоли. Така структура легень збільшує їхню дихальну поверхню, що у 50-100 разів перевищує поверхню тіла. Відносна величина поверхні, через яку в легенях відбувається газообмін, більше у тварин з високою активністю і рухливістю.
Стінки альвеол складаються з одного шару епітеліальних клітин і оточені легеневими капілярами. Внутрішня поверхня альвеоли покрита поверхнево-активною речовиною сурфактантом.
Як вважають, сурфактант є продуктом секреції гранулярних клітин. Окрема альвеола, тісно стикається з сусідніми структурами, має форму неправильного багатогранника і приблизні розміри до 250 мкм. Прийнято вважати, що загальна поверхня альвеол, через яку здійснюється газообмін, експоненціально залежить від ваги тіла. З віком відзначається зменшення площі поверхні альвеол.
Плевра.
Кожне легке оточене мішком -плеврой. Зовнішній (парієтальних) листок плеври примикає до внутрішньої поверхні грудної стінки і діафрагми, внутрішній (вісцеральний) покриває легке. Щілина між листками називається плевральної порожниною. При русі грудної клітини внутрішній листок зазвичай легко ковзає по зовнішньому. Тиск в плевральній порожнині завжди менше атмосферного (негативне). В умовах спокою внутрішньоплеврально тиск у людини в середньому на 4, 5 торр нижче атмосферного (-4, 5 торр). Межплевральное простір між легкими називається середостіння; в ньому знаходяться трахея, зобної заліза (тимус) і серце з великими судинами, лімфатичні вузли і стравохід.
Кровоносні судини легких.
Легенева артерія несе кров від правого шлуночка серця, вона ділиться на праву і ліву гілки, які направляються до легень. Ці артерії розгалужуються, слідуючи за бронхами, постачають великі структури легені й утворять капіляри, що обплітають стінки альвеол.
Повітря в альвеоли відділений від крові в капілярі:
1) стінкою альвеоли,
2) стінкою капіляра і в деяких випадках
3) проміжним шаром між ними.
З капілярів кров надходить у дрібні вени, які врешті-решт з'єднуються і утворюють легеневі вени, що доставляють кров у ліве передсердя.
Бронхіальні артерії великого кола теж приносять кров до легким, а саме постачають бронхи і бронхіоли, лімфатичні вузли, стінки кровоносних судин і плевру. Велика частина цієї крові відтікає в бронхіальні вени, а звідти-в непарну (праворуч) і в полунепарную (зліва). Дуже невелика кількість артеріальної бронхіальної крові надходить в легеневі вени.
Дихальні м'язи.
Дихальні м'язи - це ті м'язи, скорочення яких змінюють обсяг грудної клітини. М'язи, що прямують від голови, шиї, рук і деяких верхніх грудних і нижніх шийних хребців, а також зовнішні міжреберні м'язи, що з'єднують ребро з ребром, піднімають ребра і збільшують обсяг грудної клітини. Діафрагма-м'язово-сухожильних пластина, прикріплена до хребців, ребер і грудини, відділяє грудну порожнину від черевної. Це головна м'яз, що у нормальному вдиху. При посиленому вдиху скорочуються додаткові групи м'язів. При посиленому видиху діють м'язи, прикріплені між ребрами (внутрішні міжреберні м'язи), до ребер і нижнім грудним і верхнім поперекових хребців, а також м'язи черевної порожнини; вони опускають ребра і притискають черевні органи до розслабилися діафрагми, зменшуючи таким чином ємність грудної клітини.
Легенева вентиляція.
Поки внутрішньоплеврально тиск залишається нижче атмосферного, розміри легких обов'язково діятимуть за за розмірами грудної порожнини. Рухи легких відбуваються в результаті скорочення дихальних м'язів у поєднанні з рухом частин грудної стінки і діафрагми.
Дихальні руху.
Розслаблення всіх пов'язаних з диханням м'язів надає грудній клітці положення пасивного видиху. Відповідна м'язова активність може перевести це положення у вдих або ж посилити видих.
Вдих створюється розширенням грудної порожнини і завжди є активним процесом. Завдяки своєму сочленению з хребцями ребра рухаються вгору і назовні, збільшуючи відстань від хребта до грудини, а також бічні розміри грудної порожнини (реберний чи грудний тип дихання).
Скорочення діафрагми змінює її форму з куполоподібної на більш пласку, що збільшує розміри грудної порожнини в подовжньому напрямку (діафрагмальний або черевний тип дихання). Зазвичай головну роль у вдиху грає діафрагмальне дихання. Оскільки люди-істоти двоногі, при кожному русі ребер і грудини змінюється центр ваги тіла і виникає необхідність пристосувати до цього різні м'язи.
При спокійному подиху в людини зазвичай досить еластичних властивостей і ваги перемістилися тканин, щоб повернути їх в положення, що передує вдиху.
Таким чином, видих в спокої відбувається пасивно внаслідок поступового зниження активності м'язів, що створюють умову для вдиху. Активний видих може виникнути внаслідок скорочення внутрішніх міжреберних м'язів на додаток до інших м'язових груп, які опускають ребра, зменшують поперечні розміри грудної порожнини і відстань між грудиною і хребтом. Активний видих може також статися внаслідок скорочення черевних м'язів, яке притискає нутрощі до розслабленої діафрагми і зменшує подовжній розмір грудної порожнини.
Розширення легкого знижує (на час) загальне внутрилегочное (альвеолярне) тиск. Воно дорівнює атмосферному, коли повітря не рухається, а голосова щілина відкрита. Воно нижче атмосферного, поки легені не наповняться при вдиху, і вище атмосферного при видиху. Внутриплевральное тиск теж змінюється протягом дихального руху; але воно завжди нижче атмосферного (т. е. завжди негативне).
Зміни обсягу легких.
У людини легені займають близько 6% обсягу тіла незалежно від його ваги. Обсяг легкого змінюється при вдиху не всюди однаково. Для цього є три головні причини, по-перше, грудна порожнина збільшується нерівномірно у всіх напрямках, по-друге, не асі частини легкого однаково розтяжні. По-третє, передбачається існування гравітаційного ефекту, який сприяє зсуву легені донизу.
Обсяг повітря, що вдихається при звичайному (неусиленном) вдиху і видихається при звичайному (неусиленном) видиху, називається дихальним повітрям. Обсяг максимального видиху після попереднього максимального вдиху називається життєвою ємністю. Вона не дорівнює всьому об'єму повітря в легені (загальному обсягу легені), оскільки легені повністю не спадаються. Обсяг повітря, який залишається в наспавшихся легких, називається залишковим повітрям.
Є додатковий обсяг, який можна вдихнути при максимальному зусиллі після нормального вдиху.
А те повітря, що видихається максимальним зусиллям після нормального видиху, це резервний обсяг видиху. Функціональна залишкова ємність складається з резервного обсягу видиху і залишкового обсягу. Це той знаходиться в легенях повітря, в якому розбавляється нормальний дихальний повітря. Внаслідок цього склад газу в легенях після одного дихального руху зазвичай різко не змінюється.
Хвилинний обсяг V-це повітря, що вдихається за одну хвилину. Його можна обчислити, помноживши середній дихальний обсяг (Vt) на число подихів у хвилину (f), або V = fVt.
Частина Vt, наприклад, повітря в трахеї і бронхах до кінцевих бронхіол і в деяких альвеолах, не бере участі в газообміні, тому що не приходить в зіткнення з активним легеневим ліжечок - це так зване "мертве" простір (Vd). Частина Vt, яка бере участь в газообміні з легеневою кров'ю, називається альвеолярним обсягом (VA).
З фізіологічної точки зору альвеолярна вентиляція (VA) - найбільш істотна частина зовнішнього дихання VA = f (Vt-Vd), так як вона є тим обсягом вдихуваного за хвилину повітря, що обмінюється газами з кров'ю легеневих капілярів.
Легеневе дихання.
Газ є таким станом речовини, при якому воно рівномірно розподіляється по обмеженому обсязі. У газовій фазі взаємодія молекул між собою незначно.
Коли вони стикаються зі стінками замкнутого простору, їх рух створює певну силу; ця сила, прикладена до одиниці площі, називається тиском газу і виражається в міліметрах ртутного стовпа, або торрах; тиск газу пропорційно числу молекул і їх середньої швидкості. При кімнатній температурі тиск будь-якого виду молекул; наприклад, O2 чи N2, не залежить від присутності молекул іншого газу. Загальне яка вимірюється тиск газу дорівнює сумі тисків окремих видів молекул (так званих парціальних тисків) або РB = РN2 + Ро2 + Рн2o + РB, де РB - барометричний тиск.
Частку (F) даного газу (x) в сухий газової суміші потужно обчислити по наступному рівнянню:
Fx = Px / PB-PH2O І навпаки, парціальний тиск давнього газу (x) можна обчислити з його частки: Рx-Fx (РB-Рн2o). Сухий атмосферне повітря містить 2О, 94% O2 * РO2 = 20, 94/100 * 760 торр (на рівні моря) = 159, 1 торр.
Газообмін у легенях між альвеолами і кров'ю відбувається шляхом дифузії. Дифузія виникає в силу постійного руху молекул газу до забезпечує перенесення молекул з області більш високої їх концентрації в область, де їх концентрація нижче.
Транспорт дихальних газів.
Близько О, 3% О2, що міститься в артеріальній крові великого кола при нормальному Ро2, розчинене в плазмі. Все решта знаходиться в неміцному хімічному з'єднанні з гемоглобіном (НЬ) еритроцитів. Гемоглобін є білок з приєднаною до нього железосодержащей групою. Fе + кожної молекули гемоглобіну з'єднується неміцно і зупинити з одного молекулою О2. Повністю насичений киснем гемоглобін містить 1, 39 мл. О2 на 1 г Нb (в деяких джерелах вказується 1, 34 мл), якщо Fе + окислені до Fе +, то таке з'єднання втрачає здатність переносити О2.
Повністю насичений киснем гемоглобін (НbО2) володіє більш сильними кислотними властивостями, ніж відновлений гемоглобін (Нb). В результаті в розчині, що має рН 7, 25, звільнення 1мМ О2 з НbО2 уможливлює засвоєння О, 7 мМ Н + без зміни рН; таким чином, виділення О2 надає буферне дію.
Насичення тканин киснем.
Транспорт O2 з крові в ті ділянки тканини, де він використовується, відбувається шляхом простої дифузії.
Оскільки кисень використовується головним чином в мітохондріях, відстані, на які відбувається дифузія в тканинах, видаються великими порівняно з обміном у легенях. У м'язової тканини присутність міоглобіну, як вважають, полегшує дифузію O2. Для обчислення тканинного Po2 створено теоретично моделі, які передбачають чинники, що впливають на надходження і споживання O2, а саме відстань між капілярами, ліжок в капілярах і тканинний метаболізм.
Найнижче Po2 встановлено в венозному кінці і на півдорозі між капілярами, якщо прийняти, що ліжок в капілярах однаковий і що вони паралельні.