Анатомія і фізіологія дихальної системи
Дихальна система об'єднує органи, що утворюють повітроносні, або дихальні, шляху (порожнину носа, носоглотку, гортань, трахею, бронхи), і легкі, в яких відбувається газообмін, тобто поглинання кисню і видалення вуглекислого газу.
Початок повітроносних (дихальних) шляхів складають парні носові порожнини, що ведуть у глотку. Вони утворені кістками і хрящами, складовими стінки носа, і вистелені слизовою оболонкою. Вдихаємо повітря, проходячи через ніс, очищається від частинок пилу і зігрівається. Навколоносових пазух, тобто порожнини в кістках черепа, звані також підрядними пазухами носа, повідомляються з носовою порожниною через невеликі отвори. Навколоносових пазух чотири пари: гайморові (верхньощелепні), лобові, клиновидні і пазухи гратчастої кістки. Глотка - верхня частина горла - розділяється на носоглотку, розташовану над маленьким язичком (м'яким небом), і ротоглотки - область позаду мови.
Носова порожнина вистелена вологою слизовою оболонкою, що містить клітини, забезпечені віями, і залізисті клітини, що виділяють слиз. Ці виділення зволожують слизову оболонку, а разом з нею і вдихаємо повітря, і затримують пилові частинки, видаляються потім рухом війок (спрямованим в бік горла). Слизова носової порожнини дуже багата кровоносними судинами, що сприяє зігрівання вдихуваного повітря. У верхній носовій раковині слизова покрита особливим нюховим епітелієм, що містить рецепторні (нюхові) клітини. В носоглотку відкривається слухова (євстахієву) труба, яка з'єднує порожнину середнього вуха з носової. У верхній частині горла знаходяться мигдалини, є лімфатичних органом. Якщо вони збільшені, дихання через ніс утруднене.
Пройшовши через носові канали, вдихаємо повітря потрапляє через глотку в гортань, що містить голосові зв'язки, і потім в трахею - неспадающій трубку, стінки якої складаються з незамкнутих хрящових кілець. У грудній клітці трахея розділяється на два головних бронхи, по яких повітря надходить в легені
На рівні останніх шийних хребців гортань переходить в трахею (дихальне горло). Гортань, трахея, бронхи і бронхіоли виконують воздухопроводящих функцію. Всі ці трубчасті структури вистелені слизовою оболонкою, яка містить Війчастий епітелій; руху війок просувають виділяється слиз в напрямку від легких. Стиснення і розширення бронхіол, ритмічна послідовність вдиху і видиху, а також зміна характеру дихальних рухів контролюються нервовою системою.
Легкі - парні конусоподібні органи, розташовані в грудній клітці і розділені серцем. Права легеня важить приблизно 630 г і розділене на три частки. Ліва легеня вагою близько 570 г розділене на дві частки. Легкі містять систему розгалужуються бронхів і бронхіол - т.зв. бронхіальне дерево; воно бере початок від двох головних бронхів і закінчується найдрібнішими мішечками, що складаються з альвеол. Поряд з цими утвореннями в легенях є мережа кровоносних і лімфатичних судин, нерви і сполучна тканина. Основна функція бронхіального дерева - проведення повітря в альвеоли. Загальна кількість альвеол складає приблизно 725 млн.
Сукупність альвеол і утворює тканину легенів, де здійснюється активний газообмін між кров'ю і повітрям. При видиху через легені виводиться значна кількість води у вигляді пари. Самі по собі легкі - пасивні структури. Під час вдиху повітря засмоктується в них за рахунок збільшення обсягу грудної клітини при скороченні зовнішніх міжреберних м'язів і діафрагми. У цьому випадку тиск всередині легких стає менше атмосферного, і повітря спрямовується в легені. Зменшення обсягу грудної клітини за рахунок розслаблення зазначених вище дихальних м'язів і - при напруженому диханні -скорочення внутрішніх міжреберних м'язів забезпечує видих. Легкі оточені особливою оболонкою - плеврою.
Легкі через повітроносні шляхи повідомляються з атмосферою. При кожному вдиху атмосферне повітря входить в легені, і при кожному видиху невелика частина альвеолярного повітря виходить в атмосферу. Основна причина газообміну між навколишнім середовищем і альвеолярним повітрям, що заповнює порожнину легенів, - це градієнт тиску. У момент вдиху тиск повітря в порожнині легенів стає менше атмосферного і повітря надходить в легені. При видиху тиск повітря в легенях стає трохи вище атмосферного, і повітря з легенів виходить в навколишнє середовище. Зміна тиску повітря в порожнині легенів обумовлено зміною їх обсягу при диханні. Характеристикою суміші газів, що займає певний об'єм, служить так зване парціальний тиск. Якщо обсяг збільшується - парціальний тиск падає, якщо обсяг зменшується - парціальний тиск збільшується.
У легких немає м'язової тканини і немає механізмів, що дозволяють легким активно змінювати свій обсяг. Тому існує апарат вентиляції легенів, що складається з грудної клітини (ребра і грудина) і поперечно-смугастих дихальних м'язів. У процесі дихання апарат вентиляції внаслідок скорочення основних дихальних м'язів робить ритмічні дихальні рухи. При спокійному диханні в процесі дихання беруть участь поперечно-смугасті зовнішні міжреберні м'язи і діафрагма, яка є головним дихальним м'язом. При форсованому диханні в цей процес можуть залучатися десятки інших поперечно-смугастих м'язів тулуба.
Легкі оточені парієтальної і вісцеральної плеврою. Париетальная плевра зрощена з грудною кліткою. Вісцелярна плевра зрощена з легкими. Між парієтальної і вісцеральної плеврою є тонка щілина, заповнена мономолекулярним шаром серозної рідини. Поверхневий натяг цієї рідини міцно притягує один до одного обидва листка плеври, так що при зволіканні одного листка плеври інший слід за ним. Ця ситуація може бути змодельована, якщо притиснути один до одного два невеликих скла, капнути між ними крапельку води і спробувати роз'єднати. За рахунок сил поверхневого натягу води, їх зв'язують, роз'єднати скла не вдасться. Таким чином, під час дихання грудна клітка тягне за собою парієтальних плевру, яка зрощена з нею. Париетальная плевра тягне за собою вісцеральної плеври, пов'язану з нею силами поверхневого натягу серозної рідини, а вісцеральна плевра тягне тканину легенів.
Вдих - активний процес, який відбувається саме завдяки скороченню дихальних м'язів. Скорочення зовнішніх міжреберних м'язів призводить до підйому ребрових дуг, грудина відходить трохи вперед. Одночасно скорочуються м'язові волокна діафрагми, її сухожильний центр зміщується донизу, відтісняючи черевні нутрощі вперед і вниз. Обсяг грудної порожнини збільшується в трьох взаємно перпендикулярних площинах. Зсув діафрагми при спокійному диханні складає 1-1,5 см, а при глибокому - може збільшуватися до 10 см. При зміщенні діафрагми на 1 см об'єм грудної порожнини змінюється приблизно на 250-270 мл. Скорочення діафрагми обумовлюють близько 50-70% глибини вдиху. Легкі пасивно слідують за всіма змінами обсягу грудної порожнини при скороченні і розслабленні дихальних м'язів. Атмосферний тиск, що діє на легені тільки з боку повітроносних шляхів, щільно притискає їх до грудної стінці. Атмосферний тиск, що діє на нас зовні, демпфуюча шкірою і підшкірної жирової тканиною, тому воно не досягає легенів з зовнішньої поверхні тіла. Грудна порожнина і плевральна порожнина, які оточують легкі, герметичні і з атмосферою не повідомляються.
Одностороннє атмосферний тиск, що діє на легені з боку дихальних шляхів, - головна рушійна сила легких. Існують і інші сили, що зумовлюють збільшення обсягу легких при вдиху і зменшення при видиху. Збільшення обсягу грудної порожнини в момент вдиху приводить до збільшення обсягу легких, парціальний тиск повітря в них дещо знижується, і повітря з навколишнього середовища заходить в легені.
При видиху об'єм грудної клітки зменшується за рахунок повернення діафрагми в початковий стан і розслаблення міжреберних м'язів. Це призводить до збільшення тиску всередині легких, яке перевищує атмосферний. Так, спроба зробити сильний видих, якщо повітроносні шляхи закриті, викликає значне зростання тиску в альвеолах. У нормальних умовах в результаті плавного зменшення легеневого обсягу створюється градієнт тиску, і повітря пасивно виходить з легких.
В цілому, внутрішня поверхня легенів пов'язана з атмосферою, а зовнішня поверхня легенів за рахунок герметичності грудної клітини такого зв'язку не має. Саме це явище дозволяє здійснювати вдих і видих. При порушенні герметичності грудної клітини (наприклад, при пораненнях) атмосферний тиск починає діяти не лише на внутрішню поверхню легких, але і на зовнішню. Це призводить до того, що легені спадаються (пневмотрокс) і акти вдиху і видиху стають неможливими
Газообмін у легенях
Газообмін у малому колі кровообігу відбувається між альвеолярним повітрям і притікає до легким венозною кров'ю, являє собою сукупність процесів, що забезпечують перехід кисню зовнішнього середовища в кров, а вуглекислого газу з крові в альвеоли. Переміщення газів (легкі - кров) здійснюється під впливом різниці парціальних тисків і напруг цих газів в кожній з середовищ організму.