Что такое дыхание

Тема статьи: Что такое дыхание - разбираемся в вопросе, тренды 2019 года.

Что такое дыхание

Дыхание — одна из первых важнейших физиологических функций человеческого тела, на которую наряду с половой обратил осознанное внимание древний человек.За прошедшие тысячелетия этот простой, на первый взгляд, процесс оброс мифами, легендами и заурядными заблуждениями, которые не полностью рассеяны даже сегодня, в век активного изучения человека и его физиологии.Многие из них имеют прямое отношение к теме «тренировка внимания на дыхании».Поэтому мы вынуждены уделить физиологии дыхания время и выделить для этого место в книге.Можно наде — яться, что результатом этого будет лучшее понимание всех тех «игр с дыханием», которые на протяжении тысячелетий, вплоть до сего — дняшнего дня, предлагаются несведущими людьми.

Дыхание — это процесс поочередного активного вдыхания воздуха в легкие через нос или рот и пассивного его выдыхания обратно в окружающую атмосферу.Во время вдоха диафрагма, то есть крупная мышца, отделяющая органы, находящиеся в грудной клетке человека от брюшной полости, сокращается, в результате чего объем грудной клетки увеличивается, и воздух втягивается в легкие.Одновременно с этим сокращаются межреберные мышцы, помогая расширению грудной клетки.Бронхи же и их более мелкие ответв — ления — бронхиолы, в этот момент за счет расслабления собственных мышц увеличивают свой диаметр, тем самым уменьшая сопротивление входящему в легкие воздуху.

При выдохе происходят обратные процессы: расслабление диафрагмы и межреберных мышц способствует уменьшению объема грудной полости и выдавливанию воздуха из легких.Бронхи и брон — хиолы в этот момент также сжимаются, уменьшая диаметр и несколько укорачиваясь, что помогает выталкиванию из них воздуха.

Почему вдох активен, а выдох считается пассивным процессом? Ответ заключается в способе, с помощью которого нервная система управляет дыхательным процессом.Главным управляющим органом является ее часть, называемая вегетативной или самостоятельной, автономной, системой.Она координирует и регулирует деятельность внутренних органов: сердца, кишечника, эндокринных желез, сосудов, выделение пота и слюноотделение, и т.д.Главная ее функция — поддержание гомеостаза, то есть постоянства внутренней среды организма: кровяного давления, температуры тела, водного баланса, кислотно-щелочного равновесия и т.д.

Вегетативная нервная система, в свою очередь, подразделяется на две части: симпатическую и парасимпатическую системы.Симпа — тическая — это возбуждающая часть вегетативной системы.Она «включает» и усиливает деятельность многих органов и систем орга — низма.Парасимпатическая, наоборот, тормозит деятельность этих органов и систем.Компромисс между одновременной деятельностью этих подсистем и поддерживает постоянство внутренней среды тела и равновесие физиологических процессов.

Таким образом, за вдох отвечает симпатическая нервная система.Она возбуждает дыхательные мышцы и увеличивает объем грудной полости и просвет бронхов.При вступлении в действие парасимпа — тической системы мышцы расслабляются, объемы грудной полости и бронхов уменьшаются — происходит выдох.Эти две подсистемы реагируют на изменение внешних условий, в которых находится человек или на разбалансировку внутренних процессов в организме,

пытаясь все время поддерживать в теле постоянство внутренней среды или гомеостаз.И дыхание в поддержании равновесия в орга — низме играет очень важную роль.

Физиологический смысл дыхания заключается в обеспечении газообмена между организмом и окружающей средой.Без такого обмена газами невозможно поддержание гомеостаза и нормальное функционирование организма и даже жизнь.При дыхании проис — ходит обмен двумя видами газов: кислородом и углекислым газом.В этом процессе есть несколько фаз или стадий.

При вдохе атмосферный воздух поступает в легкие и по ветвя — щейся сети бронхов и все более уменьшающихся в размерах бронхиол, так называемому бронхиальному дереву, распределяется по всем их частям.Бронхиолы заканчиваются крохотными тканевыми пузырьками-мешочками, которые называют альвеолами.В них-то и происходит обмен газами.

Стенки альвеол пронизаны огромным количеством мельчайших кровеносных сосудов — капилляров.Стенки этих сосудов прони — цаемы как для кислорода, так и углекислого газа.В составе атмо — сферного воздуха по объему обычно около 21% кислорода и 0,03% углекислого газа.В альвеолах атмосферный кислород проникает в капилляры, а из них в альвеолы выбрасывается углекислый газ.В результате в альвеольном воздухе при его выдохе объемная концен — трация кислорода уменьшается до 13–15%, а углекислого газа увели — чивается до 6%.

Проникнув в кровь, молекула кислорода захватывается там другой молекулой, специально предназначенной для его транспорти — рования — гемоглобином.И вместе с кровотоком кислород достав — ляется до каждой клетки тела.Там он передается и «складируется» на других молекулах гемоглобина, а обратно в легкие гемоглобин транспортирует углекислый газ.Этот газ, кроме того, хорошо растворим, в отличие от кислорода, в крови и также переносится в ее

потоке.Описанный обменный процесс устроен столь «хитро», что способность гемоглобина транспортировать кислород зависит от концентрации в крови углекислого газа, который с ее водной основой образует углекислоту.Чем больше угольной кислоты, тем больше молекул кислорода может связать и доставить к клеткам гемоглобин.В клетках по мере необходимости протекают окислительные реакции глюкозы с кислородом, которые вырабатывают ту самую энергию, которая необходима для поддержания постоянной температуры тела и для сокращения мышц, то есть обеспечения двигательной актив — ности человека.В этих реакциях в качестве отходов образуется вода и углекислый газ.

Физиология дыхания человека

  • Физиология
  • История физиологии
  • Методы физиологии
  • Физиология дыхания изучает процессы, обеспечивающие снабжение тканей организма кислородом и выведение углекислого газа.

    Физиология дыхания

    Главным условием существования животных является наличие в окружающей среде кислорода, необходимого для окислительного процесса, благодаря которому клетки получают энергию, используемую для основных проявлений жизни — ассимиляции и диссимиляции.В результате жизнедеятельности организма образуются различные продукты метаболизма, важнейшим из которых является диоксид углерода (С02).При этом нормальная жизнедеятельность клетки возможна только при условии удаления этих продуктов из организма.Обмен кислорода и диоксида углерода между окружающей средой и тканями — одно из главных условий жизни организма.

    Дыхание — совокупность процессов, в результате которых происходит поступление кислорода в организм и выделение из него углекислого газа.

    Функциональная система дыхания — совокупность структур, которые обеспечивают необходимый объем легочной вентиляции (внешнее звено саморегуляции), поддерживая оптимальный для метаболизма уровень pO2, pCO2 и рН крови и тканей (внутреннее звено саморегуляции).

    Нормальное функционирование организма животных возможно только при условии пополнения энергией, которая непрерывно расходуется.Организм получает энергию за счет окисления органических веществ — белков, жиров, углеводов.При этом высвобождается скрытая химическая энергия, которая служит источником жизнедеятельности, развития и роста организма.Таким образом, значение дыхания состоит в поддержании в организме оптимального уровня окислительно-восстановительных процессов.

    Этапы дыхания

    Комплекс последовательных физиологических и физико-химических процессов, обеспечивающих дыхание, подразделяют на пять этапов.

    1-й этап — внешнее дыхание, или вентиляция легких — процессы, обеспечивающие ритмическое поступление определенных объемов атмосферного воздуха в легкие (вдох) и удаление его из легких в атмосферу (выдох).

    2-й этап — диффузия газов в легких (газообмен в легких) — процессы, обеспечивающие переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и углекислого газа в обратном направлении.

    3-й этап — транспорт газов кровью — процессы, обеспечивающие растворение кислорода и углекислого газа в крови, связывание их с гемоглобином и другими веществами и перенос с током крови.

    4-й этап — диффузия газов в тканях (газообмен в тканях) — процессы, обеспечивающие диссоциацию оксигемоглобина в крови тканевых капилляров и диффузию кислорода из крови в тканевые структуры, а также диффузию углекислого газа в обратном направлении, его растворение и связывание с гемоглобином.

    5-й этап — клеточное дыхание — биохимические и физико-химические процессы, обеспечивающие аэробное окисление органических веществ с получением энергии, используемой для жизнедеятельности клетки.При этом образуются углекислый газ, вода и азотистые основания (при окислении белков).

    Такое выделение этапов дыхания удобно для последовательного его изучения.В клинической практике часто применяют иное подразделение, в частности под термином «внешнее дыхание» подразумевают как вентиляцию легких, так и газообмен между кровью и альвеолярным воздухом.В курсе физиологии человека изучаются преимущественно первые четыре этапа дыхания.Клеточное дыхание подробно изучается в курсе биохимии.

    Внешнее дыхание

    Вентиляция легких — процесс обмена воздуха между внешней средой и альвеолами легких.

    Вентиляция легких (смена воздуха) осуществляется в результате периодических изменений объема грудной полости.Увеличение объема грудной полости обеспечивает вдох (инспирацию), уменьшение — выдох (экспирацию).Фазы вдоха и следующего за ним выдоха составляют дыхательный цикл.

    Изменение объема грудной полости совершается за счет сокращений дыхательных мышц.Мышцы, при сокращении которых объем грудной полости увеличивается, называются инспираторными. К ним относятся диафрагма и наружные межреберные мышцы.При спокойном дыхании объем грудной клетки изменяется в основном за счет сокращения диафрагмы и перемещения ее купола.При глубоком форсированном дыхании в инспирации участвуют вспомогательные мышцы вдоха: трапециевидная, передние лестничные и грудино-ключично-сосцевидные мышцы.Спокойный выдох осуществляется в результате расслабления инспираторных мышц, что приводит к уменьшению объема грудной полости благодаря опусканию ребер (под действием силы тяжести) и расслаблению диафрагмы.Глубокий выдох происходит при сокращении экспираторных мышц, которыми являются внутренние межреберные мышцы и мышцы живота.К вспомогательным экспираторным мышцам относятся мышцы, сгибающие позвоночник.

    Легкие располагаются в герметически замкнутой плевральной полости, которая образована наружным и внутренним листками плевры.

    При спокойном дыхании давление в плевральной полости равно минус 6-8 мм рт.ст., т.е.на 6-8 мм рт.ст.ниже атмосферного.Его можно измерить, если ввести в щель иглу шприца, соединенного с манометром.Это обусловлено тем, что внутрилегочное давление равно атмосферному, а снаружи давление отсутствует или равно нулю.Эластическая сила легких уменьшает давление легких на пристеночную плевру.Следовательно, внутриплевральное давление равно

    где Рпл — внутриплевральное давление; Рлег — внутрилегочное давление, которое в состоянии покоя равно атмосферному; Рэл — эластическая сила легких.

    В момент вдоха, когда сокращаются наружные межреберные мышцы и ребра поднимаются, наружный листок плевры отходит от внутреннего, вследствие чего увеличивается объем плевральной полости.Поскольку легкие всегда стремятся занять максимально возможный объем в грудной полости в связи с разностью давления внутри и снаружи органа, при увеличении объема плевральной полости происходят растяжение легких и поступление в них воздуха.Это приводит к увеличению эластической тяги легких и, следовательно, уменьшению внутриплеврального давления.Чем глубже вдох, тем больше уменьшается давление.В момент глубокого вдоха оно может достигать минус 12-15 мм рт.ст.(рис.1).

    Когда в межреберных мышцах заканчивается процесс возбуждения, они расслабляются и ребра пассивно возвращаются в исходное положение; точно так же прекращение сокращения диафрагмы приводит к тому, что она занимает свое прежнее куполообразное положение.Возвращение ребер и диафрагмы в исходное положение приводит к уменьшению объема грудной полости, а следовательно, к сдавлению легких.При возвращении ребер в исходное положение давление в плевральной полости повышается, т.е.в ней уменьшается отрицательное давление, так как уменьшается эластическая тяга легких.При глубоком выдохе оно становится равным минус 3-4 мм рт.ст.При сдавлении легких из них пассивно выходит воздух — осуществляется выдох.

    Рис.1.Направления сил в течение дыхательного цикла

    Упругие свойства легких. Эластическая тяга легких обусловлена тремя факторами:

  • поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол;
  • упругостью ткани стенок альвеол вследствие наличия в них эластических волокон;
  • тонусом бронхиальных мышц.
  • Устранение сил поверхностного натяжения (заполнение легких солевым раствором) снижает эластическую тягу легких на 2/3

    Если бы внутренняя поверхность альвеол была покрыта водным раствором, поверхностное натяжение должно было быть в 5-8 раз больше.В таких условиях наблюдалось бы полное спадение одних альвеол (ателектаз) при перерастяжении других.Этого не происходит потому, что внутренняя поверхность альвеол выстлана веществом, имеющим низкое поверхностное натяжение, так называемым сурфактантом, имеющим толщину 20-100 нм и состоящим из белков и липидов.Пленка сурфактанта обладает замечательным свойством: уменьшение размеров альвеол сопровождается снижением поверхностного натяжения; это важно для стабилизации альвеол.

    Сурфактант необходим для начала дыхания при рождении ребенка.До рождения легкие находятся в спавшемся состоянии.Ребенок после рождения делает несколько сильных дыхательных движений, легкие расправляются, а сурфактант удерживает их от спадения (коллапса).Недостаток или дефекты сурфактанта вызывают тяжелое заболевание (синдром дыхательного дистресса).Поверхностное натяжение в легких у таких детей высокое, поэтому многие альвеолы находятся в спавшемся состоянии.

    Показатели системы дыхания

    Деятельность системы дыхания характеризуют определенные внешние показатели: частота дыхательных движений и легочные объемы.

    Дыхательным объемом называют объем воздуха, который поступает в легкие при вдохе в состоянии покоя.Дыхательный объем у овец составляет 0,3-0,5 л, у лошадей — 4-6 л.Сверх данного количества животные могут вдохнуть еще определенный объем воздуха, который называется резервным объемом вдоха. После нормального выдоха животные могут выдохнуть приблизительно такое же количество воздуха.Этот объем называется резервным объемом выдоха. Объем воздуха, оставшийся в легких после выдоха резервного объема, называется остаточным объемом. Соответственно этому емкость легких называется общей.

    Количество воздуха, которое животное или человек может максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха, называется жизненной емкостью легких. Она складывается из дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха.Жизненная емкость у лошадей составляет до 26 л, у крупного рогатого скота — 30 л.

    Жизненную емкость легких и дыхательные объемы можно определить с помощью спирометрии.

    Объем воздуха, который остается в легких после спокойного выдоха, называется функциональной остаточной емкостью, или альвеолярным воздухом.Та часть общей емкости, которая вмещает дыхательный объем, называется емкостью вдоха.

    Физиологическое мертвое пространство — воздух, который находится в воздухоносных путях (полости носа, носоглотке, трахее) и не участвует в газообмене.Хотя в воздухоносных путях не происходит газообмена, они необходимы для нормального дыхания, так как в них вдыхаемый воздух увлажняется, согревается, очищается от пыли и микроорганизмов.При раздражении пылевыми частицами и накопившейся слизью рецепторов носоглотки, гортани и трахеи возникает кашель, а при раздражении рецепторов полости носа — чиханье.Кашель и чиханье являются защитными дыхательными рефлексами.

    Частота дыхательных движений или вентиляция легких определяется объемом воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого в единицу времени.Количественной характеристикой легочной вентиляции является минутный объем дыхания — объем воздуха, проходящего через легкие за 1 мин.

    Частота дыхательных движений в 1 мин в покое у лошадей составляет 8- 16, крупного рогатого скота — 10-30, свиней — 8-18.Минутный объем у лошадей достигает 40-60 л, у крупного рогатого скота — 25-30 л.

    При адаптации организма к условиям внешней среды число дыхательных движений может увеличиться в 4-5 раз, дыхательный объем воздуха — в 4-8 раз, минутный объем дыхания — в 10-25 раз.

    Газообмен в легких

    Газообмен в легких между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения осуществляется в результате диффузии 02 из альвеолярного воздуха в кровь и СО2, из крови в альвеолярный воздух.Диффузия происходит вследствие разности парциального давления (давление отдельного газа в смеси газов) этих газов в альвеолярном воздухе и в крови.Парциальное давление 02 в альвеолярном воздухе составляет около 100 мм рт.ст.Напряжение 02 в венозной крови равно 40 мм рт.ст.В результате этой разницы парциального давления 02 из альвеолярного воздуха поступает в кровь.Напряжение СО2, в венозной крови, поступающей к легким, составляет 46 мм рт.ст., а парциальное давление С02 в альвеолярном воздухе — около 40 мм рт.ст.Вследствие этого С02 поступает из крови в альвеолярный воздух до выравнивания его парциального давления в крови и в альвеолярном воздухе.

    Газообмену в легких способствует большая поверхность альвеол и малая толщина легочной мембраны.В течение суток из альвеол в кровь переходит у коровы около 5000 л О2, а из крови в альвеолярный воздух поступает около 4300 л СО2.

    Контакт крови с альвеолярным воздухом происходит за 0,3-0,7 с, и за этот период парциальное давление газа полностью выравнивается.

    Транспорт газов кровью

    В нормальных условиях транспорт кислорода и диоксида углерода кровью осуществляется в растворенном и химически связанном виде.Из общего количества кислорода, который содержится в артериальной крови, только 0,3% его растворено в плазме, а остальное количество находится в химической связи с гемоглобином.Поэтому главное значение имеет транспорт дыхательных газов в связанном с гемоглобином состоянии.

    Транспорт кислорода кровью осуществляется в основном за счет обратимого присоединения молекул 02 к молекуле гемоглобина.Более 90% кислорода крови, выходящей из легких, переносится в виде оксигемоглобина (НЬ02).Одна молекула гемоглобина присоединяет к себе четыре молекулы кислорода; 1 г гемоглобина способен присоединить 1,34 мл кислорода.Максимальное количество кислорода, которое может связать кровь при полном насыщении гемоглобина кислородом, называется кислородной емкостью крови. В нормальных условиях количество кислорода, связанного с гемоглобином, зависит от парциального напряжения кислорода в крови или тканях.При уменьшении парциального напряжения кислорода в среде количество гемоглобина, находящегося в форме оксигемоглобина, уменьшается.Гемоглобин представляет собой белок, состоящий из четырех субъединиц, каждая из которых содержит один гем.Гем — протопорфин, состоящий из четырех пиррольных колец, связанных между собой метиловыми мостиками.В центре гема находится двухвалентное железо.Одна молекула гемоглобина присоединяет к себе четыре молекулы кислорода.

    Сродство гемоглобина к кислороду возрастает при высоком парциальном давлении последнего.Такие условия создаются в легких, где почти весь гемоглобин (98%) насыщается кислородом.Сродство гемоглобина к кислороду снижается при увеличении концентрации СО2 и Н + .Такие условия создаются в тканях, где интенсивно протекают процессы обмена веществ.Оксигемоглобин поэтому быстро диссоциирует, 02 освобождается и поступает в ткани, где его напряжение значительно ниже, чем в артериальной крови (100 мм рт.ст.).В венозной крови напряжение 02 составляет всего 35-45 мм рт.ст.Протекая по тканевым капиллярам, кровь отдает кислород тканям.

    Графическое изображение степени насыщения гемоглобина кислородом, т.е.образование оксигемоглобина, называется кривой диссоциации оксигемоглобина. Она имеет S-образную форму.Кривая диссоциации гемоглобина может сдвигаться вправо при повышении парциального давления СО2 и снижении рН.Это уменьшает сродство гемоглобина к кислороду и улучшает его отдачу в тканях.Сдвиг влево происходит при снижении парциального давления С02 и повышении рН.В этом случае увеличивается сродство гемоглобина к кислороду и ухудшается его отдача в тканях.

    Диоксид углерода в крови транспортируется в трех видах: физически растворенном (2-3%), химически связанном в виде бикарбонатов (80%) и химически связанном с гемоглобином в виде карбгемоглобина (4-5%).

    Когда капиллярная кровь протекает по тканям с высоким парциальным давлением диоксида углерода, последний устремляется в кровь и растворяется в плазме.Диоксид углерода быстро диффундирует из плазмы крови в эритроциты.Соединяясь с водой, он образует слабую угольную кислоту.В плазме крови эта реакция протекает замедленно, а в эритроцитах под влиянием фермента карбоангидразы реакция ускоряется в несколько тысяч раз.Здесь угольная кислота быстро диссоциирует на ионы Н + и НСО3 — , и большая часть НСО 3 — , снова выходит в плазму крови.Основная масса свободных ионов водорода связывается с дезоксигемоглобином.Одновременно дезок — сигемоглобин теряет сродство к ионам калия, поэтому эти ионы освобождаются и идут на образование КНСО3,.Бикарбонат свободно диффундирует через мембрану эритроцита в окружающую плазму в силу разницы концентраций этого аниона.Благодаря избирательной проницаемости мембраны эритроцита диффузия бикарбоната создает трансмембранную разность потенциалов.С учетом того, что в эритроците образуется большое количество анионов НСО 3 — , часть их выходит из эритроцитов в плазму крови, где связывается с ионами натрия, образуя бикарбонат натрия.В обмен на вышедшие анионы НСО 3 — , внутрь эритроцитов проникают анионы хлора.Поэтому эритроциты наывают фабрикой бикарбонатов.В целом же, пройдя через эритроцит, угольная кислота в итоге превращается в бикарбонат натрия в плазме крови и бикарбонат калия в эритроцитах и в таком виде переносится к легким.Одновременно в эритроците небольшая часть С02 образует карбаминовую связь с гемоглобином и в результате переносится внутри эритроцитов в виде карбгемоглобина.В целом в капиллярах легких при низком парциальном давлении и напряжении диоксида углерода происходит процесс, направленный на выделение присоединенного в тканях С0 2.Напряжение С0 2, в клетках может достигать 60 мм рт.ст.В тканевой жидкости оно в среднем составляет 46 мм рт.ст.Диффундируя в направлении более низкого напряжения, С02 переходит из клеток в тканевую жидкость, а далее в кровь и делает ее венозной.

    Дыхание в условиях пониженного и повышенного атмосферного давления

    Дыхание при пониженном атмосферном давлении. При подъеме на высоту животные и человек оказываются в условиях пониженного атмосферного давления.При этом развивается гипоксия (недостаток кислорода в организме) в результате низкого парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.На высоте 5 км барометрическое давление составляет около 60 мм рт.ст.и насыщенность крови кислородом снижается до 80% , что способствует развитию горной болезни.

    На высоте от 2,5 до 5 км повышается вентиляция легких, что вызвано стимуляцией каротидных хеморецепторов.Одновременно происходит повышение артериального давления и увеличение частоты сердечных сокращений.Эти реакции направлены на усиление снабжения тканей кислородом.

    В случае увеличения высоты более 7 км могут наступить опасные для жизни нарушения дыхания, кровообращения и потеря сознания.

    Длительное пребывание или обитание животных и людей в горной местности сопровождается акклиматизацией к кислородному голоданию, которая проявляется в следующем:

  • увеличивается концентрация эритроцитов в крови в результате усиления эритропоэза;
  • повышается содержание гемоглобина в крови и увеличивается ее кислородная емкость;
  • активизируется вентиляция легких;
  • повышается плотность кровеносных капилляров в тканях в результате увеличения их длины и извитости.
  • Дыхание при повышенном атмосферном давлении. При погружении животных и человека под воду возрастает атмосферное давление.Например, на глубине 10 м давление возрастает до 2 атм, на глубине 20 м — до 3 атм.В этом случае парциальное давление газов в альвеолярном воздухе возрастает и в крови растворяется большое количество газов — кислорода, азота.Само пребывание на большой глубине не опасно, но при быстром подъеме и переходе от повышенного давления к обычному растворенные в крови газы вскипают и вызывают газовую эмболию сосудов (кессонная болезнь), что может привести к смерти.Кессонная болезнь характеризуется болями в мышцах, головокружением, одышкой, потерей сознания.При медленном подъеме на поверхность газы постепенно удаляются из организма, что профилактирует развитие кессонной болезни.Особенно важны эти закономерности при проведении водолазных работ.В случае погружения водолазов на большие глубины для дыхания применяют гелиево-кислородные смеси.Водолазы поднимаются с глубины очень медленно, а после подъема проходят постепенную декомпрессию.

    У некоторых животные выработались специальные дыхательные приспособительные реакции, позволяющие им нырять на определенную глубину.К таким животным относятся ластоногие, киты, выдра, калан и многие другие.Например, крупные киты могут погружаться на глубину 100-200 м и находиться под водой в течение 50-60 мин, а морские львы могут нырять на глубину до 750 м.Физиологически это обусловлено тем, что их дыхательный центр малочувствителен к накоплению в организме СО 2 , что позволяет длительно задерживать дыхание и более полно использовать 02, содержащийся в крови и легких.Кроме того, их мышцы богаты миоглобином.Миоглобин — красный железосодержащий белок (специализированная разновидность гемоглобина), находящийся в сердечной и скелетной мышцах и активно переносящий 02.Так, в скелетных мышцах лошадей и человека содержится 4-9 мг миоглобина на 1 г массы мышц, а у морских львов — 55-75 мг/г.

    Дыха́ние — основная форма диссимиляции у человека, животных, растений и многих микроорганизмов.Дыхание — это физиологический процесс, обеспечивающий нормальное течение метаболизма (обмена веществ и энергии) живых организмов и способствующий поддержанию гомеостаза (постоянства внутренней среды), получая из окружающей среды кислород (О2) и отводя в окружающую среду в газообразном состоянии некоторую часть продуктов метаболизма организма (СО2, H2O и другие).

    Под внешним дыханием понимают газообмен между организмом и окружающей средой, включающий поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспорт этих газов внутри организма по системе дыхательных трубочек (трахейнодышащие насекомые) или в системе кровообращения.

    Клеточное дыхание включает биохимические процессы транспортировки белков через клеточные мембраны; а также собственно окисление в митохондриях, приводящее к преобразованию химической энергии пищи.

    У организмов, имеющих большие площади поверхности, контактирующие с внешней средой, дыхание может происходить за счёт диффузии газов непосредственно к клеткам через поры (например, в листьях растений, у полостных животных).При небольшой относительной площади поверхности транспорт газов осуществляется за счёт циркуляции крови (у позвоночных и других) либо в трахеях (у насекомых).

    Содержание

    Дыхание у растений

    Большинство растений в светлое время суток вырабатывают кислород, но в их клетках идёт и обратный процесс: кислород поглощается в процессе дыхания.Ночью в комнате, плотно уставленной растениями, можно наблюдать снижение концентрации кислорода и увеличение концентрации углекислого газа.

    На самом деле, в живых клетках растений процесс дыхания происходит круглосуточно.Просто на свету скорость образования кислорода в результате фотосинтеза обычно превышает скорость его поглощения.Так же как и у животных, клеточное дыхание растений протекает в специальных клеточных митохондриях.

    Общие принципы организации процесса дыхания на молекулярном уровне у растений и животных схожи.Однако в связи с тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни, их метаболизм постоянно должен подстраиваться к изменяющимся внешним условиям, поэтому и их клеточное дыхание имеет некоторые особенности (дополнительные пути окисления, альтернативные ферменты).

    Газообмен с внешней средой осуществляется через устьица чечевичек, трещины в коре (у деревьев).

    Дыхание у человека

    Взрослый человек, находясь в состоянии покоя, совершает в среднем 14 дыхательных движений в минуту [1] .Вместе с тем, частота дыхания может претерпевать значительные колебания (от 10 до 18 за минуту) [1] .У детей частота дыхания составляет 20-30 дыхательных движений в минуту; у грудных детей — 30-40; у новорождённых — 40-60 [1] .

    В течение одного вдоха (в спокойном состоянии) в лёгкие поступает 400—500 мл воздуха.Этот объём воздуха называется дыхательным объёмом (ДО).Такое же количество воздуха поступает из лёгких в атмосферу в течение спокойного выдоха.Максимально глубокий вдох составляет около 2000 мл воздуха.Максимальный выдох также составляет около 2000 мл.

    После максимального выдоха в лёгких остаётся воздух в количестве около 1500 мл, называемый остаточным объёмом лёгких.После спокойного выдоха в лёгких остаётся примерно 3000 мл.Этот объём воздуха называется функциональной остаточной ёмкостью (ФОЁ) лёгких.

    Благодаря ФОЁ в альвеолярном воздухе поддерживается относительно постоянное соотношение содержания кислорода и углекислого газа, так как ФОЁ в несколько раз больше ДО.Только 2/3 ДО достигает альвеол, который называется объёмом альвеолярной вентиляции.

    Взрослый человек (при дыхательном объёме 0,5 литра и частоте 14 дыхательных движений в минуту) пропускает через лёгкие 7 литров воздуха в минуту [1] .В состоянии физической нагрузки минутный объём дыхания может достигать 120 литров в минуту [1] .

    Соотношение вдоха и выдоха по времени 1:2 — 1:3.[источник не указан 663 дня]

    Без дыхания человек обычно может прожить до 5-7 минут, после чего наступают потеря сознания, необратимые изменения в мозге и смерть.

    Дыхание — одна из немногих способностей организма, которая может контролироваться сознательно и неосознанно.При частом и поверхностном дыхании возбудимость нервных центров повышается, а при глубоком — наоборот, снижается.Люди с ослабленной нервной системой дышат на 12 % чаще, чем люди с сильной нервной системой [источник не указан 623 дня] .

    Виды дыхания: глубокое и поверхностное, частое и редкое, верхнее, среднее (грудное) и нижнее (брюшное).

    Особые виды дыхательных движений наблюдаются при икоте и смехе.

    Внешнее дыхание

    Дыхание у человека включает внешнее дыхание и тканевое дыхание.

    Функция внешнего дыхания обеспечивается как дыхательной системой, так и системой кровообращения.Атмосферный воздух попадает в лёгкие из носоглотки (где предварительно очищается от механических примесей, увлажняется и согревается) через гортань и трахеобронхиальное дерево (трахею, главные бронхи, долевые бронхи, сегментарные бронхи, дольковые бронхи, бронхиолы и альвеолярные ходы) попадает в лёгочные альвеолы.Дыхательные бронхиолы, альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки с альвеолами составляют единое альвеолярное дерево, а вышеуказанные структуры отходящие от одной конечной бронхиолы образуют функционально-анатомическую единицу дыхательной паренхимы лёгкого — а́цинус (лат.ácinusгроздь).Смена воздуха обеспечивается дыхательной мускулатурой, осуществляющей вдох (набор воздуха в лёгкие) и выдох (удаление воздуха из лёгких).Через мембрану альвеол осуществляется газообмен между атмосферным воздухом и циркулирующей кровью [2] .Далее кровь, обогащённая кислородом возвращается в сердце, откуда по артериям разносится ко всем органам и тканям организма.По мере удаления от сердца и деления, калибр артерий постепенно уменьшается до артериол и калилляров, через мембрану которых происходит газообмен с тканями и органами.Таким образом, граница между внешним и клеточным дыханием пролегает по клеточной мембране периферических клеток.

    Внешнее дыхание человека включает две стадии:

    1. вентиляция альвеол,
    2. диффузия газов из альвеол в кровь и обратно.

    Вентиляция альвеол осуществляется чередованием вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация).При вдохе в альвеолы поступает атмосферный воздух, а при выдохе из альвеол удаляется воздух, насыщенный углекислым газом.Вдох и выдох осуществляется путём изменения размеров грудной клетки с помощью дыхательных мышц.

    Выделяют два типа дыхания по способу расширения грудной клетки:

    1. грудной тип дыхания (расширение грудной клетки производится путём поднятия рёбер),
    2. брюшной тип дыхания (расширение грудной клетки производится путём уплощения диафрагмы).

    Тип дыхания зависит от двух факторов:

    1. возраст человека (подвижность грудной клетки уменьшается с возрастом),
    2. профессия человека (при физическом труде преобладает брюшной тип дыхания).

    Патология внешнего дыхания

    Основная форма патологии внешнего дыхания — дыхательная недостаточность.В зависимости от характера течения патологического процесса различают острую и хроническую дыхательную недостаточность.Кроме того, выделяют три типа дыхательной недостаточности:

  • обструктивый тип;
  • рестриктивный тип;
  • смешанный тип.
  • Тахипно́э или «дыхание загнанного зверя» — учащённое поверхностное дыхание (ЧД свыше 20 дыхательных движений в минуту).Учащённое дыхание возникает обычно при раздражении дыхательного центра продуктами жизнедеятельности организма (углекислый газ).Наблюдается при анемии, лихорадке, заболеваниях крови.При желании может вызываться усилием воли (гипервентиляция), например, перед предполагаемой задержкой дыхания.При истерии частота дыхательных движений может достигать 60—80 в минуту.

    Брадипно́э — патологическое урежение дыхания — развивается при понижении возбудимости дыхательного центра, либо при угнетении его функции, которое может быть вызвано повышением внутричерепного давления (опухоль головного мозга, менингит, кровоизлияние в мозг, отёк мозга) или воздествием на дыхательный центр накопившихся в значительных количествах в крови токсических продуктов метаболизма (уремия, печёночная или диабетическая кома, некоторые острые инфекционные заболевания и отравления) [3] .

    Апно́э (др.-греч.ἄπνοια , дословно «безветрие»; отсутствие дыхания) — отсутствие или остановка дыхательных движений.Патологический процесс, связанный с патологией дыхательной мускулатуры, например, отравление ядом, действующим подобно кураре либо параличом дыхательного центра, например, в результате отёка мозга или черепно-мозговой травмы.Отдельно выделяют синдром обструктивного апноэ сна [4] , вызываемый провисанием верхних дыхательных путей.Этот вид апноэ обычно встречается у людей, которые храпят во сне и является плохим прогностическим признаком в плане риска развития острой сердечно-сосудистой недостаточности.

    Так называемое рефлекторное или «ложное апноэ» иногда наступает при сильном раздражении кожи (например, при погружении тела в холодную воду).Апноэ (как патологическое состояние) также следует отличать от искусственно вызванной задержки дыхания (например при погружении в жидкость) — в результате развившегося кислородного голодания (на фоне прекращения поступления кислорода из атмосферного воздуха в альвеолы) происходит отключение коры головного мозга (потеря сознания или прекращение процессов высшей нервной деятельности) после чего подкорковые и стволовые структуры (дыхательный центр) дают команду на вдох.Если при этом атмосферный воздух проникает в лёгкие, то по мере достижения кислородом тканей и органов (в том числе и ЦНС) происходит спонтанное восстановление сознания.Если тело находится в жидкой среде, то происходит проникновение жидкости в дыхательные пути и развивается утопление (обычное или «сухое», связанное с ларингоспазмом).

    Одышка или диспно́э — нарушение частоты и глубины дыхания, сопровождающееся ощущением нехватки воздуха.В случае патологических изменений сердечной мышцы одышка поначалу появляется при физической нагрузке, а затем возникает и в покое, особенно в горизонтальном положении (в связи с увеличением венозного возврата крови к сердцу), заставляя пациента принимать вынужденное положение сидя, способствующее депонированию венозной крови системы нижней полой вены в ногах (ортопное).Приступы резкой одышки (чаще ночные) при заболеваниях сердца — проявление сердечной астмы: одышка в этих случаях инспираторная (затруднён вдох).Экспираторная одышка (затруднён выдох) возникает при сужении просвета мелких бронхов и бронхиол (например, при бронхиальной астме) или при потере эластичности лёгочной ткани (например, при развитии хронической эмфиземе лёгких).«Мозговая» одышка возникает при непосредственном раздражении дыхательного центра (опухоли, кровоизлияния и другие этиологические факторы).

    Патологические типы внешнего дыхания:

  • периодическое дыхание по типу Чейна — Стокса — дыхание, при котором поверхностные и редкие дыхательные движения постепенно учащаются и углубляются и, достигнув максимума на пятый — седьмой вдох, вновь ослабляются и урежаются, после чего наступает пауза.Затем цикл дыхания повторяется в той же последовательности и переходит в очередную дыхательную паузу.Название дано по именам медиков Джона Чейна и Уильяма Стокса, в чьих работах начала XIX века этот симптом был впервые описан.Механизм патологического дыхания Чейна — Стокса объясняется снижением чувствительности дыхательного центра к СО2: во время фазы апноэ снижается парциальное напряжение кислорода в артериальной крови (РаО2) и нарастает парциальное напряжение углекислого газа (гиперкапния), что приводит к возбуждению дыхательного центра, и вызывает фазу гипервентиляции и гипокапнии (снижение PaCO2).Дыхание Чейна — Стокса встречается в норме у детей младшего возраста, иногда у взрослых во время сна; патологическое дыхание Чейна — Стокса может быть обусловлено черепно-мозговой травмой, гидроцефалией, интоксикацией, выраженным атеросклерозом сосудов головного мозга, при сердечной недостаточности (за счёт увеличения времени кровотока от лёгких к мозгу).
  • большое и шумноедыха́ние Куссма́уля — глубокое, редкое, шумное дыхание [5] , является одной из форм проявления гипервентиляции, часто ассоциируется с тяжёлым метаболическим ацидозом, в частности, диабетическим кетоацидозом, ацетонемическим синдромом (недиабетическим кетоацидозом) и терминальной стадии почечной недостаточности.Данный тип патологического дыхания носит имя Адольфа Куссмауля — немецкого врача, опубликовавшего своё исследование в 1874 году[6] и описавшего появление этого типа дыхания как знак комы и неминуемой смерти лиц с сахарным диабетом.В настоящее время в научной литературе упоминается как симптом Куссмауля — глубокое шумное ритмичное дыхание пациента, находящегося в бессознательном состоянии, вызываемое раздражением дыхательного центра ацетоуксусной и бета-оксимасляной кислотами.Указывает на наличие метаболического ацидоза [7] .
  • Основные типы нарушений внешнего дыхания:

  • альвеолярная гиповентиляция,
  • альвеолярная гипервентиляция,
  • нарушения лёгочной перфузии,
  • нарушения вентиляционно-перфузионных отношений,
  • нарушения диффузии.
  • Часто наблюдается сочетание типов нарушений.

    Альвеолярная гиповентиляция

    Альвеолярная гиповентиляция характеризуется недостаточной альвеолярной вентиляцией, в результате чего в кровь поступает меньше кислорода и обычно происходит недостаточный вывод из крови углекислого газа.Гиповентиляция приводит к снижению количества кислорода в крови (гипоксемия) и к увеличению количества углекислого газа в крови (гиперкапния).

    Причины альвеолярной гиповентиляции:

  • нарушения проходимости дыхательных путей,
  • уменьшение дыхательной поверхности лёгких,
  • нарушение расправления и спадения альвеол,
  • патологические изменения грудной клетки,
  • механические препятствия экскурсиям грудной клетки,
  • расстройства деятельности дыхательной мускулатуры,
  • расстройства центральной регуляции дыхания.
  • Нарушения проходимости дыхательных путей:

  • спазм мелких бронхов (обструктивный бронхит, бронхиальная астма),
  • западение языка,
  • попадание в трахею или бронхи пищи, рвотных масс, инородных тел,
  • закупорка дыхательных путей новорождённых слизью, мокротой или меконием,
  • воспаление или отёк гортани,
  • обтурация или компрессия опухолью или абсцессом.
  • Тканевое дыхание

    Тканево́е или кле́точное дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в процессе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды.Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений (молекул аденозинтрифосфорной кислоты и других макроэргов) и может быть использована организмом по мере необходимости.Входит в группу процессов катаболизма.На клеточном уровне рассматривают два основных вида дыхания: аэробное (с участием окислителя-кислорода) и анаэробное.При этом, физиологические процессы транспортировки к клеткам многоклеточных организмов кислорода и удалению из них углекислого газа рассматриваются как функция внешнего дыхания.

    Аэро́бное дыха́ние.В цикле Кребса основное количество молекул АТФ вырабатывается по способу окислительного фосфорилирования на последней стадии клеточного дыхания: в электронтранспортной цепи.Здесь происходит окисление НАД∙Н и ФАДН2, восстановленных в процессах гликолиза, β-окисления, цикла Кребса и т.д.Энергия, выделяющаяся в ходе этих реакций, благодаря цепи переносчиков электронов, локализованной во внутренней мембране митохондрий (у прокариот — в цитоплазматической мембране), трансформируется в трансмембранный протонный потенциал.Фермент АТФ-синтаза использует этот градиент для синтеза АТФ, преобразуя его энергию в энергию химических связей.Подсчитано, что молекула НАД∙Н может дать в ходе этого процесса 2,5 молекулы АТФ, ФАДН2 — 1,5 молекулы.Конечным акцептором электрона в дыхательной цепи аэробов является кислород.

    Анаэро́бное дыха́ние — биохимический процесс окисления органических субстратов или молекулярного водорода с использованием в дыхательной ЭТЦ в качестве конечного акцептора электронов вместо O2 других окислителей неорганической или органической природы.Как и в случае аэробного дыхания, выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ.

    Дыхание и физические нагрузки

    При физических нагрузках дыхание, как правило, усиливается.Обмен веществ ускоряется, мышцам требуется больше кислорода.

    Рейтинг автора
    Автор статьи
    Алиса Синдеева
    Написано статей
    398
    Ссылка на основную публикацию