Как работает дыхательная система? Просто о сложном
Эволюционно сложилось так, что для жизнедеятельности человека необходим кислород. Как доставить его к органам и тканям? Сегодня говорим о дыхательной системе и особенностях её функционирования.
Как всё устроено?
Дыхательная система представлена целым рядом анатомических образований. Классификационно их подразделяют на дыхательные пути (верхние и нижние) и дыхательные органы. Верхние дыхательные пути — это полость носа, носовая и ротовая часть глотки. Нижние — гортань, трахея и бронхи. К дыхательным органам относят легкие. В обиходе и по факту, говоря об органах дыхания человека, могут подразумеваться отдельные анатомические образования и дыхательных путей. Например, гортань, трахея — это не только часть нижних дыхательных путей, но и самостоятельные органы.
Воздух попадает в легкие не сам по себе, туда его необходимо «втянуть», что и происходит в процессе вдоха. В этом участвуют диафрагма, наружные межреберные и межхрящевые мышцы. Во время вдоха диафрагма несколько уплощается, грудная клетка расширяется, что обеспечивается поступательное движение воздуха в дыхательные пути и легкие.
Пройдя весь путь от ноздрей до конечных разветвлений бронхиального дерева, воздух попадает в замкнутые «пузырьки» — альвеолы. Они и составляют основную функциональную часть легких.
Читайте по теме: Дышите легко и чисто! Вся правда о бронхитах
Но как кислороду дойти до конечных целей — органов? Снаружи альвеола покрыта сетью мелких кровеносных сосудов, по которым непрерывно течет кровь. Одна из разновидностей клеток крови — эритроциты, заполненные веществом гемоглобином. Именно он и осуществляет перенос газов в организме.
Кислород из альвеолярного воздуха «просачивается» в кровь, где «захватывается» гемоглобином. При этом в альвеолу поступает углекислый газ — продукт жизнедеятельности клеток. Обогатившиеся кислородом эритроциты разносят его по организму, а углекислый газ выделяется во внешнюю среду путем выдоха. В отличие от вдоха — всегда активного процесса — выдох пассивен, но при необходимости может быть и активным. В активном выдохе также участвуют мышцы — внутренние межреберные и мышцы брюшной стенки.
Определенную роль в процессе дыхания играет отрицательное внутриплевральное давление.
Процесс дыхания человека сложен и регулируется различными способами. Рассмотрим некоторые из них.
За дыхание отвечает дыхательный центр — скопление нервных клеток в продолговатом мозге.
Читайте по теме: Что поможет от кашля: барсучий жир или горчица в носках? Лечим детей правильно
Поток нервных импульсов идет к мышцам, отвечающим за вдох, задавая им определенный размах движений. У дыхательного центра имеется автоматия: приблизительно раз в четыре секунды здесь возникает возбуждение, стимулирующее мышцы, обеспечивающие вдох. Затем оно сменяется торможением, мышцы вдоха расслабляются — происходит выдох. Ритмичная смена этих состояний — врожденное свойство.
Частота и глубина дыхания зависит от интенсивности процессов окисления, происходящих в организме. Физическая нагрузка приводит к увеличению поглощения кислорода и повышению концентрации в тканях и крови углекислого газа. Последний через кровь активирует работу дыхательного центра, и, как следствие, усиливается сокращение дыхательных мышц. Это позволяет быстрее удалить избыток углекислого газа и восполнить недостаток кислорода.
Не на пользу телу: что вредит нашей дыхательной системе?
Человек сформировался в условиях с определенным содержанием кислорода. Однако для оптимального процесса дыхания необходимо не только само его наличие, но и определенные характеристики вдыхаемого воздуха. Их обеспечивают наши дыхательные пути, поэтому к легким — в норме — поступает очищенный, увлажненный и согретый воздух.
На любой из этих параметров могут воздействовать изменения окружающей среды.
Чистота. Пыль различного происхождения, выхлопные газы автомобилей, выбросы вредных веществ в атмосферу, табачный дым, шерсть животных, пыльца растений… Список можно было бы продолжить.
Увлажненность. Наверняка многим знакомо чувство сухости и першения в горле в помещениях в зимнее время года, особенно поутру. Причина до банальности проста: отопление в квартирах и домах пересушивает воздух, который затем сушит слизистые оболочки дыхательных путей. В результате повышается восприимчивость их к инфекции.
Читайте материал по теме: Чем отличаются ОРВИ и ОРЗ?
Низкая температура. Дышать через нос, а не через рот, советуют не просто так: помимо очищения и увлажнения, слизистая носовой полости согревает проходящий транзитом воздух.
Среди других факторов, способных нанести вред нашим органам дыхания — многочисленные инфекции. ОРВИ, бактерии, грибки — все эти представители микромира способны вызывать различные заболевания.
Когда дышать тяжело. Что говорит статистика?
Пневмония, острый ларингит, трахеит и бронхит. По данным министерства здравоохранения РФ наиболее распространенные заболевания среди взрослых связаны с дыхательной системой.
Сохраняют актуальность бронхиальная астма, хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), рак и туберкулез легких.
Читать материал по теме: Что такое хроническая обструктивная болезнь легких?
А над нами — километры воды, а над нами бьют хвостами киты…
Сколько воздуха в день вдыхает человек?
Давайте посчитаем. В норме в покое объем воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого взрослым человеком при одном дыхательном цикле, составляет 500 мл, а частота дыхания у него — от 16 до 20 (во время сна — до 12). Таким образом, в покое в минуту человек вдыхает от 8 литров воздуха, а в течение суток — около 11 500 литров (с поправками на частоту дыхания во время сна — соответственно меньше).
Сколько человек может не дышать?
Ответ на этот вопрос зависит от многих факторов. Находится ли человек в покое или двигается? Какова температура окружающей среды? И т.д.
Итак, сколько может не дышать человек? Диапазон колебаний составляет от менее чем 1 минуты до нескольких минут. Один из мировых рекордов принадлежит датскому ныряльщику Стигу Северинсену — 22 минуты. Правда, перед своей попыткой он почти 20 минут активно дышал чистым кислородом. Ткани организма обогатились этим газом и одновременно снизилось содержание углекислоты.
Критичен не только дефицит кислорода, но и избыток углекислого газа. При невозможности организма избавиться от углекислоты через легкие, начинает увеличиваться ее содержание в крови. Возможно нарушение ориентации, спазмы в мышцах, учащенное сердцебиение, потеря сознания и смерть.
Что будет, если часто задерживать дыхание?
Исходя из описанного выше, в зависимости от частоты и длительности задержек в организме может постепенно накапливаться углекислый газ. При выходе его за границы нормы и сравнительно длительном сохранении этого состояния возможны пагубные влияния на здоровье.
Обычно после ощутимой задержки дыхания и закономерном повышении уровня углекислоты отмечается углубление дыхания: организм удаляет ее избыток и стремится получить кислород.
Лечебное дыхание
На пользу стройности
Существуют методики для похудения, основанные на различных способах дыхания — например бодифлекс, оксисайз.
Можно ли похудеть, употребляя супы? Рассказывает врач-терапевт и диетолог «Клиника Эксперт Ставрополь» Мальцева Валентина Сергеевна
Один из примеров — дыхание по типу «брюшного» дыхания, т.е. при вдохе живот выпячивается, при выдохе — втягивается.
Мнения ученых по поводу снижения веса с помощью только дыхательных упражнения противоречивы. Кроме того, необходимо помнить, что слишком глубокие вдохи и выдохи могут нарушить равновесие между кислородом и углекислым газом. Это может вызвать головокружение, а у кого-то и обморок.
Поэтому перед началом такой практики необходимо посоветоваться с врачом, в том числе и особенно если имеются какие-то проблемы со здоровьем.
Вдох, выдох, покой
Взволнованы? Понервничали? «Нужно сделать глубокий вдох и успокоиться». Знакомая мысль? А может кто-то давал вам такой совет.
Как оказалось, эта техника не только «работает», но и имеет под собой материальную основу. Ученым удалось установить (правда, пока на мышах), что в головном мозге имеются нервные клетки, связанные как с областями, регулирующими дыхание, так и анализирующими психологическое состояние.
Схема работает примерно так. Когда организм эмоционально возбуждается, обнаруженные клетки передают сигналы на нейроны, учащающие дыхание. Однако, как оказалось, работает система и в обратном направлении. Иными словами, если начать дышать чаще, то мозг может возбуждаться. Отсюда напрашивается вывод, почему глубокое замедленное дыхание может успокаивать.
Как дышать, чтобы быстро уснуть?
Существует методика, основанная на практиках йогов. Разработал ее доктор Эндрю Уейл (Andrew Weil). Техника называется «4-7-8» и выполняется следующим образом:
— поместите кончик языка на слизистую оболочку сразу за верхними передними зубами (с внутренней стороны) и держите его там на протяжении всего упражнения;
— полностью выдохните через рот со свистящим звуком;
— закройте рот и спокойно вдохните через нос, досчитав про себя до четырех;
— задержите дыхание, посчитав мысленно до семи;
— полностью выдохните через рот, издавая свистящий звук, посчитав до восьми.
Это одно дыхание. Теперь повторите цикл еще три раза.
Если вам сложно задерживать дыхание, вы можете ускорить упражнение, но придерживайтесь соотношения 4:7:8 для трех фаз. Выполняйте упражнение дважды в день.
Материал по теме: Бессонница — это болезнь или нет?
Метод относится к альтернативным методам лечения и, возможно, не проверялся с точки зрения принципов доказательной медицины.
Сохраняем здоровье
Как же сохранить здоровье дыхательной системы? С учетом неблагоприятных факторов, которые могут влиять на ее состояние, целесообразны достаточная физическая активность — в идеале на свежем воздухе; регулярное проветривание помещений; увлажнение воздуха; избавление от вредных привычек (курение); использование во время работы, связанной с профессиональными вредностями, индивидуальных средств защиты (маски, респираторы).
Важна профилактика респираторных инфекций, а также своевременное лечение любых заболеваний органов дыхания.
Необходимо обязательно проходить плановые диспансеризации и профосмотры с выполнением флюорографии с частотой, предусмотренной ими.
Текст: Энвер Алиев
Другие материалы по теме:
Опасен ли рентген легких?
Пневмония: симптомы, диагностика и лечение
Как помочь детям и взрослым с бронхиальной астмой?
Как работают легкие – дыхательная система человека
Наше тело не может существовать без кислорода. Кислород из воздуха поглощается легкими, которые работают словно большие мехи конусовидной формы. Затем кислород попадает в кровь и разносится по всему организму. Кровь тогда насыщается углекислым газом, который выводится через легкие. И цикл возобновляется.
Легкие — это рыхлый губчатый орган. Состоят они из двух частей: левого и правого легкого. Они заполняют грудную полость и накрывают сверху сердце.
Мы уже говорили, что каждую клетку тела можно сравнить с электростанцией. Чтобы поддерживать жизнь, она должна постоянно вырабатывать энергию. Для этого она окисляет (сжигает) водород. В результате образуется вода, а выделившаяся энергия накапливается в молекулах АТФ. Одновременно клетка разлагает углеродный каркас молекул питательных веществ, и остается углекислый газ. Это значит, что клеткам нужно потреблять кислород и выделять углекислый газ. С обеими задачами справляется кровь. Она снабжает клетки тканей кислородом и забирает у них углекислый газ.
Воздух устремляется в легкие и выходит из них по разветвленной системе сосудов. Основу ее Бронхи образует канал толщиной с палец — трахея, или дыхательное горло, которому не дают сомкнуться хрящевые кольца. Оттуда по более узким ветвям — бронхам — воздух поступает в доли легкого. Правое легкое состоит из трех долей, левое — только из двух.
Легкие похожи на виноградную кисть с веточками — бронхами и бронхиолами и ягодами — альвеолами, 400 млн. крохотных воздушных мешочков. Воздух то проникает в альвеолы, то выходит из них. Если рассмотреть под микроскопом срез ткани легкого, то видно, что стенки альвеол похожи на сетку с очень мелкими ячейками.
1. Трахея; 2. Бронхи; 3. Бронхиолы
Циркулируя по телу, кровь освобождается от углекислого газа и заново насыщается кислородом. Происходит это в легких. Легкие — это орган, состоящий из двух частей: левого и правого легкого. Когда мы дышим, воздух, пройдя через носовые ходы и очистившись от пыли и бактерий, поступает в глотку, гортань, а затем вдыхательное горло, или трахею, длиной примерно 15 см. На уровне 4 — 5-го грудных позвонков трахея делится на два бронха. Каждый входит в легкое и ветвится на мелкие бронхи, а они разветвляются на тонкие, 0,5 мм в диаметре, бронхиолы. Каждая оканчивается воздушными пузырьками, или альвеолами. Общая площадь поверхности легочных пузырьков составляет около 100 кв. м. Вся она плотно опутана капиллярами. Здесь, в легочных пузырьках, лишь тончайшая стенка отделяет текущую по капиллярам кровь от воздуха. Сквозь эти стенки гемоглобин красных кровяных телец насыщается кислородом. Одновременно кровь очищается от углекислого газа — его увлекает поток выдыхаемого воздуха.
Детальное строение легких
Легкие расположены по обе стороны от сердца и окружены ребрами. Поднимающиеся и опускающиеся движения ребер позволяют легким наполняться воздухом и опустошаться
Литры воздуха
При каждом вдохе в легкие попадает от 0,4 до 0,7 л воздуха. После выбрасывания воздуха обратно в бронхах остается 1 — 2 литра резервного кислорода. У мужчины обычный дыхательный объем составляет 3,5 — 4,5 литров воздуха; у женщины — 2,7 -3,5 литров, а у профессионального спортсмена — 5 — 7 литров!
Чрезмерное употребление табака значительно ограничивает дыхательный объем легких человека, и что еще серьезнее — может вызвать эмфизему (постоянное патологическое расширение альвеол) или рак легких. Загрязнение воздуха вредными газами, выбрасываемыми трубами заводов или транспортом, способствует возникновению расстройств дыхательной системы.
Кислород жизненно необходим нашим клеткам
В кислороде нуждаются не только легкие. Он необходим также и клеткам нашего тела: соединяясь с сахарами, которые мы потребляем, он вызывает химическую реакцию, высвобождающую энергию. Без этой энергии наши клетки не смогли бы выжить.
Основные дыхательные пути
- Нос: волоски на стенках ноздрей препятствуют проникновению в носовой проход частичек пыли, но пропускают воздух
- Глотка: верхний отдел этой полости пропускает воздух; через нижние ее части проходят жидкости и пища.
- Гортань: находящиеся в ней голосовые связки открываются, пропуская воздух, но закрываются для извлечения звука
- Трахея: широкая трубка, соединяющая гортань с бронхами
- Бронхи: расположены внутри легких и похожи на деревья из-за ответвлений тысяч мелких бронхиол
Воздухоносные пути
Воздухоносные пути — система полостей, по которым воздух перемещается из внешней среды в легкие. В самих воздухоносных путях газообмена не происходит: он идет только в легких. К воздухоносным путям относятся: носовая полость, глотка, гортань, трахея и бронхи. Мы изучим их строение и функции в данной статье.
Носовая полость
Начало дыхательного тракта, воздушный канал, в котором располагаются органы обоняния. Во время вдоха воздух поступает в носовую полость через ноздри — парные передние отверстия, пройдя через носовые ходы, выходит в полость глотки (носоглотку) через хоаны.
Полость носа покрывает мерцательный эпителий с ресничками, которые способствуют очищению воздуха от пылевых частиц. Во вдыхаемом воздухе присутствует большое количество микробов, поэтому в носовой полости постоянно идет их обезвреживание за счет лейкоцитов, которые мигрируют из капилляров в полость носа, где фагоцитируют бактерии.
В верхней части носовой полости расположен орган обоняния, с помощью которого человек различает запахи. Стенки полости носа оплетены густой сетью капилляров, благодаря которым поступающий воздух согревается. Выделяемая в носовой полости слизь способствует увлажнению воздуха.
В результате увлажненный, согретый и очищенный воздух через хоаны движется в глотку и достигает гортани.
Гортань
Гортань представляет собой не только воздухоносный путь, но и голосовой аппарат. Стенка гортани образована хрящами: спереди — надгортанник, щитовидный и перстневидный хрящи, сзади располагаются остальные 3 пары хрящей.
В гортани находятся голосовые связки, состоящие из эластических волокон соединительной ткани. Голосовая щель находится между связками, при колебании которых во время выдоха и возникает звук.
В ходе привычного дыхания (при молчании) голосовая щель широкая, треугольной формы. При разговоре голосовая щель сужается, и голосовые связки начинают колебаться. Такие изменения связаны с работой мышц гортани, которые, сокращаясь, меняют положение хрящей, в результате меняется положение голосовых связок и ширина голосовой щели.
В формировании членораздельной речи участвует не только гортань, а также щеки, губы, язык, мягкое небо и околоносовые пазухи. В период полового созревания под влиянием гормонов у мужчин утолщаются голосовые связки, что приводит к понижению тембра голоса: голос меняется (мутирует — от лат. mutatio — изменение).
В период полового созревания у мальчиков появляется выступ на передней части шеи — кадык. Это происходит из-за утолщения щитовидного хряща, которое обусловлено действием половых гормонов.
Обращаю ваше особое внимание на надгортанник, который закрывает вход в гортань во время глотания. Если бы этого не происходило, то частицы пищи попадали бы в дыхательную систему, вызывая сильный кашель. Каждый из нас, вероятно, во время разговора за приемом пищи ощущал оплошность такой беседы, начинал поперхиваться, кашлять.
Теперь вы понимаете, что бессмысленно винить в произошедшем надгортанник. Он может быть в двух положениях: либо закрыть вход в гортань (когда мы едим), либо открыть (во время разговора). Если мы хотим всего и сразу, то надгортанник здесь ответственность не несет! 
Трахея
Ниже гортани располагается трахея — трубка длиной 15-20 см, состоящая из хрящевых полуколец. Сзади к трахее прилежит пищевод. Слизистая оболочка трахеи выполняет защитную функцию за счет наличия лимфоидной ткани, а слизь, покрывающая стенки трахеи, увлажняет проходящий в ней воздух.
Мерцательный эпителий покрывает стенку трахеи и выполняет ту же функцию, что и в носовой полости: очищает воздух от пылевых частиц. Биением ресничек эти инородные частицы направляются обратно, к выходу из дыхательных путей.
Трахея делится на два главных бронха: правый и левый, направляющиеся к одноименным легким.
Бронхи
Правый и левый главные бронхи входят в соответствующие легкие, где многократно ветвятся. Анатомически правый бронх короче и шире левого, поэтому инородные тела с большей вероятностью попадают в правый бронх. Стенка бронхов напоминает стенку трахеи: она содержит хрящевые полукольца, которые не дают бронхам спадаться.
Главные бронхи делятся на долевые, которые делятся на сегментарные, сегментарные делятся на мелкие бронхиолы еще 10-15 раз. В результате образуется разветвленное бронхиальное дерево.
Ветвятся бронхи много раз, но, само собой, в какой-то момент ветвление прекращается. Бронхи заканчиваются конечными респираторными бронхиолами, стенки которых лишены хрящей. С этих респираторных бронхиол и начинается структурно-функциональная единица легкого — ацинус.
От респираторных бронхиол начинаются альвеолярные ходы с мешочками, на стенках которых и расположены альвеолы. Альвеола (от лат. alveolus — ячейка) — структура в виде пузырька, составляющая респираторные отделы в легком и участвующая в дыхании. Всего в легких насчитывается около 300 млн. альвеол, а их общая поверхность достигает 140 м2 — примерно в 70 раз больше площади тела человека.
Почти всю поверхность альвеол занимают альвеолоциты I порядка (1-ого типа) — респираторные альвеолоциты. Именно через их мембрану происходит газообмен между альвеолярным воздухом и кровью.
Альвеолоциты II порядка (2-ого типа) секретируют сурфактант — поверхностно-активное вещество, необходимое для нормальной функции альвеол. Сурфактант препятствует спадению альвеол и их пересыханию, кроме того сурфактант участвует в образовании аэрогематического барьера.
Заболевания
Ларингит (от др.-греч. λάρυγξ — гортань) — воспаление слизистых оболочек гортани и голосовых связок.
Хронический ларингит — болезнь учителей, дикторов, певцов — развивается у тех, кто по роду своей деятельности вынужден длительно перенапрягать голосовые связки. Сопровождается першением в горле, кашлем, голос может ослабевать вплоть до полного исчезновения, иногда бывает затруднено дыхание.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
- З.С. Смирнова, Л.М. Борисова, М.П. Киселева и др. Противоопухолевая эффективность прототипа лекарственной формы соединения ЛХС-1208 для внутривенного введения // Российский биотерапевтический журнал. 2012. № 2. С. 49.
- Wunderlich, «Geschichte der Medicin» (Штуттгардт, 1958).
- Bangun H., Aulia F., Arianto A., Nainggolan M. Preparation of mucoadhesive gastroretentive drug delivery system of alginate beads containing turmeric extract and anti-gastric ulcer activity. Asian Journal of Pharmaceutical and Clinical Research. 2019; 12(1):316–320. DOI: 10.22159/ajpcr.2019.v12i1.29715.
- https://www.mrtexpert.ru/articles/585.
- https://www.what-this.ru/people/lungs_work/.
- https://studarium.ru/article/89.
- Baas, «Geschichte d. Medicin».
