Газообмен в легких и тканях

Человек дышит атмосферным воздухом, в котором содержится 20,9% кислорода и 0,03% диоксида углерода; выдыхаемый воздух содержит 16,3% кислорода и 4% диоксида углерода. В основе газообмена лежит разность концентрации газов в альвеолах и капиллярах. В легких кислород из альвеол путем диффузии (по градиенту концентрации) переходит в кровь, а диоксид углерода — из крови через стенки альвеол в их просвет. Общая толщина стенки альвеол и кровеносных капилляров составляет около 0,4 мкм. Скорость диффузии диоксида углерода в 25 раз больше, чем кислорода, поэтому, несмотря на небольшую разность концентрации диоксида углерода в альвеолярном воздухе и легочных капиллярах, он успевает диффундировать. Кислород и диоксид углерода в небольшом количестве растворяются в плазме крови. В основном они переносятся в химически связанном виде. Главный переносчик кислорода — гемоглобин крови, каждый грамм которого связывает 1,34 см3 кислорода, образуя оксигемоглобин. Диоксид углерода переносится кровью в основном в виде химических соединений — бикарбонатов натрия и калия, а также в связанном с гемоглобином состоянии (карбгемоглобин).

Насыщенная кислородом кровь поступает в органы и ткани. Газообмен в тканях происходит по тому же принципу, что и в легких: из капилляров кислород поступает в тканевую жидкость (благодаря разности концентраций), затем в клетки и вступает в реакции окисления (внутреннее дыхание). По тем же законам диоксид углерода из клеток через тканевую жидкость поступает в капилляры, затем в вены.

Газообмен в тканях
Газообмен в тканях:
1 — Прекапиллярный сфинктер, 2 — Артериоли, 3 — Поток крови, 4,5 — Артерия и вена, 6 — Каппиляры

Дыхательные движения

Газообмен в легких происходит в результате ритмичных дыхательных движений — вдоха и выдоха, непрерывно следующих один за другим. У взрослого человека 16 — 18 дыхательных движений в минуту. Легкие не содержат мышечной ткани, и дыхательные движения совершаются с помощью межреберных, грудных мышц и диафрагмы. При вдохе происходит увеличение объема грудной полости за счет поднятия ребер и опускания диафрагмы. Ребра при этом принимают более горизонтальное положение благодаря сокращению наружных межреберных мышц. Передними концами ребра отодвигают грудину вперед, что сопровождается увеличением объема грудной полости. Опускание диафрагмы происходит за счет сокращения мышечных волокон и ее уплощения, что дополнительно увеличивает объем грудной полости. Вследствие того что в плевральной полости давление отрицательное, одновременно с увеличением объема грудной клетки расширяются и легкие. Давление в них становится ниже атмосферного, и воздух по воздухоносным путям устремляется внутрь. Происходит вдох.

При выдохе объем грудной клетки и легких уменьшается вследствие расслабления наружных межреберных мышц, опускания ребер и подъема купола диафрагмы. Давление в альвеолах возрастает, и воздух выходит по дыхательным путям из легких. В состоянии покоя выдох осуществляется пассивно, без помощи мышц туловища. В ускоренном, глубоком выдохе также участвуют внутренние межреберные, грудные мышцы и мышцы живота.

Понятие жизненной емкости легких

При обычном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 мл воздуха, что составляет дыхательный объем. После спокойного вдоха человек может еще вдохнуть примерно 1000 — 3000 мл воздуха (резервный объем вдоха). После спокойного выдоха человек может выдохнуть еще около 1000 мл (резервный объем выдоха). Максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после самого глубокого вдоха, называется жизненной емкостью легких (дыхательный объем + резервный объем вдоха + резервный объем выдоха). Этот показатель колеблется от 3500 до 4800 мл у мужчин и от 3000 до 3500 мл у женщин. У физически тренированных лиц он может составлять 6000 — 7000 мл. Жизненную емкость легких определяют с помощью прибора спирометра. После максимального выдоха в легких остается еще 1000 — 1500 мл остаточного воздуха, поэтому легкие полностью не спадаются и находятся в расправленном виде. Воздух дыхательных путей заполняет так называемое мертвое пространство. Его объем равен примерно 140 мл.

Понятие о нервной и гуморальной регуляции дыхания

Нервная регуляция дыхания осуществляется дыхательным центром, расположенным в продолговатом мозге. Он координирует ритмическую деятельность дыхательных мышц (сокращение и расслабление), вызывая поочередно вдох и выдох. При поражениях дыхательного центра происходит расстройство дыхательных движений. Автоматия дыхательного центра обусловлена импульсами от нервных окончаний легких, сосудов, мышц. Можно управлять дыхательными движениями, так как импульсы из коры переднего мозга могут ускорять или замедлять дыхание.

При вдохе за счет растяжения легких в рецепторах стенок альвеол возникает возбуждение, которое передается в дыхательный центр. В дыхательном центре тормозится центр вдоха и происходит возбуждение центра выдоха. Результатом этого является расслабление дыхательных мышц, опускание ребер, уменьшение объема грудной клетки: происходит выдох. Спадение легких во время выдоха сопровождается возбуждением других легочных рецепторов, импульсы от которых возбуждают центр вдоха дыхательного центра, происходит вдох. Следовательно, вдох рефлекторно вызывает выдох, а выдох стимулирует вдох. Гуморальная регуляция связана с повышением концентрации СО2 в крови. Увеличение содержания диоксида углерода непосредственно повышает возбудимость дыхательного центра.