Процесс дыхания. Анатомия и физиология органов дыхания

К органам дыхания относятся носовая полость, гортань, трахея, бронхи и легкие.

В дыхательной системе выделяют воздухоносные пути (носовая полость, гортань, трахея, бронхи) и дыхательную часть, представленную дыхательной паренхимой легких, где происходит газообмен между воздухом, содержавшимся в альвеолах легких, и кровью.

Дыхательная система развивается как вырост вентральной стеки передней кишки. Эта связь сохраняется в окончательной стадии развития: верхнее отверстие гортани открывается в глотку. Таким образом, воздух проходит к гортани через полость носа или рта и глотку. В связи с этим полость носа и носовую часть глотки (носоглотку) объединяют под названием верхние дыхательные пути.

Характерными особенностями строения дыхательных путей является наличие хрящевого остова в их стенках, в результате чего стенки дыхательной трубки не спадаются, и наличие мерцательного эпителия на слизистой оболочке дыхательных путей, ворсинки которого, колеблясь против движения воздуха, гонят наружу вместе со слизью инородные частицы, загрязняющие воздух.

Функции органов дыхания:

1. Обеспечивают газообмен между воздухом и кровью путем диффузии О2 и СО2 через стенки легочных альвеол в кровеносные капилляры.

2. Участвуют в звукообразовании.

3. Определяют запахи.

4. Вырабатывают некоторые гормоноподобные вещества.

5. Поддерживает иммунитет организма.

6. Участвует в липидном и водно-солевом обмене.

7. Воздухоносные пути участвуют в очищении, согревании, увлажнении вдыхаемого воздуха.

8. Воздухоносные пути воспринимают температурные и механические раздражители.

Полость носа (cavitas nasi) – это начальный отдел дыхательных путей и одновременно орган обоняния. Проходя через полость носа, воздух согревается, увлажняется и очищается.

Полость носа формируется наружным носом и костями лицевого черепа, делится перегородкой на две симметричных половины, которые спереди через ноздри сообщаются с наружной атмосферой, а сзади при помощи хоан – с носоглоткой. Стенки носовой полости образованы костями и хрящами и выстланы слизистой оболочкой, которая легко набухает под влиянием различных раздражителей. Слизистая оболочка носа продолжается в слизистую оболочку околоносовых пазух, слезного мешка, носовой части глотки и мягкого неба. Она плотно срастается с надкостницей и надхрящницей стенок полости носа и покрыта эпителием, который содержит большое количество бокаловидных слизистых желез, кровеносных сосудов и нервных окончаний.

Наиболее крупными хрящами является хрящ носовой перегородки, составляющий ее передний отдел, боковые хрящи и большие крыловидные, образующие крылья носа.

В полости носа различают ее верхнюю, нижнюю, латеральную и медиальную (перегородку) стенки.

С латеральной стенки свисают 3 носовые раковины: верхняя, средняя и нижняя, две из них – отростки решетчатой кости, а нижняя самостоятельная кость.

Между основными раковинами образуется 3 носовых хода: верхний, средний и нижний. Область верхнего носового хода носит название обонятельной, так как в ее слизистой оболочке содержится обонятельный орган, а среднего и нижнего – дыхательной.

В каждый средний носовой ход открываются воздухоносные (околоносовые) пазухи и каналы черепа: отверстия решетчатой кости, клиновидная, верхнечелюстная (гайморова) и лобная пазухи, носослезный канал (он в нижний носовой ход). В каждой половине носа выделяют преддверие полости носа. Внутри оно покрыто переходящей через ноздри кожей наружного носа, содержащей потовые, сальные железы и жесткие волоски, которые задерживают частицы пыли.

У новорожденного выражена лишь верхнечелюстная пазуха, все остальные развиваются на 1-2-ом году жизни и окончательно формируются к 10-12 летнему возрасту. Воздух из носовой полости попадает в носоглотку, а затем в ротовую и гортанную части глотки, куда открывается отверстие гортани. В области глотки происходит перекрест пищеварительного и дыхательного путей. Воздух может поступать сюда также через рот.

Гортань (larynx) – располагается в области шеи на уровне IV – VII шейных позвонков, ниже подъязычной кости. На передней поверхности шеи она образует небольшую (у женщин) и сильно выступающую вперед (у мужчин) возвышение – это выступ гортани («адамово яблоко»). При разговоре, пении, кашле гортань смещается, следуя за подъязычной костью, с которой она соединена вверху, а внизу соединяется с трахеей. У детей гортань расположена выше (III шейный позвонок), у стариков вследствие слабости связочного аппарата опускается до уровня I грудного позвонка.

Сзади от гортани располагается глотка, с которой она сообщается своим верхним отверстием. Внизу гортань переходит в дыхательное горло – трахею. Спереди от нее лежат мышцы шеи, сбоку – сосудисто-нервные пучки. Скелет гортани образован несколькими хрящами.

Непарные хрящи гортани: основу гортани составляет гиалиновый перстневидный хрящ, который соединяется с первым хрящом трахеи при помощи связки. Он имеет дугу, которая направлена вперед; и четырехугольную пластинку, направленную назад. На верхнем крае пластинки находятся две составные поверхности для соединения с черпаловидными хрящами. На дуге перстневидного хряща лежит щитовидный хрящ, на передней части которого находятся верхняя и небольшая нижняя щитовидные вырезки. Задние края пластинок самого большого щитовидного хряща образуют с каждой стороны длинный верхний и короткий нижний рога. Щитовидный образует переднее - боковые стенки, а вверху отверстие гортани, а вверху отверстие гортани прикрывает надгортанник – это эластичный отросток, который прикрепляется щитонадгортанной связкой к щитовидному хрящу. Он перекрывает вход в гортань во время проглатывания пищи.

Парные хрящи гортани:

Черпаловидный хрящ – гиалиновый, в форме четырехгранной пирамиды. Три поверхности: переднелатеральная, медиальная и задняя. Основанием направлен вниз, а верхушка заострена и немного отклонена назад. От основания отходит мышечный отросток, к которому прикрепляются голосовые связки и мышцы.

Крыловидный и рожковидный хрящи находятся в толще черпаловидной связки.

Соединяются хрящи гортани с подъязычной костью суставами – это перстнещитовидный и перстнечерпаловидный. И связками – срединная щитоподъязычная, щитоподъязычная мембрана, латеральные щитоподъязычные, подъязычно-надгортанная, щитонадгортанная, перстнещитовидная, перстнетрахеальная.

В результате изменения положения хрящей под действием мышц гортани могут меняться ширина голосовой щели и натяжение голосовых связок. Выдыхаемый воздух колеблет голосовые связки, в результате чего возникают звуки.

Расширяет голосовую щель 1 мышца – задняя перстнечерпаловидная, сужают несколько мышц – боковая перстнечерпаловидная, щиточерпаловидная и др. Косая черпаловидная и непарная поперечная черпаловидная. Напрягают голосовые связки – парная перстнещитовидная, голосовые мышцы. У детей и женщин размеры гортани меньше, чем у мужчин, следовательно, голосовые связки у них короче и голос выше. Величина гортани сильно изменяется в период зрелости, особенно у мальчиков, вследствие чего голос «ломается», становится ниже. В членораздельной речи участвует также язык, губы, полость рта и носа.

В полости гортани различают 3 отдела: преддверие, межжелудочковый отдел, и подголосовую полость.

Преддверие – лежит от входа в гортань до складок преддверия, которые (складки) сформированы слизистой оболочкой гортани, которая содержит слизистые железы и утолщенные эластические волокна. Щель преддверия находится между складками. Межжелудочковый отдел – узкий, лежит от складок преддверия вверху до голосовых связок внизу. Желудочки расположены – между складками преддверия (ложная голосовая складка) и голосовой складкой слева и справой сторон гортани.

Правые и левые голосовые складки ограничивают голосовую щель – узкая часть полости гортани. В голосовой щели, различают межперепончатую и межхрящевую части. Длина голосовой щели 20-24 мм, у женщины 16-19 мм, ширина при спокойном дыхании - 5 мм, а при голосовом образовании -15 мм.

Подголосовая полость – нижний отдел полости гортани, которая переходит в трахею. Из нутрии гортань выстлана слизистой оболочкой – многорядный мерцательный эпителий, кроме голосовых связок.

Средняя – фиброзно-хрящевая оболочка – гиалиновые эластические хрящи.

Наружная – соединительнотканная оболочка.

Трахея (trachea) – дыхательное горло – продолжение гортани, непарных орган. Имеет форму трубки, длиной 9 -10 см, сжатой спереди назад, d=15-18 мм. Стенка трахеи состоит из 16-20 непарных гиалиновых хрящевых колец, соединенных связками. Они простираются на 2/3 окружности. Задняя стенка перепончатая содержит гладкие мышечные волокна. Слизистая оболочка выстлана мерцательным эпителием, богата лимфоидной тканью и железами. Трахея начинается на уровне нижнего края VI шейного позвонка и заканчивается на уровне верхнего края V грудного позвонка, где трахея разделяется на 2 главных бронха. Это место называется бифуркацией трахеи. В трахее различают шейную и грудную части. В шейном отделе спереди к трахеи прилежит щитовидная железа, сзади – пищевод, а по бокам – сосудисто-нервные пучки. Грудной отдел – спереди покрыт грудиной, у детей вилочковой железой и крупными сосудами.

Главные бронхи отходят от трахеи почти под прямым углом и направляются к воротам легких. Правый бронх шире, но короче левого и является как бы продолжение трахеи, имеет более вертикальное направление. В связи с этим инородные тела из трахеи чаще попадает в правый бронх. Длина правого бронха около 3 см, а левого – 4-5 см. Над левым главным бронхом лежит дуга аорты, над правым - непарная вена. Правый – имеет 6-8, а левый 9-12 хрящевых полуколец. Стенка главных бронхов такая же как у трахеи. Главные бронхи (1-го порядка) делятся в легком на долевые (2-го порядка), которые в свою очередь – на сегментарные (3-го порядка), продолжающие делиться образуя бронхиальное дерево легкого. Строение стенки крупных бронхов такое же, как и у главных, а в концевых бронхиолах, хрящевая оболочка отсутствует.

Легкие (pulmones, pneuma) – лежат в грудной полости по сторонам от сердца и крупных сосудов, покрыты серозной оболочкой – плеврой, которая образует вокруг них 2 замкнутых плевральных мешка. Легкие имеют неправильную конусовидную форму, с основанием, обращенным к диафрагме, и верхушкой, выступающей на 2-3 см, над ключицей в области шеи. Правый купол диафрагмы лежит выше левого, поэтому правое легкое короче и шире левого. Левое легкое уже и длиннее, т.к. в левой половине грудной клетки находится сердце.

Нижняя граница - VI ребро – по среднеключичной линии; VII ребро – по передней подмышечной; VIII – по средней подмышечной; IX – по задней подмышечной; Х – по околопозвоночной линии.

Задняя граница легких проходит вдоль позвоночника от II ребра. Передняя граница берет начало от верхушек легких, проходит почти параллельно на расстоянии 1,0-1,5 см, на уровне IV ребра. В этом месте граница левого легкого отклоняется влево на 4-5 см и образует срединную вырезку. На уровне хряща VI ребра передние границы легких переходят в нижние.

Три поверхности легкого:

1. Реберную – выпуклую

2. Диафрагмальную (основание)

3. Медиальную (средостенную) – обращена к органам средостения, лежит между плевральными мешками.

Ворота легкого – находятся на медиальной поверхности легкого (hilum pulmonis) – это вдавление овальной формы, через которое в легкое входят главный бронх, легочная артерия; легочные вены и нервы, лимфатические сосуды и узлы, образующие корень легкого (radix pulmonis). Ворота у правого легкого короче и шире, чем у левого.

Каждое легкое по средствам борозд делится на доли: правое на три: верхнюю, среднюю, и нижнюю. Левое на две: верхнюю и нижнюю.

Доли легкого состоят из сегментов.

Бронхолегочный сегмент – это участок легкого, более или менее отделенных от соседних соединительнотканными прослойками с проходящими в них венами, снабженный бронхом III – го порядка и ветвью легочной артерии. Сегменты имеют форму неправильных конусов или пирамид, обращенных основаниями к поверхности легкого, а верхушкой к поверхности легкого. Всего в каждом легком насчитывается 10 сегментов. На границе с другими сегментами располагается сегментарная вена.

Сегментарные бронхи неоднократно делятся, направляясь к периферии легкого. Бронх с просветом около 1 мм в диаметре входит в дольку легкого – дольковый бронх. Внутри дольки, ветвление бронхов продолжается. Здесь они получили название бронхиол (18-20 порядка). В легком человека насчитывается около 20000 конечных бронхиол (или терминальные).

Каждая конечная бронхиола делится на дыхательные (или респираторные) бронхиолы, которые в свою очередь делятся на последовательно дихотомично (на две) и переходят в альвеолярные ходы.

Каждый альвеолярный ходя заканчивается двумя альвеолярными мешочками. Они представляют собой скопление альвеол на дистальном конце альвеолярного хода. На стенках альвеолярных ходов и мешочках располагаются несколько десятков альвеол легкого.

Альвеолы – округлые образования d= 200-300 мкм, общее количество у взрослого человека достигает в среднем 300-400 млн. Поверхность всех альвеол при максимальном вдохе составляет у взрослого человека 100-150 м², а при выдохе она уменьшается на 2 - 2,5 раза. Стенки альвеол выстланы однослойным плоским эпителием.

Ацинус легкого – является структурно-функциональной единицей респираторного отдела. Он представляет собой систему альвеол, осуществляющих газообмен между кровью и тканями. Ацинус начинается дыхательной бронхиолой 1-го порядка, которая, дихотомически ветвясь, делится на респираторные бронхиолы 2-го, а затем 3-го порядка. В просвет бронхиол открываются альвеолы. Каждая респираторная бронхиола 3-го порядка в свою очередь подразделяется на альвеолярные ходы.

Acinus – в переводе гвоздь. По внешнему виду напоминает виноградную гроздь.

В ацинус входят 15-20 альвеол, в легочную дольку – 12-18 ацинусов. Из долек составляется доли легкого.

Плевра (pleura) – тонкая гладкая серозная оболочка, которая окутывает каждое легкое, богата эластическими волокнами.

Плевра висцеральная – плотно срастается с тканью легкого и заходит в щели между долями легкого.

Плевра париетальная – выстилает внутри стенки грудной полости. В области корня легкого висцеральная плевра переходит в париетальную.

Париетальная плевра состоит из:

1. Реберной плевры – покрывает внутреннюю поверхность ребер и межреберных промежутков.

2. Медиастинальная плевра – в нее переходит реберная около грудины и сзади около позвоночного столба. Вверху реберная и медиастинальная плевра переходят одна в другую и образуют купол плевры, а внизу они переходят в:

3. Диафрагмальную плевру – покрывает диафрагму, кроме центральной части, где диафрагма соединяется с перикардом.

Между париетальной и висцеральной плеврой образуется плевральная полость – это щелевидное замкнутое пространство, в котором находится небольшое количество серозной жидкости, служащей для увлажнения листков плевры при дыхательных движениях легких.

В местах перехода реберной плевры в диафрагмальную и медиастинальную образуются углубления – плевральные синусы – это резервные пространства правой и левой плевральных полостей, а так же вместилище для накопления плевральной жидкости при нарушении процессов ее образования и усвоения.

Плевральные синусы:

1. Реберно-диафрагмальный

2. Диафрагмально-медиастинальный

3. Реберно-медиастинальный.

Верхняя граница плевры – выступает за I ребро на 3-4 см; сзади опускается до головки XII ребра, где переходит в диафрагмальную плевру. Спереди справа плевра идет от грудино-ключичного сустава до VI ребра и переходит в диафрагмальную. Спереди плевра проходит параллельно правому листку своей плевры до хряща IV ребра, затем отклоняется влево и на уровне VI ребра переходит в диафрагмальную.

Нижняя граница – VII ребро срединоключичной линии, IX – средняя подмышечная, затем идет горизонтально, пересекая X и XI ребра, проходит к позвоночному столбу на уровне шейки XII ребра, где нижняя граница переходит в заднюю границу плевры.

Средостение – mediastinum – это комплекс органов, расположенный между правой и левой плевральными полостями. Спереди ограничено грудиной, сзади – грудным отделом позвоночного столба, с боков – правой и левой медиастинальной плеврой. Вверху средостение идет до верхней апертуры грудной клетки, внизу – до диафрагмы.

Два отдела средостения:

1. Верхнее – тимус, правая и левая плечеголовные вены, верхняя полая вена, дуга аорты, плечеголовной ствол, левая общая сонная и подключичная артерия, трахея, верхняя часть пищевода, блуждающий и диафрагмальный нерв, отделы грудного лимфатического протока, правого и левого симпатических стволов.

2. Нижнее – перикард, сердце, главные бронхи, легочные артерии и вены, лимфатические узлы, нижняя часть грудной аорты, непарная и полупарная вены, срединный и нижний отделы пищевода, грудной лимфатический проток, блуждающий нерв и симпатический ствол.

Дыхание – это процесс газообмена между живым организмом и окружающей средой. При этом организм из внешней среды потребляет О₂ и выделяет наружу СО_2.

О₂ – необходим живой клетке для непрерывного идущего в ней процессе окисления, освобождающего энергию.

СО₂ – образуется в результате окисления как конечный продукт обмена веществ.

Прекращение дыхания хотя бы на несколько минут приводит к смерти, так как влечет за собой прекращение обмена веществ.

Следовательно, дыхание является основным жизненным процессом.

У человека различают дыхание:

1. Внутреннее (клеточное, тканевое)

2. Транспорт газов кровью или другими жидкостями тела.

3. Внешнее (легочное).

Перенос О₂ из альвеолярного воздуха в кровь и СО₂ из крови в альвеолярный воздух происходит путем диффузии, движущей силой которой является разница парциального давления О₂ и СО₂ по обеим сторонам альвеолокапиллярной мембраны.

В легких кровь превращается из венозной в артериальную, богатую О₂ и бедную СО_2.

Артериальная кровь поступает в ткани, где в результате беспрерывно проходящих процессов используется О₂ и образуется СО_2. В тканях напряжение О₂ близко к нулю, а напряжение СО₂ около 60 мм рт. ст. В результате разности давления СО₂ из ткани диффундирует в кровь, а О₂ в ткани. Кровь становится венозной и по венам поступает в легкие, где цикл обмена газов повторяется вновь.

Кислородная емкость крови – это когда 100 мл крови могут перенести до 21 мл О_2.

Дыхательный аппарат – это грудная клетка с мышцами, приводящими ее в движение, и легкие с воздухоносными путями. Главные дыхательные мышцы – это диафрагма и межреберные мышцы (внутренние и наружные). Движение грудной клетки механически обеспечивает вентиляцию легких.

Вентиляция легких – это наполнение их чистым атмосферным воздухом (вдох) и изгнание богатым углекислым газом альвеолярного воздуха из легких (выдох).

Дыхательный центр находится в продолговатом мозге. Также в регуляции воздуха участвуют хеморецепторы и механорецепторные системы.

Дыхательные нейроны бывают:

1. Инспираторные нейроны – активны только в фазе вдоха.

2. Экспираторные нейроны – активны только во время выдоха.

Сигналы поступают от центральных (бульбарных) и периферических (артериальных) хеморецепторов. Главный стимул, который управляет дыханием – это высокое содержание СО₂ (гиперкапния) в крови и в неклеточной жидкости мозга.

Чем сильнее возбуждение хеморецепторов, тем выше происходит вентиляция.

Незначительное влияние на регуляцию дыхание оказывает гипоксия.

Стимулирует дыхание сочетание гиперкапнии и гипоксии.

Механорецепторы дыхательного аппарата участвует в регуляции глубины вдоха и его продолжительности, а также являются рецепторами рефлексов защитного характера – кашля.

1.Рецепторы растяжения легких – в гладкомышечном слое стенок трахеобронхиального дерева; чувствительны к давлению и растяжению.

2. Ирритантные рецепторы – в эпителиальном и субэпителиальном слоях стенок воздухоносных путей; чувствительны к пыли, слизи, химическим веществам, к спадению легких.

3. Юкстаальвеолярные – вблизи альвеолярных капилляров даёт начало немиелинизированным с-волокнам, которые идут в блуждающий нерв. Чувствительны к ряду биологически активных веществ – никотину, гистамину, и др.

4. Рецепторы верхних дыхательных путей – защитные рефлексы – кашель, чихание, глотание.

В варолиевом мосту находятся пневмотаксический центр, который участвует в переключении фаз дыхательного цикла. При его разрушении вдохи становятся длинными, затянутыми и глубокими.

Дыхательный центр обладает автоматизмом.

У родившегося ребенка после перевязки пуповины прекращается газообмен через пупочные сосуды, контактирующие в плаценте с кровью матери. В крови новорожденного происходит накопление СО₂ , который возбуждает его дыхательный центр и вызывает первый вдох. У плода до рождения легкие находятся в спавшемся состоянии, и расправляются при первом вдохе.

Во время вдоха объем грудной полости увеличивается, отрицательное давление в плевральной щели повышается. Легкие следуют за движением грудной полости. Внутри альвеол понижено внутриальвеолярное давление, и воздух за счет разности давления поступает из атмосферы в легкие. Как только респираторные мышцы расслабляются, легкие под действием эластической тяги возвращаются в исходное состояние, объем легких уменьшается, давление внутри альвеол повышается, и воздух из легких выходит в атмосферу, т.е. происходит выдох.

Внутренняя поверхность легких покрыта сурфактантами – это поверхностно активные вещества, по химической природе они липопротеиды, они стабилизируют сферическую форму альвеол, препятствуют их перерастяжению на вдохе и спадению на выдохе.

Глубина дыхания, или дыхательный объем составляет около 500 мл в покое. После спокойного вдоха мы можем вдохнуть резервный объем вдоха 1500 мл. После спокойного выдоха мы можем выдохнуть резервным объем выдоха 1500 мл.

Жизненная емкость легких (ЖЭЛ) – это в сумме дыхательный объем воздуха, резервный объем вдоха и резервный объем выдоха.

ЖЭЛ = 500 + 1500 + 1500 = от 3,5 л. до 5 л. – зависит от роста, пола человека, от тренированности ( у спортсменов ЖЭЛ выше), может доходить до 7,5 л.

После самого глубокого выдоха в легких остается остаточный объем – около 1200 мл воздуха.

Функциональная остаточная емкость легких ФОЕ – то есть при спокойном дыхании легкие не опорожняются.

ФОЕ – это сумма резервного объема выдоха и остаточного объема, равно около 250 мл. ЖЭЛ измеряют спирометром.

Легочной вентиляцией называется объем воздуха, выдыхаемый за единицу времени, т.е. умножают объем воздуха на частоту дыхания, при этом не весь объем участвует в дыхании. 1/3 заполняет анатомически мертвое пространство – это трахея и бронхи – здесь газообмен не происходит.

ЧДД (частота дыхательных движений). 16 – 20 раз в минуту.