Непрерывно идущие в каждой клетке организма окислительно-восстановительные реакции нуждаются в постоянном притоке субстратов окисления (углеводов, липидов и аминокислот) и окислителя - кислорода. В организме имеются внушительные запасы питательных веществ - углеводные и жировые депо, а также огромный запас белков в скелетных мышцах, поэтому даже сравнительно длительное (в течение нескольких суток) голодание не приносит человеку существенного вреда. А вот запасов кислорода в организме практически нет, если не считать небольшого количества, содержащегося в мышцах в форме оксимиоглобина, поэтому без его поставки человек способен выжить лишь 2-3 мин, после чего наступает так называемая «клиническая смерть». Если в течение 10-20 мин снабжение клеток мозга кислородом не восстановится, в них произойдут такие биохимические изменения, которые нарушат их функциональные свойства и приведут к скорой гибели всего организма. Другие клетки тела при этом могут и не пострадать в такой степени, но нервные клетки крайне чувствительны к недостатку кислорода. Вот почему одной из центральных физиологических систем организма является функциональная система кислородного обеспечения, и состояние именно этой системы чаще всего используется для оценки «здоровья».

Понятие о кислородном режиме организма. Кислород проходит в организме достаточно длинный путь (рис. 18). Попадая внутрь в виде молекул газа, он уже в легких принимает участие в целом ряде химических реакций, обеспечивающих его дальнейшую транспортировку к клеткам тела. Там, попадая в митохондрии, кислород окисляет разнообразные органические соединения, превращая их в конечном счете в воду и углекислоту. В таком виде кислород и выводится из организма.

Что заставляет кислород из атмосферы проникать в легкие, затем - в кровь, оттуда - в ткани и клетки, где уже он вступает в биохимические реакции? Очевидно, что существует некая сила, определяющая именно такое направление перемещения молекул этого газа. Эта сила - градиент концентраций. Содержание кислорода в атмосферном воздухе намного больше, чем в воздухе внутрилегочного пространства (альвеолярном). Содержание кислорода в альвеолах - легочных пузырьках, в которых происходит газообмен воздуха с кровью, - намного выше, чем в венозной крови. Ткани содержат кислорода гораздо меньше, чем артериальная кровь, а митохондрии содержат незначительное количество кислорода, поскольку поступающие в них молекулы этого газа немедленно вступают в цикл окислительных реакций и превращаются в химические соединения. Вот этот каскад постепенно понижающихся концентраций, отражающий градиенты усилия, в результате которых кислород из атмосферы проникает в клетки тела, и принято называть кислородным режимом организма (рис.19). Вернее, кислородный режим характеризуется количественными параметрами описанного каскада. Верхняя ступенька каскада характеризует содержание кислорода в атмосферном воздухе, который во время вдоха проникает в легкие. Вторая ступенька - содержание О2 в альвеолярном воздухе. Третья ступенька - содержание О 2 в артериальной крови, только что обогащенной кислородом. И наконец, четвертая ступенька - напряжение кислорода в венозной крови, которая отдала содержавшийся в ней кислород тканям. Эти четыре ступеньки образуют три «пролета», которые отражают реальные процессы газообмена в организме. «Пролет» между 1-й и 2-й ступеньками соответствует легочному газообмену, между 2-й и 3-й ступеньками - транспорту кислорода кровью, а между 3-й и 4-й ступеньками - тканевому газообмену. Чем больше высота ступеньки, тем больше перепад концентраций, тем выше градиент, при котором кислород транспортируется на этом этапе. С возрастом увеличивается высота первого «пролета», то есть градиент легочного газообмена; второго «пролета», т.е. градиент транспорта 02 кровью, тогда как высота третьего «пролета», отражающего градиент тканевого газообмена, снижается. Возрастное уменьшение интенсивности тканевого окисления является прямым следствием снижения с возрастом интенсивности энергетического обмена.

Рис. 19. Транспорт кислорода у человека (направление показано стрелками)

Рис. 20. Каскад напряжений кислорода во вдыхаемом воздухе (I), в альвеолах (А), артериях (а) и венах (К) У мальчика 5 лет, подростка 15 лет и взрослого 30 лет

Таким образом, усвоение кислорода организмом происходит в три стадии, которые разделены в пространстве и во времени. Первая стадия - нагнетание воздуха в легкие и обмен газов в легких - носит еще название внешнего дыхания. Вторая стадия - транспорт газов кровью - осуществляется системой кровообращения. Третья стадия - усвоение кислорода клетками организма - называется тканевым, или внутренним дыханием.

Дыхание

Обмен газов в легких. Легкие представляют собой герметичные мешки, соединенные с трахеей с помощью крупных воздухоносных путей - бронхов. Атмосферный воздух через носовую и ротовую полость проникает в гортань и далее в трахею, после чего разделяется на два потока, один из которых идет к правому легкому, другой к левому (рис. 20). Трахея и бронхи состоят из соединительной ткани и каркаса из хрящевых колец, которые не позволяют этим трубкам перегибаться и перекрывать воздухоносные пути при различных изменениях положения тела. Войдя в легкие, бронхи разделяются на множество ответвлений, каждое из которых вновь делится, образуя так называемое «бронхиальное дерево». Самые тонкие веточки этого «дерева» называются бронхиолами, и на их концах располагаются легочные пузырьки, или альвеолы (рис. 21). Количество альвеол достигает 350 млн., а их общая площадь - 150 м 2 . Именно эта поверхность и представляет собой площадь для обмена газами между кровью и воздухом. Стенки альвеолы состоят из одного слоя эпителиальных клеток, к которому вплотную подходят тончайшие кровеносные капилляры, также состоящие из однослойного эпителия. Такая конструкция благодаря диффузии обеспечивает сравнительно легкое проникновение газов из альвеолярного воздуха в капиллярную кровь (кислород) и в обратном направлении (углекислый газ). Этот газообмен происходит в результате того, что создается градиент концентрации газов (рис. 22). Находящийся в альвеолах воздух содержит относительно большое количество кислорода (103 мм рт. ст.) и малое количество углекислого газа (40 мм рт. ст.). В капиллярах, наоборот, концентрация углекислого газа повышена (46 мм рт. ст.), а кислорода понижена (40 мм рт. ст.), поскольку в этих капиллярах находится венозная кровь, собранная уже после того, как она побывала в тканях и отдала им кислород, получив взамен углекислый газ. Кровь по капиллярам протекает непрерывно, а воздух в альвеолах обновляется при каждом вдохе. Оттекающая от альвеол обогащенная кислородом (до 100 мм рт. ст.) кровь содержит сравнительно мало углекислого газа (40 мм рт. ст.) и вновь готова к осуществлению тканевого газообмена.

Рис. 21. Схема строения легких (А) и легочных альвеол (Б)

А: ] - гортань; 2 - трахея; 3 - бронхи; 4 - бронхиолы; 5 - легкие;

Б: 1 - сосудистая сеть; 2, 3 - альвеолы снаружи и в разрезе; 4 -

бронхиола; 5 - артерия и вена

Рис. 22. Схема ветвления воздухоносных путей (слева). В правой части рисунка приведена кривая суммарной площади поперечного сечения воздухоносных путей на уровне каждого ветвления (3). В начале переходной зоны эта площадь начинает существенно возрастать, что продолжается и в дыхательной зоне. Бр - бронхи; Бл - бронхиолы; КБл - конечные бронхиолы; ДБл - дыхательные бронхиолы; АХ - альвеолярные ходы; А - альвеолы

Рис. 23. Обмен газов в легочных альвеолах: через стенку легочной альвеолы О 2 вдыхаемого воздуха поступает в кровь, а СО 2 венозной крови - в альвеолу; газообмен обеспечивается разностью парциальных давлений (Р) СО 2 и О 2 в венозной крови и в полости легочных альвеол

Чтобы мельчайшие пузырьки - альвеолы - не спадались во время выдоха, их поверхность изнутри покрыта слоем специального вещества, вырабатываемого легочной тканью. Это вещество - сурфактант - уменьшает поверхностное натяжение стенок альвеол. Обычно оно вырабатывается в избыточном количестве, чтобы гарантировать максимально полное использование поверхности легких для газообмена.

Диффузионная способность легких. Градиент концентраций газов по обе стороны альвеолярной стенки является той силой, которая заставляет молекулы кислорода и углекислого газа диффундировать, проникать сквозь эту стенку. Однако при одном и том же атмосферном давлении скорость диффузии молекул зависит не только от градиента, но и от площади соприкосновения альвеол и капилляров, от толщины их стенок, от наличия сурфактанта и ряда других причин. Для того чтобы оценить все эти факторы, с помощью специальных приборов измеряют диффузионную способность легких, которая в зависимости от возраста и функционального состояния человека может изменяться от 20 до 50 мл О 2 /мин/мм рт. ст.

Вентиляционно-перфузионное отношение. Газообмен в легких происходит только в том случае, если воздух в альвеолах периодически (в каждом дыхательном цикле) обновляется, а через легочные капилляры непрерывно течет кровь. Именно по этой причине остановка дыхания, как и остановка кровообращения, в равной мере означают смерть. Непрерывный ток крови через капилляры называется перфузией , а ритмическое поступление новых порций атмосферного воздуха в альвеолы - вентиляцией. Следует подчеркнуть, что воздух в альвеолах по составу весьма существенно отличается от атмосферного: в альвеолярном воздухе гораздо больше углекислого газа и меньше кислорода. Дело в том, что механическая вентиляция легких не затрагивает наиболее глубоких зон, в которых расположены легочные пузырьки, и там газообмен происходит только благодаря диффузии, а потому несколько замедленно. Тем не менее каждый дыхательный цикл приносит в легкие новые порции кислорода и уносит избыток углекислоты. Скорость перфузии легочной ткани кровью должна точно соответствовать скорости вентиляции, чтобы между этими двумя процессами устанавливалось равновесие, иначе либо кровь будет перенасыщена углекислотой и недонасыщена кислородом, либо, наоборот, углекислота будет вымываться из крови. И то и другое плохо, так как дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге, генерирует импульсы, заставляющие дыхательные мышцы осуществлять вдох и выдох, под воздействием рецепторов, измеряющих содержание СО 2 и О 2 в крови. Если уровень СО 2 в крови падает, дыхание может остановиться; если же растет - начинается одышка, человек ощущает удушье. Соотношение между скоростью кровотока через легочные капилляры и скоростью потока воздуха, вентилирующего легкие, называется вентиляционно-перфузионным отношением (ВПО). От него зависит соотношение концентраций О2 и СО2 в выдыхаемом воздухе. Если прибавка СО2 (по сравнению с атмосферным воздухом) в точности соответствует уменьшению содержания кислорода, то ВПО=1, и это повышенный уровень. В норме ВПО составляет 0,7-0,8, т. е. перфузия должна быть несколько интенсивнее, чем вентиляция. Величину ВПО учитывают при выявлении тех или иных заболеваний бронхолегочной системы и системы кровообращения.

Если сознательно резко активизировать дыхание, делая максимально глубокие и частые вдохи-выдохи, то ВПО превысит 1, а человек вскоре почувствует головокружение и может упасть в обморок - это результат «вымывания» избыточных количеств СО 2 из крови и нарушения кислотно-щелочного гомеостаза. Напротив, если усилием воли задержать дыхание, то ВПО составит менее 0,6 и через несколько десятков секунд человек почувствует удушье и императивный позыв к дыханию. В начале мышечной работы ВПО резко изменяется, сначала снижаясь (усиливается перфузия, так как мышцы, начав сокращаться, выдавливают из своих вен добавочные порции крови), а через 15-20 с стремительно увеличиваясь (активизируется дыхательный центр и возрастает вентиляция). Нормализуется ВПО только через 2-3 мин после начала мышечной работы. В конце мышечной работы все эти процессы протекают в обратном порядке. У детей подобная перенастройка системы кислородного снабжения происходит немного быстрее, чем у взрослых, так как размеры тела и соответственно инерционные характеристики сердца, сосудов, легких, мышц и других участвующих в этой реакции структур у детей существенно меньше.

Тканевый газообмен. Кровь, приносящая к тканям кислород, отдает его (по градиенту концентрации) в тканевую жидкость, а оттуда молекулы О 2 проникают в клетки, где и захватываются митохондриями. Чем интенсивнее происходит этот захват, тем быстрее уменьшается содержание кислорода в тканевой жидкости, тем выше становится градиент между артериальной кровью и тканью, тем быстрее кровь отдает кислород, отсоединяющийся при этом от молекулы гемоглобина, которая служила «транспортным средством» для доставки кислорода. Освободившиеся молекулы гемоглобина могут захватывать молекулы СО2, чтобы нести их к легким и там отдавать альвеолярному воздуху. Кислород, вступая в цикл окислительных реакций в митохондриях, в конечном счете оказывается соединенным либо с водородом (образуется Н 2 О), либо с углеродом (образуется СО 2). В свободном виде кислород в организме практически не существует. Весь образующийся в тканях углекислый газ выводится из организма через легкие. Метаболическая вода также частично испаряется с поверхности легких, но может выводиться, кроме того, с потом и мочой.

Дыхательный коэффициент. Соотношение количеств образовавшегося СО 2 и поглощенного О 2 называется дыхательным коэффициентом (ДК) и зависит от того, какие субстраты окисляются в тканях организма. ДК в выдыхаемом воздухе составляет от 0,65 до 1. По сугубо химическим причинам при окислении жиров ДК=0,65; при окислении белков - около 0,85; при окислении углеводов ДК=1,0. Таким образом, по составу выдыхаемого воздуха можно судить о том, какие вещества используются в настоящий момент для выработки энергии клетками организма. Естественно, обычно ДК принимает какое-то промежуточное значение, чаще всего близкое к 0,85, но это не значит, что окисляются белки; скорее это результат одновременного окисления жиров и углеводов. Величина ДК тесно связана с ВПО, между ними есть почти полное соответствие, если не считать периодов, когда ВПО подвергается резким колебаниям. У детей в покое ДК обычно выше, чем у взрослых, что связано со значительно большим участием углеводов в энергетическом обеспечении организма, особенно деятельности нервных структур.

При мышечной работе ДК также может существенно превышать ВПО, если в энергообеспечении участвуют процессы анаэробного гликолиза. В этом случае гомеостатические механизмы (буферные системы крови) приводят к выбросу из организма добавочного количества СО2, что обусловлено не метаболическими нуждами, а гомеостатическими. Такое добавочное выделение СО2 называют «неметаболическим излишком». Его появление в выдыхаемом воздухе означает, что уровень мышечной нагрузки достиг некоего порога, после которого необходимо подключение анаэробных систем энергопродукции («анаэробный порог»). Дети от 7 до 12 лет обладают более высокими относительными показателями анаэробного порога: у них при такой нагрузке выше частота пульса, легочная вентиляция, скорость кровотока, потребление кислорода и т. п. К 12 годам нагрузка, соответствующая анаэробному порогу, резко снижается, а после 17-18 лет не отличается от соответствующей нагрузки у взрослых. Анаэробный порог - один из важнейших показателей аэробной производительности человека, а также та минимальная нагрузка, которая способна обеспечить достижение тренировочного эффекта.

Внешнее дыхание - это проявления процесса дыхания, которые хорошо заметны без всяких приборов, поскольку воздух входит в воздухоносные пути и выходит из них только благодаря тому, что изменяется форма и объем грудной клетки. Что же заставляет воздух проникать вглубь организма, достигая, в конечном счете, мельчайших легочных пузырьков? В данном случае действует сила, вызванная разницей в давлении внутри грудной клетки и в окружающей атмосфере. Легкие окружены соединительно-тканной оболочкой, которая называется плеврой, причем между легкими и плевральным мешком находится плевральная жидкость, которая служит смазкой и герметиком. Внутриплевральное пространство герметично, не сообщается с соседними полостями и проходящими через грудную клетку пищеварительными и кровеносными трубами. Герметична и вся грудная клетка, отделенная от брюшной полости не только серозной оболочкой, но и крупной кольцевой мышцей - диафрагмой. Поэтому усилия дыхательных мышц, приводящие даже к небольшому увеличению ее объема во время вдоха, обеспечивают достаточно существенное разряжение внутри плевральной полости, иименно под действием этого разряжения воздух входит в ротовую и носовую полость и проникает далее через гортань, трахею, бронхи и бронхиолы в легочную ткань.

Организация дыхательного акта. Три группы мышц участвуют в организации дыхательного акта, т. е. в перемещении стенок грудной клетки и брюшной полости: инспираторные (обеспечивающие вдох) наружные межреберные мышцы; экспираторные (обеспечивающие выдох) внутренние межреберные мышцы и диафрагма, а также мышцы брюшной стенки. Слаженное сокращение этих мышц под управлением дыхательного центра, который расположен в продолговатом мозге, вызывает перемещение ребер несколько вперед и вверх относительно их положения в момент выдоха, грудина приподнимается, а диафрагма вжимается внутрь брюшной полости. Таким образом, общий объемгрудной клетки существенно увеличивается, там создается довольновысокое разряжение, и воздух из атмосферы устремляется внутрь легких. В конце вдоха импульсация из дыхательного центра к этим мышцам прекращается, и ребра под силой собственной тяжести, а диафрагма в результате ее расслабления возвращаются в «нейтральное» положение. Объем грудной клетки уменьшается, там повышается давление, и лишний воздух из легких выбрасывается через те же трубки, через которые он входил. Если по каким-то причинам выдох затруднен, то для облегчения этого процесса подключаются экспираторные мышцы. Работают они и в тех случаях, когда дыхание усиливается или ускоряется под воздействием эмоциональных либо физических нагрузок. Работа дыхательных мышц, как и любая другая мышечная работа, требует затрат энергии. Подсчитано, что при спокойном дыхании на эти нужды расходуется чуть больше 1 % потребляемой организмом энергии.

В зависимости от того, связано ли расширение грудной клетки при нормальном дыхании преимущественно с поднятием ребер или уплощением диафрагмы, различают реберный (грудной) и диафрагмальный (брюшной) типы дыхания. При грудном типе дыхания диафрагма смещается пассивно в соответствии с изменением внутригрудного давления. При брюшном типе мощные сокращения диафрагмы сильно смещают органы брюшной полости, поэтому при вдохе живот «выпячивается». Становление типа дыхания происходит в возрасте 5-7 лет, причем у девочек оно становится, как правило, грудным, а у мальчиков - брюшным.

Легочная вентиляция. Чем крупнее организм и чем сильнее работают дыхательные мышцы, тем большее количество воздуха проходит через легкие за каждый дыхательный цикл. Для оценки легочной вентиляции измеряют минутный объем дыхания, т.е. среднее количество воздуха, которое проходит через дыхательные пути за 1 мин. В покое у взрослого человека эта величина составляет 5-6 л/мин. У новорожденного ребенка минутный объем дыхания составляет 650-700 мл/мин, к концу 1 года жизни достигает 2,6-2,7 л/мин, к 6 годам - 3,5 л/мин, в 10 лет - 4,3 л/мин, а у подростков - 4,9 л/мин. При физической нагрузке минутный объем дыхания может очень существенно увеличиваться, достигая у юношей и взрослых 100 л/мин и более.

Частота и глубина дыхания. Дыхательный акт, состоящий из вдоха и выдоха, имеет две основные характеристики - частоту и глубину. Частота - это количество дыхательных актов в минуту. У взрослого человека эта величина обычно составляет 12-15, хотя она может изменяться в широких пределах. У новорожденных частота дыхания во время сна достигает 50-60 в минуту, к годовалому возрасту снижается до 40-50, затем по мере роста происходит постепенное снижение этого показателя. Так, у детей младшего школьного возраста частота дыхания составляет обычно около 25 циклов в минуту, а у подростков - 18-20. Прямо противоположную тенденцию возрастных изменений демонстрирует дыхательный объем, т.е. мера глубины дыхания. Он представляет собой среднее количество воздуха, которое поступает в легкие за каждый дыхательный цикл. У новорожденных он очень мал - всего 30 мл или даже меньше, к годовалому возрасту увеличивается до 70 мл, в 6 лет становится свыше 150 мл, к 10 годам достигает 240 мл, в 14 лет - 300 мл. У взрослого дыхательный объем в покое не превышает 500 мл. Минутный объем дыхания представляет собой произведение дыхательного объема на частоту дыхания.

Если человек выполняет любую физическую нагрузку, ему требуется дополнительное количество кислорода, соответственно увеличивается минутный объем дыхания. У детей до 10 лет это увеличение обеспечивается в основном учащением дыхания, которое может стать в 3-4 раза более частым, чем дыхание в покое, тогда как дыхательный объем увеличивается только в 1,5-2 раза. У подростков, а тем более у взрослых увеличение минутного объема осуществляется главным образом за счет дыхательного объема, который может увеличиться в несколько раз, а частота дыхания обычно не превышает 50-60 циклов в минуту. Считается, что такой тип реакции системы дыхания более экономичен. По различным критериям эффективность и экономичность внешнего дыхания с возрастом существенно увеличивается, достигая максимальных величин у юношей и девушек 18-20 лет. При этом дыхание юношей, как правило, организовано более эффективно, чем у девушек. На эффективность дыхания и его экономичность большое влияние оказывает физическая тренированность, особенно в тех видах спорта, в которых кислородное обеспечение играет решающую роль. Это стайерский бег, лыжи, плавание, гребля, велосипед, теннис и другие виды, связанные с проявлением выносливости.

При выполнении циклической нагрузки ритм дыхания обычно «подстраивается» под ритм сокращения скелетных мышц - это облегчает работу дыхания и делает ее более эффективной. У детей усвоение ритма движений дыхательной мускулатурой происходит инстинктивно без вмешательства сознания, однако учитель может помочь ребенку, что способствует быстрейшей адаптации к такого рода нагрузке.

При выполнении силовой и статической нагрузки наблюдается так называемый феномен Линдгардта - задержка дыхания во время натуживания с последующим увеличением частоты и глубины дыхания после снятия нагрузки. Не рекомендуется использовать тяжелые силовые и статические нагрузки в тренировке и физическом воспитании детей до 13-14 лет, в том числе и по причине незрелости системы дыхания.

Спирограмма. Если на пути воздуха, входящего в легкие и выходящего из них, установить резиновые меха или легкий колокол, погруженный в воду, то благодаря действию дыхательных мышц это приспособление будет увеличивать свой объем при выдохе и уменьшать при вдохе. Если все соединения при этом будут герметичны (для герметизации ротовой полости используют специальный резиновый загубник или маску, надеваемую на лицо), то можно, прикрепив к подвижной части устройства пишущий инструмент, записать все дыхательные движения. Такой прибор, изобретенный еще в XIX в., называется спирограф, а сделанная с его помощью запись - спирограмма (рис. 23). С помощью спирограммы, сделанной на бумажной ленте, можно количественно измерить важнейшие характеристики внешнего дыхания человека. Легочные объемы и емкости. Благодаря спирограмме можно наглядно увидеть и измерить различные легочные объемы и емкости. Объемами в физиологии дыхания принято называть те показатели, которые динамически изменяются в процессе дыхания и характеризуют функциональное состояние системы дыхания. Емкость - это не изменяемый в короткое время резервуар, в рамках которого происходит дыхательный цикл и газообмен. Точкой отсчета для всех легочных объемов и емкостей является уровень спокойного выдоха.

Легочные объемы. В покое дыхательный объем мал по сравнению с общим объемом воздуха в легких. Поэтому человек может как вдохнуть, так и выдохнуть большой дополнительный объем воздуха. Эти объемы носят название соответственно резервный объем вдоха и резервный объем выдоха . Однако даже при самом глубоком выдохе в альвеолах и воздухоносных путях остается некоторое количество воздуха. Это - так называемый остаточный объем, который не измеряется с помощью спирограммы (для его измерения используется достаточно сложная техника и расчеты, применяются инертные газы). У взрослого человека он составляет около 1,5 л, у детей - существенно меньше.

Рис. 24. Спирограмма: емкость легких и ее компоненты

А - схема спирограммы: 1 - резервный объем вдоха; 2 - дыхательный объем; 3 - резервный объем выдоха; 4 -- остаточный объем; 5 - функциональная остаточная емкость; 6 - емкость вдоха; 7 - жизненная емкость; 8 - общая емкость легких; Б - объемы и емкости легких: /- юные спортсмены; // - нетренированные школьники (средний возраст 13 лет) (по А. И.Осипову, 1964). Цифры над столбиками - средние величины общей емкости. Цифры в столбиках - средние величины легочных объемов в процентах от общей емкости; цифры слева от столбиков соответствуют обозначениям на спирограмме

Жизненная емкость легких. Суммарная величина резервного объема вдоха, дыхательного объема и резервного объема выдоха составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ) - один из наиболее важных показателей состояния системы дыхания. Для ее измерения используются разнообразной конструкции спирометры, в которые необходимо сделать максимально глубокий выдох после максимально глубокого вдоха - это и будет ЖЕЛ. ЖЕЛ зависит от размеров тела, а потому и от возраста, а также весьма существенно зависит от функционального состояния и физической тренированности организма человека. У мужчин ЖЕЛ выше, чем у женщин, если ни те, ни другие не занимаются спортом, особенно упражнениями на выносливость. Величина ЖЕЛ существенно различается у людей разного телосложения: у брахиморфных типов она сравнительно мала, а у долихоморфных - очень велика. Принято использовать ЖЕЛ в качестве одного из показателей физического развития детей школьного возраста, а также призывников. Измерить ЖЕЛ можно только при активном и сознательном участии ребенка, поэтому данные о детях до 3-летнего возраста практически отсутствуют.

Дыхание является наиболее древним процессом, с помощью которого осуществляется регенерация газового состава внутренней среды организма. В результате органы и ткани снабжаются кислородом, а отдают углекислый газ.

Дыхание используется в окислительных процессах, в ходе которых образуется энергия, расходующаяся на рост, развитие и жизнедеятельность.

Процесс дыхания состоит из трех основных звеньев – внешнего дыхания, транспорта газов кровью, внутреннего дыхания.

Внешнее дыхание представляет собой обмен газов между организмом и внешней средой. Оно осуществляется с помощью двух процессов – легочного дыхания и дыхания через кожу.

Легочное дыхание заключается в обмене газов между альвеолярным воздухом и окружающей средой и между альвеолярным воздухом и капиллярами. При газообмене с внешней средой поступает воздух, содержащий 21 % кислорода и 0,03-0,04 % углекислого газа, а выдыхаемый воздух содержит 16 % кислорода и 4 % углекислого газа. Кислород поступает из атмосферного воздуха в альвеолярный, а углекислый газ выделяется в обратном направлении. При обмене с капиллярами малого круга кровообращения в альвеолярном воздухе давление кислорода 102 мм рт. ст., а углекислого газа – 40 мм рт. ст., напряжение в венозной крови кислорода – 40 мм рт. ст., а углекислого газа – 50 мм рт. ст. В результате внешнего дыхания от легких оттекает артериальная кровь, богатая кислородом и бедная углекислым газом.

Транспорт газов кровью осуществляется в основном в виде комплексов :

1) кислород образует соединение с гемоглобином, 1 г гемоглобина связывает 1,345 мл газа;

2) в виде физического растворения транспортируется 15–20 мл кислорода;

3) углекислый газ переносится в форме бикарбонатов Na и K, причем бикарбонат K находится внутри эритроцитов, а бикарбонат Na – в плазме крови;

4) углекислый газ транспортируется вместе с молекулой гемоглобина.

Внутреннее дыхание состоит из обмена газов между капиллярами большого круга кровообращения и тканью и внутритканевого дыхания. В результате происходит утилизация кислорода для окислительных процессов.

У человека внешнее дыхание осуществляется с помощью специального аппарата, основная функция которого заключается в обмене газов между организмом и внешней средой.

Аппарат внешнего дыхания включает три компонента – дыхательные пути, легкие, грудную клетку вместе с мышцами.

Легкие состоят из альвеол, к которым прилегают капилляры. Общая площадь их взаимодействия составляет примерно 80–90 м2. Между тканью легкого и капилляром существует аэрогематический барьер.

Легкие выполняют множество функций:

1) удаляют углекислый газ и воду в виде паров (эксекреторная функция);

2) нормализуют обмен воды в организме;

3) являются депо крови второго порядка;

4) принимают участие в липидном обмене в процессе образования сурфактанта;

5) участвуют в образовании различных факторов свертывания крови;

6) обеспечивают инактивацию различных веществ;

7) принимают участие в синтезе гормонов и биологически активных веществ (серотонина, вазоактивного интестинального полипептида и т. д.).

Грудная клетка вместе с мышцами образует мешок для легких. Существует группа инспираторных и экспираторных мышц. Инспираторные мышцы увеличивают размеры диафрагмы, приподнимают передний отдел ребер, расширяя переднезаднее и боковое отверстие, приводят к активному глубокому вдоху. Экспираторные мышцы уменьшают объем грудной клетки и опускают передний отдел ребер, вызывая выдох.

Таким образом, дыхание – это активный процесс, который осуществляется только при участии всех задействованных в процессе элементов.

У взрослого человека частота дыхания составляет примерно 16–18 дыхательных движений в минуту. Она зависит от интенсивности обменных процессов и газового состава крови.

Дыхательный цикл складывается из трех фаз:

1) фазы вдоха (продолжается примерно 0,9–4,7 с);

2) фазы выдоха (продолжается 1,2–6,0 с);

3) дыхательной паузы (непостоянный компонент).

Тип дыхания зависит от мышц, поэтому выделяют:

1) грудной. Осуществляется при участии межреберных мышц и мышц 1-3-го дыхательного промежутка, при вдохе обеспечивается хорошая вентиляция верхнего отдела легких, характерен для женщин и детей до 10 лет;

2) брюшной. Вдох происходит за счет сокращений диафрагмы, приводящих к увеличению в вертикальном размере и соответственно лучшей вентиляции нижнего отдела, присущ мужчинам;

3) смешанный. Наблюдается при равномерной работе всех дыхательных мышц, сопровождается пропорциональным увеличением грудной клетки в трех направлениях, отмечается у тренированных людей.

При спокойном состоянии дыхание является активным процессом и состоит из активного вдоха и пассивного выдоха.

Активный вдох начинается под влиянием импульсов, поступающих из дыхательного центра к инспираторным мышцам, вызывая их сокращение. Это приводит к увеличению размеров грудной клетки и соответственно легких. Внутриплевральное давление становится отрицательнее атмосферного и уменьшается на 1,5–3 мм рт. ст. В результате разности давлений воздух поступает в легкие. В конце фазы давления выравниваются.

Пассивный выдох происходит после прекращения импульсов к мышцам, они расслабляются, и размеры грудной клетки уменьшаются.

Если поток импульсов из дыхательного центра направляется к экспираторным мышцам, то происходит активный выдох. При этом внутрилегочное давление становится равным атмосферному.

При увеличении частоты дыхания все фазы укорачиваются.

Отрицательное внутриплевральное давление – это разность давлений между париетальным и висцеральным листками плевры. Оно всегда ниже атмосферного. Факторы, его определяющие:

1) неравномерный рост легких и грудной клетки;

2) наличие эластической тяги легких.

Интенсивность роста грудной клетки выше, чем ткани легких. Это приводит к увеличению объемов плевральной полости, а поскольку она герметична, то давление становится отрицательным.

Эластическая тяга легких – сила, с которой ткань стремится к спаданию. Она возникает за счет двух причин:

1) из-за наличия поверхностного натяжения жидкости в альвеолах;

2) из-за присутствия эластических волокон.

Отрицательное внутриплевральное давление:

1) приводит к расправлению легких;

2) обеспечивает венозный возврат крови к грудной клетки;

3) облегчает движение лимфы по сосудам;

4) способствует легочному кровотоку, так как поддерживает сосуды в отрытом состоянии.

Легочная ткань даже при максимальном выдохе полностью не спадается. Это происходит из-за наличия сурфактанта, который понижает натяжение жидкости. Сурфактант – комплекс фосфолипидов (в основном фосфотидилхолина и глицерина) образуется альвеолоцитами второго типа под влиянием блуждающего нерва.

Таким образом, в плевральной полости создается отрицательное давление, благодаря которому осуществляются процессы вдоха и выдоха.

Паттерн – совокупность временных и объемных характеристик дыхательного центра, таких как:

1) частота дыхания;

2) продолжительность дыхательного цикла;

3) дыхательный объем;

4) минутный объем;

5) максимальная вентиляция легких, резервный объем вдоха и выдоха;

6) жизненная емкость легких.

О функционировании аппарата внешнего дыхания можно судить по объему воздуха, поступающего в легкие в ходе одного дыхательного цикла. Объем воздуха, проникающего в легкие при максимальном вдохе, образует общую емкость легких. Она составляет примерно 4,5–6 л и состоит из жизненной емкости легких и остаточного объема.

Жизненная емкость легких – то количество воздуха, которое способен выдохнуть человек после глубокого вдоха. Она является одним из показателей физического развития организма и считается патологической, если составляет 70–80 % от должного объема. В течение жизни данная величина может меняться. Это зависит от ряда причин: возраста, роста, положения тела в пространстве, приема пищи, физической активности, наличия или отсутствия беременности.

Жизненная емкость легких состоит из дыхательного и резервного объемов.Дыхательный объем – это то количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает в спокойном состоянии. Его величина составляет 0,3–0,7 л. Он поддерживает на определенном уровне парциальное давление кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе. Резервный объем вдоха – количество воздуха, которое может дополнительно вдохнуть человек после спокойного вдоха. Как правило, это 1,5–2,0 л. Он характеризует способность легочной ткани к дополнительному растяжению. Резервный объем выдоха – то количество воздуха, которое можно выдохнуть вслед за нормальным выдохом.

Остаточный объем – постоянный объем воздуха, находящийся в легких даже после максимального выдоха. Составляет около 1,0–1,5 л.

Важной характеристикой дыхательного цикла является частота дыхательных движений в минуту. В норме она составляет 16–20 движений в мин.

Продолжительность дыхательного цикла подсчитывается при делении 60 с на величину частоты дыхания.

Время входа и выдоха можно определить по спирограмме.

Минутный объем – количество воздуха, обменивающееся с окружающей средой при спокойном дыхании. Определяется произведением дыхательного объема на частоту дыхания и составляет 6–8 л.

Максимальная вентиляция легких – наибольшее количество воздуха, которое может поступить в легкие за 1 мин при усиленном дыхании. В среднем ее величина равняется 70-150 л.

Показатели дыхательного цикла являются важными характеристиками, которые широко используются в медицине.

Дыхание для выработки энергии

Для создания новых молекул, а в конечном итоге для построения новых клеток нужна энергия. Не меньше ее расходуется и на работу отдельных органов и тканей. Все энергетические затраты организма покрываются за счет окисления белков, жиров и углеводов, попросту говоря – сгорания этих веществ.

Для окисления необходим кислород. Доставкой его и заняты органы дыхания. У человека эту функцию выполняют легкие. Однако не следует называть дыханием ритмические движения грудной клетки, в результате которых воздух то засасывается в легкие, то выдавливается наружу. Это еще не само дыхание, а всего лишь транспортировка необходимого для него кислорода.

Сущностью дыхания являются окислительные процессы, которые лишь отдаленно напоминают горение и ни в коей мере не могут быть с ним отождествлены. При обычном горении кислород непосредственно присоединяется к окисляемому веществу. При биологическом окислении белков, жиров или углеводов у них отнимается водород, который, в свою очередь, восстанавливает кислород, образуя воду. Запомните эту схему тканевого дыхания, нам еще придется к ней вернуться.

Окисление – важнейший способ получения энергии. Вот почему астрономы, изучая планеты солнечной системы, в первую очередь стараются узнать, есть ли на них кислород и вода. Там, где они имеются, можно ожидать существование жизни. Недаром радостная весть о первой в мире мягкой посадке советской межпланетной станции «Венера‑4» на планету Венера была омрачена сообщением, что в ее атмосфере практически нет свободного кислорода, очень мало воды и температура достигает 300 градусов.

Однако унывать не стоит. Даже если на Венере и нет совершенно никаких следов жизни, для этой планеты еще не все потеряно. Можно поселить в верхних слоях ее атмосферы, где не так жарко, примитивные одноклеточные растения, которые потребляли бы углекислый газ и продуцировали кислород. Очень высокая плотность венерианской атмосферы позволит крохотным одноклеточным существам плавать в ней, не падая на поверхность планеты. С помощью таких организмов в конечном итоге удалось бы коренным образом изменить газовый состав атмосферы Венеры.

Эта задача для зеленых растений вполне по силам. Ведь и наша земная атмосфера в том виде, какой мы ее знаем, создана живыми организмами. Сейчас растения Земли ежегодно потребляют 650 миллиардов тонн углекислого газа, при этом они продуцируют 350 миллиардов тонн кислорода. Когда‑то и в земной атмосфере кислорода было значительно меньше, чем теперь, а углекислого газа гораздо больше. Нужно только запастись терпением. Нескольких сотен миллионов лет будет, вероятно, вполне достаточно, чтобы в корне преобразовать атмосферу Венеры. Есть основания предполагать, что к тому времени и температура на этой планете значительно снизится (ведь и на Земле было когда‑то горячо). Тогда земляне смогут чувствовать себя там совсем как дома!

Снабжение кислородом

Чтобы жить, необходимо где‑то достать кислород, а затем снабдить им каждую клеточку организма. Большинство животных нашей планеты черпают кислород из атмосферы или извлекают кислород, растворенный в воде. Для этого используются легкие или жабры, а затем уже кровь доставляет его во все уголки организма.

Может на первый взгляд показаться, что извлечение кислорода из воды или воздуха – наиболее сложная часть задачи. Ничуть не бывало. Животным не пришлось придумывать никаких специальных приспособлений. Кислород проникает в протекающую по легким или жабрам кровь лишь благодаря диффузии, то есть потому, что в крови его меньше, чем в окружающей среде, а газообразные и жидкие вещества стараются распределиться так, чтобы их содержание всюду было одинаковым.

Природа не сразу додумалась до легких и жабр. Первые многоклеточные живые организмы их не имели, они дышали всей поверхностью тела. Все последующие более развитые животные, в том числе и человек, хотя и приобрели специальные органы дыхания, но способность дышать кожей не утратили. Лишь звери, одетые в броню: черепахи, броненосцы, крабы и им подобные – не пользуются этой привилегией.

У человека в дыхании принимает участие вся поверхность тела, от самого толстого эпидермиса пяток до покрытой волосами кожи головы. Особенно усиленно дышит кожа на груди, спине и животе. Интересно, что по интенсивности дыхания эти участки кожи значительно превосходят легкие. Так, например, с одинаковой по размеру дыхательной поверхности кислорода здесь может поглощаться на 28, а выделяться углекислого газа даже на 54 процента больше, чем в легких.

Чем обусловлено такое превосходство кожи над легкими, неизвестно. Возможно, тем, что кожа дышит чистым воздухом, а свои легкие мы проветриваем плохо. Даже при самом глубоком выдохе в легких остается известный запас воздуха далеко не лучшего состава, в котором значительно меньше кислорода, чем бывает в наружной атмосфере, и очень много углекислого газа. Когда мы делаем очередной вдох, вновь поступающий воздух смешивается с уже находящимся в легких, и это сильно снижает качество последнего. Не мудрено, если в этом и кроется преимущество кожного дыхания.

Однако доля участия кожи в общем дыхательном балансе человека по сравнению с легкими ничтожна. Ведь общая ее поверхность у человека едва достигает 2 квадратных метров, тогда как поверхность легких, если развернуть все 700 миллионов альвеол, микроскопических пузырьков, через стенки которых и происходит газообмен между воздухом и кровью, составляет по меньшей мере 90–100, то есть в 45–50 раз больше.

Дыхание через наружные покровы тела может обеспечить кислородом только очень небольших животных. Поэтому еще на заре возникновения животного царства природа примеривала, что бы для этого использовать. Прежде всего выбор пал на органы пищеварения.

Кишечнополостные животные состоят всего из двух слоев клеток. Наружный извлекает кислород из окружающей среды, внутренний из воды, свободно поступающей в кишечную полость. Уже плоские черви, обладатели более сложных пищеварительных органов, пользоваться ими для дыхания не могли. И вынуждены были оставаться плоскими, так как в большом объеме диффузия не способна обеспечить кислородом глубоко лежащие ткани.

Многие из кольчатых червей, появившихся на Земле вслед за плоскими, тоже обходятся кожным дыханием, но это оказалось возможным только потому, что у них уже появились органы кровообращения, которые разносят кислород по всему телу. Впрочем, некоторые кольчецы обзавелись первым специальным органом для извлечения кислорода из окружающей воды – жабрами.

У всех последующих животных аналогичные органы строились в основном по двум схемам. Если кислород нужно было получать из воды, то это были специальные выросты или выпячивания, свободно омываемые водой. Если кислород извлекался из воздуха, это были вдавления, от простого мешка, каким является дыхательный орган виноградной улитки или легкие тритонов и саламандр, до сложно устроенных, похожих на виноградные гроздья блоков микроскопических пузырьков, какими стали легкие млекопитающих.

Условия дыхания в воде и на суше сильно разнятся друг от друга. При самых благоприятных условиях в литре воды содержится всего 10 кубических сантиметров кислорода, тогда как в литре воздуха его 210, то есть в 20 раз больше. Поэтому может вызвать удивление, что дыхательные органы водных животных не могут извлекать из столь богатой среды, какой является воздух, достаточного количества кислорода. Устройство жабр таково, что они могли бы успешно справляться со своей задачей и на воздухе, если бы их тоненькие пластинки, лишенные опоры, которую дает вода, не слипались бы между собой и, лишенные защиты, не подсыхали. А это вызывает прекращение циркуляции крови и тем самым приостановку дыхательной функции.

Интересно происхождение дыхательных органов. Природа для их создания использовала то, что было опробовано еще у очень низкоорганизованных существ: кожные покровы и органы пищеварения. Жабры морских червей всего лишь сильно усложненные выросты наружных покровов. У всех позвоночных животных жабры и легкие по своему происхождению являются производными передней кишки.

Очень своеобразна дыхательная система насекомых. Они решили, что не стоит сильно осложнять вопрос. Проще всего дать возможность воздуху непосредственно добираться до каждого из органов, где бы они ни располагались. Осуществляется это очень просто. Все тело насекомых пронизано системой сложноветвящихся трубочек. Даже мозг и тот изрешечен воздухоносными трахеями, так что у них в буквальном смысле слова в голове гуляет ветер.

Трахеи, ветвясь, все уменьшаются в диаметре, пока не станут совсем тоненькими, благодаря чему они могут подойти буквально к каждой клеточке тела, и здесь нередко распадаются на пучок уж совсем мельчайших трахеол, диаметром менее одного микрона, которые входят прямо в протоплазму клеток, так что кислород у насекомых доставляется прямо к месту назначения. Особенно много трахеол в клетках, которые усиленно потребляют кислород: в крупных клетках летательных мышц они создают целые сплетения.

Воздухоносные пути насекомых могут сами разыскивать места, где кислорода становится мало. Так ведут себя трахеолы эпидермиса, крохотные, диаметром меньше одного микрона и длиной не больше трети миллиметра, слепо заканчивающиеся трубочки. Когда вблизи них появляются участки тканей, интенсивно потребляющие кислород, окружающие трахеолы начинают тянуться, увеличиваясь в длину нередко на целый миллиметр.

На первый взгляд кажется, что насекомые удачно решили проблему снабжения кислородом, только практика этого не подтверждает. Сильный сквознячок в их теле способен быстро высушить насекомое. Чтобы этого не произошло, отверстия трахей открываются лишь на очень короткий срок, а у многих водных насекомых они вообще запечатаны. В этом случае кислород путем диффузии через покровы тела или жабры просачивается в воздухоносные пути и распространяется дальше по ним тоже путем диффузии.

Крупные сухопутные насекомые дышат активно. 70–80 раз в минуту мышцы брюшка сокращаются, оно уплощается, и воздух выдавливается наружу. Затем мышцы расслабляются, брюшко принимает прежнюю форму, а воздух засасывается внутрь. Интересно, что для вдоха и выдоха чаще всего используются разные дыхательные отверстия, вдох осуществляется через грудные, выдох через брюшные.

Нередко главные дыхательные органы не в состоянии выполнить свою задачу. Это наблюдается у животных, которые переселились в крайне бедную кислородом или вовсе несвойственную для них среду. И тут уж чего‑чего не привлекает природа в помощь основным дыхательным органам.

В первую очередь широко используются и модернизируются уже испытанные средства. На юге нашей Родины широко известна небольшая рыбешка – вьюн. Встречается она нередко в пересыхающих на лето ручьях, в старицах, полностью утративших связь с рекой. В таких водоемах дно обычно илистое, масса гниющих растений, и поэтому в жаркое летнее время в воде очень мало кислорода. Чтобы не задохнуться, вьюнам приходится «питаться» воздухом. Попросту говоря, они его едят, заглатывают и, как пищу, пропускают через кишечник. Пищеварение идет в передней части кишечника, дыхание в задней.

Чтобы пищеварение меньше мешало дыханию, в средней части кишечника находятся особые секреторные клетки, которые обволакивают слизью приходящие сюда пищевые остатки, благодаря чему они очень быстро проскакивают через дыхательную часть кишки. Точно так же дышат две другие наши пресноводные рыбы, голец и шиповка. Вряд ли выполнение одним органом двойной функции (дыхания и пищеварения) удобно. Видимо, поэтому у большого отряда пресноводных рыб из тропической Азии появился дополнительный дыхательный аппарат – лабиринт – система очень сложно переплетающихся каналов и полостей, расположенных в расширенной части первой жаберной дуги.

Ученые не сразу поняли значение лабиринта. Знаменитый Кювье, который, препарируя анабасов, впервые обнаружил и окрестил этот загадочный орган, предположил, что в лабиринте рыбы держат воду, когда вылезают из водоема. Анабас любит попутешествовать, легко переползая из одного водоема в другой.

Не помогли разъяснить функцию и наблюдения за рыбами в природе. Английский зоолог Коммерсон, первым из европейцев встретившийся с довольно крупной рыбой – гурами, которую местное население издавна разводило в прудах, назвал ее Osphromenus olfacs, что в переподе с латыни означает Нюхатель обоняющий. Наблюдая за рыбами, англичанин видел, что они беспрерывно поднимались к поверхности и, высунув наружу рыло, втягивали воздух. В те времена никому и в голову не могло прийти, что рыбы дышат воздухом! Вот Коммерсон и решил, что гурами всплывают наверх, чтобы выяснить, чем пахнет на белом свете.

Много позже, когда они попали к аквариумистам Европы, стало понятно, что лабиринтовые рыбы дышат воздухом. Жабры у них недоразвиты, и лабиринт играет видную роль в обеспечении кислородом. Обходиться без воздуха они не могут. Если их посадить в аквариум с самой чистой, богатой кислородом водой, но лишить возможности всплывать к поверхности и набирать воздух, лабиринтовые рыбки попросту «захлебнутся» и «утонут».

Нелегко дышится и лягушкам, легкие у них далеко не первого сорта, вот и приходится им порой изощряться. В 1900 году в Габоне (Африка) была поймана волосатая лягушка. Это известие всколыхнуло весь научный мир. В ученых кругах считалось точно установленным, что волосяной покров – прерогатива млекопитающих. Лягушки же, как известно, «ходят» голые. Было непонятно, почему у габонских модниц бока и лапы покрыты шерстью. Трудно было предположить, что им холодно. Ведь если даже наши северные лягушки, живущие чуть ли не у Полярного круга, не мерзнут, то почему стало холодно их африканским сестрам?

Секрет лягушачьих манто существовал недолго. Стоило взглянуть на странную шерсть в микроскоп, как стало ясно, что это простые выросты кожи. Такая «шерсть» греть, конечно, не может, да в Габоне и не бывает холодов. Последующие исследования показали, что волосы выполняют у лягушек функцию своеобразных жабр, с помощью которых они дышат и в воде и на суше. Шерсть растет только у самцов. В период размножения на их плечи ложится немалая физическая нагрузка, и, не будь у них «волос», одышка и недостаток кислорода помешали бы ее выполнить.

Еще интереснее дыхание илистого прыгуна. Живет эта рыба в тропической Индии и не столько в воде, сколько в грязи. Рыбки скорее сухопутные существа. Они могут совершать по суше большие путешествия и даже отлично лазают по деревьям. На берегу эти рыбы дышат хвостом, кожа которого имеет сильно разветвленную кровеносную сеть.

В процессе изучения дыхания илистых прыгунов произошла забавная ошибка. Попросту говоря, прыгуны оказались злостными обманщиками. Ученые подметили, что хотя большую часть дня рыбки проводят на суше, где в основном и добывают себе пищу, ловко хватая пролетающих мимо насекомых, но полностью расставаться с водой не любят. Чаще всего они сидят по краям лужи, опустив в воду хвосты. Прыгнув за пролетавшей мимо бабочкой, рыбка пятится назад, пока не опустит хвост в воду.

Наблюдая такие сценки, ученые решили, что с помощью хвоста прыгун извлекает из воды кислород. Однако, когда догадались замерить количество кислорода, содержащегося в воде, увидели: его там так мало, что не имеет смысла и хвост мочить. Как теперь выяснилось, с помощью хвоста прыгун сосет воду, которая ему очень нужна, чтобы увлажнять остальные части тела, выделять достаточное количество слизи. В это время через хвост он кислорода почти не получает. Зато, когда, запасшись достаточным количеством воды, он покидает водоем, хвост становится главным дыхательным аппаратом.

Умбра, или, как ее у нас называют, рыба‑евдошка, дышит плавательным пузырем. Живет она в Молдавии в низовьях Днестра и Дуная. Плавательный пузырь у евдошки связан с глоткой широким протоком. Высунувшись из воды, рыба наполняет воздухом пузырь. Он густо оплетен кровеносными сосудами, и кислород легко проникает здесь в кровь. Отработанный воздух, насыщенный углекислым газом, умбра время от времени выплевывает. Дыхание через плавательный пузырь для умбры не забава. Если ее лишить возможности заглатывать воздух, она проживет не больше суток.

Не только для умбры, но и для многих рыб воздух совершенно необходим, правда, по другой причине. Мальки большинства рыб, вылупившись из икринки, обязательно должны сделать хоть один вдох. Вот почему рыбы чаще всего мечут икру в неглубоких местах. Иначе у слабеньких малышей не хватит силенок, чтобы всплыть на поверхность. Воздух малькам нужен для того, чтобы наполнить им плавательный пузырь. Через несколько дней проток, соединяющий пузырь с пищеводом, зарастет, и рыбешки, лишенные возможности произвольно уменьшать свой удельный вес, погибнут от переутомления.

У открытопузырных рыб проток плавательного пузыря не зарастает. Эти рыбы до глубокой старости сохраняют способность заглатывать новые порции воздуха, когда собираются плавать у поверхности, и выдавливать излишек, если им хочется спуститься на глубину. Но, видимо, подниматься к поверхности не всегда безопасно, и поэтому рыбы чаще пользуются другим способом, чтобы поддерживать количество газов в пузыре на нужном уровне. Этот способ – активная секреция газов с помощью газовой железы.

Еще на заре изучения дыхания возникло предположение, что кислород, поступивший в легкие, захватывается стенкой альвеол, которая затем секретирует его в кровь. Теория эта впоследствии не оправдалась. Дело не в том, что подобные явления невозможны, просто в легких они оказались ненужными. Для плавательного пузыря закрытопузырных рыб этот способ оказался единственно возможным. Основным рабочим органом железы является чудесная сеть, состоящая из трех последовательно соединенных капиллярных сплетений. Подсчитали, что объем крови, который может поместиться в чудесной сети, невелик, около одной капли, зато площадь сети огромна, ведь она состоит из 88 тысяч венозных и 116 тысяч артериальных капилляров, общая длина которых равняется без малого километру. Кроме того, железа имеет множество канальцев. Считается, что секрет, который она выделяет в просвет пузыря, распадается там, выделяя кислород и азот.

Благодаря тому, что газ в плавательном пузыре создается железой, а не берется из атмосферы, его состав сильно отличается от наружного воздуха. Чаще всего там преобладает кислород, иногда его бывает до 90 процентов.



ЧТО ТАКОЕ УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ?

Жизнь на Земле миллиарды лет развивалась при высокой концентрации углекислоты. И углекислый газ стал необходимым компонентом обмена веществ. Клеткам животных и человека углекислого газа нужно около 7 процентов. А кислорода - всего 2 процента. Этот факт установили эмбриологи. Оплодотворенная яйцеклетка в первые дни находится почти в бескислородной среде - кислород для нее просто губителен. И только по мере имплантации и формирования плацентарного кровообращения постепенно начинает осуществляться аэробный способ производства энергии.

В крови плода содержится мало кислорода и много углекислого газа по сравнению с кровью взрослого организма.

Один из фундаментальных законов биологии гласит, что каждый организм в своем индивидуальном развитии повторяет весь путь эволюции своего вида, начиная от одноклеточного существа и кончая высокоразвитой особью. И в самом деле, все мы знаем, что в утробе матери мы вначале были простейшим одноклеточным существом, потом многоклеточной губкой, потом зародыш был похож на рыбу, потом на тритона, собаку, обезьяну, и, наконец, на человека.

Эволюцию претерпевает не только сам плод, но и его газовая среда. Кровь плода содержит кислорода в 4 раза меньше, а углекислого газа в 2 раза больше, чем у взрослого человека. Если же кровь плода начать насыщать кислородом он моментально погибает.

Избыток кислорода губителен для всего живого, ведь кислород - это сильный окислитель, который при определенных условиях может разрушать мембраны клеток.

У новорожденного ребенка после осуществления первых дыхательных движений тоже обнаружено высокое содержание углекислого газа при взятии крови из пупочной артерии. Не означает ли это, что организм матери стремится создать для нормального развития плода среду, какая была на планете миллиарды лет назад?

А возьмите другой факт: горцы почти не страдают такими недугами, как астма, гипертония или стенокардия, которые распространены среди горожан.

Не потому ли, что на высоте трех-четырех тысяч метров содержание кислорода в воздухе намного меньше? С увеличением высоты плотность воздуха уменьшается, уменьшается соответственно и количество кислорода во вдыхаемом объёме, но как ни парадоксально, это положительно сказывается на здоровье человека.

Замечателен тот факт, что упражнения, вызывающие гипоксию на равнине, оказываются более полезными для здоровья, чем просто пребывание в горах даже для того, кто легко переносит горный климат. Связано это с тем, что дыша разреженным горным воздухом, человек дышит глубже обычного, чтобы получить больше кислорода. Более глубокие вдохи автоматически приводят к более глубоким выдохам, а поскольку мы постоянно теряем с выдохом углекислый газ, углубление дыхания приводит к слишком большим его потерям, что может неблагоприятно сказаться на здоровье.

Заметим попутно, что горная болезнь связана не только с дефицитом кислорода, но и с избыточной потерей углекислого газа при глубоком дыхании.

Польза таких аэробных циклических упражнений как бег, плавание, гребля, велосипед, лыжи и т. д. во многом определяется тем, что в организме создается режим умеренной гипоксии, когда потребность организма в кислороде превышает возможность дыхательного аппарата удовлетворить эту потребность, и гиперкапнии, когда в организме углекислого газа вырабатывается больше, чем организм может выделить легкими.

Теория жизни в кратком изложении такова:

углекислый газ - основа питания всего живого на Земле; если он исчезнет из воздуха, все живое погибнет.
углекислый газ является главным регулятором всех функций в организме, главной средой организма, витамином всех витаминов. Он регулирует активность всех витаминов и ферментов. Если его не хватает, то все витамины и ферменты работают плохо, неполноценно, ненормально. В результате нарушается обмен веществ, а это ведет к аллергии, раку, отложению солей.

В процессе газообмена первостепенное значение имеют кислород и углекислый газ.

Кислород поступает в организм вместе с воздухом, через бронхи, затем попадает в легкие, оттуда – в кровь, а из крови – в ткани. Кислород представляется своего рода ценным элементом, он как бы источник любой жизни, и кое-кто даже сравнивает его с известным из йоги понятием «Прана». Нет более неправильного мнения. На самом деле, кислород - это регенерирующий элемент, служащий для очистки клетки от всех ее отходов и некоторым образом для ее сжигания. Отбросы клетки должны постоянно очищаться, иначе возникает повышенная интоксикация или смерть. Наиболее чувствительны к интоксикации клетки мозга, они погибают без кислорода (в случае апноэ) спустя четыре минуты.
Углекислый газ проходит эту цепочку в обратном направлении: образуется в тканях, затем поступает в кровь и оттуда через дыхательные пути выводится из организма.

У здорового человека эти два процесса находятся в состоянии постоянного равновесия, когда соотношение углекислого газа и кислорода составляет пропорцию 3:1.

Углекислый газ, вопреки широко распространенному мнению, необходим организму не меньше, чем кислород. Давление углекислого газа влияет на кору головного мозга, дыхательный и сосудо-двигательный центры, углекислый газ также обеспечивает тонус и определенную степень готовности к деятельности различных отделов центральной нервной системы, отвечает за тонус сосудов, бронхов, обмен веществ, секрецию гормонов, электролитный состав крови и тканей. А значит, опосредованно влияет на активность ферментов и скорость почти всех биохимических реакций организма. Кислород же служит энергетическим материалом, и его регулирующие функции ограниченны.

Углекислота - источник жизни и регенератор функции организма, а кислород - энергетик.
В древности атмосфера нашей планеты была сильно насыщена углекислым газом (свыше 90%), он являлся, и является сейчас, естественным строительным материалом живых клеток. Как пример, реакция биосинтеза растений -поглощение углекислого газа, утилизация углерода и выделение кислорода, и именно в те времена на планете существовала очень пышная растительность.

Углекислота так же участвует в биосинтезе животного белка, в этом некоторые ученые видят возможную причину существования много миллионов лет назад гигантских животных и растений.

Наличие пышной растительности постепенно привело к изменению состава воздуха, уменьшилось содержание углекислого газа, но внутренние условия работы клеток по-прежнему определялись высоким содержанием углекислоты. Первые животные, появившиеся на Земле и питавшиеся растениями, находились в атмосфере с высокимсодержанием углекислого газа. Поэтому их клетки, а позже и созданные на базе древней генетической памяти клетки современных животных и человека, нуждаются в углекислой среде внутри себя (6-8% углекислоты и 1-2% кислорода) и в крови (7-7,5% углекислого газа).

Растения утилизировали почти весь углекислый газ из воздуха и основная его часть, в виде углеродных соединений, вместе с гибелью растений попала в землю, превратившись в полезные ископаемые (уголь, нефть, торф). В настоящее время в атмосфере содержится около 0,03% углекислого газа и примерно 21% кислорода.

Известно, что в воздухе находится примерно 21% кислорода. При этом его уменьшение до 15% или увеличение до 80% не окажет никакого влияния на наш организм. Известно, что в выдыхаемом из легких воздухе содержится еще от 14 до 15% кислорода, доказательством чему служит метод искусственного дыхания "рот в рот", который в противном случае был бы неэффективен. Из 21 % кислорода только 6% адсорбируются тканями тела. В отличие от кислорода на изменение концентрации углекислого газа в ту или иную сторону всего лишь на 0,1% наш организм сразу же реагирует и старается вернуть его к норме. Отсюда можно сделать вывод о том, что углекислый газ примерно в 60-80 раз важнее кислорода для нашего организма.

Поэтому мы можем сказать, что эффективность внешнего дыхания может быть определена по уровню углекислого газа в альвеолах.

Но для нормальной жизнедеятельности в крови должно быть 7-7,5% углекислого газа, а в альвеолярном воздухе - 6,5%.

Извне его получить нельзя, так как в атмосфере почти не содержится углекислого газа. Животные и человек получают его при полном расщеплении пищи, так как белки, жиры, углеводы, построенные на углеродной основе, при сжигании с помощью кислорода в тканях образуют бесценный углекислый газ - основа жизни. Снижение углекислоты в организме ниже 4% – это гибель.

Задача СО 2 - вызвать дыхательный рефлекс. Когда его давление повышается, сеть тонких нервных окончаний (рецепторы) немедленно посылает сообщение в луковицы спинного и головного мозга, дыхательные центры, откуда и следует команда начать дыхательный акт. Следовательно, углекислый газ можно считать сторожевым псом, сигнализирующим об опасности. При гипервентиляции пес временно выставляется за дверь.

Углекислота регулирует обмен веществ, так как служит сырьем, а кислород идет на сжигание органических веществ, то есть он только энергетик.

Роль углекислоты в жизнедеятельности организма очень многообразна. Приведем лишь некоторые ее основные свойства:

• она представляет собой прекрасное сосудорасширяющее средство;
• является успокоителем (транквилизатором) нервной системы, а значит прекрасным анестезирующим средством;
• участвует в синтезе аминокислот в организме;
• играет большую роль в возбуждении дыхательного центра.

Чаще всего, поскольку углекислый газ жизненно необходим, при его чрезмерной потере в той или иной степени включаются защитные механизмы, пытающиеся остановить его удаление из организма. К ним относятся:

Спазм сосудов, бронхов и спазм гладкой мускулатуры всех органов;
- сужение кровеносных сосудов;
- увеличение секреции слизи в бронхах, носовых ходах, развитие аденоидов, полипов;
- уплотнение мембран вследствие отложения холестерина, что способствует развитию склероза тканей.

Все эти моменты вместе с затруднением поступления кислорода в клетки при понижении содержания углекислого газа в крови (эффект Вериго-Бора) ведут к кислородному голоданию, замедлению венозного кровотока (с последующим стойким расширением вен).
Более ста лет назад российский учёный Вериго, а затем и датский физиолог Христиан Бор открыли эффект, названный их именем.
Он заключается в том, что при дефиците углекислого газа в крови нарушаются все биохимические процессы организма. А значит, чем глубже и интенсивней дышит человек, тем больше кислородное голодание организма!
Чем больше в организме (в крови) С02 , тем больше 02 (по артериолам и капиллярам) доходит до клеток и усваивается ими.
Переизбыток кислорода и недостаток углекислого газа ведут к кислородному голоданию.
Было обнаружено, что без присутствия углекислоты кислород не может высвободиться из связанного состояния с гемоглобином (эффект Вериго-Бора), что приводит к кислородному голоданию организма даже при высокой концентрации этого газа в крови.

Чем заметнее содержание углекислого газа в артериальной крови, тем легче осуществляется отрыв кислорода от гемоглобина и переход его в ткани и органы, и наоборот - недостаток углекислого газа в крови способствует закреплению кислорода в эритроцитах. Кровь циркулирует по организму, а кислород не отдает! Возникает парадоксальное состояние: кислорода в крови достаточно, а органы сигнализируют о его крайнем недостатке. Человек начинает задыхаться, стремится вдохнуть и выдохнуть, пытается дышать чаще и еще больше вымывает из крови углекислый газ, закрепляя кислород в эритроцитах.

Общеизвестно, что во время интенсивных занятий спортом в крови спортсмена увеличивается содержание углекислого газа. Оказывается, именно этим спорт и полезен. И не только спорт, а любые зарядка, гимнастика, физическая работа, одним словом – движение.

Повышение уровня СО 2 способствует расширению мелких артерий (тонус которых определяет количество функционирующих капилляров) и увеличению мозгового кровотока. Регулярная гиперкапния активирует выработку факторов роста сосудов, что приводит к формированию более разветвленной капиллярной сети и оптимизации тканевого кровообращения мозга.

Можно также подкисливать кровь в капиллярах молочной кислотой и тогда возникает эффект второго дыхания при физических длительных нагрузках. Для ускорения появления второго дыхания, спортсменам рекомендуют задерживать дыхание на сколько можно. Спортсмен бежит длинную дистанцию, сил нет, все как у нормального человека. Нормальный человек останавливается и говорит: ”Все, больше не могу”. Спортсмен задерживает дыхание и у него открывается второе дыхание, и он бежит дальше.

Дыхание до некоторой степени контролируется сознанием. Мы можем заставить себя дышать чаще или реже, а то и во¬все задержать дыхание. Однако как бы долго мы ни старались сдерживать вдох, наступает момент, когда это становится не¬возможным. Сигналом для очередного вдоха служит не недо¬статок кислорода, что могло бы показаться логичным, а избыток углекислого газа. Именно накопившийся в крови углекислый газ является физиологическим стимулятором дыхания. После открытия роли углекислого газа его начали добавлять в газовые смеси аквалангистов, чтобы стимулировать работу дыхательно¬го центра. Этот же принцип используют при наркозе.

Все искусство дыхания заключается в том, чтобы почти не выдыхать углекислый газ, терять его как можно меньше. Дыхание йогов как раз соответствует этому требованию.

А дыхание обычных людей - это хроническая гипервентиляция легких, избыточное выведение углекислого газа из организма, что обусловливает возникновение около 150 тяжелейших заболеваний, именуемых нередко болезнями цивилизации.

РОЛЬ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В РАЗВИТИИ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТОНИИ

Между тем, утверждение о том, что первопричина гипертонии является именно недостаточная концентрация углекислого газа в крови, проверяется очень просто. Нужно всего лишь выяснить, сколько углекислого газа находится в артериальной крови гипертоников и у здоровых людей. Именно это и было сделано в начале 90-х годов российскими учеными-физиологами.

Проведенные исследования газового состава крови больших групп населения разных возрастов, о результатах которых можно прочесть в книге "Физиологическая роль углекислоты и работоспособность человека" (Н. А. Агаджанян, Н. П. Красников, И. Н. Полунин, 1995) позволили сделать однозначный вывод о причине постоянного спазма микрососудов - гипертонии артериол. У подавляющего большинства обследованных пожилых людей в состоянии покоя в артериальной крови содержится 3,6-4,5 % углекислого газа (при норме 6-6,5%).

Таким образом были получены фактические доказательства того, что первопричина многих хронических недугов, характерных для пожилых людей, - утеря их организмом способности постоянно поддерживать в артериальной крови содержание углекислого газа близкое к норме. А то, что у молодых и здоровых людей углекислого газа в крови 6 - 6,5 % - давно известная физиологическая аксиома.

От чего же зависит концентрация углекислого газа в артериальной крови?

Углекислый газ С0 2 постоянно образуется в клетках организма. Процесс его удаления из организма через лег¬кие строго регулируется дыхательным центром - отделом головного мозга, управляющим внешним дыханием. У здоровых людей в каждый момент времени уровень вен¬тиляции легких (частота и глубина дыхания) таков, что С0 2 удаляется из организма ровно в таком количестве, чтобы его всегда оставалось в артериальной крови не менее 6%. По-настоящему здоровый (в физиологическом смысле) организм не допускает снижения содержания углекислого газа менее этой цифры и повышения более 6,5%.

Интересно заметить, что значения огромного числа са¬мых разных показателей, определяемых при исследованиях, проводимых в поликлиниках и диагностических центрах, у людей молодых и пожилых отличаются на доли, максимум на единицы %. И только показатели содержания углекислого газа в крови отличаются примерно в полтора раза. Другого настолько яркого и конкретного отличия между здоровыми и больными не существует.

УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ ЯВЛЯЕТСЯ МОЩНЫМ ВАЗОДИЛАТАТОРОМ (РАСШИРЯЕТ СОСУДЫ)

Углекислый газ, это вазодилататор, действующий не¬посредственно на сосудистую стенку, в связи с чем при задержке дыхания наблюдаются теплый кожный покров. Задержка дыхания является важной составляющей занятии Бодифлекса.Всё происходит следующим образом: Вы выполняете специальные дыхательные упражнения (вдох, выдох, затем втягиваете живот и задерживаете дыхание, принимаете растягивающую позицию, считаете до 10, потом вдыхаете и расслабляетесь).

Занятия бодифлексом способствуют обогащению организма кислородом. Если задержать дыхание на 8–10 секунд, в крови накапливается углекислый газ. Это способствует расширению артерий и подготавливает клетки к гораздо более эффективному усвоению кислорода. Добавочный кислород помогает справиться со многими проблемами, например, с лишним весом, недостатком энергии и плохим самочувствием.

В настоящее время на углекислый газ ученые-медики смотрят как на мощный физиологический фактор регуляции многочисленных систем организма: дыхательной, транспортной, сосудодвигательной, выделительной, кроветворной, иммунной, гормональной и др.

Доказано, что локальное воздействие углекислого газа на ограниченный участок тканей сопровождается увеличением объемного кровотока, повышением скорости экстракции кислорода тканями, усилением их метаболизма, восстановлением рецепторной чувствительности, усилением репаративных процессов и активацией фибробластов. К общим реакциям организма на локальное воздействие углекислого газа можно отнести развитие умеренного газового алкалоза, усиление эритро- и лимфопоэза.

Подкожными инъекциями CO 2 достигается гиперемия, которая имеет резорбтивное, бактерицидное и противовоспалительное, обезболивающее и спазмолитическое воздействие. Углекислота на продолжительный период улучшает кровоток, кровообращение мозга, сердца и сосудов. Карбокситерапия помогает при появлении признаков старения кожи, способствует коррекции фигуры, устраняет многие косметические дефекты и даже позволяет бороться с целлюлитом.

Усиление кровообращения в зоне роста волос позволяет разбудить «спящие» волосяные фолликулы, и этот эффект позволяет использовать карбокситерапию при облысении. А что происходит в подкожной клетчатке? В жировых клетках под действием диоксида углерода стимулируются процессы липолиза, в результате чего уменьшается объем жировой ткани. Курс процедур помогает избавиться от целлюлита или, по меньшей мере, снижает степень выраженности этого неприятного явления.

Пигментные пятна, возрастные изменения, рубцовые изменения и растяжки - вот еще некоторые показания для данного метода. В области лица карбокситерапия используется для коррекции формы нижнего века, а также для борьбы со вторым подбородком. Назначается методика при куперозе, при угревой болезни.

Итак, становится понятным, что углекислый газ в нашем организме выполняет многочисленные и очень важные функции, а кислород при этом оказывается лишь окислителем питательных веществ в процессе вырабатывания энергии. Но мало того, когда "сжигание" кислорода происходит не до конца, то образуются очень токсичные продукты - свободные активные формы кислорода, свободные радикалы. Именно они являются основным пусковым механизмом в запуске старения и перерождения клеток организма, искажая очень тонкие и сложные внутриклеточные конструкции неуправляемыми реакциями.

Из сказанного следует необычный вывод:

Искусство дыхания заключается в том, чтобы почти не выдыхать углекислый газ и терять его как можно меньше.

Что касается сути всех дыхательных методик, то они в принципе делают одно и то же - повышают содержание в крови углекислого газа за счет задержки дыхания. Разница только в том, что в разных методиках это достигается по-разному - или за счет задержки дыхания после вдоха, или после выдоха, или за счет удлиненного выдоха, или за счет удлиненного вдоха, или их комбинаций.

Если добавить к чистому кислороду углекислый газ и дать подышать тяжелобольному человеку, то его состояние улучшится в большей степени, чем если бы он дышал чистым кислородом. Оказалось, что углекислый газ до известного предела способствует более полному усвоению кислорода организмом. Этот предел равен 8 % СО2 . С повышением содержания СО2 до 8 % происходит повышение усвоения О2, а затем с еще большим повышением содержания СО2усвоение О2 начинает падать. Значить, организм не выводит, а «теряет» углекислый газ с выдыхаемым воздухом и некоторое ограничение этих потерь должно оказать на организм благотворное воздействие.

Если еще больше уменьшить дыхание, как это советуют йоги, то у человека разовьется сверхвыносливость, высокий потенциал здоровья, возникнут все предпосылки к долголетию.

При выполнении таких упражнений мы создаем в организме гипоксию - недостаток кислорода, и гиперкапнию - избыток углекислого газа. Надо заметить, что даже при самых длительных задержках дыхания содержание СО 2 в альвеолярном воздухе не превышает 7%, так что бояться вредного воздействия чрезмерных доз СО 2 нам не приходится.

Исследования показывают, что воздействие дозированными гипоксически-гиперкапническими тренировками в течение 18 дней по 20 минут ежедневно сопровождается статистически значимыми улучшением самочувствия на 10%, улучшением способности к логическому мышлению на 25% и увеличением объёма оперативной памяти на 20%.

Нужно стараться все время дышать неглубоко (чтобы дыхания не было ни заметно, ни слышно) и редко, стремясь максимально растянуть автоматические пуазы после каждого выдоха.

Йоги говорят, что каждому человеку от рождения отпущено определенное число дыханий и нужно беречь этот запас. В такой оригинальной форме они призывают уменьшить частоту дыхания.

Напомним, что пранаямой Патанджали называл «остановку движения вдыхаемого и выдыхаемого воздуха», то есть по сути – гиповентиляцию. Следует также вспомнить, что согласно этому же источнику, пранаяма «делает ум пригодным к концентрации».

Действительно, каждый орган, каждая клетка имеет свой жизненный запас - генетически заложенную программу работы с определенным пределом. Оптимальное выполнение этой программы принесет человеку здоровье и долголетие (насколько позволит генетический код). Пренебрежение ею, нарушения законов природы ведут к болезням и преждевременной смерти.

Зачем в лимонады и минеральные воды добавляют углекислый газ?
СО (угарный газ) токсичен - не путать с СО 2 (углекислый газ)
Кумбхака, или гиповентиляционные техники в йоге
Чем мы дышим - значение кислорода, азота и углекислого газа
Карбокситерапия - газовые уколы красоты
Каковы последствия роста углекислоты в атмосфере для живых орган
Роль углекислоты для поддержания здоровья
Роль углекислого газа в жизни

Дыхание - обмен газов, с одной стороны, между кровью и внешней средой (наружное дыхание), с другой - обмен газов между кровью и клетками тканей (внутреннее или тканевое дыхание). Посредником между тканями и внешней средой является кровь. Для жизнедеятельности организма нужны не только питательные вещества, но и кислород. Кислород участвует в обмене веществ. В процессе обмена веществ в тканях происходит непрерывное потребление кислорода и образование углекислого газа. Почти все окислительные процессы в тканях, в результате которых высвобождается необходимая для жизнедеятельности организма энергии, протекают с участием кислорода. Поэтому прекращение поступления кислорода приводит к гибели тканей и организма. Наиболее чувствительна к недостатку кислорода нервная ткань.

Главной частью дыхательной системы организма человека являются лёгкие , которые выполняют основную функцию дыхания - обмен кислородом и углекислым газом между организмом и внешней средой обитания . Такой обмен возможен благодаря сочетанию вентиляции, диффузии газов через альвеолярно-капиллярную мембрану и лёгочного кровообращения.

Регуляция дыхания контролируется ЦНС и периферической нервной системой. Кровеносные сосуды содержат специальные хеморецепторы, которые реагируют на концентрацию продуктов обмена, парциальное напряжение кислорода и углекислого газа, pH организма. Благодаря этому осуществляется регуляция объёма вентиляции лёгких, частоты, глубины, длительности вдоха и выдоха.

Условно процесс дыхания делится на 3 этапа:

1. Внешнее дыхание.
2. Диффузия кислорода и его транспортировка к тканям.
3. Тканевое дыхание.

Первый этап дыхания - внешнее дыхание

Осуществление легочного дыхания возможно лишь при условии постоянного поступления в лёгкие из окружающей атмосферы свежего воздуха и выведения воздуха, находящегося в альвеолах. Такой процесс называется легочной вентиляцией.

Органы дыхания (схема). 1 - полость носа (cavitas nasi); 2 - полость рта (cavitas oris); 3 - глотка (pharynx); 4 - гортань (larynx); 5 - трахея (trachea); 6 - бронхи (bronchi); 7 - лёгкие (pulmones)

В процессе внешнего дыхания кислород из внешней среды доставляется в альвеолы лёгких. На адекватность внешнего дыхания влияют многие факторы. Процесс внешнего дыхания начинается с верхних дыхательных путей, которые очищают, согревают и увлажняют вдыхаемый воздух. Эффективность очищения вдыхаемого воздуха зависит от количества и качественного состояния макрофагов, которые содержатся в слизистых оболочках дыхательных путей. Изнутри поверхность верхних дыхательных путей выстлана реснитчатым псевдомногослойным эпителием, который эвакуирует мокроту из верхних дыхательных путей. В норме из трахеи и бронхов за сутки удаляется до 100 мл мокроты.

Очень важную функцию в нормальной работе верхних дыхательных путей играет кашлевый рефлекс, при нарушении которого не происходит своевременного освобождения верхних дыхательных путей от патологического секрета.

Дыхательные пути подразделяются на:

• верхние дыхательные пути : нос, рот, глотка, гортань;
• нижние дыхательные пути : трахея, бронхи.

Ёмкость верхних дыхательных путей образует анатомически мёртвое пространство, воздух которого не участвует в газообмене. Объём анатомически мертвого пространства приблизительно равен 150 см 3 (2,2 см 3 на 1 кг массы тела человека).

Вентиляция лёгких зависит от дыхательного обмена и частоты дыхания. Величина вдоха определяется как разница между силой сокращения дыхательных мышц и эластичностью лёгких, которая зависит от поверхностного натяжения жидкости, покрывающей альвеолы и эластичности самой легочной ткани.

Значимость (по убыванию) вентилируемости лёгких во время дыхания:

• нижний отдел;
• передний отдел;
• задний отдел;
• верхушка.

Второй этап дыхания - диффузия и транспортировка кислорода к тканям

Диффузия кислорода осуществляется через ацинус - структурную единицу лёгкого, который состоит из дыхательной бронхиолы и альвеол. Диффузия кислорода осуществляется за счёт парциальной разности содержания кислорода в альвеолярном воздухе и венозной крови, после чего незначительная часть кислорода растворяется в плазме, а основная часть кислорода связывается с гемоглобином, и транспортируется с током крови к органам и тканям организма. Соседние альвеолы сообщаются между собой порами межальвеолярных перегородок, через которые возможна незначительная вентиляция альвеол с закупоренными слизью ходами, например, при астме.

Альвеолы изнутри покрыты сурфактантом - сложным белковым поверхностно-активным веществом, который очень чувствителен к снижению кровообращения, вентиляции лёгких, уменьшению парциального напряжения кислорода в артериальной крови, что вызывает уменьшение количества сурфактанта, из-за чего нарушается стабильность поверхности альвеол. Сурфактантный комплекс препятствует спадению терминальных бронхиол, осуществляет противоотёчную функцию, играет важную роль в регуляции водного баланса, оказывает защитное действие за счёт противоокислительной активности.

Третий этап дыхания - утилизация кислорода в тканях

Кислород утилизируется в процессе биологического окисления белков, жиров и углеводов, с целью выработки энергии. Молекулярной основой клеточного дыхания является окисление углерода до углекислого газа и перенос атома водорода на атом кислорода с образованием молекулы воды. Это аэробный путь получения энергии, который в организме человека является ведущим (примерно 98% всей энергии, которую получает организм, образуется в условиях аэробного окисления; остальное приходится на анаэробное окисление).