Акт дыхания состоит из ритмично повторяющихся вдоха и выдоха.
Вдох осуществляется следующим образом. Под влиянием нервных импульсов сокращаются мышцы, участвующие в акте вдоха: диафрагма, наружные межрёберные мышцы и др. Диафрагма при своём сокращении опускается (уплощается), что ведёт к увеличению вертикального размера грудной полости. При сокращении наружных межрёберных и некоторых других мышц поднимаются рёбра, при этом увеличиваются переднезадний и поперечный размеры грудной полости. Таким образом, в результате сокращения мышц увеличивается объём грудной клетки. Вследствие того, что в полости плевры воздух отсутствует и давление в ней отрицательное, одновременно с увеличением объёма грудной клетки расширяются и лёгкие. При расширении лёгких давление воздуха внутри них понижается (оно становится ниже атмосферного) и атмосферный воздух устремляется по дыхательным путям в лёгкие. Следовательно, при вдохе последовательно происходит: сокращение мышц - увеличение объёма грудной клетки - расширение лёгких и уменьшение давления внутри лёгких - поступление воздуха по воздухоносным путям в лёгкие.
Выдох происходит вслед за вдохом. Мышцы, участвующие в акте вдоха, расслабляются (диафрагма при этом поднимается), рёбра в результате сокращения внутренних межрёберных и других мышц и вследствие своей тяжести опускаются. Объём грудной клетки уменьшается, лёгкие сжимаются, давление в них повышается (становится выше атмосферного), и воздух по воздухоносным путям устремляется наружу.
Механизм регуляции дыхания очень сложный. В схематическом изложении он сводится к следующему. В продолговатом мозгу имеется скопление нервных клеток, регулирующих дыхание, - дыхательный центр. В дыхательном центре различают два отдела: отдел вдоха и отдел выдоха. Функция обоих отделов взаимосвязана: при возбуждении отдела вдоха происходит торможение отдела выдоха и, наоборот, возбуждение отдела выдоха сопровождается торможением отдела вдоха. Помимо дыхательного центра, заложенного в продолговатом мозгу, в регуляции дыхания участвуют специальные скопления нервных клеток в мосту и в промежуточном мозгу. Своё влияние на дыхательные мышцы, от которых зависит изменение объёма грудной клетки при вдохе и выдохе, дыхательный центр оказывает не прямо, а через спинной мозг. В спинном мозгу находятся группы клеток, отростки которых (нервные волокна) идут в составе спинномозговых нервов к дыхательным мышцам. При возбуждении дыхательного центра (отдела вдоха) нервные импульсы передаются в спинной мозг, а оттуда по нервам к дыхательным мышцам, вызывая их сокращение; в результате происходит расширение грудной клетки и вдох. Прекращение передачи импульсов из дыхательного центра (при торможении отдела вдоха) в спинной мозг, а от него к дыхательным мышцам сопровождается расслаблением этих мышц; в результате грудная клетка спадается и наступает выдох.
В дыхательном центре происходит попеременно смена состояния возбуждения и торможения (отдела вдоха и отдела выдоха), что обусловливает ритмичные чередования вдоха и выдоха. Изменение состояния дыхательного центра зависит от нервных и гуморальных влияний. При этом важная роль принадлежит рецепторам лёгких и углекислоте, находящейся в крови. Во время вдоха лёгкие растягиваются и благодаря этому раздражаются окончания блуждающего нерва, заложенные в ткани легкого. Нервные импульсы, возникшие в рецепторах, передаются по блуждающему нерву в дыхательный центр, вызывая возбуждение отдела выдоха и одновременно торможение отдела вдоха. В результате передача импульсов из дыхательного центра в спинной мозг прекращается и происходит выдох. При выдохе ткань лёгкого спадается, рецепторы лёгкого не раздражаются, нервные импульсы из рецепторов в дыхательный центр не поступают. В результате отдел выдоха приходит в состояние торможения, одновременно отдел вдоха возбуждается и наступает вдох. Затем снова всё повторяется. Таким образом осуществляется автоматическая саморегуляция дыхания: вдох вызывает выдох, а выдох обусловливает вдох.
Углекислота является специфическим возбудителем дыхания. При накоплении углекислоты в крови до определённой концентрации раздражаются специальные рецепторы стенок кровеносных сосудов. Возникшие в рецепторах импульсы передаются по нервным волокнам в дыхательный центр (отдел вдоха) и вызывают его возбуждение, что сопровождается углублением и учащением дыхания. Помимо этого, углекислота оказывает и прямое воздействие на дыхательный центр: повышение концентрации углекислоты в крови, омывающей дыхательный центр, вызывает его возбуждение. Уменьшение концентрации углекислоты в крови сопровождается, наоборот, снижением возбудимости дыхательного центра (отдела вдоха).
Если в результате интенсивной мышечной работы или по другим причинам в крови скапливается избыточное количество углекислого газа, то вследствие возбуждения дыхательного центра дыхание становится учащённым - возникает одышка. В результате этого углекислый газ быстро выводится из организма и содержание его в крови становится нормальным. Нормальной становится и частота дыхания. Скопление углекислого газа автоматически вызывает быстрое его выведение и тем самым снижение возбудимости дыхательного центра (отдела вдоха).
Наряду с избытком углекислого газа возбуждение дыхательного центра вызывают и недостаток кислорода, а также нeкоторые другие вещества, поступившие в кровь, в частности специальные лекарственные вещества. Следует отметить, что рефлекторное влияние на дыхательный центр оказывает не только раздражение рецепторов стенок кровеносных сосудов и рецепторов самих лёгких, но и другие воздействия (например, раздражение слизистой оболочки носа нашатырным спиртом, раздражение кожи холодной водой и др.).
Дыхание подчинено коре головного мозга, доказательством чего является то, что человек может произвольно задерживать дыхание (правда, на очень короткое время) или изменять его глубину и частоту. Свидетельством корковой регуляции дыхания является и учащение дыхания при эмоциональных состояниях.
С дыханием связаны защитные акты: кашель и чиханье. Осуществляются они рефлекторно, причём центры этих рефлексов находятся в продолговатом мозгу.
Кашель возникает в ответ на раздражение слизистой оболочки гортани, глотки или бронхов (при попадании туда частиц пыли, пищи и др.). При кашле после глубокого вдоха воздух с силой выталкивается из дыхательных путей и приводит при этом в движение голосовые связки (возникает характерный звук). Вместе с воздухом удаляется то, что раздражало дыхательные пути.
Чиханье происходит в ответ на раздражение слизистой оболочки носа по тому же принципу, что и кашель.
Кашель и чиханье являются защитными дыхательными рефлексами.
Критерии оценки деятельности дыхательной системы .
Определяют три типа дыхания: грудной, брюшной (диафрагмальный) и смешанный. При грудном типе дыхания на вдохе заметно поднимаются ключицы и происходит движение рёбер. При этом типе дыхания объём лёгких возрастает главным образом за счёт движения верхних и нижних рёбер. При брюшном типе дыхания увеличение объёма лёгких происходит в основном за счёт движения диафрагмы - на вдохе она опускается вниз, несколько смещая органы брюшной полости. Поэтому стенка живота на вдохе при брюшном типе дыхания слегка выпячивается. У спортсменов, как правило, смешанный тип дыхания, где участвуют оба механизма увеличения объема грудной клетки.
Перкуссия (поколачивание) позволяет определить изменение (если оно есть) плотности лёгких. Изменения в лёгких являются обычно следствием некоторых заболеваний (воспаление лёгких, туберкулёз и др.).
Аускультация (выслушивание) определяет состояние воздухоносных путей (бронхов, альвеол). При различных заболеваниях органов дыхания прослушиваются весьма характерные звуки - различные хрипы, усиление или ослабление дыхательного шума и т.д.
Исследование внешнего дыхания проводят по показателям, характеризующим вентиляцию, газообмен, содержание и парциальное давление кислорода и углекислого газа в артериальной крови и по другим параметрам. Для исследования функции внешнего дыхания пользуются спирометрами, спирографами и специальными аппаратами открытого и закрытого типа.
Параметры дыхательной системы .
Остаточный воздух (ОВ) - объём воздуха, оставшийся в невозвратившихся в исходное положение лёгких.
Частота дыхания (ЧД) - количество дыханий в 1 мин. Определение ЧД производят по спирограмме или по движению грудной клетки. Средняя частота дыхания у здорового человека - 16-18 в минуту, у спортсменов - 8-12. В условиях максимальной нагрузки ЧД возрастает до 40-60 в 1 мин.
Глубина дыхания (ДО) - объём воздуха спокойного вдоха или выдоха при одном дыхательном цикле. Глубина дыхания зависит от роста, веса, пола и функционального состояния спортсмена. У здоровых лиц ДО составляет 300-800 мл.
Минутный объём дыхания (МОД) характеризует функцию внешнего дыхания.
В спокойном состоянии воздух в трахее, бронхах, бронхиолах и в неперфузируемых альвеолах в газообмене не участвуют, так как не приходит в соприкосновение с активным легочным кровотоком - это так называемое "мёртвое" пространство. Часть дыхательного объёма, которая участвует в газообмене с легочной кровью, называется альвеолярным объёмом. С физиологической точки зрения альвеолярная вентиляция - наиболее существенная часть наружного дыхания, так как она является тем объёмом вдыхаемого за 1 мин воздуха, который обменивается газами с кровью легочных капилляров.
МОД измеряется произведением ЧД на ДО. У здоровых лиц ЧД - 16-18 в минуту, а ДО колеблется в пределах 350-750 мл, у спортсменов ЧД - 8-12 мл, а ДО - 900-1300 мл. Увеличение МОД (гипервентиляция) наблюдается вследствие возбуждения дыхательного центра, затруднения диффузии кислорода и др.
В покое МОД составляет 5-6 л, при напряженной физической нагрузке может возрастать в 20-25 раз и достигать 120-150 л в 1 мин и более. Увеличение МОД находится в прямой зависимости от мощности выполняемой работы, но только до определённого момента, после которого рост нагрузки уже не сопровождается увеличением МОД.
Даже при самой тяжёлой нагрузке МОД никогда не превышает 70-80% уровня максимальной вентиляции. Расчёт должной величины МОД основан на том, что у здоровых лиц из каждого литра провентилированного воздуха поглощается примерно 40 мл кислорода (это так называемый коэффициент использования кислорода).
Вентиляционным эквивалентом (ВЭ) называются соотношение между МОД и величиной потребления кислорода. В состоянии покоя 1 л кислорода в лёгких поглощается из 20-25 л воздуха. При тяжёлой физической нагрузке вентиляционный эквивалент увеличивается и достигает 30-35 л. Под влиянием тренировки на выносливость вентиляционный эквивалент при стандартной нагрузке уменьшается. Это свидетельствует о более экономном дыхании у тренированных лиц.
Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) состоит из дыхательного объёма лёгких, резервного объёма вдоха и резервного объёма выдоха. ЖЕЛ зависит от пола, возраста, размера тела и тренированности. ЖЕЛ составляет в среднем у женщин 2,5-4 л, а у мужчин - 3,5-5 л. Под влиянием тренировки ЖЕЛ возрастает, у хорошо тренированных спортсменов она достигает 8 л.
Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) представляет собой сумму ЖЕЛ и остаточного объёма лёгких, то есть того воздуха, который остается в лёгких после максимального выдоха и может быть определён только косвенно. У молодых здоровых людей - 75-80% ОЕЛ занимает ЖЕЛ, а остальное приходится на остаточный объём. У спортсменов доля ЖЕЛ в структуре ОЕЛ увеличивается, что благоприятно отражается на эффективности вентиляции.
Максимальная вентиляция лёгких (МВЛ) - это предельно возможное количество воздуха, которое может быть провентилировано через лёгкие в единицу времени. Обычно форсированное дыхание проводится в течение 15 с и умножается на 4. Это и будет величина МВЛ. Большие колебания МВЛ снижают диагностическую ценность определения абсолютного значения этих величин. Поэтому полученную величину МВЛ приводят к должной.
Объем воздуха, остающегося в лёгких после максимального выдоха (ОО) наиболее полно и точно характеризует газообмен в лёгких.
Одним из основных показателей внешнего дыхания является газообмен (анализ респираторных газов - углекислоты и кислорода в альвеолярном воздухе), то есть поглощение кислорода и выведение углекислоты. Газообмен характеризует внешнее дыхание на этапе "альвеолярный воздух - кровь легочных капилляров". Он исследуется методом газовой хроматографии.
Функциональная проба Розенталя позволяет судить о функциональных возможностях дыхательной мускулатуры. Проба проводится на спирометре, где у обследуемого 4-5 раз подряд с интервалом в 10-15 с определяют ЖЕЛ. В норме получают одинаковые показатели. Снижение ЖЕЛ на протяжении исследования указывает на утомляемость дыхательных мышц.
Пневмотонометрический показатель (ПТП, мм рт. ст.) даёт возможность оценить силу дыхательной мускулатуры, которая является основой процесса вентиляции. ПТП снижается при гиподинамии, при длительных перерывах в тренировках, при переутомлении и др. Исследование проводится пневмотонометром В.И. Дубровского и И.И. Дерябина (1972). Исследуемый производит выдох (или вдох) в мундштук аппарата. В норме у здоровых лиц ПТП в среднем составляет у мужчин на выдохе 328 ± 17,4 мм рт. ст., на вдохе - 227 ± 4,1 мм рт. ст., у женщин, соответственно, - 246 ± 1,8 и 200 ± 7,0 мм рт. ст. При заболеваниях лёгких, гиподинамии, переутомлении эти показатели снижаются.
Пробы Штанге и Генчи дают некоторое представление о способности организма противостоять недостатку кислорода.
Проба Штанге . Измеряется максимальное время задержки дыхания после глубокого вдоха. При этом рот должен быть закрыт и нос зажат пальцами. Здоровые люди задерживают дыхание в среднем на 40-50 с; спортсмены высокой квалификации - до 5 мин, а спортсменки - от 1,5 до 2,5 мин.
Проба Генчи . После неглубокого вдоха сделать выдох и задержать дыхание. У здоровых людей время задержки дыхания составляет 25-30 с. Спортсмены способны задержать дыхание на 60-90 с. При хроническом утомлении время задержки дыхания резко уменьшается.
Обмен газов между атмосферным воздухом и воздухом, находящимся в альвеолах, происходит благодаря ритмическому чередованию актов вдоха и выдоха. В легких нет мышечной ткани, и поэтому активно они сокращаться не могут. Активная роль в акте вдоха и выдоха принадлежит дыхательным мышцам. При параличе дыхательных мышц дыхание становится невозможным, хотя органы дыхания при этом не поражены.
Акт вдоха, или инспирация – активный процесс, который обеспечивается увеличением объема грудной полости. Акт выдоха, или экспирация – пассивный процесс, происходящий в результате уменьшения объема грудной полости. Фазы вдоха и следующего за ним выдоха составляют дыхательный цикл . Во время вдоха атмосферный воздух через воздухоносные пути поступает в легкие, при выдохе часть воздуха покидает их.
В осуществлении вдоха принимают участие наружные косые межреберные мышцы и диафрагма (рис. 18). При сокращении наружных косых межреберных мышц, которые идут сверху вперед и вниз, ребра поднимаются, и при этом увеличивается объем грудной полости за счет смещения грудины вперед и отхождения боковых частей ребер в стороны. Диафрагма, сокращаясь, занимает более плоское положение. При этом несжимаемые органы брюшной полости оттесняются вниз и в стороны, растягивая стенки брюшной полости. При спокойном вдохе купол диафрагмы спускается приблизительно на 1,5 см, соответственно увеличивается вертикальный размер грудной полости.
При очень глубоком дыхании в акте вдоха участвует ряд вспомогательных дыхательных мышц: лестничные, большая и малая грудные, передняя зубчатая, трапециевидная, ромбовидные, поднимающая лопатку.
Легкие и стенка грудной полости покрыты серозной оболочкой – плеврой, между листками которой имеется узкая щель – плевральная полость, содержащая серозную жидкость. Легкие постоянно находятся в растянутом состоянии, потому что давление в плевральной полости отрицательное. Оно обусловлено эластической тягой легких, т. е. постоянным стремлением легких уменьшить свой объем. В конце спокойного выдоха, когда почти все дыхательные мышцы расслаблены, давление в плевральной полости приблизительно равно -3 мм рт. ст., т. е. ниже атмосферного.
Рис. 18. Мышцы, обеспечивающие вдох и выдох
При вдохе вследствие сокращения дыхательных мышц объем грудной полости увеличивается. Давление в плевральной полости становится более отрицательным. К концу спокойного вдоха оно снижается до -6 мм рт. ст. В момент глубокого вдоха оно может достигать -30 мм рт. ст. Легкие расширяются, их объем увеличивается, и в них засасывается воздух.
У разных людей преимущественное значение в осуществлении акта вдоха могут иметь межреберные мышцы или диафрагма. Поэтому говорят о разных типах дыхания: грудном, или реберном и брюшном, или диафрагмальном. Установлено, что у женщин в основном преобладает грудной тип дыхания, а у мужчин – брюшной.
При спокойном дыхании выдох осуществляется за счет эластической энергии, накопленной во время предшествующего вдоха. Когда дыхательные мышцы расслабляются, ребра пассивно возвращаются в исходное положение. Прекращение сокращения диафрагмы приводит к тому, что она занимает свое прежнее куполообразное положение за счет давления на нее со стороны органов брюшной полости. Возвращение ребер и диафрагмы в исходное положение приводят к уменьшению объема грудной полости, а, следовательно, к уменьшению в ней давления. Одновременно при возвращении ребер в исходное положение давление в плевральной полости повышается, т. е. в ней уменьшается отрицательное давление. Все эти процессы, обеспечивающие повышение давления в грудной и плевральной полости, приводят к тому, что легкие сдавливаются, и из них пассивно выходит воздух – осуществляется выдох.
Усиленный выдох является активным процессом. В его осуществлении принимают участие: внутренние межреберные мышцы, волокна которых идут в противоположном направлении по сравнению с наружными: снизу вверх и вперед. При их сокращении ребра опускаются вниз, и объем грудной полости уменьшается. Усиленному выдоху способствует также сокращение мышц брюшного пресса, в результате чего объем брюшной полости уменьшается и повышается в ней давление, которое через органы брюшной полости передается на диафрагму и поднимает ее. Наконец, мышцы пояса верхних конечностей, сокращаясь, сдавливают в верхней части грудную клетку и уменьшают ее объем.
В результате уменьшения объема грудной полости в ней увеличивается давление, вследствие чего воздух выталкивается из легких – происходит активный выдох. На вершине выдоха давление в легких может быть больше атмосферного на 3 – 4 мм рт. ст.
Акты вдоха и выдоха ритмически сменяют друг друга. Взрослый человек делает 15 – 20 циклов в минуту. Дыхание физически тренированных людей более редкое (до 8 – 12 циклов в минуту) и глубокое.
«Папа, а что такое дыхание?» - услышал я недавно от своего сынишки и, честно признаться, слегка растерялся. Несмотря на то, что этот процесс так привычен, трудно вот так взять и объяснить, как это происходит. Пришлось поискать ответ на этот вопрос и объяснить «почемучке», как происходят вдох и выдох у человека.
Процесс вдоха-выдоха у человека
Для начала необходимо пояснение, что фактически легкие неспособны самостоятельно сокращаться либо растягиваться, а значит, они пассивны. Процесс дыхания обусловлен тем фактом, что легкие меняют объем в зависимости от положения грудной клетки . Конечно, мало кто обращает внимание на то, как он дышит, и несмотря на то, что можно частично контролировать дыхание, фактически это самостоятельный процесс . За эту функцию организма отвечает специальный отдел головного мозга - центр дыхания, что координирует работу:
- 11 пар наружных межреберных мышц;
- брюшного пресса;
- 12 пар мышц поднимающих ребра;
- диафрагмы.
Как происходит вдох
В этом случае только при опускании диафрагмы объем уже увеличивается до 900-1100 мл. В тоже время другая группа мышц - межреберные, как бы прокручивается вокруг оси, что влечет некоторое расширение грудной полости. Как уже упоминалось, легкие вслед за грудной клеткой растягиваются, а значит, в них происходит падение давления . В виду образовавшейся разницы атмосферный воздух стремится заполнить пространство - происходит вдох.
Как происходит выдох
По окончании вдоха происходит расслабление мышечной ткани , что приводит к сокращению грудной клетки, а значит, происходит сокращение и объема. Следовательно, легкие также спадают , а воздух устремляется наружу. В этом процессе значительную роль играют мышцы брюшного пресса, которые передают давление на брюшную полость , а она передает давление на диафрагму.
Стоит отметить, что у мужчин и женщин несколько отличные типы дыхания . У мужчин, в основном, дыхание происходит за счет брюшных мышц, в то время как у женщин за счет межреберных. Все дело в том, что у женщин на брюшную полость возложена важная функция - воспроизведение , а значит активная работа мышц этой зоны может нанести вред ребенку.
Цели урока:
- углубить и обобщить знания по дыхательной системе, изучить механизмы вдоха и выдоха, научиться охранять воздушную среду.
Задачи урока:
Обучающие: повторить материал о тканевом и легочном дыхании, рассмотреть механизм вдоха и выдоха, определить роль защитных рефлексов, разъяснить вред курения и необходимость охраны окружающей среды;
Развивающие: продолжить формирование у учащихся интеллектуальных умений, творческого мышления и речи;
Воспитательные: приобретение опыта следования правил гигиены дыхания, изучение положительной роли физического труда.
Основные термины:
Вдох – начальная фаза дыхания, в процессе которой в легкие поступает воздух.
Выдох – отдельное выталкивание из легких воздуха при дыхании.
Воздушная среда - сложный комплекс взаимосвязанных и взаимодействующих факторов, оказывающих постоянное влияние на организм животного и человека.
Ход урока:
Проверка домашнего задания.
Дайте короткий ответ на вопросы:
1.Какую роль в организме человека играет кислород?
2.Что такое дыхание и для чего оно нам нужно?
3.В чем заключается основная функция дыхательной системы ?
4.Какими органами она образована?
5.В каком органе дыхательной системы происходит газообмен? Каковы особенности строения этого органа?
6.Как изменяется воздух в дыхательных путях? Почему надо дышать носом, а не ртом?
7.Какие существуют виды дыхания ?
8.Что относится к верхним дыхательным путям?
9.Что относится к нижним дыхательным путям ?
Механизмы вдоха и выдоха.
Легкие находятся в грудной полости. Движения мышц, которые изменяют объем этой полости, вызывают движение воздуха в легкие и из легких, попеременно увеличивая или уменьшая объем грудной клетки. Это обусловливается ритмическими сокращениями дыхательных мышц, вследствие чего и осуществляются вдох и выдох - поступление и удаление из легких воздуха, их вентиляция. На рисунке 1 вы можете увидеть легкие.
Рис. 1. Легкие и дыхание.
При вдохе межреберные мышцы приподнимают ребра, а диафрагма, сокращаясь, становится менее выпуклой, в результате объем грудной клетки увеличивается, легкие расширяются, давление воздуха в них становится ниже атмосферного и воздух устремляется в легкие - происходит спокойный вдох. При глубоком вдохе, кроме наружных межреберных мышц и диафрагмы, одновременно сокращаются мышцы груди и плечевого пояса. На рисунке 2 представлен механизм вдоха.
Рис. 2. Механизм вдоха
При выдохе межреберные мышцы и диафрагма расслабляются, ребра опускаются, выпуклость диафрагмы увеличивается, в результате объем грудной клетки уменьшается, легкие сжимаются, давление в них становится выше атмосферного и воздух устремляется из легких - происходит спокойный выдох. Глубокий выдох обусловлен сокращением внутренних межреберных и брюшных мышц. На рисунке 3 представлен механизм выдоха.
Рис. 3. Механизм выдоха
На рисунке 4 вы можете посмотреть, какие мышцы задействованы при вдохе и при выдохе.
Рис. 4. Мышцы вдоха и выдоха
Таким образом, ритмичное увеличение или уменьшение объема грудной полости действует как механический насос, нагнетающий воздух в легкие и выталкивающий его из них. Механизм вдоха и выдоха можно проследить с помощью модели Дондерса, которая представлена на рисунке 5 и 6.
Рис. 5. Механизм вдоха и выдоха на модели Дондерса.
Рис.6. Модель Дондерса
Давайте посмотрим видео о том, почему нам так важно дыхание:
Регуляция дыхания.
Выводы.
1. Механизм вдоха: сокращение дыхательных мышц (межреберных и диафрагмы); увеличение объема грудной полости; уменьшение давления в грудной полости и в полости легких; засасывание атмосферного воздуха через воздухоносные пути
2. Механизм выдоха: опускание ребер и расслабление диафрагмы; уменьшение объема грудной полости и полости легких; увеличение давления в легких; выталкивание части воздуха наружу.
3. Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге. Он состоит из центров вдоха и выдоха, которые регулируют работу дыхательных мышц. Спадение легочных альвеол, которое происходит при выдохе, рефлекторно вызывает вдох, а расширение альвеол рефлекторно вызывает выдох.
4. На работу дыхательных центров оказывают влияние и другие центры, в том числе расположенные в коре больших полушарий. Благодаря их влиянию дыхание изменяется при разговоре и пении. Возможно также сознательно изменять ритм дыхания во время физических упражнений.
Контролирующий блок.
1.Какую функцию при вдохе выполняет диафрагма?
2.Почему при вдохе объём лёгких увеличивается?
3.С чего начинается механизм выдоха?
4.Что происходит при выдохе с диафрагмой и почему?
5.Из чего состоит дыхательный центр, и что делают эти составные части?
6.Что происходит с мышцами вдоха и выдоха при задержке дыхания?
7.Что происходит при усилении процессов окисления?
Домашнее задание.
Решите задачи:
1. Зная, что во вдыхаемом воздухе содержится около 20 % кислорода, опреде¬лите, сколько О2 человек пропускает чрез легкие в сутки при спокойном дыхании.
2. Зная, что выдыхаемый воздух содержит 4 % углекислого газа, определите, сколько ученик выделяет СО2 в 1 минуту, в 1 ч, сколько - все учащиеся класса в 1 ч. Индивидуальное задание: подготовить сообщения к следующему занятию. Сообщение 1. «Дыхание на Эльбрусе». Сообщение 2. «Влияние курения на дыхание».
Интересно знать, что.
Искусственное дыхание применяется при оказании первой помощи утопленникам, при поражении электрическим током, молнией, отравлении угарным газом и других несчастных случаях. Искусственное дыхание позволяет возобновить деятельность дыхательного центра и спасти человека от смерти. Для этого необходимо обеспечить проходимость дыхательных путем, очистив рот и глотку от инородных тел. На рисунке 11 показан пример искусственного дыхания во время помощи утопающему.
Рис. 11. Искусственное дыхание. Помощь утопающему
Давайте посмотрим видео, как делать искусственное дыхание:
Список литературы:
1.Урок на тему «Значение дыхания.Органы дыхательной систем» Васильева И.Н., учитель биологии, МОУ СОШ №19.
2.Никишов А.И., Рохлов В.С., Человек и его здоровье. Дидактический материал. М., 2011.
Отредактировано и выслано Борисенко И.Н.
Над уроком работали:
Васильева И.Н.
Борисенко И.Н.
Запорожец А.
Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме , где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия. Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, а и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего. Гильдия Лидеров Образования
Поддержание постоянства состава альвеолярного воздуха обеспечивается за счет непрерывно осуществляемых дыхательных циклов — вдоха и выдоха. Во время вдоха атмосферный воздух через воздухоносные пути поступает в легкие, при выдохе примерно такой же объем воздуха вытесняется из легких. За счет обновления части альвеолярного воздуха поддерживается его постоянный .
Акт вдоха совершается вследствие увеличения объема грудной полости за счет сокращения наружных косых межреберных мышц и других вдыхательных мышц, обеспечивающих отведение ребер в стороны, а также благодаря сокращению диафрагмы, что сопровождается изменением формы ее купола. Диафрагма становится конусовидной, положение сухожильного центра не изменяется, а мышечные участки смещаются в сторону брюшной полости, оттесняя органы назад. При увеличении объема грудной клетки давление в плевральной щели уменьшается, возникает разница между давлением атмосферного воздуха на внутреннюю стенку легких и давлением воздуха в плевральной полости на наружную стенку легких. Давление атмосферного воздуха на внутреннюю стенку легких начинает преобладать и вызывает увеличение объема легких, а следовательно, и поступление атмосферного воздуха в легкие.
Таблица 1. Мышцы, обеспечивающие вентиляцию легкого
Примечание. Принадлежность мышц к основным и вспомогательным группам может меняться в зависимости от типа дыхания.
Когда вдох окончен и дыхательные мышцы расслабляются, ребра и купол диафрагмы возвращаются в положение до вдоха, при этом уменьшается объем грудной клетки, повышается давление в плевральной щели, возрастает давление на наружную поверхность легких, часть альвеолярного воздуха вытесняется и происходит выдох.
Возвращение ребер в положение до вдоха обеспечивается эластическим сопротивлением реберных хрящей, сокращением внутренних косых межреберных мышц, вентральных зубчатых мышц, мышц живота. Диафрагма возвращается в положение до вдоха благодаря сопротивлению стенок живота, органов брюшной полости, смешенных при вдохе назад, и сокращению мышц живота.
Механизм вдоха и выдоха. Дыхательный цикл
Дыхательный цикл включает вдох, выдох и паузу между ними. Его длительность зависит от частоты дыхания и составляет 2,5-7 с. Продолжительность вдоха у большинства людей короче продолжительности выдоха. Длительность паузы очень изменчива, она может отсутствовать между вдохом и выдохом.
Для инициирования вдоха необходимо, чтобы в инспираторном (активирующем вдох) отделе в возник залп нервных импульсов и их посылка по нисходящим путям в составе вентрального и передней части бокового канатиков белого вещества спинного мозга в его шейный и грудной отделы. Эти импульсы должны достигнуть мотонейронов передних рогов сегментов СЗ-С5, формирующих диафрагмальные нервы, а также мотонейронов грудных сегментов Th2-Th6, формирующих межреберные нервы. Активированные дыхательным центром мотонейроны спинного мозга посылают потоки сигналов по диафрагмальному и межреберным нервам к нервно-мышечным синапсам и вызывают сокращение диафрагмальной, наружных межреберных и межхрящевых мышц. Это приводит к увеличению объема грудной полости за счет опускания купола диафрагмы (рис. 1) и движения (подъем с поворотом) ребер. В результате давление в плевральной щели уменьшается (до 6-20 см вод. ст. в зависимости от глубины вдоха), транспульмональное давление возрастает, становится больше сил эластической тяги легких и они растягиваются, увеличивая объем.
Рис. 1. Изменения размеров грудной клетки, объема легких и давления в плевральной щели при вдохе и выдохе
Увеличение объема легких приводит к снижению давления воздуха в альвеолах (при спокойном вдохе оно становится ниже атмосферного на 2-3 см вод. ст.) и атмосферный воздух по градиенту давления поступает в легкие. Происходит вдох. При этом объемная скорость воздушного потока в дыхательных путях (О) будет прямо пропорциональна градиенту давления (ΔР) между атмосферой и альвеолами и обратно пропорциональна сопротивлению (R) дыхательных путей для потока воздуха.
При усиленном сокращении мышц вдоха грудная клетка еще более расширяется и объем легких возрастает. Глубина вдоха увеличивается. Это достигается благодаря сокращению вспомогательных инспираторных мышц, к которым относятся все мышцы, прикрепляющиеся к костям плечевого пояса, позвоночнику или черепу, способные при своем сокращении поднимать ребра, лопатку и фиксировать плечевой пояс с отведенными назад плечами. Важнейшими среди этих мышц являются: большие и малые грудные, лестничные, грудино-клю- чично-сосцсвидные и передние зубчатые.
Механизм выдоха отличается тем, что спокойный выдох происходит пассивно за счет сил, накопленных при вдохе. Для остановки вдоха и переключения вдоха на выдох необходимо прекращение посылки нервных импульсов из дыхательного центра к мотонейронам спинного мозга и мышцам вдоха. Это приводит к расслаблению мышц вдоха, в результате чего объем грудной клетки начинает уменьшаться под влиянием следующих факторов: эластической тяги легких (после глубокого вдоха и эластической тяги грудной клетки), силы тяжести грудной клетки, приподнятой и выведенной из устойчивого положения при вдохе, и давления органов брюшной полости на диафрагму. Для осуществления усиленного выдоха необходима посылка потока нервных импульсов из центра выдоха к мотонейронам спинного мозга, иннервирующим мышцы выдоха — внутренние межреберные и мышцы брюшного пресса. Их сокращение приводит к еще большему уменьшению объема грудной клетки и удалению большего объема воздуха из легких за счет подъема купола диафрагмы и опускания ребер.
Уменьшение объема грудной клетки приводит к снижению транспульмонального давления. Эластическая тяга легких становится больше этого давления и вызывает уменьшение объема легких. Это увеличивает давление воздуха в альвеолах (на 3-4 см вод. ст. больше атмосферного) и воздух по градиенту давления выходит из альвеол в атмосферу. Совершается выдох.
Тип дыхания определяется по величине вклада различных дыхательных мышц в увеличение объема грудной полости и заполнение легких воздухом при вдохе. Если вдох происходит главным образом за счет сокращения диафрагмы и смещения (вниз и вперед) органов брюшной полости, то такое дыхание называют брюшным или диафрагмальным ; если же за счет сокращения межреберных мышц — грудным . У женщин преобладает грудной тип дыхания, у мужчин — брюшной. У людей, выполняющих тяжелую физическую работу, как правило, устанавливается брюшной тип дыхания.
Работа дыхательных мышц
Для осуществления вентиляции легких необходимо затрачивать работу, которая выполняется за счет сокращения дыхательных мышц.
При спокойном дыхании в условиях основного обмена на работу дыхательных мышц затрачивается 2-3% от всей энергии, расходуемой организмом. При усиленном дыхании эти затраты могут достигать 30% от уровня энергетических затрат организма. У людей с заболеваниями легких и дыхательных путей эти затраты могут быть еще большими.
Работа дыхательных мышц затрачивается на преодоление эластических сил (легких и грудной клетки), динамических (вязкостных) сопротивлений движению потока воздуха через дыхательные пути, инерционной силы и тяжести смещаемых тканей.
Величина работы дыхательных мышц (W) рассчитывается по интегралу произведения изменения объема легких (V) и внутриплеврального давления (Р):
На преодоление эластических сил расходуется 60-80% от общих затрат W , вязкостных сопротивлений — до 30% W .
Вязкостные сопротивления представлены:
- аэродинамическим сопротивлением дыхательных путей, которое составляет 80-90% суммарных вязкостных сопротивлений и увеличивается при возрастании скорости потока воздуха в дыхательных путях. Объемная скорость этого потока рассчитывается по формуле
где Р a — разность между давлением в альвеолах и атмосфере; R — сопротивление дыхательных путей.
При дыхании через нос оно составляет около 5 см вод. ст. л -1 *с -1 , при дыхании через рот — 2 см вод. ст. л -1 *с -1 . На трахею, долевые и сегментарные бронхи приходится в 4 раза большее сопротивление, чем на более дистальные участки дыхательных путей;
- сопротивлением тканей, которое составляет 10-20% от общего вязкостного сопротивления и обусловлено внутренним трением и неупругой деформацией тканей грудной и брюшной полости;
- инерционным сопротивлением (1-3% от общего вязкостного сопротивления), обусловленным ускорением объема воздуха в дыхательных путях (преодоление инерции).
При спокойном дыхании работа по преодолению вязкостных сопротивлений незначительна, но при усиленном дыхании или при нарушении проходимости дыхательных путей может резко возрастать.
Эластическая тяга легких и грудной клетки
Эластическая тяга легких — сила, с которой легкие стремятся сжаться. Две трети эластической тяги легких обусловлены поверхностным натяжением сурфактанта и жидкости внутренней поверхности альвеол, около 30% создается эластическими волокнами легких и примерно 3% тонусом гладко- мышечных волокон внутрилегочных бронхов.
Эластическая тяга легких — сила, с которой ткань легкого противодействует давлению плевральной полости и обеспечивает спадение альвеол (обусловлена наличием в стенке альвеол большого количества эластических волокон и поверхностным натяжением).
Величина эластической тяги легких (Е) обратно пропорциональна величине их растяжимости (С л):
Растяжимость легких у здоровых людей составляет 200 мл/см вод. ст. и отражает увеличение объема легких (V) в ответ на возрастание транспульмонального давления (Р) на 1 см вод. ст.:
При эмфиземе легких их растяжимость увеличивается, при фиброзе уменьшается.
На величину растяжимости и эластической тяги легких сильное влияние оказывает наличие на внутриальвеолярной поверхности сурфактанта, представляющего собой структуру из фосфолипидов и белков, образуемых альвеолярными пневмоцитами 2-го типа.
Сурфактант играет важную роль в поддержании структуры, свойств легких, облегчении газообмена и выполняет следующие функции:
- снижает поверхностное натяжение в альвеолах и увеличивает растяжимость легких;
- препятствует слипанию стенок альвеол;
- увеличивает растворимость газов и облегчает их диффузию через стенку альвеолы;
- препятствует развитию отека альвеол;
- облегчает расправление легких при первом вдохе новорожденного;
- способствует активации фагоцитоза альвеолярными макрофагами.
Эластическая тяга грудной клетки создастся за счет эластичности межреберных хрящей, мышц, париетальной плевры, структур соединительной ткани, способных сжиматься и расширяться. В конце выдоха сила эластичной тяги грудной клетки направлена наружу (в сторону расширения грудной клетки) и максимальна по величине. При развитии вдоха она постепенно уменьшается. Когда вдох достигает 60-70% от его максимально возможной величины, эластическая тяга грудной клетки становится равной нулю, а при дальнейшем углублении вдоха направлена внутрь и препятствует расширению грудной клетки. В норме растяжимость грудной клетки (С |к) приближается к 200 мл/см вод. ст.
Общая растяжимость грудной клетки и легких (С 0) вычисляется по формуле 1/С 0 = 1/C л + 1 /С гк. Средняя величина С 0 составляет 100 мл/см вод. ст.
В конце спокойного выдоха величины эластической тяги легких и грудной клетки равны, но противоположны по направленности. Они уравновешивают друг друга. В это время грудная клетка находится в наиболее устойчивом положении, которое называют уровнем спокойного дыхания и принимают за точку отсчета при различных исследованиях.
Отрицательное давление в плевральной щели и пневмоторакс
Грудная клетка образует герметичную полость, обеспечивающую изоляцию легких от атмосферы. Легкие покрывает листок висцеральной плевры, а внутреннюю поверхность грудной клетки — листок париетальной плевры. Листки переходят один в другой у ворот легкого и между ними образуется щелевидное пространство, заполненное плевральной жидкостью. Часто это пространство называют плевральной полостью, хотя полость между листками образуется лишь в особых случаях. Слой жидкости в плевральной щели несжимаем и нерастяжим и плевральные листки не могут отойти друг от друга, хотя способны легко скользить вдоль (подобно двум стеклам, приложенным смоченными поверхностями, их трудно разъединить, но легко смещать вдоль плоскостей).
При обычном дыхании давление между плевральными листками ниже, чем атмосферное; его называют отрицательным давлением в плевральной щели.
Причинами возникновения отрицательного давления в плевральной щели являются наличие эластической тяги легких и грудной клетки и способность плевральных листков захватывать (сорбировать) молекулы газов из жидкости плевральной щели или воздуха, попадающего в нее при ранениях грудной клетки или при проколах с лечебной целью. Из-за наличия отрицательного давления в плевральной щели в нее идет постоянная фильтрация небольшого количества газов из альвеол. В этих условиях сорбционная активность плевральных листков предотвращает накопление в ней газов и предохраняет легкие от спадания.
Важная роль отрицательного давления в плевральной щели состоит в удерживании легких в растянутом состоянии даже во время выдоха, что необходимо для заполнения ими всего объема грудной полости, определяемого размерами грудной клетки.
У новорожденного соотношение объемов легочной паренхимы и грудной полости больше, чем у взрослых, поэтому в конце спокойного выдоха отрицательное давление в плевральной щели исчезает.
У взрослого человека в конце спокойного выдоха отрицательное давление между листками плевры составляет в среднем 3-6 см вод. ст. (т.е. на 3-6 см меньше, чем атмосферное). Если человек находится в вертикальном положении, то отрицательное давление в плевральной щели вдоль вертикальной оси тела значительно различается (изменяется на 0,25 см вод. ст. на каждый сантиметр высоты). Оно максимально в области верхушек легких, поэтому при выдохе они остаются более растянутыми и при последующем вдохе их объем и вентиляция увеличиваются в небольшой степени. В области основания легких величина отрицательного давления может приближаться к нулю (или оно даже может стать положительным в случае потери легкими эластичности из-за старения или заболеваний). Своей массой легкие давят на диафрагму и прилежащую к ней часть грудной клетки. Поэтому в области основания в конце выдоха они менее всего растянуты. Это создаст условия для их большего растяжения и усиленной вентиляции при вдохе, увеличения газообмена с кровью. Под влиянием силы тяжести к основанию легких притекает больше крови, кровоток в этой зоне легких превышает вентиляцию.
У здорового человека лишь при форсированном выдохе давление в плевральной щели может стать больше атмосферного. Если же выдох производится с максимальным усилием в малое по объему замкнутое пространство (например, в прибор пневмотонометр), то давление в плевральной полости может превысить 100 см вод. ст. С помощью такого дыхательного маневра пневмотонометром определяют силу мышц выдоха.
В конце спокойного вдоха отрицательное давление в плевральной щели составляет 6-9 см вод. ст., а при максимально интенсивном вдохе может достигать большей величины. Если же вдох осуществляется с максимальным усилием в условиях перекрытия дыхательных путей и невозможности поступления воздуха в легкие из атмосферы, то отрицательное давление в плевральной щели на короткое время (1-3 с) достигает 40-80 см вод. ст. С помощью такого теста и прибора пневмогонометра определяют силу мышц вдоха.
При рассмотрении механики внешнего дыхания учитывается также транспульмональное давление — разность между давлением воздуха в альвеолах и давлением в плевральной щели.
Пневмотораксом называют поступление воздуха в плевральную щель, приводящее к спадению легких. В нормальных условиях, несмотря на действие сил эластической тяги, легкие остаются расправленными, так как из-за наличия в плевральной щели жидкости листки плевры не могут разъединиться. При попадании в плевральную щель воздуха, который может быть сжат или расширен в объеме, степень отрицательного давления в ней уменьшается или оно становится равным атмосферному. Под действием эластических сил легкого висцеральный листок отгягивастся от париетального и легкие уменьшаются в размере. Воздух может попасть в плевральную щель через отверстие поврежденной грудной стенки или через сообщение поврежденного легкого (например, при туберкулезе) с плевральной щелью.