Механизм дыхания

Всасывание воздуха в легкие происходит вследствие разрежения, создаваемого расширением грудной клетки. Последнее в свою очередь вызывается, в основном, работой диафрагмы (грудобрюшной преграды) п межреберных мышц. В противоположность вдоху выдыхание носит преимущественно пассивный характер: когда вдыхательные мышцы перестают сокращаться, легкие, растянутые воздухом, в силу упругости ткани сокращаются, а грудная клетка под влиянием своего веса п упругой реакции растянутых реберных хрящей спадается.

Однако при усиленном выдыхании (например при преодолении сопротивления на выдохе) в выдыхательном движении дополнительно принимает участие ряд мышц, придающих выдоху также активный характер. Ввиду того, что последние мышцы значительно менее активны, чем мыищы, обеспечивающие акт вдоха, возрастание сопротивлении на выдохе скорее вызывает утомление, чем сопротивление на вдохе. При незначительных величинах сопротивления большая утомляемость мышц, осуществляющих выдох, компенсируется меньшей скоростью выдыхания, чем понижается и сопротивление на выдохе. Эти обстоятельства необходимо учитывать при рассмотрении требований, предъявляемых к противогазу.

Так как все альвеолы в легких одинаково эластичны, то одинаково удаленные от бронхов альвеолы наполняются воздухом и освобождаются от него одновременно. Однако легкое в целом наполняется не сразу: сперва свежий воздух входит в ближайшие к бронхам альвеолы, затем в более отдаленные от корня легких. Медленное и глубокое дыхание дает достаточно времени для равномерного распределения воздуха в легких и для максимального использования суммарной поверхности альвеол при газообмене. При поверхностном и быстром дыхании времени для такого выравнивания не хватает, воздух распределяется неравномерно, происходит чрезмерная вентиляция одной части легких и недостаточная аэрация (омывание воздухом) другой части, из-за чего не вся кровь, протекающая через альвеолярные капилляры, в полной мере участвует в газообмене. Отсюда вытекают основные требования, предъявляемые к нормальному дыханию, а именно небольшая частота, достаточная глубина и равномерность дыхания. Такой тип дыхания при выполнении человеком физической работы характеризует тренированных людей и чрезвычайно важен для нормального использования противогаза.

Обычно ритмические дыхательные движения, точно также как и другие ритмические движения, например ходьба или жевание, совершаются непроизвольно, в результате чередующихся импульсов, исходящих от афферентных (двигательных) и эфферентных (чувствительных) нервных волокон. Однако, сосредоточив свое внимание на процессах дыхания, мы можем по произволу ускорять, замедлять или даже ненадолго (не свыше минуты) вовсе прекращать дыхание. Это, однако, вовсе не значит, что мы по произволу можем заставить наш организм довольствоваться тем количеством воздуха (вернее, содержавшегося в последнем кислорода), которое нам в данную минуту заблагорассудится вдыхать, если мы не хотим вызвать в организме болезненной реакции.

Человеческий организм в каждую минуту потребляет, в зависимости от его конституции, состояния здоровья и выполняемой работы, вполне определенное количество кислорода. Избыточная доставка кислорода почти не увеличивает потребления его, а недостаток кислорода должен немедленно компенсироваться, во избежание глубоких функциональных расстройств. Поглощение кислорода кровью регулируется очень тонким, точным механизмом, не зависящим от волевых усилий, основные принципы действия которого будут вкратце рассмотрены ниже. Таким образом, объем вентиляции легких регулируется независимо от нашей воли, влияние которой до известной степени может сказываться только в отношении варьирования режима дыхания — eгo частоты и глубины. В этих пределах и возможна тренировка дыхания для обеспечения потребной вентиляции при минимальных затратах энергии.

Непроизвольные дыхательные движения регулируются дыхательным центром, находящимся в продолговатом мозгу. Образовавшаяся при метаболизме углекислота диффундирует из работающих мышц или других органов в кровь и приносится вместе с ней к дыхательному центру. Нормальная кровь постоянно содержит значительное количество углекислоты, связанной в форме бикарбоната натрия (NaHCO3). Повышение концентрации углекислоты в крови оказывает раздражающее действие на дыхательный центр, стимулируя его активность и вызывая, таким образом, усиленное дыхание. Этим обеспечивается удаление избытка углекислоты из крови и возмещение недостатка в ней кислорода. Понижение концентрации СО2 в крови вызывает обратный эффект. Этим обстоятельством объясняется тот факт, что увеличение концентрации СО2 в окружающем воздухе вызывает увеличение легочной вентиляции: такое явление можно наблюдать, например, при скоплении углекислоты в замкнутой системе противогаза.

Не весь вдыхаемый человеком воздух доходит до альвеол и участвует в газообмене. Часть воздуха (у нормального человека около 140 см3) остается в трахее и бронхах, являющихся с точки зрения использования воздуха «вредным пространством». С другой стороны, вдыхаемый в легкие воздух только в большей или меньшей степени разбавляет воздух, оставшийся в альвеолах, неполностью спавшихся при выдохе. Даже при самом глубоком выдохе в легких остается еще 1,2—1,5 л воздуха (остаточный воздух); при нормальном же спокойном дыхании в легких остается еще такое же количество запасного воздуха. Остаточный и запасный воздух образует так называемый постоянный воздух.

При отсутствии физической работы переменний воздух составляет для каждого вдоха 0,3—0,6 л, но, учитывая вредное пространство, следует считать, что на разбавление воздуха в альвеолах идет лишь 0,2—0,4 л. Сопоставляя эту величину с объемом постоянного воздуха (около 3 л), можно видеть, что разбавление последнего относительно невелико, вследствие чего в альвеолах не создается резких колебаний концентрации кислорода и углекислого газа. Благодаря беспрерывности газообмена между воздухом и кровью в альвеолярных капиллярах состав альвеолярного воздуха остается почти постоянным: концентрация кислорода в нем поддерживается на уровне 15%, а концентрация углекислого газа — 5,5%.