Дыхательная система

Дыхание - это физиологическая функция организма, обеспечивающая его потребности в газообмене. Как функция в целом дыхание состоит из трех основных звеньев:

1) внешнего дыхания;

2) транспорта газов (O₂ и CO₂), в котором участвуют сердечно-сосудистая система и кровь;

3) внутреннего дыхания, которое состоит из собственно внутреннего дыхания в митохондриях и обмена газов между кровью и тканями.

Деятельность данных звеньев тесно взаимосвязана и имеет сложные механизмы регуляции. Нарушение любого из данных этапов может приводить к нарушению дыхательной функции организма.

Основная функция внешнего дыхания - поддержание нормального газового состава артериальной крови (газовый состав венозной крови зависит от тканевого дыхания и транспорта газов). Выполнение данной функции достигается за счет деятельности аппарата внешнего дыхания (воздухоносные пути и легкие, грудная клетка, дыхательная мускулатура) и системы регуляции дыхания.

Эффективность внешнего дыхания определяется вентиляцией легких, диффузией газов через альвеолярно-капиллярные мембраны, перфузией легких кровью и регуляторными механизмами.

Для адекватного функционирования внешнего дыхания кроме вышеуказанных основных показателей важно достаточное очищение, согревание и увлажнение воздуха в верхних дыхательных путях.

Различают верхние (полость носа, рта, глотки и гортани) и нижние (трахея, бронхи) дыхательные пути. Емкость дыхательных путей называется анатомическим мертвым пространством, оно приблизительно равно 150 см³ или 2, 2 см³ на 1 кг массы тела человека. Воздух, заполняющий анатомическое мертвое пространство, в газообмене не участвует. Важную роль в защите верхних дыхательных путей играют защитные рефлексы (чиханье, кашель, рефлекс Кречмера).

Чихательный рефлекс помогает очищать носовые пути от излишков слизи и раздражающих агентов.

Кашель представляет комплекс физиологических рефлексов, направленных на защиту легких от ингаляции раздражающих веществ и очищение дыхательных путей от избытка секрета и твердых частиц.

Защитный рефлекс Кречмера проявляется остановкой вдоха при вдыхании раздражающих веществ и последующим глубоким выдохом и препятствует их ингаляции в легкие.

Для исследования эффективности внешнего дыхания используется целый ряд параметров функционального состояния легких, из которых важнейшие - дыхательный объем - ДО (0, 3-0, 9 л), минутный объем дыхания - МОД (3, 2-10, 0 л/мин), жизненная емкость легких - ЖЕЛ (3, 0-5, 0 л) и частота дыхания - ЧД (10-16 цикл/мин).

Вентиляция легких в основном зависит от дыхательного объема и частоты дыханий в минуту. Величина вдоха определяется разницей между силой сокращения дыхательных мышц и эластичностью ткани легких. Эластичность легких зависит от поверхностного натяжения жидкости, покрывающей альвеолы, и эластичности самой легочной

ткани. Работа дыхания увеличивается при заболеваниях легких, сопровождающихся повышением эластичного и неэластичного сопротивлений. Этот факт необходимо учитывать при проведении искусственной вентиляции легких.

Функциональные показатели, используемые для оценки вентиляционной функции легких, можно разделить на три группы:

1) статические объемы и емкости;

2) показатели воздушного потока за единицу времени;

3) показатели механики дыхания.

Современная диагностическая аппаратура (приборы типа Custovit) позволяют в течение 10-15 мин определить в автоматическом режиме работы все данные спирограммы, оценить проходимость бронхов на всех уровнях, скорость потока воздуха и вязкость мокроты. Кроме того, прибор дает заключение о наличии в легких рестрикции¹ или обструкции².

Диффузия газов происходит в альвеолах через альвеолярно-капиллярную мембрану. Диффузия кислорода осуществляется за счет парциальной разности его содержания в альвеолярном воздухе и венозной крови, после чего незначительная часть O₂ растворяется в плазме, а большая часть связывается с гемоглобином, содержащимся в эритроцитах, и в таком виде транспортируется к органам и тканям (см. разд. 3.2.3). Несколько альвеол и дыхательная бронхиола образуют структурную единицу легких - ацинус, в котором соседние альвеолы сообщаются между собой порами межальвеолярных перегородок. Через них возможна незначительная вентиляция альвеол с закупоренными слизью ходами, например при астматическом статусе.

Примечание. Функция альвеолярно-капиллярной мембраны не ограничивается только диффузией газов. Она влияет на химический состав крови, участвует в процессах регуляции свертывающей системы крови и др.

Внутренняя поверхность альвеол покрыта сложным белковым (липопротеид) поверхностно-активным веществом - сурфактантом. Сурфактантный комплекс препятствует спадению терминальных бронхиол (антиателектатический фактор), играет важную роль

¹ Рестрикция (лат. restrictio - ограничение) в легких - состояние, когда альвеолы теряют свою эластичность и не могут в достаточной мере расправляться.

² Обструкция (лат. obstructio - помеха, преграда) - синдром непроходимости респираторного тракта. Может наблюдаться на любом уровне, от глотки до бронхиол.

в регуляции водного баланса, осуществляет противоотечную функцию, оказывает защитное действие за счет противоокислительной активности. Сурфактант очень чувствителен к различным эндо- и экзогенным факторам: снижению кровообращения, вентиляции, длительному вдыханию чистого кислорода, уменьшению парциального напряжения кислорода в артериальной крови (pO₂), что вызывает уменьшение его количества, в результате чего нарушается стабильность поверхности альвеол, что может осложниться возникновением ателектазов. Для синтеза сурфактанта необходимы белок и гидрокортизон.

Внутреннее дыхание заключается в утилизации кислорода на атомарном уровне для последующего биологического окисления белков, жиров и углеводов с целью выработки энергии. Данный путь получения энергии (аэробный) в организме является ведущим и наиболее эффективным. В нормальных условиях 96-98 % всей энергии, вырабатываемой в организме, образуется в условиях аэробного окисления и только 2-4 % приходится на анаэробное. Отсюда ясна исключительная роль адекватного снабжения организма кислородом.

Сосудистое русло легких состоит из двух систем: легочной и бронхиальной. Общая поверхность стенок капилляров составляет 30-60 м², а при физической нагрузке увеличивается до 90 м². Нормальный кровоток в системе легочной артерии зависит от величины венозного возврата крови в сердце, сократительной способности миокарда, функционирования клапанов, тонуса артериол и прекапиллярных сфинктеров. В зависимости от конкретных условий емкость малого круга может значительно меняться, так как он относится к системе сосудов с низким давлением.

Из вышеизложенных данных следует, что основная функция легких - это обмен O₂ и CO₂ между внешней средой и организмом. Однако кроме участия в газообмене легкие играют существенную роль и в ряде других процессов в организме, в водном обмене и регуляции кислотно-основного равновесия в организме.