Газообмен в легких и тканях

Ч

Рис. 54. Определение жизненной емкости легких

В процессе физической трениров­ки жизненная емкость легких может увеличиваться на 1—2 л. Поэтому у спортсмена не возникает одышки даже при выполнении тяжелой рабо­ты. Большие порции воздуха, посту­пающего в легкие при вдохе, позво­ляют снабжать организм достаточ­ным количеством кислорода, не увеличивая частоту дыхания.

Регуляция дыхательных движе­ний. Снабжение организма необходи­мым количеством кислорода обеспе­чивается совместной деятельностью органов дыхания и кровообращения. Работой органов дыхания управляет дыхательный центр, находящийся в продолговатом мозге. Отсюда направ­ляются импульсы к мышцам, осу­ществляющим дыхательные движе­ния. Дыхательный центр координи­рует мышечные сокращения при осуществлении вдоха и выдоха.

В дыхательный центр из различ­ных рецепторов непрерывно поступа­ют сигналы о содержании газов в тканях тела, о работе мышц, о степе­ни наполнения легких воздухом и о транспортировке газов кровью. Рецепторы, находящиеся в тканях

тела, сообщают о концентрации там кислорода. Чрезвычайно важны нерв­ные сигналы от рецепторов, располо­женных в аорте и некоторых артери­ях. Они позволяют контролировать содержание кислорода в крови, посту­пающей в мозг и важнейшие органы тела. О снабжении легких воздухом сигнализируют рецепторы, находя­щиеся в легочных пузырьках. При недостатке кислорода в воздухе рефлекторно учащаются дыхательные движения. Повышение концентра­ции углекислого газа вызывает уг­лубление дыхательных движений.

Нервные клетки продолговатого мозга, руководящие дыханием, обра­зуют отдельные объединения, выпол­няющие конкретные функции. Одни из них, например, формируют нерв­ные импульсы для вдоха, другие — для выдоха. Дыхательный центр под­чинен вышележащим отделам голов­ного мозга. На основе поступающей оттуда информации он согласует ра­боту дыхательных органов с процес­сом проглатывания пищи или с ра­ботой голосового аппарата во время разговора и пения. Звук возникает только при выдохе. Плавная речь или

пение, не прерываемые дыхательны­ми паузами, требуют тщательной ко­ординации работы дыхательных орга­нов. В дыхательном центре распола­гаются особые нервные клетки, очень чувствительные к малейшим измене­ниям содержания углекислого газа в межклеточном веществе. Накопление в межклеточном веществе углекис­лого газа возбуждает дыхательный центр и приводит к углубленному вдо­ху и выдоху. Попробуйте убедиться в этом сами. Сделайте глубокий выдох и сразу задержите дыхание на 30— 40 с. После этого вновь начните ды­шать. Вы легко заметите, что в пер-

вый же момент дыхательные движе­ния станут более глубокими.

Благодаря влияниям больших по­лушарий головного мозга работа ды­хательного аппарата может произ­вольно меняться. Выполняя тяже­лую работу, лучше дышать редко и глубоко, чтобы создать более благо­приятные условия для снабжения организма кислородом.

Сильные эмоции, такие, как страх, гнев, плач, сопровождаются усиленным дыханием, и, наоборот, во время тоски, грусти, подавленно­го настроения дыхание становится более слабым.

ГАЗООБМЕН В ЛЕГКИХ И ТКАНЯХ

Обмен газов в легких. Во время вдоха наружный воздух засасыва­ется в легкие и заполняет легочные пузырьки. Состав воздуха внутри пузырьков будет всегда немного отличаться от состава наружного воз­духа. Это объясняется тем, что, проходя по воздухоносным путям, воздух становится влажным и сме­шивается с остатками находящегося

там уже использованного для дыха­ния воздуха. В результате в воздухе легочных пузырьков будет чуть меньше кислорода и чуть больше уг­лекислого газа, чем в наружном, и много водяных паров (см. таблицу). Чем глубже дыхание, тем лучше вен­тилируются легкие и тем ближе со­став воздуха в пузырьках приблизит­ся к составу наружного воздуха.

СОСТАВ ВДЫХАЕМОГО И ВЫДЫХАЕМОГО ВОЗДУХА

Кровь, поступающая в легкие по системе малого круга кровообраще­ния, содержит мало кислорода и мно­го углекислого газа.

В легких происходит обмен газов между кровью и воздухом. Этот про­цесс осуществляется с помощью диф­фузии. Ее сущность состоит в том, что молекулы любого газа, если их концентрация велика, стремятся про­никнуть сквозь проницаемые для них оболочки туда, где их мало. В этом случае диффузия газа продолжает­ся до тех пор, пока концентрация его молекул по обе стороны оболоч­ки не станет одинаковой. Для диф­фузии кислорода и углекислого газа тонкие стенки легочных пузырьков и кровеносных сосудов не представ­ляют серьезных препятствий. Газы

легко проникают через эти оболочки (рис. 55).

В насыщении крови кислородом имеется одна важная особенность. Кислород, растворившийся в крови, благодаря диффузии проникает внутрь эритроцитов и вступает там в соединение с гемоглобином. В ре­зультате образуется оксигемоглобин. Каждая его молекула способна удер­жать четыре атома кислорода. Бла­годаря этому каждые 100 мл кро­ви, прошедшие через легкие, уносят с собой 20 мл кислорода. Обогащен­ная кислородом кровь возвращается в сердце, а оттуда направляется во все органы и ткани.

Обмен газов в тканях. Соотноше­ние газов в тканях прямо противопо­ложно тому, что наблюдается в лег-

ОБМЕН ГАЗОВ В ЛЕГКИХ Капилляр

Легочный пузырек

ОБМЕН ГАЗОВ В ТКАНЯХ

Рис. 55. Обмен газов в легких и тканях

ких. В приходящей сюда артериаль­ной крови много кислорода и очень мало углекислого газа. Зато углекис­лого газа много в самих тканях, а кислород там интенсивно расходует­ся, и поэтому его часто необходимо добавлять. Обмен газов осуществля­ется здесь тоже за счет диффузии, только теперь кислород покидает кровь, переходя в ткани, а углекис­лый газ из тканей переходит в кровь и его концентрация в тканях снижа­ется (рис. 55).

Как вы уже знаете, свободного кислорода в крови немного. Основ­ная его часть входит в состав моле­кул оксигемоглобина. Оксигемоглобин — вещество непрочное. Он спо­собен сохраняться только когда в окружающей среде много свободного кислорода. Поэтому во время движе­ния крови по крупным сосудам оксигемоглобин не разрушается. Но, как только кровь достигнет капилляров и растворенный в ней кислород ста­нет переходить в ткани, начинается распад оксигемоглобина на гемогло­бин и кислород. Этот процесс идет тем сильнее, чем быстрее кислород покидает капилляры, и продолжает­ся до полного распада всех молекул оксигемоглобина.

В плазме крови углекислого газа может быть растворено совсем не­много. Однако он вступает здесь в химические реакции с различными

молекулами, образуя легкораство­римые в крови и весьма нестойкие вещества. Оказавшись в легочных капиллярах, эти вещества распада­ются, и образовавшийся при этом углекислый газ покидает кровяное русло, а затем удаляется из орга­низма.

Если в результате случайных за­грязнений в воздухе оказываются посторонние вещества, то, попав в легкие, они разносятся кровью по всему организму. Вредные вещества способны образовывать в организме химические соединения. Поэтому они могут накапливаться в значи­тельных количествах. Вот почему тяжесть отравления зависит не только от количества вредных ве­ществ в атмосфере, но и от продол­жительности пребывания в ней че­ловека. Если образующиеся при этом соединения оказываются проч­ными, они надолго задерживаются в тканях организма. Чтобы от таких веществ избавиться, бывает недоста­точно просто покинуть опасную зо­ну. Приходится использовать лекар­ства, чтобы разрушить эти вещества и удалить их из организма.

Источником загрязнения воздуха могут явиться выбросы промышлен­ных предприятий, выхлопные газы автотранспорта, в быту — летучие вещества, содержащиеся в лаках и красках, бытовой и угарный газы.

.

Воздух является важнейшей час­тью внешней среды, необходимой для жизнедеятельности животных и человека. Он представляет собой смесь газов, из которых состоит ат­мосфера Земли. В атмосферном воз­духе содержатся:

Азот.................................. 78%

. Кислород............................ 21%

Инертные газы........... около 1%

Углекислый газ.. 0, 03—0, 04%

В связи с развитием промышлен­ности и с естественными процессами, происходящими в природе, воздух по­стоянно загрязняется. Несмотря на систематическое загрязнение, все же сохраняется относительное постоянст­во состава и чистоты воздуха. Это про­исходит благодаря самоочищению ат­мосферы. Дождь и снег промывают атмосферу, удаляя из нее пыль и рас­творимые в воде вещества. Растения поглощают углекислый газ и выделя­ют кислород. Кислород окисляет ор­ганические примеси. Ультрафиолето­вые лучи солнца убивают микроорга­низмы. Однако размах хозяйственной деятельности человека достиг таких масштабов, что естественных сил са­моочищения стало недостаточно для сохранения чистоты атмосферы. По­этому во всех странах проводятся ме­роприятия по предотвращению за­грязнения воздушного бассейна про­мышленными предприятиями.

Кислород — необходимый для ды­хания компонент воздуха. Его содер­жание в воздушной среде уменьшает­ся в связи с дыханием человека и животных, процессами горения и окисления. Единственным источни­ком возобновления кислорода являют­ся зеленые растения. Количество кис­лорода в атмосфере весьма постоянно. Даже в больших городах, где потреб-

ление кислорода особенно велико, его содержание не падает ниже 20, 6%. Такое уменьшение содержания кисло­рода не оказывает отрицательного влияния на человеческий организм.

В воздухе жилых и общественных помещений уменьшения содержания кислорода ниже 20%, как правило, не происходит, так как его запасы постоянно возобновляются за счет проникновения наружного воздуха. Недостаток кислорода может возни­кнуть лишь в герметически закры­тых помещениях, например при ава­риях на подводных лодках, а также в шахтах, колодцах, подземельях, пещерах, откуда кислород бывает вытеснен другими газами.

При необходимости усилить снаб­жение организма кислородом исполь­зуют газовые смеси с содержанием кислорода до 40—60% или непродол­жительное дыхание одним кисло­родом. К этому прибегают, когда тре­буется резко увеличить работоспо­собность человека для оказания неотложной помощи при больших кровопотерях, отравлениях угарным газом и другими ядовитыми вещес­твами, расстройствах кровообраще­ния и при лечении некоторых особо опасных инфекционных заболеваний.

Углекислый газ образуется при дыхании людей и животных, броже­нии, гниении органических веществ, сгорании топлива. Это бесцветный газ, не имеющий запаха. Углекис­лый газ поступает в атмосферу не­прерывно, но его содержание в воз­духе поддерживается на постоянном уровне. Это происходит благодаря тому, что углекислый газ в больших количествах усваивается растения­ми, вымывается из воздуха дождя­ми, поглощается морями, океанами и пресноводными водоемами. Лишь

в промышленных центрах содержа­ние углекислого газа может возрасти до 0, 05—0, 06%. В воздухе, выдыха­емом человеком, содержится около 4% углекислого газа. Поэтому в по­мещениях, где много людей, его кон­центрация может достигать 0, 1%. Сама по себе такая концентрация уг­лекислого газа не оказывает на чело­века вредного воздействия. Однако в плохо вентилируемых помещениях наравне с углекислым газом в возду­хе резко увеличивается содержание других продуктов жизнедеятельнос­ти человека. Поэтому врачи пользу­ются данными о содержании угле­кислого газа в воздушной среде, так как повышение его концентрации служит косвенным показателем за­грязнения воздуха.

Благодаря тому что углекислый газ в 1, 5 раза тяжелее воздуха, он может накапливаться в нижней час­ти замкнутых пространств, где идет интенсивное разложение органичес­ких веществ: в силосных ямах, бро­дильных чанах. В воздухе герметичес­ки закрытых помещений содержание углекислого газа тоже может возрас­тать до величин, опасных для челове­ка. Этот газ возбуждает дыхательный центр. Поэтому при повышении кон­центрации углекислого газа до 2—3% у человека углубляется и учащается дыхание, а при 4—5% появляются

первые признаки отравления. При до­стижении концентрации 10—12% на­ступает быстрая потеря сознания и смерть. Так как углекислый газ не имеет запаха, не вызывает раздраже­ния дыхательных путей и вообще ни­как не ощущается, места его скопле­ний являются коварными ловушками для всего живого.

Азот составляет основную часть атмосферного воздуха. По своим свой­ствам он является инертным газом. В растворенном виде азот постоянно находится в крови и тканевых жид­костях организма, но ни в какие хи­мические реакции не вступает. Его значение для дыхания состоит в том, что он разбавляет кислород. Жизнь в чистом кислороде была бы невоз­можна. Растворенный в крови азот может стать причиной серьезного заболевания человека, находящегося в условиях высокого атмосферного давления. При быстром падении дав­ления избыток азота не успевает уда­ляться из организма человека через легкие. В крови образуются пузырь­ки азота, которые закупоривают мел­кие кровеносные^ сосуды, вызывая кессонную болезнь. Поэтому водола­зы, работающие на больших глуби­нах, поднимаются на поверхность медленно, с 1—2 остановками, чтобы дать возможность излишкам азота по­степенно покинуть организм.