Дыхательная система человека

Сложно переоценить значимость кислорода для организма человека. Ребёнок ещё в утробе матери не сможет полноценно развиваться при недостатке этого вещества, которое поступает через материнскую кровеносную систему. И при появлении на свет кроха издаёт крик, совершая первые дыхательные движения, которые не прекращаются в течение всей жизни.

Кислородный голод никак не регулируется сознанием. При недостатке питательных веществ или жидкости мы испытываем жажду или необходимость в еде, но едва ли кто-то ощущал потребность организма в кислороде. Регулярное дыхание возникает на клеточном уровне, поскольку ни одна живая клетка не способна функционировать без кислорода. И чтобы этот процесс не прерывался, в организме предусмотрена дыхательная система.

Дыхательная, или респираторная, система представляет собой комплекс органов, благодаря которым осуществляется доставка кислорода из окружающей среды в кровеносную систему и последующее выведение отработанных газов обратно в атмосферу. Помимо этого, она задействована в теплообмене, обонянии, формировании голосовых звуков, синтезе гормональных веществ и метаболических процессах. Однако наибольший интерес представляет именно газообмен, поскольку является наиболее значимым для поддержания жизнедеятельности.

При малейшей патологии дыхательной системы функциональность газообмена снижается, что может приводить к активации компенсаторных механизмов либо кислородному голоданию. Для оценки функций органов дыхания принято использовать следующие понятия:

• Жизненная ёмкость лёгких, или ЖЕЛ,— максимально возможный объём атмосферного воздуха, поступившего за один вдох. У взрослых он варьируется в пределах 3,5‒7 литров в зависимости от степени натренированности и уровня физического развития.
• Дыхательный объём, или ДО, — показатель, характеризующий среднестатистическое поступление воздуха за один вдох в спокойных и комфортных условиях. Норма для взрослых составляет 500‒600 мл.
• Резервный объём вдоха, или РОВд, — предельное количество атмосферного воздуха, поступившего в спокойных условиях за один вдох; составляет порядка 1,5‒2,5 литра.
• Резервный объём выдоха, или РОВыд,— предельный объём воздуха, который покидает организм в момент спокойного выдоха; нормой является примерно 1,0‒1,5 литра.
• Частота дыхания — количество дыхательных циклов (вдох-выдох), совершённых в минуту. Норма зависит от возраста и степени нагрузки.

Каждый из этих показателей имеет определённое значение в пульмонологии, поскольку любое отклонение от нормальных цифр свидетельствует о наличии патологии, требующей соответствующего лечения.

Дыхательная система обеспечивает организм достаточным поступлением кислорода, участвует в газообмене и выведении токсических соединений (в частности углекислоты). Поступая по воздухоносным путям, воздух согревается, частично очищается, а затем транспортируется непосредственно в лёгкие — главный орган человека в дыхании. Здесь и происходят основные процессы газообмена между тканями альвеол и кровеносными капиллярами.

Эритроциты, содержащиеся в крови, включают гемоглобин — сложный белок на основе железа, который способен присоединять к себе молекулы кислорода и соединения углекислоты. Поступая в капилляры лёгочной ткани, кровь насыщается кислородом, захватывая его при помощи гемоглобина. Затем эритроциты разносят кислород в остальные органы и ткани. Там поступивший кислород постепенно высвобождается, а его место занимает углекислый газ — конечный продукт дыхания, который при высоких концентрациях может вызывать отравление и интоксикацию вплоть до летального исхода. После этого эритроциты, лишённые кислорода, отправляются обратно в лёгкие, где осуществляется удаление углекислоты и повторное насыщение крови кислородом. Таким образом замыкается цикл дыхательной системы человека.

Соотношение концентрации кислорода и углекислоты является более-менее постоянной величиной и регулируется на бессознательном уровне. В спокойных условиях поступление кислорода осуществляется в оптимальном для конкретного возраста и организма режиме, однако при нагрузках — во время физических тренировок, при внезапном сильном стрессе — уровень углекислоты повышается. В этом случае нервная система посылает сигнал в дыхательный центр, который стимулирует механизмы вдоха и выдоха, повышая уровень поступления кислорода и компенсируя переизбыток углекислого газа. Если этот процесс по каким-то причинам прерывается, недостаток кислорода быстро приводит к дезориентации, головокружению, потере сознания, а затем к необратимым мозговым нарушениям и клинической смерти. Именно поэтому работа дыхательной системы в организме считается одной из главенствующих.

Каждый вдох осуществляется за счёт определённой группы дыхательных мышц, которые координируют движения лёгочной ткани, поскольку сама она является пассивной и изменять форму не может. В стандартных условиях этот процесс обеспечивается благодаря диафрагме и межрёберным мышцам, однако при глубоком функциональном дыхании задействуется ещё мышечный каркас шейного, грудного отдела и брюшной пресс. Как правило, во время каждого вдоха у взрослого человека диафрагма опускается на 3‒4 см, что позволяет увеличить суммарный объём грудной клетки на 1‒1,2 литра. В это же время межрёберные мышцы, сокращаясь, приподнимают рёберные дуги, что ещё больше увеличивает итоговый объём лёгких и, соответственно, понижает давление в альвеолах. Именно из-за разницы давлений в лёгкие нагнетается воздух, и происходит вдох.

Выдох, в отличие от вдоха, не требует работы мышечной системы. Расслабляясь, мышцы вновь сжимают объём лёгких, и воздух как бы «выдавливается» из альвеол обратно через воздухоносные пути. Происходят эти процессы довольно быстро: новорождённые дышат в среднем 1 раз в секунду, взрослые – 16‒18 раз в минуту. В норме этого времени хватает для качественного газообмена и выведения углекислоты.

Систему дыхания человека условно можно подразделить на дыхательные пути (транспортировка поступившего кислорода) и основной парный орган — лёгкие (газообмен). Дыхательные пути в месте пересечения с пищеводом классифицируются на верхние и нижние. К верхним относятся отверстия и полости, через которые воздух поступает в организм: нос, рот, носовая, ротовая полости и глотка. К нижним — пути, по которым воздушные массы переходят непосредственно в лёгкие, то есть гортань и трахея. Давайте рассмотрим, какую функцию выполняет каждый из этих органов.

1. Полость носа

Носовая полость является связующим звеном между окружающей средой и дыхательной системой человека. Через ноздри воздух поступает в носовые ходы, выстланные мелкими ворсинками, которые отфильтровывают пылевые частички. Внутренняя поверхность полости носа отличается богатой сосудисто-капиллярной сеткой и большим количеством слизистых желёз. Слизь выступает своего рода барьером для патогенных микроорганизмов, препятствуя их быстрому размножению и уничтожая микробную флору.

Сама носовая полость разделяется решётчатой косточкой на 2 половины, каждая из которых, в свою очередь, разделяется ещё на несколько ходов посредством костных пластинок. Сюда открываются придаточные пазухи — гайморова, лобная и другие. Они также относятся к системе дыхания, поскольку значительно увеличивают функциональный объём носовой полости и содержат хоть и небольшое, но всё же довольно значимое количество слизистых желёз.

Слизистая носовой полости образована мерцательными эпителиальными клетками, которые выполняют защитную функцию. Попеременно двигаясь, клеточные реснички образуют своеобразные волны, которые поддерживают чистоту носовых ходов, удаляя вредные вещества и частички. Слизистые оболочки могут значительно изменяться в объёмах в зависимости от общего состояния организма. В норме просветы многочисленных капилляров довольно узкие, поэтому ничто не препятствует полноценному носовому дыханию. Однако при малейшем воспалительном процессе, например во время простудного заболевания или гриппа, синтез слизи увеличивается в несколько раз, а объём кровеносной сетки возрастает, что приводит к отёку и затруднённому дыханию. Таким образом возникает насморк — ещё один механизм, защищающий дыхательные пути от дальнейшего инфицирования.

К основным функциям носовой полости можно отнести:

• фильтрация от пылевых частиц и патогенной микрофлоры,
• согревание поступающего воздуха,
• увлажнение воздушных потоков, что особенно важно в условиях засушливого климата и в отопительный период,
• защита дыхательной системы во время простудных заболеваний.

2. Полость рта

Ротовая полость является вторичным дыхательным отверстием и не настолько анатомически продумана для снабжения организма кислородом. Впрочем, она с лёгкостью может выполнять эту функцию, если носовое дыхание по каким-либо причинам затруднено, например при травме носа или насморке. Путь, который проходит воздух, поступая через ротовую полость, значительно короче, а само отверстие больше по диаметру по сравнению с ноздрями, поэтому резервный объём вдоха через рот, как правило, больше, чем через нос. Правда, на этом преимущества ротового дыхания заканчиваются. На слизистой оболочке рта нет ни ресничек, ни слизистых желёз, вырабатывающих слизь, а значит, фильтрационная функция в этом случае полностью теряет своё значение. Кроме того, короткий путь воздушных потоков облегчает поступление воздуха в лёгкие, поэтому он просто не успевает нагреться до комфортной температуры. Из-за этих особенностей носовое дыхание является более предпочтительным, а ротовое предназначено для исключительных случаев или в качестве компенсаторных механизмов при невозможности поступления воздуха через нос.

3. Глотка

Глотка является соединительным участком между носовой и ротовой полостями и гортанью. Она условно разделена на 3 части: носо-, рото- и гортаноглотку. Каждая из этих частей поочерёдно задействована в транспортировке воздуха при носовом дыхании, постепенно доводя его до комфортной температуры. Попадая в гортаноглотку, вдыхаемый воздух перенаправляется в гортань посредством надгортанника, который выступает своеобразным клапаном между пищеводом и органами дыхания. Во время дыхания надгортанник, примыкающий к щитовидному хрящу, перекрывает пищевод, обеспечивая поступление воздуха только в лёгкие, а во время глотания, наоборот, блокирует гортань, защищая от попадания инородных тел в органы дыхания и последующего удушья.

1. Гортань

Гортань располагается в переднем шейном отделе и представляет собой верхнюю часть дыхательной трубки. Анатомически она состоит из хрящевых колец — щитовидного, перстневидного и двух черпаловидных. Щитовидный хрящ образует кадык, или адамово яблоко, особенно выраженное у представителей сильного пола. Между собой гортанные хрящи соединены при помощи соединительной ткани, что, с одной стороны, обеспечивает необходимую подвижность, а с другой, ограничивает подвижность гортани в строго определённом диапазоне. В этой области также расположен голосовой аппарат, представленный голосовыми связками и мышцами. Благодаря их скоординированной работе у человека формируются волнообразные звуки, которые затем трансформируются в речь. Внутренняя поверхность гортани выстлана мерцательными эпителиальными клетками, а голосовые связки — плоским эпителием, лишённым слизистых желёз. Поэтому основное увлажнение связочного аппарата обеспечивается благодаря оттоку слизи их вышележащих органов дыхательной системы.

2. Трахея

Трахея представляет собой трубку длиной 11‒13 см, армированную спереди плотными гиалиновыми полукольцами. Задняя стенка трахеи примыкает к пищеводу, поэтому там хрящевая ткань отсутствует. В противном случае это затрудняло бы прохождение пищи. Основной функцией трахеи является прохождение воздуха по шейному отделу дальше в бронхи. Кроме того, ресничный эпителий, выстилающий внутреннюю поверхность дыхательной трубки, производит слизь, которая обеспечивает дополнительную фильтрацию воздуха от пылевых частиц и других загрязняющих компонентов.

Лёгкие

Лёгкие являются основным органом, осуществляющим воздухообмен. Неодинаковые по размеру и форме парные образования расположены в грудной полости, ограниченной рёберными дугами и диафрагмой. Снаружи каждое лёгкое покрыто серозной плеврой, которая состоит из двух слоёв и образует герметичную полость. Внутри она заполнена небольшим количеством серозной жидкости, которая играет роль амортизатора и значительно облегчает дыхательные движения. Между правым и левым лёгким расположено средостение. В этом относительно небольшом пространстве соседствуют трахея, грудной лимфопроток, пищевод, сердце и отходящие от него крупные сосуды.

В каждое лёгкое входят бронхиально-сосудистые пучки, образованные первичными бронхами, нервами и артериями. Именно здесь начинается разветвление бронхиального дерева, вокруг ветвей которого располагаются многочисленные лимфатические узлы и сосуды. Выход кровеносных сосудов из лёгочной ткани осуществляется через 2 вены, отходящие от каждого лёгкого. Попадая в лёгкие, бронхи начинают ветвиться в зависимости от количества долей: в правом – три бронхиальные ветви, а в левом – две. С каждым ответвлением их просвет постепенно сужается вплоть до половины миллиметра у самых маленьких бронхиол, коих у взрослого человека насчитывается порядка 25 миллионов.

Однако на бронхиолах путь воздуха не завершается: отсюда он попадает в ещё более узкие и ветвистые альвеолярные ходы, которые и приводят воздух к альвеолам — так называемому «пункту назначения». Именно здесь происходят процессы газообмена через соприкасающиеся стенки лёгочных мешочков и капиллярной сетки. Эпителиальные стенки, выстилающие внутреннюю поверхность альвеол, вырабатывают поверхностно-активный сурфактант, который препятствует их спаданию. До рождения ребёнок, находящийся в утробе матери, получает кислород не через лёгкие, поэтому альвеолы находятся в спавшемся состоянии, однако во время первого вдоха и крика они расправляются. Это зависит от полноценного формирования сурфактанта, который в норме появляется у плода на седьмой месяц внутриутробной жизни. В таком состоянии альвеолы остаются на протяжении всей жизни. Даже при самом интенсивном выдохе часть кислорода непременно остаётся внутри, поэтому лёгкие не спадаются.

Заключение

Анатомически и физиологически дыхательная система человека представляет собой слаженный механизм, благодаря которому поддерживается жизнедеятельность организма. Обеспечение каждой клетки человеческого тела важнейшим веществом — кислородом — служит основой жизни, самым значимым процессом, без которого не обходится ни один человек. Регулярное вдыхание загрязнённого воздуха, низкий уровень экологии, смог и пыль городских улиц негативным образом сказываются на функциях органов дыхания, не говоря уже о курении, которое ежегодно убивает миллионы людей по всему миру. Поэтому, тщательно отслеживая состояние здоровья, необходимо позаботиться не только о собственном организме, но и об экологии, чтобы через несколько лет глоток чистого, свежего воздуха был не пределом мечтаний, а повседневной нормой жизни!