11.7.2. Механизм вентиляции
Воздух поступает в легкие и выходит из них благодаря работе межреберных мышц и диафрагмы; в результате их попеременного сокращения и расслабления объем грудной полости изменяется. Есть две группы межреберных мышц: наружные направлены под углом вниз и вперед, а внутренние — вниз и назад (рис. 11.34). Диафрагма состоит из кольцевых и радиальных мышечных волокон, расположенных вокруг центрального сухожильного участка.
Рис. 11.34. Схема расположения межреберных мышц
Вдох — это активный процесс. Наружные межреберные мышцы сокращаются, а внутренние расслабляются. Вследствие этого ребра отходят вперед, удаляясь от позвоночника. Одновременно сокращается, становясь более плоской, диафрагма. Оба этих действия приводят к увеличению объема грудной клетки. В результате давление в грудной клетке, а поэтому и в легких становится ниже атмосферного, так что воздух поступает внутрь и заполняет альвеолы до тех пор, пока давление в легких не сравняется с атмосферным (рис. 11.35).
Рис. 11.35. Схематическое изображение грудной клетки, поясняющее, какие движения совершаются при дыхании (вид сбоку; показано только одно ребро)
Выдох — процесс в обычных условиях в основном пассивный, происходящий под действием эластического сокращения растянутой легочной ткани и расслабления части дыхательных мышц. Наружные межреберные мышцы и диафрагма расслабляются, возвращаясь в прежнее положение и к прежним своим размерам, а внутренние межреберные мышцы сокращаются. Вследствие этого объем грудной клетки уменьшается и давление в ней становится выше атмосферного. Воздух поэтому выталкивается из легких, и выдох таким образом заканчивается. При физической нагрузке имеет место форсированное дыхание. В действие вводятся дополнительные мышцы, и выдох становится гораздо более активным процессом, требующим расхода энергии. Внутренние межреберные мышцы сокращаются более энергично и резко отводят ребра вниз. Сильнее сокращаются и брюшные мышцы, вызывая более активное движение диафрагмы вверх.
11.7.3. Регуляция дыхания
Непроизвольную регуляцию дыхания осуществляет дыхательный центр, находящийся в продолговатом мозге (рис. 11.36). Вентральная часть дыхательного центра ответственна за стимуляцию вдоха; ее называют центром вдоха (инспираторным центром). Дорсальная часть и обе латеральные тормозят вдох и стимулируют выдох; они носят собирательное название центра выдоха (экспираторного центра). Дыхательный центр связан с диафрагмой диафрагмальными и грудными нервами. Бронхи и альвеолы иннервируются ветвями одного из черепных нервов — блуждающего.
Рис. 11.36. Регуляция дыхания
Главным фактором, регулирующим частоту дыхания, служит концентрация СО2 в крови. Когда уровень СО2 повышается, хеморецепторы каротидных и аортальных телец посылают нервные импульсы в инспираторный центр. От него через диафрагмальные и грудные нервы поступают импульсы в диафрагму и межреберные мышцы, что ведет к их сокращению. Таким образом автоматически стимулируется вдох. При вдохе альвеолы расширяются и находящиеся в них и в бронхиальном дереве рецепторы растяжения посылают импульсы в экспираторный центр, который автоматически подавляет вдох. Дыхательные мышцы расслабляются, и начинается выдох. После выдоха альвеолы уже не растянуты, и рецепторы растяжения не подвергаются больше стимуляции. Поэтому экспираторный центр отключается и вдох может начаться снова. Весь этот цикл непрерывно и ритмично повторяется на протяжении всей жизни организма.
В известных пределах частота и глубина дыхания могут регулироваться произвольно. При такой регуляции импульсы, возникающие в головном мозге, передаются в дыхательный центр, который и выполняет соответствующие действия. Концентрация кислорода тоже влияет на дыхание (разд. 11.8). Однако в обычных условиях кислорода всегда бывает достаточно, и потому его влияние относительно невелико.
11.7.4. Объем легочного воздуха
Легкие человека вмещают в среднем около 5 л воздуха (рис. 11.37). В состоянии покоя человек вдыхает и выдыхает примерно 450 мл воздуха. Этот объем воздуха называется дыхательным объемом. Сверх этих 450 мл человек может вдохнуть еще около 1500 мл (дополнительный воздух), а после спокойного выдоха может выдохнуть дополнительно около 1500 мл (резервный воздух). Если сделать максимальный вдох, а затем максимальный выдох, то общее количество выдыхаемого воздуха (дыхательный + дополнительный + резервный) даст величину, называемую жизненной емкостью легких. После максимально глубокого выдоха в легких остается еще 1500 мл воздуха. Выдохнуть его не удается; он называется остаточным воздухом.