Етапите на усвояване на кислорода от организма са кратки. Система за снабдяване с кислород на тялото (дете). Въпроси и задачи

Глава 8. Система за снабдяване с кислород на тялото

Редокс реакциите, непрекъснато протичащи във всяка клетка на тялото, изискват постоянен приток на окислителни субстрати (въглехидрати, липиди и аминокиселини) и окислител - кислород. Тялото има впечатляващ запас от хранителни вещества - запаси от въглехидрати и мазнини, както и огромен запас от протеини в скелетните мускули, така че дори относително дългото (в продължение на няколко дни) гладуване не носи значителна вреда на хората. Но практически няма кислородни резерви в тялото, с изключение на малкото количество, съдържащо се в мускулите под формата на оксимиоглобин, следователно, без неговото снабдяване, човек може да оцелее само 2-3 минути, след което се появяват така наречените „клинични настъпва смърт ". Ако доставката на кислород към мозъчните клетки не се възстанови в рамките на 10-20 минути, в тях ще настъпят такива биохимични промени, които ще нарушат функционалните им свойства и ще доведат до ранна смърт на целия организъм. Други клетки в тялото може да не бъдат засегнати в същата степен, но нервните клетки са изключително чувствителни към недостиг на кислород. Ето защо една от централните физиологични системи на тялото е функционална система за снабдяване с кислород и състоянието на тази конкретна система най -често се използва за оценка на „здравето“.

Концепцията за кислородния режим на тялото. Кислородът изминава дълъг път в тялото (фиг. 18). Попадайки вътре под формата на газови молекули, той вече в белите дробове участва в редица химични реакции, които осигуряват по -нататъшното му транспортиране до клетките на тялото. Там, попадайки в митохондриите, кислородът окислява различни органични съединения, като в крайна сметка ги превръща във вода и въглероден диоксид. В тази форма кислородът се отстранява от тялото.

Какво кара кислорода от атмосферата да проникне в белите дробове, след това в кръвта, а оттам в тъканите и клетките, където вече влиза в биохимични реакции? Очевидно има известна сила, която определя точно тази посока на движение на молекулите на този газ. Тази сила е концентрационен градиент. Съдържанието на кислород в атмосферния въздух е много по -високо, отколкото във въздуха на вътребелодробното пространство (алвеоларно). Съдържанието на кислород в алвеолите - белодробните мехурчета, в които обменът на газ между въздух и кръв - е много по -високо, отколкото във венозната кръв. Тъканите съдържат много по -малко кислород от артериалната кръв, а митохондриите съдържат незначителни количества кислород, тъй като молекулите на този газ, влизащи в тях, веднага влизат в цикъл на окислителни реакции и се превръщат в химични съединения. Тази каскада от постепенно намаляващи концентрации, отразяващи градиентите на силите, в резултат на което кислород от атмосферата прониква в клетките на тялото, обикновено се нарича кислороден режим на тялото (фиг. 19). По -скоро кислородният режим се характеризира с количествените параметри на описаната каскада. Горната стъпка на каскадата характеризира съдържанието на кислород в атмосферния въздух, който прониква в белите дробове при вдишване. Втората стъпка е съдържанието на О2 в алвеоларния въздух. Третата стъпка е съдържанието на О2 в артериалната кръв, току -що обогатена с кислород. И накрая, четвъртата стъпка е напрежението на кислорода във венозната кръв, което дарява кислорода, съдържащ се в него, на тъканите. Тези четири стъпки образуват три „полета“, които отразяват реалните процеси на обмен на газ в тялото. "Периодът" между 1 -ва и 2 -ра стъпка съответства на белодробния газообмен, между 2 -ра и 3 -та стъпка - на транспортирането на кислород по кръв, а между 3 -та и 4 -та стъпка - на тъканния газообмен. Колкото по -голяма е височината на стъпалото, толкова по -голяма е разликата в концентрацията, толкова по -висок е градиентът, при който кислородът се транспортира на този етап. С възрастта височината на първия "педя", тоест градиентът на белодробния газообмен, се увеличава; втората "педя", т.е. градиентът на транспортиране на 02 кръв, докато височината на третия "участък", отразяващ градиента на тъканния газообмен, намалява. Свързаното с възрастта намаляване на интензивността на тъканно окисляване е пряка последица от намаляването с възрастта на интензивността на енергийния метаболизъм.

Ориз. 18. Транспорт на кислород при хора (посоката е показана със стрелки)

Ориз. 19. Каскада от кислородни напрежения във вдишания въздух (I), в алвеолите (А), артериите (а) и вените (К) При 5-годишно момче, 15-годишен юноша и възрастен 30 години

Така усвояването на кислорода от организма става на три етапа, които са разделени в пространството и във времето. Първият етап - инжектирането на въздух в белите дробове и обмяната на газове в белите дробове - се нарича още външно дишане. Вторият етап - транспортирането на газове чрез кръв - се осъществява от кръвоносната система. Третият етап - усвояването на кислорода от клетките на тялото - се нарича тъканно или вътрешно дишане.

Обмен на газове в белите дробове. Белите дробове са запечатани торбички, свързани с трахеята посредством големи дихателни пътища - бронхите. Атмосферният въздух през носната и устната кухина прониква в ларинкса и по -нататък в трахеята, след което се разделя на два потока, единият от които отива в десния бял дроб, а другият вляво (фиг. 20). Трахеята и бронхите са изградени от съединителна тъкан и скелет от хрущялни пръстени, които не позволяват тези тръби да се свиват и блокират дихателните пътища при различни промени в позицията на тялото. Влизайки в белите дробове, бронхите са разделени на множество клони, всеки от които се разделя отново, образувайки така нареченото „бронхиално дърво“. Най -тънките клони на това „дърво“ се наричат бронхиоли, а в краищата им са белодробни везикули, или алвеоли (фиг. 21). Броят на алвеолите достига 350 милиона, а общата им площ е 150 м2. Именно тази повърхност представлява зоната за обмен на газове между кръв и въздух. Стените на алвеолите се състоят от един слой епителни клетки, до които са най-тънките кръвни капиляри, също състоящи се от еднослоен епител. Този дизайн, поради дифузия, осигурява относително лесно проникване на газове от алвеоларния въздух в капилярната кръв (кислород) и в обратна посока (въглероден диоксид). Този обмен на газ възниква в резултат на факта, че се създава градиент на концентрация на газ (фиг. 22). Въздухът в алвеолите съдържа относително голямо количество кислород (103 mm Hg) и малко количество въглероден диоксид (40 mm Hg). В капилярите, напротив, концентрацията на въглероден диоксид се увеличава (46 mm Hg), а кислородът намалява (40 mm Hg), тъй като тези капиляри съдържат венозна кръв, събрана след като е била в тъканите и им е дала кислород, получаване на въглероден диоксид в замяна. Кръвта тече през капилярите непрекъснато и въздухът в алвеолите се обновява при всяко вдишване. Кръвта, изтичаща от алвеолите, обогатена с кислород (до 100 mm Hg), съдържа относително малко въглероден диоксид (40 mm Hg) и отново е готова за обмен на тъканни газове.

Ориз. 20. Схема на структурата на белите дробове (А) и белодробните алвеоли (В)

А:] - ларинкс; 2 - трахея; 3 - бронхи; 4 - бронхиоли; 5 - бели дробове;

В: 1 - съдова мрежа; 2, 3 - алвеоли отвън и в разрез; 4 -

бронхиола; 5 - артерия и вена

Ориз. 21. Диаграма на разклонението на дихателните пътища (вляво). Дясната страна на фигурата показва кривата на общата площ на напречното сечение на дихателните пътища на нивото на всеки клон (3). В началото на преходната зона тази площ започва да се увеличава значително, което продължава в дихателната зона. Br - бронхи; Bl - бронхиоли; KBl - терминални бронхиоли; DBL - дихателни бронхиоли; AX - алвеоларни проходи; А - алвеоли

Ориз. 22. Газообмен в белодробните алвеоли: през стената на белодробните алвеоли, O2 на вдишания въздух влиза в кръвта, а CO2 на венозната кръв влиза в алвеолата; обменът на газ се осигурява от разликата в парциалните налягания (P) на CO2 и O2 във венозната кръв и в кухината на белодробните алвеоли

Така че най -малките мехурчета - алвеолите - да не се срутят по време на издишване, повърхността им е покрита отвътре със слой от специално вещество, произведено от белодробната тъкан. Това вещество - повърхностно активно вещество - намалява повърхностното напрежение на стените на алвеолите. Обикновено се произвежда в излишък, за да се гарантира, че белодробната повърхност се използва максимално за газообмен.

Дифузен капацитет на белите дробове. Градиентът на концентрацията на газ от двете страни на алвеоларната стена е силата, която кара молекулите кислород и въглероден диоксид да дифундират, да проникнат през тази стена. Въпреки това, при същото атмосферно налягане, скоростта на дифузия на молекулите зависи не само от градиента, но и от контактната площ на алвеолите и капилярите, от дебелината на стените им, от наличието на повърхностно активно вещество и редица други причини. За да се оценят всички тези фактори, с помощта на специални устройства, те измерват дифузионния капацитет на белите дробове, който в зависимост от възрастта и функционалното състояние на човек може да варира от 20 до 50 ml O2 / min / mm Hg. Изкуство.

Съотношение вентилация-перфузия. Газообменът в белите дробове се осъществява само ако въздухът в алвеолите се обновява периодично (във всеки дихателен цикъл) и кръвта тече непрекъснато през белодробните капиляри. Именно поради тази причина прекратяването на дишането, подобно на спирането на кръвообращението, също означава смърт. Непрекъснатият поток на кръв през капилярите се нарича перфузия, а ритмичният поток на нови порции атмосферен въздух в алвеолите се нарича вентилация. Трябва да се подчертае, че съставът на въздуха в алвеолите е много различен от атмосферния: в алвеоларния въздух има много повече въглероден диоксид и по -малко кислород. Факт е, че механичната вентилация на белите дробове не засяга най -дълбоките зони, в които се намират белодробните мехурчета, и там газообменът се осъществява само поради дифузия и следователно донякъде забавен. Независимо от това, всеки дихателен цикъл внася нови порции кислород в белите дробове и отнема излишния въглероден диоксид. Скоростта на перфузия на белодробната тъкан с кръв трябва точно да съответства на скоростта на вентилация, така че да се установи равновесие между тези два процеса, в противен случай или кръвта ще бъде пренаситена с въглероден диоксид и ненаситена с кислород, или, обратно, въглеродният диоксид ще бъде измити от кръвта. И двете са лоши, тъй като дихателният център, разположен в продълговатия мозък, генерира импулси, които карат дихателните мускули да вдишват и издишват, под въздействието на рецептори, които измерват съдържанието на CO2 и О2 в кръвта. Ако нивото на CO2 в кръвта спадне, дишането може да спре; ако расте, започва задух, човек усеща задушаване. Връзката между скоростта на кръвния поток през белодробните капиляри и скоростта на въздушния поток, вентилиращ белите дробове, се нарича съотношение вентилация-перфузия (VPR). Съотношението на концентрациите на O2 и CO2 в издишания въздух зависи от това. Ако увеличаването на CO2 (в сравнение с атмосферния въздух) точно съответства на намаляване на съдържанието на кислород, тогава VPO = 1 и това е повишено ниво. Обикновено VPO е 0,7-0,8, тоест перфузията трябва да е малко по-интензивна от вентилацията. Стойността на VPO се взема предвид при идентифициране на някои заболявания на бронхопулмоналната система и кръвоносната система.

Ако съзнателно рязко активирате дишането, като направите най -дълбокото и най -честото вдишване и издишване, тогава HPO ще надвиши 1, а човекът скоро ще се почувства замаян и може да припадне - това е резултат от „измиването“ на излишните количества CO2 от кръвта и нарушение на киселинно-алкалната хомеостаза. Напротив, ако с усилие на волята да задържи дъха, тогава VPO ще бъде по -малко от 0,6 и след няколко десетки секунди човекът ще почувства задушаване и императивен порив за дишане. В началото на мускулната работа VPO се променя рязко, първо намалява (перфузията се увеличава, тъй като мускулите, започвайки да се свиват, изстискват допълнителни порции кръв от вените си), а след 15-20 s бързо се увеличава (дихателният център е се активира и вентилацията се увеличава). HPO се нормализира само 2-3 минути след началото на мускулната работа. В края на мускулната работа всички тези процеси протичат в обратен ред. При децата подобно пренастройване на системата за снабдяване с кислород става малко по -бързо, отколкото при възрастни, тъй като размерът на тялото и съответно инерционните характеристики на сърцето, кръвоносните съдове, белите дробове, мускулите и други структури, участващи в тази реакция при децата са значително по -малки.

Обмен на тъканни газове. Кръвта, която доставя кислород до тъканите, го освобождава (по градиента на концентрацията) в тъканната течност, а от там молекулите на О2 проникват в клетките, където се улавят от митохондриите. Колкото по -интензивен е този припадък, толкова по -бързо намалява съдържанието на кислород в тъканната течност, толкова по -висок е градиентът между артериалната кръв и тъканта, толкова по -бързо кръвта отделя кислород, който се отделя от молекулата на хемоглобина, който служи като "носител" "за доставка на кислород. Освободените молекули на хемоглобина могат да улавят молекули CO2, за да ги пренесат в белите дробове и да ги предадат на алвеоларния въздух там. Кислородът, навлизайки в цикъла на окислителните реакции в митохондриите, в крайна сметка се оказва комбиниран или с водород (образува се Н2О), или с въглерод (образува се СО2). В свободна форма кислородът практически не съществува в тялото. Целият въглероден диоксид, генериран в тъканите, се екскретира от тялото през белите дробове. Метаболитната вода също се изпарява частично от повърхността на белите дробове, но може да се екскретира и с пот и урина.

Коефициент на дишане. Съотношението на количествата на образувания CO2 и абсорбирания О2 се нарича дихателен коефициент (DC) и зависи от това кои субстрати се окисляват в тъканите на тялото. DC в издишания въздух варира от 0,65 до 1. По чисто химически причини, когато мазнините се окисляват, DC = 0,65; с окисляване на протеини - около 0,85; при окисляване на въглехидрати DC = 1,0. Така по състава на издишания въздух може да се прецени кои вещества в момента се използват за генериране на енергия от клетките на тялото. Естествено, DC обикновено приема някаква междинна стойност, най -често близка до 0,85, но това не означава, че протеините се окисляват; по -скоро е резултат от едновременното окисляване на мазнини и въглехидрати. Стойността на DC е тясно свързана с VPO; между тях има почти пълно съответствие, с изключение на периодите, когато VPO е обект на резки колебания. При децата в покой DC обикновено е по -висок, отколкото при възрастните, което се свързва със значително по -голямо участие на въглехидратите в енергийното снабдяване на организма, особено активността на нервните структури.

По време на мускулна работа DC също може значително да надвишава VPO, ако процесите на анаеробна гликолиза участват в енергийното захранване. В този случай хомеостатичните механизми (кръвни буферни системи) водят до освобождаване на допълнително количество CO2 от тялото, което се причинява не от метаболитни нужди, а от хомеостатични. Това допълнително отделяне на CO2 се нарича „неметаболитен излишък“. Появата му в издишания въздух означава, че нивото на мускулно натоварване е достигнало определен праг, след което е необходимо да се свържат анаеробни системи за производство на енергия („анаеробен праг“). Децата от 7 до 12 години имат по-високи относителни индекси на анаеробния праг: с такова натоварване те имат по-висок пулс, белодробна вентилация, скорост на кръвния поток, консумация на кислород и т.н. 17-18 години не се различават от съответно натоварване при възрастни. Анаеробният праг е един от най -важните показатели за аеробното представяне на човек, както и минималното натоварване, което може да осигури постигането на тренировъчен ефект.

Външното дишане е проява на дихателния процес, който е ясно видим без никакви устройства, тъй като въздухът влиза и излиза от дихателните пътища само поради факта, че формата и обемът на гръдния кош се променят. Какво кара въздуха да проникне дълбоко в тялото и в крайна сметка да достигне най -малките белодробни мехурчета? В този случай има сила, причинена от разликата в налягането в гърдите и в заобикалящата атмосфера. Белите дробове са заобиколени от мембрана на съединителната тъкан, наречена плевра, с плеврална течност между белите дробове и плевралната торбичка, която служи като смазка и уплътнител. Интраплевралното пространство е херметически затворено, не комуникира със съседни кухини и храносмилателната и кръвната тръба, преминаваща през гръдния кош. Целият гръден кош също е запечатан, отделен от коремната кухина не само от серозната мембрана, но и от големия пръстеновиден мускул - диафрагмата. Следователно усилията на дихателните мускули, водещи дори до леко увеличаване на обема му при вдишване, осигуряват доста значителен вакуум вътре в плевралната кухина и именно под действието на този вакуум въздухът навлиза в устната и носната кухина и прониква по -нататък през ларинкса, трахеята, бронхите и бронхиолите в белодробната тъкан.

Организация на дихателния акт. Три мускулни групи участват в организацията на дихателния акт, т.е. в движението на стените на гръдния кош и коремната кухина: инспираторни (осигуряващи вдишване) външни междуребрени мускули; експираторен (осигуряващ издишване) вътрешни междуребрени мускули и диафрагма, както и мускули на коремната стена. Координираното свиване на тези мускули под контрола на дихателния център, който се намира в продълговатия мозък, кара ребрата да се движат донякъде напред и нагоре спрямо тяхното положение в момента на издишване, гръдната кост се издига и диафрагмата се притиска в коремната кухина. Така общият обем на гръдния кош се увеличава значително, там се създава доста висок вакуум и въздухът от атмосферата се втурва в белите дробове. В края на вдъхновението импулсите от дихателния център към тези мускули престават и ребрата под тяхна собствена гравитация и диафрагмата в резултат на отпускането й се връщат в „неутрално“ положение. Обемът на гръдния кош намалява, там се повишава налягането и излишният въздух от белите дробове се изхвърля през същите тръби, през които е влязъл. Ако по някаква причина издишването е трудно, тогава експираторните мускули са свързани, за да улеснят този процес. Те работят и в случаите, когато дишането се засилва или ускорява под въздействието на емоционален или физически стрес. Работата на дихателните мускули, както всяка друга мускулна работа, изисква енергия. Смята се, че при спокойно дишане малко повече от 1% от енергията, консумирана от тялото, се изразходва за тези нужди.

В зависимост от това дали разширяването на гръдния кош по време на нормално дишане е свързано главно с повдигане на ребрата или сплескване на диафрагмата, се разграничават ребрените (гръдни) и диафрагмалните (коремни) видове дишане. При гръдното дишане диафрагмата се измества пасивно в отговор на промените в интраторакалното налягане. При коремния тип мощните контракции на диафрагмата силно изместват коремните органи, поради което при вдишване коремът „изпъква“. Формирането на типа дишане става на възраст 5-7 години, а при момичетата става, като правило, гръдна, а при момчетата - коремна.

Белодробна вентилация. Колкото по -голямо е тялото и по -трудно работят дихателните мускули, толкова повече въздух преминава през белите дробове при всеки дихателен цикъл. За да се оцени белодробната вентилация, се измерва дихателният минутен обем, т.е. средното количество въздух, което преминава през дихателните пътища за 1 минута. В покой при възрастен, тази стойност е 5-6 л / мин. При новородено дете минутният обем на дишане е 650-700 мл / мин, до края на 1 година от живота той достига 2,6-2,7 л / мин, на 6 години - 3,5 л / мин, на 10 години - 4,3 л / мин, а при юношите - 4,9 л / мин. По време на физическо натоварване минутният обем на дишане може да се увеличи много значително, достигайки 100 l / min и повече при млади мъже и възрастни.

Честота и дълбочина на дишане. Дихателният акт, състоящ се от вдишване и издишване, има две основни характеристики - честота и дълбочина. Честотата е броят на вдишванията в минута. При възрастни тази стойност обикновено е 12-15, въпреки че може да варира в широки граници. При новородени честотата на дишане по време на сън достига 50-60 на минута, до навършване на една година намалява до 40-50, след това с нарастването този показател постепенно намалява. Така че при деца в начална училищна възраст честотата на дишане обикновено е около 25 цикъла в минута, а при юношите - 18-20. Обратната тенденция на промени, свързани с възрастта, се демонстрира от дихателния обем, т.е. мярка за дълбочината на дишане. Той представлява средното количество въздух, което влиза в белите дробове по време на всеки дихателен цикъл. При новородените той е много малък - само 30 ml или дори по -малко, до навършване на една година се увеличава до 70 ml, на 6 години става над 150 ml, до 10 -годишна възраст достига 240 ml, на 14 години - 300 мл. При възрастен дихателният обем в покой не надвишава 500 ml. Дихателният минутен обем е продукт на дихателния обем и честотата на дишане.

Ако човек извършва някаква физическа активност, той се нуждае от допълнително количество кислород, съответно, минутният обем на дишане се увеличава. При деца под 10-годишна възраст това увеличение се дължи главно на повишена честота на дишане, която може да стане 3-4 пъти по-често от дишането в покой, докато дихателният обем се увеличава само 1,5-2 пъти. При юноши и още повече при възрастни увеличаването на минутния обем се извършва главно поради приливния обем, който може да се увеличи няколко пъти, а честотата на дишане обикновено не надвишава 50-60 цикъла в минута. Смята се, че този тип реакция на дихателната система е по -икономична. Според различни критерии ефективността и ефикасността на външното дишане се увеличава значително с възрастта, достигайки максималните стойности при момчета и момичета на възраст 18-20 години. В същото време дишането на момчетата, като правило, е организирано по -ефективно от това на момичетата. Ефективността на дишането и неговата икономичност са силно повлияни от физическата годност, особено в тези спортове, в които снабдяването с кислород играе решаваща роля. Това са бягане на разстояние, ски, плуване, гребане, колоездене, тенис и други спортове за издръжливост.

При извършване на циклично натоварване дихателният ритъм обикновено се „приспособява“ към ритъма на свиване на скелетните мускули - това улеснява работата на дишането и го прави по -ефективно. При децата усвояването на ритъма на движенията от дихателните мускули става инстинктивно без намесата на съзнанието, но учителят може да помогне на детето, което допринася за най -бързото адаптиране към този вид натоварване.

При извършване на силово и статично натоварване се наблюдава така наречения феномен на Линдгард - задържане на дъха по време на натоварване с последващо увеличаване на честотата и дълбочината на дишане след сваляне на товара. Не се препоръчва използването на голяма мощност и статични натоварвания при обучението и физическото възпитание на деца под 13-14 години, включително поради незрялостта на дихателната система.

Спирограма. Ако на пътя на въздуха, влизащ и излизащ от белите дробове, са монтирани гумени духалки или лек звънец, потопен във вода, то поради действието на дихателните мускули това устройство ще увеличи обема си при издишване и ще намалее по време на вдишване. Ако всички връзки са стегнати (за запечатване на устната кухина, се използва специален гумен мундщук или маска, носена на лицето), тогава е възможно, като се прикрепи инструмент за писане към движещата се част на устройството, да се запишат всички дихателни пътища движения. Такова устройство, изобретено още през 19 век, се нарича спирограф, а записа, направен с него, се нарича спирограма (фиг. 23). С помощта на спирограма, направена върху хартиена лента, е възможно количествено да се измерват най -важните характеристики на външното дишане на човек. Белодробни обеми и капацитет. Благодарение на спирограмата можете визуално да видите и измерите различни обеми и капацитет на белите дробове. Обемите във физиологията на дишането обикновено се наричат тези показатели, които динамично се променят в процеса на дишане и характеризират функционалното състояние на дихателната система. Капацитетът е резервоар, който не се променя за кратко време, в рамките на който се осъществява цикълът на дишане и обмен на газ. Отправната точка за всички белодробни обеми и контейнери е нивото на спокойно издишване.

Белодробни обеми. В покой дихателният обем е малък в сравнение с общия обем въздух в белите дробове. Следователно човек може едновременно да вдишва и издишва голям допълнителен обем въздух. Тези обеми се наричат съответно вдишващ резервен обем и експираторен резервен обем. Въпреки това, дори при най -дълбоко издишване, малко въздух остава в алвеолите и дихателните пътища. Това е така нареченият остатъчен обем, който не се измерва с помощта на спирограма (за неговото измерване се използва доста сложна техника и изчисления, използват се инертни газове). При възрастен той е около 1,5 литра, при деца - много по -малко.

Ориз. 23. Спирограма: белодробен капацитет и неговите компоненти

А - схема на спирограма: 1 - резервен обем на вдишване; 2 - дихателен обем; 3 - резервен експираторен обем; 4 - остатъчен обем; 5 - функционален остатъчен капацитет; 6 - капацитет на вдишване; 7 - жизнен капацитет; 8 - общ белодробен капацитет; В - обемът и капацитетът на белите дробове: / - млади спортисти; // - необучени ученици (средна възраст 13 години) (според A.I. Osipov, 1964). Числата над лентите са средните стойности за общия капацитет. Числата в лентите са средните стойности на обема на белите дробове като процент от общия капацитет; числата отляво на лентите отговарят на обозначенията на спирограмата

Жизнен капацитет на белите дробове. Общата стойност на резервния обем на вдишване, дихателния обем и резервния обем на издишване е жизнената способност на белите дробове (VC) - един от най -важните показатели за състоянието на дихателната система. За измерването му се използват спирометри с различен дизайн, при които е необходимо да се издиша възможно най -дълбоко след най -дълбокото вдишване - това ще бъде VC. VC зависи от размера на тялото и следователно от възрастта, а също така много значително зависи от функционалното състояние и физическата годност на човешкото тяло. При мъжете VC е по -висок, отколкото при жените, ако нито едното, нито другото не се занимава със спорт, особено упражнения за издръжливост. Стойността на VC варира значително при хора с различна физика: при брахиморфните типове тя е относително малка, а при долихоморфните е много голяма. Обичайно е да се използва VC като един от показателите за физическото развитие на децата в училищна възраст, както и на военнослужещите. VC може да се измери само с активното и съзнателно участие на детето, следователно практически няма данни за деца под 3 -годишна възраст.

Таблица 9

Жизнен капацитет на белите дробове при деца и юноши (в ml)

	Възраст, години

Момчета

Въпреки името си, VC не отразява параметрите на дишането в реални, "житейски" условия, тъй като при никакъв товар човек не диша, използвайки напълно резервен обем на вдишване и резервен обем на издишване.

Други контейнери. Пространството на белите дробове, което може да бъде заето с въздух в случай на най -пълно вдишване след спокойно издишване, се нарича инспираторен капацитет. Този капацитет е сумата от дихателния обем и обема на вдишващия резерв.

Експираторният резервен обем и остатъчният обем, който никога не може да се издиша заедно, съставляват функционалния остатъчен капацитет (FRC) на белите дробове. Физиологичното значение на FRU е, че играе ролята на буферна зона. Поради присъствието му в алвеоларното пространство, колебанията в концентрациите на O2 и CO2 по време на дишането се изглаждат. Това стабилизира функцията на белодробния газообмен, осигурявайки равномерен поток от кислород от алвеоларното пространство към кръвния поток и въглероден диоксид в обратна посока.

Общият белодробен капацитет е сумата от VC и остатъчния обем или четирите белодробни обема: дихателен, остатъчен и резервен обем на вдишване и издишване. Общият капацитет на белите дробове се увеличава с възрастта пропорционално на размера на тялото.

Контрол на дишането. Дишането е една от онези функции на тялото, които, от една страна, се извършват автоматично, от друга, те могат да се подчиняват на съзнанието. Автоматичното дишане се осигурява от дихателния център, разположен в продълговатия мозък. Унищожаването на дихателния център води до спиране на дишането. Ритмично възникващи в дихателния център, импулсите на възбуждане се предават по центробежни неврони към дихателните мускули, осигурявайки редуването на вдишване и издишване. Смята се, че появата на периодични импулси в дихателния център се дължи на циклични метаболитни процеси в невроните, които изграждат тази област на мозъка. Дейността на дихателния център се регулира от голям брой вродени и придобити рефлекси, както и от импулси от хеморецептори, които контролират нивата на кислород, въглероден диоксид и рН в кръвта, и механорецептори, които проследяват степента на разтягане на дихателните мускули, белия дроб тъкан и много други параметри. Рефлекторните дъги са подредени по такъв начин, че завършването на вдишването стимулира началото на издишването, а краят на издишването е рефлексен стимул за началото на вдишването.

В същото време всички тези рефлекси могат да бъдат потиснати за известно време поради активността на мозъчната кора, която може да поеме контрола върху дишането. Такова дишане се нарича доброволно. По -специално, той се използва при изпълнение на дихателни упражнения, при гмуркане, при излагане на газове или дим и в други случаи, когато се налага адаптиране към редки фактори. Въпреки това, при произволно задържане на дъха, рано или късно дихателният център поема контрола върху тази функция и издава императивен стимул, с който съзнанието не може да се справи. Това се случва, когато се достигне прагът на чувствителност на дихателния център. Колкото по -зрял и физически трениран е организмът, толкова по -висок е този праг, толкова по -големи отклонения в хомеостазата дихателният център може да издържи. Специално обучените водолази например са в състояние да задържат дъха си за 3-4 минути, понякога дори за 5 минути - времето, необходимо за спускане на значителна дълбочина под водата и търсене на желания обект там. Например се добиват морски перли, корали, гъби и някои други „морски дарове“. При децата съзнателният контрол на дихателния център е възможен след преминаването на скока на половин растеж, т.е. след 6-7 години, обикновено на тази възраст децата се научават да се гмуркат и плуват в онези стилове, които са свързани със задържане на дъха (заек, делфин).

Моментът на раждане на човек е моментът на първия му дъх. Всъщност в утробата функцията на външното дишане не може да се осъществи и нуждата от кислород се осигурява поради доставката му през плацентата от тялото на майката. Следователно, въпреки че по време на раждането функционалната дихателна система обикновено напълно узрява, тя има редица характеристики, свързани с акта на раждане и условията на живот през неонаталния период. По -специално, активността на дихателния център при децата през този период е относително ниска и нестабилна, поради което детето често поема първия дъх не веднага след излизане от родовия канал, а след няколко секунди или дори минути. Понякога обикновен шамар по дупето на детето е достатъчен, за да започне първото вдишване, но понякога апнеята (липсата на дишане) се удължава и ако това продължи няколко минути, може да премине в състояние на задушаване. Като доста типично усложнение на процеса на раждане, асфиксията е изключително опасна в своите последствия: кислородният глад на нервните клетки може да доведе до нарушаване на нормалното им функциониране. Ето защо нервната тъкан на новородените е много по -малко чувствителна към недостиг на кислород и излишък от кисели метаболитни продукти. Независимо от това, продължителната асфиксия (десетки минути) води до значителни нарушения в дейността на централната нервна система, които понякога могат да засегнат целия следващ живот.

До 2-3-годишна възраст чувствителността на дихателния център при децата рязко се увеличава и става по-висока, отколкото при възрастните. В бъдеще той постепенно намалява, до 10-11 години. В юношеството отново се отбелязва временно повишаване на чувствителността на дихателния център, което се елиминира с приключване на пубертетни процеси.

Възрастови промени в структурата и функционалността на дихателната система. С възрастта всички анатомични компоненти на дихателната система се увеличават по размер, което до голяма степен определя посоката на функционалните възрастови промени. Абсолютните характеристики на анатомичните лумени на трахеята и бронхите, бронхиолите, алвеолите, общия белодробен капацитет и неговите компоненти се увеличават приблизително пропорционално на увеличаването на телесната повърхност. В същото време по -високата интензивност на метаболитните, включително окислителните процеси в ранна възраст изисква повишено снабдяване с кислород, следователно относителните показатели на дихателната система отразяват много по -голям стрес при малките деца - до около 10-11 години. Въпреки очевидно по -ниската икономичност и ефективност, дихателната система при децата работи също толкова надеждно, колкото и при възрастните. Това се благоприятства по -специално от високата дифузионна способност на белите дробове, т.е. по -добра пропускливост на алвеолите и капилярите за молекули кислород и въглероден диоксид.

Транспортиране на газове чрез кръв

Кислородът, който е влязъл в тялото през белите дробове, трябва да бъде доставен на неговите консуматори - всички клетки на тялото, които понякога са на разстояние десетки сантиметри (а при някои големи животни - няколко метра) от „източника“. Процесите на дифузия не са в състояние да транспортират вещество на такива разстояния със скорост, достатъчна за нуждите на клетъчния метаболизъм. Най -рационалният начин за транспортиране на течности и газове е използването на тръбопроводи. Човекът в своята икономическа дейност отдавна и широко използва тръбопроводи навсякъде, където е необходимо постоянно движение на значителни количества вода, нефт, природен газ и много други вещества. За да устои на силата на гравитацията, както и да преодолее силата на триене в тръбите, през които тече течността, човекът е изобретил помпата. И така, че течността да тече само в правилната посока, без да се връща обратно, когато налягането в тръбопровода намалее, са изобретени клапани - устройства, подобни на врати, които се отварят само в една посока.

Основната транспортна система на човешкото тяло - кръвоносната система - е подредена по абсолютно същия начин. Състои се от тръби-съдове, помпа-сърце и множество клапани, които осигуряват еднопосочното движение на кръвта през сърцето и предотвратяват обратния поток на кръв във вените. Разклонявайки се в малки тръбички - капиляри, кръвоносните съдове достигат почти до всяка клетка, снабдявайки ги с хранителни вещества и кислород и отнемайки отпадъчните им продукти, които са необходими на други клетки или от които тялото трябва да се отърве. Кръвоносната система при бозайници и хора е затворена мрежа от съдове, през които преминава единичен кръвен поток, осигурен от цикличното свиване на сърдечния мускул. Тъй като задачата за осигуряване на кислород към клетките е първата от поредица жизненоважни задачи, кръвоносната система на висшите животни и хора е специално пригодена за най -ефективния газообмен във въздуха. Това се осигурява чрез разделяне на затворения съдов тръбопровод на два изолирани кръга - малък и голям, първият от които осигурява обмен на газ между кръвта и околната среда, а вторият между кръвта и телесните клетки.

Малки и големи кръгове на кръвообращението (фиг. 24). Артериите са тези съдове, които носят кръв от сърцето до органи и тъкани. Те имат здрава и доста дебела стена, която трябва да издържа на високото налягане, създадено от работата на сърцето. Постепенно разклонявайки се в все по -малки съдове - артериоли и капиляри - артериите доставят кръв до всички тъкани. Съдовете, които изнасят кръв от тъканите, се наричат вени. Те се образуват като по -малки съдове - капиляри и венули - се сливат и увеличават. Вените не се различават по здравината на стените си и лесно се срутват, ако няма кръв в тях, тъй като не трябва да се сблъскват с високо кръвно налягане. За да се предотврати притока на кръв в обратна посока, във вените има специални клапани, които улавят кръвта, ако нещо я принуди да се движи в обратната посока. Благодарение на този дизайн, вените, преминаващи през скелетните мускули, работят като допълнителни помпи: като се свиват, мускулите изтласкват кръвта от вените и докато се отпускат, те позволяват на нова порция кръв да влезе във вените. Тъй като движението на кръвта в тях може да бъде само в една посока - към сърцето - такава "мускулна помпа" има значителен принос за кръвообращението по време на мускулно натоварване.

Малкият кръг на кръвообращението започва от дясната камера, от която излиза белодробната артерия. Почти веднага се разделя на два потока - отдясно и отляво на белите дробове. Достигайки белите дробове, белодробните артерии са разделени на много капиляри, най -тънките от които измиват отделните белодробни мехурчета (алвеоли). Именно тук се осъществява обменът на газове между кръв и въздух в алвеолите. За да се улесни обмяната на газ, белодробните капиляри се състоят само от един слой клетки.

Ориз. 24. Схема на циркулация

За разлика от всички други артерии в тялото, белодробните артерии носят бедна на кислород и богата на въглероден диоксид кръв. Тази кръв се нарича "венозна" кръв, защото тече във вените по цялото тяло (с изключение на белодробните вени). Тази кръв вече е преминала през съдовете на системната циркулация, отказала се е от съдържащия се в нея кислород и събрала въглероден диоксид, който трябва да се елиминира в белите дробове.

Вените, излизащи от белите дробове, от друга страна, носят „артериална“, тоест оксидирана и практически без въглероден диоксид кръв. По този начин белодробната циркулация е коренно различна от големия кръг по посока на движение на кислородна кръв.

Белодробните вени носят богата на кислород кръв към лявото предсърдие. След като се напълни с кръв, атриумът се свива, изтласквайки тази част от кръвта в лявата камера. Оттам започва системната циркулация.

Най -големият кръвоносен съд в тялото, аортата, излиза от лявата камера. Това е доста къса, но много мощна тръба, способна да издържи на много големите спадове на налягането, които възникват по време на периодичните сърдечни контракции. Дори в гръдния кош аортата се разделя на няколко основни артерии, някои от които носят богата на кислород артериална кръв към главата и горните органи на тялото, а други към долните органи на тялото. Всички нови по -малки съдове последователно се отделят от големите главни съдове, пренасяйки кръв до отделни части на тялото. По този начин, както мозъкът, така и други жизненоважни органи винаги получават прясна, кислородна кръв.

Единственото изключение от това правило е черният дроб, в който се смесват артериална и венозна кръв. Това обаче има дълбок физиологичен смисъл. От една страна, черният дроб получава свежа артериална кръв през чернодробната артерия, т.е. клетките й са напълно снабдени с необходимото количество кислород. От друга страна, така наречената портална вена навлиза в черния дроб, който носи със себе си хранителните вещества, абсорбирани в червата. Цялата кръв, изтичаща от червата, преминава през черния дроб - основният защитен орган срещу всякакви токсини и опасни вещества, които биха могли да се абсорбират в храносмилателния тракт. Мощните окислителни системи на черния дроб "изгарят" всички подозрителни молекули, превръщайки ги в неопасни метаболитни продукти.

От всички органи се събира кръв във вените, които, сливайки се, образуват все по -големи обединени съдове. Долната куха вена, която събира кръв от долната част на тялото, и горната куха вена, в която кръвта тече от горната част на тялото, се вливат в дясното предсърдие и оттам се изтласкват в дясната камера. От този момент кръвта отново навлиза в белодробната циркулация.

Лимфната система. Втората транспортна система на тялото е мрежата от лимфни съдове. Лимфата практически не участва в транспорта на кислород, но е от голямо значение за разпределението на хранителните вещества в тялото (особено липидите), както и за предпазване на организма от проникване на чужди тела и опасни микроорганизми. Лимфните съдове са сходни по структура с вените, те също имат клапани вътре в тях, които осигуряват еднопосочен поток от течност, но освен това стените на лимфните съдове са способни на самосъкращение („лимфни сърца“). Липсваща централна помпа, лимфната система позволява на течността да се движи през тези лимфни сърца и свивания на скелетните мускули. По пътя на лимфните съдове, особено в местата на сливането им, се образуват лимфни възли, които изпълняват предимно защитни (имунни) функции. Отрицателното налягане, което се създава в гръдната кухина по време на вдишване, също действа като сила за изтласкване на лимфата към гърдите, където лимфните канали се оттичат във вените. По този начин лимфната система се комбинира с кръвоносната система в единна транспортна мрежа на тялото.

Сърцето и неговите възрастови характеристики. Основната помпа на кръвоносната система - сърцето - е мускулна торбичка, разделена на 4 камери: две предсърдия и две вентрикули (фиг. 25). Лявото предсърдие е свързано с лявата камера с отвор, в чиято подредба е разположена митралната клапа. Дясното предсърдие е свързано с дясната камера чрез отвор, който затваря трикуспидалната клапа. Дясната и лявата половина на сърцето не са свързани помежду си, следователно дясната половина на сърцето винаги е "венозна", т.е. бедна на кислород кръв, а в лявата - „артериална“, наситена с кислород. Изходът от дясната (белодробна артерия) и лявата (аортата) камера е затворен от полумесечни клапи, сходни по дизайн. Те предотвратяват връщането на кръв от тези големи изходящи съдове към сърцето по време на релаксация.

Формирането на сърдечно -съдовата система при плода започва много рано - вече на 3 -та седмица след зачеването се появява група клетки с периодична контрактилна активност, от които впоследствие се формира сърдечният мускул. Въпреки това, дори по време на раждането някои характеристики на ембрионалната циркулация остават (фиг. 26). Тъй като източникът на кислород и хранителни вещества в ембрионалния период не са белите дробове и храносмилателния тракт, а плацентата, която е свързана с плода чрез пъпната връв, не се изисква стриктно разделяне на сърцето на две независими половини. Освен това белодробният кръвен поток все още няма функционално значение и това място не трябва да се включва в основната циркулация. Следователно, плодът има овален отвор, свързващ двете предсърдия, както и специален артериален канал, свързващ аортата и белодробната артерия. Скоро след раждането тези шунтиращи канали се затварят и двата кръга на кръвообращението започват да функционират като при възрастни.

Ориз. 25. Структурата на сърцето

Овална дупка

Ориз. 26. А - сърцето на плода; В - сърцето на бебето след раждането. Стрелките показват посоката на кръвния поток

Въпреки че основната маса на стените на сърцето е мускулният слой (миокард), има няколко допълнителни слоя тъкан, които предпазват сърцето от външни влияния и укрепват стените му, които изпитват огромен натиск по време на работа. Тези защитни слоеве се наричат перикард. Вътрешната повърхност на сърдечната кухина е облицована с ендокард, чиито свойства позволяват да не се увреждат кръвните клетки по време на контракциите. Сърцето се намира от лявата страна на гръдния кош (въпреки че в някои случаи има различно местоположение) "отгоре" надолу.

Масата на сърцето при възрастен е 0,5% от телесното тегло, тоест 250-300 g при мъжете и около 200 g при жените. При децата относителният размер на сърцето е малко по -голям - около 0,7% от телесното тегло. Сърцето като цяло расте пропорционално на увеличаването на размера на тялото. За първите 8 месеца. след раждането теглото на сърцето се удвоява, с 3 години - три пъти, с 5 години - 4 пъти, а на 16 -годишна възраст - 11 пъти в сравнение с теглото на сърцето на новороденото. Момчетата обикновено имат малко по -голямо сърце от момичетата; едва през пубертета момичетата, които започват да узряват по -рано, имат по -голямо сърце.

Предсърдният миокард е значително по -тънък от камерния миокард. Това е разбираемо: работата на предсърдията се състои в изпомпване на част от кръвта през клапаните в съседната камера, докато вентрикулите трябва да ускорят кръвта, така че да стигне до най -отдалечените части на капилярната мрежа от сърцето. По същата причина миокардът на лявата камера е 2,5 пъти по -дебел от миокарда на дясната камера: изтласкването на кръв през малкия кръг на кръвообращението изисква много по -малко усилия, отколкото по големия кръг.

Сърдечният мускул се състои от влакна, подобни на тези на скелетните мускули. Въпреки това, заедно със структури с контрактилна активност, в сърцето присъства и друга - проводяща - структура, която осигурява бързо провеждане на възбуждане до всички части на миокарда и неговото синхронно периодично свиване. Всяка част от сърцето по принцип е способна на независима (спонтанна) периодична контрактилна активност, но обикновено определена част от клетките, която се нарича пейсмейкър или пейсмейкър, контролира сърдечния ритъм и се намира в горната част на дясното предсърдие (синусов възел). Автоматично генериран тук импулс с честота около 1 път в секунда (при възрастни; при деца - много по -често) се разпространява през сърдечната проводима система, която включва атриовентрикуларния възел, снопчето на His, разделящо се на десния и левия крак , разклоняване в масата на вентрикуларния миокард (фиг. 27). Повечето нарушения на сърдечния ритъм са резултат от определени лезии на влакната на проводящата система. Сърдечният удар (некроза на част от мускулните влакна) на миокарда е най -опасен, когато двата крака на снопа на His са засегнати наведнъж.

Ориз. 27. Схематично представяне на проводник

системи на сърцето 1 - синусов възел; 2 - атриовентрикуларен възел; 3 - снопът на Гис; 4 и 5 - десен и ляв крак на снопа на Гис; 6 - крайни клонове на проводящата система

Сърдечен цикъл. Възбуждането, което автоматично възниква в синусовия възел, се предава на предсърдните контрактилни влакна и предсърдните мускули се свиват. Този етап от сърдечния цикъл се нарича предсърдна систола. Продължава приблизително 0,1 секунди. През това време част от кръвта, натрупана в предсърдията, се премества в вентрикулите. Веднага след това настъпва камерна систола, която продължава 0,3 s. В процеса на свиване на мускулите на вентрикулите кръвта се изтласква от тях под високо налягане и се насочва към аортата и белодробните артерии. След това идва период на релаксация (диастола), който продължава 0.4 s. По това време кръвта, преминаваща през вените, навлиза в отпуснатата предсърдна кухина.

Доста значителната механична работа на сърцето е придружена от механични и акустични ефекти. Така че, ако поставите дланта на лявата страна на гърдите си, можете да почувствате периодичните удари, които сърцето прави при всяко свиване. Пулсът (редовни вълнообразни вибрации на стените на големи съдове с честота, равна на честотата на сърдечните контракции) може да се усети и върху каротидната артерия, върху радиалната артерия на ръката и в други точки. Ако поставите ухото си или специална слушалка (стетоскоп) към гърдите или гърба си, можете да чуете сърдечни звуци, които се появяват в последователни етапи на свиването му и имат свои характерни черти. Сърдечните тонове при децата не са същите като при възрастните, което е добре известно на педиатрите. Слушането на сърцето и сондирането на пулса са най -старите диагностични методи, с помощта на които лекарите през Средновековието определят състоянието на пациента и в зависимост от наблюдаваните симптоми предписват лечение. В тибетската медицина дългосрочното (десетки минути) непрекъснато наблюдение на пулса все още е основната диагностична техника. В съвременната медицина се използват методите на ехокардиография (запис на ултразвукови вълни, отразени от тъканите на работещото сърце), фонокардиография (запис на звукови вълни, генерирани от сърцето по време на контракции), както и спектрален анализ на сърдечната честота (специален метод на математическата обработка на кардиограмата) са широко използвани. Изследването на вариабилността на сърдечната честота при деца се използва по -специално за оценка на техните адаптационни възможности по време на тренировка и физическа активност.

Ориз. 28. Нормална човешка ЕКГ, получена чрез биполярно извеждане от повърхността на тялото по посока на дългата ос на сърцето

Електрокардиограма (фиг. 28). Тъй като сърцето е мускул, работата му води до появата на биологични електрически потенциали, винаги съпътстващи свиването на мускулите от всякакъв тип. Достатъчно силни, тези контракции причиняват мощни токове на електрически импулси в цялото тяло. Напрежението при такива намаления е около 1 хилядна от волта, т.е. стойност, която е напълно достатъчна за запис със специален потенциометър. Устройството, предназначено да записва електрическата активност на сърцето, се нарича електрокардиограф, а кривата, която записва, се нарича електрокардиограма (ЕКГ). Възможно е да се премахне потенциалът за запис на ЕКГ с помощта на проводими електроди (метални пластини) от различни части на тялото. В медицинската практика най -често се използват ЕКГ отводи от две ръце или от една ръка и един крак (симетрично или асиметрично), както и редица отводи от повърхността на гръдния кош. Независимо от местоположението на отвода, ЕКГ винаги има едни и същи зъби, редуващи се в една и съща последователност. ЕКГ изводите влияят само върху височината (амплитудата) на тези зъби.

ЕКГ зъбите обикновено се означават с латински букви P, Q, R, S и T. Всеки от зъбите носи информация за електрическите и следователно метаболитните процеси в различни части на миокарда, на различни етапи от сърдечния цикъл. По -специално, вълната Р отразява предсърдната систола, комплексът QRS характеризира камерната систола, а вълната Т показва хода на възстановителните процеси в миокарда по време на диастола.

Регистрацията на ЕКГ е възможна дори при фетуси, тъй като електрическият импулс на сърцето на плода лесно се разпространява през проводимите тъкани на плода и тялото на майката. Няма фундаментални различия в ЕКГ на децата: същите зъби, същата последователност, същото физиологично значение. Разликите се крият в амплитудните характеристики на зъбите и някои взаимоотношения между фазите на сърцето и отразяват главно възрастовото увеличение на размера на сърцето и увеличаването с възрастта на ролята на парасимпатиковия отдел на автономната нервната система в контрола на контрактилната активност на миокарда.

Скорост на кръвния поток. При всяко свиване вентрикулите изхвърлят цялата кръв в тях. Този обем течност, който се изтласква от сърцето по време на систола, се нарича ударен обем или ударен (систоличен) обем. Този показател се увеличава с възрастта пропорционално на увеличаването на размера на сърцето. Едногодишните деца имат сърце, което изхвърля малко повече от 10 ml кръв при едно свиване; при деца от 5 до 16 години тази стойност се увеличава от 25 на 62 ml. Продуктът на стойностите на ударното изхвърляне и пулсовата честота показва количеството кръв, преминаващо през сърцето за 1 минута, и се нарича минутен кръвен обем (MVV). При едногодишни деца МОК е 1,2 l / min, до училищна възраст се увеличава до 2,6 l / min, а при момчета и възрастни достига 4 l / min или повече.

При различни натоварвания, когато нуждата от кислород и хранителни вещества се увеличава, МОК може да се увеличи много значително, а при малките деца главно поради увеличаване на сърдечната честота, а при подрастващите и възрастните също поради увеличаване на шоковия изход, което може да се увеличи с упражнения.2 пъти. При тренираните хора сърцето обикновено е голямо, често-неадекватно увеличена лява камера (т.нар. „Спортно сърце“), а инсултът при такива спортисти може дори в покой да е 2,5-3 пъти по-висок от индексите на необучен човек. Стойността на МОК при спортистите също е 2,5-3 пъти по-висока, особено при натоварвания, изискващи максимално напрежение на окислителните системи в мускулите и съответно транспортните системи на тялото. В същото време при обучени хора физическата активност причинява по -малко увеличение на сърдечната честота, отколкото при необучени хора. Това обстоятелство се използва за оценка на нивото на годност и „физическо представяне при пулс от 170 удара / мин“.

Обемният обем на кръвния поток (т.е. количеството кръв, преминаваща през сърцето за минута) може да бъде малко свързано с линейната скорост на кръвта и нейните съставни клетки, движещи се през съдовете. Факт е, че линейната скорост зависи не само от обема на транспортирания флуид, но и от лумена на тръбата, през която тече тази течност (фиг. 29). Колкото по -далеч от сърцето, общият просвет на съдовете на артериите, артериолите и капилярите става все по -голям, тъй като с всяко следващо разклоняване общият диаметър на съдовете се увеличава. Следователно най -голямата линейна скорост на движение на кръвта се наблюдава в най -дебелия кръвоносен съд - аортата. Тук кръвта тече със скорост 0,5 m / s. Достигайки капилярите, чийто общ лумен е приблизително 1000 пъти по -голям от площта на напречното сечение на аортата, кръвта тече вече с оскъдна скорост - само 0,5 mm / s. Този бавен приток на кръв през капилярите, разположени дълбоко в тъканите, осигурява достатъчно време за пълна обмяна на газове и други вещества между кръвта и околните тъкани. Скоростта на кръвния поток, като правило, е адекватна на интензивността на метаболитните процеси. Това се осигурява от хомеостатични механизми за регулиране на кръвния поток. Така че, в случай на излишък от комплекти тъкани

Концепцията за кислородния режим на тялото. Кислородът изминава дълъг път в тялото (фиг. 18). Попадайки вътре под формата на газови молекули, той вече в белите дробове участва в редица химични реакции, които осигуряват по -нататъшното му транспортиране до клетките на тялото. Там, попадайки в митохондриите, кислородът окислява различни органични съединения, като в крайна сметка ги превръща във вода и въглероден диоксид. В тази форма кислородът се отстранява от тялото.

Какво кара кислорода от атмосферата да проникне в белите дробове, след това в кръвта, а оттам в тъканите и клетките, където вече влиза в биохимични реакции? Очевидно има известна сила, която определя точно тази посока на движение на молекулите на този газ. Тази сила е концентрационен градиент. Съдържанието на кислород в атмосферния въздух е много по -високо, отколкото във въздуха на вътребелодробното пространство (алвеоларно). Съдържанието на кислород в алвеолите - белодробните мехурчета, в които обменът на газ между въздух и кръв - е много по -високо, отколкото във венозната кръв. Тъканите съдържат много по -малко кислород от артериалната кръв, а митохондриите съдържат незначителни количества кислород, тъй като молекулите на този газ, влизащи в тях, веднага влизат в цикъл на окислителни реакции и се превръщат в химични съединения. Тази каскада от постепенно намаляващи концентрации, отразяващи градиентите на силите, в резултат на което кислород от атмосферата прониква в клетките на тялото, обикновено се нарича кислороден режим на тялото (фиг. 19). По -скоро кислородният режим се характеризира с количествените параметри на описаната каскада. Горната стъпка на каскадата характеризира съдържанието на кислород в атмосферния въздух, който прониква в белите дробове при вдишване. Втората стъпка е съдържанието на О2 в алвеоларния въздух. Третата стъпка е съдържанието на О 2 в артериалната кръв, току -що обогатена с кислород. И накрая, четвъртата стъпка е напрежението на кислорода във венозната кръв, което дарява кислорода, съдържащ се в него, на тъканите. Тези четири стъпки образуват три „полета“, които отразяват реалните процеси на обмен на газ в тялото. "Периодът" между 1 -ва и 2 -ра стъпка съответства на белодробния газообмен, между 2 -ра и 3 -та стъпка - на транспортирането на кислород по кръв, а между 3 -та и 4 -та стъпка - на тъканния газообмен. Колкото по -голяма е височината на стъпалото, толкова по -голяма е разликата в концентрацията, толкова по -висок е градиентът, при който кислородът се транспортира на този етап. С възрастта височината на първия "педя", тоест градиентът на белодробния газообмен, се увеличава; втората "педя", т.е. градиентът на транспортиране на 02 кръв, докато височината на третия "участък", отразяващ градиента на тъканния газообмен, намалява. Свързаното с възрастта намаляване на интензивността на тъканно окисляване е пряка последица от намаляването с възрастта на интензивността на енергийния метаболизъм.

Ориз. 19. Транспорт на кислород при хора (посоката е показана със стрелки)

Ориз. 20. Каскада от кислородни напрежения във вдишания въздух (I), в алвеолите (А), артериите (а) и вените (К) При 5-годишно момче, 15-годишен юноша и възрастен 30 години

Какво е въглероден газ?

Животът на Земята се развива в продължение на милиарди години при висока концентрация на въглероден диоксид. А въглеродният диоксид се превърна в необходим компонент на метаболизма. Клетките на животни и хора се нуждаят от около 7 процента въглероден диоксид. А кислородът е само 2 процента. Този факт е установен от ембриолози. Оплодената яйцеклетка през първите дни е в почти безкислородна среда - кислородът е просто разрушителен за нея. И едва с имплантирането и образуването на плацентарно кръвообращение, аеробният метод за производство на енергия постепенно започва да се прилага.

Феталната кръв съдържа малко кислород и много въглероден диоксид в сравнение с кръвта на възрастен.

Един от основните закони на биологията казва, че всеки организъм в своето индивидуално развитие повтаря целия еволюционен път на своя вид, започвайки от едноклетъчно създание и завършвайки с високо развит индивид. Всъщност всички знаем, че в утробата първо сме били просто едноклетъчно създание, после многоклетъчна гъба, след това ембрионът приличаше на риба, после тритон, куче, маймуна и накрая човек.

Еволюцията претърпява не само самия плод, но и неговата газообразна среда. Феталната кръв съдържа 4 пъти по -малко кислород и 2 пъти по -малко въглероден диоксид от тази на възрастен. Ако кръвта на плода започне да се насища с кислород, той незабавно умира.

Излишъкът от кислород е пагубен за всички живи същества, тъй като кислородът е силен окислител, който при определени условия може да разруши клетъчните мембрани.

При новородено дете след първите респираторни движения се установява и високо съдържание на въглероден диоксид при вземане на кръв от пъпната артерия. Означава ли това, че тялото на майката се стреми да създаде среда за нормалното развитие на плода, което е било на планетата преди милиарди години?

И да вземем още един факт: планинците почти не страдат от такива заболявания като астма, хипертония или ангина пекторис, които са често срещани сред гражданите.

Дали защото на височина от три до четири хиляди метра съдържанието на кислород във въздуха е много по -малко? С увеличаване на надморската височина плътността на въздуха намалява, а количеството кислород във вдишания обем съответно намалява, но парадоксално, това има положителен ефект върху човешкото здраве.

Забележителен е фактът, че упражненията, които предизвикват хипоксия в равнините, се оказват по -полезни за здравето, отколкото просто престоя в планината, дори за някой, който лесно може да понесе планинския климат. Това се дължи на факта, че вдишвайки тънък планински въздух, човек диша по -дълбоко от обикновено, за да получи повече кислород. По -дълбоките вдишвания автоматично водят до по -дълбоки издишвания и тъй като с издишването постоянно губим въглероден диоксид, по -дълбокото дишане води до твърде голяма загуба, което може да повлияе неблагоприятно на здравето.

Нека отбележим между другото, че планинската болест се свързва не само с недостиг на кислород, но и с прекомерна загуба на въглероден диоксид при дълбоко дишане.

Ползите от такива аеробни циклични упражнения като бягане, плуване, гребане, колоездене, ски и др. Се определят до голяма степен от факта, че тялото създава режим на умерена хипоксия, когато нуждите на организма за кислород надвишават способността на дихателния апарат да задоволяват тази нужда и хиперкапния, когато тялото произвежда повече въглероден диоксид, отколкото тялото може да отдели от белите дробове.

Обобщената теория на живота е:

въглеродният диоксид е основата на храненето за целия живот на Земята; ако изчезне от въздуха, всички живи същества ще загинат.
въглеродният диоксид е основният регулатор на всички функции в организма, основната среда на тялото, витаминът на всички витамини. Той регулира дейността на всички витамини и ензими. Ако не е достатъчно, тогава всички витамини и ензими работят лошо, дефектно, необичайно. В резултат на това метаболизмът се нарушава и това води до алергии, рак и отлагане на сол.

В процеса на обмен на газ кислородът и въглеродният диоксид са от първостепенно значение.

Кислородът влиза в тялото заедно с въздуха, през бронхите, след това влиза в белите дробове, оттам в кръвта и от кръвта в тъканите. Кислородът изглежда е нещо като ценен елемент, той сякаш е източникът на всеки живот, а някои дори го сравняват с познатото от йога понятие „Прана”. Вече няма погрешно мнение. Всъщност кислородът е регенериращ елемент, който служи за почистване на клетката от всички нейни отпадъци и по някакъв начин за изгарянето й. Отпадъчните клетки трябва постоянно да се почистват, в противен случай настъпва повишена интоксикация или смърт. Мозъчните клетки са най -чувствителни към интоксикация; те умират без кислород (в случай на апнея) след четири минути.
Въглеродният диоксид преминава тази верига в обратна посока: той се образува в тъканите, след това навлиза в кръвния поток и оттам се отделя от тялото през дихателните пътища.

При здрав човек тези два процеса са в състояние на постоянно равновесие, когато съотношението на въглероден диоксид към кислород е 3: 1.

Въглеродният диоксид, противно на общоприетото схващане, е необходим на тялото не по -малко от кислород. Налягането на въглеродния диоксид засяга мозъчната кора, дихателните и вазомоторните центрове, въглеродният диоксид също осигурява тонус и определена степен на готовност за дейността на различни части на централната нервна система, отговаря за тонуса на кръвоносните съдове, бронхите, метаболизма , секреция на хормони, електролитен състав на кръв и тъкани. Това означава, че той косвено влияе върху активността на ензимите и скоростта на почти всички биохимични реакции на организма. Кислородът, от друга страна, служи като енергиен материал и регулаторните му функции са ограничени.

Въглеродният диоксид е източник на живот и регенератор на функциите на тялото, а кислородът е енергиен.
В древни времена атмосферата на нашата планета е била силно наситена с въглероден диоксид (над 90%), тя е била и сега е естественият строителен материал на живите клетки. Като пример, реакцията на растителната биосинтеза е усвояването на въглероден диоксид, оползотворяването на въглерода и отделянето на кислород и по това време на планетата имаше много буйна растителност.

Въглеродният диоксид също участва в биосинтеза на животински протеин, в който някои учени виждат възможна причина за съществуването на гигантски животни и растения преди много милиони години.

Наличието на буйна растителност постепенно води до промяна в състава на въздуха, съдържанието на въглероден диоксид намалява, но вътрешните условия на работа на клетките все още се определят от високото съдържание на въглероден диоксид. Първите животни, които се появяват на Земята и се хранят с растения, са в атмосфера с високо съдържание на въглероден диоксид. Следователно техните клетки, а по-късно и клетките на съвременните животни и хора, създадени въз основа на древна генетична памет, се нуждаят от среда на въглероден диоксид вътре в себе си (6-8% въглероден диоксид и 1-2% кислород) и кръв (7- 7,5% въглероден диоксид).

Растенията използват почти целия въглероден диоксид от въздуха и по -голямата част от него, под формата на въглеродни съединения, заедно със смъртта на растенията, падат в земята, превръщайки се в минерали (въглища, масло, торф). В момента атмосферата съдържа около 0,03% въглероден диоксид и около 21% кислород.

Известно е, че във въздуха има приблизително 21% кислород. В същото време намаляването му до 15% или увеличаването му до 80% няма да има никакъв ефект върху тялото ни. Известно е, че въздухът, издишан от белите дробове, съдържа още 14 до 15% кислород, както се вижда от метода на изкуствено дишане „уста на уста“, който иначе би бил неефективен. От 21% кислород само 6% се абсорбират от тъканите на тялото. За разлика от кислорода, тялото ни веднага реагира на промяна в концентрацията на въглероден диоксид в една или друга посока само с 0,1% и се опитва да я върне към нормалното. Оттук можем да заключим, че въглеродният диоксид е около 60-80 пъти по-важен от кислорода за нашето тяло.

Следователно можем да кажем, че ефективността на външното дишане може да се определи от нивото на въглероден диоксид в алвеолите.

Но за нормален живот трябва да има 7-7,5% въглероден диоксид в кръвта и 6,5% в алвеоларния въздух.

Не може да се получи отвън, тъй като атмосферата почти не съдържа въглероден диоксид. Животните и хората го получават с пълното разграждане на храната, тъй като протеините, мазнините, въглехидратите, изградени на въглеродна основа, когато се изгарят с кислород в тъканите, образуват безценен въглероден диоксид - основата на живота. Намаляването на въглеродния диоксид в организма под 4% е смърт.

Задачата на CO 2 е да предизвика дихателен рефлекс. Когато налягането му се повиши, мрежа от фини нервни окончания (рецептори) незабавно изпраща съобщение до луковиците на гръбначния мозък и мозъка, дихателните центрове, откъдето следва командата за започване на дихателния акт. Следователно въглеродният диоксид може да се счита за пазач, сигнализиращ за опасност. При хипервентилация кучето е временно изложено извън вратата.

Въглеродният диоксид регулира метаболизма, тъй като служи като суровина, а кислородът се използва за изгаряне на органични вещества, тоест е само енергийна напитка.

Ролята на въглеродния диоксид в живота на организма е много разнообразна. Ето само някои от основните му свойства:

той е отличен вазодилататор;
е успокоително (успокоително) на нервната система и следователно отличен анестетик;
участва в синтеза на аминокиселини в организма;
играе важна роля в стимулирането на дихателния център.

Най -често, тъй като въглеродният диоксид е жизненоважен, с прекомерната му загуба, в една или друга степен, се активират защитни механизми, които се опитват да спрат отстраняването му от тялото. Те включват:

Спазъм на кръвоносните съдове, бронхите и спазъм на гладката мускулатура на всички органи;
- свиване на кръвоносните съдове;
- увеличаване на секрецията на слуз в бронхите, носните проходи, развитието на аденоиди, полипи;
- удебеляване на мембраните поради отлагане на холестерол, което допринася за развитието на тъканна склероза.

Всички тези моменти, заедно със затрудненото снабдяване на клетките с кислород с намаляване на съдържанието на въглероден диоксид в кръвта (ефектът на Вериго-Бор), водят до кислородно гладуване, забавяне на венозния кръвен поток (последвано от трайно разширени вени) вени).
Преди повече от сто години руският учен Вериго, а след това и датският физиолог Кристиан Бор откриха ефекта, кръстен на тях.
Той се състои във факта, че с дефицит на въглероден диоксид в кръвта, всички биохимични процеси в организма се нарушават. Това означава, че колкото по -дълбоко и интензивно диша човек, толкова по -голямо е кислородното гладуване на тялото!
Колкото повече CO2 в тялото (в кръвта), толкова повече 02 (през артериоли и капиляри) достига до клетките и се абсорбира от тях.
Излишъкът от кислород и липсата на въглероден диоксид водят до кислороден глад.
Установено е, че без наличието на въглероден диоксид, кислородът не може да се освободи от свързаното състояние с хемоглобина (ефектът на Вериго-Бор), което води до кислороден глад на тялото дори при висока концентрация на този газ в кръвта.

Колкото по -забележимо е съдържанието на въглероден диоксид в артериалната кръв, толкова по -лесно е да се отстрани кислорода от хемоглобина и да се прехвърли в тъканите и органите, и обратно - липсата на въглероден диоксид в кръвта допринася за фиксирането на кислорода в еритроцитите. Кръвта циркулира в тялото, но не отделя кислород! Възниква парадоксално състояние: в кръвта има достатъчно кислород и органите сигнализират за крайната му липса. Човек започва да се задушава, опитва се да вдишва и издишва, опитва се да диша по -често и още повече измива въглеродния диоксид от кръвта, фиксирайки кислорода в червените кръвни клетки.

Добре известно е, че по време на интензивни спортни дейности съдържанието на въглероден диоксид в кръвта на спортист се увеличава. Оказва се, че спортът е точно за това полезен. И не само спорт, но всякакъв вид упражнения, гимнастика, физическа работа, с една дума - движение.

Увеличаването на нивата на CO2 насърчава разширяването на малките артерии (чийто тонус определя броя на функциониращите капиляри) и увеличаване на мозъчния кръвен поток. Редовната хиперкапния активира производството на съдови растежни фактори, което води до образуване на по -разклонена капилярна мрежа и оптимизиране на тъканното кръвообращение в мозъка.

Възможно е също да се подкисели кръвта в капилярите с млечна киселина, а след това ефектът от втория дъх настъпва при продължително физическо натоварване. За да се ускори появата на втори дъх, спортистите се съветват да задържат дъха си колкото е възможно повече. Спортист бяга на дълги разстояния, няма сила, всичко е като нормален човек. Нормален човек спира и казва: „Това е, не мога да търпя повече“. Спортистът задържа дъха си и получава втори вятър и бяга по -далеч.

Дишането се контролира до известна степен от ума. Можем да се принудим да дишаме повече или по -рядко, или дори да задържим дъха си. Въпреки това, колкото и дълго да се опитваме да задържаме дъха, идва момент, в който става невъзможно. Сигналът за следващото вдишване не е недостиг на кислород, което може да изглежда логично, а излишък от въглероден диоксид. Натрупаният в кръвта въглероден диоксид е физиологичният стимулатор на дишането. След откриването на ролята на въглеродния диоксид, той започва да се добавя към газовите смеси на водолази, за да стимулира работата на дихателния център. Същият принцип се използва за анестезия.

Цялото изкуство на дишането е почти да не издишате въглероден диоксид, да го загубите възможно най -малко. Дъхът на йогите отговаря на това изискване.

А дишането на обикновените хора е хронична хипервентилация на белите дробове, прекомерно отстраняване на въглеродния диоксид от тялото, което води до появата на около 150 сериозни заболявания, често наричани болести на цивилизацията.

РОЛЯ НА ВЪГЛЕВОДЕН ГАЗ В РАЗВИТИЕТО НА АРТЕРИАЛНАТА ХИПЕРТЕНЗИЯ

Междувременно твърдението, че основната причина за хипертонията е именно недостатъчната концентрация на въглероден диоксид в кръвта, е много лесно да се провери. Просто трябва да разберете колко въглероден диоксид има в артериалната кръв на пациенти с хипертония и здрави хора. Точно това са направили в началото на 90 -те години руските физиолози.

Проведените проучвания за състава на кръвните газове на големи групи от населението на различни възрасти, резултатите от които могат да бъдат намерени в книгата "Физиологичната роля на въглеродния диоксид и работата на човека" (Н. А. Агаджанян, Н. П. Красников, И. Н. Полунин, 1995 г.) ) направи възможно да се направи еднозначен извод за причината за постоянен спазъм на микросъдовете - хипертония на артериолите. По-голямата част от изследваните възрастни хора в покой в артериалната кръв съдържат 3,6-4,5% въглероден диоксид (с норма 6-6,5%).

Така са получени фактически доказателства, че първопричината за много хронични заболявания, характерни за възрастните хора, е загубата на способността на организма им да поддържа постоянно съдържание на въглероден диоксид в артериалната кръв близо до нормалното. А фактът, че младите и здрави хора имат 6-6,5% въглероден диоксид в кръвта си, е отдавна известна физиологична аксиома.

Какво определя концентрацията на въглероден диоксид в артериалната кръв?

Въглеродният диоксид CO2 се образува постоянно в клетките на тялото. Процесът на отстраняването му от тялото през белите дробове е строго регулиран от дихателния център - частта от мозъка, която контролира външното дишане. При здрави хора във всеки момент от време нивото на вентилация на белите дробове (честота и дълбочина на дишане) е такова, че CO2 се отстранява от тялото в точно такова количество, че поне 6% от него винаги остава в артериалната кръв. Истински здраво (във физиологичен смисъл) тяло не позволява намаляване на съдържанието на въглероден диоксид под тази цифра и увеличение с повече от 6,5%.

Интересно е да се отбележи, че стойностите на огромен брой много различни показатели, определени в проучвания, проведени в поликлиники и диагностични центрове, при млади и възрастни хора се различават по дялове, най -много с няколко%. И само показателите за съдържанието на въглероден диоксид в кръвта се различават около един и половина пъти. Няма друго толкова ясно и конкретно разграничение между здрави и болни хора.

ВЪГЛЕВОДОВ ГАЗ Е МОЩЕН ВАЗОДИЛАТОР (РАЗШИРЯВА СЪДИ)

Въглеродният диоксид е вазодилататор, който действа директно върху съдовата стена и затова при задържане на дъха се наблюдава топла кожа. Задържането на дъха е важна част от тренировките на Bodyflex. Всичко се случва по следния начин: Изпълнявате специални дихателни упражнения (вдишайте, издишайте, след това издърпайте стомаха си и задръжте дъха си, заемете позиция на разтягане, бройте до 10, след това вдишайте и се отпуснете) .

Упражненията Bodyflex допринасят за обогатяването на организма с кислород. Ако задържите дъха си за 8-10 секунди, въглеродният диоксид се натрупва в кръвта ви. Това разширява артериите и подготвя клетките за много по -ефективно усвояване на кислород. Допълнителният кислород помага за справяне с много проблеми, като наднормено тегло, липса на енергия и неразположение.

В момента медицинските учени разглеждат въглеродния диоксид като мощен физиологичен фактор в регулацията на множество телесни системи: дихателна, транспортна, вазомоторна, отделителна, хематопоетична, имунна, хормонална и др.

Доказано е, че локалният ефект на въглеродния диоксид върху ограничена площ от тъкани е придружен от увеличаване на обемния кръвен поток, увеличаване на скоростта на извличане на кислород от тъканите, увеличаване на техния метаболизъм, възстановяване на рецепторната чувствителност , увеличаване на репаративните процеси и активиране на фибробласти. Общите реакции на организма към локалния ефект на въглеродния диоксид включват развитието на умерена газова алкалоза, повишена еритро- и лимфопоеза.

Хиперемията се постига чрез подкожни инжекции на CO 2, който има резорбтивен, бактерициден и противовъзпалителен, аналгетичен и спазмолитичен ефект. Въглеродният диоксид за дълъг период подобрява притока на кръв, кръвообращението в мозъка, сърцето и кръвоносните съдове. Карбокситерапията помага при появата на признаци на стареене на кожата, допринася за оформянето на тялото, премахва много козметични дефекти и дори ви позволява да се борите с целулита.

Укрепването на кръвообращението в зоната на растеж на косата спомага за събуждането на спящи космени фоликули и този ефект позволява използването на карбокситерапия за оплешивяване. Какво се случва в подкожната тъкан? В мастните клетки под въздействието на въглероден диоксид се стимулират процесите на липолиза, в резултат на което обемът на мастната тъкан намалява. Курсът на процедурите помага да се отървете от целулита или поне намалява тежестта на това неприятно явление.

Възрастните петна, свързаните с възрастта промени, белезите и стриите са още някои индикации за този метод. В областта на лицето карбокситерапията се използва за коригиране на формата на долния клепач, както и за борба с двойната брадичка. Предписана е техника за розацея, за акне.

Така става ясно, че въглеродният диоксид в нашето тяло изпълнява множество и много важни функции, докато кислородът е само окислител на хранителни вещества в процеса на производство на енергия. Но освен това, когато кислородът не е „изгорен“ докрай, се образуват много токсични продукти - свободни реактивни кислородни видове, свободни радикали. Те са основният задействащ механизъм при започване на стареенето и дегенерацията на телесните клетки, изкривявайки много деликатни и сложни вътреклетъчни структури с неконтролируеми реакции.

От горното следва необичаен извод:

Изкуството на дишането е едва да издишате въглероден диоксид и да го загубите възможно най -малко.

Що се отнася до същността на всички дихателни техники, те основно правят едно и също нещо - увеличават съдържанието на въглероден диоксид в кръвта, като задържат дъха. Единствената разлика е, че при различните методи това се постига по различни начини - или чрез задържане на дъха след вдишване, или след издишване, или чрез продължително издишване, или чрез продължително вдишване, или чрез техните комбинации.

Ако добавите въглероден диоксид към чист кислород и дадете на тежко болен човек да диша, тогава състоянието му ще се подобри в по -голяма степен, отколкото ако той вдиша чист кислород. Оказа се, че въглеродният диоксид до определена граница насърчава по -пълно усвояване на кислорода от организма. Тази граница е 8% CO2. С увеличаване на съдържанието на CO2 до 8%настъпва увеличение на асимилацията на O2, а след това, с още по -голямо увеличение на съдържанието на CO2, асимилацията на O2 започва да пада. Това означава, че тялото не отстранява, а „губи“ въглероден диоксид с издишания въздух и известно ограничение на тези загуби трябва да има благоприятен ефект върху организма.

Ако намалите още повече дишането, както съветват йогите, тогава човек ще развие супер-издръжливост, висок здравен потенциал, ще възникнат всички предпоставки за дълголетие.

Когато изпълняваме такива упражнения, ние създаваме хипоксия в организма - недостиг на кислород, и хиперкапния - излишък от въглероден диоксид. Трябва да се отбележи, че дори при най -дългите задържания на дъха, съдържанието на CO 2 в алвеоларния въздух не надвишава 7%, така че не трябва да се страхуваме от вредните ефекти от прекомерните дози CO 2.

Проучванията показват, че излагането на дозирани хипоксично-хиперкапнични тренировки в продължение на 18 дни по 20 минути дневно е придружено от статистически значимо подобрение на благосъстоянието с 10%, подобрение в способността за логическо мислене с 25% и увеличаване на работната памет от 20%.

Необходимо е да се опитвате да дишате плитко през цялото време (така че дишането да не е нито забележимо, нито чуто) и рядко, като се опитвате да разтегнете автоматичните позиции колкото е възможно повече след всяко издишване.

Йогите казват, че на всеки човек е разрешен определен брой вдишвания от раждането и този резерв трябва да бъде защитен. В тази оригинална форма те призовават за намаляване на скоростта на дишане.

Нека припомним, че Патанджали нарича пранаяма „спиране на движението на вдишвания и издишан въздух“, тоест всъщност - хиповентилация. Трябва също така да се помни, че според същия източник пранаяма „прави ума годен за концентрация“.

Всъщност всеки орган, всяка клетка има свой собствен резерв от живот - генетично базирана програма за работа с определена граница. Оптималното изпълнение на тази програма ще донесе здраве и дълголетие на човек (доколкото генетичният код позволява). Пренебрегването му, нарушаването на природните закони води до заболяване и преждевременна смърт.

Защо въглеродният диоксид се добавя към лимонадите и минералните води?
CO (въглероден оксид) е токсичен - не трябва да се бърка с CO 2 (въглероден диоксид)
Кумбхака или хиповентилационни техники в йога
Това, което дишаме - стойността на кислорода, азота и въглеродния диоксид
Карбокситерапия - газови инжекции за красота
Какви са последиците от нарастването на въглеродния диоксид в атмосферата за живия орган
Ролята на въглеродния диоксид в поддържането на здравето
Ролята на въглеродния диоксид в живота

Дишане за генериране на енергия

Енергия е необходима за създаване на нови молекули и в крайна сметка за изграждане на нови клетки. Не по -малко от него се изразходва за работата на отделните органи и тъкани. Всички енергийни разходи на тялото се покриват от окисляването на протеини, мазнини и въглехидрати, с други думи, изгарянето на тези вещества.

За окисляване е необходим кислород. Дихателните органи също са заети с доставката му. При хората тази функция се изпълнява от белите дробове. Ритмичните движения на гръдния кош обаче не трябва да се наричат дишане, в резултат на което въздухът или се всмуква в белите дробове, или се изстисква. Това не е самото дишане, а само транспортирането на необходимия за него кислород.

Същността на дишането са окислителните процеси, които само смътно наподобяват горенето и по никакъв начин не могат да бъдат идентифицирани с него. При нормално горене кислородът е директно свързан с окисляващото се вещество. По време на биологичното окисляване на протеини, мазнини или въглехидрати, водородът се отнема от тях, което от своя страна намалява кислорода, образувайки вода. Запомнете този модел на тъканно дишане, все още трябва да се върнем към него.

Окисляването е най -важният начин за генериране на енергия. Ето защо астрономите, когато изучават планетите на Слънчевата система, първо се опитват да установят дали имат кислород и вода върху тях. Там, където са те, може да се очаква животът да съществува. Нищо чудно, че добрата новина за първото в света меко кацане на съветската междупланетна станция "Венера-4" на планетата Венера беше засенчена от съобщението, че в атмосферата й практически няма свободен кислород, много малко вода и температурата достига 300 градуса .

Не се обезсърчавайте обаче. Дори и да няма абсолютно никакви следи от живот на Венера, всичко не е загубено за тази планета. Възможно е да се заселят в горните слоеве на атмосферата, където не са толкова горещи, примитивни едноклетъчни растения, които биха консумирали въглероден диоксид и произвеждали кислород. Много голямата плътност на атмосферата на Венера ще позволи на малки едноклетъчни същества да плуват в нея, без да падат на повърхността на планетата. С помощта на такива организми в крайна сметка би било възможно коренно да се промени газовия състав на атмосферата на Венера.

Тази задача е доста способна за зелените растения. В крайна сметка нашата земна атмосфера, такава каквато я познаваме, е създадена от живи организми. Сега растенията на Земята консумират 650 милиарда тона въглероден диоксид годишно, докато произвеждат 350 милиарда тона кислород. Някога в земната атмосфера е имало много по -малко кислород, отколкото сега, и много повече въглероден диоксид. Просто трябва да бъдете търпеливи. Няколко стотин милиона години вероятно ще бъдат достатъчни, за да се промени радикално атмосферата на Венера. Има основание да се смята, че по това време температурата на тази планета ще намалее значително (в края на краищата някога е било горещо на Земята). Тогава земляните ще могат да се чувстват като у дома си!

Доставка на кислород

За да живеете, трябва да получите кислород някъде и след това да го доставите до всяка клетка на тялото. Повечето животни на нашата планета черпят кислород от атмосферата или извличат кислород, разтворен във вода. За това се използват белите дробове или хрилете и след това кръвта ги доставя до всички ъгли на тялото.

На пръв поглед може да изглежда, че извличането на кислород от вода или въздух е най -трудната част от задачата. Въобще не. Животните не трябваше да измислят никакви специални устройства. Кислородът прониква в кръвта, преминаваща през белите дробове или хрилете само поради дифузия, тоест защото в кръвта има по -малко кислород, отколкото в околната среда, а газообразните и течните вещества се опитват да се разпределят така, че съдържанието им да е еднакво навсякъде.

Природата не се сети веднага за белите дробове и хрилете. Първите многоклетъчни живи организми ги нямаха; те дишаха с цялата повърхност на тялото. Всички последващи по -развити животни, включително хора, въпреки че са придобили специални дихателни органи, не губят способността да дишат с кожа. Само животните, облечени в броня - костенурки, броненосеци, раци и други подобни - не се ползват с тази привилегия.

При хората цялата повърхност на тялото участва в дишането, от най -дебелия епидермис на петите до скалпа, покрит с коса. Кожата на гърдите, гърба и корема диша особено интензивно. Интересното е, че тези участъци от кожата са много по -мощни от белите дробове по отношение на интензивността на дишането. Така например, с дихателна повърхност със същия размер, кислородът може да се абсорбира тук с 28, а въглеродният диоксид може да се освободи дори с 54 процента повече, отколкото в белите дробове.

Каква е причината за това превъзходство на кожата над белите дробове, не е известно. Може би фактът, че кожата диша чист въздух и ние вентилираме белите дробове лошо. Дори при най -дълбоко издишване в белите дробове остава известно количество въздух, което далеч не е най -добрият състав, в който има много по -малко кислород, отколкото във външната атмосфера, и много въглероден диоксид. Когато поемем нов дъх, новоподаденият въздух се смесва с въздуха, който вече е в белите дробове, и това значително намалява качеството на последните. Не е изненадващо, ако това е предимството на дишането на кожата.

Делът на участието на кожата в общия дихателен баланс на човек в сравнение с белите дробове обаче е незначителен. В края на краищата общата му повърхност при човек едва достига 2 квадратни метра, докато повърхността на белите дробове, ако разширите всичките 700 милиона алвеоли, микроскопични мехурчета, през стените на които се осъществява газообмен между въздух и кръв, е най -малко 90 -100, тоест 45-50 пъти повече.

Дишането през външните обвивки на тялото може да осигури кислород само на много малки животни. Следователно, дори в зората на появата на животинското царство, природата се опита да използва какво да използва за това. На първо място, изборът падна върху храносмилателните органи.

Чревните животни се състоят само от два слоя клетки. Външният извлича кислород от околната среда, вътрешният от водата, която свободно се влива в чревната кухина. Вече плоските червеи, собственици на по -сложни храносмилателни органи, не можеха да ги използват за дишане. И те бяха принудени да останат плоски, тъй като дифузията в голям обем не е в състояние да достави кислород на дълбоко разположените тъкани.

Много от червеите, които се появиха на Земята след плоските, също се справят с дишането на кожата, но това беше възможно само защото те вече имаха кръвоносни органи, които пренасят кислород по цялото тяло. Някои пръстенчета обаче са придобили първия специален орган за извличане на кислород от околната вода - хрилете.

При всички следващи животни подобни органи са изградени основно по две схеми. Ако трябваше да се получи кислород от вода, това бяха специални израстъци или издатини, свободно измити с вода. Ако кислородът беше извлечен от въздуха, това бяха депресии, от обикновена торба, която е дихателният орган на гроздов охлюв или белите дробове на тритони и саламандри, до сложни, подобни на грозде блокове от микроскопични мехурчета, като белите дробове на бозайници.

Условията на дишане във вода и на сушата са много различни един от друг. При най -благоприятните условия един литър вода съдържа само 10 кубически сантиметра кислород, докато един литър въздух съдържа 210, тоест 20 пъти повече. Следователно може да е изненадващо, че дихателните органи на водните животни не могат да извлекат достатъчно кислород от такава богата среда като въздуха. Структурата на хрилете е такава, че те биха могли успешно да се справят със задачата си във въздуха, ако тънките им плочи, лишени от опората, която водата дава, не се слепват и, лишени от защита, не изсъхват. И това причинява спиране на кръвообращението и по този начин спиране на дихателната функция.

Интересен е произходът на дихателните органи. За тяхното създаване природата използва това, което е тествано при много нискоорганизирани същества: кожата и храносмилателните органи. Хрилете на морските червеи са само много сложни израстъци на външната обвивка. При всички гръбначни животни хрилете и белите дробове са получени от предното черво по произход.

Дихателната система на насекомите е много особена. Те решиха, че няма нужда да усложнявате твърде много въпроса. Най -лесният начин е да позволите на въздуха да достигне директно до всеки от органите, където и да се намират. Това се прави много просто. Цялото тяло от насекоми е пронизано от система от сложни разклонени тръби. Дори мозъкът е пълен с въздушна трахея, така че те буквално имат вятъра в главите си.

Трахеите, като се разклоняват, всички намаляват в диаметър, докато станат много тънки, благодарение на което могат да се доближат буквално до всяка клетка на тялото, а тук често се разпадат на сноп от много малки трахеоли, с диаметър по -малък от един микрон, което влизат директно в протоплазмата на клетките, така че кислородът в насекомите се доставя директно до местоназначението. Особено много трахеоли има в клетките, които интензивно консумират кислород: в големите клетки на летящите мускули те създават цели сплитвания.

Дихателните пътища на насекомите могат сами да търсят места, където кислородът става недостиг. Ето как се държат трахеолите на епидермиса, малки, с диаметър по -малък от един микрон и не повече от една трета от милиметър, сляпо завършващи тубули. Когато в близост до тях се появят участъци от тъкан, които интензивно консумират кислород, околните трахеоли започват да се разтягат, като често се увеличават по дължина с цял милиметър.

На пръв поглед изглежда, че насекомите успешно са решили проблема с доставката на кислород, само практиката не потвърждава това. Силното течение в тялото им може бързо да изсуши насекомото. За да се предотврати това, отворите на трахеята се отварят само за много кратко време и при много водни насекоми те обикновено са запечатани. В този случай кислородът, чрез дифузия през покрива на тялото или хрилете, прониква в дихателните пътища и се разпространява по -нататък по тях също чрез дифузия.

Големите сухоземни насекоми дишат активно. 70-80 пъти в минута мускулите на корема се свиват, той се изравнява и въздухът се изстисква. След това мускулите се отпускат, коремът придобива предишната си форма и въздухът се всмуква. Интересното е, че за вдишване и издишване най -често се използват различни дихателни пътища, вдишването се извършва през гърдите, издишването през корема.

Често основните дихателни органи не могат да изпълнят задачата си. Това се наблюдава при животни, които са се преместили в среда, изключително бедна на кислород или напълно необичайна за тях. И тук има нещо, което природата не привлича, за да помогне на основните дихателни органи.

На първо място, вече тестваните средства се използват широко и се модернизират. В южната част на нашата Родина е широко известна малка рибка - лок. Често се среща в потоци, които пресъхват през лятото, във волове, които напълно са загубили контакт с реката. В такива резервоари дъното обикновено е кално, има маса гниещи растения и следователно през горещото лятно време във водата има много малко кислород. За да не се задушат, раковете трябва да се „хранят“ с въздух. Просто казано, те го ядат, поглъщат го и го прекарват през червата като храна. Храносмилането се извършва в предната част на червата, дишането в задната част.

Така че храносмилането по -малко пречи на дишането, в средата на червата има специални секреторни клетки, които обгръщат остатъците от храна, които идват тук със слуз, така че те много бързо се плъзгат през дихателната част на червата. Другите ни две сладководни риби, червената и бодлива, дишат по същия начин. Малко вероятно е изпълнението на двойна функция от един орган (дишане и храносмилане) да е удобно. Очевидно това е причината голяма част от сладководните риби от тропическа Азия да придобият допълнителен дихателен апарат - лабиринт - система от много сложно преплетени канали и кухини, разположени в разширената част на първата разклонена арка.

Учените не разбрали веднага значението на лабиринта. Известният Кювие, който, докато дисектира ананаси, за първи път откри и кръсти този загадъчен орган, предложи на рибите да задържат вода в лабиринта, когато изпълзяват от резервоара. Анабас обича да пътува, лесно да пълзи от един резервоар в друг.

Наблюденията на рибите в природата не помогнаха да се изясни функцията. Английският зоолог Комерсън, първият от европейците, срещнал доста голяма риба - гурами, която местното население отдавна отглежда в езера, я нарича Osphromenus olfacs, което на латински означава Миришеща миризма. Наблюдавайки рибите, англичанинът видя, че те непрекъснато се издигат на повърхността и, изпъвайки муцуната си, всмукват въздуха. В онези дни никой не би могъл да си представи, че рибите дишат въздух! Затова Комерсън реши, че гурами ще се носят горе, за да разберат как мирише светът.

Много по -късно, когато стигнаха до европейските акваристи, стана ясно, че лабиринтните риби дишат въздух. Хрилете им са недоразвити и лабиринтът играе забележителна роля в осигуряването на кислород. Те не могат без въздух. Ако са засадени в аквариум с най-чистата, богата на кислород вода, но лишени от възможността да изплуват на повърхността и да получат въздух, лабиринтните риби просто ще се „задавят“ и „ще се удавят“.

За жабите не е лесно да дишат, белите им дробове са далеч от първи клас, така че понякога се налага да бъдат усъвършенствани. През 1900 г. космата жаба е уловена в Габон, Африка. Тази новина разтърси целия научен свят. В научните среди се смяташе за точно установено, че линията на косата е прерогатив на бозайниците. Както знаете, жабите "ходят" голи. Не беше ясно защо страните и лапите на габонските модници бяха покрити с вълна. Трудно беше да си представим, че им е студено. В края на краищата, дори ако нашите северни жаби, живеещи почти в Северния полярен кръг, не замръзват, тогава защо техните африкански сестри изстинаха?

Тайната на жабешките палта не съществува дълго. Веднага щом погледнахме странната козина под микроскопа, стана ясно, че това са прости израстъци на кожата. Такава "вълна", разбира се, не може да се затопли, а в Габон няма студено време. Последващите проучвания показват, че космите на жабите функционират като вид хриле, с помощта на които дишат както във вода, така и на сушата. Вълната расте само при мъжете. По време на размножителния период много физическа активност пада върху раменете им и ако нямат „коса“, задухът и липсата на кислород биха им попречили да го изпълнят.

Още по -интересен е дъхът на калпака. Тази риба живее в тропическа Индия и не толкова във вода, колкото в кал. Рибите са по -скоро сухоземни същества. Те могат да правят дълги пътувания по суша и дори да се катерят перфектно по дърветата. На брега тези риби дишат с опашка, чиято кожа има силно разклонен кръвен поток.

В процеса на изучаване на дишането на калници се получи смешна грешка. Просто казано, скачачите се оказаха злобни измамници. Учените са забелязали, че макар рибите да прекарват по -голямата част от деня на сушата, където основно си набавят храната, ловко хващайки прелитащите насекоми, те не обичат да се разделят напълно с водата. Най -често те сядат по краищата на локва с опашки, спуснати във водата. Скачайки след минаваща пеперуда, рибата се движи назад, докато не спусне опашката си във водата.

Наблюдавайки подобни сцени, учените решават, че с помощта на опашката джъмперът извлича кислород от водата. Когато обаче предположиха да измерят количеството кислород, съдържащо се във водата, видяха: има толкова малко от него, че няма смисъл да се намокри опашката. Както се оказа сега, с помощта на опашката джъмперът изсмуква вода, от която наистина се нуждае, за да овлажнява останалата част от тялото си и да отделя достатъчно количество слуз. По това време той почти не получава кислород през опашката. Но когато, натрупайки достатъчно количество вода, напусне резервоара, опашката се превръща в основен дихателен апарат.

Умбра, или, както я наричаме, рибата Eudo, диша с плувен мехур. Тя живее в Молдова в долните течения на Днестър и Дунав. Банският мехур в Eudoska е свързан с фаринкса чрез широк канал. Навеждайки се от водата, рибата изпълва балона с въздух. Той е плътно преплетен с кръвоносни съдове и тук лесно прониква кислород в кръвта. Изгорелият въздух, наситен с въглероден диоксид, от време на време изплюва тъмно. Дишането през плувния мехур не е забавно за умбър. Ако тя бъде лишена от възможността да гълта въздух, тя ще живее не повече от ден.

Не само за умбра, но и за много риби, въздухът е абсолютно необходим, макар и по различна причина. Пържетата на повечето риби, излюпени от яйцето, трябва да поемат поне един дъх. Ето защо рибите хвърлят хайвера си най -често на плитки места. В противен случай слабите бебета няма да имат достатъчно сили да се издигнат на повърхността. Пържените се нуждаят от въздух, за да напълнят плувния си мехур. След няколко дни каналът, свързващ пикочния мехур с хранопровода, ще прерасне и рибите, лишени от възможността произволно да намалят специфичното си тегло, ще умрат от преумора.

При риби с отворени мехурчета каналът на плувния мехур не се разраства. До дълбока старост тези риби запазват способността си да поглъщат нови порции въздух, когато ще плуват близо до повърхността, и изстискват излишъка, ако искат да слязат на дълбочина. Но очевидно не винаги е безопасно да се издигне на повърхността и затова рибите често използват друг метод, за да поддържат количеството газове в балона на желаното ниво. Този метод е активното отделяне на газове с помощта на газовата жлеза.

Още в зората на изследването на дишането се приема, че кислородът, постъпващ в белите дробове, се улавя от стената на алвеолите, която след това го секретира в кръвта. Впоследствие тази теория не беше оправдана. Не че подобни явления са невъзможни, просто в белите дробове се оказаха ненужни. За плувния мехур на риби със затворен мехур този метод се оказа единственият възможен. Основният работен орган на жлезата е прекрасна мрежа, състояща се от три последователно свързани капилярни сплитания. Изчислено е, че обемът на кръвта, който може да се побере в прекрасна мрежа, е малък, около една капка, но площта на мрежата е огромна, тъй като се състои от 88 хиляди венозни и 116 хиляди артериални капиляри, общата дължина на което е почти километър. В допълнение, жлезата има много тубули. Смята се, че тайната, която секретира в лумена на пикочния мехур, се разпада там, отделяйки кислород и азот.

Поради факта, че газът в плувния мехур се създава от жлезата, а не се взема от атмосферата, неговият състав е много различен от този на външния въздух. Най -често там преобладава кислородът, понякога е до 90 процента.

Концепцията за кислородния режим на тялото.Кислородът изминава дълъг път в тялото (фиг. 18). Попадайки вътре под формата на газови молекули, той вече в белите дробове участва в редица химични реакции, които осигуряват по -нататъшното му транспортиране до клетките на тялото. Там, попадайки в митохондриите, кислородът окислява различни органични съединения, като в крайна сметка ги превръща във вода и въглероден диоксид. В тази форма кислородът се отстранява от тялото.

Какво кара кислорода от атмосферата да проникне в белите дробове, след това в кръвта, а оттам в тъканите и клетките, където вече влиза в биохимични реакции? Очевидно има известна сила, която определя точно тази посока на движение на молекулите на този газ. Тази сила е концентрационен градиент. Съдържанието на кислород в атмосферния въздух е много по -високо, отколкото във въздуха на вътребелодробното пространство (алвеоларно). Съдържанието на кислород в алвеолите - белодробните мехурчета, в които обменът на газ между въздух и кръв - е много по -високо, отколкото във венозната кръв. Тъканите съдържат много по -малко кислород от артериалната кръв, а митохондриите съдържат незначителни количества кислород, тъй като молекулите на този газ, влизащи в тях, веднага влизат в цикъл на окислителни реакции и се превръщат в химични съединения. Тази каскада от постепенно намаляващи концентрации, отразяващи градиентите на силите, в резултат на което кислород от атмосферата прониква в клетките на тялото, обикновено се нарича кислороден режим на тялото (фиг. 19). По -скоро кислородният режим се характеризира с количествените параметри на описаната каскада. Горната стъпка на каскадата характеризира съдържанието на кислород в атмосферния въздух, който прониква в белите дробове при вдишване. Втората стъпка е съдържанието на О2 в алвеоларния въздух. Третата стъпка е съдържанието на О 2 в артериалната кръв, току -що обогатена с кислород. И накрая, четвъртата стъпка е напрежението на кислорода във венозната кръв, което дарява кислорода, съдържащ се в него, на тъканите. Тези четири стъпки образуват три „полета“, които отразяват реалните процеси на обмен на газ в тялото. "Периодът" между 1 -ва и 2 -ра стъпка съответства на белодробния газообмен, между 2 -ра и 3 -та стъпка - на транспортирането на кислород по кръв, а между 3 -та и 4 -та стъпка - на тъканния газообмен. Колкото по -голяма е височината на стъпалото, толкова по -голяма е разликата в концентрацията, толкова по -висок е градиентът, при който кислородът се транспортира на този етап. С възрастта височината на първия "педя", тоест градиентът на белодробния газообмен, се увеличава; втората "педя", т.е. градиентът на транспортиране на 02 кръв, докато височината на третия "участък", отразяващ градиента на тъканния газообмен, намалява. Свързаното с възрастта намаляване на интензивността на тъканно окисляване е пряка последица от намаляването с възрастта на интензивността на енергийния метаболизъм.

Ориз. 19. Транспорт на кислород при хора (посоката е показана със стрелки)

Дъх

Обмен на газове в белите дробове.Белите дробове са запечатани торбички, свързани с трахеята посредством големи дихателни пътища - бронхите. Атмосферният въздух през носната и устната кухина прониква в ларинкса и по -нататък в трахеята, след което се разделя на два потока, единият от които отива в десния бял дроб, а другият вляво (фиг. 20). Трахеята и бронхите са изградени от съединителна тъкан и скелет от хрущялни пръстени, които не позволяват тези тръби да се свиват и блокират дихателните пътища при различни промени в позицията на тялото. Влизайки в белите дробове, бронхите са разделени на множество клони, всеки от които се разделя отново, образувайки така нареченото „бронхиално дърво“. Най -тънките клони на това „дърво“ се наричат бронхиоли, а в краищата им са белодробни везикули, или алвеоли (фиг. 21). Броят на алвеолите достига 350 милиона, а общата им площ е 150 m 2. Именно тази повърхност представлява зоната за обмен на газове между кръв и въздух. Стените на алвеолите се състоят от един слой епителни клетки, до които са най-тънките кръвни капиляри, също състоящи се от еднослоен епител. Този дизайн, поради дифузия, осигурява относително лесно проникване на газове от алвеоларния въздух в капилярната кръв (кислород) и в обратна посока (въглероден диоксид). Този обмен на газ възниква в резултат на факта, че се създава градиент на концентрация на газ (фиг. 22). Въздухът в алвеолите съдържа относително голямо количество кислород (103 mm Hg) и малко количество въглероден диоксид (40 mm Hg). В капилярите, напротив, концентрацията на въглероден диоксид се увеличава (46 mm Hg), а кислородът намалява (40 mm Hg), тъй като тези капиляри съдържат венозна кръв, събрана след като е била в тъканите и им е дала кислород, получаване на въглероден диоксид в замяна. Кръвта тече през капилярите непрекъснато и въздухът в алвеолите се обновява при всяко вдишване. Кръвта, изтичаща от алвеолите, обогатена с кислород (до 100 mm Hg), съдържа относително малко въглероден диоксид (40 mm Hg) и отново е готова за обмен на тъканни газове.

Ориз. 21. Схема на структурата на белите дробове (А) и белодробните алвеоли (В)

А:] - ларинкс; 2 - трахея; 3 - бронхи; 4 - бронхиоли; 5 - бели дробове;

В: 1 - съдова мрежа; 2, 3 - алвеоли отвън и в разрез; 4 -

бронхиола; 5 - артерия и вена

Ориз. 22. Диаграма на разклонението на дихателните пътища (вляво). Дясната страна на фигурата показва кривата на общата площ на напречното сечение на дихателните пътища на нивото на всеки клон (3). В началото на преходната зона тази площ започва да се увеличава значително, което продължава в дихателната зона. Br - бронхи; Bl - бронхиоли; KBl - терминални бронхиоли; DBL - дихателни бронхиоли; AX - алвеоларни проходи; А - алвеоли

Ориз. 23. Газообмен в белодробните алвеоли: през стената на белодробните алвеоли, O 2 от вдишания въздух навлиза в кръвта, а CO 2 от венозната кръв влиза в алвеолата; газообменът се осигурява от разликата в парциалните налягания (P) на CO 2 и O 2 във венозната кръв и в кухината на белодробните алвеоли

Така че най -малките мехурчета - алвеолите - да не се срутят по време на издишване, повърхността им е покрита отвътре със слой от специално вещество, произведено от белодробната тъкан. Това вещество е ПАВ- намалява повърхностното напрежение на стените на алвеолите. Обикновено се произвежда в излишък, за да се гарантира, че белодробната повърхност се използва максимално за газообмен.

Дифузен капацитет на белите дробове.Градиентът на концентрацията на газ от двете страни на алвеоларната стена е силата, която кара молекулите кислород и въглероден диоксид да дифундират, да проникнат през тази стена. Въпреки това, при същото атмосферно налягане, скоростта на дифузия на молекулите зависи не само от градиента, но и от контактната площ на алвеолите и капилярите, от дебелината на стените им, от наличието на повърхностно активно вещество и редица други причини. За да се оценят всички тези фактори, с помощта на специални устройства, те измерват дифузионния капацитет на белите дробове, който в зависимост от възрастта и функционалното състояние на човек може да варира от 20 до 50 ml O 2 / min / mm Hg. Изкуство.

Съотношение вентилация-перфузия.Газообменът в белите дробове се осъществява само ако въздухът в алвеолите се обновява периодично (във всеки дихателен цикъл) и кръвта тече непрекъснато през белодробните капиляри. Именно поради тази причина прекратяването на дишането, подобно на спирането на кръвообращението, също означава смърт. Непрекъснатият поток на кръв през капилярите се нарича перфузияи ритмичния поток на нови порции атмосферен въздух в алвеолите - вентилация.Трябва да се подчертае, че съставът на въздуха в алвеолите е много различен от атмосферния: в алвеоларния въздух има много повече въглероден диоксид и по -малко кислород. Факт е, че механичната вентилация на белите дробове не засяга най -дълбоките зони, в които се намират белодробните мехурчета, и там газообменът се осъществява само поради дифузия и следователно донякъде забавен. Независимо от това, всеки дихателен цикъл внася нови порции кислород в белите дробове и отнема излишния въглероден диоксид. Скоростта на перфузия на белодробната тъкан с кръв трябва точно да съответства на скоростта на вентилация, така че да се установи равновесие между тези два процеса, в противен случай или кръвта ще бъде пренаситена с въглероден диоксид и ненаситена с кислород, или, обратно, въглеродният диоксид ще бъде измити от кръвта. И двете са лоши, тъй като дихателният център, разположен в продълговатия мозък, генерира импулси, принуждаващи дихателните мускули да вдишват и издишват, под въздействието на рецептори, които измерват съдържанието на CO 2 и O 2 в кръвта. Ако нивото на CO 2 в кръвта спадне, дишането може да спре; ако расте, започва задух, човек усеща задушаване. Връзката между скоростта на кръвния поток през белодробните капиляри и скоростта на въздушния поток, вентилиращ белите дробове, се нарича съотношение вентилация-перфузия (VPR). Съотношението на концентрациите на O2 и CO2 в издишания въздух зависи от това. Ако увеличаването на CO2 (в сравнение с атмосферния въздух) точно съответства на намаляване на съдържанието на кислород, тогава VPO = 1 и това е повишено ниво. Обикновено VPO е 0,7-0,8, тоест перфузията трябва да е малко по-интензивна от вентилацията. Стойността на VPO се взема предвид при идентифициране на някои заболявания на бронхопулмоналната система и кръвоносната система.

Ако съзнателно рязко активирате дишането, като направите най -дълбокото и най -често вдишване -издишване, тогава HPO ще надвиши 1, а човекът скоро ще се почувства замаян и може да припадне - това е резултат от „измиването“ на излишните количества CO 2 от кръвта и нарушение на киселинно-алкалната хомеостаза. Напротив, ако с усилие на волята да задържи дъха, тогава VPO ще бъде по -малко от 0,6 и след няколко десетки секунди човекът ще почувства задушаване и императивен порив за дишане. В началото на мускулната работа VPO се променя рязко, първо намалява (перфузията се увеличава, тъй като мускулите, започвайки да се свиват, изстискват допълнителни порции кръв от вените си), а след 15-20 s бързо се увеличава (дихателният център е се активира и вентилацията се увеличава). HPO се нормализира само 2-3 минути след началото на мускулната работа. В края на мускулната работа всички тези процеси протичат в обратен ред. При децата подобно пренастройване на системата за снабдяване с кислород става малко по -бързо, отколкото при възрастни, тъй като размерът на тялото и съответно инерционните характеристики на сърцето, кръвоносните съдове, белите дробове, мускулите и други структури, участващи в тази реакция при децата са значително по -малки.

Обмен на тъканни газове.Кръвта, която доставя кислород до тъканите, го освобождава (по градиента на концентрацията) в тъканната течност, а от там молекулите на O 2 проникват в клетките, където се улавят от митохондриите. Колкото по -интензивен е този припадък, толкова по -бързо намалява съдържанието на кислород в тъканната течност, толкова по -висок е градиентът между артериалната кръв и тъканта, толкова по -бързо кръвта отделя кислород, който се отделя от молекулата на хемоглобина, който служи като "носител" "за доставка на кислород. Освободените молекули на хемоглобина могат да улавят молекули CO2, за да ги пренесат в белите дробове и да ги предадат на алвеоларния въздух там. Кислородът, навлизайки в цикъла на окислителните реакции в митохондриите, в крайна сметка се оказва комбиниран или с водород (образува се Н 2 О), или с въглерод (образува се СО2). В свободна форма кислородът практически не съществува в тялото. Целият въглероден диоксид, генериран в тъканите, се екскретира от тялото през белите дробове. Метаболитната вода също се изпарява частично от повърхността на белите дробове, но може да се екскретира и с пот и урина.

Коефициент на дишане.Съотношението на количествата на образувания CO 2 и абсорбирания O 2 се нарича дихателен коефициент (DC) и зависи от това кои субстрати се окисляват в тъканите на тялото. DC в издишания въздух варира от 0,65 до 1. По чисто химически причини, когато мазнините се окисляват, DC = 0,65; с окисляване на протеини - около 0,85; при окисляване на въглехидрати DC = 1,0. Така по състава на издишания въздух може да се прецени кои вещества в момента се използват за генериране на енергия от клетките на тялото. Естествено, DC обикновено приема някаква междинна стойност, най -често близка до 0,85, но това не означава, че протеините се окисляват; по -скоро е резултат от едновременното окисляване на мазнини и въглехидрати. Стойността на DC е тясно свързана с VPO; между тях има почти пълно съответствие, с изключение на периодите, когато VPO е обект на резки колебания. При децата в покой DC обикновено е по -висок, отколкото при възрастните, което се свързва със значително по -голямо участие на въглехидратите в енергийното снабдяване на организма, особено активността на нервните структури.

Външно дишане- това са прояви на процеса на дишане, които са ясно видими без никакви устройства, тъй като въздухът влиза и излиза от дихателните пътища само поради факта, че формата и обемът на гърдите се променят. Какво кара въздуха да проникне дълбоко в тялото и в крайна сметка да достигне най -малките белодробни мехурчета? В този случай има сила, причинена от разликата в налягането в гърдите и в заобикалящата атмосфера. Белите дробове са заобиколени от мембрана на съединителната тъкан, наречена плевра, с плеврална течност между белите дробове и плевралната торбичка, която служи като смазка и уплътнител. Интраплевралното пространство е херметически затворено, не комуникира със съседни кухини и храносмилателната и кръвната тръба, преминаваща през гръдния кош. Целият гръден кош също е запечатан, отделен от коремната кухина не само от серозната мембрана, но и от големия пръстеновиден мускул - диафрагмата. Следователно усилията на дихателните мускули, водещи дори до леко увеличаване на обема му при вдишване, осигуряват достатъчно значителен вакуум вътре в плевралната кухина и именно под действието на този вакуум въздухът навлиза в устната и носната кухина и прониква по -нататък през ларинкса, трахеята, бронхите и бронхиолите в белодробната тъкан ...

Организация на дихателния акт.Три мускулни групи участват в организацията на дихателния акт, т.е. в движението на стените на гръдния кош и коремната кухина: инспираторни (осигуряващи вдишване) външни междуребрени мускули; експираторен (осигуряващ издишване) вътрешни междуребрени мускули и диафрагма, както и мускули на коремната стена. Координираното свиване на тези мускули под контрола на дихателния център, който се намира в продълговатия мозък, кара ребрата да се движат донякъде напред и нагоре спрямо тяхното положение в момента на издишване, гръдната кост се издига и диафрагмата се притиска в коремната кухина. Така общият обем на гръдния кош се увеличава значително, там се създава доста висок вакуум и въздухът от атмосферата се втурва в белите дробове. В края на вдъхновението импулсите от дихателния център към тези мускули престават и ребрата под тяхна собствена гравитация и диафрагмата в резултат на отпускането й се връщат в „неутрално“ положение. Обемът на гръдния кош намалява, там се повишава налягането и излишният въздух от белите дробове се изхвърля през същите тръби, през които е влязъл. Ако по някаква причина издишването е трудно, тогава експираторните мускули са свързани, за да улеснят този процес. Те работят и в случаите, когато дишането се засилва или ускорява под въздействието на емоционален или физически стрес. Работата на дихателните мускули, както всяка друга мускулна работа, изисква енергия. Смята се, че при спокойно дишане малко повече от 1% от енергията, консумирана от тялото, се изразходва за тези нужди.

Белодробна вентилация.Колкото по -голямо е тялото и по -трудно работят дихателните мускули, толкова повече въздух преминава през белите дробове при всеки дихателен цикъл. За да се оцени белодробната вентилация, се измерва дихателният минутен обем, т.е. средното количество въздух, което преминава през дихателните пътища за 1 минута. В покой при възрастен, тази стойност е 5-6 л / мин. При новородено дете минутният обем на дишане е 650-700 мл / мин, до края на 1 година от живота той достига 2,6-2,7 л / мин, на 6 години - 3,5 л / мин, на 10 години - 4,3 л / мин, а при юношите - 4,9 л / мин. По време на физическо натоварване минутният обем на дишане може да се увеличи много значително, достигайки 100 l / min и повече при млади мъже и възрастни.

Честота и дълбочина на дишане.Дихателният акт, състоящ се от вдишване и издишване, има две основни характеристики - честота и дълбочина. Честотата е броят на вдишванията в минута. При възрастни тази стойност обикновено е 12-15, въпреки че може да варира в широки граници. При новородени честотата на дишане по време на сън достига 50-60 на минута, до навършване на една година намалява до 40-50, след това с нарастването този показател постепенно намалява. Така че при деца в начална училищна възраст честотата на дишане обикновено е около 25 цикъла в минута, а при юношите - 18-20. Обратната тенденция на промени, свързани с възрастта, се демонстрира от дихателния обем, т.е. мярка за дълбочината на дишане. Той представлява средното количество въздух, което влиза в белите дробове по време на всеки дихателен цикъл. При новородените той е много малък - само 30 ml или дори по -малко, до навършване на една година се увеличава до 70 ml, на 6 години става над 150 ml, до 10 -годишна възраст достига 240 ml, на 14 години - 300 мл. При възрастен дихателният обем в покой не надвишава 500 ml. Дихателният минутен обем е продукт на дихателния обем и честотата на дишане.

Спирограма.Ако на пътя на въздуха, влизащ и излизащ от белите дробове, са монтирани гумени духалки или лек звънец, потопен във вода, то поради действието на дихателните мускули това устройство ще увеличи обема си при издишване и ще намалее по време на вдишване. Ако всички връзки са стегнати (за запечатване на устната кухина, се използва специален гумен мундщук или маска, носена на лицето), тогава е възможно, като се прикрепи инструмент за писане към движещата се част на устройството, да се запишат всички дихателни пътища движения. Такова устройство, изобретено още през 19 век, се нарича спирограф, а записа, направен с него, се нарича спирограма (фиг. 23). С помощта на спирограма, направена върху хартиена лента, е възможно количествено да се измерват най -важните характеристики на външното дишане на човек. Белодробни обеми и капацитет. Благодарение на спирограмата можете визуално да видите и измерите различни обеми и капацитет на белите дробове. Обемите във физиологията на дишането обикновено се наричат тези показатели, които динамично се променят в процеса на дишане и характеризират функционалното състояние на дихателната система. Капацитетът е резервоар, който не се променя за кратко време, в рамките на който се осъществява цикълът на дишане и обмен на газ. Отправната точка за всички белодробни обеми и контейнери е нивото на спокойно издишване.

Белодробни обеми.В покой дихателният обем е малък в сравнение с общия обем въздух в белите дробове. Следователно човек може едновременно да вдишва и издишва голям допълнителен обем въздух. Тези томове са наименувани съответно инспираторен резервен обем и експираторен резервен обем... Въпреки това, дори при най -дълбоко издишване, малко въздух остава в алвеолите и дихателните пътища. Това е така нареченият остатъчен обем, който не се измерва с помощта на спирограма (за неговото измерване се използва доста сложна техника и изчисления, използват се инертни газове). При възрастен той е около 1,5 литра, при деца - много по -малко.

Ориз. 24. Спирограма: белодробен капацитет и неговите компоненти

Жизнен капацитет на белите дробове.Сумата от обема на вдишвания резерв, дихателния обем и резервния обем на издишването е капацитета на белите дробове(VC) е един от най -важните показатели за състоянието на дихателната система. За измерването му се използват спирометри с различен дизайн, при които е необходимо да се издиша възможно най -дълбоко след най -дълбокото вдишване - това ще бъде VC. VC зависи от размера на тялото и следователно от възрастта, а също така много значително зависи от функционалното състояние и физическата годност на човешкото тяло. При мъжете VC е по -висок, отколкото при жените, ако нито едното, нито другото не се занимава със спорт, особено упражнения за издръжливост. Стойността на VC варира значително при хора с различна физика: при брахиморфните типове тя е относително малка, а при долихоморфните е много голяма. Обичайно е да се използва VC като един от показателите за физическото развитие на децата в училищна възраст, както и на военнослужещите. VC може да се измери само с активното и съзнателно участие на детето, следователно практически няма данни за деца под 3 -годишна възраст.