Kūno deguonies asimiliacijos etapai yra trumpi. Kūno (vaiko) tiekimo deguonimi sistema. Klausimai ir užduotys

8 skyrius.Organizmo tiekimo deguonimi sistema

Redokso reakcijoms, nuolat vykstančioms kiekvienoje kūno ląstelėje, reikalingas nuolatinis oksidacijos substratų (angliavandenių, lipidų ir aminorūgščių) ir oksidatoriaus – deguonies – antplūdis. Organizmas turi įspūdingą maistinių medžiagų atsargą – angliavandenių ir riebalų atsargas, taip pat milžiniškas baltymų atsargas skeleto raumenyse, todėl net ir gana ilgas (keleto dienų) badavimas žmogui didelės žalos neatneša. Tačiau deguonies atsargų organizme praktiškai nėra, išskyrus nedidelį kiekį, esantį raumenyse oksimioglobino pavidalu, todėl be jo tiekimo žmogus gali išgyventi tik 2–3 minutes, o po to vadinamasis „klinikinis mirtis“ įvyksta. Jei smegenų ląstelių aprūpinimas deguonimi nebus atkurtas per 10-20 minučių, jose įvyks tokie biocheminiai pokyčiai, kurie sutrikdys jų funkcines savybes ir lems ankstyvą viso organizmo mirtį. Kitos organizmo ląstelės gali būti ne taip paveiktos, tačiau nervinės ląstelės yra itin jautrios deguonies trūkumui. Būtent todėl viena iš centrinių organizmo fiziologinių sistemų yra funkcinė deguonies tiekimo sistema, o būtent šios sistemos būsena dažniausiai naudojama vertinant „sveikatą“.

Kūno deguonies režimo samprata. Deguonis organizme keliauja ilgą kelią (18 pav.). Patekęs į vidų dujų molekulių pavidalu, jis jau plaučiuose dalyvauja daugelyje cheminių reakcijų, užtikrinančių tolesnį jo transportavimą į kūno ląsteles. Ten, patekęs į mitochondrijas, deguonis oksiduoja įvairius organinius junginius, galiausiai paverčiant juos vandeniu ir anglies dioksidu. Šioje formoje iš organizmo pašalinamas deguonis.

Dėl ko deguonis iš atmosferos prasiskverbia į plaučius, tada į kraują, o iš ten į audinius ir ląsteles, kur jis jau patenka į biochemines reakcijas? Akivaizdu, kad yra tam tikra jėga, kuri lemia būtent tokią šių dujų molekulių judėjimo kryptį. Ši jėga yra koncentracijos gradientas. Deguonies kiekis atmosferos ore yra daug didesnis nei intrapulmoninės erdvės (alveolių) ore. Deguonies kiekis alveolėse – plaučių pūslelėse, kuriose vyksta dujų mainai tarp oro ir kraujo – yra daug didesnis nei veniniame kraujyje. Audiniai turi daug mažiau deguonies nei arterinis kraujas, o mitochondrijose yra nereikšmingas deguonies kiekis, nes į juos patenkančios šių dujų molekulės iš karto patenka į oksidacinių reakcijų ciklą ir virsta cheminiais junginiais. Ši palaipsniui mažėjančių koncentracijų kaskada, atspindinti jėgos gradientus, dėl kurios deguonis iš atmosferos prasiskverbia į organizmo ląsteles, paprastai vadinama organizmo deguonies režimu (19 pav.). Atvirkščiai, deguonies režimą apibūdina aprašytos kaskados kiekybiniai parametrai. Viršutinė kaskados pakopa apibūdina deguonies kiekį atmosferos ore, kuris įkvėpimo metu prasiskverbia į plaučius. Antrasis žingsnis yra O2 kiekis alveolių ore. Trečias žingsnis – O2 kiekis arteriniame kraujyje, ką tik praturtintame deguonimi. Ir galiausiai ketvirtas žingsnis – deguonies įtempimas veniniame kraujyje, kuris jame esantį deguonį paaukojo audiniams. Šie keturi žingsniai sudaro tris „skrydžius“, atspindinčius tikrus dujų mainų procesus organizme. Tarp 1 ir 2 žingsnių "tarpas" atitinka plaučių dujų mainus, tarp 2 ir 3 žingsnių - deguonies pernešimą krauju, o tarp 3 ir 4 žingsnių - audinių dujų mainus. Kuo didesnis žingsnio aukštis, tuo didesnis koncentracijos skirtumas, tuo didesnis gradientas, kuriuo šiame etape transportuojamas deguonis. Su amžiumi didėja pirmojo „tarpo“, tai yra plaučių dujų mainų gradiento, aukštis; antrasis „tarpas“, t.y. 02 kraujo transportavimo gradientas, o trečiojo „tarpo“, atspindinčio audinių dujų mainų gradientą, aukštis mažėja. Su amžiumi susijęs audinių oksidacijos intensyvumo mažėjimas yra tiesioginė energijos apykaitos intensyvumo mažėjimo su amžiumi pasekmė.

Ryžiai. 18. Deguonies pernešimas žmonėms (kryptis rodoma rodyklėmis)

Ryžiai. 19. Deguonies įtampų kaskada įkvepiamame ore (I), alveolėse (A), arterijose (a) ir venose (K) 5 metų berniukui, 15 metų paaugliui ir suaugusiam 30 metų

Taigi, deguonies pasisavinimas organizme vyksta trimis etapais, kurie yra atskirti erdvėje ir laike. Pirmasis etapas – oro siurbimas į plaučius ir dujų mainai plaučiuose – dar vadinamas išoriniu kvėpavimu. Antrąjį etapą – dujų transportavimą krauju – vykdo kraujotakos sistema. Trečiasis etapas – deguonies pasisavinimas organizmo ląstelėse – vadinamas audiniu arba vidiniu kvėpavimu.

Dujų mainai plaučiuose. Plaučiai yra sandarūs maišeliai, sujungti su trachėja dideliais kvėpavimo takais – bronchais. Atmosferos oras per nosies ir burnos ertmę prasiskverbia į gerklas, o toliau į trachėją, po to pasiskirsto į dvi sroves, kurių viena eina į dešinįjį plautį, kita – į kairę (20 pav.). Trachėją ir bronchus sudaro jungiamasis audinys ir kremzlinių žiedų skeletas, neleidžiantis šiems vamzdeliams susisukti ir užblokuoti kvėpavimo takus įvairiais kūno padėties pasikeitimais. Patekę į plaučius, bronchai suskirstomi į daugybę šakų, kurių kiekviena vėl dalijasi, suformuodama vadinamąjį „bronchų medį“. Ploniausios šio „medžio“ šakos vadinamos bronchiolėmis, o jų galuose – plaučių pūslelės, arba alveolės (21 pav.). Alveolių skaičius siekia 350 mln., o bendras jų plotas – 150 m2. Būtent šis paviršius vaizduoja dujų mainų tarp kraujo ir oro sritį. Alveolių sienelės susideda iš vieno sluoksnio epitelio ląstelių, prie kurių glaudžiasi ploniausi kraujo kapiliarai, taip pat susidedantys iš vieno sluoksnio epitelio. Ši konstrukcija dėl difuzijos užtikrina gana lengvą dujų prasiskverbimą iš alveolių oro į kapiliarinį kraują (deguonį) ir priešinga kryptimi (anglies dioksidas). Šie dujų mainai vyksta dėl dujų koncentracijos gradiento sukūrimo (22 pav.). Alveolėse esančiame ore yra palyginti daug deguonies (103 mm Hg) ir nedaug anglies dioksido (40 mm Hg). Kapiliaruose, priešingai, padidėja anglies dioksido koncentracija (46 mm Hg), o deguonies sumažėja (40 mm Hg), nes šiuose kapiliaruose yra veninio kraujo, surinkto po to, kai jis buvo audiniuose ir suteikė jiems deguonies. mainais gauna anglies dioksidą. Kraujas nuolat teka kapiliarais, o oras alveolėse atnaujinamas su kiekvienu įkvėpimu. Iš alveolių tekantis kraujas, praturtintas deguonimi (iki 100 mm Hg), turi santykinai mažai anglies dvideginio (40 mm Hg) ir vėl yra paruoštas audinių dujų mainams.

Ryžiai. 20. Plaučių (A) ir plaučių alveolių (B) sandaros diagrama

A:] - gerklų; 2 - trachėja; 3 - bronchai; 4 - bronchioliai; 5 - plaučiai;

B: 1 - kraujagyslių tinklas; 2, 3 - alveolės išorėje ir sekcijoje; 4 -

bronchiolių; 5 - arterija ir vena

Ryžiai. 21. Kvėpavimo takų šakojimosi schema (kairėje). Dešinėje paveikslo pusėje pavaizduota bendro kvėpavimo takų skerspjūvio ploto kreivė kiekvienos šakos lygyje (3). Pereinamosios zonos pradžioje ši sritis pradeda ženkliai didėti, o tai tęsiasi kvėpavimo zonoje. Br - bronchai; Bl - bronchioliai; KBl – galiniai bronchioliai; DBL - kvėpavimo bronchioliai; AX - alveolių kanalai; A – alveolės

Ryžiai. 22. Dujų mainai plaučių alveolėse: per plaučių alveolių sienelę įkvepiamo oro O2 patenka į kraują, o veninio kraujo CO2 – į alveoles; dujų mainus užtikrina CO2 ir O2 dalinių slėgių (P) skirtumas veniniame kraujyje ir plaučių alveolių ertmėje.

Kad iškvepiant nesubyrėtų smulkiausi burbuliukai – alveolės, jų paviršius iš vidaus padengiamas specialios medžiagos, kurią gamina plaučių audinys, sluoksniu. Ši medžiaga – paviršinio aktyvumo medžiaga – mažina alveolių sienelių paviršiaus įtempimą. Paprastai jo gaminama per daug, siekiant užtikrinti, kad plaučių paviršius būtų kuo daugiau naudojamas dujų mainams.

Plaučių difuzijos pajėgumas. Dujų koncentracijos gradientas abiejose alveolių sienelės pusėse yra jėga, dėl kurios deguonies ir anglies dioksido molekulės difunduoja, prasiskverbia pro šią sienelę. Tačiau esant tokiam pačiam atmosferos slėgiui, molekulių difuzijos greitis priklauso ne tik nuo gradiento, bet ir nuo alveolių bei kapiliarų kontaktinio ploto, nuo jų sienelių storio, nuo paviršinio aktyvumo medžiagos buvimo ir daugybė kitų priežasčių. Siekiant įvertinti visus šiuos veiksnius, specialiais prietaisais išmatuojamas plaučių difuzinis pajėgumas, kuris, priklausomai nuo žmogaus amžiaus ir funkcinės būklės, gali svyruoti nuo 20 iki 50 ml O2/min/mm Hg. Art.

Vėdinimo-perfuzijos santykis. Dujų apykaita plaučiuose vyksta tik tada, kai periodiškai (kiekviename kvėpavimo cikle) atnaujinamas oras alveolėse, o kraujas nuolat teka plaučių kapiliarais. Būtent dėl šios priežasties kvėpavimo sustojimas, kaip ir kraujotakos sustojimas, vienodai reiškia mirtį. Nuolatinis kraujo tekėjimas per kapiliarus vadinamas perfuzija, o ritmiškas naujų atmosferos oro dalių patekimas į alveoles vadinamas ventiliacija. Reikia pabrėžti, kad oro sudėtis alveolėse labai skiriasi nuo atmosferinės: alveoliniame ore daug daugiau anglies dioksido ir mažiau deguonies. Faktas yra tas, kad mechaninė plaučių ventiliacija neturi įtakos giliausioms zonoms, kuriose yra plaučių pūslelės, ir ten dujų mainai vyksta tik dėl difuzijos, todėl šiek tiek sulėtėja. Nepaisant to, kiekvienas kvėpavimo ciklas į plaučius atneša naujų deguonies dalių ir pašalina anglies dioksido perteklių. Plaučių audinio perfuzijos su krauju greitis turi tiksliai atitikti ventiliacijos greitį, kad būtų nustatyta pusiausvyra tarp šių dviejų procesų, kitaip kraujas bus per daug prisotintas anglies dioksidu ir nepakankamai prisotintas deguonies, arba, atvirkščiai, anglies dioksidas išplautas iš kraujo. Abu yra blogi, nes kvėpavimo centras, esantis pailgosiose smegenyse, generuoja impulsus, verčiančius kvėpavimo raumenis įkvėpti ir iškvėpti, veikiant receptoriams, matuojantiems CO2 ir O2 kiekį kraujyje. Jei CO2 kiekis kraujyje nukrenta, gali sustoti kvėpavimas; jei jis auga, prasideda dusulys, žmogus jaučia dusulį. Ryšys tarp kraujo tėkmės per plaučių kapiliarus greičio ir plaučius vėdinančio oro srauto greičio vadinamas ventiliacijos ir perfuzijos santykiu (VPR). Nuo to priklauso O2 ir CO2 koncentracijų santykis iškvepiamame ore. Jei CO2 padidėjimas (palyginti su atmosferos oru) tiksliai atitinka deguonies kiekio sumažėjimą, tada VPO = 1, ir tai yra padidėjęs lygis. Paprastai VPO yra 0,7-0,8, ty perfuzija turėtų būti šiek tiek intensyvesnė nei ventiliacija. Į VPO reikšmę atsižvelgiama nustatant tam tikras bronchopulmoninės sistemos ir kraujotakos sistemos ligas.

Jei sąmoningai staigiai suaktyvinsite kvėpavimą, atlikdami giliausią ir dažniausią įkvėpimą ir iškvėpimą, tada HPO viršys 1, o žmogus greitai apsvaigs ir gali apalpti - tai yra CO2 pertekliaus „išplovimo“ iš kraujo rezultatas. ir rūgščių-šarmų homeostazės pažeidimas. Priešingai, jei valios pastangomis sulaikyti kvėpavimą, tada VPO bus mažesnis nei 0,6 ir po kelių dešimčių sekundžių žmogus pajus uždusimą ir būtiną norą kvėpuoti. Raumenų darbo pradžioje VPO smarkiai kinta, pirmiausia mažėja (padidėja perfuzija, nes raumenys, pradėję trauktis, iš venų išspaudžia papildomas kraujo dalis), o po 15-20 s sparčiai didėja (kvėpavimo centras yra suaktyvinamas ir ventiliacija padidėja). HPO normalizuojasi tik po 2-3 minučių nuo raumenų darbo pradžios. Pasibaigus raumenų darbui, visi šie procesai vyksta atvirkštine tvarka. Vaikams toks deguonies tiekimo sistemos perreguliavimas vyksta šiek tiek greičiau nei suaugusiems, nes kūno dydis ir atitinkamai širdies, kraujagyslių, plaučių, raumenų ir kitų struktūrų, dalyvaujančių šioje reakcijoje, inercinės savybės. vaikai yra žymiai mažesni.

Audinių dujų mainai. Kraujas, atnešantis deguonį į audinius, išskiria jį (pagal koncentracijos gradientą) į audinių skystį, o iš ten O2 molekulės prasiskverbia į ląsteles, kur jas pagauna mitochondrijos. Kuo intensyvesnis šis priepuolis, tuo greičiau mažėja deguonies kiekis audinių skystyje, tuo didesnis gradientas tarp arterinio kraujo ir audinių, tuo greičiau kraujas išskiria deguonį, kuris atsiskiria nuo hemoglobino molekulės, kuri tarnavo kaip „nešiklis“. “ deguonies tiekimui. Išsiskyrusios hemoglobino molekulės gali užfiksuoti CO2 molekules, kad nuneštų jas į plaučius ir ten patektų į alveolių orą. Deguonis, patekęs į oksidacinių reakcijų ciklą mitochondrijose, galiausiai susijungia arba su vandeniliu (susidaro H2O), arba su anglimi (susidaro CO2). Laisvoje formoje deguonies organizme praktiškai nėra. Visas audiniuose susidaręs anglies dioksidas iš organizmo pašalinamas per plaučius. Metabolinis vanduo taip pat dalinai išgaruoja nuo plaučių paviršiaus, tačiau gali pasišalinti ir su prakaitu bei šlapimu.

Kvėpavimo koeficientas. Pagaminto CO2 ir absorbuoto O2 kiekių santykis vadinamas kvėpavimo koeficientu (DC) ir priklauso nuo to, kokie substratai oksiduojasi organizmo audiniuose. DC iškvepiamame ore svyruoja nuo 0,65 iki 1. Dėl grynai cheminių priežasčių, kai riebalai oksiduojami, DC = 0,65; su baltymų oksidacija - apie 0,85; angliavandenių oksidacijoje DC = 1,0. Taigi pagal iškvepiamo oro sudėtį galima spręsti, kurias medžiagas organizmo ląstelės šiuo metu naudoja energijai generuoti. Natūralu, kad nuolatinė srovė paprastai įgauna kokią nors tarpinę vertę, dažniausiai artimą 0,85, tačiau tai nereiškia, kad baltymai oksiduojami; veikiau tai yra vienu metu vykstančios riebalų ir angliavandenių oksidacijos rezultatas. Nuolatinės srovės vertė yra glaudžiai susijusi su VPO, tarp jų yra beveik visiškas atitikimas, išskyrus laikotarpius, kai VPO patiria staigių svyravimų. Vaikams ramybės būsenoje DC paprastai būna didesnis nei suaugusiųjų, o tai susiję su žymiai didesniu angliavandenių dalyvavimu aprūpinant organizmą energija, ypač nervų struktūrų veikloje.

Dirbant raumenimis, nuolatinė srovė taip pat gali gerokai viršyti VPO, jei energijos tiekime dalyvauja anaerobinės glikolizės procesai. Šiuo atveju dėl homeostatinių mechanizmų (kraujo buferinių sistemų) iš organizmo išsiskiria papildomas CO2 kiekis, kurį sukelia ne metaboliniai, o homeostatiniai poreikiai. Šis papildomas CO2 išsiskyrimas vadinamas „nemetaboliniu pertekliumi“. Jo atsiradimas iškvepiamame ore reiškia, kad raumenų apkrovos lygis pasiekė tam tikrą ribą, kurią pasiekus būtina prijungti anaerobines energijos gamybos sistemas („anaerobinis slenkstis“). Vaikai nuo 7 iki 12 metų turi aukštesnius santykinius anaerobinio slenksčio rodiklius: esant tokiai apkrovai, jų pulsas, plaučių ventiliacija, kraujotaka, deguonies suvartojimas ir kt. 17-18 metų nesiskiria nuo atitinkama apkrova suaugusiems. Anaerobinis slenkstis yra vienas iš svarbiausių žmogaus aerobinių savybių rodiklių, taip pat minimalus krūvis, galintis užtikrinti treniruotės efekto pasiekimą.

Išorinis kvėpavimas yra kvėpavimo proceso apraiška, kuri aiškiai matoma be jokių prietaisų, nes oras patenka ir išeina iš kvėpavimo takų tik dėl to, kad keičiasi krūtinės forma ir tūris. Dėl ko oras prasiskverbia giliai į kūną, galiausiai pasiekdamas mažiausias plaučių pūsleles? Tokiu atveju atsiranda jėga, kurią sukelia slėgio skirtumas krūtinės ląstos viduje ir aplinkinėje atmosferoje. Plaučius supa jungiamojo audinio membrana, vadinama pleura, o tarp plaučių ir pleuros maišelio yra pleuros skystis, kuris tarnauja kaip tepalas ir sandariklis. Intrapleurinė erdvė yra hermetiškai uždaryta, nesusisiekia su gretimomis ertmėmis ir virškinimo ir kraujo vamzdeliais, einančiomis per krūtinę. Taip pat sandari visa krūtinė, nuo pilvo ertmės atskirta ne tik serozine membrana, bet ir dideliu žiediniu raumeniu – diafragma. Todėl kvėpavimo raumenų pastangos, dėl kurių net šiek tiek padidėja jo tūris įkvėpus, pleuros ertmėje sukuria gana didelį vakuumą, o veikiamas šio vakuumo oras patenka į burnos ir nosies ertmę ir prasiskverbia. toliau per gerklas, trachėją, bronchus ir bronchioles į plaučius.

Kvėpavimo akto organizavimas. Kvėpavimo akto organizavime, tai yra krūtinės ir pilvo ertmės sienelių judėjime, dalyvauja trys raumenų grupės: įkvepiamieji (suteikiantys įkvėpimą) išoriniai tarpšonkauliniai raumenys; iškvepiamieji (suteikiantys iškvėpimą) vidiniai tarpšonkauliniai raumenys ir diafragma, taip pat pilvo sienos raumenys. Dėl koordinuoto šių raumenų susitraukimo, kurį kontroliuoja kvėpavimo centras, esantis pailgosiose smegenyse, šonkauliai šiek tiek pasislenka į priekį ir į viršų, palyginti su jų padėtimi iškvėpimo metu, pakyla krūtinkaulis ir spaudžiama diafragma. į pilvo ertmę. Taigi ženkliai padidėja bendras krūtinės tūris, joje susidaro gana didelis vakuumas, o oras iš atmosferos veržiasi į plaučius. Įkvėpimo pabaigoje impulsai iš kvėpavimo centro į šiuos raumenis nutrūksta, o šonkauliai, veikiami savo gravitacijos, ir diafragma, atsipalaidavus, grįžta į „neutralią“ padėtį. Krūtinės ląstos tūris mažėja, joje pakyla slėgis, o per tuos pačius vamzdelius, kuriais pateko, iš plaučių išmetamas oro perteklius. Jei dėl kokių nors priežasčių sunku iškvėpti, tada iškvėpimo raumenys yra sujungti, kad palengvintų šį procesą. Jie taip pat veikia tais atvejais, kai dėl emocinio ar fizinio streso sustiprėja ar pagreitėja kvėpavimas. Kvėpavimo raumenų darbui, kaip ir bet kuriam kitam raumenų darbui, reikia energijos. Skaičiuojama, kad ramiai kvėpuojant šiems poreikiams išleidžiama kiek daugiau nei 1 % organizmo sunaudojamos energijos.

Priklausomai nuo to, ar krūtinės ląstos išsiplėtimas normalaus kvėpavimo metu yra daugiausia susijęs su šonkaulių pakėlimu ar diafragmos išlyginimu, išskiriami šonkaulių (krūtinės) ir diafragminio (pilvo) kvėpavimo tipai. Kvėpuojant krūtine, diafragma pasyviai pasislenka reaguodama į intrathoracinio slėgio pokyčius. Esant pilvo tipui, stiprūs diafragmos susitraukimai stipriai išstumia pilvo organus, todėl įkvepiant pilvas „išsikiša“. Kvėpavimo tipas formuojasi 5-7 metų amžiaus, o mergaitėms jis paprastai tampa krūtinės ląstos, o berniukų - pilvo.

Plaučių ventiliacija. Kuo didesnis kūnas ir stipriau dirba kvėpavimo raumenys, tuo daugiau oro per plaučius praeina per kiekvieną kvėpavimo ciklą. Norint įvertinti plaučių ventiliaciją, matuojamas kvėpavimo minutinis tūris, t.y. vidutinis oro kiekis, praeinantis per kvėpavimo takus per 1 min. Ramybės būsenoje suaugusiam žmogui ši vertė yra 5-6 l / min. Naujagimio kvėpavimo minutinis tūris yra 650–700 ml/min., 1 gyvenimo metų pabaigoje siekia 2,6–2,7 l/min., 6 metų – 3,5 l/min., 10 metų – 4,3 l/min. min., o paaugliams - 4,9 l/min. Fizinio krūvio metu kvėpavimo minutinis tūris gali labai ženkliai padidėti, jauniems vyrams ir suaugusiems pasiekti 100 l/min ir daugiau.

Kvėpavimo dažnis ir gylis. Kvėpavimo veiksmas, susidedantis iš įkvėpimo ir iškvėpimo, turi dvi pagrindines charakteristikas – dažnį ir gylį. Dažnis yra įkvėpimų skaičius per minutę. Suaugusiam žmogui ši vertė paprastai yra 12–15, nors ji gali labai skirtis. Naujagimiams kvėpavimo dažnis miegant siekia 50-60 per minutę, iki vienerių metų sumažėja iki 40-50, vėliau augant šis rodiklis palaipsniui mažėja. Taigi pradinio mokyklinio amžiaus vaikams kvėpavimo dažnis paprastai yra apie 25 ciklus per minutę, o paaugliams - 18-20. Priešingą su amžiumi susijusių pokyčių tendenciją demonstruoja potvynio tūris, t.y. kvėpavimo gylio matas. Tai rodo vidutinį oro kiekį, kuris patenka į plaučius per kiekvieną kvėpavimo ciklą. Naujagimiams jis labai mažas - tik 30 ml ar net mažiau, iki vienerių metų padidėja iki 70 ml, 6 metų - virš 150 ml, 10 metų - 240 ml, 14 metų metų amžiaus - 300 ml. Suaugusio žmogaus potvynio tūris ramybės būsenoje neviršija 500 ml. Kvėpavimo minutinis tūris yra kvėpavimo tūrio ir kvėpavimo dažnio sandauga.

Jei žmogus užsiima bet kokia fizine veikla, jam reikia papildomo deguonies kiekio, atitinkamai padidėja minutinis kvėpavimo tūris. Vaikams iki 10 metų šį padidėjimą daugiausia lemia padidėjęs kvėpavimo dažnis, kuris gali tapti 3-4 kartus dažnesnis nei kvėpavimas ramybėje, o potvynio tūris padidėja tik 1,5-2 kartus. Paaugliams, o juo labiau suaugusiems, minutės apimties padidėjimas daugiausia vyksta dėl potvynio tūrio, kuris gali padidėti kelis kartus, o kvėpavimo dažnis paprastai neviršija 50–60 ciklų per minutę. Manoma, kad tokio tipo kvėpavimo sistemos reakcija yra ekonomiškesnė. Remiantis įvairiais kriterijais, išorinio kvėpavimo efektyvumas ir ekonomiškumas žymiai didėja su amžiumi ir pasiekia maksimalias vertes 18-20 metų berniukams ir mergaitėms. Tuo pačiu metu berniukų kvėpavimas, kaip taisyklė, organizuojamas efektyviau nei mergaičių. Kvėpavimo efektyvumui ir jo ekonomiškumui didelę įtaką turi fizinis pasirengimas, ypač tose sporto šakose, kuriose deguonies tiekimas atlieka lemiamą vaidmenį. Tai bėgimas nuotoliniu būdu, slidinėjimas, plaukimas, irklavimas, dviračių sportas, tenisas ir kitos ištvermės sporto šakos.

Atliekant ciklinį pratimą, kvėpavimo ritmas dažniausiai „prisiderina“ prie griaučių raumenų susitraukimo ritmo – tai palengvina kvėpavimo darbą ir daro jį efektyvesnį. Vaikams kvėpavimo raumenų judesių ritmo įsisavinimas vyksta instinktyviai, be sąmonės įsikišimo, tačiau mokytojas gali padėti vaikui, o tai prisideda prie greičiausio prisitaikymo prie tokio krūvio.

Atliekant galios ir statinį krūvį, pastebimas vadinamasis Lindgardto fenomenas – kvėpavimo sulaikymas įtempimo metu, vėliau, pašalinus krūvį, didėja kvėpavimo dažnis ir gylis. Vaikų iki 13–14 metų treniruotėse ir fiziniame lavinime nerekomenduojama naudoti didelių galių ir statinių apkrovų, taip pat ir dėl kvėpavimo sistemos nesubrendimo.

Spirograma. Jei į plaučius patenkančio ir išeinančio oro kelyje sumontuotos guminės dumplės ar į vandenį panardintas šviesos varpelis, tai dėl kvėpavimo raumenų veikimo šis prietaisas padidins savo apimtį iškvėpimo metu, o sumažės įkvėpus. Jei visos jungtys sandarios (burnos ertmės sandarinimui naudojamas specialus guminis kandiklis arba ant veido nešiojama kaukė), tuomet galima, prie judančios prietaiso dalies pritvirtinus rašymo priemonę, fiksuoti visus kvėpavimo takus. judesiai. Toks prietaisas, išrastas dar XIX amžiuje, vadinamas spirografu, o juo padarytas įrašas – spirograma (23 pav.). Popierinėje juostoje padarytos spirogramos pagalba galima kiekybiškai išmatuoti svarbiausias žmogaus išorinio kvėpavimo charakteristikas. Plaučių tūris ir talpa. Spirogramos dėka galite vizualiai matyti ir išmatuoti įvairius plaučių tūrius ir talpas. Apimčiai kvėpavimo fiziologijoje paprastai vadinami tais rodikliais, kurie dinamiškai kinta kvėpavimo procese ir apibūdina kvėpavimo sistemos funkcinę būklę. Talpa – tai per trumpą laiką nekintantis rezervuaras, kuriame vyksta kvėpavimo ciklas ir dujų mainai. Visų plaučių tūrių ir talpyklų atskaitos taškas yra ramaus iškvėpimo lygis.

Plaučių tūriai. Ramybės būsenoje potvynio tūris yra mažas, palyginti su bendru oro kiekiu plaučiuose. Todėl žmogus gali tiek įkvėpti, tiek iškvėpti didelį papildomą oro kiekį. Šie tūriai atitinkamai vadinami rezerviniu įkvėpimu ir iškvėpimo rezerviniu tūriu. Tačiau net ir giliausiu iškvėpimu alveolėse ir kvėpavimo takuose lieka šiek tiek oro. Tai vadinamasis liekamasis tūris, kuris nėra matuojamas naudojant spirogramą (jo matavimui naudojama gana sudėtinga technika ir skaičiavimai, naudojamos inertinės dujos). Suaugusiam žmogui tai yra apie 1,5 litro, vaikams – daug mažiau.

Ryžiai. 23. Spirograma: plaučių talpa ir jos komponentai

A - spirogramos schema: 1 - įkvėpimo rezervinis tūris; 2 - potvynio tūris; 3 - rezervinis iškvėpimo tūris; 4 - likutinis tūris; 5 - funkcinis liekamasis pajėgumas; 6 - įkvėpimo pajėgumas; 7 - gyvybinis pajėgumas; 8 - bendra plaučių talpa; B - plaučių tūris ir talpa: / - jaunieji sportininkai; // - netreniruoti moksleiviai (amžiaus vidurkis 13 metų) (pagal A.I. Osipovą, 1964). Virš juostų esantys skaičiai yra vidutinės bendros talpos vertės. Skaičiai juostose yra vidutinės plaučių tūrio vertės, išreikštos procentais nuo bendros talpos; skaičiai, esantys kairėje nuo juostų, atitinka spirogramoje esančius pavadinimus

Plaučių gyvybinė talpa. Bendra rezervinio įkvėpimo tūrio, potvynio tūrio ir rezervinio iškvėpimo tūrio vertė yra plaučių gyvybinė talpa (VC) – vienas iš svarbiausių kvėpavimo sistemos būklės rodiklių. Jai išmatuoti naudojami įvairaus dizaino spirometrai, kuriuose po giliausio įkvėpimo reikia kuo giliau iškvėpti – tai bus VC. VC priklauso nuo kūno dydžio, taigi ir nuo amžiaus, taip pat labai priklauso nuo žmogaus organizmo funkcinės būklės ir fizinio pasirengimo. Vyrų VC didesnis nei moterų, jei nei vienas, nei kitas nesportuoja, ypač nesportuoja ištvermės. Skirtingo kūno sudėjimo žmonėms VC vertė labai skiriasi: brachimorfiniams tipams ji santykinai maža, o dolichomorfiniams – labai didelė. Įprasta VC naudoti kaip vieną iš mokyklinio amžiaus vaikų, taip pat įdarbinamų, fizinio išsivystymo rodiklių. VC galima išmatuoti tik aktyviai ir sąmoningai dalyvaujant vaikui, todėl apie vaikus iki 3 metų duomenų praktiškai nėra.

9 lentelė

Vaikų ir paauglių plaučių gyvybinė talpa (ml)

	Amžius, metai

Berniukai

Nepaisant pavadinimo, VC neatspindi kvėpavimo parametrų tikromis, „gyvenimo“ sąlygomis, nes be apkrovos žmogus nekvėpuoja, naudodamas visiškai rezervinį įkvėpimo tūrį ir rezervinį iškvėpimo tūrį.

Kiti konteineriai. Plaučių erdvė, kurią gali užimti oras kuo pilnesnio įkvėpimo atveju po ramaus iškvėpimo, vadinama įkvėpimo pajėgumu. Šis pajėgumas yra potvynio tūrio ir rezervinio įkvėpimo tūrio suma.

Iškvėpimo rezervinis tūris ir liekamasis tūris, kurio niekada negalima iškvėpti, kartu sudaro funkcinį liekamąjį plaučių pajėgumą (FRC). Fiziologinė FRU reikšmė yra ta, kad ji atlieka buferinės zonos vaidmenį. Dėl jo buvimo alveolinėje erdvėje išlyginami O2 ir CO2 koncentracijos svyravimai kvėpavimo metu. Tai stabilizuoja plaučių dujų mainų funkciją, užtikrina vienodą deguonies srautą iš alveolių į kraują, o anglies dioksidą - priešinga kryptimi.

Bendra plaučių talpa yra VC ir liekamojo tūrio suma arba visi keturi plaučių tūriai: kvėpavimo, liekamasis ir rezervinis įkvėpimo ir iškvėpimo tūris. Bendra plaučių talpa didėja su amžiumi proporcingai kūno dydžiui.

Kvėpavimo kontrolė. Kvėpavimas yra viena iš tų kūno funkcijų, kurios, viena vertus, atliekamos automatiškai, kita vertus, jos gali paklusti sąmonei. Automatinį kvėpavimą užtikrina kvėpavimo centras, esantis pailgosiose smegenyse. Kvėpavimo centro sunaikinimas sukelia kvėpavimo sustojimą. Ritmiškai atsirandantys kvėpavimo centre, sužadinimo impulsai išcentriniais neuronais perduodami į kvėpavimo raumenis, užtikrinant įkvėpimo ir iškvėpimo kaitą. Manoma, kad periodiniai impulsai kvėpavimo centre atsiranda dėl cikliškų medžiagų apykaitos procesų neuronuose, kurie sudaro šią smegenų sritį. Kvėpavimo centro veiklą reguliuoja daugybė įgimtų ir įgytų refleksų, taip pat impulsai iš chemoreceptorių, kurie kontroliuoja deguonies, anglies dvideginio ir kraujo pH lygį, bei mechanoreceptorių, kurie seka kvėpavimo raumenų, plaučių tempimo laipsnį. audinių ir daugelio kitų parametrų. Reflekso lankai išdėstyti taip, kad įkvėpimo pabaiga paskatintų iškvėpimo pradžią, o iškvėpimo pabaiga būtų refleksinis stimulas įkvėpimo pradžiai.

Tuo pačiu visi šie refleksai kurį laiką gali būti nuslopinti dėl smegenų žievės veiklos, kuri gali perimti kvėpavimo kontrolę. Toks kvėpavimas vadinamas valingu. Ypač jis naudojamas atliekant kvėpavimo pratimus, nardant, esant dujų ar dūmų sąlygoms ir kitais atvejais, kai reikia prisitaikyti prie retų veiksnių. Tačiau savavališkai sulaikius kvėpavimą, kvėpavimo centras anksčiau ar vėliau perima šios funkcijos kontrolę ir duoda būtiną dirgiklį, su kuriuo sąmonė negali susidoroti. Taip atsitinka pasiekus kvėpavimo centro jautrumo slenkstį. Kuo labiau subrendęs ir fiziškai išlavintas organizmas, tuo aukštesnis šis slenkstis, tuo didesnius homeostazės nukrypimus kvėpavimo centras gali atlaikyti. Specialiai apmokyti narai, pavyzdžiui, geba sulaikyti kvėpavimą 3-4 minutes, kartais net 5 minutes – tiek, kiek reikia nusileisti į nemažą gylį po vandeniu ir ten ieškoti norimo objekto. Pavyzdžiui, kasami jūros perlai, koralai, kempinės ir kai kurios kitos „jūros gėrybės“. Vaikams sąmoninga kvėpavimo centro kontrolė galima praėjus pusauglio šuoliui, t.y. po 6-7 metų dažniausiai būtent tokiame amžiuje vaikai išmoksta nardyti ir plaukti tais stiliais, kurie susiję su kvėpavimo sulaikymu (triušis, delfinas).

Žmogaus gimimo momentas yra jo pirmojo įkvėpimo momentas. Iš tiesų, motinos įsčiose išorinio kvėpavimo funkcija negalėjo būti vykdoma, o deguonies poreikis buvo užtikrintas dėl jo tiekimo per placentą iš motinos kūno. Todėl, nors iki gimimo funkcinė kvėpavimo sistema paprastai visiškai subręsta, ji turi daug ypatybių, susijusių su gimimu ir gyvenimo sąlygomis naujagimio laikotarpiu. Visų pirma, vaikų kvėpavimo centro aktyvumas šiuo laikotarpiu yra gana žemas ir nepastovus, todėl vaikas dažnai pirmą kartą įkvepia ne iš karto išėjęs iš gimdymo takų, o po kelių sekundžių ar net minučių. Kartais užtenka paprasto pliaukštelėjimo į vaiko sėdmenis, kad būtų pradėtas pirmasis įkvėpimas, tačiau kartais apnėja (kvėpavimo stoka) užsitęsia, o jei tai trunka keletą minučių, gali pereiti į uždusimo būseną. Būdama gana tipiška gimdymo proceso komplikacija, asfiksija yra itin pavojinga savo pasekmėmis: nervinių ląstelių badas deguonimi gali sutrikdyti normalų jų funkcionavimą. Štai kodėl naujagimių nervinis audinys yra daug mažiau jautrus deguonies trūkumui ir rūgščių medžiagų apykaitos produktų pertekliui. Nepaisant to, užsitęsusi asfiksija (dešimtimis minučių) sukelia didelius centrinės nervų sistemos veiklos sutrikimus, kurie kartais gali turėti įtakos visam tolesniam gyvenimui.

Iki 2–3 metų vaikų kvėpavimo centro jautrumas smarkiai padidėja ir tampa didesnis nei suaugusiųjų. Ateityje jis palaipsniui mažėja, iki 10-11 metų. Paauglystėje vėl pastebimas laikinas kvėpavimo centro jautrumo padidėjimas, kuris pašalinamas pasibaigus brendimo procesams.

Su amžiumi susiję kvėpavimo sistemos struktūros ir funkcionalumo pokyčiai. Su amžiumi visi anatominiai kvėpavimo sistemos komponentai didėja, o tai daugiausia lemia funkcinių su amžiumi susijusių pokyčių kryptį. Trachėjos ir bronchų anatominių spindžių, bronchiolių, alveolių absoliučios charakteristikos, bendra plaučių talpa ir jo komponentai didėja maždaug proporcingai kūno paviršiaus ploto padidėjimui. Tuo pačiu metu, esant didesniam medžiagų apykaitos, įskaitant ir oksidacinius, procesų intensyvumui ankstyvame amžiuje, reikalingas didesnis deguonies tiekimas, todėl santykiniai kvėpavimo sistemos rodikliai atspindi daug didesnį mažų vaikų įtampą – iki maždaug 10–11 m. metų. Tačiau nepaisant aiškiai mažesnio ekonomiškumo ir efektyvumo, vaikų kvėpavimo sistema veikia taip pat patikimai kaip ir suaugusiųjų. Tam ypač palanku didelė plaučių difuzijos talpa, t.y. geresnis alveolių ir kapiliarų pralaidumas deguonies ir anglies dioksido molekulėms.

Dujų pernešimas krauju

Per plaučius į organizmą patekęs deguonis turi būti pristatytas jo vartotojams – visoms organizmo ląstelėms, kurios nuo „šaltinio“ kartais yra nutolusios dešimčių centimetrų (o kai kurių didelių gyvūnų – ir kelių metrų atstumu). Difuzijos procesai nepajėgia pernešti medžiagos tokiais atstumais tokiu greičiu, kurio pakanka ląstelių metabolizmo poreikiams. Racionaliausias skysčių ir dujų transportavimo būdas yra vamzdynai. Žmogus savo ūkinėje veikloje jau seniai ir plačiai naudoja vamzdynus visur, kur reikalingas nuolatinis didelių vandens, naftos, gamtinių dujų ir daugelio kitų medžiagų kiekių judėjimas. Siekdamas atsispirti gravitacijos jėgai, taip pat įveikti trinties jėgą vamzdžiuose, kuriais teka skystis, žmogus išrado siurblį. O tam, kad skystis tekėtų tik tinkama kryptimi, negrįždamas atgal, kai slėgis vamzdyne mažėja, buvo išrasti vožtuvai – įtaisai, panašūs į duris, kurios atsidaro tik viena kryptimi.

Lygiai taip pat išsidėsčiusi pagrindinė žmogaus organizmo transporto sistema – kraujotakos sistema. Jį sudaro vamzdeliai-kraujagyslės, pompa-širdis ir daugybė vožtuvų, kurie užtikrina vienakryptį kraujo judėjimą per širdį ir neleidžia kraujui tekėti atgal venose. Išsišakojusios į mažyčius vamzdelius – kapiliarus, kraujagyslės pasiekia beveik kiekvieną ląstelę, aprūpindamos jas maistinėmis medžiagomis ir deguonimi bei pašalindamos jų atliekas, kurių reikia kitoms ląstelėms arba kurių organizmui reikia atsikratyti. Žinduolių ir žmonių kraujotakos sistema yra uždaras kraujagyslių tinklas, per kurį praeina viena kraujotaka, kurią užtikrina cikliškas širdies raumens susitraukimas. Kadangi užduotis aprūpinti ląsteles deguonimi yra pirmoji iš gyvybiškai svarbių užduočių, aukštesniųjų gyvūnų ir žmonių kraujotakos sistema yra specialiai pritaikyta efektyviausiam dujų mainui ore. Tai užtikrinama padalijant uždarą kraujagyslinį vamzdyną į du izoliuotus apskritimus – mažąjį ir didelį, iš kurių pirmasis užtikrina dujų mainus tarp kraujo ir aplinkos, o antrasis – tarp kraujo ir kūno ląstelių.

Maži ir dideli kraujotakos ratai (24 pav.). Arterijos yra kraujagyslės, pernešančios kraują iš širdies į organus ir audinius. Jie turi tvirtą ir gana storą sienelę, kuri turi atlaikyti didelį širdies darbo sukeliamą spaudimą. Palaipsniui išsišakodamos į vis mažesnes kraujagysles – arterioles ir kapiliarus – arterijos atneša kraują į visus audinius. Kraujagyslės, pernešančios kraują iš audinių, vadinamos venomis. Jie susidaro, kai susilieja ir didėja mažesnės kraujagyslės – kapiliarai ir venulės. Venos nesiskiria savo sienelių tvirtumu ir lengvai suyra, jei jose nėra kraujo, nes joms nereikia susidurti su aukštu kraujospūdžiu. Kad kraujas netekėtų priešinga kryptimi, venose yra specialūs vožtuvai, kurie sulaiko kraują, jei kažkas verčia jį judėti priešinga kryptimi. Šios konstrukcijos dėka griaučių raumenimis tekančios venos veikia kaip papildomi siurbliai: susitraukdami raumenys išstumia kraują iš venų, o atsipalaiduodami leidžia į venas patekti naujai kraujo daliai. Kadangi kraujas juose gali judėti tik viena kryptimi – į širdį – toks „raumenų siurblys“ labai prisideda prie kraujotakos raumenų apkrovos metu.

Mažasis kraujotakos ratas prasideda nuo dešiniojo skilvelio, iš kurio išeina plaučių arterija. Beveik iš karto jis yra padalintas į du srautus - į dešinįjį ir kairįjį plaučius. Plaučių arterijos, pasiekusios plaučius, suskirstytos į daugybę kapiliarų, iš kurių ploniausi išplauna atskiras plaučių pūsleles (alveoles). Būtent čia alveolėse vyksta dujų mainai tarp kraujo ir oro. Siekiant palengvinti dujų mainus, plaučių kapiliarai susideda tik iš vieno ląstelių sluoksnio.

Ryžiai. 24. Tiražo schema

Skirtingai nuo visų kitų kūno arterijų, plaučių arterijose teka kraujas, kuriame trūksta deguonies, daug anglies dioksido. Šis kraujas vadinamas „veniniu“ krauju, nes jis teka viso kūno venomis (išskyrus plaučių venas). Šis kraujas jau praėjo per sisteminės kraujotakos kraujagysles, atsisakė jame esančio deguonies ir surinko anglies dioksidą, kuris turi būti pašalintas plaučiuose.

Kita vertus, iš plaučių išnyrančios venos neša „arterinį“, tai yra, prisotintą deguonimi ir praktiškai be anglies dvideginio kraują. Taigi, plaučių cirkuliacija iš esmės skiriasi nuo didelio apskritimo deguonies prisotinto kraujo judėjimo kryptimi.

Plaučių venos perneša deguonies turtingą kraują į kairįjį prieširdį. Užpildytas krauju, atriumas susitraukia, stumdamas šią kraujo dalį į kairįjį skilvelį. Iš ten prasideda sisteminė kraujotaka.

Iš kairiojo skilvelio išnyra didžiausia kūno kraujagyslė – aorta. Tai gana trumpas, bet labai galingas vamzdelis, galintis atlaikyti labai didelius slėgio kritimus, atsirandančius periodiškai susitraukiant širdžiai. Netgi krūtinėje aorta dalijasi į kelias pagrindines arterijas, iš kurių vienos deguonies prisotintą arterinį kraują teka į galvą ir viršutinius kūno organus, o kitos – į apatinius kūno organus. Visos naujos mažesnės kraujagyslės yra nuosekliai atskirtos nuo didelių pagrindinių kraujagyslių, pernešdamos kraują į atskiras kūno dalis. Taigi tiek smegenys, tiek kiti gyvybiškai svarbūs organai visada gauna šviežio, deguonies prisotinto kraujo.

Vienintelė šios taisyklės išimtis yra kepenys, kuriose susimaišo arterinis ir veninis kraujas. Tačiau tai turi gilią fiziologinę prasmę. Viena vertus, kepenys per kepenų arteriją gauna šviežio arterinio kraujo, t.y. jos ląstelės pilnai aprūpinamos reikiamu deguonies kiekiu. Kita vertus, į kepenis patenka vadinamoji vartų vena, kuri su savimi neša žarnyne pasisavintas maistines medžiagas. Visas iš žarnyno tekantis kraujas praeina per kepenis – pagrindinį gynybos organą nuo visų rūšių toksinų ir pavojingų medžiagų, kurios galėtų pasisavinti virškinamajame trakte. Galingos oksidacinės kepenų sistemos „sudegina“ visas įtartinas molekules, paversdamos jas nepavojingais medžiagų apykaitos produktais.

Iš visų organų kraujas surenkamas į venas, kurios, susiliedamos, sudaro vis didesnius sujungtus indus. Apatinė tuščioji vena, surenkanti kraują iš apatinės kūno dalies, ir viršutinė tuščioji vena, į kurią kraujas teka iš viršutinės kūno dalies, patenka į dešinįjį prieširdį, o iš ten stumiamas į dešinįjį skilvelį. Nuo šio momento kraujas vėl patenka į plaučių kraujotaką.

Limfinė sistema. Antroji kūno transporto sistema yra limfagyslių tinklas. Limfa praktiškai nedalyvauja pernešant deguonį, tačiau turi didelę reikšmę maistinių medžiagų (ypač lipidų) pasiskirstymui organizme, taip pat organizmo apsaugai nuo svetimkūnių ir pavojingų mikroorganizmų prasiskverbimo. Limfinės kraujagyslės savo sandara panašios į venas, jose taip pat yra vožtuvai, užtikrinantys vienakryptį skysčių tekėjimą, tačiau, be to, limfagyslių sienelės gali savaime susitraukti („limfinės širdys“). Trūkstant centrinio siurblio, limfinė sistema leidžia skysčiui judėti per šias limfines širdis ir skeleto raumenų susitraukimus. Limfinių kraujagyslių kelyje, ypač jų santakos vietose, susidaro limfmazgiai, kurie daugiausia atlieka apsaugines (imunines) funkcijas. Krūtinės ertmėje įkvėpimo metu susidarantis neigiamas slėgis taip pat veikia kaip jėga, stumianti limfą link krūtinės ląstos, kur limfiniai latakai nuteka į venas. Taigi limfinė sistema sujungiama su kraujotakos sistema į vieną organizmo transporto tinklą.

Širdis ir jos amžiaus ypatybės. Pagrindinis kraujotakos sistemos siurblys – širdis – yra raumeninis maišelis, padalintas į 4 kameras: du prieširdžius ir du skilvelius (25 pav.). Kairysis atriumas yra sujungtas su kairiuoju skilveliu anga, kurios išlygiavime yra mitralinis vožtuvas. Dešinysis prieširdis yra sujungtas su dešiniuoju skilveliu anga, kuri uždaro triburį vožtuvą. Dešinė ir kairioji širdies pusės nėra sujungtos viena su kita, todėl dešinėje širdies pusėje visada yra „veninė“, t. deguonies neturtingas kraujas, o kairėje – „arterinis“, prisotintas deguonies. Išėjimas iš dešiniojo (plaučių arterijos) ir kairiojo (aortos) skilvelių uždaromas panašios konstrukcijos pusmėnulio vožtuvais. Jie neleidžia kraujui iš šių didelių išeinančių kraujagyslių grįžti į širdį atsipalaidavimo metu.

Vaisiaus širdies ir kraujagyslių sistemos formavimasis prasideda labai anksti - jau 3 savaitę po pastojimo atsiranda periodiškai susitraukiančių ląstelių grupė, iš kurios vėliau susidaro širdies raumuo. Tačiau net ir gimus kai kurie embriono kraujotakos ypatumai išlieka (26 pav.). Kadangi embriono periodu deguonies ir maistinių medžiagų šaltinis yra ne plaučiai ir virškinamasis traktas, o placenta, kuri su vaisiumi jungiasi per virkštelę, griežtas širdies padalijimas į dvi nepriklausomas puses nereikalingas. Be to, plaučių kraujotaka dar neturi funkcinės reikšmės, todėl ši vieta neturėtų būti įtraukta į pagrindinę kraujotaką. Todėl vaisius turi ovalią angą, jungiančią abu prieširdžius, taip pat specialų arterinį lataką, jungiantį aortą ir plaučių arteriją. Netrukus po gimimo šie šunto latakai užsidaro ir dvi kraujo apytakos grandinės pradeda veikti kaip suaugusiųjų.

Ryžiai. 25. Širdies sandara

Ovali skylė

Ryžiai. 26. A – vaisiaus širdis; B – kūdikio širdis po gimimo. Rodyklės rodo kraujo tekėjimo kryptį

Nors pagrindinė širdies sienelių masė yra raumenų sluoksnis (miokardas), yra keletas papildomų audinių sluoksnių, kurie apsaugo širdį nuo išorinių poveikių ir stiprina jos sieneles, kurios darbo metu patiria didžiulį spaudimą. Šie apsauginiai sluoksniai vadinami perikardu. Vidinis širdies ertmės paviršius išklotas endokardu, kurio savybės leidžia nepažeisti kraujo kūnelių susitraukimų metu. Širdis yra kairėje krūtinės pusėje (nors kai kuriais atvejais yra kitokia vieta) „iš viršaus“ žemyn.

Suaugusio žmogaus širdies masė sudaro 0,5% kūno svorio, tai yra, 250-300 g vyrų ir apie 200 g moterų. Vaikams santykinis širdies dydis yra šiek tiek didesnis – apie 0,7% kūno svorio. Širdis kaip visuma auga proporcingai kūno dydžiui. Pirmus 8 mėnesius. po gimimo širdies svoris padvigubėja, 3 metais – tris kartus, 5 metais – 4 kartus, o sulaukus 16 metų – 11 kartų, lyginant su naujagimio širdies svoriu. Berniukų širdis paprastai yra šiek tiek didesnė nei mergaičių; tik brendimo metu mergaitės, kurios pradeda bręsti anksčiau, turi didesnę širdį.

Prieširdžių miokardas yra žymiai plonesnis nei skilvelių miokardas. Tai suprantama: prieširdžių darbas susideda iš kraujo dalies pumpavimo per vožtuvus į gretimą skilvelį, o skilveliai turi pagreitinti kraują, kad jis iš širdies patektų į tolimiausias kapiliarų tinklo dalis. Dėl tos pačios priežasties kairiojo skilvelio miokardas yra 2,5 karto storesnis nei dešiniojo skilvelio miokardas: stumti kraują per mažąjį kraujotakos ratą reikia daug mažiau pastangų nei išilgai didžiojo.

Širdies raumuo sudarytas iš skaidulų, panašių į skeleto raumenis. Tačiau kartu su struktūromis, turinčiomis susitraukiantį aktyvumą, širdyje yra ir kita - laidi - struktūra, kuri užtikrina greitą sužadinimo laidumą visoms miokardo dalims ir sinchroninį periodinį jo susitraukimą. Kiekviena širdies dalis iš esmės gali atlikti nepriklausomą (spontanišką) periodinį susitraukimą, tačiau paprastai tam tikra ląstelių dalis, vadinama širdies stimuliatoriumi arba širdies stimuliatoriumi, kontroliuoja širdies plakimą ir yra viršutinėje širdies dalyje. dešinysis prieširdis (sinusinis mazgas). Čia automatiškai generuojamas impulsas, kurio dažnis yra apie 1 kartą per sekundę (suaugusiesiems; vaikams - daug dažniau), plinta palei širdies laidumo sistemą, apimančią atrioventrikulinį mazgą, His ryšulį, suskaidydamas į dešinės ir kairės kojos, išsišakojusios skilvelio miokardo masėje (27 pav.). Dauguma širdies ritmo sutrikimų atsiranda dėl tam tikrų laidžiosios sistemos skaidulų pažeidimų. Miokardo infarktas (dalies raumenų skaidulų nekrozė) pavojingiausias, kai pažeidžiamos iš karto abi His pluošto kojos.

Ryžiai. 27. Scheminis laidžiojo vaizdavimas

širdies sistemos 1 - sinusinis mazgas; 2 - atrioventrikulinis mazgas; 3 - Giss's ryšulėlis; 4 ir 5 - dešinės ir kairiosios His ryšulio kojos; 6 - laidžiosios sistemos galinės šakos

Širdies ciklas. Sužadinimas, kuris automatiškai atsiranda sinusiniame mazge, perduodamas prieširdžių susitraukiančioms skaiduloms, susitraukia prieširdžių raumenys. Šis širdies ciklo etapas vadinamas prieširdžių sistole. Tai trunka apie 0,1 sekundės. Per šį laiką dalis prieširdžiuose susikaupusio kraujo persikelia į skilvelius. Iš karto po to atsiranda skilvelių sistolė, kuri trunka 0,3 s. Skilvelių raumenų susitraukimo procese kraujas iš jų išstumiamas esant aukštam slėgiui ir nukreipiamas į aortą bei plaučių arterijas. Tada ateina atsipalaidavimo periodas (diastolė), kuris trunka 0,4 s. Šiuo metu venomis tekantis kraujas patenka į atsipalaidavusią prieširdžių ertmę.

Gana reikšmingą mechaninį širdies darbą lydi mechaniniai ir akustiniai efektai. Taigi, jei delną padedate kairėje krūtinės pusėje, galite pajusti periodiškus širdies plakimus su kiekvienu susitraukimu. Pulsas (reguliariai banguoti didelių kraujagyslių sienelių virpesiai, kurių dažnis lygus širdies susitraukimų dažniui) taip pat gali būti jaučiamas miego arterijoje, rankos radialinėje arterijoje ir kituose taškuose. Pridėję ausį arba specialų klausymosi vamzdelį (stetoskopą) prie krūtinės ar nugaros, galite išgirsti širdies garsus, kurie sklinda nuosekliais jos susitraukimo etapais ir turi savo būdingų bruožų. Vaikų širdies garsai nėra tokie patys kaip suaugusiųjų, o tai gerai žino pediatrai. Širdies klausymas ir pulso zondavimas – seniausi diagnostikos metodai, kurių pagalba gydytojai viduramžiais nustatydavo ligonio būklę ir, atsižvelgdami į pastebėtus simptomus, paskyrė gydymą. Tibeto medicinoje ilgalaikis (dešimties minučių) nuolatinis pulso stebėjimas vis dar yra pagrindinis diagnostikos metodas. Šiuolaikinėje medicinoje naudojami echokardiografijos (nuo dirbančios širdies audinių atsispindėjusių ultragarso bangų registravimo), fonokardiografijos (širdies susitraukimų metu generuojamų garso bangų registravimo), taip pat spektrinės širdies ritmo analizės (specialus metodas) metodai. matematinio kardiogramos apdorojimo) yra plačiai naudojami. Vaikų širdies susitraukimų dažnio kintamumo tyrimas naudojamas visų pirma siekiant įvertinti jų prisitaikymo galimybes treniruočių ir fizinio aktyvumo metu.

Ryžiai. 28. Normali žmogaus EKG, gauta dvipoliu dariniu iš kūno paviršiaus ilgosios širdies ašies kryptimi.

Elektrokardiograma (28 pav.). Kadangi širdis yra raumuo, jos darbas lemia biologinių elektrinių potencialų atsiradimą, visada lydintį bet kokio tipo raumenų susitraukimą. Pakankamai stiprūs, šie susitraukimai sukelia galingas elektros impulsų sroves visame kūne. Įtampa tokių sumažinimų metu yra apie 1 tūkstantoji volto dalis, t.y. vertė, kurios visiškai pakanka įrašymui specialiu potenciometru. Prietaisas, skirtas fiksuoti elektrinį širdies aktyvumą, vadinamas elektrokardiografu, o jo registruojama kreivė – elektrokardiograma (EKG). Galima pašalinti EKG įrašymo potencialą naudojant laidžius elektrodus (metalines plokšteles) iš skirtingų kūno dalių. Medicinos praktikoje dažniausiai naudojami EKG laidai iš dviejų rankų arba iš vienos rankos ir vienos kojos (simetriškai arba asimetriškai), taip pat nemažai laidų iš krūtinės paviršiaus. Nepriklausomai nuo švino vietos, EKG visada turi tuos pačius dantis, pakaitomis ta pačia seka. EKG laidai turi įtakos tik šių dantų aukščiui (amplitudei).

EKG dantys dažniausiai žymimi lotyniškomis raidėmis P, Q, R, S ir T. Kiekvienas dantis neša informaciją apie elektrinius, taigi ir medžiagų apykaitos procesus skirtingose miokardo dalyse, skirtinguose širdies ciklo etapuose. Visų pirma, P banga atspindi prieširdžių sistolę, QRS kompleksas apibūdina skilvelių sistolę, o T banga rodo atsigavimo procesų miokarde eigą diastolės metu.

EKG registracija galima net vaisiui, nes vaisiaus širdies elektrinis impulsas lengvai plinta per laidžius vaisiaus audinius ir motinos kūną. Vaikų EKG esminių skirtumų nėra: tie patys dantys, ta pati seka, ta pati fiziologinė reikšmė. Skirtumai yra dantų amplitudės charakteristikos ir kai kurie širdies fazių ryšiai ir daugiausia atspindi su amžiumi susijusį širdies dydžio padidėjimą ir vegetatyvinės sistemos parasimpatinės dalies vaidmens padidėjimą su amžiumi. nervų sistema, kontroliuojanti miokardo susitraukiamąjį aktyvumą.

Kraujo tėkmės greitis. Su kiekvienu susitraukimu skilveliai išstumia visą juose esantį kraują. Šis skysčio tūris, kurį širdis išstumia sistolės metu, vadinamas insulto tūriu arba insulto (sistoliniu) kiekiu. Šis rodiklis didėja su amžiumi proporcingai didėjančiam širdies dydžiui. Vienerių metų amžiaus vaikų širdis per vieną susitraukimą išskiria šiek tiek daugiau nei 10 ml kraujo, vaikams nuo 5 iki 16 metų ši vertė padidėja nuo 25 iki 62 ml. Šoko išstūmimo ir pulso dažnio verčių sandauga parodo per širdį per 1 minutę praeinančio kraujo kiekį ir vadinama minutiniu kraujo tūriu (MVV). Vienerių metų amžiaus vaikams IOC yra 1,2 l / min., iki mokyklinio amžiaus jis padidėja iki 2,6 l / min, o berniukams ir suaugusiems siekia 4 l / min ar daugiau.

Esant įvairiems krūviams, padidėjus deguonies ir maistinių medžiagų poreikiui, IOC gali padidėti labai ženkliai, o mažiems vaikams daugiausia dėl padažnėjusio širdies susitraukimų dažnio, o paaugliams ir suaugusiems – ir dėl padidėjusio šoko išėjimo, kuris pratimai gali padidėti 2 kartus. Treniruotų žmonių širdis dažniausiai būna didelė, dažnai – neadekvačiai išsiplėtęs kairysis skilvelis (vadinamoji „sportinė širdis“), o tokių sportininkų insulto galia net ramybės būsenoje gali būti net 2,5–3 kartus didesnė nei netreniruoto. asmuo. IOC reikšmė sportininkams taip pat yra 2,5-3 kartus didesnė, ypač esant apkrovoms, kurioms reikalinga maksimali raumenų oksidacinių sistemų ir atitinkamai kūno transporto sistemų įtampa. Tuo pačiu metu treniruotiems žmonėms fizinis aktyvumas sukelia mažesnį širdies susitraukimų dažnio padidėjimą nei netreniruotiems žmonėms. Ši aplinkybė naudojama vertinant kūno rengybos lygį ir „fizinę veiklą, kai pulsas yra 170 dūžių / min.“.

Tūrinis kraujo tėkmės greitis (t. y. kraujo kiekis, praeinantis per širdį per minutę) gali būti mažai susijęs su kraujo ir jį sudarančių ląstelių tiesiniu greičiu per kraujagysles. Faktas yra tas, kad linijinis greitis priklauso ne tik nuo pernešamo skysčio tūrio, bet ir nuo vamzdžio, kuriuo teka šis skystis, spindžio (29 pav.). Kuo toliau nuo širdies, bendras arterijų, arteriolių ir kapiliarų kraujagyslių spindis tampa vis didesnis, nes su kiekvienu nuosekliu išsišakojimu didėja bendras kraujagyslių skersmuo. Todėl didžiausias tiesinis kraujo judėjimo greitis stebimas storiausioje kraujagyslėje – aortoje. Čia kraujas teka 0,5 m/s greičiu. Pasiekus kapiliarus, kurių bendras spindis yra maždaug 1000 kartų didesnis už aortos skerspjūvio plotą, kraujas teka jau nedideliu greičiu – tik 0,5 mm/s. Šis lėtas kraujo tekėjimas per kapiliarus, esančius giliai audiniuose, suteikia pakankamai laiko visiškam dujų ir kitų medžiagų apsikeitimui tarp kraujo ir aplinkinių audinių. Kraujo tėkmės greitis, kaip taisyklė, atitinka medžiagų apykaitos procesų intensyvumą. Tai užtikrina homeostatiniai kraujotakos reguliavimo mechanizmai. Taigi, esant per dideliam rinkinio audinių tiekimui

Kūno deguonies režimo samprata. Deguonis organizme keliauja ilgą kelią (18 pav.). Patekęs į vidų dujų molekulių pavidalu, jis jau plaučiuose dalyvauja daugelyje cheminių reakcijų, užtikrinančių tolesnį jo transportavimą į kūno ląsteles. Ten, patekęs į mitochondrijas, deguonis oksiduoja įvairius organinius junginius, galiausiai paverčiant juos vandeniu ir anglies dioksidu. Šioje formoje iš organizmo pašalinamas deguonis.

Dėl ko deguonis iš atmosferos prasiskverbia į plaučius, tada į kraują, o iš ten į audinius ir ląsteles, kur jis jau patenka į biochemines reakcijas? Akivaizdu, kad yra tam tikra jėga, kuri lemia būtent tokią šių dujų molekulių judėjimo kryptį. Ši jėga yra koncentracijos gradientas. Deguonies kiekis atmosferos ore yra daug didesnis nei intrapulmoninės erdvės (alveolių) ore. Deguonies kiekis alveolėse – plaučių pūslelėse, kuriose vyksta dujų mainai tarp oro ir kraujo – yra daug didesnis nei veniniame kraujyje. Audiniai turi daug mažiau deguonies nei arterinis kraujas, o mitochondrijose yra nereikšmingas deguonies kiekis, nes į juos patenkančios šių dujų molekulės iš karto patenka į oksidacinių reakcijų ciklą ir virsta cheminiais junginiais. Ši palaipsniui mažėjančių koncentracijų kaskada, atspindinti jėgos gradientus, dėl kurios deguonis iš atmosferos prasiskverbia į organizmo ląsteles, paprastai vadinama organizmo deguonies režimu (19 pav.). Atvirkščiai, deguonies režimą apibūdina aprašytos kaskados kiekybiniai parametrai. Viršutinė kaskados pakopa apibūdina deguonies kiekį atmosferos ore, kuris įkvėpimo metu prasiskverbia į plaučius. Antrasis žingsnis yra O2 kiekis alveolių ore. Trečias žingsnis – O 2 kiekis tiesiog praturtintame deguonimi arteriniame kraujyje. Ir galiausiai ketvirtas žingsnis – deguonies įtempimas veniniame kraujyje, kuris jame esantį deguonį paaukojo audiniams. Šie keturi žingsniai sudaro tris „skrydžius“, atspindinčius tikrus dujų mainų procesus organizme. Tarp 1 ir 2 žingsnių "tarpas" atitinka plaučių dujų mainus, tarp 2 ir 3 žingsnių - deguonies pernešimą krauju, o tarp 3 ir 4 žingsnių - audinių dujų mainus. Kuo didesnis žingsnio aukštis, tuo didesnis koncentracijos skirtumas, tuo didesnis gradientas, kuriuo šiame etape transportuojamas deguonis. Su amžiumi didėja pirmojo „tarpo“, tai yra plaučių dujų mainų gradiento, aukštis; antrasis „tarpas“, t.y. 02 kraujo transportavimo gradientas, o trečiojo „tarpo“, atspindinčio audinių dujų mainų gradientą, aukštis mažėja. Su amžiumi susijęs audinių oksidacijos intensyvumo mažėjimas yra tiesioginė energijos apykaitos intensyvumo mažėjimo su amžiumi pasekmė.

Ryžiai. 19. Deguonies pernešimas žmonėms (kryptis rodoma rodyklėmis)

Ryžiai. 20. Deguonies įtampų kaskada įkvepiamame ore (I), alveolėse (A), arterijose (a) ir venose (K) 5 metų berniukui, 15 metų paaugliui ir suaugusiam 30 metų amžiaus

KAS YRA ANGLIES DUJOS?

Gyvybė Žemėje vystėsi milijardus metų esant didelei anglies dioksido koncentracijai. O anglies dioksidas tapo būtinu medžiagų apykaitos komponentu. Gyvūnų ir žmogaus ląstelėms reikia apie 7 procentus anglies dioksido. O deguonies yra tik 2 proc. Šį faktą nustatė embriologai. Apvaisintas kiaušinėlis pirmosiomis dienomis yra beveik deguonies neturinčioje aplinkoje – deguonis jam tiesiog pražūtingas. Ir tik implantuojant ir formuojant placentos kraujotaką, pamažu pradedamas diegti aerobinis energijos gamybos būdas.

Vaisiaus kraujyje yra mažai deguonies ir daug anglies dvideginio, palyginti su suaugusio žmogaus krauju.

Vienas iš pagrindinių biologijos dėsnių sako, kad kiekvienas organizmas savo individualioje raidoje atkartoja visą savo rūšies evoliucijos kelią, pradedant nuo vienaląstės būtybės ir baigiant labai išsivysčiusiu individu. Iš tiesų, visi žinome, kad įsčiose iš pradžių buvome paprasta vienaląstė būtybė, vėliau – daugialąstė kempinė, vėliau embrionas atrodė kaip žuvis, vėliau – tritonas, šuo, beždžionė ir galiausiai žmogus.

Evoliucijos metu vyksta ne tik pats vaisius, bet ir jo dujinė aplinka. Vaisiaus kraujyje yra 4 kartus mažiau deguonies ir 2 kartus mažiau anglies dioksido nei suaugusio žmogaus kraujyje. Jei vaisiaus kraujas pradeda prisotinti deguonimi, jis akimirksniu miršta.

Deguonies perteklius kenkia visoms gyvoms būtybėms, nes deguonis yra stiprus oksidatorius, kuris tam tikromis sąlygomis gali sunaikinti ląstelių membranas.

Gimusiam vaikui po pirmųjų kvėpavimo judesių, paimant kraują iš bambos arterijos, buvo nustatytas ir didelis anglies dvideginio kiekis. Ar tai reiškia, kad motinos kūnas siekia sukurti aplinką normaliam vaisiaus vystymuisi, kuri planetoje buvo prieš milijardus metų?

Ir paimkite kitą faktą: aukštaičiai beveik neserga tokiomis miestiečių tarpe paplitusiomis ligomis kaip astma, hipertenzija ar krūtinės angina.

Ar dėl to, kad trijų–keturių tūkstančių metrų aukštyje deguonies kiekis ore yra daug mažesnis? Didėjant aukščiui, oro tankis mažėja, atitinkamai mažėja ir deguonies kiekis įkvepiamame tūryje, tačiau paradoksalu, bet tai teigiamai veikia žmogaus sveikatą.

Stebėtina tai, kad pratimai, sukeliantys hipoksiją lygumose, yra naudingesni sveikatai nei tiesiog buvimas kalnuose, net ir tiems, kurie lengvai ištveria kalnų klimatą. Taip yra dėl to, kad kvėpuodamas plonu kalnų oru žmogus kvėpuoja giliau nei įprastai, kad gautų daugiau deguonies. Gilesnis įkvėpimas automatiškai sukelia gilesnius iškvėpimus, o kadangi iškvėpdami nuolat netenkame anglies dioksido, gilesnis kvėpavimas sukelia per daug jo netekimo, o tai gali neigiamai paveikti sveikatą.

Pastebėkime, kad kalnų liga siejama ne tik su deguonies trūkumu, bet ir su dideliu anglies dvideginio praradimu giliai kvėpuojant.

Tokių aerobinių ciklinių pratimų kaip bėgimas, plaukimas, irklavimas, važiavimas dviračiu, slidinėjimas ir kt. naudą daugiausia lemia tai, kad organizme susidaro vidutinio sunkumo hipoksijos režimas, kai organizmo deguonies poreikis viršija kvėpavimo aparato gebėjimą. patenkinti šį poreikį, ir hiperkapnija, kai organizmas gamina daugiau anglies dioksido, nei organizmas gali išskirti per plaučius.

Apibendrinta gyvybės teorija yra tokia:

anglies dioksidas yra visos gyvybės Žemėje mitybos pagrindas; jei jis dings iš oro, pražus visa gyva būtybė.
anglies dioksidas yra pagrindinis visų organizmo funkcijų reguliatorius, pagrindinė organizmo terpė, visų vitaminų vitaminas. Jis reguliuoja visų vitaminų ir fermentų veiklą. Jei to nepakanka, tada visi vitaminai ir fermentai veikia blogai, nekokybiškai, nenormaliai. Dėl to sutrinka medžiagų apykaita, o tai sukelia alergijas, vėžį ir druskų nusėdimą.

Dujų mainų procese deguonis ir anglies dioksidas yra itin svarbūs.

Deguonis į organizmą patenka kartu su oru, per bronchus, tada patenka į plaučius, iš ten į kraują, o iš kraujo į audinius. Atrodo, kad deguonis yra savotiškas vertingas elementas, jis yra tarsi bet kokios gyvybės šaltinis, o kai kas net lygina jį su iš jogos žinoma „Pranos“ sąvoka. Klaidingos nuomonės nebėra. Tiesą sakant, deguonis yra regeneruojantis elementas, kuris padeda išvalyti ląstelę nuo visų atliekų ir tam tikru būdu jas sudeginti. Atliekos ląstelės turi būti nuolat valomos, kitaip padidėja intoksikacija arba miršta. Smegenų ląstelės yra jautriausios intoksikacijai, jos miršta be deguonies (apnėjos atveju) po keturių minučių.
Anglies dioksidas šią grandinę praeina priešinga kryptimi: susidaro audiniuose, tada patenka į kraują ir iš ten per kvėpavimo takus pasišalina iš organizmo.

Sveikam žmogui šie du procesai yra pastovios pusiausvyros būsenoje, kai anglies dioksido ir deguonies santykis yra 3:1.

Anglies dioksido, priešingai populiariam įsitikinimui, organizmui reikia ne mažiau nei deguonies. Anglies dioksido slėgis veikia smegenų žievę, kvėpavimo ir vazomotorinius centrus, anglies dioksidas taip pat suteikia tonusą ir tam tikrą pasirengimą įvairių centrinės nervų sistemos dalių veiklai, yra atsakingas už kraujagyslių, bronchų tonusą, medžiagų apykaitą. , hormonų sekrecija, kraujo ir audinių elektrolitų sudėtis. Tai reiškia, kad jis netiesiogiai veikia fermentų veiklą ir beveik visų biocheminių organizmo reakcijų greitį. Kita vertus, deguonis tarnauja kaip energetinė medžiaga, o jo reguliavimo funkcijos yra ribotos.

Anglies dioksidas yra gyvybės šaltinis ir organizmo funkcijų regeneratorius, o deguonis – energetinis.
Senovėje mūsų planetos atmosfera buvo labai prisotinta anglies dioksido (daugiau nei 90%), tai buvo ir dabar yra natūrali gyvų ląstelių statybinė medžiaga. Pavyzdžiui, augalų biosintezės reakcija yra anglies dioksido absorbcija, anglies panaudojimas ir deguonies išsiskyrimas, o būtent tuo metu planetoje buvo labai vešli augmenija.

Anglies dioksidas taip pat dalyvauja gyvulinių baltymų biosintezėje, kurioje kai kurie mokslininkai įžvelgia galimą milžiniškų gyvūnų ir augalų egzistavimo priežastį prieš daugelį milijonų metų.

Dėl vešlios augmenijos palaipsniui pasikeitė oro sudėtis, sumažėjo anglies dioksido kiekis, tačiau vidines ląstelių darbo sąlygas vis tiek lėmė didelis anglies dioksido kiekis. Pirmieji gyvūnai, kurie pasirodė Žemėje ir maitinosi augalais, buvo atmosferoje, kurioje buvo daug anglies dioksido. Todėl jų ląstelėms, o vėliau ir šiuolaikinių gyvūnų bei žmonių ląstelėms, sukurtoms senovės genetinės atminties pagrindu, reikia anglies dvideginio aplinkos savyje (6-8% anglies dvideginio ir 1-2% deguonies) ir kraujo (7- 7,5% anglies dioksido).

Augalai sunaudojo beveik visą anglies dvideginį iš oro ir didžioji jo dalis anglies junginių pavidalu kartu su augalų mirtimi nukrito į žemę, pavirsdama mineralais (anglimis, nafta, durpėmis). Šiuo metu atmosferoje yra apie 0,03 % anglies dioksido ir apie 21 % deguonies.

Yra žinoma, kad ore yra apie 21% deguonies. Tuo pačiu metu jo sumažėjimas iki 15% arba padidinimas iki 80% neturės jokios įtakos mūsų organizmui. Yra žinoma, kad iš plaučių iškvepiamame ore yra dar 14–15% deguonies, tai liudija dirbtinio kvėpavimo metodas „iš burnos į burną“, kuris kitu atveju būtų neveiksmingas. Iš 21 % deguonies tik 6 % sugeria kūno audiniai. Skirtingai nei deguonies, mūsų organizmas iš karto reaguoja į anglies dvideginio koncentracijos pasikeitimą viena ar kita kryptimi tik 0,1% ir bando ją grąžinti į normalią. Taigi galime daryti išvadą, kad anglies dioksidas mūsų organizmui yra apie 60-80 kartų svarbesnis už deguonį.

Todėl galime teigti, kad išorinio kvėpavimo efektyvumą gali nulemti anglies dvideginio lygis alveolėse.

Tačiau normaliam gyvenimui anglies dvideginio kraujyje turėtų būti 7-7,5%, o alveolių ore - 6,5%.

Jo negalima gauti iš išorės, nes atmosferoje beveik nėra anglies dioksido. Gyvūnai ir žmonės jį gauna visiškai suskaidę maistą, nes anglies pagrindu pagaminti baltymai, riebalai, angliavandeniai, degdami audiniuose su deguonimi, sudaro neįkainojamą anglies dioksidą - gyvybės pagrindą. Anglies dioksido kiekio sumažėjimas organizme žemiau 4% yra mirtis.

CO 2 užduotis yra sukelti kvėpavimo refleksą. Kai jos slėgis pakyla, smulkių nervinių galūnėlių (receptorių) tinklas iš karto siunčia žinutę į nugaros smegenų ir galvos smegenų svogūnėlius – kvėpavimo centrus, iš kurių seka komanda pradėti kvėpavimo veiksmą. Vadinasi, anglies dioksidas gali būti laikomas sarginiu šunimi, signalizuojančiu apie pavojų. Esant hiperventiliacijai, šuo laikinai apšviestas už durų.

Anglies dioksidas reguliuoja medžiagų apykaitą, nes tarnauja kaip žaliava, o deguonis naudojamas organinėms medžiagoms deginti, tai yra tik energetinis gėrimas.

Anglies dioksido vaidmuo organizmo gyvenime yra labai įvairus. Štai tik keletas pagrindinių jo savybių:

tai puikus vazodilatatorius;
yra nervų sistemos raminamasis (trankviliantas), todėl puikus anestetikas;
dalyvauja aminorūgščių sintezėje organizme;
vaidina svarbų vaidmenį stimuliuojant kvėpavimo centrą.

Dažniausiai, kadangi anglies dioksidas yra gyvybiškai svarbus, dėl per didelio jo praradimo vienu ar kitu laipsniu įsijungia gynybiniai mechanizmai, kurie bando sustabdyti jo pašalinimą iš organizmo. Jie apima:

Kraujagyslių, bronchų ir visų organų lygiųjų raumenų spazmai;
- kraujagyslių susiaurėjimas;
- gleivių sekrecijos padidėjimas bronchuose, nosies kanaluose, adenoidų, polipų atsiradimas;
- membranų sustorėjimas dėl cholesterolio nusėdimo, kuris prisideda prie audinių sklerozės vystymosi.

Visi šie momentai, kartu su deguonies tiekimo į ląsteles sunkumais, kai kraujyje sumažėja anglies dioksido kiekis (Verigo-Bohr efektas), sukelia deguonies badą, sulėtėja veninio kraujo tekėjimas (po kurio atsiranda nuolatinė varikozė). venos).
Daugiau nei prieš šimtą metų rusų mokslininkas Verigo, o paskui danų fiziologas Christianas Bohras atrado jų vardu pavadintą efektą.
Tai slypi tame, kad esant anglies dioksido trūkumui kraujyje, sutrinka visi organizmo biocheminiai procesai. Tai reiškia, kad kuo giliau ir intensyviau žmogus kvėpuoja, tuo didesnis organizmo deguonies badas!
Kuo daugiau CO2 organizme (kraujyje), tuo daugiau 02 (per arterioles ir kapiliarus) pasiekia ląsteles ir jos pasisavinamos.
Deguonies perteklius ir anglies dioksido trūkumas sukelia deguonies badą.
Nustatyta, kad be anglies dioksido deguonis negali būti išleistas iš surištos būsenos su hemoglobinu (Verigo-Bohr efektas), o tai lemia organizmo deguonies badą net ir esant didelei šių dujų koncentracijai kraujyje.

Kuo labiau pastebimas anglies dioksido kiekis arteriniame kraujyje, tuo lengviau iš hemoglobino pašalinamas deguonis ir pernešamas į audinius bei organus, ir atvirkščiai – anglies dvideginio trūkumas kraujyje prisideda prie deguonies fiksavimo eritrocituose. Kraujas cirkuliuoja visame kūne, bet neišskiria deguonies! Susidaro paradoksali būsena: kraujyje pakanka deguonies, o organai signalizuoja apie itin didelį jo trūkumą. Žmogus pradeda dusti, bando įkvėpti ir iškvėpti, bando kvėpuoti dažniau ir dar labiau išplauna iš kraujo anglies dvideginį, fiksuodamas deguonį raudonuosiuose kraujo kūneliuose.

Gerai žinoma, kad intensyvios sportinės veiklos metu sportininko kraujyje padidėja anglies dvideginio kiekis. Pasirodo, sportas būtent tam ir naudingas. Ir ne tik sportas, bet ir bet kokia mankšta, gimnastika, fizinis darbas, žodžiu – judėjimas.

Padidėjęs CO2 kiekis skatina mažųjų arterijų (nuo kurių tonuso priklauso funkcionuojančių kapiliarų skaičius) išsiplėtimą ir galvos smegenų kraujotakos padidėjimą. Reguliari hiperkapnija suaktyvina kraujagyslių augimo faktorių gamybą, todėl formuojasi labiau išsišakojęs kapiliarų tinklas ir optimizuojama audinių cirkuliacija smegenyse.

Taip pat pieno rūgštimi galite parūgštinti kraują kapiliaruose, o tada fizinio ilgesnio krūvio metu atsiranda antrojo kvėpavimo efektas. Norint paspartinti antrojo kvėpavimo atsiradimą, sportininkams patariama kiek įmanoma ilgiau sulaikyti kvėpavimą. Sportininkas bėga ilgą distanciją, nėra jėgų, viskas kaip normaliam žmogui. Normalus žmogus sustoja ir sako: „Tai tiek, aš nebegaliu“. Atletas sulaiko kvėpavimą ir jam užplūsta antras vėjas, ir jis bėga toliau.

Kvėpavimą tam tikru mastu kontroliuoja protas. Galime priversti save kvėpuoti dažniau ar rečiau ar net sulaikyti kvėpavimą. Tačiau, kad ir kaip ilgai bandytume sulaikyti kvėpavimą, ateina momentas, kai tai tampa neįmanoma. Kito įkvėpimo signalas yra ne deguonies trūkumas, kas gali atrodyti logiška, o anglies dioksido perteklius. Būtent kraujyje susikaupęs anglies dioksidas yra fiziologinis kvėpavimo stimuliatorius. Atradus anglies dioksido vaidmenį, jo buvo pradėta dėti į nardytojų dujų mišinius, siekiant paskatinti kvėpavimo centro darbą. Toks pat principas taikomas ir anestezijai.

Visas kvėpavimo menas – anglies dvideginio beveik neiškvėpti, kuo mažiau jo prarasti. Jogų kvėpavimas atitinka šį reikalavimą.

O paprastų žmonių kvėpavimas – tai lėtinė plaučių hiperventiliacija, per didelis anglies dvideginio pašalinimas iš organizmo, dėl kurio atsiranda apie 150 rimtų ligų, dažnai vadinamų civilizacijos ligomis.

ANGLIES DUJŲ VAIDMUO ARTERINĖS HIPERTENZIJOS RAIDYMOJE

Tuo tarpu teiginį, kad pagrindinė hipertenzijos priežastis yra būtent nepakankama anglies dvideginio koncentracija kraujyje, labai lengva patikrinti. Tereikia išsiaiškinti, kiek anglies dvideginio yra hipertenzija sergančių ir sveikų žmonių arteriniame kraujyje. Būtent tai 90-ųjų pradžioje padarė Rusijos fiziologai.

Atlikti didelių įvairaus amžiaus gyventojų grupių kraujo dujų sudėties tyrimai, kurių rezultatus galima rasti knygoje „Fiziologinis anglies dioksido vaidmuo ir žmogaus veikla“ (NA Agadzhanyan, NP Krasnikov, IN Polunin, 1995 m. ) leido padaryti nedviprasmišką išvadą apie nuolatinio mikrokraujagyslių spazmo priežastį – arteriolių hipertenziją. Didžioji dauguma tirtų pagyvenusių žmonių ramybės būsenoje arteriniame kraujyje yra 3,6-4,5% anglies dvideginio (su norma 6-6,5%).

Taigi buvo gauta faktinių įrodymų, kad pagrindinė daugelio senyvo amžiaus žmonėms būdingų lėtinių negalavimų priežastis yra jų organizmo gebėjimo nuolat palaikyti normaliai artimą anglies dvideginio kiekį arteriniame kraujyje. O tai, kad jaunų ir sveikų žmonių kraujyje yra 6-6,5% anglies dvideginio, yra seniai žinoma fiziologinė aksioma.

Kas lemia anglies dioksido koncentraciją arteriniame kraujyje?

Kūno ląstelėse nuolat susidaro anglies dioksidas CO2. Jo pašalinimo iš organizmo per plaučius procesą griežtai reguliuoja kvėpavimo centras – smegenų dalis, kontroliuojanti išorinį kvėpavimą. Sveikiems žmonėms kiekvienu laiko momentu plaučių ventiliacijos lygis (kvėpavimo dažnis ir gylis) yra toks, kad CO2 iš organizmo pasišalina būtent toks kiekis, kad arteriniame kraujyje jo visada liktų bent 6 proc. Tikrai sveikas (fiziologine prasme) organizmas neleidžia anglies dioksido kiekiui sumažinti mažiau nei šis skaičius ir padidinti daugiau nei 6,5%.

Įdomu pastebėti, kad daugybės labai skirtingų rodiklių, nustatytų poliklinikose ir diagnostikos centruose atliktuose tyrimuose, reikšmės jauniems ir pagyvenusiems žmonėms skiriasi dalimis, daugiausiai keliais procentais. Ir tik anglies dioksido kiekio kraujyje rodikliai skiriasi maždaug pusantro karto. Nėra kito tokio aiškaus ir konkretaus skirtumo tarp sveiko ir sergančio.

ANGLIES DUJOS YRA GALINGAS VAZODILIATORIAUS (IŠplečia indus)

Anglies dioksidas yra kraujagysles plečianti medžiaga, kuri veikia tiesiogiai kraujagyslių sienelę, todėl sulaikius kvėpavimą stebima šilta oda. Kvėpavimo sulaikymas yra svarbi Bodyflex treniruotės dalis.Viskas vyksta taip: Atliekate specialius kvėpavimo pratimus (įkvėpkite, iškvėpkite, tada įsitraukite į skrandį ir sulaikykite kvėpavimą, pasiimkite tempimo padėtį, suskaičiuokite iki 10, tada įkvėpkite ir atsipalaiduokite) .

Bodyflex pratimai prisideda prie kūno praturtinimo deguonimi. Jei sulaikote kvėpavimą 8-10 sekundžių, jūsų kraujyje kaupiasi anglies dioksidas. Tai išplečia arterijas ir paruošia ląsteles daug efektyvesniam deguonies pasisavinimui. Papildomas deguonis padeda susidoroti su daugeliu problemų, tokių kaip antsvoris, energijos trūkumas ir bloga savijauta.

Šiuo metu medicinos mokslininkai į anglies dioksidą žiūri kaip į galingą fiziologinį veiksnį, reguliuojantį daugybę organizmo sistemų: kvėpavimo, transportavimo, vazomotorinių, šalinimo, kraujodaros, imuninių, hormoninių ir kt.

Įrodyta, kad vietinį anglies dioksido poveikį ribotam audinių plotui lydi tūrinės kraujotakos padidėjimas, deguonies ištraukimo iš audinių greitis, jų metabolizmo padidėjimas, receptorių jautrumo atstatymas. , reparacinių procesų padidėjimas ir fibroblastų aktyvinimas. Bendrosios organizmo reakcijos į vietinį anglies dioksido poveikį yra vidutinio sunkumo dujų alkalozės išsivystymas, sustiprėjusi eritro- ir limfopoezė.

Hiperemija pasiekiama po oda suleidžiant CO 2, kuris pasižymi rezorbciniu, baktericidiniu ir priešuždegiminiu, analgeziniu ir antispazminiu poveikiu. Anglies dioksidas ilgą laiką gerina kraujotaką, kraujotaką smegenyse, širdyje ir kraujagyslėse. Karboksiterapija padeda atsirasti odos senėjimo požymiams, prisideda prie kūno formavimo, pašalina daug kosmetinių defektų ir netgi leidžia kovoti su celiulitu.

Plaukų augimo zonos kraujotakos stiprinimas leidžia pažadinti miegančius plaukų folikulus, o šis efektas leidžia naudoti karboksiterapiją nuo nuplikimo. Kas nutinka poodiniame audinyje? Riebalinėse ląstelėse, veikiant anglies dioksidui, skatinami lipolizės procesai, dėl to mažėja riebalinio audinio tūris. Procedūrų kursas padeda atsikratyti celiulito arba bent jau sumažina šio nemalonaus reiškinio sunkumą.

Amžiaus dėmės, su amžiumi susiję pakitimai, kaklo pokyčiai ir strijos yra dar keletas šio metodo indikacijų. Veido srityje karboksiterapija taikoma apatinio voko formai koreguoti, taip pat kovoti su dvigubu smakru. Paskirta technika nuo rožinės, nuo spuogų.

Taigi tampa aišku, kad anglies dioksidas mūsų organizme atlieka daugybę ir labai svarbių funkcijų, o deguonis yra tik maistinių medžiagų oksidatorius energijos gamybos procese. Bet be to, kai deguonis „nesudeginamas“ iki galo, susidaro labai toksiški produktai – laisvosios reaktyviosios deguonies rūšys, laisvieji radikalai. Jie yra pagrindinis paleidimo mechanizmas, skatinantis kūno ląstelių senėjimą ir degeneraciją, iškreipiant labai subtilias ir sudėtingas tarpląstelines struktūras su nekontroliuojamomis reakcijomis.

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, daroma neįprasta išvada:

Kvėpavimo menas yra vos iškvėpti anglies dvideginį ir kuo mažiau jo prarasti.

Kalbant apie visų kvėpavimo technikų esmę, jie iš esmės daro tą patį – sulaikydami kvėpavimą padidina anglies dvideginio kiekį kraujyje. Skirtumas tik tas, kad skirtingais metodais tai pasiekiama skirtingai – arba sulaikant kvėpavimą įkvėpus, arba iškvėpus, arba ilgai iškvėpiant, arba ilgai įkvėpus, arba jų deriniais.

Jei į gryną deguonį įpilsite anglies dioksido ir leisite sunkiai sergančiam žmogui kvėpuoti, jo būklė pagerės daugiau nei kvėpavus grynu deguonimi. Paaiškėjo, kad anglies dioksidas iki tam tikros ribos skatina visapusiškesnį deguonies pasisavinimą organizme. Ši riba yra 8 % CO2. Padidėjus CO2 kiekiui iki 8%, padidėja O2 asimiliacija, o vėliau, dar labiau padidėjus CO2 kiekiui, O2 asimiliacija pradeda mažėti. Tai reiškia, kad organizmas ne pašalina, o „praranda“ anglies dvideginį su iškvepiamu oru, o tam tikras šių nuostolių apribojimas turėtų turėti teigiamą poveikį organizmui.

Jei dar labiau sumažinsite kvėpavimą, kaip pataria jogai, tada žmogus išsiugdys super ištvermę, didelį sveikatos potencialą, atsiras visos prielaidos ilgaamžiškumui.

Atlikdami tokius pratimus, organizme sukuriame hipoksiją – deguonies trūkumą, o hiperkapniją – anglies dvideginio perteklių. Pažymėtina, kad net ir ilgiausiai sulaikius kvėpavimą, CO 2 kiekis alveolių ore neviršija 7 proc., todėl nereikia bijoti žalingo pernelyg didelių CO 2 dozių poveikio.

Tyrimai rodo, kad 18 dienų po 20 minučių kasdien treniruojant hipoksiją-hiperkapniją, savijauta statistiškai reikšmingai pagerėjo 10%, gebėjimas logiškai mąstyti pagerėjo 25%, o darbinė atmintis padidėja 20 proc.

Visą laiką reikia stengtis kvėpuoti negiliai (kad kvėpavimas nebūtų nei pastebimas, nei girdimas) ir retai, stengiantis kiek įmanoma labiau ištempti automatines pozas po kiekvieno iškvėpimo.

Jogai sako, kad kiekvienam žmogui nuo gimimo leidžiamas tam tikras įkvėpimų skaičius ir šis rezervas turi būti saugomas. Šioje originalioje formoje jie ragina sumažinti kvėpavimo dažnį.

Prisiminkime, kad Patanjali pranajamą vadino „įkvepiamo ir iškvepiamo oro judėjimo sustabdymu“, tai yra iš tikrųjų – hipoventiliacija. Taip pat reikia atsiminti, kad, anot to paties šaltinio, pranajamos „protas tampa tinkamas susikaupti“.

Išties, kiekvienas organas, kiekviena ląstelė turi savo gyvybės rezervą – genetiškai pagrįstą darbo programą su tam tikra riba. Optimalus šios programos įgyvendinimas atneš žmogui sveikatą ir ilgaamžiškumą (kiek leis genetinis kodas). Jo nepaisymas, gamtos dėsnių pažeidimas sukelia ligas ir ankstyvą mirtį.

Kodėl į limonadus ir mineralinius vandenis dedama anglies dvideginio?
CO (anglies monoksidas) yra toksiškas – jo negalima painioti su CO 2 (anglies dioksidu)
Kumbhaka arba hipoventiliacijos metodai jogoje
Kuo mes kvėpuojame – deguonies, azoto ir anglies dioksido vertė
Karboksiterapija – grožio dujų injekcijos
Kokios yra anglies dvideginio augimo atmosferoje pasekmės gyvam organui
Anglies dioksido vaidmuo palaikant sveikatą
Anglies dioksido vaidmuo gyvenime

Kvėpavimas generuoti energiją

Energija reikalinga naujoms molekulėms ir galiausiai naujoms ląstelėms kurti. Ne mažiau jo išleidžiama atskirų organų ir audinių darbui. Visas organizmo energijos sąnaudas padengia baltymų, riebalų ir angliavandenių oksidacija, kitaip tariant, šių medžiagų deginimas.

Oksidacijai reikalingas deguonis. Kvėpavimo organai taip pat užsiima jo pristatymu. Žmonėms šią funkciją atlieka plaučiai. Tačiau ritmiškų krūtinės ląstos judesių nereikėtų vadinti kvėpavimu, dėl kurio oras arba įsiurbiamas į plaučius, arba išspaudžiamas. Tai dar ne pats kvėpavimas, o tik jam būtino deguonies transportavimas.

Kvėpavimo esmė – oksidaciniai procesai, kurie tik miglotai primena degimą ir niekaip negali būti su juo tapatinami. Normalaus degimo metu deguonis yra tiesiogiai prijungtas prie oksiduojančios medžiagos. Biologinės baltymų, riebalų ar angliavandenių oksidacijos metu iš jų pasiima vandenilis, kuris savo ruožtu sumažina deguonį, sudarydamas vandenį. Prisiminkite šį audinių kvėpavimo modelį, vis tiek turime prie jo grįžti.

Oksidacija yra svarbiausias energijos gavimo būdas. Būtent todėl astronomai, tyrinėdami Saulės sistemos planetas, pirmiausia stengiasi išsiaiškinti, ar jose nėra deguonies ir vandens. Ten, kur jie yra, galima tikėtis gyvybės. Nieko keisto, kad džiugią žinią apie pirmąjį pasaulyje minkštą sovietinės tarpplanetinės stoties „Venus-4“ nusileidimą Veneros planetoje aptemdė žinia, kad jos atmosferoje laisvo deguonies praktiškai nėra, vandens labai mažai, o temperatūra siekia 300 laipsnių. .

Tačiau nenusiminkite. Net jei Veneroje visiškai nėra gyvybės pėdsakų, šioje planetoje dar ne viskas prarasta. Galima įsikurti viršutiniuose jos atmosferos sluoksniuose, kur ne taip karšta, primityvūs vienaląsčiai augalai, kurie vartotų anglies dvideginį ir gamintų deguonį. Labai didelis Veneros atmosferos tankis leis joje plaukti mažytėms vienaląsčiams būtybėms nenukristi į planetos paviršių. Tokių organizmų pagalba galiausiai būtų galima radikaliai pakeisti Veneros atmosferos dujų sudėtį.

Ši užduotis yra gana tinkama žaliems augalams. Juk mūsų žemiškąją atmosferą, kokią mes žinome, sukūrė gyvi organizmai. Dabar Žemės augalai kasmet sunaudoja 650 milijardų tonų anglies dioksido, o gamina 350 milijardų tonų deguonies. Kadaise žemės atmosferoje buvo daug mažiau deguonies nei dabar, o anglies dvideginio – daug daugiau. Jums tiesiog reikia būti kantriems. Tikriausiai pakaks kelių šimtų milijonų metų, kad Veneros atmosfera radikaliai pakeistų. Yra pagrindo manyti, kad iki to laiko temperatūra šioje planetoje gerokai sumažės (juk kažkada Žemėje buvo karšta). Tada žemiečiai ten galės jaustis kaip namie!

Deguonies tiekimas

Norint gyventi, reikia kažkur gauti deguonies, o paskui tiekti juo kiekvieną kūno ląstelę. Dauguma mūsų planetos gyvūnų ima deguonį iš atmosferos arba ištraukia vandenyje ištirpusį deguonį. Tam naudojami plaučiai arba žiaunos, o tada kraujas tiekiamas į visus kūno kampelius.

Iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, kad deguonies ištraukimas iš vandens ar oro yra pati sunkiausia užduoties dalis. Visai ne. Gyvūnams nereikėjo išradinėti jokių specialių prietaisų. Į plaučius ar žiaunas tekantį kraują deguonis patenka tik difuzijos dėka, tai yra dėl to, kad kraujyje deguonies yra mažiau nei aplinkoje, o dujinės ir skystos medžiagos stengiasi pasiskirstyti taip, kad jų kiekis visur būtų vienodas.

Gamta ne iš karto pagalvojo apie plaučius ir žiaunas. Pirmieji daugialąsčiai gyvi organizmai jų neturėjo, jie kvėpavo visu kūno paviršiumi. Visi vėlesni labiau išsivystę gyvūnai, įskaitant žmones, nors ir įgijo specialius kvėpavimo organus, neprarado gebėjimo kvėpuoti oda. Tik šarvais apsirengę gyvūnai – vėžliai, šarvuočiai, krabai ir panašiai – šia privilegija nesinaudoja.

Žmonėms kvėpuojant dalyvauja visas kūno paviršius – nuo storiausio kulnų epidermio iki plaukais padengtos galvos odos. Ypač intensyviai kvėpuoja krūtinės, nugaros ir pilvo oda. Įdomu tai, kad šios odos sritys kvėpavimo intensyvumo požiūriu yra daug galingesnės nei plaučiai. Taigi, pavyzdžiui, esant tokio pat dydžio kvėpavimo paviršiui, deguonies gali būti absorbuojamas 28, o anglies dvideginio - net 54 procentais daugiau nei plaučiuose.

Kokia yra šio odos pranašumo prieš plaučius priežastis, nežinoma. Galbūt tai, kad oda kvėpuoja švariu oru, o mes prastai vėdiname plaučius. Net ir esant giliausiam iškvėpimui plaučiuose išlieka tam tikras toli gražu ne pačios geriausios sudėties oro tiekimas, kuriame yra daug mažiau deguonies nei išorinėje atmosferoje, ir daug anglies dioksido. Kai dar kartą įkvepiame, naujai tiekiamas oras susimaišo su jau plaučiuose esančiu oru, ir tai labai pablogina pastarojo kokybę. Nenuostabu, jei tai yra odos kvėpavimo privalumas.

Tačiau odos dalis bendrame žmogaus kvėpavimo balanse, palyginti su plaučiais, yra nereikšminga. Juk bendras jo paviršius žmoguje siekia vos 2 kvadratinius metrus, o plaučių paviršius, išplėtus visus 700 milijonų alveolių, mikroskopinių burbuliukų, per kurių sieneles vyksta dujų mainai tarp oro ir kraujo, yra mažiausiai 90 -100, tai yra 45 -50 kartų daugiau.

Kvėpavimas per išorinius kūno dangčius deguonimi gali aprūpinti tik labai mažus gyvūnus. Todėl net gyvūnų karalystės atsiradimo aušroje gamta bandė, ką tam panaudoti. Visų pirma, pasirinkimas teko virškinimo organams.

Žarnyno gyvūnai susideda tik iš dviejų ląstelių sluoksnių. Išorinis deguonį ištraukia iš aplinkos, vidinis – iš vandens, laisvai tekančio į žarnyno ertmę. Jau plokščiosios kirmėlės, sudėtingesnių virškinimo organų savininkai, negalėjo jų panaudoti kvėpavimui. Ir jie turėjo likti plokšti, nes difuzija dideliame tūryje negali aprūpinti deguonimi giliai gulintiems audiniams.

Daugelis annelidinių kirmėlių, atsiradusių Žemėje po plokščiųjų, taip pat susitvarko su odos kvėpavimu, tačiau tai buvo įmanoma tik todėl, kad jie jau turėjo kraujotakos organus, pernešančius deguonį po visą kūną. Tačiau kai kurie žiedeliai įgijo pirmąjį specialų organą deguoniui iš aplinkinio vandens išgauti – žiaunas.

Visuose vėlesniuose gyvūnuose panašūs organai buvo pastatyti iš esmės pagal dvi schemas. Jei deguonį reikėjo gauti iš vandens, tai buvo specialios ataugos arba išsikišimai, laisvai nuplaunami vandens. Jei deguonis buvo išgaunamas iš oro, tai buvo įdubimai: nuo paprasto maišelio, kuris yra vynuoginės sraigės kvėpavimo organas arba tritonų ir salamandrų plaučiai, iki sudėtingų, į vynuoges panašių mikroskopinių burbulų blokų, tokių kaip sraigės plaučiai. žinduoliai.

Kvėpavimo sąlygos vandenyje ir sausumoje labai skiriasi viena nuo kitos. Pačiomis palankiausiomis sąlygomis litre vandens yra tik 10 kubinių centimetrų deguonies, o litre oro – 210, tai yra 20 kartų daugiau. Todėl gali stebėtis, kad vandens gyvūnų kvėpavimo organai negali išgauti pakankamai deguonies iš tokios turtingos aplinkos kaip oras. Žiaunų struktūra tokia, kad jos galėtų sėkmingai susidoroti su savo užduotimi ore, jei jų plonos plokštelės, netekusios vandens suteikiamos atramos, nesuliptų ir, netekusios apsaugos, neišdžiūtų. Dėl to sutrinka kraujotaka ir sustabdoma kvėpavimo funkcija.

Įdomi yra kvėpavimo organų kilmė. Jų kūrimui gamta naudojo tai, kas buvo išbandyta su labai mažai organizuotais padarais: oda ir virškinimo organais. Jūrinių kirminų žiaunos yra tik labai sudėtingos išorinės odos ataugos. Visų stuburinių gyvūnų žiaunos ir plaučiai yra kilę iš priekinės žarnos.

Vabzdžių kvėpavimo sistema yra labai savotiška. Jie nusprendė, kad nereikia per daug komplikuoti klausimo. Lengviausias būdas yra leisti orui tiesiogiai pasiekti kiekvieną organą, kad ir kur jie būtų. Tai daroma labai paprastai. Visas vabzdžių kūnas yra persmelktas sudėtingų išsišakojusių vamzdelių sistema. Net smegenys yra perpildytos oro trachėjos, todėl jų galvose tiesiogine prasme vėjas.

Išsišakojusios trachėjos skersmuo mažėja, kol labai suplonėja, todėl gali priartėti prie kiekvienos kūno ląstelės ir čia dažnai suyra į labai mažų tracheolių pluoštą, kurio skersmuo mažesnis nei vienas mikronas. patenka tiesiai į ląstelių protoplazmą, kad vabzdžių deguonis būtų tiekiamas tiesiai į paskirties vietą. Ypač daug tracheolių yra ląstelėse, kurios intensyviai vartoja deguonį: didelėse skraidančių raumenų ląstelėse jos sukuria ištisus rezginius.

Vabzdžių kvėpavimo takai patys gali ieškoti vietų, kur pritrūksta deguonies. Taip elgiasi epidermio tracheolės – mažytės, mažesnio nei vieno mikrono skersmens ir ne daugiau kaip trečdalio milimetro ilgio, aklinai besibaigiantys kanalėliai. Kai šalia jų atsiranda audinių sritys, kurios intensyviai vartoja deguonį, aplinkinės tracheolės pradeda tempti, dažnai pailgėja visu milimetru.

Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad vabzdžiai sėkmingai išsprendė deguonies tiekimo problemą, tik praktika to nepatvirtina. Stiprus skersvėjis jų kūne gali greitai išdžiovinti vabzdį. Kad taip nenutiktų, trachėjos angos atsidaro tik labai trumpam, o daugeliui vandens vabzdžių jos paprastai būna sandarios. Šiuo atveju deguonis, difuzijos būdu per kūno paviršių arba žiaunas, prasiskverbia į kvėpavimo takus ir sklinda toliau išilgai jų taip pat difuzijos būdu.

Dideli sausumos vabzdžiai aktyviai kvėpuoja. 70–80 kartų per minutę susitraukia pilvo raumenys, jis išsilygina, išspaudžiamas oras. Tada atsipalaiduoja raumenys, pilvas įgauna ankstesnę formą ir įsiurbiamas oras. Įdomu tai, kad įkvėpimui ir iškvėpimui dažniausiai naudojami skirtingi kvėpavimo takai, įkvėpimas atliekamas per krūtinę, iškvėpimas per pilvą.

Dažnai pagrindiniai kvėpavimo organai negali atlikti savo užduoties. Tai pastebima gyvūnams, kurie persikėlė į itin skurdžią deguonies arba jiems visiškai neįprastą aplinką. O štai ko gamta netraukia padėti pagrindiniams kvėpavimo organams.

Visų pirma, plačiai naudojamos ir modernizuojamos jau išbandytos priemonės. Mūsų Tėvynės pietuose plačiai žinoma maža žuvelė – vėgėlė. Neretai aptinkama vasaroms išdžiūstančiose upeliuose, su upe visiškai praradusiose sąlytį su upeliais. Tokiuose rezervuaruose dugnas dažniausiai būna dumblinas, pūvančių augalų masė, todėl karštu vasaros laiku vandenyje labai mažai deguonies. Kad neuždustų, čiurliai turi „maitintis“ oru. Paprasčiau tariant, jie valgo, praryja ir per žarnyną perduoda kaip maistą. Virškinimas vyksta žarnų priekyje, kvėpavimas – gale.

Kad virškinimas mažiau trukdytų kvėpuoti, vidurinėje žarnyno dalyje yra specialios sekrecijos ląstelės, kurios apgaubia čia su gleivėmis atkeliaujančius maisto likučius, kad jie labai greitai praslystų per kvėpavimo tašką. Taip pat kvėpuoja ir kitos dvi mūsų gėlavandenės žuvys – dygliakrė ir spygliuočiai. Vargu ar patogu atlikti dvigubą vieno organo funkciją (kvėpavimą ir virškinimą). Matyt, dėl to didelis ordinas gėlavandenių žuvų iš atogrąžų Azijos įsigijo papildomą kvėpavimo aparatą – labirintą – labai įmantriai susipynusių kanalų ir ertmių sistemą, išsidėsčiusią išplėstoje pirmosios šakos arkos dalyje.

Mokslininkai ne iš karto suprato labirinto reikšmę. Garsusis Cuvier, kuris skrodydamas ananasus pirmasis atrado ir pakrikštijo šį paslaptingą organą, pasiūlė, kad žuvys, išlipdamos iš rezervuaro, sulaikytų vandenį labirinte. Anabas mėgsta keliauti, lengvai nuskaitydamas iš vieno rezervuaro į kitą.

Žuvų stebėjimai gamtoje nepadėjo išsiaiškinti funkcijos. Anglų zoologas Commersonas, pirmasis iš europiečių, sutikęs gana didelę žuvį – guramį, kurią vietiniai gyventojai nuo seno augino tvenkiniuose, pavadino ją Osphromenus olfacs, o tai lotyniškai reiškia Kvapas. Stebėdamas žuvis anglas pamatė, kad jos nuolat kyla į paviršių ir, iškišusios snukį, siurbia orą. Tais laikais niekas negalėjo pagalvoti, kad žuvys kvėpuoja oru! Taigi Commerson nusprendė, kad guramiis plūduriuos viršuje, kad sužinotų, kaip kvepia pasaulis.

Daug vėliau, kai jos pateko į Europos akvariumininkus, paaiškėjo, kad labirintinės žuvys kvėpuoja oru. Jų žiaunos yra neišsivysčiusios, o labirintas vaidina svarbų vaidmenį aprūpinant deguonimi. Jie negali išsiversti be oro. Jei įdėsite jas į akvariumą su gryniausiu, deguonies prisotintu vandeniu, bet atimsite galimybę išplaukti į paviršių ir gauti oro, labirintinės žuvys tiesiog „užsprings“ ir „nuskęs“.

Varlėms nelengva kvėpuoti, jų plaučiai toli gražu ne pirmos klasės, todėl kartais tenka būti įmantriam. 1900 metais Gabone, Afrikoje, buvo sugauta gauruota varlė. Ši žinia sukrėtė visą mokslo pasaulį. Moksliniuose sluoksniuose buvo manoma, kad tiksliai nustatyta, kad plaukų linija yra žinduolių prerogatyva. Kaip žinia, varlės „vaikšto“ nuogos. Neaišku, kodėl Gabono madų šonai ir letenos buvo padengtos vilna. Sunku buvo įsivaizduoti, kad jiems šalta. Juk net jei mūsų šiaurinės varlės, gyvenančios beveik ties poliariniu ratu, nesušąla, tai kodėl jų afrikietėms seserims sušalo?

Varlių kailių paslaptis egzistavo neilgai. Vos tik pažvelgėme į keistą kailį po mikroskopu, paaiškėjo, kad tai – paprastos odos ataugos. Tokia „vilna“, žinoma, negali sušilti, o Gabone nėra šalto oro. Vėlesni tyrimai parodė, kad varlių plaukai veikia kaip savotiškos žiaunos, kurių pagalba jos kvėpuoja ir vandenyje, ir sausumoje. Vilna auga tik vyrams. Veisimosi metu ant jų pečių krenta didelis fizinis krūvis, o jei nebūtų „plaukų“, jo atlikti trukdytų dusulys ir deguonies trūkumas.

Dar įdomesnis yra purvynininko kvėpavimas. Ši žuvis gyvena atogrąžų Indijoje ir ne tiek vandenyje, kiek purve. Žuvys yra greičiau sausumos gyvūnai. Jie gali ilgai keliauti sausuma ir netgi puikiai laipioti medžiais. Pakrantėje šios žuvys kvėpuoja uodega, kurios odoje labai išsišakojusi kraujotaka.

Tiriant purvo kaukių kvėpavimą, įvyko juokinga klaida. Paprasčiau tariant, šuolininkai pasirodė esą žiaurūs apgavikai. Mokslininkai pastebėjo, kad nors žuvys didžiąją dienos dalį praleidžia sausumoje, kur daugiausia gauna maisto, vikriai griebdamos pro šalį skrendančius vabzdžius, jos nemėgsta visiškai išsiskirti su vandeniu. Dažniausiai jie sėdi palei balos pakraščius, nuleidę uodegą į vandenį. Šokinėjant po drugelio, praskriejančio pro šalį, žuvis juda atgal, kol nuleidžia uodegą į vandenį.

Stebėdami tokias scenas mokslininkai nusprendė, kad uodegos pagalba džemperis iš vandens ištraukia deguonį. Tačiau spėję išmatuoti deguonies kiekį vandenyje, pamatė: jo tiek mažai, kad nėra prasmės drėkinti uodegą. Kaip dabar paaiškėjo, uodegos pagalba džemperis čiulpia vandenį, kurio jam tikrai reikia, kad sudrėkintų likusį kūną, išsiskirtų pakankamas kiekis gleivių. Šiuo metu jis beveik negauna deguonies per uodegą. Tačiau kai, sukaupęs pakankamą kiekį vandens, jis išeina iš rezervuaro, uodega tampa pagrindiniu kvėpavimo aparatu.

Umbra arba, kaip mes vadiname, Eudo žuvis, kvėpuoja plaukimo pūsle. Ji gyvena Moldovoje, Dniestro ir Dunojaus žemupyje. Eudoskoje esanti plaukimo pūslė yra sujungta su rykle plačiu lataku. Išlinkusi iš vandens žuvis užpildo burbulą oro. Jis tankiai susipynęs su kraujagyslėmis, čia lengvai į kraują prasiskverbia deguonis. Išmetamas oras, prisotintas anglies dioksido, karts nuo karto išspjauna umber. Kvėpuoti per plaukimo pūslę umberiui nėra smagu. Jei jai bus atimta galimybė nuryti orą, ji gyvens ne ilgiau kaip dieną.

Ne tik umbrui, bet ir daugeliui žuvų oras yra būtinas, nors ir dėl kitos priežasties. Daugumos žuvų mailius, išsiritęs iš kiaušinio, turi bent kartą įkvėpti. Štai kodėl žuvys dažniausiai neršia sekliose vietose. Priešingu atveju silpniems kūdikiams neužteks jėgų pakilti į paviršių. Mailiui reikia oro, kad užpildytų plaukimo pūslę. Po kelių dienų latakas, jungiantis šlapimo pūslę su stemple, peraugs, o žuvys, netekusios galimybės savavališkai sumažinti savitąjį svorį, mirs nuo pervargimo.

Atvirų burbuliukų žuvyje plaukimo pūslės latakas neperauga. Iki senatvės šios žuvys išlaiko galimybę nuryti naujas oro dalis, kai ketina plaukti šalia paviršiaus, ir išspausti perteklių, jei nori nusileisti į gylį. Bet, matyt, ne visada saugu kilti į paviršių, todėl žuvys dažnai naudoja kitą būdą, kad palaikytų dujų kiekį burbule norimame lygyje. Šis metodas yra aktyvus dujų išskyrimas dujų liaukos pagalba.

Netgi kvėpavimo tyrimo pradžioje buvo manoma, kad į plaučius patenkantį deguonį sugauna alveolių sienelė, kuri vėliau išskiria jį į kraują. Vėliau ši teorija nepasiteisino. Ne tai, kad tokie reiškiniai neįmanomi, tiesiog plaučiuose jie pasirodė nereikalingi. Uždarų pūslių žuvų plaukimo pūslei šis metodas pasirodė vienintelis įmanomas. Pagrindinis liaukos darbo organas yra nuostabus tinklas, susidedantis iš trijų nuosekliai sujungtų kapiliarų rezginių. Jie apskaičiavo, kad kraujo tūris, kuris telpa į nuostabų tinklą, yra mažas, apie vieną lašą, tačiau tinklo plotas yra didžiulis, nes jį sudaro 88 tūkstančiai veninių ir 116 tūkstančių arterinių kapiliarų, kurių bendras ilgis yra beveik kilometras. Be to, liaukoje yra daug kanalėlių. Manoma, kad paslaptis, kurią ji išskiria į šlapimo pūslės spindį, ten suyra, išskirdama deguonį ir azotą.

Dėl to, kad dujas plaukimo pūslėje sukuria liauka, o ne paima iš atmosferos, jų sudėtis labai skiriasi nuo išorinio oro sudėties. Dažniausiai ten vyrauja deguonis, kartais būna iki 90 proc.

Dėl ko deguonis iš atmosferos prasiskverbia į plaučius, tada į kraują, o iš ten į audinius ir ląsteles, kur jis jau patenka į biochemines reakcijas? Akivaizdu, kad yra tam tikra jėga, kuri lemia būtent tokią šių dujų molekulių judėjimo kryptį. Ši jėga yra koncentracijos gradientas. Deguonies kiekis atmosferos ore yra daug didesnis nei intrapulmoninės erdvės (alveolių) ore. Deguonies kiekis alveolėse – plaučių pūslelėse, kuriose vyksta dujų mainai tarp oro ir kraujo – yra daug didesnis nei veniniame kraujyje. Audiniai turi daug mažiau deguonies nei arterinis kraujas, o mitochondrijose yra nereikšmingas deguonies kiekis, nes į juos patenkančios šių dujų molekulės iš karto patenka į oksidacinių reakcijų ciklą ir virsta cheminiais junginiais. Ši palaipsniui mažėjančių koncentracijų kaskada, atspindinti jėgos gradientus, dėl kurios deguonis iš atmosferos prasiskverbia į organizmo ląsteles, paprastai vadinama organizmo deguonies režimu (19 pav.). Atvirkščiai, deguonies režimą apibūdina aprašytos kaskados kiekybiniai parametrai. Viršutinė kaskados pakopa apibūdina deguonies kiekį atmosferos ore, kuris įkvėpimo metu prasiskverbia į plaučius. Antrasis žingsnis yra O2 kiekis alveolių ore. Trečias žingsnis – O 2 kiekis tiesiog praturtintame deguonimi arteriniame kraujyje. Ir galiausiai ketvirtas žingsnis – deguonies įtempimas veniniame kraujyje, kuris jame esantį deguonį paaukojo audiniams. Šie keturi žingsniai sudaro tris „skrydžius“, atspindinčius tikrus dujų mainų procesus organizme. Tarp 1 ir 2 žingsnių "tarpas" atitinka plaučių dujų mainus, tarp 2 ir 3 žingsnių - deguonies pernešimą krauju, o tarp 3 ir 4 žingsnių - audinių dujų mainus. Kuo didesnis žingsnio aukštis, tuo didesnis koncentracijos skirtumas, tuo didesnis gradientas, kuriuo šiame etape transportuojamas deguonis. Su amžiumi didėja pirmojo „tarpo“, tai yra plaučių dujų mainų gradiento, aukštis; antrasis „tarpas“, t.y. 02 kraujo transportavimo gradientas, o trečiojo „tarpo“, atspindinčio audinių dujų mainų gradientą, aukštis mažėja. Su amžiumi susijęs audinių oksidacijos intensyvumo mažėjimas yra tiesioginė energijos apykaitos intensyvumo mažėjimo su amžiumi pasekmė.

Ryžiai. 19. Deguonies pernešimas žmonėms (kryptis rodoma rodyklėmis)

Ryžiai. 20. Deguonies įtampų kaskada įkvepiamame ore (I), alveolėse (A), arterijose (a) ir venose (K) 5 metų berniukui, 15 metų paaugliui ir suaugusiam 30 metų amžiaus

Kvėpavimas

Dujų mainai plaučiuose. Plaučiai yra sandarūs maišeliai, sujungti su trachėja dideliais kvėpavimo takais – bronchais. Atmosferos oras per nosies ir burnos ertmę prasiskverbia į gerklas, o toliau į trachėją, po to pasiskirsto į dvi sroves, kurių viena eina į dešinįjį plautį, kita – į kairę (20 pav.). Trachėją ir bronchus sudaro jungiamasis audinys ir kremzlinių žiedų skeletas, neleidžiantis šiems vamzdeliams susisukti ir užblokuoti kvėpavimo takus įvairiais kūno padėties pasikeitimais. Patekę į plaučius, bronchai suskirstomi į daugybę šakų, kurių kiekviena vėl dalijasi, suformuodama vadinamąjį „bronchų medį“. Ploniausios šio „medžio“ šakos vadinamos bronchiolėmis, o jų galuose – plaučių pūslelės, arba alveolės (21 pav.). Alveolių skaičius siekia 350 milijonų, o bendras jų plotas – 150 m 2. Būtent šis paviršius vaizduoja dujų mainų tarp kraujo ir oro sritį. Alveolių sienelės susideda iš vieno sluoksnio epitelio ląstelių, prie kurių glaudžiasi ploniausi kraujo kapiliarai, taip pat susidedantys iš vieno sluoksnio epitelio. Ši konstrukcija dėl difuzijos užtikrina gana lengvą dujų prasiskverbimą iš alveolių oro į kapiliarinį kraują (deguonį) ir priešinga kryptimi (anglies dioksidas). Šie dujų mainai vyksta dėl dujų koncentracijos gradiento sukūrimo (22 pav.). Alveolėse esančiame ore yra palyginti daug deguonies (103 mm Hg) ir nedaug anglies dioksido (40 mm Hg). Kapiliaruose, priešingai, padidėja anglies dioksido koncentracija (46 mm Hg), o deguonies sumažėja (40 mm Hg), nes šiuose kapiliaruose yra veninio kraujo, surinkto po to, kai jis buvo audiniuose ir suteikė jiems deguonies. mainais gauna anglies dioksidą. Kraujas nuolat teka kapiliarais, o oras alveolėse atnaujinamas su kiekvienu įkvėpimu. Iš alveolių tekantis kraujas, praturtintas deguonimi (iki 100 mm Hg), turi santykinai mažai anglies dvideginio (40 mm Hg) ir vėl yra paruoštas audinių dujų mainams.

Ryžiai. 21. Plaučių (A) ir plaučių alveolių (B) sandaros diagrama

A:] - gerklų; 2 - trachėja; 3 - bronchai; 4 - bronchioliai; 5 - plaučiai;

B: 1 - kraujagyslių tinklas; 2, 3 - alveolės išorėje ir sekcijoje; 4 -

bronchiolių; 5 - arterija ir vena

Ryžiai. 22. Kvėpavimo takų šakojimosi schema (kairėje). Dešinėje paveikslo pusėje pavaizduota bendro kvėpavimo takų skerspjūvio ploto kreivė kiekvienos šakos lygyje (3). Pereinamosios zonos pradžioje ši sritis pradeda ženkliai didėti, o tai tęsiasi kvėpavimo zonoje. Br - bronchai; Bl - bronchioliai; KBl – galiniai bronchioliai; DBL - kvėpavimo bronchioliai; AX - alveolių kanalai; A – alveolės

Ryžiai. 23. Dujų mainai plaučių alveolėse: per plaučių alveolių sienelę į kraują patenka įkvepiamo oro O 2, o į alveoles – veninio kraujo CO 2; dujų mainus užtikrina CO 2 ir O 2 dalinių slėgių (P) skirtumas veniniame kraujyje ir plaučių alveolių ertmėje.

Kad iškvepiant nesubyrėtų smulkiausi burbuliukai – alveolės, jų paviršius iš vidaus padengiamas specialios medžiagos, kurią gamina plaučių audinys, sluoksniu. Ši medžiaga yra paviršinio aktyvumo medžiaga- sumažina alveolių sienelių paviršiaus įtempimą. Paprastai jo gaminama per daug, siekiant užtikrinti, kad plaučių paviršius būtų kuo daugiau naudojamas dujų mainams.

Plaučių difuzijos pajėgumas. Dujų koncentracijos gradientas abiejose alveolių sienelės pusėse yra jėga, dėl kurios deguonies ir anglies dioksido molekulės difunduoja, prasiskverbia pro šią sienelę. Tačiau esant tokiam pačiam atmosferos slėgiui, molekulių difuzijos greitis priklauso ne tik nuo gradiento, bet ir nuo alveolių bei kapiliarų kontaktinio ploto, nuo jų sienelių storio, nuo paviršinio aktyvumo medžiagos buvimo ir daugybė kitų priežasčių. Siekiant įvertinti visus šiuos veiksnius, naudojant specialius prietaisus, išmatuojamas plaučių difuzinis pajėgumas, kuris, priklausomai nuo žmogaus amžiaus ir funkcinės būklės, gali svyruoti nuo 20 iki 50 ml O 2 / min / mm Hg. Art.

Vėdinimo-perfuzijos santykis. Dujų apykaita plaučiuose vyksta tik tada, kai periodiškai (kiekviename kvėpavimo cikle) atnaujinamas oras alveolėse, o kraujas nuolat teka plaučių kapiliarais. Būtent dėl šios priežasties kvėpavimo sustojimas, kaip ir kraujotakos sustojimas, vienodai reiškia mirtį. Nepertraukiamas kraujo tekėjimas per kapiliarus vadinamas perfuzija, ir ritmiškas naujų atmosferos oro dalių srautas į alveoles - ventiliacija. Reikia pabrėžti, kad oro sudėtis alveolėse labai skiriasi nuo atmosferinės: alveoliniame ore daug daugiau anglies dioksido ir mažiau deguonies. Faktas yra tas, kad mechaninė plaučių ventiliacija neturi įtakos giliausioms zonoms, kuriose yra plaučių pūslelės, ir ten dujų mainai vyksta tik dėl difuzijos, todėl šiek tiek sulėtėja. Nepaisant to, kiekvienas kvėpavimo ciklas į plaučius atneša naujų deguonies dalių ir pašalina anglies dioksido perteklių. Plaučių audinio perfuzijos su krauju greitis turi tiksliai atitikti ventiliacijos greitį, kad būtų nustatyta pusiausvyra tarp šių dviejų procesų, kitaip kraujas bus per daug prisotintas anglies dioksidu ir nepakankamai prisotintas deguonies, arba, atvirkščiai, anglies dioksidas išplautas iš kraujo. Abu yra blogi, nes pailgosiose smegenyse esantis kvėpavimo centras generuoja impulsus, verčiančius kvėpavimo raumenis įkvėpti ir iškvėpti, veikiamas receptorių, matuojančių CO 2 ir O 2 kiekį kraujyje. Jei CO 2 kiekis kraujyje sumažėja, gali sustoti kvėpavimas; jei jis auga, prasideda dusulys, žmogus jaučia dusulį. Ryšys tarp kraujo tėkmės per plaučių kapiliarus greičio ir plaučius vėdinančio oro srauto greičio vadinamas ventiliacijos ir perfuzijos santykiu (VPR). Nuo to priklauso O2 ir CO2 koncentracijų santykis iškvepiamame ore. Jei CO2 padidėjimas (palyginti su atmosferos oru) tiksliai atitinka deguonies kiekio sumažėjimą, tada VPO = 1, ir tai yra padidėjęs lygis. Paprastai VPO yra 0,7-0,8, ty perfuzija turėtų būti šiek tiek intensyvesnė nei ventiliacija. Į VPO reikšmę atsižvelgiama nustatant tam tikras bronchopulmoninės sistemos ir kraujotakos sistemos ligas.

Jei sąmoningai staigiai suaktyvinsite kvėpavimą, atlikdami giliausius ir dažniausius įkvėpimus ir iškvėpimus, tada VPO viršys 1, o žmogus greitai apsvaigs ir gali apalpti – tai yra perteklinio CO 2 kiekio „išplovimo“ rezultatas. kraujo ir rūgščių-šarmų homeostazės pažeidimas. Priešingai, jei valios pastangomis sulaikyti kvėpavimą, tada VPO bus mažesnis nei 0,6 ir po kelių dešimčių sekundžių žmogus pajus uždusimą ir būtiną norą kvėpuoti. Raumenų darbo pradžioje VPO smarkiai kinta, pirmiausia mažėja (padidėja perfuzija, nes raumenys, pradėję trauktis, iš venų išspaudžia papildomas kraujo dalis), o po 15-20 s sparčiai didėja (kvėpavimo centras yra suaktyvinamas ir ventiliacija padidėja). HPO normalizuojasi tik po 2-3 minučių nuo raumenų darbo pradžios. Pasibaigus raumenų darbui, visi šie procesai vyksta atvirkštine tvarka. Vaikams toks deguonies tiekimo sistemos perreguliavimas vyksta šiek tiek greičiau nei suaugusiems, nes kūno dydis ir atitinkamai širdies, kraujagyslių, plaučių, raumenų ir kitų struktūrų, dalyvaujančių šioje reakcijoje, inercinės savybės. vaikai yra žymiai mažesni.

Audinių dujų mainai. Kraujas, atnešantis deguonį į audinius, išskiria jį (pagal koncentracijos gradientą) į audinių skystį, o iš ten O 2 molekulės prasiskverbia į ląsteles, kur jas pagauna mitochondrijos. Kuo intensyvesnis šis priepuolis, tuo greičiau mažėja deguonies kiekis audinių skystyje, tuo didesnis gradientas tarp arterinio kraujo ir audinių, tuo greičiau kraujas išskiria deguonį, kuris atsiskiria nuo hemoglobino molekulės, kuri tarnavo kaip „nešiklis“. “ deguonies tiekimui. Išsiskyrusios hemoglobino molekulės gali užfiksuoti CO2 molekules, kad nuneštų jas į plaučius ir ten patektų į alveolių orą. Deguonis, patekęs į oksidacinių reakcijų ciklą mitochondrijose, galiausiai susijungia arba su vandeniliu (susidaro H 2 O), arba su anglimi (susidaro CO 2). Laisvoje formoje deguonies organizme praktiškai nėra. Visas audiniuose susidaręs anglies dioksidas iš organizmo pašalinamas per plaučius. Metabolinis vanduo taip pat dalinai išgaruoja nuo plaučių paviršiaus, tačiau gali pasišalinti ir su prakaitu bei šlapimu.

Kvėpavimo koeficientas. Susidarančio СО 2 ir absorbuoto О 2 kiekių santykis vadinamas kvėpavimo koeficientu (DC) ir priklauso nuo to, kokie substratai organizmo audiniuose oksiduojasi. DC iškvepiamame ore svyruoja nuo 0,65 iki 1. Dėl grynai cheminių priežasčių, kai riebalai oksiduojami, DC = 0,65; su baltymų oksidacija - apie 0,85; angliavandenių oksidacijoje DC = 1,0. Taigi pagal iškvepiamo oro sudėtį galima spręsti, kurias medžiagas organizmo ląstelės šiuo metu naudoja energijai generuoti. Natūralu, kad nuolatinė srovė paprastai įgauna kokią nors tarpinę vertę, dažniausiai artimą 0,85, tačiau tai nereiškia, kad baltymai oksiduojami; veikiau tai yra vienu metu vykstančios riebalų ir angliavandenių oksidacijos rezultatas. Nuolatinės srovės vertė yra glaudžiai susijusi su VPO, tarp jų yra beveik visiškas atitikimas, išskyrus laikotarpius, kai VPO patiria staigių svyravimų. Vaikams ramybės būsenoje DC paprastai būna didesnis nei suaugusiųjų, o tai susiję su žymiai didesniu angliavandenių dalyvavimu aprūpinant organizmą energija, ypač nervų struktūrų veikloje.

Išorinis kvėpavimas- tai kvėpavimo proceso apraiškos, kurios aiškiai matomos be jokių prietaisų, nes oras į kvėpavimo takus patenka ir išeina tik dėl to, kad pasikeičia krūtinės forma ir tūris. Dėl ko oras prasiskverbia giliai į kūną, galiausiai pasiekdamas mažiausias plaučių pūsleles? Tokiu atveju atsiranda jėga, kurią sukelia slėgio skirtumas krūtinės ląstos viduje ir aplinkinėje atmosferoje. Plaučius supa jungiamojo audinio membrana, vadinama pleura, o tarp plaučių ir pleuros maišelio yra pleuros skystis, kuris tarnauja kaip tepalas ir sandariklis. Intrapleurinė erdvė yra hermetiškai uždaryta, nesusisiekia su gretimomis ertmėmis ir virškinimo ir kraujo vamzdeliais, einančiomis per krūtinę. Taip pat sandari visa krūtinė, nuo pilvo ertmės atskirta ne tik serozine membrana, bet ir dideliu žiediniu raumeniu – diafragma. Todėl kvėpavimo raumenų pastangos, dėl kurių net šiek tiek padidėja jo tūris įkvėpus, pleuros ertmėje sukuria gana didelį vakuumą, o veikiamas šio vakuumo oras patenka į burnos ir nosies ertmę ir prasiskverbia. toliau per gerklas, trachėją, bronchus ir bronchioles į plaučių audinį ...

Kvėpavimo akto organizavimas. Kvėpavimo akto organizavime, tai yra krūtinės ir pilvo ertmės sienelių judėjime, dalyvauja trys raumenų grupės: įkvepiamieji (suteikiantys įkvėpimą) išoriniai tarpšonkauliniai raumenys; iškvepiamieji (suteikiantys iškvėpimą) vidiniai tarpšonkauliniai raumenys ir diafragma, taip pat pilvo sienos raumenys. Dėl koordinuoto šių raumenų susitraukimo, kurį kontroliuoja kvėpavimo centras, esantis pailgosiose smegenyse, šonkauliai šiek tiek pasislenka į priekį ir į viršų, palyginti su jų padėtimi iškvėpimo metu, pakyla krūtinkaulis ir spaudžiama diafragma. į pilvo ertmę. Taigi ženkliai padidėja bendras krūtinės tūris, joje susidaro gana didelis vakuumas, o oras iš atmosferos veržiasi į plaučius. Įkvėpimo pabaigoje impulsai iš kvėpavimo centro į šiuos raumenis nutrūksta, o šonkauliai, veikiami savo gravitacijos, ir diafragma, atsipalaidavus, grįžta į „neutralią“ padėtį. Krūtinės ląstos tūris mažėja, joje pakyla slėgis, o per tuos pačius vamzdelius, kuriais pateko, iš plaučių išmetamas oro perteklius. Jei dėl kokių nors priežasčių sunku iškvėpti, tada iškvėpimo raumenys yra sujungti, kad palengvintų šį procesą. Jie taip pat veikia tais atvejais, kai dėl emocinio ar fizinio streso sustiprėja ar pagreitėja kvėpavimas. Kvėpavimo raumenų darbui, kaip ir bet kuriam kitam raumenų darbui, reikia energijos. Skaičiuojama, kad ramiai kvėpuojant šiems poreikiams išleidžiama kiek daugiau nei 1 % organizmo sunaudojamos energijos.

Plaučių ventiliacija. Kuo didesnis kūnas ir stipriau dirba kvėpavimo raumenys, tuo daugiau oro per plaučius praeina per kiekvieną kvėpavimo ciklą. Norint įvertinti plaučių ventiliaciją, matuojamas kvėpavimo minutinis tūris, t.y. vidutinis oro kiekis, praeinantis per kvėpavimo takus per 1 min. Ramybės būsenoje suaugusiam žmogui ši vertė yra 5-6 l / min. Naujagimio kvėpavimo minutinis tūris yra 650–700 ml/min., 1 gyvenimo metų pabaigoje siekia 2,6–2,7 l/min., 6 metų – 3,5 l/min., 10 metų – 4,3 l/min. min., o paaugliams - 4,9 l/min. Fizinio krūvio metu kvėpavimo minutinis tūris gali labai ženkliai padidėti, jauniems vyrams ir suaugusiems pasiekti 100 l/min ir daugiau.

Kvėpavimo dažnis ir gylis. Kvėpavimo veiksmas, susidedantis iš įkvėpimo ir iškvėpimo, turi dvi pagrindines charakteristikas – dažnį ir gylį. Dažnis yra įkvėpimų skaičius per minutę. Suaugusiam žmogui ši vertė paprastai yra 12–15, nors ji gali labai skirtis. Naujagimiams kvėpavimo dažnis miegant siekia 50-60 per minutę, iki vienerių metų sumažėja iki 40-50, vėliau augant šis rodiklis palaipsniui mažėja. Taigi pradinio mokyklinio amžiaus vaikams kvėpavimo dažnis paprastai yra apie 25 ciklus per minutę, o paaugliams - 18-20. Priešingą su amžiumi susijusių pokyčių tendenciją demonstruoja potvynio tūris, t.y. kvėpavimo gylio matas. Tai rodo vidutinį oro kiekį, kuris patenka į plaučius per kiekvieną kvėpavimo ciklą. Naujagimiams jis labai mažas - tik 30 ml ar net mažiau, iki vienerių metų padidėja iki 70 ml, 6 metų - virš 150 ml, 10 metų - 240 ml, 14 metų metų amžiaus - 300 ml. Suaugusio žmogaus potvynio tūris ramybės būsenoje neviršija 500 ml. Kvėpavimo minutinis tūris yra kvėpavimo tūrio ir kvėpavimo dažnio sandauga.

Spirograma. Jei į plaučius patenkančio ir išeinančio oro kelyje sumontuotos guminės dumplės ar į vandenį panardintas šviesos varpelis, tai dėl kvėpavimo raumenų veikimo šis prietaisas padidins savo apimtį iškvėpimo metu, o sumažės įkvėpus. Jei visos jungtys sandarios (burnos ertmės sandarinimui naudojamas specialus guminis kandiklis arba ant veido nešiojama kaukė), tuomet galima, prie judančios prietaiso dalies pritvirtinus rašymo priemonę, fiksuoti visus kvėpavimo takus. judesiai. Toks prietaisas, išrastas dar XIX amžiuje, vadinamas spirografu, o juo padarytas įrašas – spirograma (23 pav.). Popierinėje juostoje padarytos spirogramos pagalba galima kiekybiškai išmatuoti svarbiausias žmogaus išorinio kvėpavimo charakteristikas. Plaučių tūris ir talpa. Spirogramos dėka galite vizualiai matyti ir išmatuoti įvairius plaučių tūrius ir talpas. Apimčiai kvėpavimo fiziologijoje paprastai vadinami tais rodikliais, kurie dinamiškai kinta kvėpavimo procese ir apibūdina kvėpavimo sistemos funkcinę būklę. Talpa – tai per trumpą laiką nekintantis rezervuaras, kuriame vyksta kvėpavimo ciklas ir dujų mainai. Visų plaučių tūrių ir talpyklų atskaitos taškas yra ramaus iškvėpimo lygis.

Plaučių tūriai. Ramybės būsenoje potvynio tūris yra mažas, palyginti su bendru oro kiekiu plaučiuose. Todėl žmogus gali tiek įkvėpti, tiek iškvėpti didelį papildomą oro kiekį. Šie tomai atitinkamai pavadinti rezervinis įkvėpimo tūris ir iškvėpimo rezervinis tūris... Tačiau net ir giliausiu iškvėpimu alveolėse ir kvėpavimo takuose lieka šiek tiek oro. Tai vadinamasis liekamasis tūris, kuris nėra matuojamas naudojant spirogramą (jo matavimui naudojama gana sudėtinga technika ir skaičiavimai, naudojamos inertinės dujos). Suaugusiam žmogui tai yra apie 1,5 litro, vaikams – daug mažiau.

Ryžiai. 24. Spirograma: plaučių talpa ir jos komponentai

Plaučių gyvybinė talpa.Įkvėpimo rezervo tūrio, potvynio tūrio ir iškvėpimo rezervo tūrio suma yra plaučių talpa(VC) yra vienas iš svarbiausių kvėpavimo sistemos būklės rodiklių. Jai išmatuoti naudojami įvairaus dizaino spirometrai, kuriuose po giliausio įkvėpimo reikia kuo giliau iškvėpti – tai bus VC. VC priklauso nuo kūno dydžio, taigi ir nuo amžiaus, taip pat labai priklauso nuo žmogaus organizmo funkcinės būklės ir fizinio pasirengimo. Vyrų VC didesnis nei moterų, jei nei vienas, nei kitas nesportuoja, ypač nesportuoja ištvermės. Skirtingo kūno sudėjimo žmonėms VC vertė labai skiriasi: brachimorfiniams tipams ji santykinai maža, o dolichomorfiniams – labai didelė. Įprasta VC naudoti kaip vieną iš mokyklinio amžiaus vaikų, taip pat įdarbinamų, fizinio išsivystymo rodiklių. VC galima išmatuoti tik aktyviai ir sąmoningai dalyvaujant vaikui, todėl apie vaikus iki 3 metų duomenų praktiškai nėra.