Глава 1. Внешнее дыхание

Внешнее дыхание, или вентиляция легких, – самый заметный процесс в цепи процессов дыхания. Чаще всего именно его описанием и удовлетворяются авторы пособий по дыхательным гимнастикам, упуская из виду то, для чего служит этот процесс и какие функции он должен выполнять. Но, отрывая этот процесс от последующих этапов «путешествия» кислорода и углекислого газа в организме, мы рискуем упустить очень важные моменты, поэтому постарайтесь прочитать эту главу как можно более внимательно и вдумчиво – приведенная в ней информация будет использована при описании различных дыхательных гимнастик, на одной из которых вы остановите свой выбор.

...

Чаще всего именно описанием внешнего дыхания и удовлетворяются авторы пособий по дыхательным гимнастикам, упуская из виду то, для чего служит этот процесс и какие функции он должен выполнять.

Строение легких и грудной клетки

Легкие представляют собой пористый орган, отдаленно напоминающий по своему строению скопление отдельных пузырьков или виноградную гроздь с огромным количеством ягод. Каждая «ягода» – это легочная альвеола (легочный пузырек), в которой происходит выполнение основной функции легких – газообмен. Между воздухом альвеол и кровью находится так называемый воздушнокровяной барьер, образованный стенками альвеолы и кровеносного капилляра. Именно через этот барьер в кровь поступает кислород и удаляется углекислый газ.

Рис. 1. Строение воздушно‑кровяного барьера:

1 – просвет альвеол; 2 – сурфактант; 3 – альвеолоцит; 4 – эндотелиоцит; 5 – просвет капилляра; 6 – эритроцит в просвете капилляра. Стрелками показан путь кислорода и углекислого газа через аэрогематический барьер (между кровью и воздухом)

Воздух к альвеолам поступает по воздухоносным путям – бронхам и более мелким бронхиолам – которые переходят в альвеолярные ходы. Ветвление бронхов и бронхиол формирует доли (правое легкое имеет 3 доли – верхнюю, среднюю и нижнюю; левое – 2 доли – нижнюю и верхнюю). Доли легкого разделяются на сегменты – по 10 сегментов в каждой доле. Сегменты, в свою очередь, делятся на дольки – их около 80 в каждом сегменте. В обоих легких 600–700 млн. альвеол, дыхательная поверхность которых составляет от 40 м2 при выдохе до 120 м2 при вдохе. Бронхи, как и трахея, имеют стенки с хрящевым основанием и поэтому достаточно жестки. Бронхиолы и альвеолы имеют мягкие стенки и поэтому могут спадаться, т. е. слипаться, как спущенный воздушный шарик, если в них не поддерживается некое давление воздуха.

Рис. 2. Правое и левое легкие:

1 – правое легкое; 2 – верхушка легкого; 3 – гортань; 4 – трахея; 5 – левое легкое; 6 – верхняя доля; 7 – главный бронх левого легкого; 8 – нижняя доля; 9 – нижний край; 10 – сердечная вырезка; 11 – медиальный край правого легкого; 12 – нижняя доля; 13 – косая щель; 14 – средняя доля; 15 – горизонтальная щель; 16 – верхняя доля правого легкого

Чтобы такого слипания не произошло, легкие как единый орган со всех сторон покрыты плеврой – прочной герметичной оболочкой. Плевра имеет два слоя – два листка. Один листок плотно прилежит к внутренней поверхности жесткой грудной клетки, другой окружает легкие. Между ними находится плевральная полость, в которой поддерживается отрицательное давление, благодаря этому легкие находятся в расправленном состоянии. Жесткий каркас грудной клетки составляют ребра, которые гибко (благодаря хрящам и суставам) присоединены к позвоночнику и суставам. Когда человек делает вдох и выдох, грудная клетка увеличивается и уменьшается в объеме, сохраняя при этом жесткость, необходимую для предохранения находящихся в грудной полости органов.

Рис. 3. Грудная клетка: 1 – тело грудины; 2 – рукоятка грудины; 3 – верхняя апертура грудной клетки; 4 – ключица; 5 – лопатка; 6 – ребра; 7 – мечевидный отросток грудины; 8 – реберная дуга

Дыхательные мышцы и механизм вдоха‑выдоха

Все начинается с вдоха…

Для того чтобы вдохнуть воздух, человеку необходимо создать в легких давление более низкое, чем атмосферное. Чтобы выдохнуть – более высокое. Реально процесс вдоха‑выдоха сводится к тому, что вдох обеспечивается увеличением объема грудной клетки, а выдох – его уменьшением. На первый взгляд, все просто. Но на самом деле, большая часть усилий, затрачиваемых при дыхании, расходуется на вдох – в обычных условиях выдох осуществляется автоматически, за счет упругости легких и силы тяжести.

Дыхательные мышцы

Усилие вдоха создают дыхательные мышцы вдоха (инспираторные мышцы). Знания об этих мышцах нам понадобятся чуть позже – когда мы будем рассматривать подготовку мышц тела к дыхательным упражнениям, поэтому постарайтесь запомнить информацию, которая приведена ниже.

Основной мышцей вдоха является диафрагма – мышечно‑сухожильная перегородка между полостью грудной клетки и брюшной полостью.

В результате сокращения мышечных волокон наружных частей диафрагмы верхняя ее часть, включающая сухожильный центр, смещается вниз, при этом несжимаемые органы брюшной полости оттесняются вниз и в стороны, растягивая стенки брюшной полости. При спокойном вдохе купол диафрагмы опускается приблизительно на 1,5 см, соответственно увеличивается высота грудной полости. При этом нижние ребра слегка расходятся, увеличивая и обхват грудной клетки, что особенно заметно в нижних отделах.

...

Основной мышцей вдоха является диафрагма – мышечно‑сухожильная перегородка между полостью грудной клетки и брюшной полостью.

Кроме диафрагмы, в процессе увеличения объема грудной клетки также принимают участие наружные косые межреберные и межхрящевые мышцы. Благодаря наклонному направлению волокон в этих мышцах нижние ребра более подвижны, чем верхние. Поэтому момент силы, определяющий движение рычагов, оказывается большим для нижних ребер (или хрящей, которыми они крепятся к грудине и позвоночнику) – из‑за этого нижнее ребро как бы «тянется» за верхним. В результате подъема ребер значительно увеличивается объем грудной клетки.

При очень глубоком и интенсивном дыхании или при повышении сопротивления вдоху в процесс увеличения объема грудной клетки включается ряд вспомогательных дыхательных мышц, которые могут поднимать ребра: лестничные, большая и малая грудные, передняя зубчатая. К вспомогательным мышцам вдоха относятся также мышцы, разгибающие грудной отдел позвоночника и фиксирующие плечевой пояс при опоре на отведенные назад руки (трапециевидная, ромбовидные и др.).

Рис. 4. Изменения объема грудной клетки и положения диафрагмы при спокойном вдохе (изображены контуры грудной клетки и диафрагмы, сплошные линии – выдох, пунктирные – вдох)

При очень глубоком и интенсивном дыхании или при повышении сопротивления вдоху в процесс увеличения объема грудной клетки включается ряд вспомогательных дыхательных мышц, которые могут поднимать ребра: лестничные, большая и малая грудные, передняя зубчатая. К вспомогательным мышцам вдоха относятся также мышцы, разгибающие грудной отдел позвоночника и фиксирующие плечевой пояс при опоре на отведенные назад руки (трапециевидная, ромбовидные и др.). Как мы уже говорили, спокойный вдох протекает пассивно – на фоне практически расслабленных мышц. При активном интенсивном выдохе «подключаются» мышцы брюшной стенки {косые, поперечная и прямая), в результате чего объем брюшной полости уменьшается, в ней повышается давление, давление передается на диафрагму и поднимает ее. Вследствие сокращения внутренних косых межреберных мышц происходит опускание ребер и сближение их концов. К вспомогательным мышцам выдоха относятся также мышцы, сгибающие позвоночник.

Рис. 5. Мышцы, принимающие участие в акте дыхания:

а: 1 – трапециевидная мышца; 2 – ременная мышца головы; 3 – большая и малая ромбовидная мышцы; 4 – нижняя задняя зубчатая мышца; 5 – пояснично‑грудная фасция; 6 – поясничный треугольник; 7 – широчайшая мышца спины

б: 1 – большая грудная мышца; 2 – подмышечная полость; 3 – широчайшая мышца спины; 4 – передняя зубчатая мышца; 5 – наружная косая мышца живота; 6 – апоневроз наружной косой мышцы живота; 7 – пупочное кольцо; 8 – белая линия живота; 9 – паховая связка; 10 – поверхностное паховое кольцо; 11 – семенной канатик

Как вам уже известно, легкие и внутренние стенки грудной полости покрыты серозной оболочкой – плеврой. Между листками висцеральной и париетальной плевры имеется узкая (5‑10 мкм) щель, в которой находится серозная жидкость, по составу сходная с лимфой. Благодаря этому легкие постоянно сохраняют объем, находятся в расправленном состоянии.

Если в плевральную щель ввести иглу, соединенную с манометром, полученные данные покажут, что давление в ней ниже атмосферного. Отрицательное давление в плевральной щели обусловлено эластической тягой легких, т. е. постоянным стремлением легких уменьшиться в объеме.

Эластическая тяга легких обусловлена тремя факторами:

1. Упругостью ткани стенок альвеол вследствие наличия в них эластичных волокон.

2. Тонусом бронхиальных мышц.

3. Поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол.

В плевральной щели в обычных условиях не бывает газов, при введении в плевральную щель некоторого количества воздуха он постепенно рассасывается. Если в плевральную щель попадает небольшое количество воздуха, образуется пневмоторакс – легкое частично спадается, но вентиляция его продолжается. Такое состояние называется закрытым пневмотораксом. Через некоторое время воздух из плевральной полости всасывается в кровь и легкое расправляется.

...

Отрицательное давление в плевральной щели обусловлено эластической тягой легких, т. е. постоянным стремлением легких уменьшиться в объеме.

При вскрытии грудной клетки, например при ранениях или внутригрудных операциях, давление вокруг легкого становится таким же, как атмосферное, и легкое спадается полностью. Его вентиляция прекращается, несмотря на работу дыхательных мышц. Такой пневмоторакс называется открытым. Двусторонний открытый пневмоторакс, если не оказать больному экстренную помощь, приводит к смерти. Необходимо либо срочно начать производить некусственное дыхание ритмическим нагнетанием воздуха в легкие через трахею, либо оперативно герметизировать плевральную полость.

Дыхательные движения

Физиологическое описание нормальных дыхательных движений, как правило, не соответствует движениям, которые мы наблюдаем у себя и своих знакомых. Мы можем увидеть как дыхание, обеспечиваемое в основном диафрагмой, так и дыхание, обеспечиваемое в основном работой межреберных мышц. И тот, и другой вид дыхания – в пределах нормы. Подключение мышц плечевого пояса чаще происходит при серьезных заболеваниях или очень интенсивной работе и почти никогда не наблюдается в нормальном состоянии, у относительно здоровых людей.

Дыхание, обеспечиваемое в основном за счет работы диафрагмы, более характерно для мужчин. В норме вдох сопровождается незначительным выпячиванием брюшной стенки, выдох – незначительным ее втягиванием. Это брюшной тип дыхания в чистом варианте.

Реже, но все же достаточно часто, встречается парадоксальный, или обратный, тип брюшного дыхания, при котором брюшная стенка на вдохе втягивается, а на выдохе выпячивается. Этот тип дыхания обеспечивается исключительно за счет сокращения диафрагмы, без смещения органов брюшной полости. Этот вид дыхания также чаще встречается у мужчин.

Для женщин характерен грудной тип дыхания, обеспечиваемый в основном за счет работы межреберных мышц. Такая особенность может быть связана с биологической готовностью женщины к материнству и, как следствие, с затрудненностью брюшного дыхания при беременности. При этом типе дыхания наиболее заметные движения совершают грудина и ребра.

Дыхание, в котором задействованы плечи и ключицы, обеспечивается за счет работы мышц плечевого пояса. Вентиляция легких при этом типе дыхания слабая, воздух поступает только в их верхнюю часть, поэтому такой тип дыхания называется верхушечным. У здоровых людей верхушечный тип дыхания практически не встречается, он развивается при серьезных заболевания (не только болезнях легких!), но для нас этот тип важен, так как используется во многих дыхательных гимнастиках.

Процесс дыхания в цифрах

Легочные объемы

Понятно, что объем вдоха и выдоха может быть выражен в цифровых показателях. И в этом вопросе тоже есть несколько интересных, но малоизвестных фактов, знание которых необходимо для выбора того или иного вида дыхательной гимнастики.

При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает около 500 мл (от 300 до 800 мл) воздуха; этот объем воздуха называется дыхательным объемом. Кроме обычного дыхательного объема при максимально глубоком вдохе человек может вдохнуть около 3 000 мл воздуха – это резервный объем вдоха. После обычного спокойного выдоха любой здоровый человек напряжением мышц выдоха способен «выдавить» из легких еще около 1 300 мл воздуха – это резервный объем выдоха. Сумма указанных объемов составляет жизненную емкость легких: 500 мл + 3 000 мл + 1 300 мл = 4 800 мл.

Как видно из расчетов, природа предусмотрела почти десятикратный запас по возможности «прокачивать» воздух через легкие. Сразу заметим – функциональный запас по «прокачиванию» воздуха (вентиляции легких) не совпадает с запасом по возможности потребления и транспорта кислорода.

Дыхательный объем – количественное выражение глубины дыхания.

Жизненная емкость легких – это максимальный объем воздуха, который может быть введен или выведен из легких в течение одного вдоха или выдоха. Жизненная емкость легких у мужчин выше (4 000‑5 500 мл), чем у женщин (3 000‑4 500 мл), она больше в положении стоя, чем в положении сидя или лежа. Физические тренировки способствуют увеличению жизненной емкости легких.

После максимального глубокого выдоха в легких остается довольно значительный объем воздуха – около 1 200 мл. Это остаточный объем воздуха. Большая его часть может быть удалена из легких только при открытом пневмотораксе. В спавшихся легких также остается некоторое количество воздуха (минимальный объем), оно задерживается в «воздушных ловушках», образующихся потому, что часть бронхиол спадается раньше альвеол.

Рис. 6. Спирограмма – запись изменения легочных объемов

Максимальное количество воздуха, которое может находиться в легких, называется общей емкостью легких; оно равно сумме остаточного объема и жизненной емкости легких (в приведенном примере: 1 200 мл + 4 800 мл = 6 000 мл). Объем воздуха, находящегося в легких в конце спокойного выдоха (при расслабленной дыхательной мускулатуре), называется функциональной остаточной емкостью легких. Она равна сумме остаточного объема и резервного объема выдоха (в использованном примере: 1 200 мл + 1 300 мл = 2 500 мл). Функциональная остаточная емкость легких близка к объему альвеолярного воздуха перед началом вдоха.

Вентиляция легких определяется объемом воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого в единицу времени. Обычно измеряют минутный объем дыхания. При спокойном дыхании в минуту через легкие проходит 6–9 л воздуха. Вентиляция легких зависит от глубины и частоты дыхания, в состоянии покоя это, как правило, от 12 до 18 вдохов в минуту. Минутный объем дыхания равен произведению дыхательного объема на частоту дыхания.

Мертвое пространство

Воздух находится не только в альвеолах, но и в воздухоносных путях. К ним относятся полость носа (или рта при ротовом дыхании), носоглотка, гортань, трахея, бронхи. Воздух, находящийся в воздухоносных путях (за исключением дыхательных бронхиол), не участвует в газообмене, поэтому просвет воздухоносных путей называют анатомическим мертвым пространством. При вдохе последние порции воздуха входят в мертвое пространство и, не изменив своего состава, покидают его при выдохе.

Объем анатомического мертвого пространства около 150 мл (примерно 1/3 дыхательного объема при спокойном дыхании). Значит, из 500 мл вдыхаемого воздуха в альвеолы поступает лишь 350 мл. В альвеолах в конце спокойного выдоха находится около 2 500 мл воздуха, поэтому при каждом спокойном вдохе обновляется лишь >/7 часть альвеолярного объема воздуха.

Значение воздухоносных путей

В понятие воздухоносные пути мы включаем носовую и ротовую полость, носоглотку, гортань, трахею и бронхи. В воздухоносных путях газообмен практически не производится, однако они необходимы для нормального дыхания. Проходя через них, вдыхаемый воздух претерпевает следующие изменения:

увлажняется;

согревается;

очищается от пыли и микроорганизмов.

С точки зрения современной науки наиболее физиологичным считается дыхание через нос: при таком дыхании очистка воздуха от пыли особенно эффективна – проходя через узкие и сложные по форме носовые ходы, воздух образует вихревые потоки, способствующие соприкосновению пылевых частиц со слизистой оболочкой носа. Стенки воздухоносных путей покрыты слизью, к которой прилипают содержащиеся в воздухе частицы. Слизь постепенно перемещается (7‑19 мм/мин) по направлению к носоглотке за счет деятельности мерцательного эпителия полости носа, трахеи и бронхов. В слизи содержится вещество лизоцим, оказывающее смертоносное воздействие на болезнетворные микроорганизмы. При раздражении частицами пыли и накопившейся слизью рецепторов глотки, гортани и трахеи человек кашляет, а при раздражении рецепторов полости носа – чихает. Это защитные дыхательные рефлексы.

...

При раздражении частицами пыли и накопившейся слизью рецепторов глотки, гортани и трахеи человек кашляет, а при раздражении рецепторов полости носа – чихает. Это защитные дыхательные рефлексы.

Кроме того, вдыхаемый воздух, проходя через обонятельную зону слизистой оболочки носа, «приносит» запахи – в том числе и предупреждающие об опасности, вызывающие половое возбуждение (феромоны), запахи свежести и природы, возбуждающие дыхательный центр и оказывающие влияние на настроение.

На количество вдыхаемого воздуха и эффективность вентиляции легких влияет еще и такая величина как просвет (диаметр) бронхов. Эта величина может изменяться под действием многих факторов, часть из которых поддается контролю. Гладкая кольцевая мускулатура стенки бронхов суживает просвет. Мышцы бронхов находятся в состоянии тонической активности, возрастающей при выдохе. Мышцы бронхов сокращаются при увеличении парасимпатических влияний вегетативной нервной системы, под действием таких веществ как гистамин, серотонин, простагландины. Расслабление бронхов происходит при уменьшении симпатических влияний вегетативной нервной системы, под действием адреналина.

Частично перекрывать просвет бронхов может избыточное выделение слизи, возникающее при воспалительных и аллергических реакциях, а также инородные тела, гной при инфекционных заболеваниях и т. д. – все это, несомненно, будет отражаться на эффективности газообмена.