Движение воздуха в дыхательной системе. Дыхательная система (systema respiratorium)

Дыхание - это процесс обмена такими газами, как кислород и углерод, происходящий между внутренней средой человека и окружающим миром. Дыхание человека представляет собой сложно регулируемый акт совместной работы нервов и мышц. Их слаженная работа обеспечивает осуществление вдоха - поступление кислорода в организм, и выдоха - выведение углекислого газа в окружающую среду.

Дыхательный аппарат имеет сложное строение и включает в себя: органы дыхательной системы человека, мышцы, отвечающие за акты вдоха и выдоха, нервы, регулирующие весь процесса обмена воздухом, а также кровеносные сосуды.

Сосуды имеют особое значение для осуществления дыхания. Кровь по венам поступает в легочную ткань, где происходит обмен газами: кислород поступает, а углекислый газ выходит. Возврат насыщенной кислородом крови осуществляется по артериям, которые транспортируют его к органам. Без процесса оксигенации тканей дыхание не имело бы никакого смысла.

Оценка функции органов дыхания производится врачами-пульмонологами. Важными показателями при этом являются:

1. Ширина просвета бронхов.
2. Объем дыхания.
3. Резервные объемы вдоха и выдоха.

Изменение хотя бы одного из этих показателей приводит к ухудшению самочувствия и являются важным сигналом к дополнительной диагностике и лечению.

Кроме того, имеются второстепенные функции, которые выполняет дыхание. Это:

1. Местная регуляция процесса дыхания, благодаря которой обеспечивается приспособление сосудов к вентиляции.
2. Синтез различных биологически активных веществ, осуществляющих сужение и расширение сосудов по мере необходимости.
3. Фильтрация, которая отвечает за рассасывание и распад инородных частиц, и даже тромбов в мелких сосудах.
4. Депонирование клеток лимфатической и кроветворной систем.

Этапы процесса дыхания

Благодаря природе, придумавшей столь уникальное строение и функции органов дыхания, возможно осуществление такого процесса, как обмен воздухом. Физиологически он имеет несколько стадий, которые, в свою очередь, регулируются центральной нервной системой, и только благодаря этому работают как часы.

Итак, ученые в результате многолетних исследований выделили следующие стадии, в совокупности организующие дыхание. Это:

1. Внешнее дыхание - доставка воздуха из внешней среды к альвеолам. В этом активное участие принимают все органы дыхательной системы человека.
2. Доставка кислорода к органам и тканям путем диффузии, в результате этого физического процесса происходит оксигенация тканей.
3. Дыхание клеток и тканей. Иными словами, окисление органических веществ в клетках с высвобождением энергии и углекислого газа. Несложно понять, что без кислорода окисление невозможно.

Значение дыхания для человека

Зная строение и функции дыхательной системы человека, трудно переоценить значение такого процесса, как дыхание.

Кроме того, благодаря ему осуществляется обмен газами между внутренней и внешней средой человеческого организма. Дыхательная система участвует:

1. В терморегуляции, то есть охлаждает организм при повышенной температуре воздуха.
2. В функции выделения случайных чужеродных веществ, таких, как пыль, микроорганизмы и минеральные соли, или ионы.
3. В создании звуков речи, что необычайно важно для социальной сферы человека.
4. В обонянии.

Общая характеристика дыхательной системы

Самым главным показателем жизнеспособности человека можно назвать дыхание . Человек может некоторое время обходиться без воды и еды, но без воздуха жизнь невозможна. Дыхание является связующим звеном между человеком и окружающей средой обитания. Если поступление воздуха затруднено, то органы дыхани я человека и сердце начинают работать в усиленном режиме, что обеспечить необходимое количество кислорода для дыхания. Система органов дыхания и дыхательной системы у человека способна адаптироваться к условиям окружающей среды.

Учеными был установлен интересный факт. Воздух, который поступает в органы дыхания человека, условно образует два потока, один из которых проходит в левую часть носа и проникает в левое легкое , второй поток проникает в правую часть носа и подает в правое легкое .

Также исследования показали, что в артерии мозга человека происходит также разделение на два потока получаемого воздуха. Процесс дыхания должен быть правильным, что немаловажно для нормальной жизнедеятельности. Поэтому необходимо знать о строении дыхательной системы человека и органов дыхания .

Дыхательный аппарат человека включает трахею, легкие, бронхи, лимфатическую, и сосудистую систему . Также к ним относят нервную систему и мышцы дыхания, плевру. К дыхательной системе человека относят верхние и нижние дыхательные пути. Верхние дыхательные пути: нос, глотка, полость рта. Нижние дыхательные пути: трахея, гортань и бронхи.

Дыхательные пути необходимы для поступления, а также выведения воздуха из легких. Самый главный орган всей дыхательной системы — легкие , между которыми расположено сердце.

Органы дыхания

Легкие — главные органы дыхания. Они имеют форму конуса. Легкие расположены в области грудной клетки, расположены по обе стороны от сердца. Основная функция легких — газообмен , который происходит при помощи альвеол. В легкие поступает кровь из вен, благодаря легочным артериям. Воздух проникает через дыхательные пути, обогащая органы дыхания необходимым кислородом. Клетки нуждаются в обеспечении кислородом, для того, чтобы проходил процесс регенерации , и поступали питательные вещества из крови, необходимые организму. Покрывает легкие — плевра, состоящая из двух лепестков, разделенных между собой полостью (плевральная полость).

К легким относится бронхиальное дерево, которое образуется путем раздвоения трахеи . Бронхи в свою очередь разделяются на более тонкие, таким образом, образуются сегментарные бронхи. Бронхиальное дерево заканчивается мешочками очень маленького размера. Эти мешочки — множество соединенных между собой альвеол. Альвеолы обеспечивают газообмен в дыхательной системе . Бронхи покрывает эпителий, который по своему строению напоминает реснички. Реснички выводят слизь к глоточной области. Продвижению способствует кашель . Бронхи имеют слизистую оболочку.

Трахея представляет собой трубку, соединяющую гортань и бронхи. Трахея имеет длину около 12-15 см. Трахея, в отличие от легких — непарный орган. Основная функция трахеи — проводить воздух в легкие, а также выводить его. Располагается трахея между шестым позвонком шеи и пятым позвонком грудного отдела. В конце трахея раздваивается на два бронха. Раздвоение трахеи получило название бифуркации. В начале трахеи к ней примыкает щитовидная железа. С задней стороны трахеи находится пищевод. Трахею покрывает слизистая оболочка, которая является основой, а также ее покрывает мышечно-хрящевая ткань, волокнистой структуры. Состоит трахея из 18-20 колец хрящевой ткани, благодаря которым трахея гибкая.

Гортань — орган дыхания, соединяющий трахею и глотку. В гортани находится голосовой аппарат. Гортань находится в районе 4-6 позвонков шеи и при помощи связок присоединена к подъязычной кости. Начало гортани в области глотки, а конец — раздвоение на две трахеи. Щитовидный, перстневидный и надгортанные хрящи составляют гортань. Это большие непарные хрящи. Также ее образуют малые парные хрящи: рожковидный, клиновидный, черпаловидный . Соединение суставов обеспечивается связками и суставами. Между хрящами находятся мембраны, выполняющие также функцию соединения.

Глотка представляет собой трубку, которая берет начало в полости носа. В глотке пересекаются пищеварительные и дыхательные пути. Глотку можно назвать звеном соединения носовой полости и полости рта, а также глотка соединяет гортань и пищевод. Находится глотка между основанием черепа и 5-7 позвонками шеи. Носовая полость является начальным отделом дыхательной системы. Состоит из наружного носа и носовых ходов. Функцией носовой полости является фильтрация воздуха, а также его очищение и увлажнение. Ротовая полость — это второй путь поступления воздуха в дыхательную систему человека. Полость рта имеет два отдела: задний и передний. Передний отдел также называют преддверием рта.

Дыхание человека - сложный физиологический механизм, обеспечивающий обмен кислородом и углекислым газом между клетками и внешней средой.

Кислород постоянно поглощается клетками и одновременно идет процесс удаления из организма углекислого газа, который образуется в результате биохимических реакций, протекающих в организме.

Кислород участвует в реакциях окисления сложных органических соединений с их конечным распадом до углекислого газа и воды, в ходе чего образуется необходимая для жизни энергия.

Кроме жизненно необходимого газообмена, внешнее дыхание обеспечивает другие важные функции в организме , например способность к звукообразованию .

В этом процессе участвуют мышцы гортани, дыхательные мышцы, голосовые связки и полость рта, а сам он возможен только при выдохе. Вторая важная «недыхательная» функция - обоняние .

Кислород в нашем организме содержится в небольшом количестве - 2,5 — 2,8 л, причем около 15 % этого объема находится в связанном состоянии.

В покое человек в минуту потребляет приблизительно 250 мл кислорода и удаляет около 200 мл углекислого газа.

Таким образом, при остановке дыхания запаса кислорода в нашем организме хватает всего на несколько минут, затем наступает повреждение и гибель клеток, в первую очередь страдают клетки ЦНС.

Для сравнения: без воды человек способен прожить 10-12 суток (в организме человека запас воды в зависимости от возраста составляет до 75 %), без еды - до 1,5 мес.

При интенсивной физической нагрузке расход кислорода резко возрастает и может доходить до 6 л в минуту.

Дыхательная система

Функцию дыхания в организме человека осуществляет дыхательная система , в которую входят органы внешнего дыхания (верхние дыхательные пути, легкие и грудная клетка, включая ее костно-хрящевой каркас и нервно-мышечную систему), органы транспорта газов кровью (сосудистая система легких, сердце) и регуляторные центры, обеспечивающие автоматизм дыхательного процесса.

Грудная клетка

Грудная клетка образует стенки грудной полости, в которой расположены сердце, легкие, трахея и пищевод.

Она состоит из 12 грудных позвонков, 12 пар ребер, грудины и соединений между ними. Передняя стенка грудной клетки короткая, она сформирована грудиной и реберными хрящами.

Задняя стенка образована позвонками и ребрами, тела позвонков расположены в грудной полости. Ребра соединены между собой и с позвоночником подвижными суставами и принимают активное участие в дыхании.

Промежутки между ребрами заполнены межреберными мышцами и связками. Изнутри грудная полость выстлана пристеночной, или париетальной, плеврой.

Дыхательные мышцы

Дыхательные мышцы подразделяют на осуществляющие вдох (инспираторные) и осуществляющие выдох (экспираторные). К основным инспираторным мышцам относят диафрагму, наружные межреберные и внутренние межхрящевые мышцы.

К вспомогательным инспираторным мышцам принадлежат лестничные, грудиноключично -сосцевидные, трапециевидные, большие и малые грудные.

К экспираторным мышцам относят внутренние межреберные, прямые, подреберные, поперечные, а также наружную и внутреннюю косые мышцы живота.

Разум - хозяин чувств, а дыхание - хозяин разума.

Диафрагма

Поскольку грудобрюшная перегородка, диафрагма, имеет крайне важное значение в процессе дыхания, рассмотрим ее строение и функции более подробно.

Эта обширная изогнутая (выпуклостью кверху) пластина полностью разграничивает брюшную и грудную полости.

Диафрагма - главная дыхательная мышца и важнейший орган брюшного пресса.

В ней выделяют сухожильный центр и три мышечные части с названиями по тем органам, от которых они начинаются, соответственно выделяют реберную, грудинную и поясничную области.

При сокращении купол диафрагмы удаляется от стенок грудной клетки и уплощается, за счет чего увеличивается объем грудной полости и уменьшается объем брюшной полости.

При одновременном сокращении диафрагмы с мышцами брюшного пресса повышается внутрибрюшное давление.

Следует учесть, что к сухожильному центру диафрагмы крепятся париетальная плевра, перикард и брюшина, то есть перемещение диафрагмы смещает органы грудной и брюшной полости.

Дыхательные пути

К дыхательным путям относят путь, который воздух проходит от носа до альвеол.

Их делят на воздухоносные пути, расположенные вне грудной полости (это носовые ходы, глотка, гортань и трахея) и внутригрудные дыхательные пути (трахея, главные и долевые бронхи).

Процесс дыхания условно можно разделить на три этапа:

Внешнее, или легочное, дыхание человека;

Транспорт газов кровью (транспортировка кислорода кровью к тканям и клеткам, одновременно удаление из тканей углекислого газа);

Тканевое (клеточное) дыхание, которое осуществляется непосредственно в клетках в специальных органеллах.

Внешнее дыхание человека

Мы рассмотрим основную функцию аппарата дыхания - внешнее дыхание, при котором происходит газообмен в легких, то есть поступление кислорода к дыхательной поверхности легких и удаление углекислого газа.

В процессе внешнего дыхания принимают участие собственно аппарат дыхания, включающий воздухоносные пути (нос, глотка, гортань, трахея), легкие и инспираторные (дыхательные) мышцы, расширяющие грудную клетку во всех направлениях.

Подсчитано, что в среднем суточная вентиляция легких составляет около 19 000-20 000 л воздуха, а за год через легкие человека проходит более 7 млн л воздуха.

Легочная вентиляция обеспечивает газообмен в легких и снабжается благодаря чередованию вдоха (инспирации) и выдоха (экспирации).

Вдох - это активный процесс за счет инспираторных (дыхательных) мышц, основные из которых - диафрагма, наружные косые межреберные мышцы и внутренние межхрящевые мышцы.

Диафрагма - это мышечно-сухожильное образование, разграничивающее брюшную и грудную полости, при ее сокращении увеличивается объем грудной клетки.

При спокойном дыхании диафрагма смещается вниз на 2-3 см, а при глубоком форсированном экскурсия диафрагмы может достигать 10 см.

При вдохе за счет расширения грудной клетки пассивно увеличивается объем легких, давление в них становится ниже атмосферного, что дает возможность проникать в них воздуху. Во время вдоха воздух первоначально проходит через нос, глотку и затем поступает в гортань. Носовое дыхание у человека очень важно, так как при прохождении воздуха через нос происходит увлажнение и согревание воздуха. Кроме того, эпителий, выстилающий полость носа, способен задерживать мелкие инородные тела, поступающие с воздухом. Таким образом, воздухоносные пути также выполняют очистительную функцию.

Гортань находится в передней области шеи, сверху она соединена с подъязычной костью, снизу переходит в трахею. Спереди и с боков располагаются правая и левая доли щитовидной железы. Гортань участвует в акте дыхания, защите нижних дыхательных путей и голосообразовании, состоит из 3 парных и 3 непарных хрящей. Из этих образований в процессе дыхания важную роль выполняет надгортанник, который предохраняет дыхательные пути от попадания инородных тел и пищи. В гортани условно выделяют три отдела. В среднем отделе расположены голосовые связки, которые образуют самое узкое место гортани - голосовую щель. Голосовые связки играют основную роль в процессе звукообразования, а голосовая щель - при дыхательной практике.

Из гортани воздух поступает в трахею. Трахея начинается на уровне 6-го шейного позвонка; на уровне 5-го грудного позвонка она делится на 2 главных бронха. Сама трахея и главные бронхи состоят из незамкнутых хрящевых полуколец, что обеспечивает их постоянную форму и не дает им спадаться. Правый бронх шире и короче левого, расположен вертикально и служит продолжением трахеи. Он делится на 3 долевых бронха, так как правое легкое разделяется на 3 доли; левый бронх - на 2 долевых бронха (левое легкое состоит из 2 долей)

Затем долевые бронхи делятся дихотомически (надвое) на бронхи и бронхиолы более мелких размеров, заканчиваясь дыхательными бронхиолами, на конце которых расположены альвеолярные мешочки, состоящие из альвеол - образований, в которых, собственно, и происходит газообмен.

В стенках альвеол находится большое количество мельчайших кровеносных сосудов - капилляров, которые служат для проведения газообмена и дальнейшей транспортировки газов.

Бронхи с разветвлением их на более мелкие бронхи и бронхиолы (до 12-го порядка стенка бронхов включает в себя хрящевую ткань и мышцы, это препятствует спадению бронхов во время выдоха) внешне напоминают дерево.

К альвеолам подходят терминальные бронхиолы, которые являются разветвлением 22-го порядка.

Количество альвеол в организме человека достигает 700 млн, а их суммарная площадь составляет 160 м2.

К слову, наши легкие имеют огромный резерв; в покое человек использует не более 5 % дыхательной поверхности.

Газообмен на уровне альвеол идет непрерывно, он осуществляется методом простой диффузии за счет разницы парциального давления газов (процентного со-отношения давления различных газов в их смеси).

Процентное давление кислорода в воздухе составляет около 21 % (в выдыхаемом воздухе его содержание - приблизительно 15 %), углекислого газа - 0,03 %.

Видео «Газообмен в легких»:

Спокойный выдох - пассивный процесс за счет нескольких факторов.

После прекращения сокращения инспираторных мышц ребра и грудина опускаются (за счет силы тяжести) и грудная клетка уменьшается в объеме, соответственно, увеличивается внутригрудное давление (становится выше атмосферного) и воздух устремляется наружу.

Легкие сами по себе обладают эластической упругостью, которая направлена на уменьшение объема легких.

Этот механизм обусловлен наличием пленки, выстилающей внутреннюю поверхность альвеол, которая содержит сурфактант - вещество, обеспечивающее поверхностное натяжение внутри альвеол.

Так, при перерастяжении альвеол сурфактант ограничивает этот процесс, стремясь сократить объем альвеол, в то же время не позволяя им спадаться полностью.

Механизм эластической упругости легких также обеспечивается за счет мышечного тонуса бронхиол.

Активный процесс с участием вспомогательных мышц.

В качестве экспираторных мышц при глубоком выдохе выступают мышцы живота (косые, прямая и поперечные), при сокращении которых возрастает давление в брюшной полости и поднимается диафрагма.

К вспомогательным мышцам, обеспечивающим выдох, также можно отнести межреберные внутренние косые мышцы и мышцы, сгибающие позвоночник.

Внешнее дыхание можно оценить с помощью нескольких параметров.

Дыхательный объем. Количество воздуха, которое в спокойном состоянии поступает в легкие. В покое норма составляет приблизительно 500-600 мл.

Объем вдоха немного больше, так как углекислого газа выдыхается меньше, чем поступает кислорода.

Альвеолярный объем . Часть дыхательного объема, которая участвует в газообмене.

Анатомическое мертвое пространство. Образуется в основном за счет верхних дыхательных путей, которые заполнены воздухом, но сами не участвуют в газообмене. Оно составляет около 30 % от дыхательного объема легких.

Резервный объем вдоха. Количество воздуха, которое человек может дополнительно вдохнуть после обычного вдоха (может достигать 3 л).

Резервный объем выдоха. Остаточный воздух, который можно выдохнуть после спокойного выдоха (у отдельных людей достигает 1,5 л).

Частота дыхания. В среднем составляет 14-18 дыхательных циклов в минуту. Она обычно возрастает при физической на-грузке, стрессе, беспокойстве, когда организму требуется больше кислорода.

Минутный объем легких . Определяется с учетом дыхательного объема легких и частоты дыхания в минуту.

В нормальных условиях продолжительность фазы выдоха длиннее, чем вдоха, приблизительно в 1,5 раза.

Из характеристик внешнего дыхания важен еще тип дыхания.

Он зависит от того, осуществляется ли дыхание только с помощью экскурсии грудной клетки (грудной, или реберный, тип дыхания) либо в процессе дыхания основное участие принимает диафрагма (брюшной, или диафрагмальный, тип дыхания).

Дыхание находится выше сознания.

Для женщин более характерен грудной тип дыхания, хотя физиологически более оправдано дыхание с участием диафрагмы.

При этом виде дыхания лучше вентилируются нижние отделы легких, увеличивается дыхательный и минутный объем легких, организм затрачивает меньше энергии на процесс дыхания (диафрагма движется легче, чем костно-хрящевой каркас грудной клетки).

Параметры дыхания на протяжении всей жизни человека регулируются автоматически, в зависимости от потребностей в определенное время.

Центр регуляции дыхания состоит из нескольких звеньев.

В качестве первого звена регуляции выступает необходимость поддержания на постоянном уровне напряжения кислорода и углекислого газа в крови.

Эти параметры постоянны, при выраженных нарушениях организм может существовать всего несколько минут.

Второе звено регуляции - периферические хеморецепторы, расположенные в стенках сосудов и тканях, которые реагируют на снижение уровня кислорода крови либо на повышение уровня углекислого газа. Раздражение хеморецепторов вызывает изменение частоты, ритма и глубины дыхания.

Третье звено регуляции - собственно дыхательный центр, который состоит из нейронов (нервных клеток), расположенных на различных уровнях нервной системы.

Различают несколько уровней дыхательного центра.

Спинальный дыхательный центр , расположенный на уровне спинного мозга, иннервирует диафрагму и межреберные мышцы; его значение - в изменении силы сокращения этих мышц.

Центральный дыхательный механизм (генератор ритма), находящийся в продолговатом мозге и варолиевом мосту, обладает свойством автоматизма и регулирует дыхание в покое.

Центр, расположенный в коре больших полушарий и гипоталамусе , обеспечивает регуляцию дыхания при физической нагрузке и в состоянии стресса; кора головного мозга позволяет произвольно регулировать дыхание, производить самовольную задержку дыхания, осознанно менять его глубину и ритм и так далее.

Следует отметить еще один важный момент: отклонение от нормального ритма дыхания обычно сопровождается изменениями со стороны других органов и систем организма.

Клетки человеческого тела требуют постоянного притока кислорода, чтобы остаться в живых. Дыхательная система обеспечивает кислородом клетки организма, удаляя углекислый газ, продукты отходов, которые могут быть смертельными, если накопятся. Есть 3 основных части дыхательной системы: дыхательные пути, легкие и мышцы дыхания. Дыхательные пути, которые включают нос, рот, глотку, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы, несут воздух в легкие и выводят наружу. Легкие … [Читайте ниже]

• Верхние пути
• Нижние пути

[Начало сверху] … выступают в качестве функциональных узлов дыхательной системы, пропуская кислород внутрь организма и удаляя двуокись углерода из организма. И, наконец, мышцы дыхания, в том числе диафрагма и межреберные мышцы, работают вместе, передвигая воздух в и из легких во время дыхания.

Нос и носовая полость образуют основное внешнее отверстие для дыхательной системы и первый участок воздушной трассы -дыхательные пути организма, через которые воздух движется. Нос представляет собой строение из хряща, костей, мышц и кожи, которая поддерживает и защищает переднюю часть носовой полости. Носовая полость представляет собой полое пространство внутри носа и черепа, которое покрыто волосками и слизистой оболочкой. Функция полости носа — нагреть, увлажнить и отфильтровать воздух, поступающий в организм, прежде чем он достигает легких. Волоски и слизь, выстилающие носовую полость помогают улавливать пыль, плесень, пыльцу и другие загрязнители окружающей среды, прежде чем они смогут достичь внутренних частей тела. Воздух, выходящий из тела через нос возвращает влагу и тепло в носовую полость перед тем, как оно будет отправлено в окружающую среду.

Рот

Рот, также известный как ротовая полость, является вторичным наружным отверстием для дыхательных путей. Самое нормальное дыхание происходит через носовую полость, но ротовая полость может быть использована, чтобы дополнить или заменить функции носовой полости, когда это необходимо. Поскольку путь воздуха, поступающего в организм из ротовой полости короче, чем путь для воздуха, поступающего из носа, рот не греет и не увлажняет воздух, поступающий в легкие. Во рту также не хватает волос и липкой слизи, чтобы фильтровать воздух. Одно из преимуществ дыхания через рот — более короткое расстояние и больший диаметр позволяет большему количеству воздуха быстро войти в тело.

Глотка
Глотка, также известная как горло, является мышечной воронкой, которая простирается от заднего конца носовой полости до верхнего конца пищевода и гортани. Глотка делится на 3 области: носоглотка, ротоглотка и гортаноглотка. Носоглотка является высшей областью глотки, расположенной в задней части носовой полости. Вдыхаемый воздух из полости носа проходит в носоглотку и спускается через ротоглотки, расположенную в задней части полости рта. Воздух вдыхается через ротовую полость и поступает в глотку. Затем, вдыхаемый воздух опускается в гортаноглотку, где он будет переадресован в отверстие гортани с помощью надгортанника. Надгортанник представляет собой лоскут из эластичного хряща, который действует как переключатель между трахеей и пищеводом. Поскольку гортань также используется, чтобы проглатывать пищу, надгортанник гарантирует, что воздух пройдёт в трахею, закрывая отверстие в пищевод. Во время процесса глотания, надгортанник движется, чтобы покрыть трахеи, для того чтобы пища попала в пищевод и предотвратить удушье.
Гортань
Гортань, также известная как голосовые связки, является коротким участком дыхательных путей, который соединяет гортаноглотку и трахею. Гортань расположена в передней части шеи, чуть уступает подъязычной кости и превосходящей трахеи. Несколько хрящевых структур составляют гортань. Надгортанник является одним из хрящевых кусков в гортани и служит в качестве крышки гортани при глотании. Низшим к надгортаннику является хрящ щитовидной железы, который часто называют кадык, чаще всего увеличен и виден у взрослых мужчин. Хрящ щитовидной железы держит открытым передний конец гортани и защищает голосовые связки. Ниже щитовидного хряща находится кольцеобразный перстневидный хрящ, который удерживает гортань открытой и поддерживает её задний конец. В дополнение к хрящевой ткани, гортань содержит специальные структуры, известные как голосовые складки, которые позволяют организму производить звуки речи и пения. Голосовые связки являются складками слизистой оболочки, которые вибрируют для создания вокальных звуков. Напряжение и вибрация голосовых складок может быть изменено, чтобы изменить высоту колебаний, что они производят.

Трахея

Трахея или дыхательное горло, представляет собой 12 — сантиметровую трубку, изготовленную из С-образных гиалиновых хрящевых колец, с многорядным мерцательным цилиндрическим эпителием. Трахея соединяет гортань с бронхами и позволяет воздуху проходить через шею в грудную клетку. Кольца хряща, составляющие трахеи, позволяют ему оставаться открытым для воздуха во все времена. Открытый конец хрящевых колец обращенный кзади к пищеводу, позволяет пищеводу расширяться в пространстве, занимаемом трахеей, чтобы позволить массе из пищи переместиться через пищевод.

Основная функция трахеи — обеспечение четкого дыхательного пути для воздуха, чтобы он мог войти и выйти из легких. Кроме того, эпителий, выстилающий трахеи, производит слизь, которая накопила пыль и другие загрязняющие вещества и предотвращает её попадание в легкие. Реснички на поверхности эпителиальных клеток, перемещают слизь точно к глотке, где она может быть проглочена и переварена в желудочно-кишечном тракте.

Бронхи и бронхиолы
На нижнем конце трахеи дыхательные пути расщепляются на левую и правую ветви, известные как первичные бронхи. Левый и правый бронхи идут в каждое легкое, затем следуют отходящие более мелкие бронхи — вторичные. Вторичные бронхи несут воздух в доли легких — 2 в левом легком и 3 в правом легком. Вторичный бронхи в свою очередь, разделяются на множество более мелких третичных бронхов в пределах каждого лепестка. Третичные бронхи распадаются на множество мелких бронхиол, которые распространяются по всей поверхности легких. Каждые бронхиолы далее распадается на множество более мелких ветвей менее миллиметра в диаметре, называемых конечными бронхиолами. И, наконец, миллионы крошечных конечных бронхиол проводят воздух в альвеолы легких.

По мере того, как в дыхательных путях расщепляется на древовидные ветви бронхи и бронхиолы, структура стенок дыхательных путей начинает изменяться. Первичные бронхи содержат множество С-образных хрящевых колец, которые прочно удерживают дыхательные пути открытыми и придают бронхам форму сплющенного круга или буквы D. Где бронхи разветвляются на вторичные и третичные бронхи, хрящи становятся более широко расставленными и покрыты более гладкими мышцами, содержащими белок эластин. Бронхиолы отличаются от структуры бронхов тем, что они не содержат какой-либо хрящ вообще. Наличие гладких и эластических мышц позволяет более мелким бронхам и бронхиолам быть более гибкими и пластичными.

Основная функция бронхов и бронхиол — нести воздух из трахеи в легкие. Гладкие мышечные ткани в их стенках помогают регулировать поток воздуха, поступающего в легкие. Когда большие объемы воздуха требуются для тела, например, во время физических упражнений, гладкая мышца расслабляется для расширения бронхов и бронхиол. Дилатационные дыхательные пути обеспечивают меньшее сопротивление воздушному потоку и позволяют большему количеству воздуха проходить в и из легких. Гладкие мышечные волокна способны сокращаться во время отдыха, чтобы предотвратить гипервентиляциюи. Бронхи и бронхиолы также используют слизь и реснички их эпителиальной выстилки для улавливания и перемещения пыли и других загрязняющих веществ из легких.

Лёгкие

Лёгкие являются парой крупных, рыхлых органов, находящихся в грудной клетке сбоку от сердца и превосходящими диафрагму. Каждое легкое окружено плевральной мембраной, которая обеспечивает его пространством для расширения, а также служит для создания отрицательного давления относительно атмосферному. Отрицательное давление позволяет легким пассивно наполняться воздухом, тогда как они расслабляются. Левые и правые легкие немного отличаются по размеру и форме из — за сердца, находящегося на левой стороне тела. Таким образом, левое легкое немного меньше, чем правое и состоит из 2 — ух долей, в то время как правое легкое имеет 3 доли.

Внутренняя часть легких состоит из губчатых тканей, содержащих много капилляров и около 30 миллионов крошечных мешочков, известных как альвеолы. Альвеолы — чашеобразные структуры, находящиеся в конце терминала бронхиол и окруженные капиллярами. Альвеолы выстланы тонкой прослойкой плоского эпителия, что позволяет воздуху войти в альвеолы и обменять свои газы при прохождении крови через капилляры.

Мышцы дыхания

Набор мышц окружающих легкие, которые способны засосать воздух для ингаляции или выдохнуть его из легких. Основная мышца дыхания в организме человека — диафрагма, тонкий лист скелетных мышц. Когда диафрагма сжимается, она движется книзу несколько сантиметров в брюшную полость, увеличивая пространство внутри грудной полости и обеспечивая продувание воздуха в легкие. Релаксация диафрагмы позволяет воздуху течь обратно в легкие во время выдоха.

Между ребрами находится много межреберных мышц, которые помогают диафрагме с увеличением и сжатием легких. Эти мышцы делятся на две группы: внутренние межреберные и наружные межреберные мышцы. Внутренние — глубоко расположенный набор мышц, они угнетают ребра, чтобы сжать грудную полость и лёгкие, чтобы выдохнуть воздух из легких. Внешние межреберные мышцы находятся на поверхности и функционируют, чтобы поднять ребра, обеспечивая расширение объема грудной полости и в результате чего воздух выходит из легких.

Легочная вентиляция

Легочная вентиляция представляет собой процесс перемещения воздуха в и из легких, чтобы облегчить газообмен. Дыхательная система использует систему отрицательного давления и сокращение мышц для достижения легочной вентиляции. Система отрицательного давления дыхательной системы предполагает создание отрицательного градиента давления между альвеолами и внешней атмосферой. Мембрана запечатывает легкие и поддерживает давление незначительно ниже, чем в атмосфере, когда легкие находятся в состоянии покоя. Это приводит к пассивному наполнению легких в состоянии покоя. Чтобы заполнить легкие воздухом, давление в них поднимается до тех пор, пока оно не станет соответствовать атмосферному. На данном этапе ещё больше воздуха может быть вдыхаемо сокращением диафрагмы и наружных межреберных мышц, которые увеличивают объем грудной клетки и снова снижая давление в легких ниже, чем в атмосфере.
Для того, чтобы выдохнуть воздух, диафрагма и внешние межреберные мышцы расслабляются, в то время как внутренние межреберные мышцы сокращаются, чтобы уменьшить объем грудной клетки и увеличить давление внутри грудной полости. Градиент давления в это время восстанавливается, что приводит к выдоху воздуха, пока давление внутри легких и за пределами тела не станут равны. На этом этапе свойство упругости легких приводит к их возвращению назад к их объему покоя, восстанавливая отрицательный градиент давления, присутствующий во время ингаляции.

Внешнее дыхание

Внешнее дыхание — обмен газов между воздухом, заполняющим альвеолы и кровь в капиллярах и окружающим стенки альвеол. Воздух, поступающий в легкие из атмосферы имеет более высокое парциальное давление кислорода и более низкое парциальное давление диоксида углерода, чем имеет кровь в капиллярах. Разница в парциальных давлений призывает газы диффундировать пассивно вдоль их градиентов давления от высокого до низкого через простой чешуйчатый эпителий покрова альвеолов. Конечным результатом внешнего дыхания является движение кислорода из воздуха в кровь и перемещение углекислого газа из крови в воздух. Кислород становится возможно транспортировать к тканям организма, в то время как углекислый газ выбрасывается в атмосферу во время выдоха.

Внутреннее дыхание

Это — обмен газов между кровью в капиллярах и тканями организма. Капиллярная кровь имеет более высокое парциальное давление кислорода и более низкое парциальное давление углекислого газа, чем ткани, через которые она проходит. Разница в парциальных давлений приводит к диффузии газов вдоль их градиентов давления от высокого до низкого давления через эндотелий капилляров. Конечным результатом внутреннего дыхания является диффузия кислорода в ткани и диффузия углекислого газа в кровь.

Транспортировка газов
2 основных дыхательных газа, кислород и углекислый газ, которые транспортируются по всему телу с помощью крови крови. Плазма крови имеет способность транспортировать растворенный кислород и углекислый газ, но большая часть газов, переносимых в крови существуют для транспортировки молекул. Гемоглобин является важной молекулой транспорта, находится в красных кровяных клетках, которые содержат почти 99% кислорода крови. Гемоглобин может также нести небольшое количество углекислого газа из тканей обратно в легкие. Тем не менее, подавляющее большинство диоксида углерода присутствует в плазме как бикарбонат — ион. Когда парциальное давление углекислого газа высоко в тканях, фермент карбоангидразы катализирует реакцию между диоксидом углерода и водой с образованием угольной кислоты. Углекислота затем диссоциирует на ионы водорода и бикарбонат — иона. Когда парциальное давление углекислого газа низко в легких, происходят реакции обратного порядка и углекислый газ высвобождается в легкие, чтобы быть выпущенным наружу.

Гомеостатический контроль дыхания

В нормальных условиях покоя, тело сохраняет спокойную частоту дыхания и глубину — нормальное дыхание. Нормальное дыхание сохраняется до возникновения повышенного спроса на кислород у тела. А производство углекислого газа повышается за счет большей нагрузки. Вегетативные хеморецепторы в организме способны контролировать парциальное давление кислорода и CO2 в крови и посылают сигналы в дыхательный центр ствола головного мозга. Дыхательный центр затем регулирует частоту и глубину дыхания, чтобы вернуть кровь к её нормальному уровню парциального давления газов.

Система проведения воздуха через наш организм имеет сложное строение. Природой создан механизм доставки кислорода в легкие, где он проникает в кровь, чтобы была возможность осуществлять обмен газами между окружающей средой и всеми клетками нашего тела.

Под схемой дыхательной системы человека подразумевают дыхательные пути – верхние и нижние:

• Верхние – это носовая полость, включая околоносовые пазухи, и гортань – голосообразующий орган.
• Нижние – это трахея и бронхиальное дерево.
• Органы дыхания – легкие.

Каждый из этих компонентов уникален в своих функциях. Вместе, все эти структуры работают, как один слаженный механизм.

Полость носа

Первая структура, через которую проходит воздух при вдохе – это нос. Его строение:

1. Каркас состоит из множества мелких костей, на которых крепятся хрящи. Именно от их формы и размера зависит внешний вид носа человека.


2. Его полость, согласно анатомии, с внешней средой сообщается через ноздри, тогда как с носоглоткой – через специальные отверстия в костной основе носа (хоаны).
3. На внешних стенках обеих половин носовой полости сверху вниз располагаются 3 носовых хода. Через отверстия в них носовая полость сообщается с околоносовыми пазухами и слезным протоком глаза.
4. Изнутри полость носа покрывает слизистая оболочка с однослойным эпителием. Она имеет множество волосков и ресничек. На этом участке воздух засасывается внутрь, а также согревается и увлажняется. Волоски, реснички и слой слизи в носу играют роль фильтра для воздуха, улавливая частицы пыли и задерживая микроорганизмы. В слизи, секретируемой эпителиоцитами, содержатся бактерицидные ферменты, которые способны уничтожать бактерии.

Еще одна важная функция носа – обонятельная. В верхних частях слизистой оболочки находятся рецепторы обонятельного анализатора. Эта область имеет отличную окраску от остальных слизистых.

Обонятельная зона слизистой оболочки окрашена в желтоватый цвет. От рецепторов в ее толще передается нервный импульс в специализированные зоны коры головного мозга, где и формируется ощущение запаха.

Околоносовые пазухи

В толще костей, которые берут участие в формировании носа, имеются пустоты, выстланные изнутри слизистой оболочкой – околоносовые пазухи. Они заполнены воздухом. Это заметно снижает вес костей черепа.

Носовая полость вместе с пазухами принимает участие в процессе образования голоса (воздух резонирует, и звук делается громче). Есть такие околоносовые пазухи:

• Две верхнечелюстные (гайморовы) – внутри кости верхней челюсти.
• Две лобные (фронтальные) – в полости лобной кости, над надбровными дугами.
• Одна клиновидная – в основе клиновидной кости (она находится внутри черепа).
• Полости внутри решетчатой кости.

Все эти пазухи сообщаются с носовыми ходами через отверстия и каналы. Это приводит к тому, что воспалительный экссудат из носа попадает в полость пазух. Болезнь быстро распространяется на близлежащие ткани. Вследствие этого развивается их воспаление: гайморит, фронтит, сфеноидит и этмоидит. Эти заболевания опасны своими последствиями: гной в запущенных случаях расплавляет стенки костей, попадая в полость черепа, вызывает при этом необратимые изменения в нервной системе.

Гортань

Пройдя через полость носа и носоглотку (или ротовую полость, если человек дышит через рот), воздух попадает в гортань. Это трубкообразный орган весьма сложной анатомии, который состоит из хрящей, связок и мышц. Именно здесь находятся голосовые связки, благодаря которым мы можем издавать звуки разной частоты. Функции гортани – проведение воздуха, образование голоса.

Строение:

1. Гортань располагается на уровне 4–6 шейных позвонков.
2. Переднюю ее поверхность образует щитовидный и перстневидный хрящи. Заднюю и верхнюю части – надгортанник и мелкие клиновидные хрящики.
3. Надгортанник представляет собой «крышку», которой закрывается гортань во время глотка. Это устройство нужно для того, чтобы еда не попадала в воздухоносные пути.
4. Изнутри гортань выстлана однослойным респираторным эпителием, клетки которого имеют тонкие ворсинки. Они двигаются, направляя слизь и частички пыли к глотке. Таким образом, происходит постоянное очищение воздухоносных путей. Только поверхность голосовых связок выстлана многослойным эпителием, это делает их более устойчивыми к повреждениям.
5. В толще слизистой оболочки гортани есть рецепторы. Когда эти рецепторы раздражаются инородными телами, избытком слизи или продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, возникает рефлекторный кашель. Это защитная реакция гортани, направленная на очищение ее просвета.

Трахея

От нижнего края перстневидного хряща начинается трахея. Этот орган относят к нижним отделам дыхательных путей. Она заканчивается на уровне 5–6 грудных позвонков в месте ее бифуркации (раздвоения).

Строение трахеи:

1. Каркас трахеи образует 15–20 хрящевых полуколец. Сзади они соединены мембраной, которая прилежит к пищеводу.
2. В месте разделения трахеи на главные бронхи есть выступ слизистой оболочки, который отклоняется влево. Этот факт обуславливает то, что инородные тела, которые попадают сюда, чаще обнаруживаются в правом главном бронхе.
3. Слизистая оболочка трахеи имеет хорошую всасываемость. Это используется в медицине для совершения внутритрахеального введения лекарств, путем ингаляций.

Бронхиальное дерево

Трахея разделяется на два главных бронха – трубчатые образования, состоящие из хрящевой ткани, которые заходят в легкие. Стенки бронхов образуют хрящевые кольца и соединительнотканные перепонки.

Внутри легких бронхи делятся на долевые бронхи (второго порядка), те, в свою очередь, несколько раз раздваиваются на бронхи третьего, четвертого и т. д. до десятого порядка – терминальных бронхиол. Они дают начало респираторным бронхиолам – компонентам легочных ацинусов.

Респираторные бронхиолы переходят в дыхательные ходы. К этим ходам крепятся альвеолы – мешочки, заполненные воздухом. Именно на этом уровне происходит газообмен, сквозь стенки бронхиол воздух не может просочиться в кровь.

На протяжении всего дерева бронхиолы изнутри выстланы респираторным эпителием, а их стенка образована элементами хряща. Чем меньше калибр бронха, тем меньше в его стенке хрящевой ткани.

В мелких бронхиолах появляются гладкомышечные клетки. Это обуславливает способность бронхиол к расширению и сужению (в некоторых случаях даже спазмированию). Это происходит под действием внешних факторов, импульсов вегетативной нервной системы и некоторых фармацевтических препаратов.

Легкие

Дыхательная система человека также включает легкие. В толще тканей этих органов происходит газообмен между воздухом и кровью (внешнее дыхание).

Под путем простой диффузии кислород двигается туда, где его концентрация ниже (в кровь). По тому же принципу окись углерода выводится из крови.

Обмен газами через клетку осуществляется за счет разницы парциального давления газов в крови и полости альвеолы. Этот процесс основан на физиологической проницаемости стенок альвеол и капилляров к газам.

Это паренхиматозные органы, которые располагаются в грудной полости по бокам от средостения. В средостении находится сердце и крупные сосуды (легочный ствол, аорта, верхняя и нижняя полые вены), пищевод, лимфатические протоки, симпатические нервные стволы и другие структуры.

Грудная полость изнутри выстлана специальной оболочкой – плеврой, другой ее листок покрывает каждое легкое. В итоге образуется две замкнутых плевральных полости, в которых создается отрицательное (относительно атмосферного) давление. Это обеспечивает человека возможностью делать вдох.

С внутренней поверхности легкого располагается его ворота – сюда входят главные бронхи, сосуды и нервы (все эти структуры образуют корень легкого). Правое легкое человека состоит из трех долей, а левое – из двух. Это обусловлено тем, что место третьей доли левого легкого занимает сердце.

Паренхима легких состоит из альвеол – полостей с воздухом диаметром до 1 мм. Стенки альвеол образуются соединительной тканью и альвеолоцитами – специализированными клетками, которые способны пропускать через себя пузырьки кислорода и углекислого газа.

Изнутри альвеола покрыта тонким слоем вязкого вещества – сурфактантом. Эта жидкость начинает вырабатываться у плода на 7 месяце внутриутробного развития. Она создает в альвеоле силу поверхностного натяжения, что не дает ей спадаться при выдохе.

Вместе сурфактант, альвеолоцит, мембрана, на которой он лежит, и стенка капилляра образуют аэрогематический барьер. Через него не проникают микроорганизмы (в норме). Но если возникает воспалительный процесс (пневмония), стенки капилляров становятся проницаемы для бактерий.