Объемы легочного воздуха и ЖЕЛ измеряют при помощи спирометра или спирографа.

Вентиляция легких

Вентиляцией легких называют объем воздуха, проходящий через легкие в 1 мин. Иначе его называют минутным объемом дыхания (МОД). В покое МОД равен 5—8 л/мин, при мышечной работе увеличивается и нередко достигает 80 и даже 120—150 л/мин.

Не весь объем вдыхаемого воздуха участвует в вентиляции альвеол. Часть его остается в воздухоносных путях, объем которых в среднем составляет около 140 мл. Таким образом, во время спокойного вдоха в альвеолы поступает не 500 мл, а только 360 мл воздуха. Воздухоносные пути называют «мертвым пространством», так как воздух, находящийся в них, не участвует в газообмене.

Человек вдыхает атмосферный воздух, в котором содержится 20,94% кислорода (О2), 79,03% азота (N2) и очень незначительное количество углекислого газа (СО2) — 0,03%. Выдыхаемый воздух содержит меньше кислорода (16,3%) и много углекислого газа (4%). По составу выдыхаемый воздух значительно отличается от альвеолярного, т. е. находящегося в альвеолах (табл. 1.), так как к нему примешиваются 140 мл воздуха, остававшегося в воздухоносных путях и не принимавшего участия в газообмене.

Процентное содержание газов в воздухе определяют при помощи специального прибора — газоанализатора.

Таблица 1. Состав вдыхаемого альвеолярного и выдыхаемого воздуха (в процентах)

Дыхательный центр

Грудная клетка человека за 1 мин совершает 16—20 дыхательных движений. Ритмическая деятельность дыхательной мускулатуры обеспечивается центральной нервной системой. Исследования показали, что после укола иглой в определенную точку дна IV желудочка, находящегося в продолговатом мозге, дыхание прекращается. Эту часть продолговатого мозга называют дыхательным центром. В опытах было установлено, что после перерезки всех чувствительных путей, подходящих к продолговатому мозгу, его ритмическая деятельность не прекращается. Следовательно, дыхательный центр является не рефлекторным, а автоматическим.

Дыхательный центр является двусторонним. Каждая его половина состоит из центра вдоха и выдоха. Импульсы из дыхательного центра идут к двигательным нейронам диафрагмальных и межреберных мышц, расположенным в спинном мозге, а от них — к дыхательной мускулатуре и вызывают ее сокращения.

Регуляция деятельности дыхательного центра. Автоматическая деятельность дыхательного центра регулируется нервным и гуморальным путем, благодаря чему достигается соответствие легочной вентиляции потребностям организма в кислороде.

Большую роль в регуляции частоты и глубины дыхательных движений играют блуждающие нервы. В стволе блуждающего нерва проходят чувствительные волокна от интерорецепторов, находящихся в легких. Если перерезать блуждающие нервы, то дыхание нарушается: становится глубоким и редким, появляются длительные паузы.

На работу дыхательного центра оказывает влияние кора полушарий большого мозга. Человек произвольно регулирует дыхание при разговоре, пении, он может задержать или усилить дыхание. Роль коры в регуляции дыхания была доказана в лаборатории К. М. Быкова путем выработки условного дыхательного рефлекса. Дыхание газовой смесью, содержащей 6% СО2, вызывает одышку. Если перед вдыханием газовой смеси включать метроном (условный раздражитель), то уже после нескольких сочетаний только звук метронома будет вызывать одышку. Как показали опыты, у спортсменов дыхание усиливается уже до начала упражнений, при команде «на старт».

Рефлекторные изменения дыхания возникают при раздражении любых рецепторов. Болевые раздражения усиливают и углубляют дыхание, холодовые вызывают временную остановку, что наблюдается, например, при погружении в холодную воду.

Особое значение в регуляции дыхания имеют рефлексы хеморецепторов, чувствительных к изменению напряжения в крови СО2 и О2. Они находятся в области дуги аорты, в месте разветвления (бифуркации) сонных артерий и в продолговатом мозге. С этих рецепторов возникают рефлексы, регулирующие дыхание при изменении газового состава крови. Повышение напряжения СО2 в крови приводят к углублению дыхания, понижение напряжения О2 — к учащению его. Вентиляция легких при этом увеличивается. Если путем усиленного дыхания произвести гипервентиляцию легких и таким образом снизить в крови напряжение СО2 и несколько повысить напряжение О2, то наступит временная остановка дыхания. Этим приемом пользуются ныряльщики. Перед погружением в воду они делают искусственную гипервентиляцию легких и после этого могут задержать дыхание и находиться под водой до 80 с.

Во время мышечной работы, когда усиливается обмен веществ и увеличивается образование СО2, напряжение СО2 в крови повышается и приводит вентиляцию легких в соответствие с возрастающей потребностью организма в кислороде. Напряжение СО2 в крови является главным регулятором деятельности дыхательного центра.

Механизм первого вдоха. У родившегося ребенка после перевязки пуповины прекращается газообмен через пупочные сосуды, контактирующие в плаценте с кровью матери. В крови новорожденного происходит накопление СО2, который возбуждает его дыхательный центр и вызывает первый вдох.

Газообмен в легких

Стенки легочных альвеол состоят из однослойного плоского эпителия. Альвеолы оплетены густой сетью легочных капилляров и сетью соединительнотканных волокон, придающих им эластичность. Внутреннюю поверхность альвеол выстилает тонкая пленка фосфолипида — сурфактанта, понижающая поверхностное натяжение и препятствующая слипанию альвеол при выдохе. Общая поверхность альвеол около 100 м2, т. е. в 50 раз превышает площадь тела. Стенки альвеол тонкие и влажные, что позволяет газам легко диффундировать согласно закону диффузии. Направление и скорость диффузии определяются парциальным давлением газа или его напряжением. (Парциальное давление и напряжение — это по сути дела синонимы, но о парциальном давлении говорят, если данный газ находится в газовой среде, а о напряжении, если он растворен в жидкости.)

Парциальным давлением газа называют ту часть общего давления газовой смеси, которая приходится на данный газ. Так, если атмосферное давление 760 мм рт. ст. и в атмосферном воздухе содержится 20,94% О2, 0,Q3% CO2 и 79,03% N2, то легко рассчитать парциальное давление каждого газа в отдельности.