Страница 3 из 13
Парциальное давление углекислого газа в венозной крови больше, чем в воздухе. Из-за этого углекислый газ покидает кровь и выходит с выдыхаемым воздухом.
При обычном дыхании через дыхательную систему человека за минуту проходит около 8 литров воздуха. При нагрузке и болезнях, сопровождающихся усилением обмена веществ, легочная вентиляция усиливается, появляется одышка. Если учащение дыхания не справляется с поддержанием нормального газообмена, в крови снижается содержание кислорода – возникает гипоксия (кислородное голодание).
Она также начинается в условиях высокогорья, где количество кислорода во внешней среде снижено. Развивается горная болезнь.
Помимо основной функции – обеспечения поступления в кровь кислорода и удаления из нее углекислого газа, у органов дыхания есть еще несколько.
Терморегуляция. Температура воздуха, поступающего в организм, влияет на температуру тела. Выдыхая, человек отдает часть тепла внешней среде, охлаждая организм.
Очищение. На выдохе из организма удаляется не только углекислый газ, но и пары воды и других веществ.
Поддержание иммунитета. Клетки легких способны обезвреживать вирусы и болезнетворные бактерии.
Газообмен происходит благодаря чередованию актов вдоха (инспирации) и выдоха (экспирации). В легких мышечной ткани нет, поэтому механизм дыхания осуществляется за счет дыхательной мускулатуры. Основные ее составляющие – это межреберные мышцы, диафрагма и вспомогательные мышцы шеи и живота.
На вдохе грудная клетка приподнимается за счет межреберных мышц. При этом происходит уплотнение и сокращение диафрагмы. На выдохе мышцы расслабляются, диафрагма возвращается в прежнее положение, поднимаясь наверх, и вытесняет воздух, наполненный углекислым газом, из организма.
Организм человека ежедневно потребляет около 20 килограммов воздуха, причем в составе воздуха вдыхает 21,3 % кислорода, 0,3 % углекислого газа, а выдыхаемый воздух содержит 16,3 % кислорода, 4,0 % углекислого газа. Так происходит газообмен. Кроме того, в состав воздуха входит 79 % азота, 1 % аргона и другие инертные газы в небольших количествах. Кроме того, при дыхании обеспечивается терморегуляция и водный обмен (в процессе дыхания из легких испаряется вода), также выводятся газообразные продукты метаболизма.
В дыхательном центре в мозге человека есть центр вдоха и выдоха. При нормальном режиме дыхания центр вдоха посылает сигнал дыхательным мышцам и стимулирует сокращение, что приводит к увеличению объема грудной клетки и воздух попадает в легкие. При увеличении объема легких в стенках легких стимулируются рецепторы растяжения, которые подают импульс в центр выдоха. Этот центр подавляет центр вдоха, дыхательные мышцы расслабляются, осуществляется выдох. Если, например, организм человека, при физических нагрузках начинает интенсивно поглощать кислород и, как следствие, выделять много углекислого газа, это приводит к образованию в крови угольной кислоты, а в мышцах – молочной кислоты. Эти кислоты возбуждают дыхательный центр, а глубина и частота дыхания увеличиваются, обеспечивая баланс газообмена.
В крупных сосудах, отходящих от сердца, находятся рецепторы, которые реагируют на снижение содержания кислорода в крови, стимулируя дыхательный центр увеличить частоту дыхания. Такая система саморегуляции дыхания позволяет обеспечить функционирование всех систем и органов, независимо от условий, в которых осуществляется дыхание человека.
Жизненная емкость легких является важным показателем для определения состояния аппарата внешнего дыхания. Для женщин жизненная емкость легких (ЖЕЛ) составляет примерно 3,5 л; для мужчин – от 4 до 5 л. Наиболее высокие показатели у спортсменов, чья деятельность связана с активным дыханием (лыжники, гребцы, пловцы, легкоатлеты).
Определить ЖЕЛ можно с помощью спирографии. Человек делает максимально глубокий вдох, а затем выдыхает через трубку, соединенную с аппаратом, который называется спирограф.
На уменьшение жизненной емкости легких может влиять курение, жизнь в экологически неблагоприятной среде, отсутствие физических нагрузок. При хроническом уменьшении ЖЕЛ возникают патологические состояния плевральной полости или легочной ткани, что ведет к дыхательной недостаточности. Человек вынужден дышать чаще, так как чувствует постоянную нехватку воздуха. Недостаток кислорода вызывает головокружения, слабость, плохое самочувствие. Все это со временем может привести к возникновению различных заболеваний: бронхит, плеврит, астма, эмфизема легких и т. п.
Поддерживать жизненную емкость легких в норме и обеспечивать правильное дыхание помогают специальные упражнения, направленные на корректировку механизма работы дыхательных мышц.
Зачем нужен углекислый газ
Воздух, которым сейчас дышит человек, содержит 0,3 % углекислого газа, а древний воздух нашей планеты был перенасыщен углекислым газом, и организм древних животных функционировал с учетом этого показателя. Как известно, зародыш человека в процессе развития проходит все этапы становления человека. Именно поэтому оплодотворенная яйцеклетка в первые дни находится почти в бескислородной среде – кислород для нее просто губителен. И только по мере развития и формирования плацентарного кровообращения постепенно начинает работать кислородное дыхание. В крови плода человека в 2 раза больше углекислого газа, а кислорода в 4 раза меньше, чем у взрослого.
Избыток кислорода губителен для всего живого, ведь кислород – это сильный окислитель, который при определенных условиях может разрушать мембраны клеток.
Углекислый газ организм человека получает при расщеплении пищи, особенно углеводной, при окислении с помощью кислорода в тканях организма образуется углекислый газ. Он в организме человека является важным компонентом в регулировании дыхания; изменяет кислотно-щелочное равновесие – важнейший фактор здоровья; расширяет сосуды и этим снижает давление; от него зависит поступление кислорода в клетки, так как гемоглобин отдает кислород только при наличии определенной концентрации углекислого газа в крови.
Еще он участвует в распределении ионов натрия в тканях организма; оказывает влияние на активность ферментов и проницаемость мембран клеток; концентрация углекислого газа прямо пропорциональна интенсивности функционирования пищеварительных желез; успокаивает нервную систему; участвует в синтезе аминокислот. Даже частоту дыхания мозг регулирует по уровню углекислого газа.
Более ста лет назад российский ученый Б. Ф. Вериго, а затем и датский физиолог Христиан Бор открыли эффект, названный их именем. Он заключается в том, что при дефиците углекислого газа в крови нарушаются все биохимические процессы организма. А значит, чем глубже и интенсивней дышит человек, тем больше кислородное голодание организма. Чем больше в крови СО2, тем больше кислорода доходит до клеток и усваивается ими. Таким образом, переизбыток кислорода и недостаток углекислого газа ведут к кислородному голоданию. Эффект Вериго – Бора заключается в том, что без присутствия углекислоты кислород не может высвободиться из связанного состояния с гемоглобином, что приводит к кислородному голоданию организма даже при высокой концентрации кислорода в крови.
Чем заметнее содержание углекислого газа в артериальной крови, тем легче осуществляется отрыв кислорода от гемоглобина и переход его в ткани и органы, и наоборот – недостаток углекислого газа в крови способствует закреплению кислорода в эритроцитах. Возникает парадоксальное состояние: кислорода в крови достаточно, а органы сигнализируют о его крайнем недостатке. Человек начинает задыхаться, стремится вдохнуть и выдохнуть, пытается дышать чаще и еще больше вымывает из крови углекислый газ, закрепляя кислород в эритроцитах.
Любые активные занятия спортом, и даже просто физкультура, или ходьба, или физическая работа полезны именно тем, что в крови человека увеличивается содержание углекислого газа. Расширяются мелкие артерии, усиливается кровоток, улучшается питание мозга и внутренних органов. Регулярная гиперкапния активирует выработку факторов роста сосудов, что приводит к формированию более разветвленной капиллярной сети и оптимизации тканевого кровообращения мозга.