Дихальна система
У побуті поняття "дихання" розуміють як акт вдиху і видиху. Насправді це більш складне явище. Дихання — це сукупність процесів, у результаті яких відбувається використання організмом кисню і виділення вуглекислого газу.
Нормальне функціонування, тобто життя організму, можливе тільки за умови поповнення енергії, яка безперервно витрачається. Свої енергетичні витрати організм відновлює за рахунок енергії, яка вивільнюється в ньому під час окиснення поживних речовин. Як відомо, переважна більшість окисних процесів, що відбуваються в організмі людини й тварин, здійснюється лише за наявності кисню, тому для забезпечення окисних процесів, а отже, і для збереження життя необхідне постійне надходження в організм кисню.
В результаті окисних процесів утворюються продукти Розпаду, насамперед — вуглекислий газ, який має бути виведений з організму. Таким чином, одночасно з безперервним надходженням кисню має відбуватись і видалення вуглекислого газу. Цю функцію здійснюють органи дихання. Отже, значення дихання полягає в обміні газів між організмом і навколишнім середовищем, тобто в надходженні кисню й виведенні вуглекислого газу.
Разом з тим дихання є важливим фактором теплорегуляції. Зігріваючи вдихуване повітря, легені витрачають теплову енергію. Значна кількість енергії (до 10 % усієї теплоти, яку віддає людина) витрачається при випаровуванні води з величезної поверхні легень.
Легені виконують також функцію виділення, оскільки через них виводяться з організму вуглекислий газ, аміак та деякі інші леткі речовини. Під час відхаркування й кашлю зі слизом видаляються деякі продукти обміну речовин (сечовина, сечова кислота), а також часточки пилу й мікроорганізми, які потрапляють у дихальні шляхи. Зі слизом, що утворюється в дихальних шляхах, виводяться й мінеральні речовини.
Слизова оболонка носової порожнини містить рецептори, які сприймають запахи і зумовлюють нюх. Орган дихальної системи — гортань — містить голосовий апарат, що створює звуки.
До органів дихання (мал.) належать носова порожнина з приносовими пазухами, носова й ротова частини глотки, гортань, трахея, бронхи, легені.
Носова порожнина ділиться перегородкою на дві половини — праву і ліву. На перегородці розміщені три носові раковини, які утворюють носові ходи: верхній, середній і нижній. Стінки порожнини носа вкриті слизовою оболонкою з миготливим епітелієм. Війки епітелію, рухаючись різко й швидко в напрямку ніздрів і повільно та плавно — в напрямку легень, затримують і виводять назовні пил і мікроорганізми, що осідають на слиз оболонки. Слизова оболонка носової порожнини має густу сітку кровоносних судин і капілярів. Кров, що тече по цих судинах, зігріває або охолоджує повітря, яке людина вдихає. Залози слизової оболонки виділяють слиз, який зволожує стінки порожнини і знижує життєздатність бактерій, що потрапляють з повітря. У слизовій оболонці верхньої носової раковини і верхнього відділу перегородки носа розміщені спеціальні нюхові клітини (рецептори), які утворюють периферичну частину нюхового аналізатора (органа нюху).
Носова порожнина сполучається з приносовими пазухами (порожнинами), що містяться в кістках черепа, верхній щелепі (гайморова), лобовій і клиноподібній (або основній).
Отже, повітря, яке надходить у легені через носову порожнину, очищується, зволожується, зігрівається і знезаражується. Цього не відбувається при диханні через ротову порожнину.
З порожнини носа через хоани повітря надходить у носову, ротову частини глотки, а потім — у гортань.
Гортань розміщена на передній частині шиї, і зовні її частину видно як підвищення, яке називають кадиком. Гортань — не лише повітроносний орган, а й орган утворення голосу, звукової мови, її порівнюють з музичним інструментом, який поєднує елементи духового і струнного інструментів. Під час ковтання вхід у гортань прикриває надгортанник, який перешкоджає потраплянню їжі в гортань і дихальні шляхи.

Мал. 112. Органи дихання:
а — схема дихальної системи; б — гортань (вигляд спереду і поздовжній розріз); в — фрагмент альвеол і капілярів; г — положення голосових зв'язок (28) у різні моменти відтворення звуків (вигляд зверху; схема); / — порожнина рота; 2 — порожнина носа; 3 — язичок; 4 — язик; 5 — глотка; 6 — надгортанник; 7 — гортань; 8 — голосовий апарат; 9— стравохід; 10 — трахея; 11 — верхівка легені; 12 — лівий бронх; 13 — бронхіоли; 14 — альвеоли; 15 — діафрагма; 16 — навколосерцева порожнина; 17 — плевральна щілина; 18 — легенева плевра; 19 — пристінна плевра; 20 — частки правої легені; 21 — порожнина трахеї; 22 — щитоподібний хрящ; 23 — тверде піднебіння; 24 — під'язикова кістка; 25 — перснеподібний хрящ; 26 — вена; 27 — артерія альвеол; 28 — голосові зв'язки
Стінки гортані утворені хрящами і зсередини вкриті слизовою оболонкою з миготливим епітелієм, якого немає на голосових зв'язках і частині надгортанника. Гортань утворюють три непарних (перснеподібний, щитоподібний, надгортанник) та три парних (черпакуваті, ріжкуваті, клиноподібні) хрящі. Вони з'єднані між собою суглобами та зв'язками. До них прикріплюються м'язи і голосові зв'язки. Останні складаються з гнучких, пружних волокон, які йдуть паралельно одне одному. Між голосовими зв'язками правої і лівої половин розміщена голосова щілина (див. мал. 112), ширина якої змінюється залежно від ступеня натягу зв'язок. Натяг зумовлюється скороченням особливих м'язів, які також називають голосовими, їхні ритмічні скорочення супроводжуються скороченням голосових зв'язок. Від цього струмінь повітря, що видихається, набуває коливного характеру. Виникають звуки, голос. Відтінки голосу залежать від резонаторів, роль яких виконують порожнини дихального шляху, а також глотка, ротова порожнина.
Нижній відділ гортані переходить у трахею. Вона розміщена в грудній клітці спереду від стравоходу і має довжину 9—11 см, діаметр 15—18 мм. На рівні п'ятого грудного хребця вона ділиться на два головних бронхи: лівий і правий.
Трахея складається з 16—20 неповних (приблизно 2/3 кола) хрящових кілець, з'єднаних між собою зв'язками. Задня стінка трахеї (де немає хрящових утворів) перетинчаста, в ній є непосмуговані м'язові волокна і вона прилягає до стравоходу. Це створює сприятливі умови для переміщення їжі по стравоходу.
Стінки бронхів також складаються з хрящових півкілець (6—12), що, як і в трахеї, запобігають закриттю просвіту. Разом з кровоносними судинами і нервами бронхи входять у легені. Бронх, що входить у праву легеню, розгалужується на три гілки відповідно до кількості часток. легені. Бронх, який входить у ліву легеню, поділяється на дві гілки. У кожній легені гілки багаторазово галузяться, утворюючи так зване бронхіальне дерево легені. Всередині трахея і бронхи вкриті слизовою оболонкою. Найтонші бронхи називають бронхіолами. Вони поділяються на дві дихальні бронхіоли, які закінчуються альвеолярними мішечками. Стінка мішечків побудована з легеневих пухирців, або альвеол, діаметром 0,2—0,3 мм. Стінка альвеоли складається з одного шару плоского епітелію і тонкого шару еластичних волокон. Альвеоли вкриті густою сіткою кровоносних капілярів, у яких відбувається "газообмін. Вони утворюють дихальну (газообмінну) частину легень, а бронхи — повітроносний відділ. У легенях дорослої людини близько 300—400 млн альвеол, їхня поверхня становить 100—150 м2, тобто загальна поверхня легень у 50—75 разів більша, ніж уся поверхня тіла людини.
Легені являють собою парний орган. Ліва і права легені займають майже всю грудну порожнину. Права легеня більша і складається з трьох часток, ліва — з двох часток. На внутрішній поверхні легень розміщені ворота легень, через які проходять бронхи, легеневі артерії, легеневі вени, нерви та лімфатичні судини.
Зовні легені вкриті сполучнотканинною оболонкою.— плеврою, що складається з двох листків: внутрішній листок зростається з тканиною легені, а зовнішній — із стінками грудної порожнини. Між листками утворюється простір — порожнина плеври. Поверхні обох оболонок дуже гладенькі й ковзкі, постійно зволожуються. Тому в нормі їх тертя під час дихальних рухів не відчувається. У плевральній порожнині тиск на 6—9 мм рт. ст. нижчий від атмосферного. Все це сприяє рухам легень під час вдиху й видиху.
Газообмін у легенях і тканинах. Роблячи вдих і видих, людина вентилює легені, підтримуючи в альвеолах відносно сталий склад газів. Людина дихає атмосферним повітрям з великою масовою часткою кисню (20,9 %) і низьким вмістом вуглекислого газу (0,03 %), а видихає повітря, в якому кількість кисню знижується, а вуглекислого газу — зростає (табл. 1).
Таблиця 1. Склад вдихуваного, видихуваного і альвеолярного повітря
Як видно з таблиці, склад альвеолярного повітря відрізняється від вдихуваного і видихуваного. Це пояснюється тим, що під час вдиху в альвеоли надходить повітря повітроносних шляхів (тобто видихуване), а під час видиху, навпаки, до видихуваного (альвеолярного) домішується атмосферне повітря, яке міститься в тих самих повітроносних шляхах (об'єм "мертвого" простору).
У легенях кисень з альвеолярного повітря переходить у кров, а вуглекислий газ із крові переходить у легені шляхом дифузії крізь стінки альвеол і кровоносних капілярів.
Дихальні рухи. Рух повітря в дихальних шляхах здійснюється шляхом ритмічних дихальних рухів — вдиху і видиху. У новонароджених відбувається близько 60 дихальних рухів за хвилину, у дорослих — 16—18.
Під час вдиху відбувається збільшення грудної клітки завдяки опусканню діафрагми та підійманню ребер. Діафрагма — грудочеревна перепона — утвір, що відмежовує У ссавців грудну порожнину від черевної. Вона має вигляд поперечно розміщеної куполоподібної м'язовосухожилкової пластинки, краї якої прикріплені до стінок грудної клітки, її опускання здійснюється скороченням посмугованих м'язових волокон, що робить купол більш плоским. Під час опускання діафрагми органи черевної порожнини відсуваються вниз і вперед, що супроводжується рухами стінки живота.
Ребра під час вдиху підіймаються догори, тобто займають більш горизонтальне положення за рахунок вирівнювання лінії зчленування ребра і хряща, що супроводжується збільшенням об'єму грудної порожнини. Ребра підіймаються завдяки скороченню зовнішніх міжреберних м'язів, які прикріплені косо від ребра до ребра.
Крім діафрагми, зовнішніх міжреберних м'язів у процесі вдиху беруть участь міжхрящові м'язи трахеї, бронхів. Під час глибокого вдиху грудна порожнина розширюється більше, ніж під час спокійного. Глибокий вдих здійснюється одночасним скороченням міжреберних м'язів, діафрагми, а також деяких (трапецієподібного, ромбоподібного, великого й малого грудних та ін.) м'язів грудей і плечового поясу, які підіймають ребра вище, ніж під час спокійного вдиху.
Описаний механізм забезпечує збільшення об'єму грудної клітки, що зумовлює відтягування пристінкової плеври. Оскільки у вузькому проміжку між нею і легеневою плеврою тиск нижчий від атмосферного, легенева плевральна оболонка присмоктується до пристінкової і теж розтягується, розтягуючи й пружну легеневу тканину. В результаті відбувається збільшення об'єму легень і наповнення їх повітрям з дихальних шляхів, де тиск вищий. Так здійснюється вдих, при цьому переборюється ряд опорів: еластична тяга легень, опір реберних хрящів, маса грудної клітки, що підіймається вгору, опір черевних органів та стінок живота.
Після завершення вдиху дихальні м'язи розслаблюються і грудна клітка повертається до вихідного положення (видих). Спокійний видих відбувається пасивно, без участі м'язів. Під час глибокого чи форсованого видиху до еластичних сил, що опускають ребра, приєднується скорочення внутрішніх міжреберних м'язів і м'язів живота, що з силою відтискують черевні органи і діафрагму догори. Внаслідок цього ребра ще більше опускаються, купол діафрагми випинається, грудна порожнина зменшується більше, ніж під час спокійного видиху.
У різний час у людини в процесі дихання можуть брати участь переважно або м'язи діафрагми, або міжреберні м'язи. У разі переважання участі міжреберних м'язів кажуть про грудний тип дихання. Якщо ж переважають діафрагмальні м'язи, то таке дихання називають діафрагмальним, або черевним. Тип дихання залежить від статі: черевний переважає у чоловіків, грудний — у жінок.
Максимальна кількість повітря, яку людина може видихнути після найглибшого вдиху, називають життєвою ємністю легень. Як правило, людина в нормі так не дихає. В стані спокою людина вдихає і видихає в середньому близько 500 мл повітря — це дихальний об'єм. Його величина визначає глибину дихання і залежить від віку, тренованості, статі та функціонального стану людини.
З 500 мл повітря, яке вдихає людина, тільки 350 мл потрапляє до альвеол. Близько 150 мл затримується в так званому мертвому просторі: в порожнинах носа, носової: ротової частин глотки, гортані, трахеї і бронхів (тут немає газообміну). Ось чому під час глибокого дихання повітря альвеол поновлюється краще, ніж під час поверхового.
Після спокійного вдиху під час максимального зусилля можна ще вдихнути близько 1,5 л повітря — це додаткове повітря, а при найглибшому видиху можна ще видихнути 1,5 л — це резервне повітря, або об'єм додаткового видиху. Дихальне, додаткове і резервне повітря і становлять у сумі життєву ємність легень, її показники коливаються від 3500 до 4800 мл у чоловіків і від 3000 до 3500 мл — у жінок. У фізично тренованих осіб вона досягає 6000—7000 мл. Життєва ємність легень — показник фізичного розвитку людини, її визначають за допомогою спірометра.
Після максимального видиху в легенях залишається близько 1000—1500 мл повітря, яке називають залишковим. Це пов'язано з тим, що завдяки нижчому тиску в плевральній порожнина відносно атмосферного легені не спадаються і в них завжди міститься повітря. У разі порушення герметичності плевральної порожнини легені спадаються (пневмоторакс), однак при цьому в них залишається деяка кількість повітря. Це пов'язано з тим, що зсередини альвеоли вкриті особливими речовинами (сурфактантами), які мають поверхневу активність і не дають можливості легеневій тканині спадатися.
Для підтримання дихальної системи в нормальному стані має значення правильна організація побуту, загартування, дотримання режиму праці, відпочинку, харчування. Сприятливо впливають на роботу дихальної системи фізична праця, заняття фізкультурою і спортом. Потрібно вчитися правильно дихати. Для цього слід застосовувати комплекси фізичних вправ, які розвивають дихання.