Дишането се състои от две последователно редуващи се фази – вдишване (инспирация) и издишване (експирация).
Вдишването е активен порцес. То се извършва в резултат на съкращението на инспираторните мускули – диафрагмата и външните междуребрени мускули. При тяхното съкращение гръдният кош се разширява (напред, настрани и надолу) и обемът му се увеличава. Външните междуребрени мускули повдигат ребрата нагоре. Диафрагмата е плосък куполообразен мусул, който разделя гръдната от коремната кухина. Когато нейните мускулни влакна се съкратят, централната й част се премества надолу като бутало и обемът на гръдния кош се увеличава надолу и настрани. Преместването на диафрагмата надолу с 1 см води до увеличаване на обема на гръдния кош с около 300 ml. Диафрагмата има най-голям дял за увеличението на размера на гръдния кош. При усилено вдишване или при вдишване срешу съпротивление се включват и допълнителните инспираторни мускули – големите и малки гръдни мускули и дълбоките шийни мускули, които удължават горните части на гръдния кош.
Двата плеврални листа – висцералният, който покрива белите дробове и париеталният, който тапицира отвътре гръдния кош са тясно прилепнали един към друг. Между тях е затворената плевралната кухина, която е запълнена с тънък слой плеврална течност. Тази течност служи като смазка и предизвиква действието на капилярни сили, които не позволяват на двата плеврални листа да се отделят един от друг, когато гръдният кош се разширява – те само се плъзгат като две прилепнали мокри стъкла. Така белите дробове са принудени да следват движенията на гръдния кош и също се разширяват, а налягането в техните алвеоли се понижава и става по-ниско от атмосферното налягане.
Възниква градиент на налягането между атмосферата, въздухоносните пътища и алвеолите, който придвижва въздуха по посока към алвеолите (осъществява се вдишване). Въздухът навлиза в алвеолите чрез конвекция, докато налягането в тях се изравни с атмосферното налягане.
Когато по време на вдишване белите дробове се разширяват, техните еластични елементи се разтягат и се стремят да свият белите дробове. Като резултат от действието на еластичните сили и на силите на повърхностното напрежение, които се стремят да свият белите дробове, както и на капилярните сили в плевралната кухина, интраплевралното налягане е малко по-ниско от атмосферното налягане. Ако приемем условно, че атмосферното налягане е равно на нула mmHg, казваме че интраплевралното налягане е негативно.
При спокойно дишане издишването е пасивен процес и не изисква участието експираторните мускули. От момента, в който съкращението на инспираторните мускули се преустанови, белите дробове започват да се свиват под действие на еластичните сили, които се стремят да ги върнат в първоначалното им състояние. Сега белите дробове теглят гръдния кош и той следва движението им – ребрените пръстени се спускат надолу и обемът на гръдния кош намалява (гръдният кош се свива). Налягането в алвеолите става по-високо от атмосферното, защото еластичните сили на белите дробове компресират въздуха в алвеолите. Създава се градиент на налягането между алвеолите, въздухоносните пътища и атмосферата който движи въздуха от алвеолите към атмосферата. Част от въздуха в белите дробове се извежда навън от тях към атмосферата – това дихателният обем. Извършва се издишване.
Експираторните мускули се включват в процеса на издишване при форсирано издишване, когато трябва да се преодолее увеличено съпротивление на въздухоносните пътища или при физическо усилие. Абдоминалните мускули (правите и косите), когато се съкращават компресират абдоминалната кухина и избутват диафрагмата нагоре. Вътрешните междуребрени мускули при съкращение изместват ребрата надолу и навътре. Това води до намаляване на обема на гръдния кош.
Повърхностно напрежение на алвеолите. Роля на сърфактанта.
Малкият размер на алвеолите е важен за нормалната газова обмяна, защото така се създава голяма повърхност за газообмена, но е проблем поддържането им в отворено състояние. Както казахме, вътрешната повърхност на алвеолката е покрита с тънък слой течност. Молекулите на течността се теглят взаимно чрез сили на привличане. Тези сили са големи и създават повърхностно напрежение, което действа на въздушно-течната граница в алвеолите.
Под действие на повърхностното напрежение повърхността на алвеолката става малка и формира сфера (както при сапунения мехур). Повърхностното напрежение се стреми да свие както алвеолките, така и белите дробове към хилусите и има опастност те да колабират. Този проблем се разрешава от наличието на сърфактант, който се разполага на границата течност-въздух. Без сърфактант малката алвеолка би се слепила. В присъствие на сърфактант алвеолката остава отворена (изпълнена с газ), защото сърфактантът се подрежда между водните молекули на течността, междумолекулните сили между неговите фосфолипидни молекули разрушават силите на високото повърхностното напрежение. Когато е налице сърфактант, повърхностното напрежение се намалява и малките алвеолки остават отворени.
Анатомично мъртво пространство е обемът на провеждащите въздухоносни пътища (включително до терминалните бронхиоли), който не участва в газовата обмяна. У възрастен човек мъртвото пространство е около 150 ml, т.е. при всяко вдишване само 350 ml от дихателния обем достигат до алвеолите и непосредствено участват в газовата обмяна.
Обеми и капацитети на белите дробове.
Определянето на различни белодробни обеми и капацитети има значение за оценката на функционалното състояние на дихателната система. То се извършва посредством спирографи или пневмотахографи. Изследването се нарича спирография, а графичното изображение на белодробните обеми – спирограма.
Обемите се измерват в литри или милилитри.
Капацитетите са белодробни обеми, които са съставени от два или повече обема.
Някои основи обеми и капацитети:
1. Дихателен обем (ДО) – въздухът, който вдишваме или издишваме при спокойно дишане, без да включваме допълнителните мускули на инспирацията и експирацията. У възрастен човек ДО е около 500 ml.
2. Инспираторен резервен обем /ИРО/ – максималният обем въздух, който може да се вдиша след спокойно вдишване. Нормално е около 3000 ml. Стойността на ИРО отразява способността на дихателната система да се разтяга.
3. Експираторен резервен обем /ЕРО/ – максималният обем въздух, който може да се издиша след спокойно издишване. Нормално е около 1300 ml. Стойността на ЕРО отразява способност-та на дихателната система да се свива.
4. Остатъчен обем /ОО/. След максимално издишване в белите дробове остава известен обем въздух, който изпълва алвеолите – това е остатъчният обем. (около 1200 ml).
5. Витален капацитет /ВК/ е обемът въздух, който може да се издиша от максимално дълбоко вдишване до максимално дълбоко издишване;
ВК = ИРО + ДО + ЕРО;
Този показател дава представа за възможностите на белите дробове и гръдния кош за максимално разтягане и максимално свиване. Стойностите му зависят от пола, възрастта, телосложението.
ВК при жени е 3000 – 3500 ml; ВК при мъже е 3800 – 4500 ml;
6. Тотален белодробен капацитет /ТБК/ е обемът въздух, който се намира в белите дробове след максимално дълбоко вдишване (максимално разгъване на белите дробове);
ТБК = ВК + ОО; ТБК = 6 000 – 8 000 ml.
7. Минутен дихателен обем /МДО/ е обемът газ, който се издишва (или вдишва) за една минута при покой.
МДО = ДО х дихателната честота
При покой здравият човек диша ритмично 12 – 15 пъти в минута с ДО равен на 500 ml. Следователно МДО е около 6000 – 8000 ml.
Когато нуждата на организма от О2 е увеличена (при физическа работа), дишането се учестява и задълбочава и МДО се увеличава до 60000 – 70000 ml.
8. Минутна алвеоларна вентилация /МАВ/ е обемът газ, който преминава само през алвеолите на белите дробове за една минута.
МАВ е разликата между МДО и вентилацията на мъртвото пространство.
МАВ = ДО х дихателната честота – МП х дихателната честота
или
МАВ = (ДО – МП) х дихателната честота
