Функции воздухоносных путей
В альвеолы легких воздух поступает через воздухоносные пути. Они начинаются верхним отделом: носовыми ходами, полостью рта и гортанью.
Расположенная за гортанью трахея делится на два бронхи, каждый из которых последовательно и многократно делится дихотомически. Всего в среднем насчитывается около 23 генераций бронхов. Длина и диаметр каждого следующего бронха уменьшаются.
Собственно дыхательная зона состоит примерно из 300 милл альвеол. Форма альвеол близка к усеченной сферы диаметром 0,15-0,3 мм. У новорожденных диаметр альвеол примерно такой же, как и у взрослых. Расхождение заключается в том, что в их легких насчитывается около 30 млн альвеол, а сами легкие полностью занимают всю грудную полость. С возрастом грудная клетка растет быстрее легких, поэтому легкие постоянно находятся в перерозтягненому состоянии.
Ветви легочной артерии почти полностью повторяют распределение бронхов. Легочные артерии, капилляры и посткапілярні вены тесно связаны с
Рис. 77. Схема аерогематичного барьера
альвеолами, густо оплетая их. Поэтому геометрия альвеол находится в непосредственной зависимости от состояния кровенаполнения легких. Альвеолярное воздух от крови отделяется лишь двумя слоями клеток, между которыми размещен тонкий слой соединительной ткани. Толщина этой, так называемой легочной, мембраны (аерогематичного барьера) составляет 0,4 - 1,5 мкм (рис. 77).
Воздухоносные пути обеспечивает струйное поступление воздуха в легкие. Кроме того, они выполняют ряд функций, направленных на "кондиционирования воздуха ". Можно выделить три основных механизма, обеспечивающих этот процесс.
1. Согревание. Воздуха, что проходит дыхательными путями, согревается в результате тесного контакта с широкой сетью кровеносных капилляров подслизистого слоя.
2. Увлажнение. В легких независимо от влажности атмосферы воздух насыщен до 100% паром воды, для чего ее необходимо примерно 44 г1м3. Проходя дыхательными путями, воздуха во время выдоха частично успевает вернуть слизистым оболочкам как тепло, так и воду. Таким образом в воздухоносных путях происходит регенерация воздуха. Но все-таки часть тепла и воды может выделяться. Выраженность этих процессов в основном зависит от состояния окружающей среды и глубины дыхания. Во время форсированного дыхания организм может терять до 10 % тепла и до 200 мл воды за 1 час.
3. Очищение (защитная функция). Можно выделить такие этапы и механизмы, которые способствуют очистке воздуха, поступающего в альвеолы. Частицы размером более 10 мкм задерживаются на волосках и влажных слизистых оболочках носовых ходов. Частицы, прошедшие эти барьеры, оседают на стенках трахеи, бронхов, бронхиол, укрытых реснитчатым эпителием. Реснички совершают колебательные движения: они медленно наклоняются в направлении выхода и быстро возвращаются в прежнее положение. Вследствие этого слизь вместе с частицами постепенно продвигается в сторону гортани, где відхаркується или заглатывается. Средняя скорость движения слизи - около 1 см1хв.
Но часть мелких частиц, попавших в альвеолы, может захватываться макрофагами соединительной ткани. После чего они остаются на месте (угольная пыль в ткани легких сохраняется годами) или через лимфу и кровь от легких относятся. Аналогичная участие и микроорганизмов.
Кроме того, дыхательные пути выполняют защитную функцию и рефлекторно: во время чиханье и кашель со струей воздуха удаляется и раздражитель. Чихательный рефлекс зарождается с рецепторов слизистой оболочки носа, а кашлевой - слизистой оболочки глотки, трахеи и бронхов.
Сопротивление дыхания
Работу мышц, которые сокращаются при выполнении дыхательных движений, направлено на преодоление сопротивления движению воздуха дыхательными путями, сопротивления, возникает в легких, в тканях стенок и органах грудной и брюшной полостей при их деформации.
Можно выделить две основных разновидности такого сопротивления: вязкая (неэластичный) сопротивление тканей; упругий (эластичный) сопротивление легких и тканей.
Вязкий сопротивление обусловлен аэродинамическим сопротивлением воздухоносных путей и вязким сопротивлением тканей вследствие их внутреннего трения и попружною деформацией, трением суставов, сочленяются.
в Основном в дыхательных путях воздух движется ламинарно. Однако в местах разветвления могут возникать завихрения, и поток его становится турбулентным. При этом за счет трения слоев воздуха между собой и о стенки путей создается аэродинамическое сопротивление. При турбуленции он значительнее. Работу сокращающихся мышц при выполнении дыхательных движений направлена на преодоление аэродинамического сопротивления и сопротивления тканей стенок и органов грудной и брюшной полостей при их деформации.
Эластичность и поверхностное натяжение легких
Эластичный сопротивление возникает во время некоторого растяжения эластичных элементов легочной ткани так называемыми силами поверхностного натяжения. Развито напряжение способствует возникновению в плевральной полости отрицательного давления (см. ниже).
Коллагеновые и эластические волокна стенки альвеол создают эластичный сопротивление легких, направлен на уменьшение объема альвеол. Кроме того, на грани разделения воздуха и жидкости, покрывающей тонким слоем эпителий альвеол, возникают еще и дополнительные силы, которые также направлены на уменьшение площади этой поверхности - это силы поверхностного натяжения. Следует отметить, что меньший диаметр альвеол, тем больше сила поверхностного натяжения. Поэтому, если бы эти силы действовали беспрепятственно, то благодаря со-устьем между отдельными альвеолами воздуха из мелких альвеол переходило бы в большие, а самые маленькие альвеолы должны были бы исчезать.
Для снижения поверхностного натяжения и сохранения альвеол в организме существует чисто биологическое приспособление, что противодействует этим физическим силам. Это сурфактанты (поверхностноактивные вещества - ПАВ), которые продуцируют в поверхностный слой жидкости пневмоцити II типа. Этот слой толщиной около 50 нм. К тому же, чем меньше диаметр альвеол и большая сила поверхностного натяжения, тем активнее проявление эффекта сурфакантів. Наличие ПАВ снижает поверхностное натяжение почти в 10 раз. Сурфактанты-это комплекс фосфолипидов, белков и поліцукридів с периодом полураспада 12-16 часов.
Снижение поверхностного натяжения происходит вследствие того, что гидрофильные головки этих молекул прочно связаны с молекулами воды, а гидрофобные окончания очень слабо притягиваются друг к другу и к другим молекулам в растворе. Вследствие этого молекулы сурфактанта на поверхности жидкости образуют тонкий гидрофобный слой. Наибольшую поверхностную активность из всех компонентов этой смеси обладают производные лецитина, синтезируются альвеолярным эпителием. Если вымыть водой жидкость, что содержит сурфактанты, которые изнутри тонким слоем покрывают эпителий альвеол, то альвеолы спадаются.
Сурфактанты начинают синтезироваться в конце внутриутробного периода. Они облегчают выполнение первого вдоха. В случае преждевременных родов легкие ребенка могут оказаться неподготовленными к дыханию, что может обусловить появление участков ателектаза.
