Дыхание
Эту страницу предлагается объединить со страницей Физиология дыхания. |
Дыха́ние (
Внешнее дыхание - это газообмен между организмом и окружающей средой, включающий поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспорт этих газов внутри организма по системе дыхательных трубочек (трахейнодышащие насекомые) или в системе кровообращения[источник не указан 697 дней].
У организмов, имеющих большие площади поверхности, контактирующие с внешней средой, дыхание может происходить за счёт диффузии газов непосредственно к клеткам через поры (например, в листьях растений, у полостных животных). При небольшой относительной площади поверхности транспорт газов осуществляется за счёт циркуляции крови (у позвоночных и других) либо в трахеях (у насекомых). У человека в состоянии покоя газообмен через кожу с атмосферой составляет около 2—3 % от лёгочного газообмена[1].
Дыхание у растений
У всех растений происходит аэробное дыхание с поглощением митохондриями кислорода и выделением углекислого газа. У большинства растений также в хлоропластах происходит фотосинтез с поглощением углекислого газа и выделением кислорода. Дыхание идет постоянно, однако, по некоторым данным, на свету эффективность дыхания может составлять 30-100% от таковой в темноте. Это связано с тем, что митохондрии оказываются задействованы в процессе фотодыхания [2]
Общие принципы организации процесса дыхания на молекулярном уровне у растений и животных схожи. Однако в связи с тем, что растения ведут прикреплённый образ жизни, их метаболизм постоянно должен подстраиваться к изменяющимся внешним условиям, поэтому и их клеточное дыхание имеет некоторые особенности (дополнительные пути окисления, альтернативные ферменты).
Газообмен с внешней средой осуществляется через устьица и чечевички, трещины в коре (у деревьев).
Также у растений существует спиртовое брожение [источник не указан 253 дня]:
Количество энергии (стандартное изменение свободной энергии), которое должно было бы выделяться при брожении, составляет 234 кДж на моль израсходованной гексозы. Таким образом, для обеспечения себя необходимым количеством энергии растение при брожении должно израсходовать значительно большее количество гексоз, чем при аэробном дыхании. В атмосфере кислорода происходит более эффективное в энергетическом отношении аэробное дыхание, предохраняющее растение от излишних трат органического вещества[3].
В анаэробных условиях хлорофилл, растворённый в пиридине, под воздействием света восстанавливается аскорбиновой кислотой или другими донорами электронов. В темноте реакция идёт в обратном направлении:
В свою очередь, «фотовосстановленный» хлорофилл может восстанавливаться такие акцепторы, как НАД+, хиноны, Fe3+.
Эти реакции названы в честь А. А. Красновского[4][5].
Дыхание у человека
Дыхание у человека можно разделить на стадии:
- внешнее дыхание — газообмен между внешней средой и альвеолами посредством дыхательных путей;
- газообмен в лёгких между воздухом и кровью;
- транспортировка газов кровью между лёгкими и тканями;
- газообмен между кровью и тканями;
- тканевое дыхание.
Внешнее дыхание
Функция внешнего дыхания обеспечивается как
Внешнее дыхание человека включает две стадии:
Вентиляция альвеол осуществляется чередованием вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). При вдохе в альвеолы поступает
Выделяют два типа дыхания по способу вдоха-выдоха[7]:
- грудной тип дыхания (вдох-выдох производится преимущественно грудной клеткой и участия мышц грудной клетки),
- брюшной тип дыхания (вдох-выдох производится преимущественно путём уплощения диафрагмы со вспомогательным участием мышц брюшной стенки).
Тип дыхания зависит от двух факторов:
- возраста человека (с возрастом уменьшаются подвижность грудной клетки и диафрагмы вследствие возрастных дегенеративных изменений опорно-двигательной системы, что приводит к снижению дыхательной подвижности лёгких[8]),
- пола человека (у мужчин преобладает брюшной тип дыхания, у женщин — грудной[9][10], особенно в период беременности[11][12], что связано с анатомо-физиологическими отличиями[13][14]. Отличия в типах дыхания начинают проявляться с 6-7 летнего возраста[15], в то время как половые различия строения органов дыхания проявляются уже начиная с внутриутробного развития[16]. Разница в типе дыхания меняется также в зависимости от занимаемой позы, сводясь к минимуму в положении спокойно лёжа на спине),
- профессия человека (при физическом труде преобладает брюшной тип дыхания[источник не указан 698 дней]).
Характеристика внешнего дыхания
- Ритмичность — регулярность вдохов и выдохов через определённые промежутки времени.
- Частота — число дыханий в минуту (16—20 в минуту у мужчин и 18—22 в минуту у женщин).
- Глубина — объём воздуха при каждом дыхательном движении.
Взрослый человек, находясь в состоянии покоя, совершает в среднем 14 дыхательных движений в минуту[17]. Вместе с тем частота дыхания может претерпевать значительные колебания (от 10 до 18 за минуту)[17]. У детей частота дыхания составляет 20—30 дыхательных движений в минуту; у грудных детей — 30—40; у новорождённых — 40—60[17].
В течение одного вдоха (в спокойном состоянии) в лёгкие поступает 400—500 мл воздуха. Этот объём воздуха называется дыхательным объёмом (ДО). Такое же количество воздуха поступает из лёгких в атмосферу в течение спокойного выдоха. Максимально глубокий вдох составляет около 2000 мл воздуха. Максимальный выдох также составляет около 2000 мл.[источник не указан 697 дней]
После максимального выдоха в лёгких остаётся воздух в количестве около 1500 мл, называемый остаточным объёмом лёгких. После спокойного выдоха в лёгких остаётся примерно 3000 мл. Этот объём воздуха называется функциональной остаточной ёмкостью (ФОЁ) лёгких.
Благодаря ФОЁ в альвеолярном воздухе поддерживается относительно постоянное соотношение содержания кислорода и углекислого газа, так как ФОЁ в несколько раз больше ДО. Только 2/3 ДО достигает альвеол, который называется объёмом альвеолярной вентиляции.
Взрослый человек (при дыхательном объёме 0,5 литра и частоте 14[уточнить] дыхательных движений в минуту) пропускает через лёгкие 7 литров воздуха в минуту[17]. В состоянии физической нагрузки минутный объём дыхания может достигать 120 литров в минуту[17].
При спокойном дыхании соотношение вдоха и выдоха по времени составляет 1:1,3[18].
Без дыхания человек обычно может прожить до 5—7 минут, после чего наступают потеря сознания, необратимые изменения в мозге и смерть.
Дыхание — одна из немногих способностей организма, которая может контролироваться сознательно и неосознанно. При частом и поверхностном дыхании возбудимость нервных центров повышается, а при глубоком — наоборот, снижается.
Виды дыхания: глубокое и поверхностное, частое и редкое, верхнее, среднее (грудное) и нижнее (брюшное).
Особые виды дыхательных движений наблюдаются при икоте и смехе.
Биомеханика и биофизика внешнего дыхания
Этот раздел статьи ещё не написан. |
Патология внешнего дыхания
Основная форма патологии внешнего дыхания — дыхательная недостаточность. В зависимости от характера течения патологического процесса различают острую и хроническую дыхательную недостаточность. Кроме того, выделяют три типа дыхательной недостаточности:
- обструктивный тип;
- рестриктивный тип;
- смешанный тип.
Апно́э (др.-греч. ἄπνοια, дословно «безветрие»; отсутствие дыхания) — отсутствие или остановка дыхательных движений. Патологический процесс, связанный с патологией дыхательной мускулатуры, например, отравление ядом, действующим подобно кураре либо параличом дыхательного центра, например, в результате отёка мозга или черепно-мозговой травмы. Отдельно выделяют синдром обструктивного апноэ сна[20], вызываемый провисанием верхних дыхательных путей. Этот вид апноэ обычно встречается у людей, которые храпят во сне и является плохим прогностическим признаком в плане риска развития острой сердечно-сосудистой недостаточности.
Так называемое
Одышка или диспно́э — нарушение
Патологические типы внешнего дыхания:
- периодическое дыхание по типу сосудов головного мозга, при сердечной недостаточности(за счёт увеличения времени кровотока от лёгких к мозгу).
- большое и шумное Адольфа Куссмауля — немецкого врача, опубликовавшего своё исследование в 1874 году[22] и описавшего появление этого типа дыхания как знак комы и неминуемой смерти лиц с сахарным диабетом. В настоящее время в научной литературе упоминается как симптом Куссмауля — глубокое шумное ритмичное дыхание пациента, находящегося в бессознательном состоянии, вызываемое раздражением дыхательного центра ацетоуксусной и бета-оксимасляной кислотами. Указывает на наличие метаболического ацидоза[23].
- менингитическое или дыхание Биота — чередованием равномерных ритмических дыхательных движений и длительных пауз при органических поражениях ЦНС.
Основные типы нарушений внешнего дыхания:
- альвеолярная гиповентиляция,
- альвеолярная гипервентиляция,
- нарушения лёгочной перфузии,
- нарушения вентиляционно-перфузионных отношений,
- нарушения диффузии.
Часто наблюдается сочетание типов нарушений.
Альвеолярная гиповентиляция
Альвеолярная гиповентиляция характеризуется недостаточной альвеолярной вентиляцией, в результате чего в кровь поступает меньше кислорода и обычно происходит недостаточный вывод из крови углекислого газа. Гиповентиляция приводит к снижению количества кислорода в крови (гипоксемия) и к увеличению количества углекислого газа в крови (гиперкапния).
Причины альвеолярной гиповентиляции:
- нарушения проходимости дыхательных путей,
- уменьшение дыхательной поверхности лёгких,
- нарушение расправления и спадения альвеол,
- патологические изменения грудной клетки,
- механические препятствия экскурсиям грудной клетки,
- расстройства деятельности дыхательной мускулатуры,
- расстройства центральной регуляции дыхания.
Нарушения проходимости дыхательных путей:
- спазм мелких бронхов (обструктивный бронхит, бронхиальная астма),
- западение языка;
- попадание в трахею или бронхи пищи, рвотных масс, инородных тел;
- закупорка дыхательных путей новорождённых слизью, мокротой или меконием;
- воспаление или отёк гортани;
- обтурация или компрессия опухолью или абсцессом.
Тканевое дыхание
Тканево́е или кле́точное дыхание — совокупность
Аэро́бное дыха́ние. В
Анаэро́бное дыха́ние — биохимический процесс окисления
Дыхание и физические нагрузки
При физических нагрузках дыхание, как правило, усиливается. Обмен веществ ускоряется, мышцам требуется больше кислорода.
Приборы для исследования параметров дыхания
- Капнограф — прибор для измерения и графического отображения содержания углекислоты в воздухе, выдыхаемом пациентом, в течение определённого периода времени.
- Пневмограф — прибор для измерения и графического отображения частоты, амплитуды и формы дыхательных движений, в течение определённого периода времени.
- Спирограф — прибор для измерения и графического отображения динамических характеристик дыхания.
- Спирометр — прибор для измерения ЖЁЛ (жизненной ёмкости лёгких).
- Пикфлоуметр
См. также
- Дыхательная система человека
- Гипоксемия
- Гипероксия
- Гипокапния
- Гиперкапния
- Гипервентиляция
- Физиология дыхания
- Карбоангидразы
- Цикл Рапопорта — Люберинг
- Лёгочный артериовенозный шунт
- Высотная болезнь
- Мёртвое пространство дыхательных путей
- Регуляция внешнего дыхания
- Альвеолярный макрофаг
- Сурфактант
Примечания
- ↑ Архивированная копия . Дата обращения: 15 сентября 2021. Архивировано 15 сентября 2021 года.
- ↑ Н.Д.Алехина и др. Физиология растений / под ред. И.П.Ермакова. — 2007.
- ↑ В. Л. Кретович — Биохимия растений: Учеб. −2е изд., перераб. и доп.; для биол. спец. университетов. — М.: Высшая школа, 1986. — 503 с., ил.
- ↑ Медведев Сергей Семёнович — Физиология растений.
- ↑ А. А. Красновский — Реакция обратимого фотохимического восстановления хлорофилла, его аналогов и производных.
- ↑ Анатомия человека / Привес М. Г., Лысенков Н. К.. — 9-е изд., перераб. и доп. — М.: Медицина, 1985. — С. 300—314. — 672 с. — (Учебная литература для студентов медицинских институтов). — 110 000 экз.
- ↑ Гуцол Л. О. Физиологические и патофизиологические аспекты внешнего дыхания: учебное пособие Архивная копия от 29 мая 2022 на Wayback Machine // Иркутск: ИГМУ, 2014. — 116 с. УДК 616.24(075.8). — С. 7-9.
- ↑ Коркушко О. В., Чеботарёв Д. Ф., Чеботарёв Н. Д. Возрастные изменения дыхательной системы при старении и их роль в развитии бронхо-лёгочной патологии Архивная копия от 31 марта 2020 на Wayback Machine // Український пульмонологічний журнал. — 2005, № 3-дод. ISSN 2306-4927. — С. 35-41.
- ↑ M. Romeia, A. Lo Mauro, M. G. D’Angelo, A. C. Turconi, N. Bresolin, A. Pedotti, A. Aliverti. Effects of gender and posture on thoraco-abdominal kinematics during quiet breathing in healthy adults Архивная копия от 29 мая 2022 на Wayback Machine / https://doi.org/10.1016/j.resp.2010.05.018 // Respiratory Physiology & Neurobiology. — 2010, Volume 172, Issue 3. ISSN 1569-9048. — Pp. 184—191.
- ↑ Hideo Kaneko, Jun Horie. Breathing Movements of the Chest and Abdominal Wall in Healthy Subjects Архивная копия от 30 мая 2022 на Wayback Machine / DOI: https://doi.org/10.4187/respcare.01655 // Respiratory Care . — 2012, Vol. 57, Issue 9. ISSN 0020-1324. — Pp. 1442—1451.
- ↑ Фролов А. А., Боташева Т. Л., Каушанская Л. В., Авруцкая В. В., Денисенко И. А., Аствацатурьян Е. И., Александрова Е. М. Функциональные особенности системы внешнего дыхания у беременных в предродовом периоде и в родах в зависимости от стереоизомерии женского организма Архивная копия от 1 апреля 2022 на Wayback Machine / УДК 618.2+618.4:612.2 // Современные проблемы науки и образования [сетевое издание]. — 2015. — № 4. ISSN 2070-7428.
- ↑ François Bellemare , Alphonse Jeanneret , Jacques Couture. Sex Differences in Thoracic Dimensions and Configuration Архивная копия от 23 июня 2022 на Wayback Machine / https://doi.org/10.1164/rccm.200208-876OC // ATS Journals . — 2003, Volume 168, Issue 3. ISSN 1073-449X. — Pp. 305—312.
- ↑ Margaret R Becklakea, Francine Kauffmann. Gender differences in airway behaviour over the human life span Архивная копия от 27 октября 2021 на Wayback Machine / http://dx.doi.org/10.1136/thx.54.12.1119 // BMJ Journals : Thorax. — 1999, Volume 54, Issue 12. ISSN 0040-6376. — Pp. 1119—1138.
- ↑ Женщинам дышится тяжелее, чем мужчинам Архивная копия от 29 мая 2022 на Wayback Machine // «Наука и жизнь». (на англ. Why women have greater shortness of breath than men when exercising Архивная копия от 29 мая 2022 на Wayback Machine // ScienceDaily || Оригинал: Michele R. Schaeffer, Cassandra T. Mendonca, Marc C. Levangie, Ross E. Andersen, Tanja Taivassalo, Dennis Jensen. Physiological mechanisms of sex differences in exertional dyspnoea: role of neural respiratory motor drive / https://doi.org/10.1113/expphysiol.2013.074880 // Experimental Physiology . — 2014 (1-я публ. 12.11.2013), Volume 99, Issue 2. — Pp. 427—441).
- ↑ Ильин Е. П. Дифференциальная психофизиология мужчины и женщины Архивная копия от 11 сентября 2018 на Wayback Machine / Глава 1. Биологические аспекты половой дифференциации: 1.4. Физиологические половые различия: Дыхательная система // С-Пб: Питер, 2007. — 544 с. ISBN 5-318-00459-8.
- ↑ Antonella LoMauro, Andrea Aliverti. Sex differences in respiratory function Архивная копия от 19 января 2022 на Wayback Machine / DOI: 10.1183/20734735.000318 // Breathe . — 2018, Vol. 14, Issue 2. ISSN 1810-6838. — Pp. 131—140.
- ↑ 1 2 3 4 5 Физиология человека. В 3-х т. Т. 2. Пер с англ. / Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. — М.: Мир, 1996. — 313 с.: ил. — ISBN 5-03-002544-8.
- ↑ Нормальная физиология человека / под ред. Б. И. Ткаченко. — 2-е изд. — М.: Медицина, 2005. — С. 474. — 928 с. — ISBN 5-225-04240-6.
- ↑ Пропедевтика внутренних болезней / В. Х. Василенко. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Медицина, 1989. — С. 93. — 512 с. — (Учебная литература для студентов медицинских институтов). — 100 000 экз. — ISBN 5-225-01540-9.
- ↑ Синдром обструктивного апноэ сна. Дата обращения: 11 апреля 2012. Архивировано 20 октября 2011 года.
- ↑ Клиническая эндокринология. Руководство / Старкова Н. Т. — 3-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Питер, 2002. — С. 244. — 576 с. — («Спутник Врача»). — 4000 экз. — ISBN 5-272-00314-4.
- ↑ Kussmaul A. Zur Lehre vom Diabetes mellitus. Über eine eigenthümliche Todesart bei Diabetischen, über Acetonämie, Glycerin-Behandlung des Diabetes und Einspritzungen von Diastase in’s Blut bei dieser Krankheit// Deutsches Archiv für klinische Medicin, Leipzig. — 1874, 14. — P. 1-46. // English translation in Ralph Hermon Major (1884—1970), Classic Descriptions of Disease. Springfield, C. C. Thomas, 1932. 2nd edition, 1939, 3rd edition, 1945.
- ↑ Симптомы и синдромы в эндокринологии / Под ред. Ю. И. Караченцева. — 1-е изд. — Х.: ООО «С.А.М.», Харьков, 2006. — С. 15—16. — 227 с. — (Справочное пособие). — 1000 экз. — ISBN 978-966-8591-14-3.
Литература
- Дыхание / Глебовский В. Д., Советская энциклопедия, 1977. — Т. 7 : Дегидразы — Дядьковский. — 548 с. : ил.
- Лёгочная вентиляция / Исеев Л. P., Переслегин И. А. // Советская энциклопедия, 1980. — Т. 12 : Криохирургия — Ленегр. — 536 с. : ил.
- Газообмен / Исеев Л. Р., Исаакян Л. А., Советская энциклопедия, 1977. — Т. 4 : Валин — Гамбия. — 576 с. : ил.
- Дыхательный коэффициент / Шик Л. Л., Дембо А. Г. // Советская энциклопедия, 1977. — Т. 7 : Дегидразы — Дядьковский. — 548 с. : ил.
- Дыхание // Малая медицинская энциклопедия. — Т. 2. — С. 146.