§ 25. Дыхательные движения

Определения и обозначения

Дыхательные движения — ритмические изменения объёма грудной полости, обеспечивающие вдох и выдох. Иными словами, грудная клетка то расширяется, то уменьшается, и это помогает обновлять воздух в лёгких. Такие движения нужны для вентиляции лёгких — поступления свежего воздуха и удаления использованного.

Вдох — поступление воздуха в лёгкие при увеличении объёма грудной полости. Грудная клетка расширяется, и давление в лёгких становится ниже атмосферного. Благодаря разнице давлений воздух движется внутрь, а не остаётся снаружи.

Выдох — выход воздуха из лёгких при уменьшении объёма грудной полости. Когда грудная клетка становится меньше, давление в лёгких повышается, и воздух направляется наружу. Выдох завершает один дыхательный цикл и подготавливает организм к следующему вдоху.

Диафрагма — мышца, отделяющая грудную полость от брюшной и участвующая в дыхательных движениях. Она меняет форму и положение при сокращении и расслаблении, поэтому влияет на объём грудной полости. Без её работы вдох был бы менее эффективным.

Как это устроено

При вдохе сокращаются наружные межрёберные мышцы, расположенные между рёбрами. Их сокращение тянет рёбра вверх и немного в стороны, потому что мышцы соединяют соседние рёбра и меняют их положение при укорочении. Грудная клетка расширяется, а вместе с ней увеличивается объём грудной полости. Лёгкие следуют за движением грудной клетки, поскольку связаны с её стенками оболочками, а не расширяются самостоятельно.

Одновременно сокращается диафрагма. В расслабленном состоянии она имеет выпуклую форму, направленную в сторону грудной полости; при сокращении мышца становится более плоской и опускается. Так она освобождает больше места для лёгких и увеличивает объём грудной полости снизу. Если бы диафрагма не опускалась, расширение грудной полости при вдохе было бы меньше.

Когда объём грудной полости увеличивается, давление в лёгких снижается и становится ниже атмосферного. Воздух движется туда, где давление ниже, поэтому поступает через дыхательные пути в лёгкие. Движение продолжается, пока давление внутри лёгких не приблизится к атмосферному. Таким образом, воздух втягивается не потому, что лёгкие активно тянут его, а из-за разницы давлений.

При спокойном выдохе наружные межрёберные мышцы и диафрагма расслабляются. Рёбра опускаются, а диафрагма возвращается к выпуклой форме и поднимается; объём грудной полости уменьшается. Давление в лёгких становится выше атмосферного, поэтому воздух выходит наружу. Для обычного выдоха человеку, как правило, не нужно специально сокращать дыхательные мышцы: достаточно их расслабления и возвращения грудной клетки в исходное положение.

Спокойное дыхание происходит без заметного напряжения дополнительных мышц. При усиленном дыхании, например во время физической нагрузки, движения грудной клетки становятся более глубокими и интенсивными. Вдоху могут помогать дополнительные мышцы шеи и грудной клетки, а при усиленном выдохе — мышцы живота и внутренние межрёберные мышцы. Их сокращение сильнее уменьшает объём грудной полости и помогает быстрее вытолкнуть воздух.

Сравнение вдоха и выдоха

Сравнивайте признаки по строкам: так видно, какое изменение приводит к следующему. Например, положение рёбер и диафрагмы влияет на объём грудной полости, а тот — на давление и направление движения воздуха. В таблице для выдоха указано спокойное дыхание: при усиленном выдохе подключаются дополнительные мышцы.

Разбор задач

Задача 1. Определите, что происходит с рёбрами и диафрагмой во время спокойного вдоха. Чтобы ответить, нужно связать работу мышц с изменением положения частей грудной клетки. Проследим путь от сокращения мышц к движению рёбер и диафрагмы. Затем сформулируем общий результат.

1. При вдохе сокращаются наружные межрёберные мышцы, поэтому рёбра поднимаются и расходятся в стороны.
2. В это же время сокращается диафрагма: она уплощается и опускается.
3. Оба движения расширяют грудную полость, хотя происходят в разных её частях.

Ответ: при спокойном вдохе рёбра поднимаются, а диафрагма уплощается и опускается. Так грудная полость увеличивается в объёме.

Задача 2. Объясните, почему воздух поступает в лёгкие, когда грудная клетка расширяется. Недостаточно сказать, что грудная клетка стала больше: нужно показать, как это влияет на давление. Затем следует объяснить направление движения воздуха. Такая последовательность поможет не перепутать причину и результат.

1. Расширение грудной клетки увеличивает объём грудной полости, а лёгкие следуют за её стенками.
2. При увеличении объёма давление в лёгких снижается и становится ниже атмосферного.
3. Воздух движется из области более высокого давления в область более низкого, то есть снаружи внутрь лёгких.

Ответ: расширение грудной клетки увеличивает объём лёгких и снижает давление в них. Поэтому воздух поступает внутрь, где давление ниже атмосферного.

Задача 3. При усиленном выдохе человек напрягает мышцы живота. Объясните, как это помогает выведению воздуха. Здесь нужно учитывать, что мышцы живота действуют не прямо на воздух, а изменяют положение органов и диафрагмы. По этой цепочке можно установить, почему выдох становится сильнее.

1. При напряжении мышцы живота сдавливают содержимое брюшной полости и повышают давление на диафрагму.
2. Диафрагма смещается вверх, а объём грудной полости уменьшается сильнее, чем при спокойном выдохе.
3. Давление в лёгких повышается, и воздух быстрее выходит через дыхательные пути.

Ответ: мышцы живота помогают поднять диафрагму и уменьшить объём грудной полости. Из-за повышения давления воздух энергичнее покидает лёгкие.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что лёгкие сами активно расширяются и сжимаются. Так можно подумать, потому что именно в лёгких меняется объём воздуха, но их движения следуют за грудной клеткой и диафрагмой. Проверьте себя вопросом: какие мышцы непосредственно меняют объём грудной полости? Ответ указывает на межрёберные мышцы и диафрагму.

Ошибка — перепутать движения диафрагмы и решить, что при вдохе она поднимается. Это происходит, если запомнить только изменение формы, но не направление движения мышцы. При вдохе диафрагма сокращается, уплощается и опускается, а при выдохе расслабляется и поднимается. Для проверки вспомните: вдох увеличивает объём грудной полости, поэтому диафрагма должна освободить для лёгких больше места.

Ошибка — объяснять поступление воздуха ростом давления в лёгких. Возможно, путают направление причинной цепочки: при вдохе давление действительно меняется, но не повышается. Сначала увеличивается объём грудной полости, затем давление в лёгких снижается ниже атмосферного. Проверьте ответ вопросом: воздух движется из области высокого давления в область низкого или наоборот?

Ошибка — считать, что выдох всегда требует активного сокращения мышц. Такое представление возникает потому, что при сильном выдувании воздуха мышцы действительно напрягаются. Однако при спокойном дыхании выдох обычно происходит после расслабления дыхательных мышц, а дополнительные мышцы нужны при усиленном выдохе. Проверьте себя, уточнив в условии, говорится ли о спокойном или усиленном дыхании.

Связь с другими темами

Чтобы понять дыхательные движения, полезно знать строение органов дыхания и расположение лёгких в грудной полости. Важно также представлять, где находятся дыхательные мышцы и как они связаны с рёбрами и диафрагмой. Эти сведения помогают проследить, каким образом движения грудной клетки меняют объём лёгких.

Дыхательные движения обеспечивают вентиляцию лёгких и подводят воздух к участкам, где происходит газообмен. Поэтому эта тема пригодится при изучении обмена кислорода и углекислого газа между воздухом и кровью. Она также связана с регуляцией дыхания: организм изменяет частоту и глубину дыхательных движений в зависимости от потребностей.

Что запомнить

• Вдох и выдох — дыхательные движения, обеспечивающие вентиляцию лёгких.
• При вдохе сокращаются наружные межрёберные мышцы и диафрагма.
• Во время вдоха рёбра поднимаются, а диафрагма опускается.
• При вдохе объём грудной полости увеличивается, а давление в лёгких снижается.
• При спокойном выдохе дыхательные мышцы расслабляются.
• При выдохе объём грудной полости уменьшается, а давление в лёгких повышается.
• При усиленном дыхании могут подключаться дополнительные мышцы.