Механізм газообміну між повітрям та тканинами організму

Размещено на http://www.allbest.ru/

Механізм газообміну між повітрям та тканинами організму

Під час дихання майже 30% повітря, що вдихується, знаходиться у дихальних шляхах, а 70% заповнює об'єм альвеол. Саме ця частина повітря забезпечує вентиляцію альвеол, його відношення до вдихуваного повітря називається коефіцієнтом легеневої вентиляції. Атмосферне повітря -- це суміш азоту (до 78%), кисню (до 21%), вуглекислого газу (до 0,03%), водяного пару та незначної домішки інших газів.

Частина атмосферного тиску, яка залежить від кількості окремого газу, називається його парціальним тиском. Наприклад, атмосферний тиск становить 760 мм рт.ст., а доля кисню -- 21% від повітря, тобто цей газ створює 21% загального атмосферного тиску, а саме: 160 мм рт.ст. Відповідно вуглекислий газ створює парціальний тиск 0,23 мм рт.ст. Однак в альвеолах не відбувається повної заміни повітря атмосферним, тому реальний рівень газів в альвеолярному повітрі характеризується такими значеннями -- 102-104 мм рт.ст. для кисню та 40 мм рт.ст. для вуглекислого газу.

Концентрація газів у рідинах характеризується терміном напруження газів. Він означає, з якою силою розчинений газ намагається залишити рідину.

Газообмін кисню та вуглекислого газу між альвеолярним повітрям та кров'ю легеневих капілярів забезпечується шляхом простої дифузії, зумовленої різними їхніми парціальними тисками (напруженням) по обидва боки стінок альвеол.

У звичайних умовах парціальний тиск кисню в альвеолах завжди більший, ніж його напруження у венозній крові (40 мм рт.ст.), а парціальний тиск вуглекислого газу навпаки менший, ніж його напруження (46 мм рт.ст.).

Таким чином, різниця концентрації кисню по обидва боки альвеол перевищує 60 мм рт.ст., тому він переміщується у кров. Вуглекислий газ виходить назовні теж швидко, тому що незначна різниця його концентрації компенсується кращою розчинністю у воді. Крім того, на насиченості крові газами позначається те, що вони у ній переважно перебувають у хімічно зв'язаному стані, це сприяє постійній дифузії.

Кисень, що надійшов у плазму крові з альвеол, переміщується до еритроцитів, у яких з'єднується з гемоглобіном у сполуку -- оксигемоглобін (1 г гемоглобіну приєднує 1,34 мл кисню). Киснева ємність крові -- це максимальна кількість кисню, яка може бути зв'язана 100 мл крові за умови, що весь гемоглобін перетворився на оксигемоглобін. Фіксація кисню та розпад оксигемоглобіну залежить не лише від напруження газу, але і від інших факторів, які позначаються на цій реакції, зокрема температури, наявності кислих речовин та вуглекислого газу.

Підвищення температури у працюючих органах та тканинах, збільшення концентрації вуглекислого газу та органічних кислот сприяють розпаду оксигемоглобіну, вивільненню кисню та переходу його до клітин. А протилежні умови навпаки забезпечують утворення оксигемоглобіну, наприклад, у легенях. газ рідина альвеолярний капіляр

Переміщення вуглекислого газу переважно відбувається у вигляді гідрокарбонатів натрію та калію, значно меншою мірою у формі газу та сполуки з гемоглобіном -- карбгемоглобіну. Утворення та розпад гідрокарбонатів залежить від активності карбоангідрази (ферменту еритроцитів, який каталізує синтез та розпад вугільної кислоти), а також концентрації вуглекислого газу та наявності кислот, сильніших за вугільну.

Кожна тканина у стані відносного спокою споживає різну кількість кисню. Наприклад, кожну хвилину 1 кг печінки необхідно 27 мл кисню, підшлункової залози -- 40 мл, селезінки -- 50 мл, а якщо надходить менше цієї кількості, виникає стан гіпоксії (від hypo -- знизу, oxygenium -- кисень). У таких умовах клітини не одержують достатньо енергії для виконання своїх функцій, що проявляється порушенням стану всього організму. Найбільш виразні зміни спостерігаються при гіпоксії нервової системи, тому що виникає розлад нейрогуморальної регуляції роботи всіх систем. Перше, що виникає -- це втрата свідомості через гальмування нервових процесів у корі великих півкуль, яка найбільш залежить від споживання кисню.

Максимальне споживання кисню (МСК) є показником аеробної продуктивності роботи організму. Аеробна продуктивність -- це здатність людини виконувати дуже важку роботу, забезпечуючи свої енергетичні витрати споживанням кисню безпосередньо під час навантаження. Величина МСК залежить від функціональних можливостей дихальної, серцево-судинної систем та крові. У спортсменів під час змагань МСК мусить забезпечуватись на рівні 6-6,5 л/хв, що потребує легеневої вентиляції на рівні 150 л/хв, кисневої ємності -- 22-25 мл кисню на 100 мл крові, хвилинного об'єму крові -- 33-35 л.

Регуляція дихання

Частота та глибина дихання залежить від потреб організму і регулюється нервовими та гуморальними механізмами.

Основна частина дихального центру знаходиться у довгастому мозку, але в інших частинах мозку також є структури, які впливають на дихання.

Під час вдиху альвеоли легень розширюються, що зумовлює розтягування рецепторів, які знаходяться в їхніх стінках. Імпульси від рецепторів надходять до довгастого мозку, що гальмує вдих і викликає видих. Таким чином, пневмотаксичний центр забезпечує почергово вдих та видих, а пошкодження клітин центру зумовлює припинення дихання. На стані центру позначаються сигнали, які надходять з інших нервових центрів. Так, подразнення слизової оболонки трахеї та бронхів, особливо з ділянки біфуркації, викликає рефлекс кашлю.

Кірка великих півкуль забезпечує можливість довільної зміни роботи дихальної системи. Зв'язок між кіркою та дихальним центром підтверджується створенням умовних рефлексів на основі дихання, а також його зміною під впливом гіпнозу, під час емоцій.

Особливу роль серед гуморальних речовин, які впливають на дихання, відіграє вуглекислий газ. Ця речовина подразнює клітини дихального центру, змушує їх надсилати більше імпульсів до дихальних м'язів, тому дихання частішає та стає більш глибоким, легенева вентиляція зростає. Крім вуглекислого газу, збуджуються хеморецептори судин через накопичення у крові органічних кислот, переважно молочної. Ці кислі речовини стимулюють дихання доти, доки їхня концентрація знизиться до нормальних значень.

Дихання як спосіб оздоровлення

Правильне дихання є засобом оздоровлення та профілактики багатьох захворювань. Рівень здоров'я, який визначається за максимальним споживанням кисню, безпосередньо залежить від життєвої ємності легень. Найкращий шлях збільшити ємність легень -- виконувати аеробні фізичні вправи, тому у марафонців ЖЕЛ досягає 4,5-5,5 л, у плавців -- 5,5-7 л. Інший шлях більшого розвитку легень -- виконання спеціальних дихальних вправ.

Усі сучасні рекомендації щодо правильного дихання грунтуються на правилах йоги. У книзі Патандталі "Йога-сутра" практику дихання наведено у розділі "Пранаяма". Термін "прана" визначає життєву енергію, яка існує в оточуючому людину світі, а "яма" визначає здатність до управління. Таким чином, "пранаяма" -- це процес регуляції життєвої енергії через управління диханням. Займаючись вправами дихання, йоги уявляють собі енергію прани у вигляді срібних або золотих течій, які надходять до організму та звільняють його від усіх непотрібних речовин, що сприяє фізичному та психічному розвитку людини.

Найбільш корисним вважається повне дихання, яке об'єднує три типи дихання -- нижнє, середнє та верхнє.

Нижнє або діафрагмальне дихання пов'язано з опусканням діафрагми, втягуванням та роздуванням черева. При видиху живіт утягується, м'язи черевного преса скорочуються й тиснуть на органи черевної порожнини та діафрагму. Цей тип забезпечує наповнення повітрям нижніх частин легень та масаж внутрішніх органів.

Середнє або реберне дихання відбувається шляхом скорочення міжреберних м'язів, які змінюють положення ребер та об'єм грудної порожнини. При видиху ребра опускаються, черево втягується.

Верхнє або ключичне дихання здійснюється за рахунок підняття ключиць і наповнення повітрям верхніх частин легень. Живіт та ребра залишаються нерухомими, при видиху поступово опускається грудина, потім плечі.

При повному диханні перед вдихом виконується повний видих із напруженням черевного преса. Потім почергово здійснюються елементи нижнього, середнього та верхнього дихання, а видих проводиться у зворотному порядку. Оздоровчий ефект пов'язаний із збільшенням об'єму легень, виведенням з організму непотрібних речовин, масажем діафрагмою органів черевної порожнини, поліпшенням стану серцево-судинної та травної систем.

У системі пранаями розроблено різні варіанти ритмічного поєднання вдиху та видиху. Так, швидкий вдих і повільний видих чинить заспокійливу дію, а повільний вдих та швидкий видих -- збуджуючу. Затримка дихання на вдиху сприяє підвищенню артеріального тиску, а затримка дихання на видиху -- його зниженню, тому зас^* воювати прийоми дихальної гімнастики йогів слід під наглядом фахівця.

Популярне серед йогів дихання однією ніздрею -- наді садхана, яке сприяє поліпшенню енергетичного обміну та самопочуття.

Парадоксальна дихальна гімнастика за О.М. Стрель-піковою

Полягає у тому, що вдих виконують не при розширенні грудної клітини, а при її стисненні, тому при вдиху повітря надходить у нижню частину легень, тобто здійснюється абдомінальний тип дихання. Для виконання такого вдиху потрібно додаткове підсилення діафрагми. Таке дихання сприяє розширенню функціональних можливостей організму, збільшенню життєвої ємності легень, кращому засвоєнню організмом кисню.

Вдих має бути коротким, активним, із стисненням крил носа, але глибоким. Видих здійснюється без зусиль, пасивно. Вправи виконуються при частоті пульсу до 100

Велике значення у цих вправах надається ритмічному диханню, коли вдих, видих та затримка дихання виконуються з певними інтервалами, які визначаються за частотою пульсу або кроків. Найчастіше дотримуються таких пропорцій: ударів за хвилину, у темпі, який відповідає руху зі швидкістю 80 кроків за хвилину.

Оздоровлююча гімнастика використовується під час лікування бронхіальної астми, бронхітів, але нею не можна займатись при глаукомі, міопатії, гіпертонії.

Парадоксальна дихальна гімнастика за К.П. Бутейко

Грунтується на вольовій ліквідації глибокого дихання. На думку автора, глибоке дихання є джерелом багатьох захворювань, тому що клітини організму недостатньо забезпечуються киснем через суттєве зменшення у тканинах вуглекислого газу.

У здорових людей дихання під час сну стає повільним, поверхневим, а у хворих -- прискореним, глибоким. На думку К.П. Бутейко, бронхіальна астма, емфізема легень, гіпертонія, стенокардія, хронічний нефрит виникають при надмірному диханні внаслідок вимивання із тканин необхідного для них вуглекислого газу.

Нормальне дихання здорової людини -- це повільний неглибокий вдих (2-3 с), повільний видих (3-4 с), потім пауза (3-4 с). Астматики та гіпертоніки дихають без пауз, глибокий вдих змінюється на швидкий видих, що зумовлює втрату вуглекислого газу в організмі.

Іншими причинами втрати вуглекислого газу є негативні емоції, гіподинамія, звичка до вживання кофе, паління, м'ясна та жирна їжа.

За К.П. Бутейко, кількість кисню у тканинах не залежить від його вмісту в зовнішньому середовищі, але безпосередньо пов'язана з рівнем вуглекислого газу. Тому підвищити вміст кисню у тканинах можливо через збільшення рівня вуглекислого газу в крові. Якщо людина завдяки затримці дихання навчиться підтримувати у альвеолярному повітрі вміст вуглекислого газу на рівні 6,5%, вона зможе профілактувати багато захворювань.

Збереженню вуглекислого газу сприяють фізичні вправи, спокійний сон, медитація, голодування, рослинна їжа.

При затримці дихання потрібно затискувати ніс і слідкувати за тим, аби вдих після затримки був неглибоким. Тривалість перших затримок -- 10 с, потім у процесі тренування вони подовжуються до 180-240 с. Затримка дихання проводиться на вдиху та видиху, із наступним ритмом: 10 кроків -- вдих, 20 кроків -- затримка, 20 кроків -- видих, 10 кроків -- затримка. Час виконання вправи 15-20 хв.

Дихальна гімнастика закріплює здоров'я через збагачення тканин вуглекислим газом.

Слід зауважити, що багато вчених критично ставляться до парадоксальної дихальної гімнастики.

Таким чином, повне дихання йогів збагачує організм киснем та підвищує його максимальне споживання, що оздоровлює людину. Парадоксальне дихання, розроблене О.М. Стрельніковоюта К.П. Бутейко, спрямовано проти глибокого дихання, їхні погляди на фізіологію дихання суперечать традиційним уявленням, що організм для кращого стану мусить мати більше кисню. Гімнастика за О.М. Стрельніковою робить акцент на вдиху, а за К.П. Бутейко -- на затримці дихання. Тому оцінку стану здоров'я за показником МКС слід доповнювати індексом рівня вуглекислого газу, який можливо нормалізувати як за допомогою фізичних вправ, так і дихальної гімнастики. Використовувати кожну методику можливо з обов'язковим урахуванням індивідуальних особливостей та психофізіологічного стану й віку людини.

Размещено на Allbest.ru