Механизм дыхательных движений: как происходит вдох и выдох
Дыхание – это автоматический процесс, обеспечивающий газообмен в организме. Его физическую основу составляют дыхательные движения – ритмичное увеличение и уменьшение объема грудной клетки, благодаря которым воздух поступает в легкие и выходит из них. Этот механизм работает за счет разницы давления.
Главный принцип: давление и объем
Ключевой закон – закон Бойля-Мариотта. При постоянной температуре давление газа обратно пропорционально его объему.
- Увеличился объем легких → давление внутри упало ниже атмосферного → воздух устремляется внутрь (вдох).
- Уменьшился объем легких → давление внутри возросло выше атмосферного → воздух выталкивается наружу (выдох).
Изменение объема грудной клетки обеспечивается работой мышц.
Механизм вдоха (инспирация) – активный процесс
1. Сокращаются основные мышцы:
- Диафрагма: главная дыхательная мышца. При сокращении она уплощается и опускается, увеличивая объем грудной клетки по вертикали.
- Наружные межреберные мышцы: сокращаясь, приподнимают ребра и отводят их немного в стороны. Грудина приподнимается. Объем грудной клетки увеличивается в передне-заднем и поперечном направлениях.
2. Расширение легких:
Легкие, будучи эластичными и прилегающими к стенке грудной полости (за счет плевральной жидкости), пассивно следуют за этим расширением.
3. Поступление воздуха:
Давление в альвеолах становится ниже атмосферного, и воздух по дыхательным путям поступает в легкие.
При интенсивном дыхании к работе подключаются вспомогательные мышцы: лестничные, грудино-ключично-сосцевидные, мышцы груди и спины.
Механизм выдоха (экспирация) в покое – пассивный процесс
- Расслабление мышц: Диафрагма и наружные межреберные мышцы расслабляются.
- Возвращение в исходное состояние: Грудная клетка, диафрагма и упругие легкие под действием силы тяжести и собственной эластичности возвращаются в положение, которое они занимали до вдоха.
- Уменьшение объема: Объем грудной клетки и легких уменьшается, давление в альвеолах становится выше атмосферного.
- Выведение воздуха: Воздух пассивно выходит наружу.
При форсированном (активном) выдохе (например, при кашле, физической нагрузке) в работу включаются внутренние межреберные мышцы и мышцы брюшного пресса. Они активно опускают ребра и сдавливают брюшную полость, поднимая диафрагму, что резко уменьшает объем грудной клетки.
Краткая схема-резюме
| Процесс | Основные мышцы | Изменение объема грудной клетки | Изменение давления в легких | Движение воздуха |
| ВДОХ | Диафрагма, наружные межреберные | Увеличивается | Падает ниже атмосферного | → В легкие |
| ВЫДОХ | Мышцы расслабляются (в покое) | Уменьшается | Повышается выше атмосферного | ← Из легких |
Вывод
Таким образом, механизм дыхательных движений – это слаженная работа дыхательной мускулатуры, изменяющей объем грудной полости. Благодаря этим движениям создается перепад давления, который и является непосредственной причиной вдоха и выдоха. Управляет этим ритмичным процессом дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге.
