Главная / Анатомия мышц / Системы человека / Дыхательная система человека. Все, что надо знать

Дыхательная система человека. Все, что надо знать

Добрый день, веселый час, рады видеть вас у нас! В эту пятницу разберем тему "Дыхательная система человека". По прочтении вы узнаете, что она собой представляет, из чего анатомически состоит, как работает и что с ней происходит во время физической активности. Также разберем упражнения для прокачки “дыхалки”.

Дыхательная система человека лого

Итак, если все понятно и все в сборе, давайте начинать!

Дыхательная система человека: что, к чему и почему?

Не медленно, но верно мы движемся к завершению нашего эпопеического цикла статей, в котором мы знакомимся с различными системами человека. Уже остались позади: сердечно-сосудистая, мышечная, нервная, лимфатическая, иммунная, эндокринная, пищеварительная и репродуктивная системы. Если вы ничего не читали из указанного, обязательно это сделайте. Мы же идем дальше и сегодня разберем дыхательную систему человека. Как и в предыдущий раз, сделаем это с минимальным включением анатомии и максимальным вниманием к практике. Что у нас из этого получится, скоро узнаем. Поехали!

Примечание:
Для лучшего усвоения материала все дальнейшее повествование будет разбито на подглавы.

Анатомия дыхательной системы

Дыхательная система (ДС) человека представляет собой ряд органов, ответственных за поглощение кислорода и выведение углекислого газа. Основными органами ДС являются легкие, которые осуществляют обмен газами в процессе дыхания. Также сюда входят мышцы для перемещения воздуха в легкие и из легких, проходы, по которым движется воздух, и микроскопические поверхности газообмена, покрытые капиллярами. Система кровообращения транспортирует газы из легких в ткани по всему телу. Эритроциты "собирают" кислород из легких и повсеместно разносят его. Человеческому телу нужна постоянная “подпитка” кислородом - каждая клетка организма нуждается в окислительных стадиях клеточного дыхания - процесса, посредством которого производится энергия в форме аденозинтрифосфата (АТФ).

Для осуществления окислительного фосфорилирования в качестве реагента используется кислород, а диоксид углерода выделяется в качестве отходов. Хотя кислород является критической потребностью для клеток, на самом деле именно накопление углекислого газа в первую очередь стимулирует вашу потребность дышать.

Примечание:

Основным химическим элементом воздуха является не кислород, а азот. Их соотношение составляет 21%:78%. В выдыхаемом воздухе кислорода на 25% меньше, а углекислого газа – в 100 раз больше.

Есть три основных части ДС: дыхательные пути, легкие и дыхательные мышцы. Дыхательные пути, которые включают нос, рот, глотку, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы, переносят воздух между легкими и окружающей средой. Легкие действуют как функциональные единицы дыхательной системы, пропуская кислород в организм и выводя из него углекислый газ. Наконец, дыхательные мышцы, в том числе диафрагма и межреберные мышцы, работают вместе, выступая в роли насоса, выталкивая воздух в легкие и из легких во время дыхания.

Давайте разберем каждый “элемент” ДС более подробно, но не обстоятельно :) И начнем с так называемой проводящей зоны.

№1. Нос и прилегающие к нему структуры

Нос и носовая полость образуют главное наружное отверстие для дыхательной системы и являются первой частью дыхательных путей организма, по которым движется воздух. Нос - это структура лица, состоящая из хряща, кости, мышц и кожи, которая поддерживает и защищает переднюю часть полости носа. Носовая полость представляет собой полое пространство внутри носа и черепа, которое выстлано волосками и слизистой оболочкой. Функция полости носа состоит в том, чтобы нагревать, увлажнять и фильтровать воздух, поступающий в организм, прежде чем он достигнет легких. Волосы и слизь, выстилающие полость носа, помогают задерживать пыль, плесень, пыльцу и другие загрязнения окружающей среды, прежде чем они попадут во внутренние части тела.

анатомия носа

№2. Рот

Является вторичным внешним отверстием дыхательных путей. Нормальное дыхание происходит через нос, но полость рта может использоваться для дополнения или замены функций носового дыхания при необходимости. Поскольку путь воздуха изо рта в легкие короче пути через нос, воздух, поступающий в легкие, не увлажняется и не прогревается. Во рту также отсутствуют волоски и липкая слизь, которые могли бы фильтровать воздух. Одно из преимуществ ротового дыхания заключается в том, что с его помощью организм может получить больше воздуха в более короткий промежуток времени.

№3. Глотка

Представляет собой мышечную воронку, которая простирается от заднего конца полости носа до верхнего конца пищевода и гортани. Глотка разделена на три области: носоглотка, ротоглотка и гортанно-носоглотка. Носоглотка - верхняя область глотки, расположенная в задней части полости носа. Вдыхаемый воздух из полости носа проходит в носоглотку и опускается через ротоглотку, расположенную в задней части полости рта. Воздух, вдыхаемый через полость рта, поступает в глотку и ротоглотку. Вдыхаемый воздух затем опускается в гортанно-глотку, где он направляется в отверстие гортани надгортанником. Надгортанник представляет собой лоскут эластичного хряща, который действует как переключатель между трахеей и пищеводом. Поскольку глотка также используется для глотания пищи, надгортанник обеспечивает прохождение воздуха в трахею, прикрывая отверстие пищевода.

№4. Гортань

Представляет собой короткий участок дыхательных путей, который соединяет гортань и глотку с трахеей. Гортань расположена в передней части шеи, чуть ниже подъязычной кости и выше трахеи. Несколько хрящевых структур составляют гортань и придают ей структуру. Надгортанник является одним из хрящевых кусочков гортани и служит прикрытием гортани при глотании. Нижним надгортанником является хрящ щитовидной железы, который часто называют адамовым яблоком. Гортань также содержит специальные структуры, известные как голосовые складки, которые отвечают за возможность человека издавать звуки. Вокальные складки - складки слизистой оболочки, которые вибрируют, производя вокальные звуки.

№5. Трахея

Дыхательная трубка, состоящая из С-образных гиалиновых хрящевых колец, выстланных псевдостратифицированным реснитчатым столбчатым эпителием. Трахея соединяет гортань с бронхами и позволяет воздуху проходить через шею и в грудную клетку. Кольца хряща, составляющие трахею, позволяют ему всегда оставаться открытым для воздуха. Открытый конец хрящевых колец обращен к пищеводу сзади, что позволяет пищеводу расширяться в пространство, занимаемое трахеей, для размещения массы пищи, проходящей через пищевод. Основная функция трахеи заключается в обеспечении чистых дыхательных путей для воздуха, чтобы входить и выходить из легких. Кроме того, эпителий, выстилающий трахею, производит слизь, которая задерживает пыль и другие загрязнения и препятствует тому, чтобы они достигли легких. Реснички на поверхности эпителиальных клеток перемещают слизь в направлении глотки, где она может проглатываться и перевариваться в желудочно-кишечном тракте.

№6. Бронхи и бронхиолы

В нижнем конце трахеи дыхательные пути разделяются на левую и правую ветви, известные как первичные бронхи. Левые и правые бронхи проникают в каждое легкое, прежде чем разветвляются на более мелкие вторичные бронхи. Вторичные бронхи переносят воздух в доли легких - две в левом легком и три в правом легком. Вторичные бронхи, в свою очередь, разделяются на множество более мелких третичных бронхов в каждой доле. Третичные бронхи расщепляются на множество более мелких бронхиол, которые распространяются по легким. Каждая бронхиола расщепляется на множество более мелких ветвей диаметром менее миллиметра, называемых терминальными бронхиолами. Наконец, миллионы крошечных терминальных бронхиолов проводят воздух к альвеолам легких. Структура бронхиол отличаются от структуры бронхов тем, что они не содержат хряща. Наличие гладких мышц и эластина позволяет более мелким бронхам и бронхиолам быть более гибкими.

Основная функция бронхов и бронхиол заключается в переносе воздуха из трахеи в легкие. Гладкая мышечная ткань в их стенках помогает регулировать поток воздуха в легкие. Когда организму требуются большие объемы воздуха, например, во время упражнений, гладкая мышца расслабляется, расширяя бронхи и бронхиолы. Расширение дыхательных путей обеспечивает меньшее сопротивление воздушному потоку и позволяет большему количеству воздуха проходить в легкие и из них. Волокна гладких мышц способны сокращаться во время отдыха, чтобы предотвратить гипервентиляцию. Бронхи и бронхиолы также используют слизь и реснички своих эпителиальных слизистых оболочек, чтобы задерживать и удалять пыль и другие загрязнения из легких.

№7. Легкие

Легкие представляют собой пару крупных губчатых органов, которые находятся в грудной клетке. Каждое легкое окружено плевральной мембраной, которая обеспечивает пространство для расширения, а также пространство отрицательного давления по отношению к внешней стороне тела. Отрицательное давление позволяет легким пассивно наполняться воздухом, когда они расслабляются. Левое и правое легкие немного отличаются по размеру и форме из-за того, что сердце направлено на левую сторону тела.

Внутренняя часть легких состоит из губчатых тканей, содержащих множество капилляров и около 30 миллионов крошечных мешочков, известных как альвеолы. Альвеолы представляют собой чашеобразные структуры, которые находятся в конце терминальных бронхиол и окружены капиллярами. Альвеолы выстланы тонким простым плоским эпителием, который позволяет воздуху, поступающему в альвеолы, обмениваться газами с кровью, проходящей через капилляры.

легкие анатомия

№8. Дыхательные мышцы

Легкие окружают наборы мышц, которые могут вызвать вдыхание или выдыхание воздуха. Основной мышцей дыхания в организме человека является диафрагма - тонкий слой скелетных мышц, которые образуют дно грудной клетки. Когда диафрагма сжимается, она перемещается вниз на несколько дюймов в брюшную полость, расширяя пространство внутри грудной полости и втягивая воздух в легкие. Расслабление диафрагмы позволяет воздуху вытекать из легких во время выдоха.

Между ребрами расположено множество мелких межреберных мышц, которые помогают диафрагме расширяться и сжимать легкие. Эти мышцы делятся на две группы: внутренние и внешние межреберные мышцы. Внутренние межреберные мышцы - более глубокий набор мышц, которые сжимают ребра, чтобы сжать грудную полость и заставить воздух выходить из легких. Внешние межреберные промежутки оказываются поверхностными по отношению к внутренним межреберным и функционируют, чтобы поднять ребра, расширяя объем грудной полости, вызывая вдыхание воздуха в легкие.

Все указанное (и некоторое неуказанное) являет собой дыхательную систему и в сборном виде она выглядит так (кликабельно):

Дыхательная система человека плакат

Как и говорили ранее, анатомическую теорию урезали, поэтому с ней все. Переходим к практике. Выясним…

Три вида давления: что представляет собой процесс дыхания

Легочная вентиляция - это акт дыхания, который можно описать как движение воздуха в легкие и из них. Основными механизмами, которые управляют легочной вентиляцией, являются атмосферное давление (Patm); давление воздуха внутри альвеол, называемое альвеолярным давлением (Palv); и давление в плевральной полости, называемое внутриплевральным давлением (Pip). Альвеолярное и внутриплевральное давление зависят от определенных физических особенностей легких. Однако способность дышать зависит от давления воздуха в атмосфере и давления воздуха в легких.

Вдох и выдох зависят от разницы в давлении между атмосферой и легкими. В газе давление - сила, создаваемая движением ограниченных молекул газа. Например, определенное количество молекул газа в двухлитровом контейнере занимает больше места, чем такое же количество молекул газа в одном литровом контейнере. В этом случае сила, оказываемая движением молекул газа к стенкам двухлитрового контейнера меньше, чем сила, оказываемая молекулами газа в одном литровом контейнере. Следовательно, давление в двухлитровом контейнере ниже, а в однолитровом - выше. При постоянной температуре изменение объема, занимаемого газом, приводит к изменению давления, равно как и изменение количества молекул газа.

Закон Бойля описывает соотношение между объемом и давлением в газе при постоянной температуре. Бойль обнаружил, что давление газа обратно пропорционально его объему: если объем увеличивается, давление уменьшается. Аналогично, если объем уменьшается, давление увеличивается. Давление и объем обратно пропорциональны (P = k/V). Следовательно, давление в однолитровом контейнере (половина объема двухлитрового контейнера) будет вдвое больше, чем в двухлитровом контейнере. Закон Бойля выражается следующей формулой: P1V1 = P2V2.

В этой формуле P1 представляет начальное давление, а V1 представляет начальный объем, тогда как конечное давление и объем представлены P2 и V2, соответственно. Если двух- и однолитровые контейнеры были соединены трубкой, а объем одного из контейнеров был изменен, то газы переходили бы от более высокого давления (меньший объем) к более низкому давлению (больший объем).

Легочная вентиляция зависит от трех типов давления: атмосферного, внутриальвеолярного и межплеврального. Атмосферное давление - это величина силы, которую оказывают газы в воздухе, окружающем любое тело. Атмосферное давление может быть выражено в единицах атмосферы или в миллиметрах ртутного столба.

Одна атмосфера составляет 760 мм рт. ст., что является атмосферным давлением на уровне моря. Как правило, для дыхания другие значения давления обсуждаются относительно атмосферного давления. Следовательно, отрицательное давление - это давление ниже атмосферного, тогда как положительное - это давление больше Patm. Давление, равное атмосферному давлению, выражается как ноль.

Внутриальвеолярное давление - это давление воздуха внутри альвеол, которое изменяется во время различных фаз дыхания. Поскольку альвеолы связаны с атмосферой через трубки дыхательных путей (аналогично одно- и двухлитровым контейнерам в приведенном выше примере), внутрилегочное давление альвеол всегда выравнивается с атмосферным давлением.

Внутриплевральное давление -  давление воздуха в плевральной полости между висцеральной и париетальной плеврами. Подобно внутриальвеолярному давлению, внутриплевральное давление также изменяется во время различных фаз дыхания. Однако из-за определенных характеристик легких внутриплевральное давление всегда ниже или отрицательно по отношению к внутриальвеолярному давлению. Хотя внутриплевральное давление колеблется во время вдоха и выдоха, оно остается приблизительно минус 4 мм рт. ст. в течение всего цикла дыхания.

Легочная вентиляция осуществляется благодаря разнице в давлениях, потому что воздух движется из области более высокого давления в область более низкого давления. Воздух попадает в легкие в значительной степени из-за разницы в давлении. Атмосферное давление выше, чем внутриальвеолярное давление, а внутриальвеолярное давление больше, чем внутриплевральное давление. Воздух выходит из легких во время выдоха по тому же принципу, давление в легких становится больше атмосферного давления.

Легочная вентиляция состоит из двух основных этапов: вдох и выдох. Вдох - это процесс, при котором воздух попадает в легкие, а выдох - это процесс, при котором воздух покидает легкие. Дыхательный цикл - это одна из последовательностей вдоха и выдоха. Во время нормального вдоха используются две группы мышц - диафрагма и внешние межреберные мышцы. Дополнительные мышцы могут быть использованы, если требуется большее дыхание (см. изображение, кликабельно).

процесс дыхания

Когда диафрагма сжимается, она движется вниз в направлении брюшной полости, создавая большую грудную полость и больше пространства для легких. Сокращение наружных межреберных мышц перемещает ребра вверх и наружу, вызывая расширение грудной клетки, что увеличивает объем грудной полости. Из-за силы адгезии плевральной жидкости расширение грудной полости заставляет легкие растягиваться и расширяться. Это увеличение объема приводит к снижению внутриальвеолярного давления, создавая давление ниже атмосферного. В результате создается градиент давления, который направляет воздух в легкие.

Процесс нормального выдоха пассивен, это означает, что энергия не требуется, чтобы вытолкнуть воздух из легких. Вместо этого эластичность легочной ткани заставляет легкое откатываться, так как диафрагма и межреберные мышцы расслабляются после вдоха. В свою очередь, грудная полость и легкие уменьшаются в объеме, вызывая повышение межлегочного давления. Межлегочное давление поднимается выше атмосферного давления, создавая градиент давления, который заставляет воздух выходить из легких.

Частота дыхания контролируется дыхательным центром, расположенным внутри продолговатого мозга в головном мозге, который реагирует, прежде всего, на изменения уровня углекислого газа, кислорода и pH в крови.

Примечание:

Нормальная частота дыхания у ребенка снижается от рождения до подросткового возраста. У ребенка в возрасте до года нормальная частота дыхания составляет от 30 до 60 вдохов в минуту, но к тому времени, когда ребенку исполняется 10 лет, его нормальная частота приближается к 18-30 вдохам. В подростковом возрасте нормальная частота дыхания составляет аналогично взрослым - от 12 до 18 вдохов в минуту.

Контроль вентиляции - сложное взаимодействие нескольких областей мозга, которые сигнализируют мышцам, используемым при легочной вентиляции, к сокращению. Результатом обычно является ритмичная, постоянная скорость вентиляции, которая обеспечивает организм достаточным количеством кислорода и удалением углекислого газа.

Нейроны, которые иннервируют мышцы дыхательной системы, отвечают за контроль и регулирование легочной вентиляции. Основными мозговыми центрами, вовлеченными в легочную вентиляцию, являются продолговатый мозг и дыхательная группа в поясничном отделе.

нервная регуляция дыхания

Продолговатый мозг содержит спинную дыхательную группу (DRG) и вентральную дыхательную группу (VRG). DRG участвует в поддержании постоянного ритма дыхания, стимулируя сокращение диафрагмы и межреберных мышц, что приводит к вдоху. VRG стимулирует сокращение мышц, участвующих в принудительном выдохе.

Итак, мы выяснили, как осуществляется легочная вентиляция, теперь давайте разберемся с…

Газообмен

Целью дыхательной системы является газообмен. Легочная вентиляция обеспечивает альвеолы воздухом. В дыхательной мембране, где пересекаются альвеолярные и капиллярные стенки, газы перемещаются через мембраны, причем кислород попадает в кровоток, а углекислый газ выходит наружу. Именно благодаря этому механизму кровь насыщается кислородом, а диоксид углерода, продукт клеточного дыхания, выводится из организма.

Чтобы понять механизмы газообмена в легких, важно понять основные принципы газов и их поведение.

Молекулы газа оказывают силу на поверхности, с которыми они контактируют. Эта сила называется давлением. В природных системах газы обычно присутствуют в виде смеси различных типов молекул. Например, атмосфера состоит из кислорода, азота, углекислого газа и других газообразных молекул, и эта газообразная смесь оказывает определенное давление, называемое атмосферным.

Парциальное давление (Px) -  давление газа одного типа в смеси газов. Например, в атмосфере кислород оказывает парциальное давление, а азот оказывает другое парциальное давление, не зависящее от парциального давления кислорода. Общее давление представляет собой сумму всех парциальных давлений газообразной смеси. Закон Далтона описывает поведение нереакционноспособных газов в газовой смеси и гласит, что определенный тип газа в смеси оказывает свое собственное давление. Таким образом, общее давление, оказываемое смесью газов, является суммой парциальных давлений газов в смеси.

Парциальное давление чрезвычайно важно при прогнозировании движения газов. Газы имеют тенденцию выравнивать свое давление в двух областях, которые связаны между собой. Газ будет перемещаться из области, где его парциальное давление выше, в область, где его парциальное давление ниже. Кроме того, чем больше разница парциальных давлений между двумя зонами, тем быстрее происходит движение газов.

Закон Генри описывает поведение газов, когда они вступают в контакт с жидкостью. Закон Генри гласит, что концентрация газа в жидкости прямо пропорциональна растворимости и парциальному давлению этого газа. Чем больше парциальное давление газа, тем большее количество молекул газа будет растворяться в жидкости. Концентрация газа в жидкости также зависит от растворимости газа в жидкости.

Например, хотя азот присутствует в атмосфере, очень малое его количество растворяется в крови, потому что его растворимость очень низкая. Исключение составляют аквалангисты: состав сжатого воздуха, которым дышат дайверы, приводит к тому, что парциальное давление азота превышает нормальное, в результате чего он растворяется в крови в больших количествах, чем обычно. Слишком большое количество азота в крови приводит к серьезному состоянию, которое может привести к летальному исходу, если его не исправить. Молекулы газа устанавливают равновесие между молекулами, растворенными в жидкости, и молекулами в воздухе.

Газообмен происходит в двух частях тела: в легких, где поглощается кислород и выделяется углекислый газ на дыхательной мембране, и в тканях, где выделяется кислород и поглощается углекислый газ. Внешнее дыхание представляет собой обмен газами с внешней средой и происходит в альвеолах легких. Внутреннее дыхание представляет собой обмен газами с внутренней средой и происходит в тканях. Фактический обмен газами происходит благодаря простой диффузии. Энергия не требуется для перемещения кислорода или углекислого газа через мембраны. Вместо этого эти газы следуют градиентам давления, которые позволяют им диффундировать. Анатомия легких максимизирует диффузию газов: дыхательная мембрана очень проницаема для газов; дыхательная и кровеносная капиллярные мембраны очень тонкие; и есть большая площадь поверхности легких.

В анимационном виде процесс газообмена в легких и тканях представляет собой такую картину:

Газообмен в легких и тканях

Собственно, с механикой процессов дыхания и газообмена разобрались. И думаем, у вас назрел вопрос: нафига зачем мы вывалили на вас столько неудобоваримой теории? Отвечаем: это все делалось для того, чтобы подвести вам к практике и лучше понять, как и за счет чего можно влиять на свое дыхание и повышать респираторные способности организма.

Факторы, которые влияют на скорость и глубину дыхания

Частота дыхания и глубина вдоха регулируются продолговатым мозгом и мышцами, однако области мозга делают это в ответ на системные раздражители. Это отношение “доза-реакция” - положительная обратная связь, при которой чем больше стимул, тем больше ответ. Таким образом, увеличение стимулов приводит к вынужденному дыханию. Множество системных факторов участвуют в стимуляции мозга для запуска легочной вентиляции.

Основным фактором, стимулирующим продолговатый мозг и мышцу к дыханию, является концентрация углекислого газа в крови, так как он может быть токсичным. Концентрации химических веществ фиксируются хеморецепторами.

Центральный хеморецептор является одним из специализированных рецепторов, которые расположены в головном мозге и стволе мозга, тогда как периферический хеморецептор является одним из специализированных рецепторов, расположенных в сонных артериях и дуге аорты. Изменения концентрации некоторых веществ, таких как углекислый газ или ионы водорода, стимулируют эти рецепторы, которые, в свою очередь, сигнализируют о них дыхательным центрам мозга. Когда концентрация CO2 в крови увеличивается, он легко диффундирует через гематоэнцефалический барьер, где накапливается во внеклеточной жидкости.

Повышенные уровни углекислого газа приводят к повышению уровня ионов водорода и снижению рН. Увеличение ионов водорода в мозге запускает центральные хеморецепторы, чтобы стимулировать дыхательные центры, дабы инициировать сокращение диафрагмы и межреберных мышц. В результате скорость и глубина дыхания увеличиваются, что позволяет выбрасывать больше углекислого газа, что приводит к поступлению большего количества воздуха в легкие и из них, что способствует снижению уровня углекислого газа в крови и, следовательно, ионов водорода. Напротив, низкий уровень углекислого газа в крови вызывает низкий уровень ионов водорода в мозге, что приводит к снижению скорости и глубины легочной вентиляции, что вызывает поверхностное, медленное дыхание.

гуморальная регуляция глубина и частота дыхания

Другим фактором, влияющим на дыхательную активность мозга, является системная артериальная концентрация ионов водорода. Повышение уровня углекислого газа может привести к повышению уровня H+, а также к другим метаболическим действиям, таким как накопление молочной кислоты после напряженной физической нагрузки. Периферические хеморецепторы дуг аорты и сонных артерий определяют артериальный уровень ионов водорода. Когда периферические хеморецепторы ощущают снижение или повышение кислотности уровня pH, они стимулируют увеличение вентиляции, чтобы быстрее удалять диоксид углерода из крови. Удаление углекислого газа из крови помогает уменьшить ионы водорода, таким образом увеличивая системный pH.

Уровни кислорода в крови также важны для влияния на частоту дыхания. Периферические хеморецепторы ответственны за восприятие больших изменений уровня кислорода в крови. Если уровень кислорода в крови становится достаточно низким, периферические хеморецепторы стимулируют увеличение дыхательной активности. Хеморецепторы способны воспринимать только растворенные молекулы кислорода, а не кислород, связанный с гемоглобином. Большая часть кислорода связана с гемоглобином. Когда уровни растворенного кислорода падают, гемоглобин выделяет кислород. Следовательно, для стимуляции хеморецепторов дуги аорты и сонных артерий требуется значительное падение уровня кислорода.

Гипоталамус и другие области мозга, связанные с лимбической системой, также играют роль во влиянии на регуляцию дыхания, взаимодействуя с дыхательными центрами. Они участвуют в регуляции дыхания в ответ на эмоции, боль и температуру. Например, повышение температуры тела вызывает увеличение частоты дыхания. Чувство возбуждения или болевые реакции также приводят к увеличению частоты дыхания. Поэтому, например, когда вы встаете на беговую дорожку и начинаете бежать, ответной реакцией организма на повышение температуры тела и увеличения ЧСС является учащение дыхания.

Следующий на очереди к разбору вопрос это…

Что происходит с легкими во время выполнения упражнений

Если в состоянии покоя взрослый человек совершает от 12 до 20 вдохов в минуту, то напряженные физические упражнения увеличивают частоту дыхания в среднем до 45 вдохов в минуту. Во время физических упражнений повышенная вентиляционная нагрузка определяет усиление нервной активности дыхательных мышц. Это определяет увеличение механической силы, развиваемой мышцами. Мышечная сила равна скорости укорочения умноженной на давление. Во время тренировки диафрагма является, прежде всего, «генератором потока». Это означает, что её механическая сила выражается в основном как скорость сокращения, а не давление. И наоборот, грудная клетка и мышцы живота в основном являются «генераторами давления», то есть развивают давление, необходимое для перемещения грудной клетки и живота, соответственно.

Во время тренировки мышцы выдоха играют активную роль в дыхании. В каждом дыхании их действие тесно координировано с действием мышц грудной клетки. Во время вдоха, когда мышцы грудной клетки сокращаются, мышцы живота постепенно расслабляются, и наоборот во время выдоха.

В результате объем легких в конце выдоха уменьшается во время упражнений, а механика дыхания оптимизируется по нескольким причинам. Дыхательный объем возникает в наиболее эластичной части дыхательной системы; диафрагма удлинена и, таким образом, работает около своей оптимальной длины; при каждом вдохе часть требуемой инспираторной работы предварительно сохраняется в виде упругой энергии в течение предыдущего выдоха.

При высоких уровнях физической нагрузки, вплоть до максимальной, давление, создаваемое дыхательными мышцами, значительно ниже максимального. При максимальных нагрузках кислород, потребляемый дыхательными мышцами для дыхания, составляет всего около 10% от общего количества. У спортсменов с хорошей физической подготовкой давление, создаваемое инспираторными мышцами, может приближаться к максимальному, а давление на выдохе увеличивается до уровней, при которых динамическое сжатие дыхательных путей определяет ограничение потока выдоха. Другими словами, ограничение потока выдоха вызывает так называемую «динамическую гипервентиляцию». При больших операционных объемах легких мышцам вдоха приходится преодолевать более высокую упругую нагрузку, создаваемую легкими и грудной стенкой. Более того, они короче и, следовательно, менее способны создавать давление. В результате в этих условиях кислород, потребляемый дыхательными мышцами, увеличивается.

В ключе сказанного очень интересным является ответ на вопрос…

Существует ли конкуренция между мышцами за доступный кислород и кровоток, и какая мышца стоит в приоритете

Кровоток скелетных мышц у людей может колебаться от 2 до 4 L⋅kg−1⋅min−1. Научно доказано, что существует конкуренция за ограниченный доступный сердечный выброс – поток крови, который нужно делить между всеми скелетными мышцами во время упражнений на все тело. Еще один вопрос заключается в том, существует ли какая-либо иерархия между дыхательной и двигательной мышцами, какая группа мышц конечностей получает больший или меньший “кусок пирога” от общедоступного сердечного выброса.

Кровоток распределяется между разными мышцами конечностей (Secher NH, Volianitis S. Journal Med Sci Sports Exerc 2006). Фактически, добавление упражнений для рук к упражнениям на ноги ослабляет кровоток в последних. В то время как добавление упражнений для ног к упражнениям на руки уменьшает кровоток в руках.

Исследователям пока не совсем ясно, имеют ли дыхательные мышцы более высокий приоритет, в сравнении с двигательными мышцами. Увеличение или уменьшение работы дыхания оказывало обратное влияние на кровоток в упражнениях на ноги. И поэтому было высказано предположение, что дыхательные мышцы демонстрируют своего рода доминирование над двигательными мышцами. Однако это всего лишь предположение, которое требует более серьезной доказательной базы. Поэтому вопрос пока остается открытым.

Здесь все.

Вот мы и добрались до практической части и сейчас выясним…

Как упражнения воздействуют на дыхательную систему

Положительно. Точка. Идем далее :). Да нет, обрадовались, и тут немного понудим.

Во время выполнения упражнений в работу вступают два важных органа тела: легкие и сердце. Легкие приносят кислород и удаляют углекислый газ, сердце качает кровь и доставляет кислород к нужным тканям, органам, мышцам. В процессе физической активности, увеличения нагрузки “спрос на дыхание” возрастает. Ваше дыхание с 15 вдохов (12 литров) в минуту в период отдыха поднимается до 50 (100 литров воздуха). Чтобы доставить такое количество кислорода к мышцам циркуляция крови существенно возрастает. Когда ваши легкие тренированы, вы сохраняете большой резерв дыхания, то есть не задыхаетесь от нагрузки, например, бега на дорожке. Респираторная и СС системы работают хорошо и оперативно поставляют кислород и кровь в нужные места.

Вообще испытывать кислородной голод во время физической активности -нормальное физиологичное явление для организма, не отягощенного нагрузкой. Включение в свой график жизни регулярных упражнений  позволит повысить эффективность работы мышц – они будут нуждаться в меньшем количестве кислорода для движения и производить меньше углекислого газа. Это уменьшит количество воздуха, которое вам понадобится для цикла “вдох-выдох” при выполнении конкретного упражнения.

Чтобы удовлетворить растущие потребности кислорода в работающих мышцах, дополнительный кислород должен транспортироваться через кровеносные сосуды. Во время упражнений симпатический нерв стимулирует сужение вен, чтобы вернуть больше крови в сердце. Эта кровь несет углекислый газ из мышц и может увеличить общий ударный объем сердца на 30-40%.

Долгосрочная реакция дыхательной системы на физическую нагрузку включает несколько физиологических адаптаций. Эти адаптации в конечном итоге приводят к повышению общей эффективности дыхательной системы по сбору, транспортировке и доставке кислорода к работающим мышцам. Долгосрочная дыхательная функция обычно измеряется с помощью теста VO2 max, который вычисляет способность вашего организма к потреблению кислорода во время максимальной нагрузки. Благодаря упражнениям и тренировкам эффективность дыхательной системы и VO2 max улучшаются.

Упражнения также воздействуют на pH и вязкость крови. Уровень pH обычно составляет от 7,35 до 7,45. Во время упражнений концентрация углекислого газа в крови и дыхательных тканях увеличивается. Это может снизить рН, делая ее более кислой. Чтобы этого не случилось, организм производит ряд следующих действий: 1) вещества в плазме крови реагируют с избытком углекислого газа; 2) увеличение скорости и глубины дыхания увеличивает скорость, с которой углекислый газ удаляется из кровотока. Что касается вязкости, то упражнения разжижают кровь делая ее более текучей, а это положительно сказывается как на артериальном давлении (стабилизируется), так и трофике мозга - котелок начинает лучше “варить”.

Также регулярные нагрузки способствуют увеличению ЖОЛ – жизненного объема легких (максимальное количество воздуха, которое человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха). Что в свою очередь уменьшит кислородный долг в крови - количество кислорода, необходимое для окисления накопившихся в организме при интенсивной мышечной работе недоокисленных продуктов обмена.

Вообще, выполняя определенные физические упражнения, вы чувствуете, как увеличивается частота и глубина дыхания. Это происходит потому, что во время физических нагрузок усиливается работа скелетных мышц, вызывая процессы окисления в их клетках и увеличение углекислого газа в крови. Кровь с избытком углекислого газа поступает к дыхательному центру и вызывает его возбуждение, которое передается дыхательным мышцам. Человек начинает дышать глубже. Это обуславливает выведение углекислого газа и пополнение содержания кислорода:

регуляция дыхательных движений

Очень часто люди, особенно подростки, жалуются на узкую грудную клетку. Упражнения, например, дыхательный пуловер, “раздают” дыхательные мышцы, диафрагму и межреберные мышцы, тем самым увеличивая объем грудной клетки.

Вот такие основные положительные эффекты упражнений на дыхательную систему. Звучит убедительно, чтобы записаться на треньку? Как считаете?

Ну, и последнее на сегодня..

Лучшие упражнения для дыхательной системы

Логично, что упражнения для дыхательной системы должны задействовать “дыхалку”. К таковым у нас относятся кардиоупражнения. Однако выполнять их нужно в целевой зоне пульса. Простыми словами это означает, что бежать нужно и не быстро, и не медленно. Так, например, если не использовать никаких формул, то можно ориентироваться на второй-третий из 5 режимов беговой дорожки или велотренажера.

Что касается непосредственно самих форм активности для прокачки легких, то к таковым можно отнести:

  • тяга гребного тренажера;
  • быстрое перемещение/толкание вперед железной тележки по поверхности;
  • все виды бега;
  • скандинавская ходьба;
  • работы на велотренажере, беговой дорожке, эллипсоиде;
  • прыжки на скакалке;
  • подъем по лестнице (в т.ч. имитация на тренажере);
  • езда на велосипеде;
  • все виды плавания;
  • техники дыхания: диафрагмальное/брюшное; дыхание с поджатыми губами;
  • асаны из йоги;
  • упражнение вакуум;
  • многофазные упражнения – те в которых идет сочетание нескольких движений, например, приседание с выпрыгиванием, бурпи, рывок штанги + жим вверх.

Примечание:

"Самодельный" тест условного качества ваших легких. Вдохните и задержите дыхание. Вы получите значения от 45 до 55 сек. Выполняйте упражнения на ДС, и спустя три месяца проведите повторный тест. Вы можете получить значения от 80 до 90 сек.

Вывод: если вы только-только записались в зал, то первым делом прокачайте свою сердечно-сосудистую и дыхательную системы соответствующими видами активности, упражнениями на выносливость. И только потом, спустя 2,5-3 месяца таких регулярных  занятий переключайтесь на железо. Или комбинируйте и перемежайте дни аэробной и анаэробной нагрузок.

Собственно, у нас все по теме. Подытожим.

Послесловие

Когда мы садились за перо, нам виделась эта заметка не самой большой из данного цикла - слов на 2500, не более. Сейчас счетчик показывает 5 000 слов! Это супер-достижение и наш новый рекорд писанины. Хотелось бы остановиться на достигнутом. Время покажет, удастся ли нам это :). А пока - пока!

PS. ухватили чего? чего ухватили?

PPS. Спортивное питание европейского качества со скидкой 40%. Не упустите возможность выгодно закупиться на 2019! Скидочная ссылка http://bit.ly/AZBUKABB

Cкачать статью в pdf>>

С уважением и признательностью, Протасов Дмитрий.подпись

Если Вам понравился материал - поддержите нас!
Пригодилось? Расскажи друзьям:



Взять курс на построение красивого тела!
Оцените материал!
  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2
  5. 1
(2 голоса, в среднем: 5 из 5)
SQL: 51 за 0,171 сек. 13.84 МБ