Дихання при різних функціональних змінах в організмі і навколишньому середовищі.

Дихання під час фізичного навантаження.

Робота скелетної мускулатури потребує посиленого надходження кисню та пожив­них речовин з кров'ю. Хвилинний об'єм дихання залежно від інтенсивності навантаження зростає з 8-10 л до 100-120 л, а споживання кисню організмом збільшується при цьому в 10-12 разів і може досягати 4 л/хв.

Чинники гіпервентиляції під час фізичного навантаження. Здавалося б, що основною причиною бурхливої реакції дихальної системи на фізичне навантаження є зростання вмісту і напруги СО2 в крові. Справді, у венозній крові рСО2 підвищується досить істотно. Проте в артеріальній крові, а саме вона омиває головний мозок і дихальний центр, рСО2 не тільки не зростає, а під час напруженого м'язового навантаження навіть знижується. Ця обставина пов'язана з тим, що посилена вентиляція легень під час фізичного навантаження виводить значні кількості СО2 з організму. Що ж тоді зумовлює активізацію дихальної системи під час м'язової роботи?

Серед чинників, які стимулюють функ­цію дихального центру під час фізичного навантаження, перше місце посідає лактатна (молочна) кислота, яка утворюється в скелетних м'язах, коли сила їх скорочення перевищує 40 % максимальної довільної сили. При цьому перетискаються кровоносні судини м'язів, надходження крові до них припиняється і вони переходять на анаеробний шлях метаболізму. Важливу роль у посиленні вентиляції відіграє центральна нервова система. Відомо, що дихання посилюється у люди­ни ще до початку роботи — передстартовий стан, який запускається корою великого мозку та гіпоталамусом. Така передстартова гіпервентиляція збільшує насичення крові і скелетних м'язів киснем, готуючи м'язи до очікуваної роботи. З початком роботи в дію вступають сигнали від пропріорецепторів м'язів, що скорочуються. І вже пізніше, коли починає напрацьовуватись у достатній кількості молочна кислота, вона, знижуючи рН крові, бере на себе функцію стимуляції дихального центру. Оскільки молочна кислота не виводиться з організму через легені, вона продовжує підтримувати гіпервентиляцію й після припинення роботи м'язів, аж поки кисень, що надходить в організм у підвищених кількостях, не покриє кисневий борг і молочна кислота не окисниться. Кисневий борг — це нестача кисню, що виникає у скелетних м'язах під час їх тривалої й напруженої роботи.

Незважаючи на незначні зміни в газовому складі артеріальної крові під час роботи скелетних м'язів, центральні та периферичні артеріальні хеморецептори також відіграють суттєву роль у розвитку гіпервентиляції легень. Вважають, що під час фізичної роботи зростає чутливість нейронів дихального центру й артеріальних хеморецепторів до гіперкапнії та гіпоксії.

Внаслідок увімкнення названих механізмів та чинників частота дихання і об'єм легеневої вентиляції пристосовуються до інтенсивності виконуваної роботи і більш-менш відповідають рівню метаболізму, енергетичним витратам організму.

Сказане стосується головним чином ритмічної динамічної роботи. Під час виконання статичної роботи кровопостачання працюючих м'язів і надходження до них кисню погіршуються швидше і за меншої сили скорочень м'язів. У випадках тривалого, хоч і не дуже сильного напруження м'язів немає їх періодичних розслаблень і нехай короткочасних, але конче потрібних працюючим м'язам відновлення кровотоку й надходження кисню. Під час виконання статичної роботи досить швидко розвивається стомлення і знижується працездатність, навіть якщо навантаження ненабагато перевищує 30% максимальної сили скорочення. Дихання при цьому зростає меншою мірою і переважно під впливом нервової системи.

Дихання в умовах зниженого атмосферного тиску.

Людина стикається зі зниженим атмо­сферним тиском під час піднімання в гори, польотів у негерметичних кабінах літаків, у барокамерах. Найчастіше вона зазнає виливу розрідженого повітря під час перебування або постійного проживання в горах. Гори — це ділянки суші, розташовані на висоті більш як 500 м над рівнем моря, а це майже половина поверхні суші. На висотах до 1400 м, які вважають низькогір'ям, ніяких відхилень в організмі нів спокої, ні під час фізичного навантаження не відбувається. В умовах середньогір'я (1400-2500 м) більшість людей також не відчувають відхилень у самопочутті навіть під час помірного навантаження. І лише на висоті понад 2000 м (високогір'я) у людей, що прибули сюди з рівнин, спостерігаються ознаки гострої гіпоксії, які зникають лише через кілька тижнів чи місяців адаптації.

Гіпоксія. У міру підйому вгору атмосферний тиск, а разом з ним і напруга кисню в крові знижуються. На висоті 2000 м над рівнем моря вже починаються зміни у складі альвеолярного газу і зменшується насичення артеріальної крові киснем, а на висоті 6000 м атмосферний тиск і рО₂ повітря знижуються більш ніж удвічі, напруга О₂ в альвеолярному газі і насичення артеріальної крові О₂ стають такими, як і у венозній крові (відповідно 40 мм рт. ст. і 63 %). Це означає, що неадаптована людина довго в таких умовах перебувати не може — розвивається гостра гіпоксія з порушенням функції центральної нервової, дихальної, серцево-судинної та інших систем організму.

Вплив нестачі кисню (гіпоксії) на організм людини і тварин звичайно вивчають у спеціальних барокамерах, в яких відкачуванням повітря імітують умови високогір'я, або вміщують організм у середовище з нормальним атмосферним тиском, але зі зниженим вмістом кисню. Зниження тиску в барокамері до рівня висоти понад 2000-3000 м чи підйом у гори на таку висоту супроводжується збільшенням вентиляції легень, зростанням артеріального тиску, частоти скорочень серця.

Основною причиною цих змін є зниження парціального тиску О₂ в альвеолярному газі й напруги його в артеріальній крові. Гіпоксія через хеморецептори сонних та аортальних тілець стимулює дихальний і серцево-судинний центри довгастого мозку. Реакції, що при цьому розвива­ються, спрямовані на краще забезпечення тканин організму киснем.

Висотна хвороба. При підйомі на висоту понад 4000-5000 м у неадаптованих людей розвивається висотна, або гірська, хвороба, яка виявляється спочатку підвищеною збудливістю, ейфорією, що швидко змінюється погіршенням самопочуття, головним болем, втратою здатності відчувати небезпеку, стомленням і зниженням розумової та фізичної працездатності, сонливістю, задишкою, підвищенням пульсу та артеріального тиску. Причина цих змін — гостра гіпоксія. У випадках виразних симптомів хворого необхідно відразу спустити донизу або дати дихати сумішшю з нормальним вмістом кисню.

Адаптація до умов високогір'я. Люди, що піднімаються з рівнини в гори, повинні пройти ступеневу адаптацію: починаючи з висоти 2000 м, через кожні 500-1000 м робити зупинку на 3—5 днів. Цього достатньо, щоб організм поступово пристосувався до умов постійної гіпоксії і виробив захисні механізми, спрямовані на забезпечення органів і тканин киснем. У людей, добре адаптованих до умов високогір'я, а ще більшою мірою у постійних мешканців гір відбуваються такі зміни в організмі: збільшується легенева вентиляція, кількість еритроцитів і гемоглобіну, підвищується тиск у легеневій артерії, але дещо знижуються системний артеріальний тиск і частота пульсу, а також споживання кисню та основний обмін. Останнє свідчить про те, що хронічна гіпоксія як постійно діючий чинник стимулює перехід метаболізму в організмі на економніший режим функціонування.

Слід зазначити, що в умовах високогір'я лімітуючим чинником у регуляції дихання стає нестача кисню, гіпоксія, а не гіперкапнія, як це має місце на рівнині. Гіпоксична стимуляція дихання зумовлює зменшення рСО₂ в альвеолярному газі і вимивання СО₂ з крові. За цих умов до гіпоксії приєднується гіпокапнія, яка не стимулює дихання, а, навпаки, пригальмовує його.

Гіпоксія — це основний, але не єдиний діючий чинник високогір'я. Тут поєднуються низький атмосферний тиск і температура повітря, високий рівень ультрафіолетового випромінювання і чистота повітря, низька мінералізація води тощо. їх сукупність чинить на організм не тільки негативний, а й стимулювальний вплив. Як було встановлено українським ученим М.М. Сиротиніним, під час адаптації до середньогір'я у людей поліпшується самопочуття, підвищується загальний то­нус, активізується імунна система, зростає опірність до інфекційних, серцево-судинних та легеневих захворювань, виліковуються хворі на анемію, бронхіт, бронхіальну астму, алергію, деякі психічні захворювання.

До умов високогір'я пристосувалось небагато видів тварин. Серед них можна назвати групу копитних (барани, кози, лами), гризунів (бабаки, миші), досить рідко трапляються сніговий барс і гімалайський гриф, гнізда якого знайдено на висоті 5000 м, що полюють на цих тварин. У всіх високогірних ссавців, як правило, значно збільшена кількість еритроцитів і концентрація гемоглобіну в крові. Серед безхребетних до рівня снігів і навіть вище піднімаються деякі види комах, слимаки тощо. А загалом живі істоти, за винятком людини (з кисневим балоном), на висоту понад 6000 м не піднімаються.

Дихання в умовах підвищеного атмосферного тиску.

Мабуть, жодній тварині в природних умовах її існування не доводилось дихати повітрям під тиском, більшим від атмосферного. З подібним явищем стикається лише людина в штучних умовах. Це переважно підводні (водолазні та кесонні) роботи.

Чинники, що впливають на організм в умовах підвищеного атмосферного тиску. Відомо, що при зануренні під воду тиск на організм зростає на 101,3 кПа (1 атм) через кожні 10 м і на глибині 100 м на тіло діє тиск 1114 кПа (11 атм). Зрозуміло, що й газ, яким дихає організм, має бути під таким самим тиском. Відповідно до закону Бойля — Маріотта, у скільки разів зростає тиск, у стільки разів зменшується об'єм газу і у стільки ж разів збільшуються його густина і в'язкість. А це значно збільшує навантаження на дихальну мускулатуру. Це перший з чинників гіпербаричного дихання — дихання в умовах підвищеного тиску призводить до отруєння азотом, що виявляється у вигляді своєрідного "сп'яніння": людина відчуває ейфорію, веселість, втрачає контроль над собою, перебуваючи під водою, може сміятись, зірвати маску і захлинутись. Можуть виникати також погіршення зору, втрата орієнтації, нудота, запаморочення, судоми. водолазів у м'яких скафандрах або підводників з автономними індивідуальними дихальними апа­ратами, тобто умов, коли на людину діє високий гідростатичний тиск води. У випадках перебування людини в підводному човні чи підводних будиночках жодних проблем з підвищеним тиском не виникає. Адже надійні, міцні, герметичні стіни і перекриття дають змогу підтримувати всередині приміщення тиск 1 атм, забезпечуючи нормальне дихання. Проте лишається проблема підтримання в приміщенні нормального складу повітря. Другий чинник полягає у збільшенні розчинності газів у крові при зростанні атмосферного тиску, оскільки вона є прямо пропорційною до їх парціального тиску. У зв'язку з цим при зануренні під воду найбільше розчиняється в рідинах тіла азот. На поверхні моря в тілі людини розчинено близько 1 л азоту, а на глибині 100 м за достатньо тривалого перебування під водою — 10 л. Проблема виникає під час піднімання людини на поверхню. У разі швидкого піднімання азот, розчинений у тканинах, виходить з них у вигляді бульбашок газу, які закупорюють дрібні кровоносні судини, внаслідок чого порушується кровопостачання органів і тканин. Розвивається декомпресійна (кесонна) хвороба. Особливо небезпечною є емболія (закупорювання бульбашками газу) судин мозку і серця. Щоб уникнути декомпресійної хвороби, піднімання водолаза, тобто зниження тиску (декомпресію), здійснюють дуже повільно, особливо на останніх метрах. Навіть з глибини і 5м водолаза потрібно піднімати близько 3 год.

Третім істотним чинником гіпербаричного дихання є токсичність газів в умовах високого атмосферного тиску. Так, дихання сумішшю газів під високим тиском Останнім часом замість азоту в дихальній суміші під час підводних робіт почали застосовувати гелій, який практично не розчиняється у крові. Завдяки цьому різко зменшилась небезпека отруєння азотом, розвитку декомпресійної хвороби і скоротився час піднімання на поверхню.

Вищевикладене стосується водолазів у м'яких скафандрах або підводників з автономними індивідуальними дихальними апа­ратами, тобто умов, коли на людину діє високий гідростатичний тиск води. У випадках перебування людини в підводному човні чи підводних будиночках жодних проблем з підвищеним тиском не виникає. Адже надійні, міцні, герметичні стіни і перекриття дають змогу підтримувати всередині приміщення тиск 1 атм, забезпечуючи нормальне дихання. Проте лишається проблема підтримання в приміщенні нормального складу повітря.

Самостійне опрацювання.

Дата добавления: 2015-07-08