Дыхание — это совокупность процессов, обеспечивающих непрерывное поступление кислорода к тканям, использование его в окислительных реакциях, а также удаление из организма образующихся в процессе метаболизма углекислого газа и частично воды.
Дыхание состоит из следующих основных этапов: внешнего дыхания, обеспечивающего газообмен между легкими и внешней средой; газообмена между альвеолярным воздухом и притекающей к легким венозной кровью, транспорта газов кровью; газообмена между артериальной кровью и тканями; тканевого дыхания.
Внешнее дыхание — ритмический процесс, частота которого у здорового взрослого человека составляет 16— 20 циклов в 1 мин. Каждый дыхательный цикл состоит из вдоха и выдоха. Вдох и выдох обусловлены изменением объема грудной клетки при сокращении и расслаблении дыхательной мускулатуры. При увеличении объема грудной клетки давление в плевральной полости уменьшается, и воздух входит в легкие. При выдохе объем грудной клетки уменьшается, давление в легких превышает атмосферное, и воздух выходит из легких.
Если закрепить на грудной клетке резиновую манжету, заполненную воздухом и соединенную через капсулу Марея с легким рычажком, можно зарегистрировать дыхательные движения грудной клетки. Этот метод получил название пневмографии.
Чередование вдоха и выдоха происходит вследствие автоматической ритмической деятельности дыхательного центра. Под дыхательным центром понимают совокупность нервных клеток, регулирующих ритмический процесс внешнего дыхания и приспособление дыхания к изменяющимся условиям внешней среды. Составные компоненты дыхательного центра расположены в продолговатом мозге, мосте (варолиевом) и среднем мозге. Деятельность низших отделов дыхательного центра находится под контролем гипоталамических структур и коры больших полушарий. В состав дыхательного центра входят инспираторные («центр вдоха») и экспираторные нейроны («центр выдоха»).
Главным фактором, оказывающим влияние на возбуждение «центра вдоха», является углекислый газ. Во время вдоха альвеолы легких растягиваются, что приводит к раздражению механорецепторов, находящихся в альвеолах. От них к дыхательному центру по блуждающему нерву поступают афферентные возбуждения. При постепенном углублении вдоха частота афферентных импульсов становится все большей. Под влиянием слишком большой частоты афферентной импульсации «центр вдоха» тормозится и наступает выдох.
Альвеолярный воздух (см. Жизненная емкость легких) осуществляет газообмен с притекающей к легким венозной кровью, являясь как бы внутренней газовой средой организма. Состав альвеолярного воздуха отличается постоянством, мало изменяясь при обычном дыхании. При спокойном дыхании в альвеолы с каждым вдохом взрослого человека поступает 350 см3 воздуха, и альвеолярный воздух обновляется лишь на 1/10 своего объема (коэффициент вентиляции).
Минутная вентиляция легких — количество воздуха, проходящего через легкие в течение 1 мин. Величина минутной вентиляции легких резко возрастает при физических и эмоциональных напряжениях, что объясняется усилением окислительных процессов в тканях при этих состояниях.
Кислород, поступающий из альвеолярного воздуха в кровь (см. Газообмен), связывается с гемоглобином эритроцитов и доставляется к тканям. В тканевых капиллярах кислород отщепляется от оксигемоглобина и переходит в ткани, где включается в окислительные процессы (см. Окисление биологическое). Углекислый газ, образующийся в тканях, переходит в кровь и поступает в эритроциты. Затем часть углекислого газа соединяется с гемоглобином и доставляется к легким. Большая часть углекислого газа в эритроцитах при участии фермента карбоангидразы превращается в бикарбонаты, которые переходят в плазму и транспортируются к легким. В легочных капиллярах бикарбонаты при помощи карбоангидразы распадаются, выделяется углекислый газ. Отщепляется углекислый газ и от гемоглобина. Углекислый газ переходит в альвеолярный воздух и с выдыхаемым воздухом удаляется во внешнюю среду.
Различают грудной, брюшной и смешанный типы дыхания. Типы дыхания вырабатываются и изменяются под многообразными воздействиями внешней и внутренней среды, особенно под влиянием труда и спортивных упражнений.