Физиоло́гия дыха́ния — совокупность процессов, результатом которых является потребление кислорода и выделение углекислого газа живыми организмами. Дыхательная система наряду с сердечно-сосудистой является неотъемлемым элементом слаженной и взаимосвязанной работы всех органов и систем макроорганизма, поддерживающей постоянство газового состава альвеолярного воздуха, циркулирующей крови и тканевой жидкости.

Процесс Физиологический акт дыхания включает этапы: вне́шнее дыха́ние (вентиляция альвеол, которая непосредственно обеспечивается дыхательной системой); газообме́н в лёгких (между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения); тра́нспорт га́зов кро́вью (перенос кислорода с током крови ко всем периферическим органам и тканям, в том числе и самим лёгким, а также удаление углекислоты, образующейся в ходе катаболических процессов сердечно-сосудистой системой); Газообмен между артериальной кровью и тканями тканево́е (кле́точное) дыха́ние — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды с высвобождением энергии, необходимой для биосинтеза молекул аденозинтрифосфата (АТФ), являющегося универсальным источником энергии в клетке.

Регуляция

Регуляция дыхательных движений осуществляется дыхательным центром, который представлен совокупностью нервных клеток, расположенных в разных отделах центральной нервной системы. Основная часть дыхательного центра расположена в продолговатом мозге. Активность его зависит от концентрации углекислого газа (CO) в крови и от нервных импульсов, приходящих от рецепторов разных внутренних органов и кожи.

Так, у новорождённого ребёнка после перевязки пупочного канатика и отделения от организма матери в крови накапливается углекислый газ и снижается количество кислорода (см. также Асфиксия новорождённых). Избыток CO гуморально (нейрогуморально), а недостаток O рефлекторно через рецепторы кровеносных сосудов возбуждают дыхательный центр. Это приводит к сокращению дыхательных мышц и увеличению объёма грудной клетки, легкие расправляются, происходит первый вдох — чаще с криком.

Нервная регуляция оказывает рефлекторное влияние на дыхание. Горячий или холодный раздражитель (сенсорной системы) кожи, боль, страх, гнев, радость (и прочие эмоции и стрессоры), физическая нагрузка быстро меняют характер дыхательных движений (см. Вегетативная нервная система#Физиология).

Болевые рецепторы в лёгких отсутствуют, поэтому с целью предупреждения заболеваний проводятся периодические флюорографические обследования.

Дыхание у человека

Дыхание у человека можно разделить на стадии: внешнее дыхание — газообмен между внешней средой и альвеолами посредством дыхательных путей; газообмен в лёгких между воздухом и кровью; транспортировка газов кровью между лёгкими и тканями; газообмен между кровью и тканями; тканевое дыхание.

Внешнее дыхание

Функция внешнего дыхания обеспечивается как дыхательной системой, так и системой кровообращения. Атмосферный воздух попадает в лёгкие из носоглотки (где предварительно очищается от механических примесей, увлажняется и согревается) через гортань и трахеобронхиальное дерево (трахею, главные бронхи, долевые бронхи, сегментарные бронхи, дольковые бронхи, бронхиолы и альвеолярные ходы) попадает в лёгочные альвеолы. Дыхательные бронхиолы, альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки с альвеолами составляют единое альвеолярное дерево, а вышеуказанные структуры, отходящие от одной конечной бронхиолы, образуют функционально-анатомическую единицу дыхательной паренхимы лёгкого — а́цинус ( — гроздь). Смена воздуха обеспечивается дыхательной мускулатурой, осуществляющей вдох (набор воздуха в лёгкие) и выдох (удаление воздуха из лёгких). Через мембрану альвеол осуществляется газообмен между атмосферным воздухом и циркулирующей кровью. Далее кровь, обогащённая кислородом, возвращается в сердце, откуда по артериям разносится ко всем органам и тканям организма. По мере удаления от сердца и деления, калибр артерий постепенно уменьшается до артериол и капилляров, через мембрану которых происходит газообмен с тканями и органами. .

Внешнее дыхание человека включает две стадии: вентиляция альвеол, диффузия газов из альвеол в кровь и обратно.

Вентиляция альвеол осуществляется чередованием вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). При вдохе в альвеолы поступает атмосферный воздух, а при выдохе из альвеол удаляется воздух, насыщенный углекислым газом. Вдох и выдох осуществляется путём изменения размеров грудной клетки с помощью дыхательных мышц.

Выделяют два типа дыхания по способу вдоха-выдохаГуцол Л. О. Физиологические и патофизиологические аспекты внешнего дыхания: учебное пособие // Иркутск: ИГМУ, 2014. — 116 с. УДК 616.24(075.8). — С. 7-9.: грудной тип дыхания (вдох-выдох производится преимущественно грудной клеткой и участия мышц грудной клетки), брюшной тип дыхания (вдох-выдох производится преимущественно путём уплощения диафрагмы со вспомогательным участием мышц брюшной стенки).

Тип дыхания зависит от двух факторов: возраста человека (с возрастом уменьшаются подвижность грудной клетки и диафрагмы вследствие возрастных дегенеративных изменений опорно-двигательной системы, что приводит к снижению дыхательной подвижности лёгкихКоркушко О. В., Чеботарёв Д. Ф., Чеботарёв Н. Д. Возрастные изменения дыхательной системы при старении и их роль в развитии бронхо-лёгочной патологии // Український пульмонологічний журнал. — 2005, № 3-дод. ISSN 2306-4927. — С. 35-41.), пола человека (у мужчин преобладает брюшной тип дыхания, у женщин — груднойM. Romeia, A. Lo Mauro, M. G. D’Angelo, A. C. Turconi, N. Bresolin, A. Pedotti, A. Aliverti. Effects of gender and posture on thoraco-abdominal kinematics during quiet breathing in healthy adults / https://doi.org/10.1016/j.resp.2010.05.018 // Respiratory Physiology & Neurobiology. — 2010, Volume 172, Issue 3. ISSN 1569-9048. — Pp. 184—191.Hideo Kaneko, Jun Horie. Breathing Movements of the Chest and Abdominal Wall in Healthy Subjects / DOI: https://doi.org/10.4187/respcare.01655 // . — 2012, Vol. 57, Issue 9. ISSN 0020-1324. — Pp. 1442—1451., особенно в период беременностиФролов А. А., Боташева Т. Л., Каушанская Л. В., Авруцкая В. В., Денисенко И. А., Аствацатурьян Е. И., Александрова Е. М. Функциональные особенности системы внешнего дыхания у беременных в предродовом периоде и в родах в зависимости от стереоизомерии женского организма / УДК 618.2+618.4:612.2 // Современные проблемы науки и образования [сетевое издание]. — 2015. — № 4. ISSN 2070-7428.François Bellemare , Alphonse Jeanneret , Jacques Couture. Sex Differences in Thoracic Dimensions and Configuration / https://doi.org/10.1164/rccm.200208-876OC // . — 2003, Volume 168, Issue 3. ISSN 1073-449X. — Pp. 305—312., что связано с анатомо-физиологическими отличиямиMargaret R Becklakea, Francine Kauffmann. Gender differences in airway behaviour over the human life span / http://dx.doi.org/10.1136/thx.54.12.1119 // : Thorax. — 1999, Volume 54, Issue 12. ISSN 0040-6376. — Pp. 1119—1138.Женщинам дышится тяжелее, чем мужчинам // «Наука и жизнь». (на англ. Why women have greater shortness of breath than men when exercising // ScienceDaily || Оригинал: Michele R. Schaeffer, Cassandra T. Mendonca, Marc C. Levangie, Ross E. Andersen, Tanja Taivassalo, Dennis Jensen. Physiological mechanisms of sex differences in exertional dyspnoea: role of neural respiratory motor drive / https://doi.org/10.1113/expphysiol.2013.074880 // . — 2014 (1-я публ. 12.11.2013), Volume 99, Issue 2. — Pp. 427—441).. Отличия в типах дыхания начинают проявляться с 6-7 летнего возрастаИльин Е. П. Дифференциальная психофизиология мужчины и женщины / Глава 1. Биологические аспекты половой дифференциации: 1.4. Физиологические половые различия: Дыхательная система // С-Пб: Питер, 2007. — 544 с. ISBN 5-318-00459-8., в то время как половые различия строения органов дыхания проявляются уже начиная с внутриутробного развитияAntonella LoMauro, Andrea Aliverti. Sex differences in respiratory function / DOI: 10.1183/20734735.000318 // . — 2018, Vol. 14, Issue 2. ISSN 1810-6838. — Pp. 131—140.. Разница в типе дыхания меняется также в зависимости от занимаемой позы, сводясь к минимуму в положении спокойно лёжа на спине), профессия человека (при физическом труде преобладает брюшной тип дыхания).

Характеристика внешнего дыхания

Ритмичность — регулярность вдохов и выдохов через определённые промежутки времени. Частота — число дыханий в минуту (16—20 в минуту у мужчин и 18—22 в минуту у женщин). Глубина — объём воздуха при каждом дыхательном движении.

Взрослый человек, находясь в состоянии покоя, совершает в среднем 14 дыхательных движений в минутуФизиология человека. В 3-х т. Т. 2. Пер с англ. / Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. — М.: Мир, 1996. — 313 с.: ил. — ISBN 5-03-002544-8.. Вместе с тем частота дыхания может претерпевать значительные колебания (от 10 до 18 за минуту). У детей частота дыхания составляет 20—30 дыхательных движений в минуту; у грудных детей — 30—40; у новорождённых — 40—60.

В течение одного вдоха (в спокойном состоянии) в лёгкие поступает 400—500 мл воздуха. Этот объём воздуха называется дыхательным объёмом (ДО). Такое же количество воздуха поступает из лёгких в атмосферу в течение спокойного выдоха.

После максимального выдоха в лёгких остаётся воздух в количестве около 1500 мл, называемый остаточным объёмом лёгких. После спокойного выдоха в лёгких остаётся примерно 3000 мл. Этот объём воздуха называется функциональной остаточной ёмкостью (ФОЁ) лёгких.

Благодаря ФОЁ в альвеолярном воздухе поддерживается относительно постоянное соотношение содержания кислорода и углекислого газа, так как ФОЁ в несколько раз больше ДО. Только 2/3 ДО достигает альвеол, который называется объёмом альвеолярной вентиляции.

Взрослый человек (при дыхательном объёме 0,5 литра и частоте 14 дыхательных движений в минуту) пропускает через лёгкие 7 литров воздуха в минуту. В состоянии физической нагрузки минутный объём дыхания может достигать 120 литров в минуту.

При спокойном дыхании соотношение вдоха и выдоха по времени составляет 1:1,3.

Без дыхания человек обычно может прожить до 5—7 минут, после чего наступают потеря сознания, необратимые изменения в мозге и смерть.

Дыхание — одна из немногих способностей организма, которая может контролироваться сознательно и неосознанно. При частом и поверхностном дыхании возбудимость нервных центров повышается, а при глубоком — наоборот, снижается.

Виды дыхания: глубокое и поверхностное, частое и редкое, верхнее, среднее (грудное) и нижнее (брюшное).

Особые виды дыхательных движений наблюдаются при икоте и смехе.

Биомеханика и биофизика внешнего дыхания

Патология внешнего дыхания

Основная форма патологии внешнего дыхания — дыхательная недостаточность. В зависимости от характера течения патологического процесса различают острую и хроническую дыхательную недостаточность. Кроме того, выделяют три типа дыхательной недостаточности: обструктивный тип; рестриктивный тип; смешанный тип.

Тахипно́э или «дыхание загнанного зверя» — учащённое поверхностное дыхание (ЧД свыше 20 дыхательных движений в минуту). Учащённое дыхание возникает при повышении уровня концентрации углекислого газа в крови относительно привычного уровня для данного человека. Наблюдается при анемии, лихорадке, заболеваниях крови. При желании может вызываться усилием воли (гипервентиляция), например, перед предполагаемой задержкой дыхания. При истерии частота дыхательных движений может достигать 60—80 в минуту.