Вы уже знаете, что основной функцией легких является обмен газов между воздухом альвеол и кровью. Газообмен в легких возможен благодаря дыхательным движениям — вдоху и выдоху, которые вместе составляют дыхательный цикл.

Как осуществляются дыхательные движения? Легкие не имеют собственных мышц, поэтому вдох и выдох осуществляются за счет дыхательных движений: сокращения или расслабления дыхательных мышц, меняющих объем грудной полости (рис. 64). В дыхательных движениях в первую очередь участвуют межреберные мышцы и диафрагма, в меньшей степени — некоторые мышцы плечевого пояса, шеи, спины и брюшного пресса. Поскольку давление в плевральной полости меньше, чем давление в легких, легкие повторяют форму грудной полости, которая изменяется в результате движений диафрагмы.

Рис. 64. Дыхательные движения: А - во время вдоха; Б - во время выдоха. Задание. Объясните, что происходит с легкими, диафрагмой и грудной клеткой во время вдоха и выдоха

При вдохе сокращаются внешние межреберные мышцы. Они поднимают ребра и отводят их в сторону. Сокращения мышц диафрагмы меняют ее форму из сводчатой на плоскую. За счет этого объем грудной полости увеличивается и давление в легких становится ниже атмосферного. Как результат - воздух поступает через воздухоносные пути в альвеолы.

В состоянии покоя выдох происходит пассивно вследствие расслабления внешних межреберных мышц и мышц диафрагмы. При этом ребра опускаются за счет собственного веса. Диафрагму оттесняют вверх эластичные внутренние органы брюшной полости, которые в свою очередь были оттеснены вниз во время вдоха. Во время глубокого (активного) выдоха, кроме расслабления внешних межреберных мышц и мышц диафрагмы, сокращаются внутренние межреберные мышцы и мышцы брюшного пресса. Внутренние межреберные мышцы активно опускают ребра, а мышцы брюшного пресса, сокращаясь, оттесняют диафрагму вверх. При этом объем грудной полости значительно уменьшается, давление в ней становится выше атмосферного, и воздух выдавливается из легких в воздухоносные пути, а оттуда - наружу.

В состоянии покоя человек делает 16-20 дыхательных движений в минуту. Во время занятий спортом, тяжелого физического труда, а также при некоторых заболеваниях частота дыхательных движений значительно возрастает. Для количественной оценки функционального состояния легких человека измеряют так называемые легочные объемы.

Что такое легочные объемы и жизненная емкость легких? Во время каждого дыхательного цикла воздух в легких обновляется. Этот процесс называют легочной вентиляцией. Количественным ее показателем является минутный объем дыхания - объем воздуха, который вдыхается и выдыхается в минуту. Его рассчитывают как произведение объема воздуха, вдыхаемого за один раз, на число дыхательных движений в минуту. В состоянии покоя у взрослого человека минутный объем составляет приблизительно 7 л, а при усиленной работе может достигать 50-160 л.

Для характеристики легочной вентиляции в состоянии покоя используют такой показатель, как дыхательный объем. Это количество воздуха, которое вдыхает и выдыхает человек в состоянии покоя. В среднем он составляет 0,5 л. Из этого количества только приблизительно 0,35 л воздуха попадает в альвеолы, а 0,15 л задерживается в полостях воздухоносных путей (носа, носоглотки, гортани, трахеи, бронхов) и в газообмене не участвует.

После любого спокойного вдоха человек способен дополнительно вдохнуть (глубокий вдох) еще 1-2 л воздуха. Такой дополнительно поступивший воздух называют резервным объемом вдоха. Также после обычного выдоха можно дополнительно выдохнуть еще приблизительно 1,5 л воздуха. Его называют резервным объемом выдоха. Важнейшим показателем, наиболее полно характеризующим состояние дыхательной системы человека, является количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. Именно его называют жизненной емкостью легких.

Таким образом, жизненная емкость легких - это сумма дыхательного объема и резервных объемов вдоха и выдоха. У мужчин этот показатель колеблется в пределах 3,5-5 л, у женщин - 3-3,5 л. У тренированных людей он может увеличиваться до 6-7 л. Вот почему у них не возникает одышки во время физических нагрузок. Большое количество воздуха, которое поступает при вдохе в легкие, способно полностью обеспечить организм кислородом. У нетренированных людей при физической нагрузке повышенные потребности в кислороде обеспечиваются в основном за счет увеличения частоты дыхания.

Жизненную емкость легких человека определяют с помощью специального прибора - спирометра (рис. 65).

Следует помнить, что даже после максимального выдоха в легких остается еще 1-1,5 л воздуха (остаточный объем). Это связано с тем, что легкие полностью никогда не спадаются, потому что в плевральной полости даже во время максимального выдоха давление остается ниже атмосферного.

Жизненная емкость легких и остаточный объем в сумме составляют общую емкость легких - количество воздуха, которое содержится в легких после максимального вдоха (рис. 66).

Рис. 65. Спирометр: прибор, с помощью которого определяют жизненную емкость легких человека

Рис. 66. Общая емкость легких: 1 - глубокий вдох; 2 - спокойный вдох; 3 - спокойный выдох; 4 - глубокий выдох; 5 - остаточный объем

Здоровье человека. Жизненная емкость легких - один из основных показателей физического развития человека, которое зависит от состояния дыхательных мышц. Чтобы увеличить жизненную емкость легких, необходимо ежедневно тренировать дыхательные мышцы и всю скелетную мускулатуру. Во время мышечной работы вентиляция легких повышается не только от ускорения частоты дыхательных движений, но и вследствие увеличения их глубины.