Введение
Поток дыхательного тока из организма, рассказ Теда Чанга. Выдох (или экспирация) – это поток воздуха из организма. У животных это движение воздуха из легких через дыхательные пути во внешнюю среду в процессе дыхания. Это происходит благодаря эластичным свойствам легких, а также внутренним межреберным мышцам, которые опускают реберную клетку и уменьшают объем грудной полости. При расслаблении диафрагмы во время выдоха, ткань, которую она опускала, поднимается вверх и оказывает давление на легкие, способствуя выходу воздуха. При форсированном выдохе, например, при задувании свечи, мышцы выдоха, включая мышцы брюшного пресса и внутренние межреберные мышцы, создают давление в брюшной полости и грудной клетке, которое выталкивает воздух из легких. Выдыхаемый воздух содержит 4% углекислого газа – отхода клеточного дыхания, образующегося при производстве энергии, запасаемой в виде АТФ. Выдох и вдох находятся в взаимодополняющих отношениях, вместе формируя дыхательный цикл.
the Ted Chiang short story
Exhalation (or expiration) is the flow of the breath out of an organism. In animals, it is the movement of air from the lungs out of the airways, to the external environment during breathing. This happens due to elastic properties of the lungs, as well as the internal intercostal muscles which lower the rib cage and decrease thoracic volume. As the thoracic diaphragm relaxes during exhalation it causes the tissue it has depressed to rise superiorly and put pressure on the lungs to expel the air. During forced exhalation, as when blowing out a candle, expiratory muscles including the abdominal muscles and internal intercostal muscles generate abdominal and thoracic pressure, which forces air out of the lungs. Exhaled air is 4% carbon dioxide, a waste product of cellular respiration during the production of energy, which is stored as ATP. Exhalation has a complementary relationship to inhalation which together make up the respiratory cycle of a breath.
Выдох и обмен газами
Основная причина выдыхания – избавление организма от углекислого газа, являющегося продуктом газообмена у человека. Воздух поступает в легкие при вдохе. Диффузия в альвеолах обеспечивает обмен кислорода в легочные капилляры и удаление углекислого газа и других газов из легочных капилляров для последующего выдыхания. Для выдоха легкие расслабляют диафрагму, что поднимает легкие вверх. Затем воздух проходит через трахею, гортань и глотку в носовую и ротовую полости, откуда выводится из организма. Выдох длится дольше вдоха и, как считается, способствует более эффективному газообмену. Регуляцию дыхания у человека обеспечивают части нервной системы. Выдыхаемый воздух состоит не только из углекислого газа, но и из смеси других газов. В выдыхаемом воздухе содержатся летучие органические соединения (ЛОС), такие как метанол, изопрен, ацетон, этанол и другие спирты. Выдыхаемая смесь также содержит кетоны, воду и другие углеводороды. Вклад обоняния во вкусовое восприятие проявляется именно во время выдоха, в отличие от обычного запаха, который ощущается при вдохе.
Спирометрия
Спирометрия – это измерение функции легких. Общая емкость легких (TLC), функциональная остаточная емкость (FRC), остаточный объем (RV) и жизненная емкость (VC) – все эти показатели можно оценить с помощью этого метода. Спирометрия используется для выявления, но не диагностики, респираторных заболеваний, таких как ХОБЛ и астма. Это простой и экономически эффективный метод скрининга. Дальнейшая оценка функции дыхания может быть проведена путем оценки минутной вентиляции, форсированной жизненной емкости (FVC) и форсированного экспираторного объема (FEV). Эти показатели различаются у мужчин и женщин, поскольку мужчины, как правило, крупнее женщин. TLC – это максимальный объем воздуха в легких после максимального вдоха. У мужчин средняя TLC составляет 6000 мл, а у женщин – 4200 мл. FRC – это объем воздуха, остающийся в легких после нормального выдоха. Мужчины в среднем оставляют около 2400 мл, а женщины – около 1800 мл. RV – это объем воздуха, остающийся в легких после форсированного выдоха. Средний RV у мужчин составляет 1200 мл, у женщин – 1100 мл. VC – это максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. В среднем мужчины выдыхают 4800 мл, а женщины – 3100 мл. У курильщиков, а также у людей с астмой и ХОБЛ снижена способность воздушного потока. У пациентов с астмой и ХОБЛ наблюдается уменьшение объема выдыхаемого воздуха из-за воспаления дыхательных путей. Это воспаление вызывает сужение дыхательных путей, что ограничивает объем выдыхаемого воздуха. Воспаление может быть вызвано множеством факторов, например, табачным дымом и воздействием окружающей среды, таких как аллергия, погода и физические нагрузки. У курильщиков неспособность полностью выдохнуть обусловлена потерей эластичности легких. Дым в легких приводит к их затвердению и снижению эластичности, что препятствует нормальному расширению и сжатию. Мертвое пространство определяется двумя типами факторов: анатомическими и физиологическими. Некоторые физиологические факторы включают неперфузируемые, но вентилируемые альвеолы, такие как легочная эмболия или курение, чрезмерную вентиляцию альвеол по отношению к перфузии у людей с хроническим обструктивным заболеванием легких и "шунтовое мертвое пространство", которое представляет собой патологический переход из легочной в правую сторону, приводящий к попаданию крови с более высокой концентрацией венозных газов в артериальное русло. Анатомические факторы включают размер дыхательных путей, клапанов и трубок дыхательной системы. Общая площадь поверхности обоих легких примерно равна половине теннисного корта. Заболевания, такие как эмфизема и туберкулез, могут уменьшить площадь поверхности и эластичность легких. Еще одним важным фактором, влияющим на эластичность легких, является курение из-за остаточных веществ, оседающих в легких. Эластичность легких можно улучшить с помощью тренировок.
Вовлечение мозга
Мозговой контроль выдоха можно разделить на произвольный и непроизвольный контроль. Во время произвольного выдоха воздух задерживается в легких и выпускается с постоянной скоростью. Примеры произвольного выдоха включают: пение, речь, физические упражнения, игру на музыкальном инструменте и произвольную гиперпноэ. Непроизвольное дыхание включает метаболическое и поведенческое дыхание.
Добровольный срок действия
Неврологический путь добровольного выдоха сложен и не полностью изучен. Однако, некоторые базовые принципы известны. Моторная кора в коре головного мозга контролирует добровольное дыхание, поскольку моторная кора управляет произвольными движениями мышц. Этот путь называется кортикоспинальным или восходящим дыхательным путем. Путь электрического сигнала начинается в моторной коре, проходит к спинному мозгу, а затем к дыхательным мышцам. Спинальные нейроны напрямую соединяются с дыхательными мышцами. Инициирование произвольного сокращения и расслабления межреберных мышц (внутренних и внешних) происходит в верхней части первичной моторной коры. Используя воздушный поток из легких, можно контролировать продолжительность, амплитуду и высоту тона. Во время выдоха воздух проходит через голосовую щель, вызывая вибрации, которые производят звук. В зависимости от движения голосовой щели изменяется высота голоса, а интенсивность воздушного потока через голосовую щель – громкость производимого звука.
Невольное истечение срока действия
Невольное дыхание контролируется дыхательными центрами в продолговатом мозге и мосту. Медуллярный дыхательный центр можно разделить на переднюю и заднюю части, которые соответственно называются вентральной и дорсальной дыхательными группами. Понтинная дыхательная группа состоит из двух частей: пневмотаксического и апнеустического центров. Автономное вдохание контролируется понтинным дыхательным центром и обоими медуллярными дыхательными центрами. В нашем случае, VRG контролирует автономное выдыхание. Сигналы от VRG передаются по спинному мозгу к нескольким нервам, включая межреберные, диафрагмальные и брюшные. Причина, по которой мы зеваем, неизвестна. Распространенное мнение заключается в том, что зевание – это способ регулирования уровня кислорода и углекислого газа в организме, однако исследования, проведенные в контролируемых условиях с различными уровнями кислорода и углекислого газа, опровергли эту гипотезу. Хотя конкретного объяснения, почему мы зеваем, нет, некоторые считают, что люди выдыхают для охлаждения мозга. Исследования на животных подтвердили эту идею, и возможно, она применима и к людям. Известно, что зевание вентилирует все альвеолы в легких.
Рецепторы
Несколько групп рецепторов в организме регулируют метаболическое дыхание. Эти рецепторы сигнализируют дыхательному центру о необходимости начать вдох или выдох. Периферические хеморецепторы расположены в аорте и сонных артериях. Они реагируют на изменение уровня кислорода, углекислого газа и ионов водорода в крови, передавая сигналы в мост и продолговатый мозг. Они учат своих студентов, что "нос предназначен для дыхания, а рот – для еды".