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.

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".