Основной функцией дыхательной системы является поглощение кислорода и выведение углекислого газа. Вдыхаемый кислород попадает в легкие и достигает альвеол. Слои клеток, выстилающие альвеолы и окружающие капилляры, имеют толщину всего в один клеточный слой и находятся в очень тесном контакте друг с другом. Толщина этого барьера между воздухом и кровью в среднем составляет около 1 микрона (1/10 000 сантиметра или 0,000039 дюйма). Кислород быстро преодолевает этот барьер между воздухом и кровью и проникает в кровь в капиллярах. Аналогичным образом, углекислый газ попадает из крови в альвеолы и затем выдыхается.
Насыщенная кислородом кровь течет из легких по легочным венам в левую часть сердца, которое качает кровь в остальные части тела (см. Функция сердца). Бедная кислородом и богатая углекислым газом кровь возвращается в правую часть сердца по двум крупным венам, верхней полой вене и нижней полой вене. Затем кровь закачивается по легочной артерии в легкие, где она получает запасы кислорода и выделяет углекислый газ.
Для поддержания поглощения кислорода и высвобождения углекислого газа в легкие поступает и оттуда выводится около 5–8 литров воздуха в минуту, и около трех десятых литра (примерно три десятых кварты) кислорода перемещается из альвеол в кровь каждую минуту, даже когда человек находится в состоянии покоя. Одновременно такой же объем углекислого газа перемещается из крови в альвеолы и выдыхается. При физической нагрузке человек может вдыхать и выдыхать более 100 литров воздуха в минуту и выделять из этого воздуха по 3 литра кислорода в минуту. Скорость, с которой кислород используется организмом, является одним из показателей того, как быстро организм расходует энергию. Вдохи и выдохи совершаются с помощью дыхательных мышц.
Газообмен между альвеолярным пространством и капиллярами
Функция дыхательной системы заключается в движении двух газов: кислорода и углекислого газа. Газообмен происходит в миллионах альвеол в легких и оплетающих их капиллярах. Как показано ниже, вдыхаемый кислород перемещается из альвеол в кровь в капиллярах, а углекислый газ — из крови в капиллярах в воздух в альвеолах. |
Для перемещения кислорода из окружающего воздуха в кровь, протекающую через легкие, принципиально важное значение имеют три процесса: вентиляция, диффузия и перфузия.
Вентиляция — это процесс, посредством которого воздух перемещается в легкие и выводится из них.
Диффузия — это спонтанное перемещение газов без использования какой-либо энергии или усилий организма, между альвеолами и капиллярами в легких.
Перфузия — это процесс, посредством которого сердечно-сосудистая система качает кровь через легкие.
Кровообращение организма является важнейшим связующим звеном между атмосферой, содержащей кислород, и клетками организма, потребляющими кислород. Например, поступление кислорода в мышечные клетки организма зависит не только от работы легких, но также от способности крови переносить кислород и от способности системы кровообращения транспортировать кровь к мышцам. Кроме того, небольшая часть крови, перекачиваемой из сердца, попадает в бронхиальные артерии и питает дыхательные пути.
Сердечно-легочные связи
