Дыхание — это совокупность процессов, участвующих в обеспечении организма кислородом (O₂) и выведении из организма углекислого газа (CO₂).

Кислород необходим для выработки энергии.
Углекислый газ — это отходы производства энергии, которые необходимо удалять.

В организме различают пять этапов дыхания:

1. Внешнее (лёгочное) дыхание — газообмен между атмосферным воздухом и лёгкими.
2. Легочная диффузия (лёгочный обмен) — газообмен между альвеолами лёгких и кровью.
3. Транспорт газов кровью — перенос газов между тканями и лёгкими.
4. Тканевый обмен — диффузия газов между капиллярами и тканями.
5. Тканевое (клеточное) дыхание — потребление кислорода органами, в основном их митохондриями.

Первые два процесса называются внешним дыханием, поскольку они включают перемещение газов извне организма в лёгкие, а затем в кровь.
А газообмен между кровью и тканями называется внутренним дыханием.
Таким образом, внешнее и внутреннее дыхание связаны системой кровообращения.

Мы поочередно рассмотрим все этапы дыхания и то, как организм их регулирует.

Система внешнего дыхания подразделяется на верхние и нижние дыхательные пути:

Верхние дыхательные пути:

• Нос (рот) и носовая полость.
• Глотка (перекресток дыхательной и пищеварительных систем).
• Гортань (здесь голосовые связки).

Нижние дыхательные пути:

• Трахея.
• Бронхи и бронхиолы (бронхиальное дерево).
• Гроздья альвеол (газообмен).

В состоянии покоя воздух, как правило, втягивается в лёгкие через нос — это оптимальный способ, поскольку в носовой полости воздух кондиционируется (согревается, увлажняется), частично очищается от пыли и обеззараживается.

Но при высокой потребности в воздухе необходимо дополнительно подключать и дыхание через рот.

Носовая полость, как и сам нос, разделена перегородкой на две половины.

Внутри каждой из половин есть горизонтальные выступы, называемые раковинами. Они могут менять величину и форму за счёт кровенаполнения и мягко регулируют воздушные потоки.

Три раковины разделяют носовую полость на три носовых хода - верхний, средний и нижний.

Верхние и средние носовые ходы существенно связаны с обонянием, — здесь находятся обонятельные рецепторы (обонятельный эпителий).

Нижние связаны с фильтрацией — содержат слизь и ворсинки (мерцательный эпителий), которые задерживают вдыхаемые бактерии, пыль и прочие посторонние частицы, выметая их в глотку (до 0,5л в день).

Ворсинки и слизь, конечно же, находятся не только в нижних ходах, но там наиболее высока их концентрация.

Еще одна функция носовой полости — увлажнение и согревание воздуха: Сосуды слизистой быстро согревают и увлажняют вдыхаемый воздух, предотвращая пересыхание альвеол и спазмы дыхательных путей.

Ворсинки и слизь, защищающие дыхательные пути, находятся на всём пути от ноздрей до альвеол (нос, глотка, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы).

Посторонние частицы вязнут в слизи, частично обеззараживаются находящимся в ней лизоцимом (мурамидазой) и выводятся при помощи ресничек (жгутиков).

Реснички, ритмично перемещаясь, проталкивают слизь к глотке (от носа — вниз, из трахеи и бронхов — вверх), где она рефлекторно проглатывается и переваривается в кислоте желудка.

Повреждение мерцательного эпителия (ожоги, инфекции, курение) может привести к целому ряду осложнений и заболеваний, связанных с загрязнением и повреждением дыхательных путей.

Носовую полость окружают околоносовые пазухи — полости в черепе, которые соединены с носом небольшими отверстиями и наполнены воздухом.

Они помогают воздуху лучше согреваться и увлажняться. И, как резонаторы, они усиливают звук голоса.

Изменение голоса во время простуды зачастую связано с тем, что пазухи оказываются забиты.

Сразу за носовой (ротовой) полостью следует глотка.

Глотка — это мышечная трубка, через которую проходит пища и воздух. Это "перекресток" дыхательной и пищеварительной систем.

Важнейшая функция глотки — разделение потоков воздуха и пищи.

Для корректного разделения систем существует два клапана:

• Мягкое небо — закрывает носоглотку при глотании, поднимаясь.
• Надгортанник — закрывает гортань при проглатывании, опускаясь.

Кроме того, пищевод обычно сжат сфинктером, чтобы не пропускать воздух в желудок.

Если пытаться использовать обе системы одновременно, например активно говорить или смеяться во время еды, то клапаны могут срабатывать плохо — отсюда чай из носа и прочие неприятные казусы.

Гортань — трубчатый участок с хрящевым скелетом, соединяющий глотку с трахеей.

Здесь крепятся голосовые связки. При прохождении воздуха они вибрируют, формируя звук.

Голосовые связки управляются отдельными мышцами и от того, как будут напряжены эти мышцы, зависит изменение формы голосовой щели, а значит и громкость, и тональность формируемых звуков.

Управление этими мышцами — такой же тренируемый двигательный навык, как и навык ходьбы. Мы естественным образом тренируем эти мышцы осваивая новые языки, тренируя речь или вокальные навыки.

Голосовая щель выполняет и барьреную функцию. При глотании она закрывается, защищая лёгкие от попадания пищи и жидкости.

Трахея — трубка из хрящевых полуколец, благодаря которым дыхательные пути не сминаются и всегда способны пропускать воздух. В том числе, при работе защитных кашлевых рефлексов.

Задняя стенка, соприкасающаяся с пищеводом — мягкая, состоит из гладких мышечных волокон и соединительной ткани. Это позволяет пищеводу вдавливаться в трахею, при проглатывании крупной пищи.

Доходя до лёгких трахея делится на два бронха, по одному к каждому лёгкому. В отличии от трахеи, у бронхов уже замкнутые хрящевые кольца.

Главные бронхи разветвляются на более мелкие бронхи, хрящевые кольца становятся тоньше, а мелкие бронхиолы полностью лишены хрящей. Хотя, в бронхиолах остаются хрящевые фрагменты, которые на дают им полностью спадаться.

В среднем, у бронхиального дерева человека около 23 ветвлений. А с учетом того что ветвления могут не только раздваивать, но и разветвлять бронхи на 3 и более ветвей, суммарное количество разветвлений составляет уже около 20.000.000.

Просвет бронхиол регулирует (расширяя или сужая их по потребности) гладкая мускулатура, что важно для быстрой адаптации к потребностям организма.

Заканчиваются бронхиолы гроздьями (ацинусами) альвеол.

Альвеола — структурно-функциональная единица дыхательной системы — сферическиё пузырёк, через который происходит обмен газов между лёгкими и кровью.

В лёгких взрослого человека около 480 млн. альвеол, а их суммарная площадь, через которую происходит газообмен, составляет порядка 70-80м², что сопоставимо с половиной волейбольной площадки.

Снаружи альвеолы плотно оплетает капиллярная сеть, с которой и происходит газообмен.

Изнутри альвеолы покрывает сурфактант — жироподобная пленка, которая препятствует слипанию альвеол.

Клетки альвеол называются альвеолоциты. Они бывают двух типов:

• Тип I, респираторные — отвечают за газообмен (95% площади).
• Тип II, гранулярные — выделяют сурфактант (5% площади).

Внутри альвеол находятся и иммунные клетки — альвеолярные макрофаги, уничтожающие патогены, обеспечивая стерильность самого уязвимого участка дыхательных путей.

Обмен газами между кровью и альвеолярным воздухом очень легок, потому что разделяет их только аэрогематический (воздушно-кровяной) барьер (один слой альвеолоцитов + мембрана + эндотелий).

Газообмен осуществляется на принципе диффузии — газы переходят из области с большим давлением (где их много) в области с меньшим давлением (где их мало).

Таким образом, O₂ активно проходит из альвеол в кровь, а CO₂ — из крови в альвеолы, что обеспечивает высокую скорость насыщения крови кислородом даже при интенсивной физической нагрузке.