Процесс дыхания, вдоха и выдоха включает скоординированные движения грудной стенки, легких и мышц, которые их двигают. Две группы мышц, играющие важную роль в дыхании, - это диафрагма, расположенная непосредственно под легкими, и межреберные мышцы, расположенные между ребрами. Когда диафрагма сокращается, она движется вниз, увеличивая объем грудной полости и создавая больше места для расширения легких. Когда межреберные мышцы сокращаются, ребра движутся вверх, а грудная клетка расширяется, аналогично расширяя грудную полость.

Каждое легкое окружено двумя мембранами, называемыми плюрами, которые разделены жидкостью. Эта жидкость создает адгезионную силу, которая заставляет легкие растягиваться при расширении грудной полости. Увеличенный объем легких снижает давление. Когда давление падает ниже атмосферного, возникает градиент давления, который перемещает воздух из атмосферы с более высоким давлением в легкие с более низким давлением.

Когда диафрагма и межреберные мышцы расслабляются, объем легких уменьшается, увеличивая давление в легких. Когда давление превышает атмосферное, возникающий градиент давления выталкивает воздух из тела. Таким образом поддерживается цикл вдоха и выдоха.

Соотношение давления и объема

Закон Бойля гласит, что при заданной температуре в замкнутом пространстве давление газа увеличивается по мере уменьшения объема его контейнера. Другими словами, давление обратно пропорционально объему. Этот закон в сочетании с движением газа из областей с более высоким давлением в области с более низким давлением объясняет, почему воздух попадает в легкие при сокращении диафрагмы.

Как увеличиваются в объеме легкие?

Диафрагма сжимается, опускаясь вниз и увеличивая объем грудной клетки, но как это увеличивает объем легких? Хотя бронхи и бронхиолы жесткие и не расширяются (хотя они могут закупориваться или воспаляться), альвеолы, крошечные воздушные мешочки в легких, позволяют легким увеличиваться в объеме.

Рестриктивные и обструктивные заболевания

Легочные заболевания уменьшают поток газа в легкие и из них и могут быть разделены на две категории: рестриктивные и обструктивные. Ограничительные заболевания, такие как фиброз легких (рубцевание легкого), ограничивают расширение легких. Обструктивные заболевания, такие как астма, эмфизема и хронический бронхит, препятствуют прохождению дыхательных путей, ограничивая газообмен.

Поверхностно-активное вещество

Внутренняя поверхность альвеол выстлана жидкостью, содержащей поверхностно-активное вещество, смесь фосфолипидов и липопротеинов. Поверхностно-активное вещество снижает поверхностное натяжение альвеолярной жидкости, предотвращая схлопывание альвеол и облегчая надувание альвеол воздухом.

Недоношенные дети иногда не производят достаточное количество сурфактанта в легких, что вызывает респираторный дистресс-синдром (RDS). Без достаточного количества поверхностно-активного вещества требуется много энергии, чтобы держать альвеолы ​​открытыми и многократно наполняться воздухом, что затрудняет дыхание младенцев с RDS.