Структура и механизм функционирования дыхательной системы

Процесс непосредственного газообмена осуществляется в ацинарном аппарате легких, представленном производными терминальных бронхиол. Подобных конструкций насчитывается до 800 тыс. В их образовании участвуют дыхательные бронхиолы 3 порядков, альвеолярные ходы и альвеолярные мешки. В спокойном состоянии только 25% от общего числа ацинусов поддерживают функциональную активность. Это число возрастает по мере изменения функционирования дыхательной системы (глубокое, форсированное дыхание).

Обмен кислородом и двуокисью углерода происходит по градиенту их концентрации. В результате процессов диффузии нарастает парциальное напряжение кислорода в системе крови  — от 40 до 96 мм рт.ст. Наступает ее артериализация, где носителем кислорода является гемоглобин — белок, содержащийся в эритроцитах. Одновременно, но в меньшей степени, изменяется градиент концентрации двуокиси углерода. Его парциальное напряжение в венозной крови составляет 46 мм рт.ст., в артериальной — 36 мм рт.ст.

Стабилизатором концентраций газов  во взаимодействующих средах (альвеолярном воздухе и крови) становится аэрогематический барьер. Согласно современным представлениям, в состав барьера входит четыре структурных компонента. Это эндотелиоциты капилляров малого круга кровообращения, базальная мембрана, пневмоциты первого порядка в составе альвеол и сурфактант. Последний выстилает поверхность альвеол с внутренней стороны в виде липопротеиновой мембраны, снижающей силы поверхностного натяжения и оказывающей бактерицидный эффект.

Обширную поверхность контакта альвеолярного воздуха с системой крови формируют сферической  формы конструкции ацинарного аппарата — альвеолы. Их общее количество достигает 500 млн., диаметр колеблется в пределах 100—300 мкм. Установлена зависимость между их размерами и усилиями со стороны инспираторных мышц, преодолевающих сопротивление при заполнении воздухом. У детей диаметр альвеол меньше, чем у взрослых. Для их наполнения усилий дыхательных мышц требуется больше. Однако их степень развития недостаточна. Следствием этого становится поверхностный характер дыхания у новорожденных.

Эффективность функционирования разноуровневых конструкций ацинусов, долек, сегментов (в пределах целостного образования, каким является система дыхания) обеспечивается деятельностью интегративных структур. К ним относятся производные эндокринной системы в виде клеток, диффузно разбросанных по всей поверхности воздухопроводящих путей и респираторных структур легких. Более динамичное участие в координации принимают производные вегетативной нервной системы. Эти структуры обеспечивают своевременный сбор, проведение и обработку информации от многочисленных рецепторных зон, расположенных на объемной поверхности легких, в артериальных и венозных сосудах большого и малого кругов кровообращения.

Окончательная обработка информации и создание двигательных программ осуществляется в дыхательном центре. Его структурная  организация, по Сергиевскому, представлена следующим образом. В бульбарно-мостовой части головного мозга группы функционально неоднородных нейронов формируют воспринимающий и исполнительный отделы. Первый из них представлен инспираторными и экспираторными нейронами, имеющими связи между собой и с функционально однородными нейронами противоположной стороны. К ним поступает информация с рефлексогенных зон дыхательного аппарата, сердечно-сосудистой системы и вегетативных центров. Здесь она обрабатывается и передается в исполнительный отдел. Он состоит из двух групп нейронов. Одна из них контролирует деятельность грудобрюшной диафрагмы, другая — межреберных мышц. Кроме того, они имеют связь с инспираторными и экспираторными нейронами, а через интернейроны — с инспираторными мышцами. Нисходящие координирующие влияния на дыхательный центр поступают от моста, продолговатого и промежуточного мозга, где концентрируется информация о состоянии обменных процессов, протекающих в организме. Реализация исполнительных программ направлена прежде всего на коррекцию ритма и глубины дыхательных экскурсий. Особенно сложные ансамбли нейронов формируются при речевой деятельности человека. Нервные импульсы, поступающие из парасимпатического центра, вызывают сужение просвета бронхов. Напротив, импульсы из симпатических центров приводят к его расширению.

Таким образом, развернутый во времени  и пространстве процесс обмена кислородом и двуокисью углерода между атмосферным  воздухом и системой крови моделирует подсистемы транспорта и преобразований воздушного потока и подсистему непосредственного  газообмена. Морфологическое обеспечение  вентиляционно-перфузионных взаимоотношений на органном, тканевом иерархических уровнях моделирует доли, сегменты, дольки и ацинарный аппарат легких. В координации их взаимодействия в пределах целостного образования (органа) задействованы структуры нейроэндокринной системы.