Легочная артерия, входя в легкие, разветвляется, и ее отростки следуют за отростками бронхов до уровня альвеол, где они образуют запутанную капиллярную сеть. В легочных венах происходит обратное движение, они несут к сердцу кровь, обогащенную кислородом, откуда она затем поступит во все отделы человеческого организма. Именно благодаря дыхательной системе кровь заново обогащается кислородом до нормального уровня, и в этом процессе задача альвеол и капилляров — отфильтровывать воздух и уравновешивать количество газов.

Дыхательное движение грудной клетки происходит в результате работы дыхательных мышц. диафрагмы и наружных межреберных мышц. Следовательно, это активный процесс. Выдох, происходящий в результате расслабления этих мышц, напротив, является пассивным процессом. Есть также дополнительные дыхательные мышцы, которые начинают принимать участие во вдохе при более резком или интенсивном дыхании. Во время спокойного дыхания диафрагма опускается на

2 сантиметра, а при глубоком — на 3–4 см.

Функционально легочный объем делится на.

— мертвое бронхо-трахеальное пространство. воздух, находящийся в носу, глотке, гортани, трахее, бронхах, бронхиолах;

— дыхательный объем (ДО). количество воздуха, используемое при нормальном вдохе;

— резервный объем выдоха (РОвыд). максимальное количество воздуха, которое мы можем выдохнуть после обычного выдоха;

— резервный объем вдоха (РОвд). это тот объём воздуха, который можно вдохнуть при максимальном вдохе после обычного вдоха;

— остаточный объем (ОО). объём воздуха, который остается в лёгких даже после максимального выдоха, и который может выйти только при коллапсе легких.

Все эти объемы образуют общую емкость легких. Дыхательный объем вместе с двумя резервными объемами образуют жизненную емкость легких. Нормальная частота дыхания составляет 16–20 вдохов-выдохов в минуту.

Дыхание состоит из двух фаз: вдох и выдох. Во время вдоха сокращаются мышцы диафрагмы и межреберные мышцы. Диафрагма прогибается вниз, надавливая на органы брюшной полости и увеличивая объем грудной клетки; в результате сокращения межреберных мышц раздвигаются ребра, способствуя еще большему расширению грудной полости. В обычных условиях давление внутри альвеол во время вдоха становиться чуть меньше, чем атмосферное, примерно на -3 мм ртутного столба. Эта разница в давлении заставляет воздух поступать внутрь дыхательных путей, и таким образом уравновешивается. При выдохе происходит обратный процесс: давление в альвеолах увеличивается относительно атмосферного давления на +3 мм ртутного столба, что приводит к выходу содержащегося в них воздуха наружу.

Если на поверхности подводник выполняет произвольную гипервентиляцию, во время усиленного выдоха давление внутри альвеол может увеличиться до +100 мм ртутного столба, а при вдохе оно может упасть до -80 мм ртутного столба. Эти числа объясняют нам, почему вход и выход воздуха из легких напрямую зависит от соотношения показателей атмосферного давления и давления внутри альвеол. Так, например, когда атмосферное давление превышает альвеолярное, воздух будет переходить из области с большим давлением (внешняя) в область с меньшим давлением (альвеолы); и наоборот, если альвеолярное давление больше атмосферного, воздух будет выталкиваться из альвеол наружу.

Автоматизм дыхания регулируется клетками центральной нервной системы, объединенными в группы; это так называемые дыхательные центры, расположенные в определенных зонах мозга: в бульбарной части продолговатого мозга и варолиевом мосту.

Бульбарный дыхательный центр разделен на два отдела: инспираторный центр и экспираторный центр, отвечающие соответственно за вдох и выдох; оба они воспринимают химические импульсы, связанные с концентрацией в крови углекислого газа (CO₂).

В варолиевом мосту находятся два других дыхательных центра: апнеустический центр и пневмотаксический центр, которые выполняют свои определенные функции в рефлекторной регуляции дыхания и имеют основополагающее значение для погружений на задержке дыхания.

Действительно, апнеустический центр — это отправная точка инспираторного импульса, тогда как пневмотаксический центр — это орган, в котором берут свое начало тормозящие импульсы бульбарного инспираторного центра.

Мозговые дыхательные центры: бульбарный дыхательный центр устанавливает дыхательный ритм и чувствительно реагирует на любое увеличение количества CO₂, отвечая ускорением дыхания до 6–7 раз.

Основная задача дыхательной системы — поддерживать в норме уровни содержания CO₂ и O₂ в крови для обеспечения жизненных функций. Изменение парциального давления этих газов в организме непосредственно влияет на частоту и глубину дыхания.

Из двух этих газов наибольшее влияние на процесс дыхания, несомненно, имеет CO₂, поскольку изменение именно его концентрации в крови вызывает реакцию дыхательных центров.

Действительно, при любом изменении концентрации CO₂ в крови, будь то увеличение или уменьшение, происходит стимуляция бульбарных химических рецепторов. приводящая к раздражению одного из двух центров в варолиевом мосту (апнеустиче-ского или пневмотаксического), которые в свою очередь посылают импульсы в один из бульбарных центров (инспираторный или экспираторный).

Из всего вышесказанного становится ясно, что увеличение концентрации CO₂ в крови приводит к стимуляции дыхания (возбуждается апнеустический центр и посылает импульсы бульбарному инспираторному центру, который стимулирует дыхание). Поскольку под водой невозможно сделать вдох, увеличение CO₂ в крови вызывает диафрагмальные сокращения, характеризуемые серией напряжений и расслаблений мышц диафрагмы — очевидный сигнал тревоги, обозначающий достижение предела задержки дыхания.

Уменьшение содержания CO₂ в крови, как при гипервентиляции, может отсрочить появление дыхательного стимула, поскольку, как было сказано ранее, в бульбарный инспираторный центр импульс поступает только при определенном повышенном уровне концентрации этого газа, достижение которого при гипервентиляции запаздывает, потому что в начале задержки дыхания содержание CO₂ в крови сильно занижено. Следовательно, гипервентиляция задерживает сигнал тревоги, используемый организмом для предупреждения о достижении предела задержки. Опасность заключается в том, что, прежде чем уровень CO₂ поднимется достаточно для стимуляции дыхания, уровень кислорода может упасть ниже критического уровня. По этой причине гипервентиляция категорически запрещается; коротко говоря, она значительно понижает в организме уровень защиты и возможность предупреждения об опасности.

У ныряльщика на задержке дыхания сигналом к подъему является ощущение «кислородного голодания» — дисапноэ, появляющееся вследствие повышения уровня CO₂ в крови, которое приводит к раздражению бульбарных химических рецепторов (это особые рецепторы, чувствительные к химическим изменениям крови) с целью стимуляции дыхательного центра для нового вдоха. Чтобы продлить задержку дыхания, подводник иногда сдерживает первые признаки дисапноэ, но это может привести к опасным последствиям, особенно, если подводник, как это обычно бывает, гипервентилирует легкие, ошибочно полагая, что увеличивает таким образом свой запас кислорода.

На самом деле гипервентиляция приводит к уменьшению CO₂ в альвеолах и крови, что, как мы впоследствии увидим, повышает риск гипоксии (чрезмерное уменьшение парциального давления PpO₂) и вызывает у человека гипоксический обморок.