Основы анатомии и человеческой физиологии. Марко Барди

Невозможно как следует объяснить и понять задержку дыхания, не обратившись к сведениям об изменениях, происходящих в человеческом теле во время произвольного прерывания дыхания.

Без этого неразобраться, как во время погружения ведет себя организм ныряльщика на задержке, какими физиологическими процессами определяется его работа в столь непривычных условиях и ...

В результате задержки дыхания под водой происходят некоторые важнейшие и весьма радикальные изменения функций человеческого организма, позволяющие ему приспособиться к водной среде, «необычному театру» действия данного вида спорта.

Живые организмы

Каждый живой организм, принадлежащий к животному или растительному царству, для поддержания жизни нуждается в кислороде и пище: микроскопические базовые элементы, из которых он состоит, называемые «клетками», нуждаются в кислороде (О,), чтобы наилучшим образом использовать полученную пищу.

Пища, в свою очередь, поступает посредством процесса питания в форме Сахаров, липидов (жиров) и протеинов (белков).

На клеточном уровне питательные вещества - «топливо» - проходят через процесс метаболического сгорания, использующий кислород в качестве «вещества, поддерживающего горение», и имеющий целью производство энергии, необходимой для всех функций организма.

Образующиеся в результате этого процесса отходы - продукты катаболизма и углекислый газ - впоследствии удаляются из клетки.

Цель циркуляции крови в организме - перенести к тканям и соответственно к клеткам, их составляющим, кислород и питательные вещества из воздуха и полученной пищи.

Следовательно, кислород является основополагающим элементом, позволяющим клеткам человеческого тела восполнять свою энергию и поддерживать жизненные функции организма как во время покоя, так и при дополнительных энергозатратах во время движения, мышления и другой деятельности.

Продукты катаболизма и С0, переносятся в свою очередь посредством кровообращения к тем органам, которые затем должны будут их удалить, а это дыхательный аппарат для С0, желудочно-кишечный тракт (посредством испражнения) для не переваренных остатков пищи, и мочевыводящие пути для продуктов катаболизма ассимилированной пищи и других веществ.

Клетка

Клетка - это основной структурный элемент всех живых организмов, будь то животные или растения.

Она состоит из совокупности органелл и структур, отделенных от внешнего мира мягкой мембраной (плазматическая мембрана), обладающей свойствами избирательной проницаемости.

Клетка имеет микроскопические размеры и бывает разной формы в зависимости от прилегающих клеток и, прежде всего, в зависимости от своих функций, обычно каждая ткань состоит из клеток определенной формы.

Внутри плазматической мембраны, в желеобразном протеиновом веществе (цитоплазма) находится сразу несколько маленьких структур, разделенных между собой мембранными отсеками, у каждой из них весьма определенное назначение, важное для жизни клетки и ее репродукции.

Митохондрии - это особые органеллы клеток, внутри которых происходят дыхательные и энергетические процессы.

Гладкий эндоплазматический ретикулум занимается синтезом липидов, тогда как шероховатый эндоплазматический ретикулум участвует в синтезе и транспортировке белков.

В аппарате Голъджи происходит созревание белков и их подготовка для секреции во внешнюю среду.

Ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной оболочкой, представляет генетическое наследие клетки, поскольку содержит ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту).

Продолжительность жизни клетки бывает разной, и в некоторых случаях равна продолжительности жизни организма, как, например, у нервных клеток.

Иные же клетки быстро разрушаются (красные кровяные тельца, клетки кожного покрова или эпителий).

Процесс репродукции клеток называется митозом.

Для того, чтобы представить, как работает этот сложный механизм предлагаю посмотреть удивительно красивый научно-популярный мини-фильм "Внутренняя жизнь клетки", созданный студией XVIVO и Медицинским институтом Ховарда Хьюза Гарвардского университета.

Фильм создали Дэвид Болинский (иллюстратор Йельского университета), ведущий аниматор Джон Либлер и Майк Астрахан из XVIVO для факультета Молекулярной и клеточной биологии Гарвардского университета.
8,5 минут анимации заняли 14 месяцев работы. Впервые фильм был продемонстрирован в 2006 на ежегодной конференции SIGGRAPH (short for Special Interest Group on GRAPHics and Interactive Techniques) в Бостоне.

Ткани

Высокоорганизованная совокупность клеток образует ткань. Элементы клеток, составляющих определенную ткань, похожи между собой как по форме, так и по своей структуре, они также предназначены для выполнения одной и той же функции.

Ткани можно разделить на 4 большие группы:

• эпителиальная ткань;

• мышечная ткань;

• соединительная ткань;

• нервная ткань.

Кожный покров и слизистые оболочки, выстилающие внутренние полости тела, относятся к эпителиальным тканям, так же как и железы, состоящие из эпителиальных клеток с функцией секреции.

Мышечная ткань - это основная составляющая мускулатуры; в зависимости от типа волокон и своей специфической функции она подразделяется на гладкую,поперечнополосатую и сердечную.

Отличительной особенностью мышечных клеток являются миофибриллы, белковые волокна, способные преобразовывать химическую энергию в энергию кинетическую, генерирующую движение.

К соединительным тканям относятся наполняющие и поддерживающие: они входят в состав костной ткани, хрящевой ткани, волокнистой части сосудов.

К соединительной ткани относят также кровь и лимфу.

Для этой ткани характерно присутствие межклеточного вещества (матрикс), которое может быть достаточно жидким и придает большую прочность ткани.

К примеру, в костной ткани матрикс представлена солями кальция, которые обеспечивают твердость и прочность костям; в крови матрикс - это плазма чья текучесть обуславливает типичную для крови способность к перемещению и транспортировке.

Нервная ткань состоит из высокоспециализированных клеток, имеющих столь исключительные характеристики, что эту ткань можно назвать самой «аристократической» в человеческом теле.

Через ее «терминалы» поступает вся информация, обеспечивающая жизнь организма, и, как мы впоследствии убедимся, она также является основой для осуществления некоторых физиологических функций адаптации во время погружения на задержке дыхания.

{flv}dihanie|500|390{/flv}

Сердечно-сосудистая система

Погружение на задержке дыхания сильно воздействует на сердечно сосудистую систему, в которой в результате перепада давления происходят изменения некоторых базовых физиологических процессов, проявляющиеся в процессе погружения.

Адаптация динамики кровообращения позволяет ныряльщику достигнуть на задержке дыхания таких глубин, которые еще в середине 50-х годов считались запрещенными из-за предполагаемого сдавливания грудной клетки (thoracic squeeze), которое, как считалось, должно было произойти при давлении более 4 атм (-30м).

На самом деле, еще задолго до 50-х годов, эпохи рекордов Команданте Раймондо Буше, Эннио Фалько и Альберто Новели один греческий ловец губок по имени Йоргос Хагги Стати, сам того не зная, установил рекорд погружения на задержке дыхания, нырнув для подъема якоря военного корабля Итальянского Морского Флота на глубину 77 метров.

4 августа 1913 года флагманский крейсер «Regina Margherita» при попытке встать на стоянку в заливе Пегадиа у острова Скарпанто в Эгейском море потерял якорь на упомянутой глубине.

Когда новость распространилась по острову, появился некий ловец губок весьма хилого телосложения.

Вот как его описывает судовой врач Др. Джузеппе Музенго:

В результате осмотра выявлена значительная эмфизема легких, верхняя часть грудной клетки не достигла больших размеров, она выпуклая и твердая.

Сердцебиение тихое, но регулярное. Частота пульса 80-90 ударов в минуту, дыхательный ритм - 20-22 вдоха в минуту. Слух - пониженный в связи с полным отсутствие одной из барабанных перепонок и повреждением второй. Результат испытания на задержку дыхания в обычных условиях едва достигает 40 секунд.

Во время операции по подъему якоря оставался под водой от 1:30 до 3:35 минут.

На четвертый день после серии «тренировочных» погружений на глубины 60-84 м охотнику за губками удалось найти якорь, прикрепить к нему веревку и таким образом обеспечить его подъем.

Можно отметить, что для погружений он использовал технику почти идентичную той, что используют современные спортсмены-фридайверы соревнующиеся в категории No Limits: камень весом около 15 кг, привязанный к веревке.

Система кровообращения

Состоит из совокупности кровеносных сосудов и сердца. Ее можно сравнить с гидравлической системой замкнутого цикла, в которой сердце одновременно выполняет функцию нагнетательного и всасывающего насоса для системы сосудов, артерий и вен, имеющих разные характеристики и пропускную способность, что позволяет жидкости, т.е. крови, циркулировать внутри этой системы.

Кровеносная система выполняет различные функции:

- питательную, поскольку переносит содержащие энергию вещества во все части тела;

- очищающую, поскольку собирает частицы отходов, которые затем будут выведены через почки;

- защитную, поскольку некоторые ее клетки предназначены для защиты организма от внешних агентов, переносчиков болезней.


В человеке кровеносная система разделена на 2 части: большой и малый круг.

Первый отвечает за снабжение кровью всех частей тела, тогда как второй наполняет легкие.

Как мы впоследствии увидим, и большой и малый круг сходятся в сердце, которое с помощью своих сокращений вырабатывает энергию, необходимую для циркуляции крови по всему организму.

Кровеносные сосуды образованы соединительной и мышечной тканью; с точки зрения строения у них у всех есть общий элемент - внутренняя оболочка, которая называется tunica intima.

От центра к периферии толщина сосудов уменьшается, а их количество увеличивается; они различаются по типу переносимой крови:

- артерии: переносят от центра (сердца) к периферии кровь, насыщенную кислородом, чтобы доставить этот важнейший для поддержания жизни элемент ко всем органам и тканям.

Различают артерии большого, среднего и малого диаметра, а также артериальные капилляры.

Артерии имеют наружную эластичную мембрану (tunica externa), среднюю мышечную оболочку (tunica media) и внутреннюю мышечную оболочку (tunica intima);

- вены: переносят от периферии к сердцу кровь, обедненную кислородом (О,) и насыщенную углекислым газом (СО,), который образуется в результате клеточного метаболизма и удаляется в процессе нового поглощения кислорода кровью на легочном уровне кровообращения (гематоз).

У вен менее плотные стенки, чем у артерий, и в них встречаются образования клапанного типа нижних перегородок, которые предотвращают отток крови;

- капилляры: представляют особой конечные ответвления артерий и вен. Их стенки состоят лишь из одного слоя клеток. Именно на этом уровне происходят самые важные процессы газообмена и энергообмена.

Сердце

Это анатомическая структура, состоящая из особых мышечных волокон (сердечная мышечная ткань), придающих ей специальные свойства сжимаемости.

Оно находится в центре грудной клетки между грудиной и позвоночником и имеет форму сжатого кулака.

Внутри сердце имеет четыре полости: правое предсердие и желудочек и левое предсердие и желудочек.

Снаружи оно покрыто мембраной, называющейся перикард, она имеет внешнюю волокнистую часть, напрямую контактирующую с диафрагмой и легкими, и внутреннюю серозную часть, состоящую из двух «листков», нижний из которых (эпикард) прямо контактирует с сердцем, между двумя листками находится серозная жидкость.

Правые камеры сердца отделены от левых посредством сплошной перегородки: межжелудочковая перегородка разделяет правый и левый желудочки, а межпредсердная перегородка разделяет правое и левое предсердия.

Правый отдел сердца - это так называемый венозный отдел, поскольку венозная кровь из всех частей тела поступает по верхней полой вене и нижней полой вене и достигает правого желудочка, а затем через атриовентрикулярный клапан (или трехстворчатый) проходит в правое предсердие, откуда выталкивается в легкие по легочной артерии.

Из легких, насытившись кислородом, кровь возвращается в сердце, в левый желудочек, через двустворчатый, или митральный, клапан проходит в левое предсердие, чтобы затем пройти по аорте и распределиться по всему человеческому телу.

{flv}anatomia|500|390{/flv}

Резюме

- Большой круг кровообращения, начинается из левого предсердия и заканчивается в правом

желудочке, проделав длинный путь для снабжения кровью даже самых отдаленных тканей;

- Малый круг кровообращения, начинается в правом предсердии, проходит через легкие и

заканчивается в левом желудочке, проделывая, таким образом, более короткий путь, чтобы

насытить венозную кровь кислородом;

- Нормальный сердечный ритм: нормальная частота пульса - 70-80 ударов в минуту, но она

может превышать 100 ударов при физической нагрузке;

- Сосуды: это коммуникации, по которым протекает кровь; они служат для доставки

кислорода ко всем клеткам тела и удаления из них углекислого газа и продуктов катаболизма.

Они бывают разного размера и типа:

- Артерии: имеют толстые стенки (3 слоя), поскольку обычно испытывают значительное

кровяное давление; это сосуды, по которым кровь течет от сердца к периферии. Обычно

это кровь, обогащенная кислородом;

- Вены: также покрыты тремя слоями, но их стенки более тонкие, поскольку обычно они подвержены

более низкому кровяному давлению. Их назначение - вернуть кровь, насыщенную углекислым газом,

от периферии к сердцу;

- Капилляры: это очень маленькие сосуды (как волоски), и их стенки минимальной толщины,

поскольку они должны быть прозрачными для газов, обеспечивая обмен кислорода и

углекислого газа;

- Кровь: состоит из жидкой части и форменных элементов. Количество крови варьирует

от 4 до 6 литров (во взрослом мужчине весом 70 кг примерно 5,5 литров крови). Она имеет

множество функций (защита от инфекций, внутренний гемостаз, доставка питательных

веществ к клеткам, вывод из тканей токсичных веществ, поддержание температуры тела,

передача химических сообщений), но главной является перенос кислорода к клеткам.

Состав жидкой части крови, которая называется плазмой, схож с составом морской воды:

это сложный раствор, содержащий, в том числе, сыворотку и фибриноген.

Сыворотка состоит из воды на 91-93% и протеина.

Фибриноген - это важный для коагуляции крови белок. Форменные элементы крови представлены красными кровяными тельцами (эритроциты), белыми клетками крови (лейкоциты) и кровяными пластинками (тромбоциты).

Число эритроцитов составляет 4-5 млн. на кубический миллиметр крови. Это особые клетки, содержащие гемоглобин, железосодержащий белок, связывающий кислород и обеспечивающий его транспортировку к различным тканям. Он также удаляет из них СО.

Количество лейкоцитов - 6-8 тыс. на кубический миллиметр крови; они бывают разных типов (нейтрофилы, эозинофилы, моноциты, базофилы, лимфоциты) и служат, главным образом, для защиты от инфекций.

Тромбоциты - это особые клетки, которые вместе с веществом, называемым фибрином (вырабатываемым фибриногеном) обеспечивают свертывание крови, образуя коагулянт и блокируя, таким образом, возможные кровотечения при порезе стенок кровеносного сосуда.

Сердечные сокращения

Все перемещение крови в системе кровоснабжения происходят благодаря особому свойству сердечной мышцы ритмичному сокращению ее волокон.

Побуждением для сердечных сокращений являются непроизвольные и полностью автономные нервные импульсы; они ритмично следуют друг за другом, распространяясь по всей сердечной мышце.

Импульсы зарождаются в особой структуре сердечной мышцы, находящейся в правом желудочке; она называется синоатриальный узел.

Затем они поступают в атриовентрикулярный узел, расположенный в нижней части межжелудочковой перегородки, откуда импульс быстро распространяется вниз по проводящим волокнам, образующим т.н. пучок Гиса, который расходится на две ветви, идущие в правое и левое предсердия.

Кровь

Здесь мы имеем дело со свойствами самой настоящей «жидкой ткани» высокой специализации, связанной со всеми частями тела. Она имеет жидкую часть - плазму, и твердую часть, которую образуют форменные элементы крови: красные кровяные тельца, белые клетки крови и кровяные пластинки.

Красные кровяные тельца, которые также называются эритроцитами, это самые многочисленные клетки крови, составляющие 45% ее общего объема. Они имеют характерную форму двояковогнутых дисков, их численность колеблется около 5.000.000 на мм.куб., именно эритроциты придают крови характерный красный цвет в связи с присутствием в них железосодержащего белка – гемоглобина, который и выполняет функцию транспортного агента кислорода ко всем частям тела. Две вогнутые стороны увеличивает поверхность, через которую может происходить обмен газами, а также облегчают захват молекул О, (кислорода) и С02 (углекислого газа); этот фактор очень важен во время погружения на задержке дыхания.

Белые кровяные тельца, которые также называются лейкоциты из-за их характерного белого цвета, который можно увидеть под микроскопом, имеют функцию защиты организма от патогенных факторов. Эти клетки, число которых около 6 000 - 8 000 на мм.куб, можно разделить на две группы: полиморфноядерные гранулоциты, называемые так из-за характерных крупных сегментированных ядер и специфической зернистости цитоплазмы, и агранулоциты, клетки, не имеющие специфической зернистости и содержащие простое несегментированное ядро. К ним относятся лимфоциты и моноциты.

Кровяные пластинки - тромбоциты - это мельчайшие клеточные элементы крови, их число в крови 200 000 - 300 000 на мм.куб. крови. Тромбоциты выполняют важнейшую функцию -приводят в действие процесс свертывания крови, когда на внутренней стенке кровеносных сосудов появляются изменения (ранения или пузырьки газа); при контакте с такой поверхностью начинается высвобождение веществ-катализаторов химических реакций, приводящее к «прилипанию» кровяных пластинок друг к другу и последующей коагуляции крови.

{flv}dihanie1|500|390{/flv}

Дыхательная система

Погружение на задержке дыхания в значительной степени обусловлено теми эффектами, которые давление оказывает на обмен дыхательными газами в альвеолах легких и на физиологию дыхания в целом.

Поэтому совершенно очевидно, насколько важно знать анатомию дыхательной системы, чтобы понимать физические и физиологические процессы, лежащие в основе дыхательной адаптации во время погружения на задержке дыхания.

Дыхательная система - это совокупность органов, задача которых гарантировать с помощью дыхательных процессов поставку кислорода и удаление углекислого газа из всех частей тела.

Кислород - это «горючее», необходимое для осуществления всех энергетических процессов в человеческом организме, его значение для поддержания жизни было отмечено еще в 1777 году Антуаном Лавуазье, который, говоря о составе атмосферного воздуха, определил кислород как «portion d'air minemment respirable» (часть воздуха, предназначенная для дыхания).

Дыхательная система делится на две совершенно различные анатомические части: верхние дыхательные пути и легкие.

Верхние дыхательные пути

Состоят из носовой полости, носовых пазух, глотки, гортани, трахеи и больших бронхов, их назначение – направить воздух извне в легкие, очистив его от случайных вредных частиц, согрев его до температуры тела и увлажнив его.

Нос является важной частью дыхательной системы. Наружная часть носа имеет две ноздри.

За ноздрями следуют носовые пазухи, внутри которых находится ряд структур, крайне важных для занятий погружениями на задержке дыхания.

Действительно, пазухи напрямую соединены со средним ухом, поэтому анатомически это самая важная зона для компенсации давления в ушах во время погружения.

В носовой полости берут свое начало носовые проходы, связывающие ее с околоносовыми пазухами, внутри этих проходов находятся толстые волоски (вибриссы), задача которых - очистить входящий при вдохе воздух от микроскопических частиц, потенциально опасных для расположенных ниже дыхательных органов.

За носовыми пазухами следует носоглотка, большой канал в форме воронки, относящийся к органам как дыхательной, так и пищеварительной системы. В конце глотки находится отверстие гортани и очень важный орган - надгортанник, работающий во время глотания в качестве клапана гортани.

За глоткой и гортанью следует трахея - прямая ниспадающая трубка, которая спускается в грудной отдел до 5-го позвонка, а затем делится на два главных бронха, правый и левый.

Трахея имеет особое строение, она образована серией хрящевых полуколец соединённых плотной волокнистой соединительной тканью. На внутреннем покрытой трахеи много смешанных слизистых желез.

Легкие

Это парные органы, расположенные в центральной части грудной клетки;

пространство, разделяющее легкие, называется средостением, внутри него расположены также трахея, пищевод, сердце и большие кровеносные сосуды (артерии и вены) грудного отдела; место прикрепления к легким легочных сосудов и бронхов называется воротами легких.

Основание легких покоится на диафрагме, как и апикальная часть сердца.

Легкие имеют коническую форму с углублением посередине и покрыты двухслойной серозной оболочкой - плеврой

Пространство, разделяющее два слоя, называется плевральной полостью, в которой присутствует немного жидкости, способствующей движению легкого при дыхании.

Правое легкое по объему чуть больше, чем левое, и разделено на три доли, соединяющиеся в районе ворот легкого.

Левое легкое имеет только две доли.

Бронхи, распространяясь внутри легочной ткани, делятся сначала на долевые бронхи, направляющиеся соответственно в различные доли легких, затем, все более углубляясь в легочную ткань, они разветвляются на более тонкие отростки, дольковые бронхи, которые затем расходятся на концевые бронхиолы, дающие начало дыхательным, или альвеолярным, бронхиолам.

Из дыхательных бронхиол формируются альвеолярные ходы, завершающиеся легочными мешочками из 15-20 альвеол.

Альвеола являются самой настоящей функциональной единицей дыхательной системы, на уровне которой происходит газообмен. Стенки альвеол смазаны специальной липопротеиновой жидкостью (т.е. состоящей из жиров и белков), которая предотвращает склеивание альвеолярных стенок и коллапс самих альвеол.

Кровеносная система осуществляет охват легких посредством разветвляющихся артерий и вен, переходящих в густую сеть капилляров, плотно контактирующих с альвеолами с помощью альвеолокапиллярной мембраны, в которой происходит обмен дыхательных газов, поэтому ее еще называют барьером воздух-кровь.

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): количествовоздуха, 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 (00): 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.

в оглавление

logo

Магазин уникальных фонарей, сделанных подводниками для подводников.

Мы создаем оборудование, которое расширяет Ваши возможности!

Контакты

Всегда рады общению с Вами!

Рассылка новостей

Чтобы быть всегда в курсе наших последних новостей, подпишитесь на рассылку