Дыхание — это процесс газообмена между организмом и внешней средой. Из внешней среды в организм человека поступает кислород, а во внешнюю среду выделяется углекислый газ. Кислород необходим клеткам, тканям и органам для жизнедеятельности, для процессов окисления, в результате которого высвобождается энергия. Углекислый газ (а также вода) являются конечным продуктом обмена веществ, процессов окисления. Остановка дыхания ведет к немедленному прекращению обмена веществ в организме и гибели (смерти) человека.
Газообмен у человека состоит из трех составляющих: внешнего дыхания, транспорта газов кровью и внутреннего (клеточного, тканевого) дыхания.
Внешнее дыхание выполняет дыхательная система, в том числе легкие, в которых кислород (02) через стенки легочных альвеол и кровеносных капилляров поступает в кровь. Одновременно из крови в альвеолы выделяется углекислый газ (С02), и далее по дыхательным путям он выводится из организма. Вдыхаемый и выдыхаемый воздух различается по своему составу (табл. 10).
Таблица 10
Содержание кислорода (02) и углекислого газа (С02) во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе

Воздух	Содержание газов ( %)
	кислород	углекислый газ	азот
Вдыхаемый	20,94	0,03	79,03
Выдыхаемый	16,30	4,00	79,70
Альвеолярный	14,20	5,20	80,60

Транспорт газов (кислорода, углекислого газа) осуществляется кровью по кровеносным сосудам. К легким по легочным артериям от сердца притекает кровь, богатая углекислым газом. В легких кровь отдает углекислый газ и насыщается кислородом. Содержа -
щая кислород кровь из легких по легочным венам поступает к сердцу. От сердца по аорте, а затем по артериям кровь транспортируется к органам, где снабжает кислородом (и питательными веществами) их клетки, ткани. В обратном направлении — от клеток, тканей кровь по венам выносит углекислый газ к сердцу, а из сердца эта кровь, богатая углекислым газом, снова направляется к легким.
Внутреннее дыхание (клеточное, тканевое) представляет собой газообмен между кровью и тканями, клетками. Кислород из крови через стенки кровеносных капилляров поступает к клеткам и другим тканевым структурам, где включается в обмен веществ. Из клеток, тканей также через стенки капилляров в кровь выводится углекислый газ.
Таким образом, постоянно циркулирующая между легким и тканями кровь обеспечивает непрерывное снабжение клеток, тканей кислородом и выведение углекислого газа. В тканях кислород крови проникает в клетки и другие тканевые элементы, а в обратном направлении переносит углекислый газ. Этот процесс внутреннего (тканевого) дыхания происходит при участии особых дыхательных ферментов.
Механизм вдоха и выдоха
Благодаря ритмичному сокращению диафрагмы (16—18 раз в минуту) и других дыхательных мышц (наружных и внутренних межреберных мышц) объем грудной клетки то увеличивается (при вдохе), то уменьшается (при выдохе). При расширении грудной клетки легкие пассивно растягиваются, расширяются. При этом давление в легких понижается и становится ниже атмосферного (на 3—4 мм рт. ст.). Поэтому воздух через дыхательные пути из внешней среды устремляется в легкие. Так происходит вдох. При глубоком вдохе, форсированном дыхании сокращаются не только дыхательные мышцы, но и вспомогательные (мышцы плечевого пояса, шеи, туловища). Выдох осуществляется при расслаблении мышц вдоха и сокращении мышц выдоха (внутренние межребер- ные мышцы, мышцы передней брюшной стенки). Приподнятая и расширенная при вдохе грудная клетка в силу своей тяжести и при действии ряда мышц живота опускается. Растянутые легкие благодаря своей эластичности уменьшаются в объеме. При этом давление в легких резко возрастает, и воздух покидает легкие. Так происходит выдох. При кашле, чиханье, быстром выдохе участвуют мышцы живота, брюшного пресса, ребра (грудная клетка) опускаются, диафрагма резко поднимается.
При спокойном дыхании человек вдыхает и выдыхает 500 мл воздуха. Это количество воздуха (500 мл) называют дыхательным объемом. При глубоком (дополнительном) вдохе в легкие поступит еще 1500 мл воздуха. Это резервный объем вдоха. При равномерном дыхании после спокойного выдоха человек при напряжении дыхательных мышц может выдохнуть еще 1500 мл воздуха. Это резервный объем выдоха. Количество воздуха (3500 мл), складывающееся из дыхательного объема (500 мл), резервного объема вдоха (1500 мл), резервного объема выдоха (1500 мл) называют жизненной емкостью легких. У тренированных, физически развитых людей жизненная емкость легких может достигать 7000—7500 мл. У женщин в связи с меньшей массой тела жизненная емкость легких меньше, чем у мужчин.
После того как человек выдохнет 500 мл воздуха (дыхательный обмен), а затем еще сделает глубокий выдох (1500 мл), в его легких все еще остается примерно 1200 мл остаточного объема воздуха, удалить который из легких практически невозможно. Дышавшее легкое всегда содержит воздух. Поэтому легочная ткань в воде не тонет.
В течение 1 мин человек вдыхает и выдыхает 5—8 л воздуха. Это минутный объем дыхания, который при интенсивной физической нагрузке может достигать 80—120 л в минуту.
Из 500 мл выдыхаемого воздуха (дыхательный объем) только 360 мл проходит в альвеолы и отдает кислород в кровь. Остальные 140 мл остаются в воздухоносных путях и в газообмене не участвуют. Поэтому воздухоносные пути называют «мертвым пространством».
Газообмен в легких
В легких происходит газообмен между поступающим в альвеолы воздухом и протекающей по капиллярам кровью (рис. 60). Интенсивному газообмену между воздухом альвеол и кровью способствует малая толщина так называемого аэрогематического барьера. Этот барьер между воздухом и кровью образован стенкой альвеолы и стенкой кровеносного капилляра. Толщина барьера — около 2,5 мкм. Стенки альвеол построены из однослойного плоского эпителия (альвеолоцитов), покрытого изнутри, со стороны просвета альвеол, тонкой пленкой фосфолипида — сурфактантом. Сурфактант препятствует слипанию альвеол при выдохе и понижает поверхностное натяжение. Альвеолы оплетены густой сетью кровеносных капилляров, что сильно увеличивает площадь, на которой совершается газообмен между воздухом и кровью.

Рис. 60. Обмен газами между кровью и воздухом альвеол:
1 — просвет альвеолы; 2 — стенка альвеолы; 3 — стенка кровеносного капилляра; 4 — просвет капилляра; 5 — эритроцит в просвете капилляра. Стрелками показан путь кислорода (02), углекислого газа (СО,) через аэрогематический барьер (между кровью и воздухом)
Во вдыхаемом воздухе — в альвеолах — концентрация кислорода (парциальное давление) намного выше (100 мм рт. ст.), чем в венозной крови (40 мм рт. ст.), протекающей по легочным капиллярам. Поэтому кислород легко выходит из альвеол в кровь, где он быстро вступает в соединение с гемоглобином эритроцитов. Одновременно углекислый газ, концентрация которого в венозной крови капилляров высокая (47 мм рт. ст.), диффундирует в альвеолы, где капиллярное давление С02 значительно ниже (40 мм рт. ст.). Из альвеол легкого углекислый газ выводится с выдыхаемым воздухом.
Таким образом, разница в давлении (напряжении) кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе, в артериальной и венозной крови дает возможность кислороду диффундировать из альвеол в кровь, а углекислому газу — из крови в альвеолы.