Выдох (или экспирация ) — это поток воздуха из организма. У животных это движение воздуха из легких из дыхательных путей во внешнюю среду во время дыхания . Это происходит из-за эластичных свойств легких, а также внутренних межреберных мышц , которые опускают грудную клетку и уменьшают объем грудной клетки. Когда грудная диафрагма расслабляется во время выдоха, это заставляет ткань, которую она опустила, подняться выше и оказать давление на легкие, чтобы вытолкнуть воздух. Во время форсированного выдоха , как при задувании свечи, экспираторные мышцы, включая мышцы живота и внутренние межреберные мышцы, создают брюшное и грудное давление, которое выталкивает воздух из легких.
Выдыхаемый воздух содержит 4% углекислого газа , [1] побочный продукт клеточного дыхания при производстве энергии, которая хранится в виде АТФ . Выдох имеет взаимодополняющее отношение к вдоху, которые вместе составляют дыхательный цикл дыхания.
Когда человек теряет вес, большая часть веса выдыхается в виде углекислого газа и водяного пара .
Основная причина выдоха — избавление организма от углекислого газа, который является отходом газообмена у людей. Воздух попадает в легкие при вдохе. Диффузия в альвеолах обеспечивает обмен O 2 в легочных капиллярах и удаление CO 2 и других газов из легочных капилляров для выдоха. Для того чтобы легкие вытеснили воздух, диафрагма расслабляется, что толкает легкие вверх. Затем воздух проходит через трахею, затем через гортань и глотку в носовую и ротовую полости, где он вытесняется из организма. [2] Выдох занимает больше времени, чем вдох, и считается, что он способствует лучшему газообмену. Части нервной системы помогают регулировать дыхание у людей. Выдыхаемый воздух — это не только углекислый газ; он содержит смесь других газов. Человеческое дыхание содержит летучие органические соединения (ЛОС). Эти соединения состоят из метанола, изопрена, ацетона, этанола и других спиртов. Выдыхаемая смесь также содержит кетоны, воду и другие углеводороды. [3] [4]
Именно во время выдоха происходит обонятельный вклад в формирование вкуса, в отличие от обычного запаха, который происходит во время фазы вдоха. [5]
Спирометрия — это измерение функции легких. Общая емкость легких (TLC), функциональная остаточная емкость (FRC), остаточный объем (RV) и жизненная емкость легких (VC) — все эти значения можно проверить с помощью этого метода. Спирометрия используется для выявления, но не диагностики респираторных заболеваний, таких как ХОБЛ и астма. Это простой и экономически эффективный метод скрининга. [6] Дальнейшая оценка дыхательной функции человека может быть проведена путем оценки минутной вентиляции , форсированной жизненной емкости легких (FVC) и объема форсированного выдоха (FEV1). Эти значения различаются у мужчин и женщин, поскольку мужчины, как правило, крупнее женщин.
TLC — максимальный объем воздуха в легких после максимального вдоха. У мужчин средний TLC составляет 6000 мл, а у женщин — 4200 мл. FRC — объем воздуха, остающийся в легких после обычного выдоха. Мужчины в среднем оставляют около 2400 мл, а женщины сохраняют около 1800 мл. RV — объем воздуха, остающийся в легких после форсированного выдоха. Средний RV у мужчин составляет 1200 мл, а у женщин — 1100 мл. VC — максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. Мужчины, как правило, в среднем составляют 4800 мл, а женщины — 3100 мл. [ необходима цитата ]
У курильщиков, а также у тех, кто страдает астмой и ХОБЛ, снижается способность к воздушному потоку. У людей, страдающих астмой и ХОБЛ, наблюдается снижение выдыхаемого воздуха из-за воспаления дыхательных путей. Это воспаление вызывает сужение дыхательных путей, что позволяет выдыхать меньше воздуха. Воспаление вызывают многочисленные вещи; некоторые примеры — сигаретный дым и взаимодействие с окружающей средой, такое как аллергия, погода и физические упражнения. У курильщиков невозможность полностью выдохнуть связана с потерей эластичности легких. Дым в легких заставляет их твердеть и становиться менее эластичными, что не позволяет легким расширяться или сжиматься так, как они это делают в норме. [ необходима цитата ]
Мертвое пространство может быть определено двумя типами факторов, которые являются анатомическими и физиологическими. Некоторые физиологические факторы имеют неперфузируемые, но вентилируемые альвеолы, такие как тромбоэмболия легочной артерии или курение, чрезмерная вентиляция альвеол, вызванная перфузией, у людей с хронической обструктивной болезнью легких, и « шунтирующее мертвое пространство», которое является ошибкой между левым и правым легким, которая перемещает более высокие концентрации CO2 в венозной крови в артериальную сторону. [7] Анатомические факторы - это размер дыхательных путей, клапанов и трубок дыхательной системы. [7] Физиологическое мертвое пространство легких может влиять на объем мертвого пространства, а также факторы, включая курение и заболевания. Мертвое пространство является ключевым фактором для работы легких из-за разницы в давлении, но оно также может мешать человеку. [ необходима цитата ]
Одна из причин, по которой мы можем дышать, — это эластичность легких . Внутренняя поверхность легких в среднем у человека, не страдающего эмфиземой, обычно составляет 63 м2 и может вмещать около 5 литров воздуха. [8] Оба легких вместе имеют такую же площадь поверхности, как половина теннисного корта. Такие заболевания, как эмфизема, туберкулез, могут уменьшить площадь поверхности и эластичность легких. Другим важным фактором эластичности легких является курение из-за остатков, остающихся в легких после курения. Эластичность легких можно тренировать для дальнейшего расширения. [ необходима цитата ]
Мозговой контроль выдоха можно разделить на произвольный контроль и непроизвольный контроль. Во время произвольного выдоха воздух удерживается в легких и выпускается с фиксированной скоростью. Примерами произвольного выдоха являются: пение, говорение, физические упражнения, игра на музыкальном инструменте и произвольное гиперпноэ . Непроизвольное дыхание включает метаболическое и поведенческое дыхание. [ необходима цитата ]
Неврологический путь произвольного выдоха сложен и не полностью изучен. Однако известно несколько основ. Известно, что моторная кора в коре головного мозга контролирует произвольное дыхание, поскольку моторная кора контролирует произвольное движение мышц. [9] Это называется кортикоспинальным путем или восходящим дыхательным путем. [9] [10] Путь электрического сигнала начинается в моторной коре, идет в спинной мозг, а затем к дыхательным мышцам. Спинномозговые нейроны напрямую соединяются с дыхательными мышцами. Было показано, что инициирование произвольного сокращения и расслабления внутренних и внешних внутренних ребер происходит в верхней части первичной моторной коры. [9] Позади расположения грудного контроля (в верхней части первичной моторной коры) находится центр управления диафрагмой. [9] Исследования показывают, что в мозге есть множество других участков, которые могут быть связаны с произвольным выдохом. Нижняя часть первичной моторной коры может быть задействована, в частности, в контролируемом выдохе. [9] Активность также наблюдалась в дополнительной двигательной области и премоторной коре во время произвольного дыхания. Это, скорее всего, связано с фокусировкой и ментальной подготовкой произвольного мышечного движения. [9]
Произвольный выдох необходим для многих видов деятельности. Фоническое дыхание (речеобразование) — это тип контролируемого выдоха, который используется каждый день. Речеобразование полностью зависит от выдоха, это можно увидеть, попробовав говорить во время вдоха. [11] Используя поток воздуха из легких, можно контролировать продолжительность, амплитуду и высоту тона. [12] Когда воздух выталкивается, он проходит через голосовую щель, вызывая вибрации, которые производят звук. В зависимости от движения голосовой щели меняется высота тона голоса, а интенсивность воздуха через голосовую щель изменяет громкость звука, производимого голосовой щелью. [ необходима цитата ]
Непроизвольное дыхание контролируется дыхательными центрами в продолговатом мозге и мосту. Дыхательный центр продолговатого мозга можно разделить на переднюю и заднюю части. Они называются вентральной и дорсальной дыхательными группами соответственно. Респираторная группа моста состоит из двух частей: пневмотаксического центра и апнейстического центра . [10] Все четыре из этих центров расположены в стволе мозга и работают вместе, чтобы контролировать непроизвольное дыхание. В нашем случае вентральная дыхательная группа (VRG) контролирует непроизвольный выдох. [ необходима цитата ]
Неврологический путь непроизвольного дыхания называется бульбоспинальным путем. Его также называют нисходящим дыхательным путем. [10] «Этот путь спускается вдоль позвоночного вентралатерального столба. Нисходящий путь для автономного вдоха расположен латерально, а путь для автономного выдоха расположен вентрально». [13] Автономное вдох контролируется дыхательным центром моста и обоими дыхательными центрами продолговатого мозга. В нашем случае VRG контролирует автономный выдох. Сигналы от VRG посылаются по спинному мозгу к нескольким нервам. Эти нервы включают межреберные, диафрагмальные и брюшные. [10] Эти нервы ведут к определенным мышцам, которыми они управляют. Бульбоспинальный путь, спускающийся от VRG, позволяет дыхательным центрам контролировать расслабление мышц, что приводит к выдоху. [ необходима цитата ]
Зевание считается недыхательным движением газа. Недыхательное движение газа — это еще один процесс, который перемещает воздух в легкие и из них, не включающий дыхание. Зевание — это рефлекс, который имеет тенденцию нарушать нормальный ритм дыхания и, как полагают, также заразен. [14] Причина, по которой мы зеваем, неизвестна. Распространенное мнение заключается в том, что зевание — это способ регулировать уровни O 2 и CO 2 в организме , но исследования, проведенные в контролируемой среде с различными уровнями O 2 и CO 2, опровергли эту гипотезу. Хотя нет конкретного объяснения того, почему мы зеваем, другие считают, что люди выдыхают, чтобы охладить свой мозг. Исследования на животных подтвердили эту идею, и возможно, что люди также могут быть связаны с этим. [15] Известно, что зевание действительно вентилирует все альвеолы в легких. [ необходима цитата ]
Несколько групп рецепторов в организме регулируют метаболическое дыхание. Эти рецепторы подают сигнал дыхательному центру о необходимости инициировать вдох или выдох. Периферические хеморецепторы расположены в аорте и сонных артериях. Они реагируют на изменение уровня кислорода, углекислого газа и H + в крови , подавая сигналы мосту и продолговатому мозгу. [10] Раздражающие и растягивающие рецепторы в легких могут напрямую вызывать выдох. Оба они ощущают инородные частицы и способствуют спонтанному кашлю. Их также называют механорецепторами, потому что они распознают физические, а не химические изменения. [10] Центральные хеморецепторы в продолговатом мозге также распознают химические изменения H + . В частности, они отслеживают изменение pH в интерстициальной жидкости продолговатого мозга и спинномозговой жидкости. [10]
Йоги, такие как Б.К.С. Айенгар, пропагандируют как вдох, так и выдох через нос в практике йоги , а не вдох через нос и выдох через рот . [16] [17] [18] Они говорят своим ученикам, что «нос для дыхания, рот для еды». [17] [19] [20] [16]
