Диафрагма и дыхательные мышцы: механизм работы, строение и функции

Вы делаете это около 20 000 раз в день, но едва ли задумываетесь об этом. Речь идет о дыхании — жизненно важном процессе, без которого невозможно существование человека. За каждым вдохом и выдохом стоит сложная работа мышечной системы, главную роль в которой играет диафрагма. Чтобы понять, как мы дышим, необходимо разобраться в механизмах работы дыхательных мышц, их строении и функциях.

В этой статье мы подробно рассмотрим роль диафрагмы и других дыхательных мышц в процессе дыхания, разберем их анатомическое строение и выясним, почему правильное дыхание так важно для здоровья. Кроме того, вы узнаете о современных методах тренировки дыхательных мышц и получите практические рекомендации для поддержания здоровья дыхательной системы.

Анатомия дыхательных мышц: кто отвечает за наше дыхание

Дыхательные мышцы, которые также называют «мышцами дыхательной помпы», образуют сложную систему, нагнетающую воздух в легкие. Это скелетные поперечнополосатые мышцы, которые по своему строению практически не отличаются от других скелетных мышц нашего тела. Их общая масса составляет около 4-5 кг, что при мышечной массе тренированного человека в 40-50% от общего веса тела соответствует 10-15% всей мышечной массы.

Дыхательные мышцы можно разделить на две основные группы:

Инспираторные мышцы (мышцы вдоха):

Диафрагма — основная дыхательная мышца, обеспечивающая около 70% работы при вдохе
Наружные межреберные мышцы — поднимают ребра и расширяют грудную клетку
Межхрящевые мышцы — участвуют в расширении верхней части грудной клетки
Вспомогательные инспираторные мышцы:
- Грудино-ключично-сосцевидные мышцы
- Лестничные мышцы
- Большая и малая грудные мышцы (при форсированном дыхании)

Экспираторные мышцы (мышцы выдоха):

Внутренние межреберные мышцы — опускают ребра при активном выдохе
Мышцы брюшного пресса:
- Прямая мышца живота
- Наружная косая мышца живота
- Внутренняя косая мышца живота
- Поперечная мышца живота
Другие экспираторные мышцы:
- Подреберные мышцы
- Квадратная мышца поясницы
- Нижние волокна подвздошно-реберной мышцы
- Длиннейшая мышца спины
- Задняя нижняя зубчатая мышца

Интересный факт: практически любая мышца, прикрепляющаяся к грудной клетке и верхним конечностям, может при определенных условиях выполнять функцию вспомогательной дыхательной мышцы через обратное мышечное действие (когда мышцы сокращаются в проксимальном направлении).

Диафрагма — главный двигатель дыхания

Диафрагма — это куполообразная мышечно-сухожильная перегородка, которая отделяет грудную полость от брюшной. Это главная дыхательная мышца, вклад которой в обеспечение вдоха у здорового человека составляет примерно 70%.

Анатомическое строение диафрагмы

Диафрагма имеет форму купола, обращенного выпуклостью вверх. Она берет свое начало от:

Мечевидного отростка грудины (задняя поверхность)
Шести нижних ребер и их хрящей (внутренняя поверхность)
Трех верхних поясничных позвонков (правая ножка диафрагмы)
Двух верхних поясничных позвонков (левая ножка диафрагмы)

Все мышечные волокна диафрагмы сходятся к центральному сухожильному центру, который не смещается при сокращении мышцы.

Иннервация диафрагмы

Диафрагма иннервируется диафрагмальным нервом, который формируется из сегментов С3-С5 спинного мозга. Чувствительная иннервация осуществляется диафрагмальным нервом (сухожильный центр) и 6-7 нижними межреберными нервами (периферические части).

Механизм дыхания: как работают дыхательные мышцы

Процесс дыхания состоит из двух основных фаз: вдоха (инспирации) и выдоха (экспирации). Давайте разберем каждую из них подробнее.

Механизм вдоха

Вдох — всегда активный процесс, требующий мышечных усилий. При вдохе происходит:

Сокращение диафрагмы, которая уплощается и опускается вниз
Сокращение наружных межреберных и межхрящевых мышц, поднимающих ребра
Увеличение объема грудной клетки в трех направлениях:
- Вертикальном (за счет опускания диафрагмы)
- Поперечном (за счет поднятия ребер)
- Переднезаднем (за счет поднятия грудины)
Снижение давления в плевральной полости
Растяжение легких и заполнение их воздухом

Диафрагма при сокращении опускается, создавая отрицательное давление в грудной полости и положительное — в брюшной. Это приводит к расширению легких и поступлению в них воздуха по градиенту давления.

Механизм выдоха

Выдох в состоянии покоя происходит преимущественно пассивно, без значительных мышечных усилий. При выдохе:

Диафрагма расслабляется и поднимается вверх
Наружные межреберные мышцы расслабляются
Ребра и грудина опускаются под действием силы тяжести
Эластические элементы легких и грудной клетки сжимаются
Давление в плевральной полости повышается
Воздух выходит из легких

При форсированном выдохе (например, при физической нагрузке, кашле, чихании) активно включаются экспираторные мышцы:

Внутренние межреберные мышцы опускают ребра
Мышцы брюшного пресса сокращаются, повышая внутрибрюшное давление и дополнительно смещая диафрагму вверх

Типы дыхания и роль дыхательных мышц

По способу расширения грудной клетки различают несколько типов дыхания, в которых дыхательные мышцы участвуют по-разному:

1. Грудной (торакальный) тип дыхания

Характеризуется преимущественным расширением грудной клетки за счет поднятия ребер при относительно небольшом смещении диафрагмы. Чаще наблюдается у женщин. При этом типе дыхания активнее работают межреберные мышцы.

2. Брюшной (абдоминальный) тип дыхания

Характеризуется значительным уплощением диафрагмы при относительно небольшом поднятии ребер. Чаще наблюдается у мужчин. При этом типе дыхания основную работу выполняет диафрагма.

3. Смешанный тип дыхания

Сочетает признаки грудного и брюшного типов. Обеспечивает наиболее полную вентиляцию легких и считается наиболее физиологичным.

Дыхательные объемы и роль мышц в их обеспечении

Работа дыхательных мышц определяет объем воздуха, поступающего в легкие при различных режимах дыхания. Рассмотрим основные показатели:

Дыхательный объем (ДО)

Это количество воздуха, которое человек вдыхает или выдыхает при спокойном дыхании. В среднем составляет 400-500 мл. Обеспечивается в основном работой диафрагмы и в меньшей степени — наружных межреберных мышц.

Резервный объем вдоха (РОвд)

Дополнительный объем воздуха (около 1500-2000 мл), который можно вдохнуть после спокойного вдоха. Требует активного участия не только основных, но и вспомогательных инспираторных мышц.

Резервный объем выдоха (РОвыд)

Дополнительный объем воздуха (около 1500 мл), который можно выдохнуть после спокойного выдоха. Требует активного сокращения экспираторных мышц.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ)

Максимальный объем воздуха, который человек может выдохнуть после максимально глубокого вдоха. Равна сумме ДО, РОвд и РОвыд. В среднем составляет около 3500 мл, но у тренированных людей может достигать 6000 мл и более. Зависит от силы и выносливости всех дыхательных мышц.

Регуляция работы дыхательных мышц

Работа дыхательных мышц контролируется дыхательным центром, расположенным в продолговатом мозге. Этот центр обладает автоматией — способностью генерировать ритмические импульсы без внешних воздействий.

Дыхательный центр получает информацию о состоянии организма от:

Хеморецепторов, чувствительных к уровню углекислого газа и кислорода в крови
Барорецепторов, реагирующих на давление в кровеносных сосудах
Механорецепторов легких и дыхательных путей
Высших отделов ЦНС

На основе этой информации формируются импульсы, которые по диафрагмальному и межреберным нервам передаются к дыхательным мышцам, регулируя частоту и глубину дыхания.

Важность тренировки дыхательных мышц

Последние исследования показывают, что при максимальной физической нагрузке работа только инспираторной дыхательной мускулатуры отнимает примерно 16% потребляемого организмом кислорода. Это значит, что сила и выносливость дыхательных мышц могут существенно влиять на физическую работоспособность.

Преимущества тренировки дыхательных мышц:

Повышение физической выносливости
Улучшение газообмена и оксигенации тканей
Снижение риска одышки при физических нагрузках
Профилактика и лечение некоторых респираторных заболеваний
Улучшение качества жизни у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ)
Ускорение обмена веществ и поддержка программ снижения веса
Снижение уровня стресса и тревожности

Методы тренировки дыхательных мышц:

Дыхательная гимнастика различных направлений (по Стрельниковой, Бутейко и др.)
Использование специальных дыхательных тренажеров с регулируемым сопротивлением вдоху или выдоху
Дыхательные практики из йоги (пранаяма)
Специальные упражнения для тренировки диафрагмального дыхания

Чек-лист: как оценить здоровье своих дыхательных мышц

Предлагаем вам простой чек-лист для самостоятельной первичной оценки функционального состояния дыхательных мышц:

□ Я могу свободно и глубоко дышать в положении стоя, сидя и лежа □ При спокойном дыхании я не чувствую дискомфорта или напряжения в грудной клетке □ Я могу задержать дыхание после спокойного выдоха на 25 секунд и более □ Я могу говорить полными предложениями, не задыхаясь □ При умеренной физической нагрузке (подъем по лестнице на 2-3 этажа) я не испытываю выраженной одышки □ При максимально глубоком вдохе я чувствую расширение нижних отделов грудной клетки и движение передней брюшной стенки вперед □ Я не испытываю необходимости часто глубоко вздыхать или зевать для добора воздуха □ После пробуждения я не чувствую усталости или разбитости, которая могла бы указывать на нарушения дыхания во сне □ У меня отсутствует храп или он выражен незначительно □ На вдохе у меня не западают межреберные промежутки и надключичные ямки

Если вы отметили 8-10 пунктов из списка, вероятно, ваши дыхательные мышцы функционируют нормально. Если менее 6 пунктов — рекомендуется проконсультироваться с врачом для более детальной оценки дыхательной функции.

Техника диафрагмального дыхания: пошаговая инструкция

Диафрагмальное дыхание — это техника, позволяющая максимально эффективно использовать возможности главной дыхательной мышцы. Регулярная практика этой техники помогает улучшить газообмен, снизить частоту дыхания, уменьшить энергозатраты на дыхание и даже ускорить метаболизм.

Пошаговая инструкция по освоению диафрагмального дыхания:

Примите удобное положение. Лучше начинать обучение лежа на спине на ровной поверхности с согнутыми коленями. Под голову и колени можно положить небольшие подушки для комфорта.
Расположите руки правильно. Положите одну руку на верхнюю часть грудной клетки, а другую — на живот чуть ниже грудной клетки (в области солнечного сплетения).
Расслабьтесь и сделайте несколько обычных вдохов и выдохов, чтобы почувствовать свой естественный ритм дыхания.
Начните диафрагмальное дыхание:
- Медленно вдохните через нос, направляя воздух так, чтобы живот поднимался. Рука на животе должна подниматься, а рука на груди оставаться относительно неподвижной.
- Задержите дыхание на 1-2 секунды.
- Медленно выдохните через сжатые губы (как будто дуете через соломинку), втягивая живот. Рука на животе должна опускаться.
Контролируйте движение. Грудная клетка должна расширяться минимально, основное движение происходит в области живота.
Соблюдайте правильный ритм. Выдох должен быть в 1,5-2 раза длиннее вдоха. Например, если вдох занимает 3 секунды, выдох должен длиться 4-6 секунд.
Практикуйте регулярно. Начните с 5-10 минут 2-3 раза в день, постепенно увеличивая продолжительность и частоту тренировок.

Когда техника будет освоена в положении лежа, переходите к тренировкам сидя, а затем — стоя и во время ходьбы.

Дыхательные мышцы при различных заболеваниях

Нарушения в работе дыхательных мышц могут существенно влиять на дыхательную функцию и качество жизни пациентов с различными заболеваниями.

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ)

При ХОБЛ происходит гиперинфляция легких (избыточное накопление воздуха), что приводит к уплощению диафрагмы и снижению ее эффективности. Дыхательные мышцы вынуждены работать с повышенной нагрузкой, что приводит к их утомлению. Тренировка дыхательных мышц может быть важным компонентом легочной реабилитации при ХОБЛ.

Бронхиальная астма

При бронхиальной астме повышенное сопротивление дыхательных путей увеличивает нагрузку на дыхательные мышцы. Во время приступа пациенты часто используют вспомогательные дыхательные мышцы, что проявляется втяжением межреберных промежутков и участием мышц плечевого пояса в дыхании.

Нервно-мышечные заболевания

Такие состояния, как миастения, боковой амиотрофический склероз, мышечная дистрофия, могут напрямую поражать дыхательные мышцы, приводя к дыхательной недостаточности. Пациентам может потребоваться неинвазивная или инвазивная вентиляция легких.

Диафрагмальная грыжа

Это состояние, при котором часть органов брюшной полости перемещается в грудную полость через отверстие в диафрагме. Это нарушает нормальную функцию диафрагмы и может вызывать дыхательные нарушения.

Паралич диафрагмы

Может быть вызван повреждением диафрагмального нерва и приводит к парадоксальному дыханию — патологическому движению диафрагмы, при котором на вдохе она поднимается, а на выдохе опускается.

Диафрагма и другие дыхательные мышцы за пределами дыхания

Интересно, что дыхательные мышцы, особенно диафрагма, выполняют в организме не только дыхательную функцию:

1. Поддержка внутренних органов

Диафрагма играет важную роль в поддержании правильного положения внутренних органов, создавая разницу давления между грудной и брюшной полостями.

2. Участие в акте глотания

Диафрагма и другие дыхательные мышцы координируют свою работу так, чтобы предотвратить аспирацию пищи или жидкости в дыхательные пути при глотании.

3. Участие в речеобразовании

Контролируемый выдох, обеспечиваемый дыхательными мышцами, является основой для образования звуков речи. Певцы и ораторы специально тренируют диафрагмальное дыхание для улучшения голосовых характеристик.

4. Обеспечение кашля и чихания

Эти защитные рефлексы требуют координированной работы дыхательных мышц для создания сильного и резкого потока воздуха.

5. Поддержка осанки и стабилизация позвоночника

Диафрагма является частью комплекса мышц, обеспечивающих постуральную стабильность. Она взаимодействует с мышцами тазового дна, поперечной мышцей живота и многораздельными мышцами спины, формируя так называемый корсет стабильности.

6. Влияние на лимфодренаж

Ритмичные сокращения диафрагмы создают перепады давления, которые способствуют движению лимфы по лимфатическим сосудам, улучшая дренаж и снижая риск отеков.

7. Влияние на кровообращение

Дыхательные движения создают дыхательный насос, который способствует венозному возврату крови к сердцу и улучшает общую гемодинамику.

Вопросы и ответы о дыхательных мышцах

Вопрос: Можно ли тренировать дыхательные мышцы так же, как мы тренируем другие мышцы тела?

Ответ: Да, дыхательные мышцы поддаются тренировке, как и другие скелетные мышцы. Существуют специальные дыхательные упражнения и тренажеры, которые создают сопротивление вдоху или выдоху, заставляя дыхательные мышцы работать интенсивнее. Регулярные тренировки увеличивают силу и выносливость этих мышц.

Вопрос: Как понять, что я дышу диафрагмой, а не грудью?

Ответ: При диафрагмальном дыхании на вдохе живот слегка выпячивается вперед, а грудная клетка расширяется преимущественно в нижних отделах. При грудном дыхании основное движение происходит в верхней части грудной клетки, а живот может даже втягиваться на вдохе. Простой способ проверить тип дыхания — положить одну руку на грудь, а другую на живот и отследить, какая рука больше двигается при дыхании.

Вопрос: Может ли неправильная работа дыхательных мышц вызывать боли в спине?

Ответ: Да, дисфункция диафрагмы и других дыхательных мышц может быть связана с болями в спине. Диафрагма через свои ножки прикрепляется к поясничным позвонкам и участвует в стабилизации позвоночника. Нарушение её работы может изменить паттерн движения в поясничном отделе и привести к перегрузке других мышц спины. Кроме того, частое грудное дыхание с избыточным использованием вспомогательных дыхательных мышц может вызывать напряжение шейно-грудного отдела позвоночника.

Вопрос: В каком возрасте лучше начинать тренировку дыхательных мышц?

Ответ: Специальные тренировки дыхательных мышц могут быть начаты в любом возрасте, но обычно их не рекомендуют детям младше 7-8 лет без медицинских показаний. Для детей достаточно общей физической активности, особенно плавания, которое естественным образом способствует укреплению дыхательной мускулатуры. Взрослым и пожилым людям регулярная тренировка дыхательных мышц особенно полезна, так как помогает компенсировать возрастное снижение силы и эластичности дыхательной системы.

Вопрос: Связано ли дыхание диафрагмой с похудением?

Ответ: Согласно исследованиям, регулярная практика диафрагмального дыхания действительно может способствовать активации обмена веществ. Во время глубокого диафрагмального дыхания задействуется крупная купольная мышца, что требует от организма дополнительных энергетических затрат. Кроме того, при таком дыхании в организм поступает больше кислорода, улучшается кровоток, что положительно влияет на работу всех органов и обмен веществ в целом. Однако само по себе диафрагмальное дыхание не является заменой сбалансированному питанию и регулярной физической активности для снижения веса.

Триггеры дыхательной недостаточности: на что обратить внимание

Дыхательная недостаточность может развиваться остро или постепенно, и важно знать признаки, которые могут указывать на проблемы с дыхательными мышцами:

Тревожные признаки слабости дыхательных мышц:

Одышка в покое или при минимальной физической нагрузке
Парадоксальное дыхание — когда на вдохе живот втягивается, а на выдохе выпячивается (обратно нормальному паттерну)
Появление или усиление храпа и эпизодов апноэ во сне (остановок дыхания)
Утренние головные боли
Повышенная утомляемость и дневная сонливость
Трудности с откашливанием мокроты
Частые инфекции дыхательных путей
Использование вспомогательных мышц для дыхания в покое (видимое участие мышц шеи и плечевого пояса)
Цианоз (синюшность) губ или ногтевых лож
Беспокойство, раздражительность без видимых причин (может быть признаком гипоксии)

Если вы заметили у себя несколько из этих признаков, особенно если они усиливаются со временем, важно обратиться к врачу для обследования. Своевременная диагностика и лечение могут предотвратить развитие серьезных осложнений.

Руководство по тренировке дыхательных мышц

Систематическая тренировка дыхательных мышц может значительно улучшить их силу и выносливость, положительно влияя на общее состояние организма. Предлагаем комплексное руководство, которое поможет вам эффективно тренировать дыхательную мускулатуру.

Упражнения для тренировки диафрагмы:

1. Базовое диафрагмальное дыхание

Лягте на спину, согнув ноги в коленях
Положите одну руку на грудь, другую на живот
Медленно вдохните через нос так, чтобы живот поднялся, а грудь осталась практически неподвижной
Медленно выдохните через сжатые губы, слегка втягивая живот
Повторите 10-15 раз

2. Диафрагмальное дыхание с сопротивлением

Примите то же положение, что и в предыдущем упражнении
Положите на живот книгу среднего размера
Выполняйте диафрагмальное дыхание, поднимая и опуская книгу
Постепенно увеличивайте вес книги по мере тренированности
Выполняйте упражнение 5-7 минут

3. Диафрагмальное дыхание с задержкой

Сделайте глубокий диафрагмальный вдох
Задержите дыхание на 3-5 секунд (постепенно увеличивая время до 10-15 секунд)
Сделайте медленный контролируемый выдох
Повторите 8-10 раз

Упражнения для тренировки межреберных мышц:

1. Боковое дыхание

Сядьте прямо или станьте, положив ладони по бокам грудной клетки
Сделайте глубокий вдох, концентрируясь на расширении боковых отделов грудной клетки под руками
Почувствуйте, как ребра раздвигаются в стороны
Медленно выдохните, ощущая, как ребра сближаются
Повторите 10-12 раз

2. Растяжение межреберных мышц

Станьте прямо, поднимите правую руку над головой
Наклонитесь влево, создавая растяжение в правой части грудной клетки
Сделайте 3-4 глубоких вдоха в этом положении
Повторите с другой стороны
Выполните по 3-4 наклона в каждую сторону

Упражнения для комплексной тренировки дыхательных мышц:

1. Квадратное дыхание

Сядьте удобно с прямой спиной
Вдохните на счет 4
Задержите дыхание на счет 4
Выдохните на счет 4
Задержите дыхание на счет 4
Повторите цикл 5-7 раз

2. Попеременное носовое дыхание (анулома-вилома из йоги)

Сядьте в удобной позе с прямой спиной
Закройте правую ноздрю большим пальцем правой руки
Медленно вдохните через левую ноздрю
Закройте левую ноздрю безымянным пальцем и откройте правую
Медленно выдохните через правую ноздрю
Вдохните через правую ноздрю
Закройте правую ноздрю и выдохните через левую
Это один цикл. Повторите 5-10 циклов

3. Дыхание с произнесением звуков

Сделайте глубокий диафрагмальный вдох
На выдохе произносите протяжный звук М (мычание)
Почувствуйте вибрацию в груди и голове
Повторите со звуками С, Ш, Ф, контролируя равномерность выдоха
Выполните по 3-5 повторений с каждым звуком

Современные исследования дыхательных мышц

Научный интерес к функции дыхательных мышц в последние годы значительно возрос. Современные исследования расширяют наши представления о роли этих мышц и открывают новые перспективы в профилактике и лечении различных заболеваний.

Дыхательные мышцы и спортивные достижения

В исследовании, проведенном учеными из Великобритании, группа людей выполняла дыхательные упражнения с сопротивлением на вдохе в течение десяти недель. Результаты показали значительное повышение выносливости и снижение утомляемости при физических нагрузках по сравнению с контрольной группой. Это подтверждает гипотезу о том, что тренированные дыхательные мышцы потребляют меньше кислорода при той же работе, оставляя больше ресурсов для других мышц.

Связь дыхательных мышц с метаболизмом

Клиническое исследование, проведенное в университете Юнсан в Южной Корее, показало, что регулярная практика диафрагмального дыхания может способствовать ускорению обмена веществ. Это объясняется тем, что при глубоком дыхании увеличивается поступление кислорода в организм, улучшается кровоток и активизируются метаболические процессы.

Дыхательные мышцы и психическое здоровье

Новые исследования указывают на тесную связь между функцией дыхательных мышц и психическим состоянием человека. Диафрагмальное дыхание активизирует парасимпатическую нервную систему, способствуя расслаблению и снижению уровня стресса. Это объясняет эффективность дыхательных практик в терапии тревожных расстройств, депрессии и посттравматического стрессового расстройства.

Реабилитационный потенциал

Современная медицина все больше внимания уделяет тренировке дыхательных мышц в реабилитации пациентов после COVID-19, операций на грудной клетке, а также при хронических респираторных заболеваниях. Исследования показывают, что систематические тренировки могут значительно улучшить качество жизни и функциональное состояние пациентов.

Заключение

Дыхательные мышцы, во главе с диафрагмой, играют ключевую роль не только в обеспечении нашего дыхания, но и в поддержании многих других физиологических функций. От их работы зависит эффективность газообмена, энергетический обмен, постуральная стабильность и даже психоэмоциональное состояние.

Понимание анатомии и функций дыхательных мышц, а также их взаимодействия между собой и с другими системами организма открывает широкие возможности для профилактики и лечения различных заболеваний, повышения физической работоспособности и улучшения качества жизни в целом.

Регулярная практика дыхательных упражнений и осознанный подход к процессу дыхания помогают поддерживать дыхательные мышцы в тонусе, обеспечивая эффективную работу всей дыхательной системы. Это особенно важно в современных условиях, когда малоподвижный образ жизни, стрессы и загрязненный воздух создают дополнительную нагрузку на дыхательную систему.

Помните, что правильное дыхание — это не просто автоматический процесс, а важный навык, который можно и нужно совершенствовать на протяжении всей жизни.

Дополнительные источники информации

Сайт Российского респираторного общества – www.spulmo.ru
Научно-практический журнал Пульмонология – www.journal.pulmonology.ru
Портал о дыхательной гимнастике и реабилитации – www.breathe.ru
Сайт ФГБУ НИИ пульмонологии ФМБА России – www.pulmonology.ru
Образовательный портал по анатомии человека – www.anatomcom.ru

Диафрагма и дыхательные мышцы: механизм работы и важность для здоровья