Страница - 13

Раздел 6. ДЫХАНИЕ

§25. Газообмен

Описывать механизмы газообмена в легких и тканях

Для чего мы дышим? Какие клетки крови и какой белок в них отвечают за транспорт газов по организму? Чем венозная кровь отличается от артериаль­ной? Какая кровь течет по кругам кровообращения и в каком направлении?

Роль дыхания в организме. Дыханием называют процесс газообме­на между организмом и окружающей средой. Все живое, включая и человека, поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Работа каж­дой клетки организма (сокращение мышц, потоотделение, слюноотделе­ние, проведение возбуждения и т. д.) связана с потреблением кислоро­да в процессе окисления и расщепления органических веществ, получен­ных с пищей. При этом выделяется энергия. Без кислорода клетки тела не смогут получать необходимую энергию, которая высвобождается из органических веществ пищи.

Органы дыхания и кровеносная система обеспечивают каждую клетку нашего тела необходимым кислородом и избавляют их от образующегося углекислого газа. Многие ученые даже объединяют кровеносную и дыха­тельную системы в единую кардиореспираторную систему (отгреч. кардио – сердце и лат. респирация – дыхание) организма. Газообмен между орга­низмом, внешней средой и клетками крови осуществляет дыхательная система. А доставку кислорода к клеткам тела обеспечивает кровеносная система.

Органы дыхания человека. К органам дыхания относятся носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и легкие (рис. 57). Все перечис­ленные органы, кроме легких, называют воздухоносными путями. Они нужны, чтобы доставить воздух в легкие и сделать его максимально без­опасным (согреть или охладить, очистить от пыли и микробов). В самих же легких происходит поступление кислорода в кровь и удаление из нее углекислого газа.

Газообмен в легких. Воздух в легкие проникает по бронхам. Самые мелкие бронхи заканчиваются легочными пузырьками – альвеолами (рис. 58). Каждая альвеола оплетена сетью кровеносных капилляров. В них венозная кровь освобождается от углекислого газа и, насыщаясь кис­лородом, становится артериальной.

Гемоглобин отдает углекислый газ и присоединяет кислород. Газооб­мен происходит через стенки альвеол и венозных капилляров. Альвеолы

делают легкие ячеистыми, сильно увеличивая площадь их поверхности, через которую осуществляется газообмен.

Из-за насыщения крови кислородом меняется состав воздуха, побывавшего в легких. Атмосферный воздух (на вдохе) содержит 78,09% азота

(N₂), 20,95% кислорода (O₂), 0,03% углекислого газа (CO₂) и другие газы. Пройдя через легкие (на выдохе), воздух содержит уже 16% кислорода и 4% углекислого газа. Количество азота в воздухе не изменяется (рис. 59).

Таким образом, в легких кровь выделяет углекислый газ и насыща­ется кислородом. Богатая кислородом кровь по большому кругу крово­обращения разносится по всем тканям.

Газообмен в тканях. В артериальной крови кислорода больше, чем в клетках тканей. По законам диффузии молекулы любого вещества стре­мятся из области большей концентрации в область меньшей, т. е. происходит их равномерное распределение.

Через стенки капилляров кислород переходит в межклеточную, или тканевую, жидкость, а из нее – в клетки тела. В тех органах, где капилля­ров достаточно много, межклеточная жидкость не является посредником, и кислород непосредственно из капилляров переходит сквозь мембрану клеток тела в их цитоплазму. Там он используется в митохондриях для получения энергии.

Углекислый газ, напротив, из клеток переходит в кровь или в меж­клеточную жидкость, а уже затем – в кровь. Так в нашем теле артериаль­ная кровь превращается в венозную.

Таким образом, в клетках тела кровь отдает кислород и насыщается углекислым газом. Венозная кровь поступает в сердце, затем по легоч­ным артериям – в малый круг кровообращения, где в легких ей предсто­ит насыщение кислородом, отдав там углекислый газ.

Знание и понимание:

1. Как вы понимаете газообмен в легких и газообмен в тканях?
2. Что такое кардиореспираторная система?
3. Назовите процентное соотношение газов на вдохе и на выдохе.

Применение:

1. Опишите функции органов дыхания.
2. Определите связь между содержанием газов и типом крови.
3. Сравните круги кровообращения.

Анализ:

1. Изобразите в виде схемы процесс поступления и выделения газов ор­ганизмом.
2. Докажите на примерах, что дыхательная и сердечно-сосудистая систе­мы функционально взаимосвязаны.

Синтез:

1. Порассуждайте: при разложении каких органических веществ обра­зуются только углекислый газ и вода. Через какие системы и органы они будут удаляться?
2. Напишите эссе «Путешествие атома кислорода в организме человека».

Оценка:

1. Оцените роль кислорода в поддержании жизни.
2. В каком органоиде клетки объединяются конечные этапы дыхания и пищеварения? Выскажите свое мнение.

§26. Механизм вдоха и выдоха. Строение грудной клетки

Объяснять механизм вдоха и выдоха

В каком отделе головного мозга находится дыхательный центр? За что он от­вечает? Какие еще центры находятся в этом отделе? Как называется мышечная перегородка между грудной и брюшной полостями? У какого класса позво­ночных животных она появилась впервые?

Механизм вдоха и выдоха регулируется нейрогуморально. Сам вдох регулируется центральной нервной системой – нервная регуляция ды­хания. Ритмичную смену вдохов и выдохов обеспечивает дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге. В аорте и крупных арте­риях находятся специализированные клетки – хеморецепторы, которые возбуждаются при повышении концентрации СО₂ в крови. По чувстви­тельным нервам это возбуждение передается в дыхательный центр. После обработки полученной информации дыхательный центр по двигательным нейронам дает команду межреберным мышцам и диафрагме. Они сокра­щаются, и объем грудной клетки увеличивается. Давление в легких па­дает, и воздух всасывается – происходит вдох.

В тот момент, когда человек не вдыхает и не выдыхает воздух, давление во всех органах дыхания одинаковое. Оно равно атмосферному, поэтому иногда называется нулевым. В момент вдоха давление в грудной полости падает и становится ниже атмосферного. По закону Паскаля происходит вдох. Но давление в плевральной полости – снаружи легких – всегда немного ниже атмосферного. Поэтому легкие остаются в расправленном состоянии и во время покоя. При выдохе давление в легких начинает воз­растать, пока воздух их не покинет.

Это похоже на втягивание воздуха шприцем. Если, отодвигая пор­шень, вы увеличиваете объем внутри шприца, в него закачивается воздух (или жидкость).

При выдохе объем грудной клетки уменьшается. После выдоха в центр поступает сигнал от нервных окончаний, расположенных в аль­веолах, межреберных мышцах и диафрагме, о степени их растяжения и сокращения.

Дыхательный центр осуществляет также защитные рефлексы, такие как кашель и чихание. Их причиной могут оказаться химические (запахи) или механические (пыль, слизь) раздражители. Возбуждение может воз­никнуть в рецепторах носовой полости, гортани или бронхов. Происходит резкое сокращение мышц (межреберных и диафрагмы), и в результате – резкий выдох через нос (чихание) или через рот (кашель). Если причина раздражения не удалена, рефлексы могут повторяться.

Дыхание учащается при воздействии симпатической нервной системы и тормозится парасимпатической.

Гуморальная регуляция дыхания. На работу дыхательного центра вли­яет также химический состав крови. Повышение концентрации углекислого газа в крови вызывает возбуждение дыхательного центра, и дыхание учащается. Чем выше концентрация углекислого газа, тем чаще дыха­ние. Кроме того, к учащению дыхания приводит поступление в кровь адреналина (гормон надпочечников) и еще некоторых веществ.

При управлении дыханием нервная и гуморальная (через химические вещества в крови) регуляции тесно взаимосвязаны. Дыхательные движе­ния регулируются нервным центром, а нервный центр, в свою очередь, ре­агирует на состав крови, т. е. осуществляется нейрогуморальная регуляция дыхания.

Строение грудной клетки. Грудная клетка образована соединением грудных позвонков, грудных ребер и грудины в единую систему (см. рис. 70). Она служит скелетом грудной полости и защищает расположенные в ней внутренние органы: дыхательные пути, легкие, пищевод, сердце, ви­лочковую железу и др.

Дыхательные движения осуществляют межреберные мышцы и диафрагма. При вдохе межреберные мышцы приподнимают ребра. Они тянут легкие вперед и в стороны.

Диафрагма – это куполообразная мышца, отделяющая грудную по­лость от брюшной. Сокращаясь, диафрагма опускается и оттесняет ор­ганы брюшной полости вниз. Она тянет вниз и легкие. При этом объем грудной полости увеличивается, и давление в легких падает. Легкие рас­тягиваются и наполняются воздухом (рис. 60).

При выдохе объем грудной полости и легких уменьшается. Ды­хательные мышцы расслабляются. Диафрагма приподнимается, и воздух через воздухоносные пути выходит наружу. При частом дыхании сокраща­ются внутренние межреберные мышцы и мышцы брюшной стенки.

Если при дыхании наиболее активны межреберные мышцы, то такой тип дыхания называется грудным. Этот тип дыхания чаще встречается у женщин. У мужчин чаще встречается брюшной тип дыхания. У них при дыхании более активна диафрагма.

Знание и понимание:

1. Перечислите структуры, осуществляющие акт дыхания.
2. Как вы понимаете словосочетания: грудной и брюшной типы дыхания.

Применение:

1. Опишите функции дыхательного центра.
2. Определите связь между актом вдоха и потребностью организма в кис­лороде.
3. Сравните грудной и брюшной типы дыхания.

Анализ:

1. Изобразите в виде схемы механизмы вдоха и выдоха.
2. Выскажите ваше мнение о причинах, сходстве и отличиях вдоха, вы­доха, кашля и чихания.

Синтез:

1. Порассуждайте: дышал бы человек, которому кислород попадал сразу в кровь, минуя органы дыхания.
2. Определите роль различных структур в осуществлении механизмов дыхания.

Оценка:

1. После наложения кислородной маски во время операции пациент не дышит около 30 с. Молодой ассистирующий хирург собирается начать реанимацию, но опытный врач останавливает его. Спустя еще 30 с пациент начинает дышать самостоятельно. Выскажите свое мнение по поводу этого явления.
2. Оцените описанную ситуацию. Объясните произошедшее с точки зре­ния механизмов дыхания.
3. Обсудите, можно ли определить пол 3–4-месячного ребенка, укрытого по пояс пеленкой, просто наблюдая за ним?