Кровь, которая попадает в лёгкие, бедна кислородом и насыщена углекислым газом. Воздух в лёгочных альвеолах наоборот богат кислородом. Кровь, проходя через лёгкие, насыщается кислородом и разносит его по тканям и органам.
145. Дополните предложения.
Основные дыхательные мышцы – это наружние и внутренние межрёберные мышцы и диафрагма. В осуществлении глубокого вдоха принимают участие также мышцы шеи, стенок грудной полости и живота.
146. Почему принятие большого количества пищи затрудняет дыхание?
Обильное питание затрудняет дыхание следующим образом: вещества из пищи быстро всасываются и попадают в кровь, включаясь в обмен веществ. А обмен веществ — это и есть дыхание. Дыхание клеток нарушается, идет сигнал в дыхательный центр, появляется одышка, дыхание затрудняется.
147. Запишите определение.
Жизненная ёмкость лёгких – это максимальное количество воздуха, выдыхаемое после самого глубокого вдоха.
148. Как осуществляется регуляция дыхательных движений?
Дыхательные движения регулируются либо корой головного мозга (произвольное дыхание), либо продолговатым мозгом (непроизвольное дыхание).
149. Выполните лабораторную работу «Определение частоты дыхания».
1. Посчитайте, сколько дыхательных движений (вдохов-выдохов) вы совершаете в течение 1 мин, сидя спокойно за столом. Запишите полученный результат.
2. Сделайте 20 приседаний. Посчитайте, сколько дыхательных движений в 1 мин вы совершили после физической нагрузки. Запишите полученный результат.
3. Сделайте вывод об изменении частоты дыхания при изменении условий.
При физических нагрузках возрастает потребность организма в кислороде, поэтому частота дыхания увеличивается.
Легкие
Строение легких
Легкие — парные органы, расположенные в грудной полости. Состоят из долей: правое легкое содержит три доли, левое — две. Легочная ткань состоит из пузырьков — альвеол, в которых происходит жизненно важный процесс — газообмен между кровью и атмосферным воздухом.
Легкое покрыто оболочкой — плеврой, которая переходит с поверхности легких на внутренние стенки грудной клетки. Между двумя листками плевры образуется плевральная полость, давление в которой ниже атмосферного (его называют отрицательным давлением), что имеет принципиальное значения для акта вдоха и выдоха.
Газообмен в легких и тканях
Воздух перемещается по воздухоносным путям и, наконец, достигает мельчайшей структуры легкого — легочного пузырька, или альвеолы. Стенка альвеолы оплетена густой сетью капилляров — сосудов с тонкой стенкой, через которую происходит диффузия газов: из крови в альвеолу выходит углекислый газ, а в кровь из альвеолы поступает кислород.
Кислород, растворившийся в крови, по кровеносным сосудам достигает внутренних органов и тканей организма. Замечу, что перемещаясь по крови, газы образуют соединения с гемоглобином эритроцитов:
- Кислород (O2) — оксигемоглобин
- Углекислый газ (CO2) — карбгемоглобин
- Угарный газ (CO) — карбоксигемоглобин
Соединение гемоглобина с угарным газом гораздо устойчивее, чем остальные: угарный газ легко выигрывает в конкуренции с кислородом и занимает его место. Этим объясняются тяжелые последствия отравлений угарным газом, который быстро скапливается при пожаре в замкнутом помещении.
По мере того, как кровь отдает углекислый газ и принимает кислород, из венозной крови (бедной кислородом) она превращается в кровь артериальную. В тканях происходит обратный процесс: клетки нуждаются в кислороде, необходимом для тканевого дыхания, а углекислый газ, побочный продукт обмена веществ, требует удаления из клетки в кровь.
Я часто спрашиваю учеников — «Что движет газом, что заставляет, к примеру, кислород перемещаться сначала из альвеолы в кровь, а в тканях — из крови к клеткам?» Запомните, что этой движущей силой является разность парциальных давлений газов.
Парциальным давлением газа называют ту часть от общего объема газа, которая приходится на долю данного газа. Не рекомендую вам заучивать таблицу, приведенную выше, но для понимания она весьма хороша.
Заметьте, парциальное давление кислорода в альвеоле 100-110, а в венозной крови капилляра, оплетающего стенку альвеолы, давление кислорода 40. Таким образом, кислород устремляется из области большего давления в область меньшего — из альвеолы в кровь.
Происходящие перемещения газов можно легко зафиксировать, измерив концентрацию газов во вдыхаемом и выдыхаемом человеком воздухе. Вероятно, многие из этих данных вам не пригодятся, но призываю вас запомнить, что в окружающем воздухе 21% кислорода и 0,03% углекислого газа — это важная информация.
Читайте также: Своими руками платья из ткани куклами
Важное значение в транспорте газов имеет жидкость, покрывающая стенки альвеол — сурфактант. Изначально кислород растворяется в сурфактанте и только после этого диффундирует через стенку капилляра, попадая в кровь. Сурфактант также препятствует слипанию (спаданию) стенок альвеол во время выдоха.
Жизненная емкость легких
Одним из физиологически важных показателей является жизненная емкость легких (ЖЕЛ). ЖЕЛ — максимальное количество воздуха, которое человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха.
Этот показатель весьма вариабельный, в среднем ЖЕЛ взрослого человека около 3500 см 3 . У спортсменов ЖЕЛ больше на 1000-1500 см 3 , а у пловцов может достигать 6500 см 3 . Чем больше ЖЕЛ, тем больше воздуха поступает в легкие и кислорода — в кровеносную систему, что очень важно для клеток тканей во время занятий спортом.
ЖЕЛ легко измеряется с помощью специального прибора — спирометра (от лат. spirare — дышать).
Механизм легочного дыхания
Между наружной поверхностью легкого и стенками грудной клетки имеется плевральная полость, которая играет важнейшую роль в процессе вдоха и выдоха, а также уменьшает трение легких при дыхательных движениях.
Давление в плевральной полости всегда ниже на 5-7 мм. рт. ст. атмосферного давления, поэтому легкие постоянно находятся в расправленном состоянии, скреплены через плевру со стенками грудной полости.
Вообразите: легкое подтягивается к плевре, которая скреплена с грудной клеткой. А грудная клетка постоянно совершает дыхательные движения, расширяясь и сужаясь, таким образом, легкое следует за дыхательными движениями грудной клетки.
Остается разобраться, как происходят эти дыхательные движения? Причина этому — сокращения и расслабления межреберных мышц, в результате которых грудная клетка соответственно — поднимается и опускается. Сейчас мы детально обсудим механизм вдоха и выдоха.
При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы, при этом ребра поднимаются, и грудина отодвигается вперед — грудная клетка расширяется в передне-заднем и фронтальном (в стороны) направлениях. Диафрагма — дыхательная мышца, во время вдоха сокращается и опускается вниз: грудная клетка расширяется в вертикальном направлении.
При выдохе сокращаются внутренние межреберные мышцы, ребра опускаются, грудина отодвигается назад — грудная клетка сужается в передне-заднем и фронтальном (в стороны) направлениях. Диафрагма во время выдоха расслабляется и поднимается вверх: грудная клетка сужается в вертикальном направлении. Благодаря этим движениям осуществляется вдох и выдох.
Можем ли мы брать под контроль свое дыхание? Легко. Но ведь мы далеко не всегда его контролируем даже в течение дня, не говоря о ночи. Процессом дыхания управляет дыхательный центр, расположенный в продолговатом отделе головного мозга. Дыхательный центр обладает автоматией — периодически импульсы сами поступают к дыхательным мышцам, к примеру — во время сна.
Состав крови сильно влияет на интенсивность дыхания. В многочисленных опытах было выявлено, что увеличение концентрации CO2 возбуждает дыхательный центр. Этим можно объяснить учащение дыхания во время физической нагрузки, к примеру, бега, когда в клетках мышц ног идет активное образование CO2 и поступление его в кровь, дыхание учащается рефлекторно.
Рефлекторную регуляцию дыхания наиболее ярко доказывает опыт с перекрестным кровообращением, при котором соединены кровеносные системы двух собак. При пережатии трахеи у первой собаки останавливается дыхание, и углекислый газ перестает удаляться из крови — его концентрация в крови возрастает, что приводит к возникновению одышки (учащенного дыхания) у второй собаки.
Пневмоторакс
В норме давление в плевральной полости отрицательное, оно обеспечивает растяжение легких. Однако при ранениях грудной клетки целостность плевральной полости может нарушаться: в таком случае давление в полости становится равным атмосферному.
Нарушение целостности плевральной полости называют — пневмоторакс (от др.-греч. πνεῦμα — дуновение, воздух и θώραξ — грудь). При наступлении пневмоторакса легкие спадаются и перестают участвовать в дыхании.
Горная и кессонная болезни
Альпинисты и любители горных походов (особенно новички) часто сталкиваются с горной болезнью. Это состояние возникает из-за того, что при подъеме на высоту парциальное давление кислорода падает, и его концентрация в крови не соответствует потребностям организма — ниже, чем должна быть.
Читайте также: Неоднородная структура мягких тканей
Поначалу горная болезнь проявляется эйфорией (беспричинной радостью) и учащением пульса. Если покорение горных вершин продолжается, то к этим симптомам постепенно присоединяется апатия (состояние равнодушия), мышечная слабость, судороги и головная боль.
Что же делать, спросите вы? Необходимо немедленно прекратить дальнейший подъем, при усилении симптомов — начать спуск. Лучше всего предупредить горную болезнь, следуя правилу — не увеличивать высоты ночевки более чем на 300-600 метров.
Кессонная болезнь возникает у водолазов, связана с увеличением парциального давления газа — азота, которое возникает при погружении под воду. Существует закономерность: чем глубже водолаз опускается, тем больше становится растворенного в крови азота. В чем же опасность того, что азот растворяется в крови?
При резком быстром подъеме растворимость азота в крови понижается, и кровь буквально вскипает. Только представьте, в сосудах возникают настоящие пузыри газа! Они могут закупорить сосуды легких, сердца, других внутренних органов, в результате чего кровообращение остановится, и последствия могут быть самыми печальными, вплоть до летального исхода.
Как же предупредить кессонную болезнь? Можно использовать в дыхательной смеси вместо азота газ гелий, который не приводит к таким последствиям. Также необходимо придерживаться правила постепенного подъема, с остановками, избегать резкого всплытия.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Дыхательная система человека: жизненная емкость легких, газообмен в тканях и легких и регуляция дыхания
Строение органов дыхания
Пройдемся кратко по дыхательной системе человека.
С помощью кислорода, поступающего вместе с воздухом, в организме человека происходит процесс окисления. Кислород, который поступает в организм, окисляется, и вместо него человек выдыхает углекислый газ. После этого в клетках осуществляется бескислородное окисление органических веществ — такой процесс называется гликолизом.
Процесс дыхания состоит из 2 этапов:
- Внешнего. На этом этапе атмосферный воздух обменивается на воздух из альвеол.
- Внутреннего. Здесь митохондрии потребляют кислород, в результате чего образуется углекислый газ.
Дыхательная система человека
Дыхательная система кратко — это комплекс, состоящий из дыхательных путей и легких. Дыхательные пути — это:
На рисунке ниже представлено строение дыхательной системы человека.
Воздухоносные пути
От дыхательной системы человека на рисунке перейдем к воздухоносным путям.
Что собой представляют воздухоносные пути? Это целый лабиринт, который образуют множество перегородок и хрящевых выростов. Согревание атмосферного воздуха происходит в носовой полости. Происходит это за счет наличия густой сети кровеносных сосудов, которые пронизывают слизистую оболочку носовых ходов и носоглотки.
Также происходит увлажнение воздуха, очищение его от пыли и обеззараживание — благодаря слизи, которая скапливается на реснитчатом эпителии тканей воздухоносных путей.
Человек может чувствовать запах воздуха, который он вдыхает — в этом ему помогает обонятельный анализатор. Следующий этап — воздух проходит через хоаны в гортань. Здесь находятся голосовые связки, которые составляют голосовой аппарат: они находятся между черпаловидным и щитовидным хрящом в виде двух парных складок слизистой оболочки. Плотность складок и сила их натяжения формируют тембр голоса.
При дыхании голосовая щель открыта свободно. Но если в глотку попадает пища, надгортанник закрывает вход в гортань.
Гортань плавно перетекает в трахею.
Трахея — мышечная трубка длиной примерно 13 см, которую поддерживают хрящевые кольца.
Трахея делится на два бронха, ветвящиеся в виде бронхиол и образующие бронхиальное дерево.
Легкие человека
Легкие находятся в грудной клетке: из надежно защищают ребра. Правое легкое включает 3 доли, левое — 2.
Ацинус — структурная единица легкого, совокупность бронхиол и альвеол, внешне напоминающие гроздь винограда.
Воздух попадает в альвеолы после того как проходит через трахею, бронхи и бронхиолы. Внутреннюю поверхность альвеол устилает суфрактант.
Суфрактант — пленка, обладающая бактерицидными свойствами, за счет которой альвеолы не слипаются.
Количество альвеол достигает 700 млн. Общая дыхательная поверхность составляет примерно 120 кв. м. Легкие защищают серозные мешки, состоящие из двух слоев: внутреннего (висцерального) и наружного (париетального). Наружный слой срастается со стенкой грудной полости. Между двумя слоями располагается плевральная полость — она сохраняет постоянное давление ниже атмосферного.
Читайте также: Как делают гистологию тканей
Ранение в плевральную полость приводит к попаданию в него воздуха. В результате наступает пневматоракс — легкое при вдохе перестает растягиваться и дыхательный цикл нарушается.
Жизненная емкость легких
Что такое жизненная емкость легких или кратко ЖЕЛ?
Жизненная емкость легких — максимальное количество воздуха, которое может выдохнуть человек после глубокого вдоха.
ЖЕЛ включает несколько вариантов объема:
- дыхательный. Количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает, находясь в спокойном состоянии;
- дополнительный. Количество воздуха, выдыхыаемое человеком после спокойного вдоха;
- резервный. Воздух, которой человек может выдохнуть после спокойного выдоха.
Отметим, что легкие содержат воздух, который люди ни при каких обстоятельствах не смогут выдохнуть — остаточный объем, составляющий примерно 1000 см3.
Также стоит упомянуть о дыхательном мертвом пространстве — части дыхательных путей, где газообмен не происходит.
Газообмен в тканях и легких
При вдохе происходит смешение поступающего в легкие воздуха с воздухом, который находился в дыхательных путях после выдоха. Это говорит о том, что даже альвеолы при выдохе полностью не спадаются.
При дыхании замена воздуха в легких на новый происходит только на 15%. Происходит смешение свежего воздуха с тем, который уже был внутри.
Газы движутся в легких согласно законам парциального давления.
Парциальное давление — давление, которое газ оказывает в общей смеси газов.
Парциальное давление кислорода в альвеолах составляет 100 мм ртутного столба, в венозной крови — 40 мм ртутного столба. По этой причине кислород из альвеол переходит в кровяное русло. Парциальное давление углекислого газа в крове выше, чем в альвеолах — это объясняет тот факт, что углекислый газ покидает кровь и стремится к альвеолам.
В 99% весь кислород в крови находится в соединении с гемоглобином. 1% — доля растворенного в крови кислорода.
Транспортировка углекислого газа в большинстве случаев осуществляется не в чистом виде, а в различных соединениях — так образуются гидрокарбонаты и карбгемоглобин.
Регуляция дыхания
Регуляция дыхания происходит в зависимости от ситуации и того, насколько организм нуждается в кислороде. Под регуляцией понимают изменение глубины и частоты дыхания, которые происходят за счет нервной и гуморальной систем.
Дыхательный центр продолговатого мозга (в нем есть отдел вдоха и отдел выдоха) осуществляет нервную регуляцию.
У отдела вдоха есть анатомия: раз в 4 секунды здесь появляется возбуждение, которое идет к дыхательным путям — так происходит вдох. Когда альвеолы растягиваются, то в их стенках возникает возбуждение. Это возбуждение проводится по блуждающему нерву к центру выдоха, центр вдоха тормозится. Затем следует выдох, стенки альвеол спадаются, рецепторы возбуждаются на сжатие. От рецепторов импульсы проводятся в центр вдоха — происходит вдох.
Из описанного выше следует, что вдох рефлекторно вызывает выдох и наоборот.
На дыхательные движения влияет также кора больших полушарий, в результате чего люди сознательно могут менять частоту и глубину дыхательных движений.
Человек не думает о вдохе и выдохе: все происходит само по себе автоматически. Однако существует нервная регуляция, руководящая процессом дыхания. У продолговатого мозга есть два отдела:
- отвечающий за вдох;
- отвечающий за выдох.
Дыхательные мышцы получают сигнал от продолговатого мозга и начинают совершать движения, которые способствуют вдоху. После вдоха и растяжения альвеол поступает сигнал на выдох. Как только произошел выдох и сжатие стенок легких, поступает новый сигнал на вдох. Так повторяется снова и снова и образуется дыхательный цикл: вдох становится толчком для выдоха, а выдох — для вдоха.
Кашель (резкий выдох через рот) и чихание (резкий выдох через нос) — эффективные защитные опции дыхательной системы. Мы чихаем и кашляем по одной причине: когда происходит попадание чужеродного компонента на рецептор носовой полости или гортани. Рецепторы в таком случае мгновенно реагируют отсылкой сигнала продолговатому мозгу, который подает сигнал резко выдохнуть — чтобы очистить полости от чужеродных веществ.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом