30. Значение дыхания. Строение и функции органов и дыхания

Определения и обозначения

Дыхание — совокупность процессов поступления кислорода, удаления углекислого газа и получения энергии клетками. Поэтому дыханием называют не только вдох и выдох, но и использование кислорода внутри клеток. Это понятие связывает работу органов дыхания с жизнедеятельностью всего организма.

Газообмен — обмен кислорода и углекислого газа между воздухом, кровью и тканями. В лёгких кислород переходит в кровь, а углекислый газ удаляется из неё в воздух. В тканях направление обмена меняется: клетки получают кислород и отдают углекислый газ.

Дыхательная система — органы, обеспечивающие проведение воздуха, газообмен и дыхательные движения. К ней относят дыхательные пути, лёгкие, диафрагму и межрёберные мышцы. Такое определение помогает увидеть, что дыхание требует совместной работы нескольких органов.

Альвеолы — мелкие пузырьки лёгких, через стенки которых происходит газообмен между воздухом и кровью. Их стенки очень тонкие и окружены густой сетью капилляров. Благодаря множеству альвеол лёгкие получают большую поверхность для быстрого обмена газами.

Как это устроено

Кислород необходим клеткам для окисления органических веществ. При этом высвобождается энергия, которая используется для движения, роста, работы органов и поддержания температуры тела. Если кислорода не хватает, получение энергии нарушается, а углекислый газ накапливается.

Воздух входит через носовую полость, затем проходит через глотку, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы. Такое последовательное ветвление распределяет воздух по разным участкам лёгких и подводит его к альвеолам. Дыхательные пути служат не только трубками для проведения воздуха, но и подготовляют его к газообмену.

Слизистая оболочка задерживает пыль и увлажняет воздух, а реснички перемещают слизь с частицами к глотке. Кровеносные сосуды у поверхности слизистой согревают поступающий воздух. Хрящевые кольца трахеи и крупных бронхов не дают им спадаться, поэтому воздух может свободно проходить даже при изменениях давления.

Лёгкие эффективно обмениваются газами благодаря огромному числу альвеол и, следовательно, большой площади их поверхности. Стенки альвеол тонкие и влажные, поэтому расстояние для диффузии газов мало. Густая сеть капилляров постоянно приносит кровь с углекислым газом и уносит обогащённую кислородом кровь.

При вдохе диафрагма сокращается и опускается, а межрёберные мышцы поднимают рёбра. Объём грудной клетки увеличивается, давление воздуха в лёгких становится ниже атмосферного, и воздух входит внутрь. При выдохе мышцы расслабляются, объём уменьшается, давление повышается, поэтому воздух выходит.

Органы дыхательной системы и их функции

В таблице удобно разделять органы, которые проводят воздух, и отделы, где происходит газообмен. По второй и третьей колонкам можно восстановить связь между строением и функцией. Последняя колонка показывает, что дыхательная система одновременно обеспечивает дыхание и защищает внутреннюю среду организма.

Разбор задач

Задача 1. Почему человек не может долго задерживать дыхание?

Нужно связать задержку дыхания с изменением состава крови и работой дыхательного центра. Важно учитывать не только недостаток кислорода, но и накопление углекислого газа.

1. После прекращения дыхательных движений клетки продолжают использовать кислород и выделять углекислый газ.
2. Содержание углекислого газа в крови увеличивается, а содержание кислорода постепенно уменьшается.
3. Рецепторы передают информацию в дыхательный центр, который возбуждает дыхательные мышцы.
4. Возникает сильная потребность сделать вдох, поэтому длительно сдерживать дыхание трудно.

Ответ: человек не может долго задерживать дыхание, потому что накопление углекислого газа и недостаток кислорода возбуждают дыхательный центр и вызывают непроизвольный вдох.

Задача 2. Что происходит при вдохе?

Определим изменения последовательно: от работы мышц к движению воздуха. Нужно установить, как сокращение мышц влияет на объём грудной клетки и давление в лёгких.

1. Диафрагма сокращается и опускается, а наружные межрёберные мышцы поднимают рёбра.
2. Объём грудной клетки и лёгких увеличивается.
3. Давление воздуха в лёгких становится ниже атмосферного.
4. Воздух движется внутрь по дыхательным путям, направляясь к альвеолам.

Ответ: при вдохе сокращение дыхательных мышц увеличивает объём грудной клетки, снижает давление в лёгких и вызывает поступление воздуха.

Задача 3. Почему повреждение альвеол или заполнение их жидкостью нарушает снабжение кислородом?

Газообмен зависит от площади поверхности альвеол и расстояния, которое проходят молекулы газов. Поэтому нужно сравнить нормальные условия с повреждением или заполнением альвеол.

1. В норме многочисленные альвеолы создают большую поверхность, а их тонкие влажные стенки позволяют газам быстро диффундировать.
2. При разрушении альвеол площадь газообмена уменьшается.
3. Если альвеолы заполнены жидкостью, путь для кислорода к капиллярам становится толще.
4. Кровь получает меньше кислорода, поэтому ткани испытывают его недостаток.

Ответ: повреждение уменьшает площадь газообмена, а жидкость утолщает барьер между воздухом и кровью; в обоих случаях диффузия кислорода замедляется.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Дыханием считают только вдох и выдох, забывая о газообмене и клеточном использовании кислорода. Так происходит из-за привычки называть дыханием видимые движения грудной клетки. Проверка простая: вспомните, где образуется энергия и что происходит с газами в тканях.

Ошибка 2. Дыхательные пути путают с лёгкими и считают, что газообмен идёт в трахее. Трахея и бронхи в основном проводят воздух, а обмен происходит в альвеолах. Проверьте себя вопросом: есть ли в данном отделе тонкая стенка и густая сеть капилляров?

Ошибка 3. Иногда говорят, что лёгкие сами активно расширяются при вдохе. На самом деле их объём изменяется вслед за движением грудной клетки и диафрагмы. Чтобы проверить ответ, сначала назовите работающие мышцы, затем изменение объёма и давления.

Ошибка 4. Газообмен объясняют активной работой дыхательных мышц. Мышцы только обеспечивают вентиляцию, а переход кислорода и углекислого газа через альвеолярную стенку идёт благодаря диффузии. Значит, нужно различать движение воздуха и обмен молекулами между воздухом и кровью.

Связь с другими темами

Для понимания дыхания нужны знания о составе клетки, органических веществах и окислении. Также важно знать роль крови, которая переносит вещества между органами и тканями.

С кровообращением дыхание связано напрямую: кровь доставляет кислород от лёгких к тканям, а углекислый газ переносит от тканей к лёгким. Поэтому нарушение работы одного из процессов отражается на другом.

Тема пригодится при изучении энергетического обмена, регуляции дыхания и профилактики болезней органов дыхания. Она также помогает понять вред курения и значение чистого воздуха для организма.

Что запомнить

• Главное значение дыхания — снабжение клеток кислородом и удаление углекислого газа.
• Дыхательная система включает дыхательные пути и лёгкие.
• В носовой полости воздух очищается, согревается и увлажняется.
• Газообмен происходит в альвеолах через тонкие стенки, окружённые капиллярами.
• Вдох обеспечивается увеличением объёма грудной клетки и снижением давления в лёгких.
• Кислород используется клетками для получения энергии при окислении органических веществ.