Дыхание

Определения и обозначения

Дыхание — совокупность процессов, обеспечивающих поступление кислорода в организм и удаление углекислого газа. Это не только движение воздуха в лёгкие и обратно: в дыхание входят газообмен, перенос газов кровью и их использование клетками. Такое определение помогает увидеть, как работа органов связана с жизнедеятельностью всего организма.

Дыхательные пути — органы, по которым воздух проходит к лёгким и обратно. К ним относятся носовая полость, глотка, гортань, трахея и бронхи. Они проводят воздух и подготавливают его к газообмену, поэтому их состояние влияет на то, насколько эффективно организм получает кислород.

Газообмен — обмен кислородом и углекислым газом между организмом и окружающей средой, а также между кровью и тканями. В лёгких кислород поступает из воздуха в кровь, а углекислый газ движется в обратном направлении. В тканях направление обмена меняется: клетки получают кислород, а кровь забирает образовавшийся углекислый газ.

Жизненная ёмкость лёгких — наибольший объём воздуха, который человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. Она показывает, сколько воздуха человек способен переместить при максимально полном вдохе и выдохе. Этот показатель не равен объёму обычного спокойного вдоха, поскольку при повседневном дыхании используется лишь часть дыхательных возможностей.

Как это устроено

Воздух проходит через носовую полость, глотку, гортань, трахею и бронхи, а затем достигает лёгких. В носу он соприкасается со слизистой оболочкой и её густой сетью кровеносных сосудов. Слизь увлажняет воздух и задерживает часть пыли, а кровь согревает его. Благодаря такой подготовке в нижние дыхательные пути поступает более тёплый, влажный и чистый воздух.

Стенки трахеи и крупных бронхов содержат хрящевые элементы, которые поддерживают их просвет и не дают трубкам спадаться при дыхании. Внутри дыхательные пути выстланы слизистой оболочкой: слизь прилипает к пыли и некоторым микроорганизмам. Мелкие реснички постоянно перемещают эту слизь в сторону глотки, откуда она удаляется или проглатывается. Поэтому воздух очищается не только в носовой полости, но и по пути к лёгким.

Лёгкие состоят из разветвлённых бронхов, которые переходят в более мелкие трубочки и заканчиваются альвеолами — крошечными воздушными пузырьками. Альвеол очень много, поэтому общая площадь их поверхности велика. Их стенки тонкие и влажные, а снаружи оплетены капиллярами — мельчайшими кровеносными сосудами. Такая близость воздуха и крови сокращает путь, который должны преодолеть газы, и облегчает их обмен.

В альвеолах кислород переходит в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух альвеол. Газы перемещаются через тонкие стенки туда, где их содержание относительно ниже: это явление называют диффузией. В воздухе альвеол кислорода больше, чем в притекающей венозной крови, поэтому он поступает в кровь. Углекислого газа больше в этой крови, чем в альвеолярном воздухе, поэтому он выходит из крови в альвеолы и удаляется при выдохе.

Вдох и выдох возникают не из-за самостоятельного активного расширения и сжатия лёгких, а благодаря движениям грудной клетки и дыхательных мышц. При вдохе диафрагма сокращается и опускается, а межрёберные мышцы поднимают рёбра. Объём грудной клетки и лёгких увеличивается, давление внутри лёгких становится ниже атмосферного, и воздух входит. При расслаблении мышц объём уменьшается, давление повышается, и воздух выходит; такой выдох при спокойном дыхании обычно происходит без заметного усилия.

Этапы дыхания и перемещение газов

Читайте таблицу сверху вниз: так можно проследить путь газов от движения воздуха до клеточных процессов. Обратите внимание, что перемещение кислорода и углекислого газа на разных этапах происходит в противоположных направлениях. Вентиляция обновляет воздух, а непосредственный обмен газов происходит через стенки альвеол и капилляров.

Разбор задач

Задача. Проследите путь воздуха от носовой полости до альвеол и назовите органы, через которые он проходит. Нужно восстановить последовательность дыхательных путей, не пропуская органы, через которые воздух движется к лёгким. Удобно идти от верхних отделов дыхательной системы к нижним.

1. После носовой полости воздух попадает в глотку, а затем в гортань.
2. Из гортани он проходит в трахею; трахея разделяется на два главных бронха, ведущих к лёгким.
3. Внутри лёгких бронхи многократно ветвятся и переходят в мелкие трубочки, заканчивающиеся альвеолами.

Ответ. Носовая полость → глотка → гортань → трахея → бронхи → мелкие дыхательные трубочки → альвеолы. Альвеолы — конечные воздушные отделы лёгких, где происходит газообмен.

Задача. Объясните, в каком направлении перемещаются кислород и углекислый газ при газообмене в лёгких и почему. Для ответа сравните содержание каждого газа в альвеолярном воздухе и крови, которая подходит к лёгким. Газы переходят через стенку в сторону меньшего содержания.

1. В альвеолярном воздухе кислорода больше, чем в притекающей крови, поэтому кислород проходит через стенки альвеолы и капилляра в кровь.
2. В крови углекислого газа больше, чем в воздухе альвеол, поэтому он диффундирует из крови в альвеолы.
3. При следующем выдохе углекислый газ покидает лёгкие вместе с воздухом.

Ответ. Кислород перемещается из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы. Причина — различие содержания газов по обе стороны тонкой стенки.

Задача. Опишите, что происходит при вдохе с диафрагмой, рёбрами, объёмом грудной клетки и давлением в лёгких. Здесь важно не просто перечислить изменения, а расположить их в причинной последовательности. Изменение давления объясняет, почему воздух начинает двигаться внутрь.

1. Диафрагма сокращается и опускается, а межрёберные мышцы поднимают рёбра.
2. Грудная клетка расширяется, вслед за ней увеличивается объём лёгких.
3. Давление в лёгких становится ниже атмосферного, поэтому воздух движется внутрь.

Ответ. При вдохе диафрагма опускается, рёбра поднимаются, объём грудной клетки увеличивается, а давление в лёгких снижается. Из-за разницы давлений воздух входит в лёгкие.

Типичные ошибки

• Ошибка: считать, что лёгкие сами активно расширяются и сжимаются. Так думают, потому что именно лёгкие наполняются воздухом, но их объём меняется вслед за движением грудной клетки и дыхательных мышц. Проверьте себя: назовите, что делают диафрагма и рёбра при вдохе.
• Ошибка: считать трахею или бронхи местом основного газообмена. Эти органы проводят воздух, а основная его передача в кровь и обратно идёт через альвеолы. Проверьте себя вопросом: где тонкие стенки контактируют с капиллярами?
• Ошибка: направлять кислород и углекислый газ в одну сторону при обмене в лёгких. Это происходит, если не различать, какой газ содержится в большем количестве в воздухе альвеол, а какой — в крови. Проверьте направление отдельно для каждого газа: кислород идёт в кровь, углекислый газ — в альвеолы.
• Ошибка: путать движения диафрагмы и рёбер при вдохе и выдохе. Путаница возникает, если запомнить только, что грудная клетка движется, но не связать это с изменением её объёма. При вдохе объём увеличивается, диафрагма опускается и рёбра поднимаются; при выдохе происходит обратное.

Связь с другими темами

Для понимания дыхания пригодятся знания о строении клетки, составе воздуха и роли кислорода в жизнедеятельности организма. Кислород нужен клеткам для процессов, связанных с получением энергии, а углекислый газ образуется в ходе клеточного обмена. Поэтому дыхание тесно связано с обменом веществ.

Связь дыхания с кровообращением объясняет, как кислород доставляется от лёгких к тканям, а углекислый газ возвращается обратно. При изучении кровообращения можно проследить этот путь по сосудам. Знания о газообмене также помогут понять, почему при физической нагрузке меняются дыхание и работа сердца.

Что запомнить

• Дыхание включает вентиляцию лёгких, газообмен, перенос газов кровью и клеточные процессы.
• Воздух проходит по дыхательным путям к альвеолам.
• В альвеолах кислород поступает в кровь, а углекислый газ переходит из крови в воздух.
• Газообмен происходит через тонкие стенки альвеол и капилляров.
• Вдох связан с увеличением объёма грудной клетки, выдох — с его уменьшением.
• Реснички и слизь дыхательных путей помогают очищать вдыхаемый воздух.