§ 24. Строение легких. Газообмен в легких и тканях

Определения и обозначения

Альвеола — маленький воздушный пузырёк на конце бронхиолы. Именно у её стенки происходит основной обмен газов между воздухом и кровью, поэтому множество альвеол помогает лёгким выполнять дыхательную функцию.

Газообмен в лёгких — переход кислорода из воздуха альвеол в кровь и углекислого газа из крови в альвеолы. Он позволяет крови получить кислород, необходимый клеткам, и освободиться от углекислого газа, который нужно удалить при выдохе.

Газообмен в тканях — переход кислорода из крови в клетки и углекислого газа из клеток в кровь. Благодаря этому клетки получают кислород для своей работы, а образующийся в них углекислый газ попадает в кровь.

Диффузия — перемещение частиц из области, где их больше, туда, где их меньше. Этот процесс объясняет, почему каждый газ проходит через тонкую стенку в своём направлении: туда, где его содержание ниже.

Как это устроено

От крупных бронхов отходят всё более мелкие ветви, которые называются бронхиолами. Такое разветвление распределяет вдыхаемый воздух по разным участкам лёгких, а не направляет его только в одну точку. На концах бронхиол расположены альвеолы, поэтому воздух достигает множества мест газообмена.

Альвеола имеет тонкую влажную стенку, а снаружи её оплетает густая сеть капилляров — мельчайших кровеносных сосудов. Воздуху не приходится преодолевать толстый слой ткани, чтобы приблизиться к крови. Такая близость и малая толщина стенок облегчают переход кислорода и углекислого газа.

В альвеолярном воздухе кислорода больше, чем в крови, которая поступила к лёгким, поэтому кислород движется через стенки в кровь. Углекислого газа в этой крови больше, чем в воздухе альвеол, и он проходит в обратную сторону. Направление перехода каждого газа определяется разницей его содержания по обе стороны стенок, а не общим движением воздуха или крови.

Кровь принимает кислород в лёгких и переносит его по сосудам к тканям. У клеток кислород переходит из крови туда, где его меньше, поскольку клетки используют его в своей работе. Углекислый газ, образовавшийся в клетках, поступает в кровь и с ней направляется к лёгким.

В тканях кислорода в крови больше, чем в клетках, а углекислого газа, наоборот, больше в клетках, чем в крови. Поэтому кислород выходит из капилляров к клеткам, а углекислый газ движется из клеток в капилляры. Так направления перехода газов в тканях противоположны их направлениям в лёгких.

Сравнение газообмена в лёгких и тканях

Сопоставляй не только место обмена, но и источник каждого газа: в лёгких это альвеолярный воздух и кровь, а в тканях — кровь и клетки. Таблица помогает проверить направление перехода кислорода и углекислого газа отдельно.

Разбор задач

Задача 1. Укажите, в каком направлении кислород переходит между воздухом альвеол и кровью. Чтобы ответить, нужно сравнить содержание кислорода по обе стороны стенки и применить правило диффузии.

1. В альвеолярном воздухе кислорода больше, чем в крови, поступившей к лёгким.
2. При диффузии частицы перемещаются туда, где их меньше.
3. Значит, кислород проходит из альвеол через их тонкую стенку и стенку капилляра в кровь.

Ответ: кислород переходит из воздуха альвеол в кровь.

Задача 2. Определите, какие газы переходят между кровью и клетками работающей мышцы и в каком направлении. Рабочим клеткам требуется кислород, а в процессе их работы образуется углекислый газ.

1. Кровь приносит кислород к капиллярам мышцы, поэтому его содержание в крови выше, чем в клетках.
2. Кислород переходит из крови в клетки, где используется.
3. Клетки выделяют углекислый газ, и его содержание в них становится выше, чем в крови; газ переходит в кровь.

Ответ: кислород движется из крови в клетки мышцы, а углекислый газ — из клеток в кровь.

Задача 3. Проследите путь кислорода от вдохнутого воздуха до клетки, а затем путь углекислого газа от клетки наружу. Разделите путь на участки: движение воздуха, обмен в лёгких, перенос кровью и обмен в тканях.

1. Вдохнутый воздух проходит по дыхательным путям через бронхи и бронхиолы и достигает альвеол.
2. В альвеолах кислород переходит в кровь, а кровь переносит его по сосудам к тканям.
3. В тканях кислород выходит из крови в клетки; образовавшийся в них углекислый газ переходит в кровь.
4. Кровь доставляет углекислый газ к лёгким, он переходит в альвеолы и удаляется с выдохом.

Ответ: кислород проходит путь от воздуха альвеол через кровь к клетке, а углекислый газ — от клетки через кровь в альвеолы и наружу с выдохом.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что кислород и углекислый газ одновременно идут в одну сторону. Так думают, если воспринимают газообмен как единый поток; на деле направление каждого газа зависит от того, где его больше. Проверь себя: проследи кислород и углекислый газ отдельно и сравни их содержание по обе стороны стенки.

Не путай обмен в лёгких и тканях: в тканях кислород уходит из крови к клеткам, а в лёгких — из альвеол в кровь. Путаница возникает, когда оба процесса называют просто дыханием, не уточняя место. Чтобы проверить себя, сначала назови место обмена, а затем укажи источник и направление каждого газа.

Неверно считать, что основной газообмен происходит в крупных дыхательных путях. Там воздух перемещается, а главные места его обмена с кровью — альвеолы, соприкасающиеся с капиллярами. Проверь ответ вопросом: есть ли рядом с указанным участком тонкая стенка альвеолы и сеть капилляров?

Кровь не производит кислород, а переносит его от лёгких к тканям; углекислый газ она переносит от тканей к лёгким. Ошибка может появиться из-за того, что кровь называют источником кислорода для клеток. Уточни путь: кислород сначала поступает в кровь из альвеол, а затем переходит из крови в клетки.

Связь с другими темами

Чтобы понять путь воздуха до альвеол, нужно вспомнить строение органов дыхательной системы и последовательность дыхательных путей от носовой полости до лёгких. Состав воздуха помогает разобраться, какие газы участвуют в обмене, а роль крови — понять, как они переносятся между органами. Эта тема пригодится при изучении дыхания клеток, кровеносной системы и реакции организма на физическую нагрузку: работающим мышцам требуется больше кислорода, а углекислый газ нужно быстрее удалять.

Что запомнить

• Бронхи и бронхиолы разветвляются и заканчиваются альвеолами.
• Тонкие стенки альвеол и капилляров облегчают обмен газов.
• В лёгких кислород переходит из альвеол в кровь.
• В лёгких углекислый газ переходит из крови в альвеолы.
• В тканях кислород переходит из крови в клетки.
• В тканях углекислый газ переходит из клеток в кровь.