28. Строение и функции органов дыхания

Определения и обозначения

Дыхательная система — совокупность органов, которые проводят воздух и обеспечивают газообмен между организмом и окружающей средой. Она нужна, чтобы клетки получали кислород для жизненных процессов, а образующийся углекислый газ удалялся. В её работе участвуют дыхательные пути и лёгкие, а движения воздуха обеспечивают дыхательные мышцы.

Дыхательные пути — полости и трубки, по которым воздух движется от внешней среды к лёгким и обратно. К ним относятся носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы. Их задача не ограничивается проведением воздуха: они задерживают часть пыли, согревают и увлажняют его.

Альвеолы — микроскопические пузырьки на концах мельчайших ветвей бронхов. Их тонкие влажные стенки соприкасаются с капиллярами — самыми узкими кровеносными сосудами. Поэтому кислород может перейти из воздуха в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы.

Газообмен — переход кислорода и углекислого газа между воздухом альвеол и кровью. Он необходим, чтобы кровь переносила кислород к тканям и забирала из них углекислый газ. Газообмен происходит благодаря различию содержания этих газов по разные стороны тонкой стенки альвеолы.

Как это устроено

Воздушный путь начинается в носовой полости. Её слизистая оболочка выделяет слизь, к которой прилипают пыль и некоторые микроорганизмы, а реснички помогают перемещать загрязнения наружу или к глотке. Богатая кровеносными сосудами оболочка согревает воздух, а влажная поверхность увлажняет его, поэтому в лёгкие он поступает подготовленным.

Из носовой полости воздух проходит через глотку в гортань. Глотка служит общим участком для дыхательной и пищеварительной систем, поэтому при глотании над входом в гортань закрывается надгортанник и пища не попадает в дыхательные пути. В гортани расположены голосовые связки: выдыхаемый воздух заставляет их колебаться, и возникает звук.

Дальше воздух движется по трахее — трубке, стенки которой укреплены хрящевыми полукольцами. Хрящ не даёт трахее спадаться при вдохе и выдохе, а реснитчатая слизистая помогает удалять попавшие частицы. Внизу трахея делится на два главных бронха, ведущих в правое и левое лёгкое.

Внутри лёгких бронхи многократно ветвятся и становятся всё тоньше, образуя бронхиолы. Такое разветвление распределяет воздух по большой площади лёгких, где он достигает многочисленных альвеол. Чем больше площадь контакта воздуха с капиллярами, тем эффективнее может проходить газообмен.

Стенки альвеол очень тонкие и окружены густой сетью капилляров. Кислород из альвеолярного воздуха проходит через стенку в кровь, а углекислый газ движется в обратном направлении и затем удаляется при выдохе. Газообмену помогают тонкие влажные поверхности и постоянное обновление воздуха при дыхательных движениях.

Лёгкие сами не расширяются за счёт собственных мышц: их объём меняется вслед за движением грудной клетки. При вдохе сокращаются диафрагма и наружные межрёберные мышцы, грудная полость увеличивается, и воздух поступает внутрь. При расслаблении мышц объём грудной полости уменьшается, поэтому воздух выходит; такой выдох в покое обычно происходит без сильного мышечного усилия.

Органы дыхания и их функции

Таблица показывает, как меняется роль органов по мере движения воздуха от входа в дыхательную систему к месту газообмена. Чтобы проследить путь воздуха, читайте строки сверху вниз. Обратите внимание: газообмен происходит в альвеолах, а остальные перечисленные структуры главным образом проводят и подготавливают воздух.

Разбор задач

Задача. Ученик утверждает: «Кислород переходит в кровь в трахее, потому что по ней воздух попадает в организм». Проверьте это утверждение и назовите последовательность структур, через которые проходит воздух от носа до места газообмена. Такая задача проверяет, различаете ли вы проведение воздуха и его обмен с кровью.

Решение. Сначала определим, что именно делает трахея. Она проводит воздух и благодаря хрящевым полукольцам сохраняет просвет, но не имеет устройства, необходимого для основного газообмена. Значит, тот факт, что воздух проходит по трахее, сам по себе не доказывает, что кислород здесь поступает в кровь.

1. Начинаем с носовой полости: здесь воздух очищается, согревается и увлажняется. Эти изменения подготавливают его к дальнейшему движению по дыхательным путям.
2. Затем воздух проходит через глотку и гортань. Глотка проводит его к входу в гортань, а гортань соединяет верхнюю часть пути с трахеей.
3. Из гортани воздух попадает в трахею, которая внизу разделяется на два главных бронха. Каждый бронх ведёт в соответствующее лёгкое.
4. Внутри лёгких бронхи ветвятся на более мелкие бронхи и бронхиолы. По ним воздух распределяется и достигает альвеол.
5. В альвеолах кислород проходит через тонкую стенку в окружающие капилляры, а углекислый газ переходит из крови в альвеолярный воздух. Поэтому именно альвеолы являются местом газообмена.

Проверка и ответ. В утверждении перепутаны проведение воздуха и переход газов в кровь. Трахея — часть дыхательного пути, но основное место газообмена — альвеолы, окружённые капиллярами. Последовательность такова: носовая полость → глотка → гортань → трахея → бронхи → бронхиолы → альвеолы.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что газообмен происходит в трахее или бронхах. Её допускают, потому что именно по этим органам воздух движется в лёгкие. Проверьте себя: найдите структуру с тонкими стенками, окружённую капиллярами, — это альвеолы.

Ошибка: путать бронхи и бронхиолы. Оба названия относятся к ветвям дыхательного дерева, но бронхи крупнее и отходят от трахеи, а бронхиолы — их более мелкие разветвления внутри лёгких. Чтобы проверить порядок, проследите путь от трахеи к альвеолам: сначала бронхи, затем бронхиолы.

Ошибка: думать, что лёгкие сами активно втягивают воздух. Такое представление возникает из-за того, что грудная клетка заметно поднимается при вдохе. На самом деле её объём изменяют диафрагма и межрёберные мышцы, а лёгкие следуют за движением грудной полости. Сверьте объяснение с причиной вдоха: сначала сокращаются мышцы, увеличивается объём грудной полости, затем воздух поступает внутрь.

Ошибка: считать, что нос нужен только для пропускания воздуха. При таком упрощении забывают о работе слизистой и ресничек. Проверьте ответ на вопрос о функциях носовой полости: воздух там также очищается, согревается и увлажняется.

Связь с другими темами

Строение дыхательной системы связано с темой кровообращения: кровь принимает кислород в капиллярах лёгких и переносит его к органам. С клеточным дыханием тему объединяет использование кислорода клетками и образование углекислого газа, который затем удаляется. Работа дыхательных движений зависит от мышц, а защита дыхательных путей связана с иммунной системой и барьерами слизистых оболочек. Эти связи помогают понять, почему дыхание необходимо всему организму, а не только лёгким.

Что запомнить

• Дыхательная система проводит воздух, подготавливает его и обеспечивает газообмен.
• Путь воздуха: носовая полость → глотка → гортань → трахея → бронхи → бронхиолы → альвеолы.
• Носовая полость очищает, согревает и увлажняет воздух; реснички и слизь помогают задерживать загрязнения.
• В альвеолах кислород переходит в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух.
• Вдох и выдох связаны с изменением объёма грудной полости при работе диафрагмы и межрёберных мышц.