"Биология (изд. ВЕНТАНА-ГРАФ)", Каменский А.А., Сарычева Н.Ю., Сухова Т.Е.
Дыхательная система обеспечивает организм кислородом и помогает удалять углекислый газ. Воздух проходит по воздухоносным путям к альвеолам — лёгочным пузырькам, где газы обмениваются между воздухом и кровью. Вдох и выдох происходят благодаря движениям диафрагмы и межрёберных мышц. Кровь доставляет кислород к тканям, а углекислый газ переносит обратно к лёгким. Знание устройства дыхания помогает понять, как заботиться о лёгких и почему вредны курение и загрязнённый воздух.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Дыхательная система — органы, которые обеспечивают поступление кислорода, удаление углекислого газа и газообмен между организмом и внешней средой. Проще говоря, она связывает воздух, кровь и ткани. Без её работы клетки не получали бы кислород, необходимый для процессов жизнедеятельности.
Лёгочная вентиляция — обновление воздуха в лёгких при вдохе и выдохе. В лёгкие поступает воздух с кислородом, а при выдохе удаляется часть воздуха, содержащая больше углекислого газа. Это понятие помогает отличать движение воздуха от самого газообмена.
Газообмен — переход кислорода и углекислого газа между альвеолярным воздухом, кровью и тканями. Кислород из воздуха попадает в кровь, а углекислый газ движется в обратном направлении; в тканях направление переноса связано с потребностями клеток. Так дыхательная система работает вместе с кровообращением.
Жизненная ёмкость лёгких — наибольший объём воздуха, который человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. Она показывает, сколько воздуха можно переместить при предельно глубоком дыхательном движении. Однако это не весь воздух лёгких: после максимального выдоха в них остаётся остаточный воздух.
При вдохе воздух сначала попадает в носовую полость, затем проходит через глотку и гортань, трахею и бронхи, разветвляющиеся внутри лёгких, и достигает альвеол. В носовой полости есть слизистая оболочка и волоски, задерживающие часть пыли и микроорганизмов. Слизь увлажняет воздух, а богатая сосудами оболочка согревает его. Поэтому нос служит не только входом для воздуха, но и его подготовительным фильтром.
Диафрагма — мышца под лёгкими, отделяющая грудную полость от брюшной, — и межрёберные мышцы меняют объём грудной клетки. При вдохе диафрагма сокращается и опускается, а рёбра поднимаются: грудная клетка расширяется, давление в лёгких становится ниже атмосферного и воздух входит. При спокойном выдохе мышцы расслабляются, грудная клетка уменьшается в объёме, давление повышается и воздух выходит. Значит, воздух движется вслед за разницей давлений.
Газообмен происходит преимущественно в альвеолах, а не в трахее или бронхах. Альвеол очень много, поэтому их общая поверхность для обмена газами велика. Стенки альвеол тонкие, а снаружи их оплетает густая сеть капилляров — мельчайших кровеносных сосудов. Благодаря короткому пути через тонкие стенки кислород и углекислый газ могут переходить между воздухом и кровью.
Кровь связывает газообмен в лёгких с потребностями тканей. В лёгочных капиллярах кислород переходит из альвеол в кровь; основная его часть связывается с гемоглобином эритроцитов и переносится к органам. В тканях кислород поступает из крови к клеткам, а образующийся при обмене веществ углекислый газ переходит в кровь. Затем кровь доставляет его к лёгким, откуда он удаляется при выдохе.
Состояние дыхательной системы зависит не только от строения органов, но и от условий, в которых человек дышит. Чистый воздух уменьшает попадание пыли и вредных примесей, а отказ от курения защищает дыхательные пути и лёгочную ткань от токсичных веществ. Профилактика инфекций помогает снизить риск воспалений, а при физической нагрузке важно дышать ритмично и соразмерно усилию. Это помогает поддерживать нормальную вентиляцию и не перегружать организм.
Таблица показывает, как особенности строения связаны с работой каждого органа или структуры. Проследите по строкам путь воздуха и отдельно отметьте, какие структуры обеспечивают движение грудной клетки. Так легче увидеть, что проведение воздуха, газообмен и вентиляция — связанные, но разные функции.
| Орган или структура | Особенности строения | Основная функция |
|---|---|---|
| Носовая полость | Слизистая оболочка, волоски, густая сеть сосудов | Очищает, согревает и увлажняет воздух |
| Гортань | Состоит из хрящей; содержит голосовые связки | Проводит воздух и участвует в образовании голоса |
| Трахея и бронхи | Трубки с хрящевыми элементами; бронхи ветвятся в лёгких | Проводят воздух к лёгким и распределяют его |
| Лёгочные альвеолы | Многочисленные пузырьки с тонкими стенками, оплетённые капиллярами | Обеспечивают газообмен между воздухом и кровью |
| Диафрагма и межрёберные мышцы | Мышцы, меняющие положение диафрагмы и рёбер | Изменяют объём грудной клетки и обеспечивают вдох и выдох |
Задача 1. Условие. Расположите органы дыхательной системы в порядке прохождения воздуха при вдохе: бронхи, носовая полость, трахея, альвеолы, гортань, глотка. Нужно восстановить путь от внешней среды к месту газообмена. Для этого начните с отдела, через который воздух обычно поступает в организм, и завершите лёгочными пузырьками.
Ответ. Носовая полость → глотка → гортань → трахея → бронхи → альвеолы. Последовательность отражает путь воздуха при вдохе, а не движение газов между кровью и тканями.
Задача 2. Условие. Объясните, почему при сокращении диафрагмы воздух поступает в лёгкие. Важно связать движение мышцы не только с увеличением грудной клетки, но и с изменением давления. Именно разница давлений определяет направление движения воздуха.
Ответ. Сокращение диафрагмы увеличивает объём грудной клетки и снижает давление в лёгких, поэтому воздух входит в них. Если бы объём не увеличивался, такого перепада давления для вдоха не возникло бы.
Задача 3. Условие. После максимально глубокого вдоха человек выдохнул 3,2 л воздуха. Определите, что характеризует этот объём, и объясните, почему он не равен полному объёму воздуха в лёгких. Не нужно вычислять остаточный воздух: его объём в условии не указан.
Ответ. 3,2 л — жизненная ёмкость лёгких. Она не равна полному объёму воздуха в лёгких, потому что остаточный воздух невозможно выдохнуть даже при максимальном усилии.
Ошибка: считать, что газообмен происходит во всех отделах дыхательных путей. Воздухоносные пути в основном проводят воздух, а основное место обмена газами — альвеолы. Ошибку допускают, смешивая весь путь воздуха с участком, где он соприкасается с кровью. Проверьте себя: спросите, где есть тонкая стенка и густая сеть капилляров.
Ошибка: путать вдох и выдох по движению грудной клетки. При вдохе её объём увеличивается, а при спокойном выдохе уменьшается. Путаница возникает, если запоминать только направление движения воздуха, не связывая его с работой мышц. Проверьте ответ по цепочке: объём грудной клетки → давление в лёгких → направление движения воздуха.
Ошибка: считать, что кислород переносится к тканям только растворённым в плазме. Небольшая часть кислорода растворена в плазме, но основная его доля связана с гемоглобином эритроцитов. Эту ошибку легко допустить, если забыть о клетках крови. Проверяя ответ, назовите и плазму, и гемоглобин, указав, что именно гемоглобин переносит большую часть кислорода.
Ошибка: называть жизненную ёмкость полным объёмом воздуха в лёгких. Жизненная ёмкость — только объём, который можно выдохнуть после глубокого вдоха; остаточный воздух в неё не входит. Ошибка возникает из-за слова «ёмкость», которое можно принять за вместимость всего органа. Проверьте себя: остаётся ли воздух после максимального выдоха? Если да, эти объёмы не равны.
Чтобы понять работу дыхательной системы, нужно знать строение клеток и тканей, состав крови и роль кровообращения: именно кровь связывает лёгкие с органами. Тема также связана с обменом веществ и клеточным дыханием, при котором клетки используют кислород и образуют углекислый газ. Эти знания помогают объяснить, почему при нагрузке меняется дыхание и как курение и загрязнение воздуха влияют на организм. Так устройство органов связывается с работой всего тела и заботой о здоровье.
Почему дышать через нос обычно полезнее, чем через рот?
В носовой полости воздух очищается от пыли, согревается и увлажняется. При дыхании через рот эти процессы выражены слабее, поэтому холодный или загрязнённый воздух легче раздражает дыхательные пути.
Что именно заставляет воздух входить в лёгкие при вдохе?
При вдохе диафрагма сокращается и опускается, а межрёберные мышцы поднимают рёбра. Объём грудной клетки увеличивается, давление в лёгких становится ниже атмосферного, поэтому воздух движется внутрь.
Где в лёгких происходит газообмен?
Основной газообмен происходит в альвеолах — маленьких пузырьках на концах бронхиол. Их тонкие стенки соприкасаются с густой сетью капилляров, через которые газы переходят между воздухом и кровью.
Почему жизненная ёмкость лёгких не равна всему объёму воздуха в них?
Жизненная ёмкость — это объём, который можно выдохнуть после максимально глубокого вдоха. Даже после самого сильного выдоха в лёгких остаётся остаточный воздух, поэтому весь воздух из них выдохнуть нельзя.
Как курение и загрязнённый воздух вредят дыхательной системе?
Вредные вещества раздражают и повреждают стенки дыхательных путей, ухудшают работу механизмов очищения и могут нарушать газообмен. Курение также повышает риск заболеваний лёгких, а загрязнённый воздух усиливает нагрузку на органы дыхания.
§ 32. Подведем итоги Строение, функции и гигиена дыхательной системы
