§ 32. Лёгочное дыхание и его роль в организме

Определения и обозначения

Лёгочное дыхание — поступление воздуха в лёгкие и удаление его из них, обеспечивающие газообмен между воздухом и кровью. Иными словами, лёгкие обновляют воздух, чтобы кровь могла получить кислород и отдать углекислый газ. Без этого обмена клетки не получали бы нужный им кислород.

Вдох — дыхательное движение, при котором воздух поступает в лёгкие вследствие увеличения объёма грудной клетки. Грудная клетка расширяется благодаря работе дыхательных мышц. Это изменение создаёт условия, при которых воздух движется внутрь лёгких.

Выдох — дыхательное движение, при котором воздух выходит из лёгких вследствие уменьшения объёма грудной клетки. При спокойном дыхании выдох обычно происходит после расслабления дыхательных мышц. Он нужен, чтобы удалить из лёгких воздух с повышенным содержанием углекислого газа.

Газообмен в лёгких — переход кислорода из воздуха альвеол в кровь и углекислого газа из крови в альвеолы. Альвеолы — мельчайшие воздушные пузырьки на концах дыхательных путей, оплетённые капиллярами. Через их тонкие стенки газы могут перемещаться между воздухом и кровью.

Как это устроено

Воздух проходит по дыхательным путям и достигает альвеол — маленьких пузырьков внутри лёгких. Каждая альвеола окружена сетью капилляров, то есть мельчайших кровеносных сосудов. Стенки альвеол и капилляров тонкие и влажные, поэтому газам не приходится преодолевать большое расстояние. Альвеол очень много, и вместе они образуют огромную поверхность обмена. Благодаря этому кислород может поступать в кровь, а углекислый газ — покидать её.

Во время вдоха диафрагма, мышца между грудной и брюшной полостями, сокращается и опускается. Одновременно сокращаются наружные межрёберные мышцы, поднимая рёбра. Грудная клетка расширяется, а лёгкие, связанные с ней, тоже увеличиваются в объёме. Давление воздуха внутри лёгких становится ниже атмосферного, поэтому воздух движется туда, где давление меньше. Так дыхательные мышцы обеспечивают вдох, хотя сами лёгкие не втягивают воздух активным сокращением.

При спокойном выдохе диафрагма и наружные межрёберные мышцы расслабляются. Рёбра опускаются, диафрагма поднимается, и объём грудной клетки уменьшается. Лёгкие становятся меньше, давление воздуха в них повышается. Воздух выходит наружу, потому что давление в лёгких теперь выше, чем снаружи. При обычном спокойном дыхании выдох происходит главным образом за счёт расслабления мышц и упругости тканей.

В альвеолах концентрация кислорода выше, чем в крови, поступившей по лёгочным капиллярам, поэтому кислород переходит в кровь. Это перемещение частиц из области большей концентрации в область меньшей называется диффузией. Кислород связывается с гемоглобином — веществом эритроцитов, которое переносит его по организму. Углекислого газа больше в крови, чем в альвеолярном воздухе, поэтому он перемещается в обратном направлении. С выдохом этот газ покидает лёгкие.

Кровь доставляет кислород от лёгких к тканям, а затем к клеткам, где он используется в обмене веществ. В клетках образуется углекислый газ, который переходит в кровь и переносится к лёгким. Там он попадает в альвеолы и удаляется при выдохе. Поэтому работа дыхательной системы связана с кровообращением: лёгкие обменивают газы с кровью, а кровь распределяет их между органами. Лёгочное дыхание поддерживает поступление кислорода к клеткам и удаление продукта клеточного обмена.

Вдох и выдох: движения грудной клетки и направление воздуха

Чтобы пользоваться таблицей, проследи изменения сверху вниз: работа мышц меняет положение диафрагмы и объём грудной клетки. Изменение объёма влияет на давление в лёгких, а разница давления определяет направление движения воздуха. Сравнивая столбцы, легко увидеть, что вдох и спокойный выдох идут как противоположные процессы.

Разбор задач

Задача 1. Укажите, куда движется воздух при вдохе и при выдохе. Начинать нужно не с запоминания направления, а с выяснения, что происходит с грудной клеткой. Затем следует связать изменение её объёма с давлением в лёгких. Так можно объяснить движение воздуха, а не просто назвать его направление.

1. При вдохе грудная клетка расширяется, поэтому объём лёгких увеличивается.
2. Давление в лёгких становится ниже атмосферного, и воздух поступает снаружи внутрь.
3. При спокойном выдохе объём грудной клетки и лёгких уменьшается, давление повышается, поэтому воздух выходит наружу.

Ответ: при вдохе воздух движется в лёгкие, при выдохе — из лёгких. Это происходит из-за смены объёма грудной клетки и давления внутри лёгких. Если направление кажется непонятным, проверь, в какой момент давление внутри ниже или выше атмосферного.

Задача 2. Объясните, почему при вдохе воздух поступает в лёгкие, если сами лёгкие не сокращаются как мышцы. Здесь важно найти причину увеличения объёма лёгких. Лёгкие следуют за движением грудной клетки, поэтому нужно рассмотреть, какие мышцы меняют её размер. После этого остаётся связать объём с давлением воздуха.

1. Диафрагма и наружные межрёберные мышцы сокращаются, грудная клетка расширяется.
2. Лёгкие увеличиваются вместе с грудной клеткой, хотя сами не выполняют активного мышечного сокращения.
3. Давление в лёгких падает ниже атмосферного, и воздух входит внутрь.

Ответ: воздух поступает в лёгкие из-за работы дыхательных мышц, которые расширяют грудную клетку. Увеличение объёма снижает давление в лёгких. Именно разница давлений приводит воздух в движение.

Задача 3. Опишите путь кислорода от воздуха в альвеолах до клеток тела и путь углекислого газа обратно наружу. Для решения раздели путь на обмен между альвеолами и кровью, перенос кровью и обмен между кровью и тканями. Учитывай, что кислород и углекислый газ движутся в противоположных направлениях. Такая последовательность показывает связь дыхания с кровообращением и клеточным обменом.

1. Кислород из альвеол проходит через их стенки в капилляры и связывается с гемоглобином эритроцитов.
2. Кровь переносит кислород к тканям, откуда он поступает в клетки и используется при обмене веществ.
3. Образовавшийся в клетках углекислый газ попадает в кровь и переносится к лёгким.
4. В лёгочных капиллярах углекислый газ переходит в альвеолы и удаляется при выдохе.

Ответ: кислород движется по маршруту «альвеолы — кровь — ткани — клетки», а углекислый газ — от клеток через кровь к альвеолам и наружу. Гемоглобин помогает переносить кислород, а газообмен в альвеолах обеспечивает его поступление в кровь и удаление углекислого газа. При проверке ответа убедись, что назвал и перемещение газов через стенки, и перенос кровью.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что лёгкие сами активно втягивают воздух мышцами. Так думают, потому что ощущают движение воздуха, но лёгкие не работают как отдельный мышечный насос. Воздух движется из-за изменения объёма грудной клетки и давления в лёгких. Проверка: назови, какие мышцы сокращаются при вдохе и как это влияет на давление.

Лёгочное дыхание иногда путают с клеточным. Причина путаницы — оба процесса связаны с кислородом и углекислым газом, но происходят в разных местах. Лёгочное дыхание обеспечивает вентиляцию лёгких и обмен газами с кровью, а клеточное связано с использованием кислорода клетками. Проверка: спроси себя, идёт ли речь об альвеолах или об обмене веществ внутри клеток.

Неверно считать, что кислород и углекислый газ меняются местами в альвеолах случайно. Газы перемещаются из области большей концентрации в область меньшей, поэтому их направления различаются. Проверка: укажи, где каждого газа больше — в альвеолярном воздухе или в поступившей крови. Это позволит определить направление диффузии.

Ещё одна ошибка — думать, что грудная клетка при спокойном вдохе и выдохе движется одинаково. Это происходит, если не связать каждое движение с направлением воздуха. При вдохе объём грудной клетки увеличивается, а при выдохе уменьшается. Проверка: сопоставь слова «вдох» и «выдох» с изменением объёма, давления и движением воздуха.

Связь с другими темами

Чтобы понять лёгочное дыхание, нужно знать строение дыхательной системы и роль дыхательных путей, лёгких и кровеносной системы. Эта тема пригодится при изучении клеточного дыхания, переноса газов кровью и влияния физической нагрузки на организм. Связь с физикой помогает объяснить вдох и выдох: изменение объёма приводит к изменению давления, а разность давлений вызывает движение воздуха. Поэтому дыхание можно рассматривать и как биологический процесс, и как пример действия физических закономерностей.

Что запомнить

• Лёгкие обеспечивают газообмен между воздухом и кровью.
• Газообмен происходит через тонкие стенки альвеол и капилляров.
• При вдохе объём грудной клетки увеличивается, а давление в лёгких понижается.
• При спокойном выдохе объём грудной клетки уменьшается, а давление в лёгких повышается.
• Кислород переносится кровью к тканям, а углекислый газ — от тканей к лёгким.
• Лёгочное дыхание необходимо для снабжения клеток кислородом и удаления углекислого газа.