Дыхательная система

Определения и обозначения

Дыхательная система — совокупность органов, обеспечивающих поступление кислорода и удаление углекислого газа. Она помогает доставить кислород к крови в лёгких, а затем вывести из организма часть углекислого газа, который образуется в тканях. Без работы этой системы клетки не могли бы получать кислород для клеточного дыхания.

Дыхательные пути — полости и трубки, по которым воздух проходит к лёгким и обратно. К ним относятся носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы. Их задача — провести воздух к месту газообмена и подготовить его по пути.

Газообмен — обмен кислорода и углекислого газа между воздухом, кровью и тканями. В лёгких кислород переходит из воздуха в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух; в тканях направление обмена для этих газов меняется. Так кровь связывает работу лёгких с потребностями всего организма.

Альвеола — мельчайший пузырёк лёгкого, через стенку которого происходит газообмен. Множество альвеол образует большую поверхность, соприкасающуюся с кровью в капиллярах. Благодаря этому кислород и углекислый газ могут быстро переходить между воздухом и кровью.

Как это устроено

При вдохе воздух сначала попадает в носовую полость, а затем проходит через глотку и гортань в трахею. Трахея разделяется на два бронха, ведущих к лёгким; внутри лёгких бронхи многократно ветвятся и переходят в более мелкие бронхиолы. На их концах находятся альвеолы, поэтому разветвлённый путь приводит воздух к месту газообмена. При выдохе воздух движется в обратном направлении.

Носовая полость нужна не только для проведения воздуха: её слизистая оболочка задерживает часть пыли, а густая сеть сосудов согревает воздух. Влажная поверхность помогает его увлажнить, чтобы он меньше раздражал нижние дыхательные пути. В трахее и бронхах хрящевые элементы поддерживают просвет, то есть внутреннее пространство трубок. Благодаря этому стенки не смыкаются и воздух может проходить даже при изменении давления во время дыхания.

Бронхи внутри лёгких образуют разветвлённую систему, похожую на дерево с тонкими ветвями. По мере ветвления трубки становятся уже и заканчиваются многочисленными альвеолами. Если бы поверхность для обмена газами была маленькой, кислород поступал бы в кровь медленнее. Большое число альвеол увеличивает общую площадь контакта воздуха и крови, поэтому газообмен может идти одновременно во многих местах.

Стенки альвеол очень тонкие и влажные, а снаружи их оплетает густая сеть капилляров — мельчайших кровеносных сосудов. Малое расстояние между воздухом и кровью облегчает переход газов через стенки. Кислород движется туда, где его концентрация ниже, — из альвеол в кровь; углекислый газ — из крови в альвеолы. Так работает газообмен, а кровь затем переносит газы между лёгкими и тканями.

Лёгкие не являются мышцами и не могут самостоятельно расширяться и сжиматься. При вдохе диафрагма сокращается и опускается, а межрёберные мышцы поднимают рёбра; объём грудной клетки увеличивается. Давление внутри лёгких становится ниже атмосферного, поэтому воздух входит. При выдохе мышцы расслабляются, объём грудной клетки уменьшается, давление повышается — воздух выходит наружу.

Органы дыхательной системы и их функции

Читайте таблицу по строкам: так можно увидеть, как строение каждого отдела связано с его функцией. Последний столбец помогает отличить проведение воздуха от собственно газообмена. Для него важнее всего альвеолы и окружающие их капилляры.

Разбор задач

Задача 1. Расположить органы дыхательной системы в порядке прохождения воздуха: бронхи, носовая полость, трахея, альвеолы, гортань, бронхиолы, глотка. Сначала определим, с какого отдела воздух попадает в дыхательные пути, а затем проследим его путь к месту газообмена. Важно не перепутать крупные трубки с их более мелкими ветвями.

1. Начало пути — носовая полость, где воздух входит в организм и подготавливается к дальнейшему движению.
2. После неё воздух проходит через глотку и гортань, а затем попадает в трахею.
3. Трахея делится на бронхи; внутри лёгких бронхи разветвляются в бронхиолы.
4. Бронхиолы заканчиваются альвеолами — местом газообмена.

Ответ: носовая полость → глотка → гортань → трахея → бронхи → бронхиолы → альвеолы. Последовательность составлена от внешней среды к месту перехода газов между воздухом и кровью. При выдохе воздух движется по тем же отделам в обратном направлении.

Задача 2. Объяснить, почему повреждение альвеол резко ухудшает снабжение организма кислородом. Для ответа нужно связать строение альвеол с их функцией, а затем учесть, как кровь получает кислород. Одной только проходимости бронхов недостаточно, если место обмена газами повреждено.

1. Сначала вспомним: кислород переходит из воздуха в кровь через стенки альвеол.
2. Тонкие стенки сокращают путь, который газу нужно преодолеть, а большая площадь множества альвеол позволяет обмениваться газами во многих местах одновременно.
3. Густая сеть капилляров подводит кровь близко к альвеолам и забирает поступивший в неё кислород.
4. При повреждении альвеол уменьшается эффективная поверхность обмена или нарушается прохождение газов через стенки.

Ответ: повреждение альвеол снижает поступление кислорода в кровь, поэтому ткани получают его меньше. Чем сильнее нарушены их стенки и работающая поверхность, тем менее эффективен газообмен. Нарушение затрагивает весь организм, поскольку кровь разносит кислород к тканям.

Задача 3. Объяснить, почему при спокойном вдохе диафрагма сокращается и опускается, а при выдохе расслабляется и поднимается. Здесь нужно проследить не только движение мышцы, но и его последствия для воздуха. Ключевая цепочка такова: мышца меняет объём грудной клетки, объём влияет на давление, а давление определяет направление движения воздуха.

1. При вдохе диафрагма сокращается и опускается, а межрёберные мышцы поднимают рёбра.
2. Грудная клетка расширяется, объём лёгких увеличивается, давление в них становится ниже атмосферного.
3. Воздух движется внутрь — из области более высокого давления в область более низкого.
4. При выдохе диафрагма расслабляется и поднимается, объём грудной клетки уменьшается, давление в лёгких повышается и воздух выходит.

Ответ: сокращение диафрагмы помогает увеличить объём грудной клетки и вызвать вдох. Расслабление уменьшает этот объём и способствует выдоху. Лёгкие следуют за движениями грудной клетки и не сокращаются самостоятельно.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что газообмен происходит во всех дыхательных путях. Так думают, потому что воздух проходит через нос, глотку, трахею и бронхи, и кажется, что обмен идёт на всём пути. Но главная площадка газообмена — альвеолы, стенки которых окружены капиллярами. Проверь себя: если в ответе назван бронх или трахея как основное место обмена газами, уточни роль альвеол.

Ошибка: путать вдох и выдох, например считать, что при вдохе грудная клетка уменьшается. Движение воздуха не всегда легко представить, поэтому полезно начать с изменения объёма: при вдохе он увеличивается, при выдохе уменьшается. Тогда можно проверить направление давления и движения воздуха. Если воздух входит, а объём грудной клетки в объяснении уменьшается, цепочка рассуждений неверна.

Ошибка: называть лёгкие мышцами и утверждать, что они сами сокращаются. Такое представление возникает потому, что при дыхании лёгкие расширяются и уменьшаются в объёме. На самом деле их движения связаны с работой диафрагмы и межрёберных мышц, меняющих объём грудной клетки. Для проверки спроси себя, какой орган выполняет мышечное сокращение, а какой следует за изменением объёма грудной полости.

Ошибка: считать, что кислород и углекислый газ переносятся только в растворённом виде. Газы действительно могут растворяться в крови, но значительная их часть связана с компонентами крови. Это помогает переносить их между лёгкими и тканями. Проверяй формулировку: если в ответе говорится только о растворении и не упоминаются компоненты крови, объяснение неполное.

Связь с другими темами

Для понимания дыхания нужны знания о клетке, роли кислорода в клеточном дыхании и составе крови. С кровообращением тема связана напрямую: кровь переносит газы от лёгких к тканям и обратно. Дальше эти знания помогают изучать обмен веществ, влияние физических нагрузок на организм и профилактику заболеваний органов дыхания. Например, при нагрузке работающим мышцам требуется больше кислорода, поэтому дыхание усиливается.

Что запомнить

• Дыхательная система обеспечивает поступление кислорода и удаление углекислого газа.
• Воздух проходит от носовой полости через дыхательные пути к альвеолам.
• Носовая полость очищает, согревает и увлажняет воздух.
• Альвеолы являются основным местом газообмена.
• Газообмен происходит через тонкие стенки альвеол и капилляров.
• Вдох и выдох обусловлены изменением объёма грудной клетки.
• Работу дыхательной системы обеспечивает взаимодействие лёгких, дыхательных мышц и кровеносной системы.