§ 31. Строение и функции органов дыхания

Определения и обозначения

Дыхательные пути — органы, по которым воздух движется от внешней среды к лёгким: носовая полость, глотка, гортань, трахея и бронхи. Они проводят воздух и подготавливают его к поступлению в лёгкие. Благодаря этому воздух очищается, согревается и увлажняется ещё до газообмена.

Альвеолы — тонкостенные лёгочные пузырьки, оплетённые капиллярами, то есть мельчайшими кровеносными сосудами. Через их стенки происходит газообмен между воздухом и кровью. Многочисленные альвеолы создают большую поверхность, поэтому обмен газов может идти эффективно.

Плевра — оболочка, которая покрывает лёгкие и выстилает стенки грудной полости. Между её листками расположена плевральная полость с тонким слоем жидкости. Эта оболочка помогает лёгким скользить при дыхательных движениях и уменьшает трение.

Голосовая щель — пространство в гортани между голосовыми складками. Когда через неё проходит воздух, колебания складок участвуют в образовании звуков. Поэтому гортань нужна не только для проведения воздуха, но и для голосообразования.

Как это устроено

Воздух поступает через носовую полость, затем проходит через глотку и гортань в трахею. Из трахеи он направляется в два главных бронха, которые многократно ветвятся внутри лёгких и переходят в более мелкие воздухоносные пути. В конце этих разветвлений находятся лёгочные пузырьки. Такая разветвлённая система доставляет воздух ко множеству альвеол, где возможен обмен газами.

В носовой полости воздух встречается со слизистой оболочкой, на которой задерживаются пыль и некоторые микроорганизмы. Реснички эпителия перемещают слизь с захваченными частицами, помогая удалять их из дыхательных путей. Кровеносные сосуды согревают поступающий воздух, а влажная поверхность слизистой отдаёт ему влагу. Поэтому дыхание через нос лучше подготавливает воздух к попаданию в лёгкие.

Хрящевые элементы гортани, трахеи и бронхов поддерживают их просвет, чтобы стенки не спадались и воздух мог проходить. При этом стенки дыхательных путей выстланы слизистой оболочкой. Слизь задерживает пыль и микроорганизмы, а реснички продвигают её к выходу из дыхательных путей. Так воздух очищается не только в носовой полости, но и по мере движения дальше.

Альвеолы окружены сетью капилляров, и между воздухом и кровью лежат очень тонкие стенки. Из-за малой толщины кислороду проще перейти из воздуха альвеолы в кровь, а углекислому газу — из крови в альвеолу. Множество альвеол вместе образует большую поверхность обмена. Чем больше поверхность и короче путь для газов, тем эффективнее происходит газообмен.

Лёгкие содержат разветвлённые воздухоносные пути и альвеолы, а дыхательные пути обеспечивают доставку воздуха к ним. Плевра покрывает лёгкие и выстилает грудную полость; жидкость между её листками позволяет поверхностям скользить при движении. При вдохе и выдохе грудная клетка меняет объём, благодаря чему воздух входит в лёгкие и выходит из них. Это вентиляция лёгких, а не газообмен: газообмен происходит через стенки альвеол.

Органы дыхания: особенности строения и функции

Читайте таблицу слева направо: сначала определите, о какой части системы идёт речь, затем свяжите её строение с функцией. Например, реснички и слизь объясняют очищение воздуха, а тонкие стенки альвеол — возможность газообмена. Сопоставление строк показывает, что разные органы выполняют отдельные, но согласованные задачи.

Разбор задач

1. Расположите носовую полость, трахею, гортань и бронхи в порядке прохождения воздуха.

Нужно восстановить путь воздуха от внешней среды в направлении лёгких. Важно учитывать, что между носовой полостью и гортанью находится глотка, хотя в условии её нет. Проверим, какой орган принимает воздух первым, а какой направляет его дальше к лёгким.

1. Начинаем с носовой полости: через неё воздух входит в дыхательную систему.
2. После носовой полости воздух проходит через глотку, а затем через гортань.
3. Из гортани он попадает в трахею, которая разделяется на бронхи.

Ответ: носовая полость → гортань → трахея → бронхи. Если записывать полный путь, нужно добавить глотку между носовой полостью и гортанью. Бронхи расположены после трахеи и проводят воздух в лёгкие.

2. Объясните, почему дыхание через нос обычно полезнее, чем через рот.

Сравним, как воздух подготавливается в носовой полости. Для этого нужно вспомнить, какие особенности её внутренней поверхности помогают задерживать частицы, менять температуру и влажность воздуха. Ротовая полость не выполняет такую подготовку в той же степени.

1. Слизистая оболочка выделяет слизь, которая задерживает пыль и часть микроорганизмов.
2. Реснички перемещают слизь с частицами, помогая очищать дыхательные пути.
3. Кровеносные сосуды согревают воздух, а влажная поверхность слизистой увлажняет его.

Ответ: через нос воздух лучше очищается, согревается и увлажняется до того, как попадёт в нижние дыхательные пути и лёгкие. При дыхании ртом часть этой подготовки пропускается. Поэтому при обычных условиях полезнее дышать через нос.

3. В альвеолах и окружающих их капиллярах стенки очень тонкие. Объясните значение этой особенности и укажите, куда при газообмене перемещаются кислород и углекислый газ.

Чтобы ответить, нужно определить, где находятся газы и кровь до обмена. В альвеоле есть воздух, а капилляр рядом с ней несёт кровь. Тонкая преграда между ними облегчает перемещение газов, а большая поверхность множества альвеол увеличивает площадь обмена.

1. Стенки альвеол и капилляров тонкие, поэтому газам приходится преодолевать небольшое расстояние.
2. Кислород перемещается из воздуха альвеол через стенки в кровь капилляров.
3. Углекислый газ движется в обратном направлении: из крови в воздух альвеол, а затем удаляется при выдохе.

Ответ: тонкие стенки ускоряют диффузию — перемещение частиц из области, где их больше, туда, где их меньше. Кислород поступает из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы. Большая суммарная поверхность альвеол помогает обменивать больше газа.

Типичные ошибки

Ошибка — считать глотку органом только дыхательной системы. Её часто так воспринимают, потому что воздух проходит через неё по пути к гортани. Но через глотку проходит и пища, поэтому проверьте себя: если орган участвует в прохождении обоих потоков, он связан с двумя системами.

Ошибка — путать проведение воздуха с газообменом и искать его в трахее или бронхах. Эти органы проводят воздух, а сами не являются основным местом обмена газов. Проверка проста: вспомните, где воздухоносные пути заканчиваются альвеолами, оплетёнными капиллярами; именно там кислород и углекислый газ переходят между воздухом и кровью.

Ошибка — представлять лёгкие как пустые мешки. Такое представление возникает из-за того, что при вдохе лёгкие расширяются, но их ткань устроена сложнее. В лёгких много разветвлённых воздухоносных путей и альвеол; проверьте себя, назвав структуру, которая образует основную газообменную поверхность.

Ошибка — считать, что плевральная полость заполнена воздухом. Название «полость» может навести на мысль о пустом пространстве, но в норме между листками плевры находится тонкий слой жидкости. Он уменьшает трение при дыхании; значит, правильный ответ — не воздух, а жидкость.

Связь с другими темами

Чтобы понять строение органов дыхания, пригодятся знания о клетках и тканях. Эпителиальная ткань выстилает дыхательные пути, а соединительная ткань участвует в строении стенок и поддерживающих элементов. Эти знания помогают связать особенности тканей с их работой.

Газообмен в альвеолах связан с кровообращением: кислород после перехода в кровь переносится к клеткам, а углекислый газ доставляется кровью к лёгким. Поэтому строение капилляров и альвеол дополняет изучение переноса газов кровью. Так становится понятен путь кислорода от вдыхаемого воздуха к тканям.

Знания о дыхательных органах нужны при изучении дыхательных движений и газообмена. Они также помогают понять, как курение и загрязнённый воздух могут нарушать очищение воздуха и работу лёгких. При этом вентиляция лёгких и обмен газов остаются разными процессами.

Что запомнить

• Воздух проходит через дыхательные пути к лёгким.
• Носовая полость очищает, согревает и увлажняет воздух.
• Трахея и бронхи проводят воздух и помогают очищать его.
• В альвеолах происходит газообмен между воздухом и кровью.
• Большая суммарная поверхность альвеол способствует эффективному газообмену.
• Плевра покрывает лёгкие и выстилает грудную полость.