"Биология. Учебное пособие для учреждений общего среднего образования с русским языком обучения", О.Л. Борисов, А.А. Антипенко, О.Н. Рогожников
Внешнее дыхание обеспечивает поступление кислорода в организм и удаление углекислого газа. Оно включает вентиляцию лёгких — вдох и выдох — и обмен газами между альвеолярным воздухом и кровью. Движение воздуха возникает из-за разности давления, создаваемой дыхательными мышцами. В альвеолах кислород диффундирует в кровь, а углекислый газ переходит из крови в воздух. Для оценки дыхания используют дыхательный объём, минутный объём дыхания и жизненную ёмкость лёгких.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Внешнее дыхание — совокупность процессов вентиляции лёгких и обмена газами между альвеолярным воздухом и кровью. Вентиляция означает поступление воздуха в лёгкие и его удаление. Благодаря внешнему дыханию организм получает кислород из окружающей среды и избавляется от углекислого газа.
Вдох — поступление воздуха в лёгкие вследствие увеличения объёма грудной клетки и снижения давления в лёгких. Дыхательные мышцы расширяют грудную клетку, а лёгкие следуют за её движением. Это создаёт условия для входа воздуха по дыхательным путям.
Выдох — удаление воздуха из лёгких вследствие уменьшения объёма грудной клетки и повышения давления в лёгких. При обычном выдохе мышцы расслабляются, а упругие лёгкие возвращаются к исходному объёму. Так из лёгких удаляется воздух, содержащий больше углекислого газа.
Жизненная ёмкость лёгких — максимальный объём воздуха, который человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. В неё входят объёмы нескольких последовательных выдохов. Показатель характеризует возможности дыхательной системы, но не равен объёму одного спокойного вдоха.
Воздух движется между атмосферой и лёгкими из области большего давления в область меньшего. Если давление в лёгких ниже атмосферного, воздух входит, а если выше — выходит. Поэтому сами по себе лёгкие не втягивают воздух: направление движения определяется изменением давления внутри них.
Вдох начинается с сокращения диафрагмы и наружных межрёберных мышц. Диафрагма уплощается и опускается, рёбра поднимаются, поэтому объём грудной клетки увеличивается. Лёгкие, соединённые с её стенками плеврой, растягиваются, давление в них становится ниже атмосферного, и воздух поступает внутрь.
Спокойный выдох в основном пассивен, потому что после вдоха дыхательные мышцы расслабляются. Упругость лёгочной ткани и грудной клетки уменьшает их объём, а давление в лёгких повышается. При разговоре, кашле или физической нагрузке выдох становится усиленным: в нём участвуют внутренние межрёберные и мышцы живота.
За один спокойный вдох или выдох проходит дыхательный объём, обычно около 0,5 л у взрослого человека. Минутный объём дыхания находят умножением дыхательного объёма на частоту дыхания: Vм = Vд × n. Например, при объёме 0,5 л и частоте 16 раз в минуту вентиляция составляет 8 л/мин.
В альвеолах кислород и углекислый газ переходят через тонкую альвеолярно-капиллярную мембрану по принципу диффузии. Кислород движется из воздуха, где его парциальное давление выше, в кровь, а углекислый газ — из крови, где его больше, в альвеолы. Поэтому в выдыхаемом воздухе меньше кислорода и больше углекислого газа, чем во вдыхаемом.
| Свойство | Вдох | Выдох |
|---|---|---|
| Направление движения воздуха | Из атмосферы в лёгкие | Из лёгких в атмосферу |
| Объём грудной клетки | Увеличивается | Уменьшается |
| Давление в лёгких | Снижается | Повышается |
| Положение и работа диафрагмы | Сокращается и опускается | Расслабляется и поднимается |
| Участие межрёберных мышц | Наружные мышцы сокращаются | При спокойном дыхании расслабляются; при усиленном выдохе работают внутренние |
| Характер спокойного дыхательного движения | Активное | Пассивное |
Таблица помогает установить причинную цепочку: работа мышц изменяет объём грудной клетки, затем меняется давление, а после этого движется воздух. Для усиленного выдоха нужно учитывать работу дополнительных мышц. При спокойном дыхании особенно важно не путать активный вдох с пассивным выдохом.
Условие: частота дыхания человека составляет 16 раз в минуту, дыхательный объём — 0,5 л. Требуется определить минутный объём дыхания. Он показывает, сколько воздуха проходит через лёгкие за одну минуту.
Ответ: минутный объём дыхания равен 8 л/мин. Если частота или глубина дыхания увеличиваются, этот показатель тоже возрастает.
Условие: после глубокого вдоха человек выдохнул 1,5 л, затем ещё 1,2 л и ещё 0,8 л воздуха. Нужно найти жизненную ёмкость лёгких. Последовательные объёмы составляют весь воздух, выдохнутый после максимального вдоха.
Ответ: жизненная ёмкость лёгких равна 3,5 л. Складывать нужно именно последовательные выдохи после глубокого вдоха, а не один обычный дыхательный объём.
Условие: объяснить, почему кислород переходит из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолярный воздух. Для решения применяем принцип диффузии — самопроизвольного перемещения частиц из области большей концентрации в область меньшей.
Ответ: кислород диффундирует из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолярный воздух. Разность парциальных давлений поддерживает газообмен, пока составы по обе стороны мембраны не приблизятся к равновесию.
Внешнее дыхание иногда путают с клеточным дыханием. Первое обеспечивает газообмен организма с окружающей средой, а второе происходит в клетках и связано с получением энергии. Проверить себя можно вопросом: речь идёт о лёгких и крови или о реакциях внутри клетки?
Неверно считать, что воздух входит благодаря самостоятельному сокращению лёгких. В лёгочной ткани нет таких мышц, а их движение вызывается расширением грудной клетки. Если в объяснении не названы диафрагма, межрёберные мышцы и изменение давления, его нужно уточнить.
Спокойный выдох не требует такого же активного сокращения мышц, как вдох. Обычно он происходит после расслабления мышц за счёт упругости лёгких и грудной клетки. При усиленном выдохе, например во время кашля, мышцы уже работают активно.
Дыхательный объём не равен жизненной ёмкости лёгких. Первый относится к одному спокойному дыхательному движению, а вторая — к максимально возможному выдоху после глубокого вдоха. Проверка проста: спросите себя, было ли дыхание обычным или предельно глубоким.
Для понимания внешнего дыхания нужны знания о строении органов дыхания, составе атмосферного воздуха и диффузии. Эти сведения объясняют, где происходит газообмен и почему газы движутся в определённых направлениях.
Тема связана с транспортом кислорода и углекислого газа кровью, а также с нервной регуляцией дыхательных движений. Кровь переносит газы, а нервная система изменяет частоту и глубину дыхания.
Знания о вентиляции лёгких пригодятся при изучении клеточного дыхания и энергетического обмена. Они также помогают понять, почему физическая нагрузка изменяет дыхание и увеличивает потребность организма в кислороде.
Почему лёгкие сами не могут втягивать воздух?
В лёгких нет мышц, которые могли бы самостоятельно расширять их. Они следуют за движениями грудной клетки через плевру: при её расширении объём лёгких увеличивается, давление падает, и воздух входит.
Чем вдох отличается от выдоха с точки зрения работы дыхательных мышц?
При вдохе диафрагма и наружные межрёберные мышцы активно сокращаются, увеличивая объём грудной клетки. Спокойный выдох обычно происходит пассивно благодаря упругости лёгких и грудной клетки, а усиленный выдох требует работы мышц.
Почему при физической нагрузке дыхание становится более частым и глубоким?
Работающие мышцы быстрее расходуют кислород и образуют больше углекислого газа. Поэтому организму нужно усилить вентиляцию лёгких: увеличить частоту и глубину дыхательных движений.
Чем дыхательный объём отличается от жизненной ёмкости лёгких?
Дыхательный объём — это количество воздуха при одном спокойном вдохе или выдохе. Жизненная ёмкость лёгких — максимальный объём, который можно выдохнуть после самого глубокого вдоха.
Почему кислород не переходит из крови обратно в альвеолы в обычных условиях?
В обычных условиях содержание и парциальное давление кислорода выше в альвеолярном воздухе, чем в венозной крови. Поэтому кислород диффундирует в кровь, пока сохраняется такая разность.
§ 32. Внешнее дыхание
