§ 32. Значение дыхания. Органы дыхательной системы

Определения и обозначения

Дыхание — совокупность процессов поступления кислорода, его использования клетками для получения энергии и удаления углекислого газа. Значит, дыхание происходит не только в лёгких: клетки тоже используют кислород. Благодаря этому процессу организм получает энергию для работы.

Газообмен — обмен кислорода и углекислого газа между организмом и внешней средой, а также между кровью и тканями. Он связывает воздух, кровь и клетки в единый путь движения газов. По направлению обмена можно понять, где кровь получает кислород, а где отдаёт его.

Дыхательная система — органы, обеспечивающие поступление воздуха, газообмен и удаление углекислого газа. В неё входят воздухоносные пути, лёгкие и дыхательные мышцы. Вместе они доставляют воздух к месту газообмена и помогают его обновлять.

Дыхательные движения — ритмичные вдох и выдох, благодаря которым воздух поступает в лёгкие и удаляется из них. Это не самостоятельное движение воздуха: его вызывают изменения объёма грудной клетки. Такие движения поддерживают поступление свежего воздуха к лёгким.

Как это устроено

Кислород нужен клеткам, потому что участвует в окислении органических веществ. При этом высвобождается энергия, которую организм использует для движения, роста и работы внутренних органов. Если кислорода поступает недостаточно, клеткам труднее обеспечивать свои потребности. Поэтому дыхание связано с работой всего организма, а не только с движением грудной клетки.

Кислород из лёгких переходит в кровь, а кровь переносит его к тканям. Там кислород поступает из крови в клетки и используется при обмене веществ. В клетках образуется углекислый газ, который кровь уносит обратно к органам дыхания. В лёгких он переходит из крови в воздух и удаляется при выдохе.

При вдохе воздух проходит по дыхательным путям: из носовой полости через глотку и гортань в трахею, затем по бронхам и более мелким бронхиолам. В конце этого пути расположены лёгочные пузырьки — альвеолы. Последовательное разветвление бронхов помогает распределить воздух по лёгким. Так воздух достигает участков, где он может обмениваться газами с кровью.

Альвеолы подходят для газообмена благодаря особенностям строения. Их стенки тонкие и влажные, а снаружи они оплетены капиллярами — мельчайшими кровеносными сосудами. Из-за небольшой толщины стенок кислород и углекислый газ могут переходить между воздухом и кровью. Многочисленные альвеолы образуют большую поверхность обмена, поэтому газообмен происходит эффективно.

Вдох и выдох возникают из-за изменения объёма грудной клетки и давления воздуха в лёгких. При вдохе сокращаются дыхательные мышцы, в том числе диафрагма и межрёберные мышцы, грудная клетка расширяется, и воздух поступает внутрь. При выдохе объём грудной клетки уменьшается, давление в лёгких меняется, и воздух выходит наружу. Значит, дыхательные мышцы не проталкивают воздух напрямую, а создают условия для его движения.

Органы дыхательной системы и их функции

Таблица показывает путь воздуха и основные задачи разных органов. Начинай прослеживать его с носовой полости и заканчивай альвеолами, где происходит газообмен. Диафрагма и межрёберные мышцы не проводят воздух, а обеспечивают дыхательные движения.

Разбор задач

Задача 1. Расположите органы дыхательной системы в порядке прохождения по ним воздуха при вдохе. Нужно восстановить путь от входа в дыхательную систему до места газообмена. При этом важно не поставить бронхиолы раньше бронхов: они являются более мелкими ветвями.

1. Определяем начало пути: воздух входит через носовую полость. Затем он проходит через глотку и гортань к трахее.
2. Продолжаем путь по разветвляющимся дыхательным путям: из трахеи воздух попадает в бронхи, затем — в бронхиолы.
3. Находим конечный участок: бронхиолы ведут к альвеолам, где воздух соприкасается с кровью через тонкие стенки.

Ответ: носовая полость → глотка → гортань → трахея → бронхи → бронхиолы → альвеолы. Такой порядок показывает движение воздуха при вдохе, а не направление переноса газов кровью.

Задача 2. Объясните, почему повреждение стенок альвеол ухудшает снабжение организма кислородом. Нужно связать строение лёгочных пузырьков с переходом газов в кровь. Для решения достаточно проследить, какой барьер должен преодолеть кислород.

1. В норме кислород проходит из воздуха через тонкую стенку альвеолы в капилляр. Оттуда он попадает в кровь и переносится к тканям.
2. При повреждении стенок условия для такого перехода нарушаются. Газообмен становится менее эффективным, и в кровь может поступать меньше кислорода.
3. Клетки получают кислород именно с кровью. Поэтому ухудшение его перехода в капилляры снижает снабжение организма кислородом.

Ответ: повреждённые стенки мешают эффективному переходу кислорода из альвеол в кровь, поэтому меньше кислорода переносится к клеткам.

Задача 3. После физической нагрузки дыхание становится более частым и глубоким. Объясните причины этого явления. Для ответа нужно связать работу мышц с расходом кислорода и образованием углекислого газа.

1. Во время нагрузки мышцы работают активнее и тратят больше энергии. Для её получения клеткам требуется больше кислорода.
2. При усиленном обмене веществ в тканях образуется больше углекислого газа. Кровь должна быстрее доставить его к лёгким.
3. Более частые и глубокие дыхательные движения увеличивают поступление свежего воздуха и помогают удалять избыток углекислого газа.

Ответ: дыхание усиливается, чтобы обеспечить работающие мышцы кислородом и ускорить удаление углекислого газа.

Типичные ошибки

• Считать дыханием только вдох и выдох. Так думают, потому что дыхательные движения заметны, а клеточные процессы — нет. Но дыхание включает также использование кислорода клетками и удаление углекислого газа; проверь себя, уточнив, где образуется энергия.
• Путать газообмен в лёгких и тканях. Ошибка возникает, если не отслеживать направление движения газов. В лёгких кровь получает кислород, а в тканях отдаёт его клеткам; проверь себя, назвав отдельно, куда направлен кислород в каждом месте.
• Считать трахею и бронхи местом основного газообмена. Эти органы проводят воздух, поэтому их легко принять за место обмена. Однако основной газообмен происходит в альвеолах; проверь себя, вспомнив, где тонкие стенки соприкасаются с капиллярами.
• Думать, что воздух входит в лёгкие сам по себе. При таком объяснении забывают о роли дыхательных мышц. Вдох и выдох связаны с изменением объёма грудной клетки и давления в лёгких; проверь себя, объяснив, что меняется при вдохе.

Связь с другими темами

Для понимания дыхания пригодятся знания о клеточном строении и обмене веществ: именно клеткам нужен кислород для получения энергии. Нужно также помнить, что кровь переносит вещества между органами и тканями. Строение грудной клетки помогает понять, как движения дыхательных мышц меняют её объём.

Знания о дыхательной системе пригодятся при изучении профилактики её заболеваний и первой помощи при нарушениях дыхания. С ними связаны и темы о влиянии курения и загрязнения воздуха на организм. Такие факторы могут мешать нормальной работе дыхательных органов и поступлению кислорода.

Что запомнить

• Главное значение дыхания — обеспечение клеток кислородом и удаление углекислого газа.
• Кислород необходим для получения энергии при окислении органических веществ.
• Воздух проходит через дыхательные пути к альвеолам.
• Газообмен между воздухом и кровью происходит в альвеолах.
• Вдох и выдох обеспечиваются изменением объёма грудной клетки.
• Дыхательная система включает воздухоносные пути, лёгкие и дыхательные мышцы.