З Зачем мы дышим?

Определения и обозначения

Дыхание — процесс, который обеспечивает поступление кислорода в организм и удаление углекислого газа. Кислород нужен клеткам для получения энергии, а углекислый газ является ненужным продуктом их работы. Поэтому дыхание связывает организм с окружающим воздухом.

Вдох — поступление воздуха в лёгкие. Дыхательные мышцы сокращаются, грудная клетка расширяется, объём лёгких увеличивается, и воздух входит внутрь. Этот этап нужен, чтобы доставить в лёгкие новую порцию кислорода.

Выдох — выход воздуха из лёгких. Дыхательные мышцы расслабляются, объём грудной клетки уменьшается, и воздух выталкивается наружу. Так организм удаляет воздух, содержащий больше углекислого газа.

Газообмен — обмен кислородом и углекислым газом между воздухом в лёгких, кровью и тканями. Благодаря ему кислород может попасть из лёгких к клеткам, а углекислый газ — вернуться к лёгким. Без газообмена клетки не получили бы необходимого для работы кислорода.

Как это устроено

Воздух проходит через дыхательные пути: носовую полость, глотку, гортань, трахею и бронхи, а затем достигает лёгких. Такой путь очищает, согревает и увлажняет воздух перед его поступлением глубже в организм. В лёгких кислород отделяется от воздуха и переходит в кровь, потому что его содержание в воздухе лёгких выше, чем в притекающей крови.

При вдохе диафрагма и межрёберные мышцы сокращаются. Рёбра поднимаются, грудная клетка расширяется, а объём лёгких увеличивается; внутри них создаётся пространство для новой порции воздуха. При выдохе мышцы обычно расслабляются, грудная клетка возвращается к меньшему объёму, и воздух выходит.

В лёгких происходит обмен газами между воздухом и кровью. Кислород проходит через тонкие стенки лёгочных пузырьков в кровь, потому что его больше в воздухе пузырьков. Углекислый газ движется в обратную сторону — из крови в лёгкие, после чего удаляется при выдохе.

Кровь переносит газы между лёгкими и тканями. Она доставляет кислород к клеткам, а от клеток забирает углекислый газ, образующийся при работе организма. Так дыхание становится частью общей системы снабжения клеток и вывода ненужных веществ.

Клетки используют кислород для получения энергии из питательных веществ. Чем активнее работают мышцы, тем больше энергии им требуется и тем интенсивнее идёт образование углекислого газа. Поэтому во время физической нагрузки дыхание обычно становится чаще и глубже, а после остановки постепенно возвращается к обычному ритму.

Как воздух и газы перемещаются при дыхании

Таблицу удобно читать сверху вниз: сначала воздух входит в лёгкие, затем в них происходит обмен газами. После этого кровь переносит кислород к тканям и возвращает углекислый газ к лёгким. По последнему столбцу можно проверить, зачем нужен каждый этап.

Разбор задач

Задача 1

Назовите процесс, который происходит, когда человек набирает воздух в лёгкие. Опишите, как при этом меняется грудная клетка. Объясните, почему воздух начинает двигаться внутрь.

1. Человек набирает воздух, значит, происходит вдох.
2. При вдохе дыхательные мышцы сокращаются, рёбра поднимаются, а грудная клетка расширяется.
3. Объём лёгких увеличивается, давление внутри них становится ниже, чем снаружи, и воздух входит в лёгкие.

Ответ: происходит вдох. Грудная клетка расширяется, а объём лёгких увеличивается. Воздух поступает внутрь из-за разницы давления.

Задача 2

Проследите путь кислорода от вдыхаемого воздуха до работающей мышцы. Нужно назвать основные этапы перемещения. Отдельно укажите, где происходят переход кислорода в кровь и его передача клеткам.

1. При вдохе воздух проходит по дыхательным путям и попадает в лёгкие.
2. В лёгких кислород переходит через стенки лёгочных пузырьков в кровь — это газообмен в лёгких.
3. Кровь переносит кислород к работающей мышце, где он переходит из крови в клетки и используется для получения энергии.

Ответ: путь кислорода таков: воздух — дыхательные пути — лёгкие — кровь — мышца. В лёгких кислород входит в кровь, а в тканях выходит из неё и поступает к клеткам.

Задача 3

Объясните, почему после быстрого бега дыхание становится чаще и глубже. Затем выясните, почему после остановки оно постепенно успокаивается. Свяжите ответ с потребностью мышц в кислороде и образованием углекислого газа.

1. Во время бега мышцы сокращаются активнее, поэтому им нужно больше энергии и кислорода.
2. Одновременно в клетках образуется больше углекислого газа, который нужно быстрее удалить.
3. После остановки потребность мышц в энергии уменьшается, газообмен постепенно выравнивается, и дыхание возвращается к обычной частоте.

Ответ: при беге дыхание учащается и углубляется, чтобы быстрее доставлять кислород и удалять углекислый газ. После прекращения нагрузки потребность в газообмене снижается, поэтому дыхание постепенно успокаивается.

Типичные ошибки

Считать, что лёгкие сами активно втягивают воздух, — ошибка. Воздух движется потому, что дыхательные мышцы изменяют объём грудной клетки и лёгких; проверить себя можно вопросом: что именно увеличилось или уменьшилось?

Вдох и выдох иногда путают местами. При вдохе грудная клетка увеличивается, а при выдохе уменьшается; полезно связать вдох с «расширением» и поступлением воздуха.

Неверно думать, что кислород нужен только лёгким. Лёгкие передают его крови, а кровь доставляет кислород тканям и мышцам; проверка проста: назовите орган, который переносит газ дальше.

Некоторые считают, что при нагрузке организму требуется больше углекислого газа. На самом деле мышцы используют кислород и выделяют углекислый газ, поэтому нужно усилить его удаление через лёгкие.

Связь с другими темами

До изучения дыхания полезно знать, что кровь переносит вещества по организму, а клетки нуждаются в кислороде. Эти знания помогают понять, почему лёгкие и кровеносная система работают совместно.

Тема связана с изучением кровообращения, работы мышц и дозирования физической нагрузки. По частоте и глубине дыхания можно заметить, насколько изменилась потребность организма в кислороде.

Что запомнить

• Дыхание обеспечивает поступление кислорода и удаление углекислого газа.
• Вдох сопровождается увеличением объёма грудной клетки.
• При выдохе объём грудной клетки уменьшается.
• В лёгких кислород поступает в кровь, а углекислый газ удаляется из неё.
• Кровь доставляет кислород к тканям и переносит углекислый газ к лёгким.
• При физической нагрузке дыхание обычно становится чаще и глубже.