Дыхание

Определения и обозначения

Дыхание — процесс, при котором организм получает кислород и выделяет углекислый газ. В дыхании участвуют органы дыхательной системы, кровь и клетки тела. Кислород нужен клеткам для получения энергии, а углекислый газ, образующийся при их работе, необходимо удалить.

Дыхательная система — органы, обеспечивающие поступление воздуха в лёгкие и его выход. К ней относятся носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и лёгкие. Одни органы проводят и подготавливают воздух, а в лёгких происходит обмен газами.

Вдох — поступление воздуха в лёгкие при расширении грудной клетки. Диафрагма опускается, а рёбра поднимаются, поэтому внутри грудной клетки становится больше места. Из-за изменения давления воздух движется внутрь организма.

Выдох — выход воздуха из лёгких при уменьшении объёма грудной клетки. Диафрагма поднимается, а рёбра опускаются, и воздух выталкивается наружу. Вместе с ним организм удаляет часть углекислого газа.

Как это устроено

Воздух входит через носовую полость, затем проходит через глотку, гортань, трахею и бронхи к лёгким. В носу его задерживают волоски и слизь, которые помогают удерживать пыль и некоторые микробы. Слизистая оболочка и множество мелких сосудов согревают и увлажняют воздух, чтобы он меньше раздражал дыхательные пути и лёгкие.

Лёгкие состоят из разветвлённых бронхов и множества крошечных лёгочных пузырьков. Их большое количество создаёт обширную поверхность для обмена газами, а тонкие стенки облегчают переход веществ. Каждый пузырёк окружён сетью мелких кровеносных сосудов, поэтому воздух и кровь находятся рядом.

Кислород из воздуха в лёгочных пузырьках проходит через их стенки в кровь. В обратном направлении углекислый газ переходит из крови в воздух пузырьков, а затем удаляется при выдохе. Так состав крови обновляется: она получает кислород и освобождается от части углекислого газа.

Вдох и выдох обеспечиваются движениями диафрагмы и рёбер. При вдохе диафрагма сокращается и опускается, а рёбра поднимаются; объём грудной клетки увеличивается, давление в лёгких снижается, и воздух входит. При выдохе мышцы расслабляются, диафрагма поднимается, рёбра опускаются, объём грудной клетки уменьшается, и воздух выходит.

Кровь разносит кислород от лёгких по сосудам к клеткам. Клетки используют его, чтобы получать энергию из питательных веществ, необходимую для работы организма. При этом образуется углекислый газ: кровь переносит его к лёгким, откуда он удаляется с выдыхаемым воздухом.

Что происходит при вдохе и выдохе

Сравнивайте сначала движения диафрагмы и рёбер, а затем — изменение объёма грудной клетки и направление воздуха. Это помогает увидеть, что выдох происходит не так, как вдох: движения органов и направление воздушного потока меняются на противоположные. Используйте таблицу, чтобы объяснить, почему воздух входит в лёгкие или выходит из них.

Разбор задач

Путь воздуха

Назовите органы, через которые проходит воздух от носа до лёгких, расположив их по порядку. Нужно проследить путь воздуха от входа в дыхательную систему к органам, где происходит газообмен. Не следует пропускать крупные дыхательные пути между носовой полостью и лёгкими.

1. Начало пути — носовая полость, где воздух задерживается, согревается и увлажняется.
2. Далее воздух проходит через глотку и гортань, затем попадает в трахею.
3. Трахея разветвляется на бронхи, которые проводят воздух в лёгкие.

Ответ: носовая полость → глотка → гортань → трахея → бронхи → лёгкие. Порядок показывает, как воздух движется от носа к месту газообмена. Ветви бронхов распределяют его внутри лёгких.

Почему грудная клетка расширяется при вдохе

Объясните, почему при вдохе грудная клетка расширяется, а воздух поступает в лёгкие. Чтобы ответить, нужно связать движения мышц и рёбер с изменением объёма грудной клетки. Затем следует проследить, как это изменение влияет на движение воздуха.

1. При вдохе диафрагма сокращается и опускается, а рёбра поднимаются.
2. Из-за этих движений объём грудной клетки увеличивается, и лёгким становится доступно больше пространства.
3. Давление внутри лёгких снижается, поэтому воздух снаружи движется внутрь.

Ответ: грудная клетка расширяется из-за движений диафрагмы и рёбер. Увеличение её объёма снижает давление в лёгких, и воздух поступает туда. Лёгкие не втягивают воздух самостоятельно: их расширение связано с работой дыхательных мышц.

Дыхание после бега

Человек задержал дыхание после быстрого бега. Объясните, почему ему хочется дышать чаще и что происходит с газообменом в организме. При беге мышцы работали интенсивно, поэтому нужно учитывать их потребность в кислороде и образование углекислого газа. Затем нужно связать эту потребность с работой лёгких и крови.

1. Активно работающие мышцы расходуют больше кислорода, необходимого клеткам для получения энергии.
2. В клетках образуется больше углекислого газа, который кровь переносит к лёгким для удаления.
3. Задержка дыхания мешает поступлению кислорода и выведению углекислого газа, поэтому организм стремится возобновить и учащает дыхание.

Ответ: после бега человеку хочется дышать чаще, потому что мышцам нужно больше кислорода, а углекислый газ требуется быстрее удалять. В лёгких кислород переходит в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух. Кровь доставляет кислород к мышцам и уносит от них углекислый газ.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что лёгкие сами втягивают воздух. Так можно подумать, потому что именно лёгкие наполняются воздухом, но вдох обеспечивают движения диафрагмы и рёбер. Проверьте себя: при вдохе диафрагма опускается, рёбра поднимаются, а грудная клетка расширяется.

Ошибка — полагать, что вдыхаемый и выдыхаемый воздух имеют одинаковый состав. Кислород используется организмом, а доля углекислого газа в выдыхаемом воздухе выше. Проверка простая: вспомните, какие газы переходят между воздухом в лёгких и кровью.

Ошибка — называть газообменом только движение воздуха в лёгкие и обратно. Это вентиляция лёгких, а газообмен также включает переход кислорода и углекислого газа между воздухом и кровью. Чтобы проверить ответ, спросите себя, указаны ли оба газа и направления их перехода.

Ошибка — считать, что дыхание нужно только лёгким. Лёгкие обеспечивают газообмен, но кислород нужен клеткам всего организма для получения энергии. Проверьте себя, проследив путь кислорода: из лёгких он поступает в кровь, а затем доставляется к клеткам.

Связь с другими темами

Для понимания дыхания нужно знать, что кровь движется по кровеносным сосудам и переносит вещества: именно так кислород достигает клеток, а углекислый газ возвращается к лёгким. Тема связана с изучением органов и систем органов человека, потому что дыхательная и кровеносная системы работают совместно. Она также помогает понять обмен веществ в клетках и то, как физическая нагрузка и вредные привычки влияют на здоровье.

Что запомнить

• При дыхании организм получает кислород и удаляет углекислый газ.
• Воздух проходит по дыхательным путям и попадает в лёгкие.
• В лёгких кислород переходит в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух.
• Диафрагма и рёбра участвуют во вдохе и выдохе.
• Кровь доставляет кислород от лёгких к клеткам.
• Клеткам кислород нужен для получения энергии.