Как и зачем мы дышим

Определения и обозначения

Дыхание — процесс, который обеспечивает поступление кислорода в организм и удаление углекислого газа. Кислород необходим клеткам, чтобы получать энергию из питательных веществ. Благодаря этой энергии клетки могут выполнять свою работу, а организм — двигаться, расти и поддерживать работу органов.

Дыхательные пути — органы и полости, по которым воздух движется от окружающей среды к лёгким и обратно. При вдохе он последовательно проходит через носовую полость, глотку, гортань, трахею и бронхи. Эти пути проводят воздух к месту газообмена и помогают подготовить его к попаданию в лёгкие.

Лёгкие — парные органы, в которых происходит газообмен между воздухом и кровью. Внутри лёгких дыхательные пути многократно разветвляются и заканчиваются лёгочными пузырьками. Такая разветвлённая структура позволяет воздуху соприкасаться с большой поверхностью, рядом с которой проходит кровь.

Газообмен — переход кислорода из воздуха в кровь и углекислого газа из крови в воздух. Он связывает работу дыхательной системы с кровообращением. Кровь уносит кислород от лёгких к клеткам и приносит углекислый газ обратно.

Как это устроено

При вдохе воздух сначала попадает в носовую полость, затем проходит через глотку, гортань, трахею и бронхи к лёгким. В носу есть слизистая оболочка и волоски, которые задерживают часть пыли и других мелких частиц. Богатая кровеносными сосудами оболочка согревает воздух, а слизь увлажняет его. Такая подготовка защищает нижние дыхательные пути и делает воздух подходящим для лёгких.

Внутри лёгких бронхи разветвляются на всё более мелкие ходы, которые заканчиваются лёгочными пузырьками. Их стенки очень тонкие, поэтому газам не приходится преодолевать большой слой ткани. Снаружи пузырьки оплетены густой сетью капилляров — мельчайших кровеносных сосудов. Большая площадь контакта воздуха и крови позволяет газообмену идти эффективно.

В лёгочных пузырьках кислород переходит из воздуха в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух. Это происходит через тонкие стенки пузырьков и капилляров. Кровь с кислородом движется к органам и отдаёт его клеткам, а углекислый газ, образовавшийся в клетках, переносит обратно к лёгким. Затем он удаляется с выдохом.

Вдох и выдох возникают благодаря работе грудной клетки и диафрагмы — мышцы, отделяющей грудную полость от брюшной. При вдохе грудная клетка расширяется, диафрагма опускается, и объём грудной полости увеличивается; воздух поступает в лёгкие. При выдохе грудная клетка возвращается в прежнее положение, диафрагма поднимается, объём полости уменьшается. Воздух выходит наружу, потому что лёгкие сжимаются.

При физической нагрузке мышцы сокращаются активнее и быстрее расходуют кислород. Одновременно в них образуется больше углекислого газа, который нужно вывести из организма. Поэтому дыхание учащается и становится глубже: за то же время в лёгкие поступает больше воздуха, а газообмен ускоряется. После отдыха потребность мышц в кислороде снижается, и дыхание постепенно возвращается к обычному ритму.

Путь воздуха и изменения при дыхании

Читайте таблицу сверху вниз, чтобы проследить путь воздуха от носа до места газообмена. Сравните вдох и выдох: главный ориентир — изменение объёма грудной полости. Последняя строка помогает понять, почему состав воздуха после выдоха отличается от состава вдыхаемого воздуха.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Расположи органы по пути воздуха при вдохе: бронхи, носовая полость, трахея, гортань. Нужно восстановить порядок прохождения воздуха. Начинаем с органа, через который воздух входит из окружающей среды.

1. Воздух сначала попадает в носовую полость. Здесь он очищается, согревается и увлажняется.
2. Затем он проходит через гортань и поступает в трахею. Гортань расположена перед трахеей на пути воздуха.
3. Из трахеи воздух направляется в бронхи, которые проводят его в лёгкие. Значит, бронхи стоят последними среди перечисленных органов.

Ответ. Носовая полость → гортань → трахея → бронхи. При полном описании пути между носовой полостью и гортанью также указывают глотку.

Задача 2

Условие. Объясни, почему во время бега дыхание становится чаще и глубже. Необходимо связать изменение дыхания с тем, что происходит в работающих мышцах. В ответе нужно назвать потребность в кислороде и удаление углекислого газа.

1. Во время бега мышцы сокращаются чаще и расходуют больше энергии. Для получения этой энергии клеткам мышц требуется больше кислорода.
2. При работе мышц образуется больше углекислого газа. Его необходимо перенести кровью к лёгким и удалить с выдохом.
3. Частые и глубокие вдохи увеличивают поступление воздуха в лёгкие. Так организм помогает снабжать мышцы кислородом и быстрее выводить углекислый газ.

Ответ. При беге дыхание учащается и углубляется, потому что работающим мышцам нужно больше кислорода, а образующийся углекислый газ требуется быстрее удалить.

Задача 3

Условие. Проследи путь кислорода от вдоха до клетки и путь углекислого газа в обратном направлении. Важно не остановиться на лёгких: между лёгкими и клетками газы переносит кровь. Сначала проследим кислород, затем углекислый газ.

1. При вдохе кислород проходит через носовую полость, глотку, гортань, трахею и бронхи. Воздух достигает лёгочных пузырьков, где кислород переходит в капилляры и кровь.
2. Кровь переносит кислород от лёгких к клеткам. Клетки используют его для получения энергии, при этом образуется углекислый газ.
3. Кровь доставляет углекислый газ к лёгким. Он переходит в воздух лёгочных пузырьков и покидает организм при выдохе.

Ответ. Кислород движется из воздуха через дыхательные пути и лёгкие в кровь, а затем к клеткам. Углекислый газ идёт от клеток с кровью к лёгким и удаляется с выдохом.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что газообмен происходит во всех дыхательных путях. Проводящие пути доставляют воздух, а основное место обмена газами — лёгочные пузырьки, окружённые капиллярами. Такое заблуждение возникает, если не различать проведение воздуха и его обмен с кровью. Проверь себя: назови место, где кислород может перейти через тонкую стенку в кровь.

Ошибка: путать вдох и выдох. При вдохе объём грудной полости увеличивается, а при выдохе уменьшается; направление изменения объёма помогает различить эти процессы. Путаница появляется, если запоминать только движение воздуха, не связывая его с работой грудной клетки. Проверь себя вопросом: расширяется ли грудная полость, когда воздух входит в лёгкие?

Ошибка: думать, что кислород нужен только лёгким. Лёгкие передают кислород крови, но кровь доставляет его клеткам, где он необходим для получения энергии. Это заблуждение возникает, если рассматривать дыхательную систему отдельно от кровообращения. Проверь себя: проследи путь кислорода после того, как он попал из лёгких в кровь.

Ошибка: считать, что выдыхаемый воздух совсем лишён кислорода. На самом деле его там меньше, чем во вдыхаемом, потому что часть кислорода переходит в кровь, но не весь. Можно ошибиться, приняв уменьшение количества за полное исчезновение. Проверь себя: сравни формулировки «кислорода меньше» и «кислорода нет» — они не означают одно и то же.

Связь с другими темами

Для понимания дыхания нужно знать, что кровь переносит вещества по организму, а клеткам необходим кислород. Эта тема связывает строение органов человека с кровообращением: лёгкие обеспечивают переход газов, а кровь доставляет их между лёгкими и тканями. Знания о дыхательной системе помогут разбираться в гигиене дыхания, влиянии физической нагрузки и профилактике заболеваний органов дыхания. Поэтому состояние дыхательных путей важно не только для вдоха и выдоха, но и для снабжения всего организма кислородом.

Что запомнить

• Дыхание обеспечивает организм кислородом и помогает удалять углекислый газ.
• Воздух проходит через дыхательные пути к лёгким.
• Газообмен между воздухом и кровью происходит в лёгочных пузырьках.
• Кислород из лёгких переносится кровью к клеткам.
• При вдохе объём грудной полости увеличивается, при выдохе уменьшается.
• При физической нагрузке дыхание обычно становится чаще и глубже.