§ 6. Для чего и как мы дышим

Определения и обозначения

Дыхание — поступление кислорода в организм, его использование клетками и удаление углекислого газа. Клетки с помощью кислорода получают энергию из питательных веществ. Поэтому дыхание нужно не только для обновления воздуха, но и для работы всего организма.

Дыхательная система — органы, которые проводят воздух и обеспечивают газообмен. К ней относятся дыхательные пути и лёгкие: первые доставляют воздух, вторые обмениваются газами с кровью. Вместе эти органы снабжают организм кислородом и помогают удалять углекислый газ.

Газообмен — переход кислорода и углекислого газа между воздухом, кровью и тканями. В лёгких кислород поступает в кровь, а углекислый газ выходит из неё в воздух; в тканях направление обмена для кислорода обратное. Без газообмена клетки не получили бы нужный им кислород.

Вдох и выдох — дыхательные движения, при которых воздух входит в лёгкие и выходит из них. Вдох обновляет воздух в лёгких, а выдох помогает удалить воздух с избытком углекислого газа. Эти движения обеспечивают мышцы, меняющие объём грудной клетки.

Как это устроено

Клетки постоянно работают и расходуют энергию, поэтому им нужны питательные вещества и кислород. Кислород помогает клеткам извлекать энергию из питательных веществ, а углекислый газ образуется как продукт этого процесса. Если углекислый газ не удалять, он будет накапливаться, поэтому организму необходима непрерывная связь между клетками и органами дыхания.

Воздух проходит через носовую полость, затем через глотку и гортань в трахею, а из неё — по бронхам в лёгкие. В носовой полости воздух согревается, увлажняется и очищается от части пыли; остальные дыхательные пути проводят его дальше. Такая последовательность помогает доставить воздух к лёгочной ткани и защищает её от загрязнений.

В лёгких находятся многочисленные мелкие воздушные пузырьки, окружённые кровеносными сосудами. Их тонкие стенки разделяют воздух и кровь, но позволяют газам переходить между ними. Поэтому кислород перемещается из воздуха в кровь, а углекислый газ — в обратном направлении и затем удаляется с выдохом.

Кровь переносит кислород от лёгких к тканям, потому что одних дыхательных движений недостаточно, чтобы доставить его каждой клетке. В тканях кислород переходит из крови в клетки и используется ими для получения энергии. Образовавшийся углекислый газ поступает в кровь, которая переносит его обратно к лёгким.

При вдохе межрёберные мышцы поднимают рёбра, а диафрагма — мышца под лёгкими — сокращается и опускается. Грудная клетка расширяется, её объём увеличивается, и воздух входит в лёгкие. При выдохе мышцы расслабляются, диафрагма поднимается, объём грудной клетки уменьшается и воздух выходит; лёгкие следуют за движением грудной клетки, а не расширяются собственными мышцами.

Дыхание и газообмен в организме

Читайте строки таблицы сверху вниз, чтобы проследить путь газов от лёгких к тканям и обратно. В столбцах указано, куда движется каждый газ на отдельном этапе. Так проще не перепутать направления обмена в лёгких и тканях.

Разбор задач

Задача 1. Объясните, зачем человеку нужен кислород и какой газ образуется при его использовании клетками. Чтобы ответить, нужно связать газ не только с вдохом, но и с работой клеток. Рассуждаем по шагам.

1. Клеткам требуется энергия для выполнения своих функций.
2. Кислород помогает извлекать эту энергию из питательных веществ.
3. В процессе использования кислорода образуется углекислый газ, который организм должен удалить.

Ответ: кислород нужен клеткам для получения энергии из питательных веществ; при его использовании образуется углекислый газ.

Задача 2. Проследите путь кислорода от вдохнутого воздуха до клетки организма. Необходимо учесть и движение воздуха, и перенос газа кровью. Идём по цепочке от органов дыхания к тканям.

1. При вдохе воздух проходит через носовую полость, глотку, гортань, трахею и бронхи к лёгким.
2. В лёгких кислород переходит из воздуха в кровь через тонкую стенку воздушных пузырьков и окружающих их сосудов.
3. Кровь переносит кислород к тканям, где он переходит из крови в клетки.

Ответ: воздух — дыхательные пути — лёгкие — кровь — ткани — клетка. Кровь необходима как переносчик: кислород не попадает из лёгких сразу во все клетки.

Задача 3. Человек задержал дыхание после выдоха. Объясните, почему со временем возникает потребность вдохнуть и что происходит с газами в крови. Важно проследить, что продолжается в тканях, даже когда воздух не обновляется. Это позволяет понять причину позыва к вдоху.

1. Клетки продолжают использовать кислород и образовывать углекислый газ.
2. Кровь забирает углекислый газ от тканей, но при задержке дыхания не может эффективно отдать его в лёгких.
3. Углекислый газ накапливается в крови, и организму требуется возобновить вентиляцию лёгких.

Ответ: потребность вдохнуть возникает из-за накопления углекислого газа и необходимости снова обеспечить газообмен в лёгких.

Типичные ошибки

Считать дыханием только вдох и выдох — значит учитывать лишь движение воздуха. Такую ошибку допускают, потому что дыхание заметнее всего по движению грудной клетки. Проверьте себя: полное объяснение должно включать газообмен в лёгких и тканях и использование кислорода клетками.

Неверно думать, что кислород из воздуха сразу попадает во все клетки: сначала он переходит в кровь, и только затем переносится к тканям. Часто промежуточное звено забывают, потому что путь газа кажется очевидным. Проверьте ответ вопросом: названа ли кровь как переносчик кислорода?

Путать направления газов в лёгких — значит считать, что кислород выходит из крови, а углекислый газ входит в неё. Возможно, направления обмена в лёгких смешивают с тем, что происходит в тканях. Проверьте себя: в лёгких кислород идёт из воздуха в кровь, углекислый газ — из крови в воздух.

Думать, что лёгкие расширяются благодаря собственным мышцам, неправильно: изменение объёма грудной клетки обеспечивают диафрагма и межрёберные мышцы. Ошибка возникает из-за того, что лёгкие движутся вместе с грудной клеткой. Проверьте объяснение вдоха: в нём должны быть названы дыхательные мышцы и изменение объёма грудной клетки.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в дыхании, нужно знать, что органы объединяются в системы, а кровь переносит вещества по организму. Это напрямую связывает тему с кровообращением: кровь доставляет дыхательные газы между лёгкими и тканями. Позже эти знания помогут понять обмен веществ, увеличение потребности в кислороде при физической нагрузке и правила сохранения здоровья.

Что запомнить

• Клеткам нужен кислород для получения энергии из питательных веществ.
• При использовании кислорода образуется углекислый газ.
• В лёгких кислород переходит в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух.
• Кровь доставляет кислород к тканям и уносит от них углекислый газ.
• Вдох и выдох обеспечиваются изменением объёма грудной клетки.
• Дыхание включает не только движение воздуха, но и газообмен в лёгких и тканях.