§ 48. Можно ли жить и не дышать? 159

Определения и обозначения

Дыхание — это процесс получения организмом энергии с участием кислорода и выделением углекислого газа. Кислород помогает клеткам использовать питательные вещества, а энергия нужна для движения, роста и работы органов. Поэтому дыхание — не только движение воздуха, но и важный процесс внутри клеток.

Газообмен — обмен кислорода и углекислого газа между организмом и окружающей средой. Кислород входит в организм, а углекислый газ выходит из него через специальные органы или поверхность тела. Благодаря газообмену клетки получают нужный газ и избавляются от ненужного.

Вдох — поступление воздуха в органы дыхания. При вдохе грудная клетка расширяется, и воздух направляется к лёгким или другим дыхательным органам. Вдох обеспечивает организм новой порцией воздуха, в котором есть кислород.

Выдох — удаление из организма воздуха, обогащённого углекислым газом. В выдыхаемом воздухе также остаются кислород и водяной пар, поэтому говорить о выходе только углекислого газа неправильно. Выдох освобождает дыхательную систему для следующего вдоха.

Как это устроено

Живым организмам постоянно нужен кислород, потому что клетки всё время расходуют энергию. Она требуется даже во время сна: сердце сокращается, мозг работает, поддерживается температура тела. Если кислород перестаёт поступать, клетки быстро теряют возможность нормально выполнять свои функции, поэтому долго обходиться без дыхания нельзя.

В клетках кислород участвует в превращении питательных веществ, например сахаров. При этом высвобождается энергия, а образуются углекислый газ и вода. Углекислый газ не нужен клеткам в большом количестве, поэтому он переносится к органам дыхания и удаляется наружу.

У человека, животных и растений дыхание имеет общий смысл: клетки получают энергию с участием кислорода. Газообмен у них устроен по-разному, потому что организмы живут в разных условиях и имеют разные органы. Человек обменивается газами через лёгкие, рыба — через жабры, насекомое — через трахеи, а растение — через поверхности клеток и особые отверстия на листьях.

У человека воздух сначала проходит через носовую полость, где очищается от части пыли, согревается и увлажняется. Затем он движется по трахее, которая разветвляется на бронхи, ведущие к лёгким. В лёгких находятся многочисленные маленькие пузырьки, окружённые кровеносными сосудами: здесь кислород переходит в кровь, а углекислый газ — в воздух.

При физической нагрузке мышцы работают сильнее и расходуют больше энергии. Значит, им требуется больше кислорода, а углекислого газа образуется больше. Поэтому дыхание становится частым и глубоким: так организм быстрее получает кислород и выводит избыток углекислого газа.

Дыхание разных организмов

В таблице сравниваются источник кислорода, место газообмена и вещество, которое организм выделяет. У растений и одноклеточных организмов нет лёгких, но это не означает отсутствия дыхания. Сравнивая строки, можно увидеть, что органы дыхания зависят от среды обитания и строения организма.

Разбор задач

Почему человек не может надолго задержать дыхание?

Условие: человек перестал вдыхать воздух, но клетки организма продолжают работать. Нужно объяснить, почему задержку дыхания нельзя продолжать долго. Для решения рассмотрим, что происходит с кислородом и углекислым газом.

1. При задержке дыхания новая порция кислорода не поступает в лёгкие.
2. Кровь некоторое время переносит уже имеющийся кислород к клеткам.
3. Клетки используют кислород для получения энергии, поэтому его запас уменьшается.
4. Одновременно образующийся углекислый газ накапливается в крови и раздражает дыхательный центр.

Ответ: человек не может долго задерживать дыхание, потому что кислород перестаёт поступать, а углекислый газ накапливается. Организм заставляет сделать вдох, чтобы восстановить газообмен.

Сравнить дыхание рыбы в воде и человека на суше

Условие: нужно сравнить, откуда рыба и человек получают кислород и какими органами пользуются. Рыба живёт в воде, а человек — в воздушной среде. Поэтому их органы газообмена приспособлены к разным условиям.

1. Человек вдыхает атмосферный воздух, а рыба получает кислород, растворённый в воде.
2. У человека воздух поступает в лёгкие через носовую полость, трахею и бронхи.
3. У рыбы вода проходит через жабры, и растворённый кислород переходит из воды в кровь.
4. В обоих случаях кислород попадает в кровь, а углекислый газ удаляется во внешнюю среду.

Ответ: человек дышит лёгкими атмосферным воздухом, а рыба — жабрами растворённым в воде кислородом. Различие связано со средой обитания и строением органов дыхания.

Почему после бега человек дышит чаще?

Условие: после бега дыхание становится быстрым и глубоким, хотя в покое оно было спокойным. Нужно связать это изменение с работой мышц. Сравним потребность организма в газах до нагрузки и после неё.

1. Во время бега мышцы сокращаются сильнее и расходуют больше энергии.
2. Для получения этой энергии клеткам мышц требуется больше кислорода.
3. При усиленной работе клеток образуется больше углекислого газа.
4. Частые и глубокие вдохи доставляют больше кислорода, а выдохи ускоряют удаление углекислого газа.

Ответ: после бега дыхание учащается из-за возросшей потребности мышц в кислороде. Одновременно организму нужно быстрее вывести увеличившееся количество углекислого газа.

Типичные ошибки

Ошибка: считать дыханием только вдох и выдох. Так думают, потому что дыхание заметно по движениям грудной клетки. Проверка простая: вспомните, что дыхание включает ещё использование кислорода клетками для получения энергии.

Ошибка: путать вдох с газообменом. Вдох лишь доставляет воздух в дыхательные органы, а газообмен происходит между воздухом, кровью и тканями. Чтобы проверить себя, ответьте, где именно кислород переходит в кровь и углекислый газ выходит из неё.

Ошибка: утверждать, что растения только выделяют кислород и не дышат. Такое мнение появляется из-за изучения фотосинтеза на свету. Помните: растения дышат постоянно, а фотосинтез и дыхание являются разными процессами.

Ошибка: считать, что при выдохе выходит только углекислый газ. В выдыхаемом воздухе есть также кислород, азот и водяной пар. Проверить себя можно сравнением состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха: меняется количество газов, но воздух не превращается в чистый углекислый газ.

Связь с другими темами

Для понимания дыхания нужны знания о свойствах воздуха и значении кислорода и углекислого газа. Также пригодится представление о строении организма человека, особенно о расположении внутренних органов. Эти сведения помогают понять, почему разные организмы используют разные органы газообмена.

Дальше тема связана с изучением органов дыхания и кровообращения. Кровь переносит кислород к клеткам и углекислый газ обратно к лёгким. Знания о дыхании нужны и при изучении обмена веществ и правил сохранения здоровья.

Что запомнить

• Дыхание необходимо большинству живых организмов для получения энергии.
• При дыхании организм поглощает кислород и выделяет углекислый газ.
• Газообмен происходит через специальные органы или поверхности тела.
• У человека основными органами дыхания являются лёгкие.
• Вдох обеспечивает поступление воздуха, а выдох — его удаление.
• При физической нагрузке потребность организма в кислороде возрастает.
• Растения тоже дышат, хотя их дыхание не следует путать с фотосинтезом.