Здравствуйте! С вами Андрей, преподаватель биологии и автор канала «Биосфера».
Мы можем прожить без еды несколько недель, без воды — несколько дней. Но без воздуха — всего несколько минут. Почему? Потому что каждой клетке нашего тела постоянно нужен кислород для получения энергии.
Дыхательная система обеспечивает организм кислородом и удаляет углекислый газ. Сегодня мы разберем её от начала до конца: как воздух проходит по дыхательным путям, как происходит газообмен в легких и как регулируется дыхание.
Поехали!
Часть 1. Зачем нужно дыхание?
Дыхание — это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа.
Значение дыхания:
· Окисление органических веществ — кислород необходим для химических реакций, в которых расщепляются питательные вещества и выделяется энергия
· Удаление углекислого газа — СО2 образуется как конечный продукт обмена веществ и в высоких концентрациях ядовит
· Терморегуляция — с выдыхаемым воздухом уходит часть тепла
· Водный обмен — с выдыхаемым воздухом выделяется вода
В дыхании можно выделить несколько этапов:
1. Внешнее дыхание — газообмен между атмосферным воздухом и кровью в легких
2. Транспорт газов кровью — перенос кислорода и углекислого газа
3. Внутреннее (тканевое) дыхание — газообмен между кровью и клетками, а также использование кислорода клетками
Часть 2. Строение дыхательной системы
Дыхательная система состоит из воздухоносных путей и легких.
Воздухоносные пути проводят воздух, но газообмен в них не происходит. Они включают:
Носовая полость → носоглотка → ротоглотка → гортань → трахея → бронхи
Легкие — это место, где происходит газообмен.
Часть 3. Носовая полость
Воздух обычно попадает в организм через нос. Носовая полость разделена перегородкой на две половины. Внутри она выстлана слизистой оболочкой с ресничками.
Что происходит с воздухом в носу:
· Согревание — воздух проходит мимо густой сети кровеносных сосудов и нагревается до температуры тела
· Увлажнение — слизь увлажняет сухой воздух
· Очищение — пыль и микробы оседают на слизистой и на ресничках, а затем удаляются при чихании или смываются слизью
· Обеззараживание — слизь содержит бактерицидные вещества (лизоцим), убивающие микробов
· Обоняние — в верхней части носовой полости находятся рецепторы, воспринимающие запахи
Из носовой полости воздух попадает в носоглотку, а затем в ротоглотку. Это общий отдел для дыхательной и пищеварительной систем.
Часть 4. Гортань
Гортань находится в передней части шеи на уровне 4-6 шейных позвонков. Она образована хрящами, соединенными связками и мышцами.
Хрящи гортани:
· Щитовидный хрящ — самый крупный, состоит из двух пластин, соединенных под углом. У мужчин этот угол острый, и хрящ выступает вперед, образуя кадык
· Надгортанник — листовидный хрящ, который при глотании закрывает вход в гортань, не давая пище попасть в дыхательные пути
· Перстневидный хрящ — лежит в основании гортани
· Черпаловидные хрящи — к ним прикрепляются голосовые связки
Голосовой аппарат:
В гортани находятся голосовые связки — эластичные складки слизистой. Между ними находится голосовая щель. При спокойном дыхании связки расслаблены и щель широко открыта. При разговоре связки напрягаются, сближаются, и воздух, проходя через узкую щель, заставляет их вибрировать — возникает звук.
Высота голоса зависит от длины и натяжения связок: у детей связки короче — голос выше, у взрослых мужчин длиннее — голос ниже.
Часть 5. Трахея и бронхи
Трахея — это трубка длиной 10-15 см, продолжающая гортань. Она расположена перед пищеводом. Стенки трахеи укреплены 16-20 хрящевыми полукольцами. Почему полукольцами, а не полными кольцами? Потому что сзади к трахее прилегает пищевод, и при прохождении пищи она должна немного сдавливаться, не мешая пищевому комку.
Внутри трахея выстлана слизистой оболочкой с ресничками, которые гонят слизь с осевшими частицами вверх, к глотке.
В нижней части трахея делится на два главных бронха — правый и левый. Правый бронх короче и шире левого, поэтому инородные тела чаще попадают в него.
Бронхи ветвятся как дерево, образуя бронхиальное дерево. Самые мелкие веточки называются бронхиолами. На концах бронхиол находятся скопления микроскопических пузырьков — альвеол.
Часть 6. Легкие и альвеолы
Легкие — это парный орган, занимающий почти всю грудную полость. Правое легкое состоит из трех долей, левое — из двух (потому что рядом сердце). Вес легких около 1 кг, но большую часть этого веса составляет кровь.
Легкие покрыты оболочкой — легочной плеврой. Грудная полость изнутри выстлана пристеночной плеврой. Между ними — плевральная полость с небольшим количеством жидкости, которая уменьшает трение при дыхании.
Альвеолы — это главные структуры легких. Это крошечные пузырьки, стенки которых состоят из одного слоя клеток и густо оплетены капиллярами. У человека около 300-500 миллионов альвеол, и их общая поверхность составляет около 100 квадратных метров!
Именно в альвеолах происходит газообмен. Кислород из воздуха в альвеолах переходит в кровь, а углекислый газ из крови — в альвеолы. Это происходит благодаря разнице концентраций (диффузия).
Часть 7. Как происходит вдох и выдох
Легкие не имеют собственных мышц. Они пассивно следуют за движениями грудной клетки.
Механизм вдоха:
Вдох — активный процесс. Сокращаются межреберные мышцы и диафрагма.
· Межреберные мышцы поднимают ребра вверх и немного разводят их в стороны
· Диафрагма (куполообразная мышца, разделяющая грудную и брюшную полости) сокращается и опускается вниз
В результате объем грудной полости увеличивается. Легкие растягиваются, давление в них становится ниже атмосферного, и воздух засасывается внутрь.
Механизм выдоха:
В спокойном состоянии выдох — пассивный процесс. Межреберные мышцы и диафрагма расслабляются. Ребра опускаются, диафрагма поднимается вверх. Объем грудной полости уменьшается, легкие сжимаются, давление в них становится выше атмосферного, и воздух выходит наружу.
При форсированном (глубоком) выдохе сокращаются мышцы брюшного пресса, которые давят на диафрагму снизу, и внутренние межреберные мышцы, которые опускают ребра.
Часть 8. Жизненная емкость легких
Объем воздуха, который человек может вдохнуть и выдохнуть, измеряется специальными приборами.
Составляющие объема легких:
· Дыхательный объем — воздух, который человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании (около 500 мл)
· Резервный объем вдоха — воздух, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха (около 1500 мл)
· Резервный объем выдоха — воздух, который можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха (около 1500 мл)
· Остаточный объем — воздух, который остается в легких даже после самого глубокого выдоха (около 1000 мл)
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — это сумма дыхательного объема и резервных объемов вдоха и выдоха. У взрослого человека она составляет 3000-5000 мл в зависимости от пола, возраста, роста и тренированности.
У спортсменов (пловцов, бегунов) ЖЕЛ может достигать 6000-8000 мл.
Часть 9. Транспорт газов кровью
Транспорт кислорода:
Кислород плохо растворим в плазме крови, поэтому его переносят эритроциты. В них содержится гемоглобин — белок красного цвета, содержащий железо. Гемоглобин легко соединяется с кислородом там, где его много (в легких), и легко отдает там, где его мало (в тканях).
Соединение гемоглобина с кислородом называется оксигемоглобин. Это соединение непрочное и легко распадается.
Транспорт углекислого газа:
Углекислый газ переносится тремя способами:
· В растворенном виде в плазме (около 5%)
· В виде соединения с гемоглобином (карбгемоглобин) (около 10%)
· В виде гидрокарбонатов (около 85%) — основная форма
В тканях СО2 поступает в кровь, в эритроцитах превращается в угольную кислоту, которая распадается на ионы. Эти ионы транспортируются плазмой. В легких происходит обратный процесс, и СО2 выделяется в альвеолярный воздух.
Часть 10. Регуляция дыхания
Дыхание регулируется нервным и гуморальным путем.
Нервная регуляция:
В продолговатом мозге находится дыхательный центр. Он состоит из центра вдоха и центра выдоха. Эти центры автоматически посылают импульсы к дыхательным мышцам, обеспечивая чередование вдоха и выдоха.
Ритмическая активность дыхательного центра поддерживается автоматически. Но на него влияют сигналы от других отделов мозга. Например, при волнении дыхание учащается, при разговоре — меняется.
Гуморальная регуляция:
Главный регулятор дыхания — углекислый газ. Когда его концентрация в крови повышается (например, при физической нагрузке), дыхательный центр активируется, дыхание становится более глубоким и частым. Когда концентрация СО2 падает (например, при гипервентиляции), дыхание может на время остановиться.
Кислород влияет на дыхание слабее. Только при сильном падении его концентрации (например, в горах) дыхание усиливается.
Часть 11. Защитные дыхательные рефлексы
Чихание — возникает при раздражении рецепторов в носовой полости. Происходит резкий форсированный выдох через нос, очищая носовые ходы.
Кашель — возникает при раздражении рецепторов в гортани, трахее или бронхах. Сначала глубокий вдох, затем резкий выдох при закрытой голосовой щели, потом щель открывается, и воздух с силой вырывается наружу, унося раздражающие частицы.
Зевота — глубокий медленный вдох и быстрый выдох. Возникает при утомлении, недостатке кислорода, улучшает вентиляцию легких и кровоснабжение мозга.
Часть 12. Гигиена дыхания и заболевания
Правила гигиены дыхания:
· Дышать через нос (в носу воздух очищается, согревается и увлажняется)
· Регулярно проветривать помещения
· Делать влажную уборку (чтобы уменьшить количество пыли)
· Гулять на свежем воздухе
· Не курить и избегать пассивного курения
Заболевания дыхательной системы:
Насморк (ринит) — воспаление слизистой носа.
Гайморит — воспаление околоносовых пазух.
Ангина (тонзиллит) — воспаление небных миндалин.
Ларингит — воспаление гортани.
Бронхит — воспаление бронхов.
Пневмония — воспаление легких. Может быть бактериальной или вирусной.
Туберкулез — инфекционное заболевание, вызываемое палочкой Коха. Поражает легкие, но может поражать и другие органы.
Бронхиальная астма — аллергическое заболевание, при котором происходят спазмы бронхов, затрудняющие выдох.
Рак легких — злокачественная опухоль. Чаще всего возникает у курильщиков.
Часть 13. Вред курения
Курение — одна из главных причин заболеваний дыхательной системы.
Что содержится в табачном дыме:
· Никотин — вызывает зависимость и сужает сосуды
· Смолы — оседают в легких, нарушают работу ресничек эпителия
· Угарный газ — связывается с гемоглобином прочнее кислорода, вызывая кислородное голодание
· Канцерогены — вызывают рак
Последствия курения:
· Хронический бронхит курильщика
· Эмфизема легких (разрушение альвеол)
· Рак легких
· Сердечно-сосудистые заболевания
· Преждевременное старение
Пассивное курение (вдыхание дыма от курящих) тоже опасно, особенно для детей.
Часть 14. Первая помощь при нарушении дыхания
Искусственное дыхание проводят, если у человека остановилось дыхание.
Метод "рот в рот":
1. Уложить пострадавшего на спину
2. Запрокинуть голову назад (одна рука на лбу, другая поднимает подбородок) — это открывает дыхательные пути
3. Зажать нос пострадавшего
4. Сделать глубокий вдох и плотно прижаться губами ко рту пострадавшего
5. Выдохнуть в пострадавшего (вдох должен длиться около 1 секунды)
6. Следить, чтобы грудная клетка поднималась
7. Частота — около 10-12 вдохов в минуту
Если нет пульса — искусственное дыхание сочетают с непрямым массажем сердца.
При попадании инородного тела в дыхательные пути (человек давится):
· Наклонить пострадавшего вперед
· Нанести несколько резких ударов основанием ладони между лопатками
· Если не помогает — встать сзади, обхватить руками, сжать кулак и резко надавить на живот (прием Геймлиха)
🗺 Шпаргалка для повторения
1. Путь воздуха: нос → носоглотка → гортань → трахея → бронхи → легкие (альвеолы)
2. В носу: воздух согревается, увлажняется, очищается
3. Гортань: голосообразование, надгортанник закрывает вход при глотании
4. Трахея: хрящевые полукольца (чтобы не спадалась, но давала проходить пище)
5. Легкие: альвеолы (газообмен), плевра (защита и уменьшение трения)
6. Вдох: сокращаются межреберные мышцы и диафрагма → объем грудной клетки ↑
7. Выдох: мышцы расслабляются → объем грудной клетки ↓
8. Газообмен: кислород в кровь, углекислый газ из крови
9. Регуляция: дыхательный центр в продолговатом мозге, главный стимул — углекислый газ
10. Вред курения: рак, бронхит, эмфизема
Подписывайтесь на канал «Биосфера», чтобы не пропустить. Мы продолжаем разбирать все системы организма.
👇 Вопрос к вам:
Что в дыхательной системе кажется вам самым сложным? Механизм вдоха-выдоха? Газообмен? Регуляция дыхания? Пишите в комментариях — разберем детально!
#огэбиология #дыхательнаясистема #легкие #газообмен #вдохивыдох #подготовкакоги #биосфера #понятнаябиология