Taču ādas līdzdalības īpatsvars cilvēka elpošanā ir niecīgs, salīdzinot ar plaušām, jo kopējā ķermeņa virsma ir mazāka par 2 m2 un nepārsniedz 3% no kopējās plaušu alveolu virsmas.
Galvenā sastāvdaļas elpošanas orgāni ir elpošanas ceļi, plaušas, elpošanas muskuļi, ieskaitot diafragmu. Atmosfēras gaiss, kas nonāk cilvēka plaušās, ir gāzu maisījums - slāpeklis, skābeklis, oglekļa dioksīds un daži citi (2. att.).
Rīsi. 2. Gāzu daļējā spiediena vidējās vērtības (mm Hg) sausā stāvoklī
ieelpotā gaisā, alveolās, izelpotā gaisā un asinīs muskuļu atpūtas laikā (figūras vidusdaļa). Gāzu daļējs spiediens venozajās asinīs, kas plūst no nierēm un muskuļiem (attēla apakšējā daļa)
Gāzes daļējais spiediens gāzu maisījumā ir spiediens, ko šī gāze radītu, ja maisījumam nebūtu citu sastāvdaļu. Tas ir atkarīgs no gāzes procentuālā daudzuma maisījumā: jo lielāks tas ir, jo lielāks ir šīs gāzes daļējais spiediens. Skābekļa* daļējais spiediens alveolārajā gaisā ir 105 mm Hg. Art., un venozajās asinīs – 40 mm Hg. Art., tāpēc skābeklis difundē no alveolām asinīs. Gandrīz viss asinīs esošais skābeklis ir ķīmiski saistīts ar hemoglobīnu. Daļēja skābekļa spiediens audos ir salīdzinoši zems, tāpēc tas no asins kapilāriem izkliedējas audos, nodrošinot audu elpošanu un enerģijas pārveidošanas procesus.
Oglekļa dioksīda, viena no vielmaiņas galaproduktiem, transportēšana notiek līdzīgi pretējā virzienā. Oglekļa dioksīds no ķermeņa izdalās caur plaušām. Slāpeklis organismā netiek izmantots. Skābekļa, oglekļa dioksīda, slāpekļa daļējais spiediens atmosfēras gaisā un tālāk dažādi līmeņi Skābekļa transportēšanas shēmas ir parādītas attēlā. 2.
A- ārējais cilindrs, b- stikla logs nolasīšanai, V- iekšējais cilindrs, G- gaisa balons, lai līdzsvarotu iekšējo cilindru, d- ūdens
Pateicoties difūzijai, alveolārā gaisa sastāvs nepārtraukti mainās: tajā samazinās skābekļa koncentrācija un palielinās oglekļa dioksīda koncentrācija. Lai uzturētu elpošanas procesu, pastāvīgi jāatjaunina gāzu sastāvs plaušās. Tas notiek plaušu ventilācijas laikā, t.i. elpošana šī vārda parastajā nozīmē. Kad mēs ieelpojam, palielinās plaušu tilpums un no atmosfēras tajās iekļūst gaiss. Tajā pašā laikā alveolas paplašinās. Miera stāvoklī ar katru elpas vilcienu plaušās nonāk aptuveni 500 ml gaisa. Šo gaisa daudzumu sauc paisuma apjoms. Cilvēka plaušām ir noteikta kapacitātes rezerve, ko var izmantot intensīvas elpošanas laikā. Pēc mierīgas ieelpošanas cilvēks var ieelpot aptuveni 1500 ml gaisa. Šo apjomu sauc ieelpas rezerves tilpums. Pēc mierīgas izelpas, pieliekot pūles, varat izelpot apmēram 1500 ml gaisa. Šis izelpas rezerves tilpums. Plūdmaiņas tilpums un ieelpas un izelpas rezerves apjoms summējas vitālās spējas(VEL). IN šajā gadījumā tas ir vienāds ar 3500 ml (500 + 1500 + 1500). Lai izmērītu vitālo kapacitāti, viņi to dara īpaši dziļa elpa un pēc tam izelpojiet pēc iespējas vairāk caurulē īpaša ierīce- spirometrs. Mērījumus veic stāvus stāvoklī miera stāvoklī (3. att.). Dzīvības kapacitātes vērtība ir atkarīga no dzimuma, vecuma, ķermeņa izmēra un fiziskās sagatavotības. Šis rādītājs ir ļoti atšķirīgs, vidēji 2,5–4 litri sievietēm un 3,5–5 litri vīriešiem. Dažos gadījumos cilvēki ir ļoti garš, piemēram, starp basketbolistiem vitālā ietilpība var sasniegt 9 litrus. Treniņu iespaidā, piemēram, veicot speciālo elpošanas vingrinājumi, dzīvības kapacitāte palielinās (dažkārt pat par 30%).
Rīsi. 4. Millera nomogramma pareizas plaušu vitālās kapacitātes noteikšanai
Vital kapacitāti var noteikt, izmantojot Millera nomogrammu (4. att.). Lai to izdarītu, uz skalas jāatrod savs augums un jāsavieno ar taisnu līniju ar savu vecumu (atsevišķi sievietēm un vīriešiem). Šī taisna līnija krustos dzīvības kapacitātes skalu. Svarīgs rādītājs fiziskās veiktspējas pētījumos ir minūšu elpošanas tilpums, vai ventilācija. Ventilācija ir faktiskais gaisa daudzums, kas dažādi apstākļi 1 minūtes laikā iziet cauri plaušām. Miera stāvoklī plaušu ventilācija ir 5–8 l/min.
Cilvēks spēj kontrolēt savu elpošanu. Jūs varat to uz laiku atlikt vai pastiprināt. Spēja palielināt elpošanu tiek mērīta pēc vērtības maksimālā plaušu ventilācija(MLW). Šī vērtība, tāpat kā dzīvības spēja, ir atkarīga no elpošanas muskuļu attīstības pakāpes. Fiziskā darba laikā plaušu ventilācija palielinās un sasniedz 150–180 l/min. Jo grūtāks darbs, jo lielāka ir plaušu ventilācija.
Plaušu elastība lielā mērā ir atkarīga no mitrināšanas šķidruma virsmas spraiguma spēkiem. iekšējā virsma alveolas (s = 5 x 10-2 n/m). Pati daba rūpējās par to, lai elpošana būtu vieglāka un radīja vielas, kas samazina virsmas spraigumu. Tos sintezē īpašas šūnas, kas atrodas alveolu sieniņās. Šo virsmaktīvo vielu sintēze turpinās visu cilvēka dzīvi.
Tajos retajos gadījumos, kad jaundzimušajam nav plaušu šūnas ražojot virsmaktīvās vielas, bērns pats nevar ievilkt pirmo elpu un nomirst. Virsmaktīvo vielu trūkuma vai trūkuma dēļ alveolos katru gadu pasaulē aptuveni pusmiljons jaundzimušo mirst, neizelpojot pirmo elpu.
Tomēr daži dzīvnieki, kas elpo plaušas, var iztikt bez virsmaktīvām vielām. Pirmkārt, tas attiecas uz aukstasiņu dzīvniekiem – vardēm, čūskām, krokodiliem. Tā kā šiem dzīvniekiem nav jātērē enerģija, lai uzturētu siltumu, to skābekļa vajadzības nav tik augstas kā siltasiņu dzīvniekiem, un tāpēc tiem ir mazāks plaušu virsmas laukums. Ja cilvēka plaušās saskares virsmas laukums starp 1 cm 3 gaisa un asinsvadiem ir aptuveni 300 cm 2, tad vardei tas ir tikai 20 cm 2.
Plaušu laukuma relatīvais samazinājums uz tilpuma vienību aukstasiņu dzīvniekiem ir saistīts ar faktu, ka to alveolu diametrs ir aptuveni 10 reizes lielāks nekā siltasiņu dzīvniekiem. Un no Laplasa likuma ( lpp= 4a/R), no tā izriet, ka papildu spiediens, kas jāpārvar inhalācijas laikā, ir apgriezti proporcionāls alveolu rādiusam. Lielais alveolu rādiuss aukstasiņu dzīvniekiem ļauj tiem viegli ieelpot, pat nesamazinot izmēru lpp virsmaktīvo vielu dēļ.
Putnu plaušās nav virsmaktīvo vielu. Putni ir siltasiņu dzīvnieki un vada aktīvu dzīvesveidu. Atpūtas stāvoklī putnu nepieciešamība pēc skābekļa ir augstāka nekā citiem mugurkaulniekiem, tostarp zīdītājiem, un lidojuma laikā tā daudzkārt palielinās. Putnu elpošanas sistēma spēj piesātināt asinis ar skābekli pat lidojot lielā augstumā, kur to koncentrācija ir daudz zemāka nekā jūras līmenī. Jebkuri zīdītāji (arī cilvēki), nonākuši šādā augstumā, sāk piedzīvot skābekļa bads, strauji samazināt to motora aktivitāte, un dažreiz pat nonāk pusģībā. Kā putnu plaušas, ja nav virsmaktīvo vielu, var tikt galā ar šo grūto uzdevumu?
Papildus parastajām plaušām putniem ir papildu sistēma, kas sastāv no pieciem vai vairāk pāriem plānsienu gaisa maisiņu, kas savienoti ar plaušām. Šo maisiņu dobumi plaši sazarojas ķermenī un sniedzas dažos kaulos, dažreiz pat pirkstu falangu mazajos kaulos. Rezultātā elpošanas sistēma, piemēram, pīlēm, aizņem aptuveni 20% no ķermeņa tilpuma (2% plaušu un 18% gaisa maisiņu), kamēr cilvēkiem tas ir tikai 5%. Gaisa maisiņu sienas ir vājas ar asinsvadiem un nepiedalās gāzu apmaiņā. Gaisa spilveni ne tikai palīdz izpūst gaisu caur plaušām vienā virzienā, bet arī samazina ķermeņa blīvumu, berzi starp tā atsevišķām daļām un veicina efektīvu ķermeņa dzesēšanu.
Putna plaušas veidotas no paralēli savienotām plānām caurulēm, atvērtas no abām pusēm, ko ieskauj asinsvadi – gaisa kapilāri, kas stiepjas no parabronhiem. Inhalācijas laikā palielinās priekšējo un aizmugurējo gaisa maisiņu tilpums. Gaiss no trahejas nonāk tieši aizmugurējos maisiņos. Priekšējie maisiņi nesazinās ar galveno bronhu un ir piepildīti ar gaisu, kas iziet no plaušām (5. att., A).
Rīsi. 5 . Gaisa kustība putna elpošanas sistēmā: A- ieelpot, b- izelpot
(K1 un K2 ir vārsti, kas maina gaisa kustību)
Izelpojot, tiek atjaunota saziņa starp priekšējiem maisiņiem un galveno bronhu, kā arī tiek pārtraukta saziņa starp aizmugurējiem maisiņiem. Rezultātā izelpas laikā gaiss plūst cauri putna plaušām tajā pašā virzienā kā ieelpošanas laikā (5. att., b). Elpošanas laikā mainās tikai gaisa maisiņu tilpums, un plaušu tilpums paliek gandrīz nemainīgs. Kļūst skaidrs, kāpēc putnu plaušās nav virsmaktīvo vielu: tās tur vienkārši neder, jo nav nepieciešams uzpūst plaušas.
Daži organismi izmanto gaisu ne tikai elpošanai. Indijas okeānā un Vidusjūrā dzīvojošās vēdzeles ķermenis ir izraibināts ar daudzām adatām - modificētām zvīņām. Mierīgā stāvoklī adatas vairāk vai mazāk cieši pieguļ ķermenim. Nonākot briesmām, vēdzele steidzas uz ūdens virsmu un, ieelpojot gaisu zarnās, pārvēršas par uzpūstu bumbu. Šajā gadījumā adatas paceļas un izvirzās visos virzienos. Zivs turas tuvu ūdens virsmai, ar vēderu apgriezts otrādi, un daļa ķermeņa izvirzās virs ūdens. Šajā stāvoklī vēdzele ir aizsargāta no plēsējiem gan apakšā, gan augšpusē. Kad briesmas ir pārgājušas, vēdzele izdala gaisu, un tās ķermenis iegūst parasto izmēru.
Zemes gaisa apvalks (atmosfēra) tiek turēts netālu no Zemes gravitācijas spēku ietekmē un izdara spiedienu uz visiem ķermeņiem, ar kuriem tas saskaras. Cilvēka ķermenis ir pielāgojies atmosfēras spiedienam un slikti panes tā pazemināšanos. Kāpjot kalnos (4 tūkstoši metru un dažreiz zemāk), daudzi cilvēki jūtas slikti un viņiem ir krampji. kalnu slimība": kļūst grūti elpot, bieži no ausīm un deguna tur tek asinis, iespējams samaņas zudums. Tā kā locītavu virsmas cieši pieguļ viena otrai (locītavu klājošajā kapsulā spiediens samazinās) atmosfēras spiediena ietekmē augstu kalnos, kur atmosfēras spiediens ir stipri samazināts, locītavu darbība tiek traucēta, rokas un kājas slikti “klausās”, viegli rodas dislokācijas . Alpīnisti un piloti, kāpjot lielos augstumos, ņem līdzi skābekļa aprīkojumu un speciāli trenējas pirms kāpuma.
Uz programmu īpaša apmācība kosmonauti iziet obligāto apmācību spiediena kamerā, kas ir hermētiski noslēgta tērauda kamera, kas savienota ar jaudīgu sūkni, kas rada tajā augstu vai zemu spiedienu. IN mūsdienu medicīna Spiediena kameru izmanto daudzu slimību ārstēšanā. Tīrs skābeklis tiek piegādāts kamerā un tiek radīts augsts spiediens. Skābekļa difūzijas dēļ caur ādu un plaušām ievērojami palielinās tā spriedze audos. Šī ārstēšanas metode ir ļoti efektīva, piemēram, brūču infekcijām (gāzes gangrēna), ko izraisa anaerobie mikroorganismi, kuriem skābeklis ir spēcīga inde.
Tajos augstumos, kur lido mūsdienu kosmosa kuģi, gaisa praktiski nav, tāpēc kuģu kajītes ir izgatavotas hermētiski noslēgtas, un tajās tiek radīts un uzturēts normāls gaisa spiediens un sastāvs, mitrums un temperatūra. Salona blīvējuma pārkāpums rada traģiskas sekas.
Kosmosa kuģis Sojuz-11 ar trim kosmonautiem uz klāja (G. Dobrovolskis, V. Volkovs, V. Patsajevs) tika palaists zemās Zemes orbītā 1971. gada 6. jūnijā, un 30. jūnijā, atgriežoties uz Zemes, apkalpe gāja bojā nolaišanās moduļa spiediena samazināšanas rezultāts pēc nodalījumu atdalīšanas 150 km augstumā.
Nedaudz informācijas par elpošanu
Cilvēks elpo ritmiski. Jaundzimušais bērns veic elpošanas kustības 60 reizes 1 minūtē, piecgadnieks - 25 reizes 1 minūtē, 15-16 gadu vecumā elpošanas ātrums samazinās līdz 16-18 minūtē un saglabājas līdz sirmam vecumam, kad tas atkal kļūs biežāks.
Dažiem dzīvniekiem ir daudz zemāks elpošanas ātrums: kondors veic vienu elpošanas kustību ik pēc 10 sekundēm, bet hameleons ik pēc 30 minūtēm. Hameleona plaušas ir savienotas ar īpašiem maisiņiem, kuros tas uzņem gaisu un vienlaikus ļoti piepūšas. Zemais elpošanas ātrums ļauj hameleonam ilgstoši nenoteikt savu klātbūtni.
Miera stāvoklī un normālā temperatūrā cilvēks patērē aptuveni 250 ml skābekļa minūtē, 15 litrus stundā, 360 litrus dienā. Miera stāvoklī patērētā skābekļa daudzums nav nemainīgs – dienā tas ir lielāks nekā naktī, pat ja cilvēks pa dienu guļ. Tas, iespējams, ir diennakts ritma izpausme ķermeņa dzīvē. Guļots cilvēks 1 stundā patērē aptuveni 15 litrus skābekļa, stāvot - 20 litrus, mierīgi ejot - 50 litrus, ejot ar ātrumu 5 km/h - 150 litrus.
Pie atmosfēras spiediena cilvēks var elpot tīrs skābeklis apmēram vienu dienu, pēc kuras tas notiek pneimonija beidzas ar nāvi. Pie 2–3 atm spiediena cilvēks var elpot tīru skābekli ne ilgāk kā 2 stundas, pēc tam rodas kustību, uzmanības un atmiņas koordinācijas pārkāpums.
1 minūtē caur plaušām parasti iziet 7–9 litri gaisa, bet trenētam skrējējam - aptuveni 200 litri.
Iekšējie orgāni intensīva darba laikā tiem nepieciešams palielināts skābekļa padeve. Smagas aktivitātes laikā sirds skābekļa patēriņš palielinās 2 reizes, aknas - 4 reizes un nieres - 10 reizes.
Ar katru ieelpu cilvēks veic darbu, kas ir pietiekams, lai paceltu 1 kg smagu kravu 8 cm augstumā.Izmantojot 1 stundas laikā veikto darbu, šo kravu būtu iespējams pacelt 86 m augstumā, bet pa nakti - līdz 690 m.
Ir zināms, ka elpošanas centrs ir satraukts, kad palielinās oglekļa dioksīda koncentrācija asinīs. Ja samazinās ogļskābās gāzes koncentrācija asinīs, cilvēks var neelpot ilgāku laiku nekā parasti. To var panākt ar ātru elpošanu. Ūdenslīdēji izmanto līdzīgu paņēmienu, un pieredzējuši pērļu nirēji var palikt zem ūdens 5–7 minūtes.
Putekļi ir visur. Pat Alpu virsotnē 1 ml gaisa satur apmēram 200 putekļu daļiņas. Tajā pašā pilsētas gaisa tilpumā ir vairāk nekā 500 tūkstoši putekļu daļiņu. Vējš putekļus nes ļoti lielos attālumos: piemēram, Norvēģijā ir atklāti putekļi no Sahāras, Eiropā – no Indonēzijas salām. Putekļu daļiņas tiek aizturētas elpošanas sistēmā un var izraisīt dažādas slimības.
Tokijā, kur katram iedzīvotājam ir 40 cm2 ielas seguma, policisti valkā skābekļa maskas. Parīzē garāmgājējiem ierīkotas tīra gaisa kabīnes. Patologi autopsijas laikā atpazīst parīziešus pēc viņu melnajām plaušām. Losandželosā plastmasas palmas uzstāda uz ielas, jo lielā gaisa piesārņojuma dēļ mirst dzīvās.
Turpinājums sekos
* Tas attiecas uz skābekļa daļēju spiedienu gaisā, kurā tas ir līdzsvarā ar skābekli, kas izšķīdis asinīs vai citā vidē, ko šajā vidē sauc arī par skābekļa spriegumu.
Pārbaudes
706-01. Mugurkaulnieki ar trīs kameru sirdi, kuru vairošanās ir cieši saistīta ar ūdeni, tiek grupēti klasē
A) Kaulu zivs
B) Zīdītāji
B) Rāpuļi
D) Abinieki
Atbilde
706-02. Kurai klasei pieder dzīvnieki, kuru sirds uzbūves diagramma parādīta attēlā?
A) Kukaiņi
B) Skrimšļainas zivis
B) Abinieki
D) putni
Atbilde
706-03. Pazīme, kas abiniekus atšķir no zivīm, ir
A) aukstasinība
B) sirds struktūra
B) attīstība ūdenī
D) izolācija asinsrites sistēma
Atbilde
706-04. Abinieki atšķiras no zivīm ar to
A) smadzenes
B) slēgta asinsrites sistēma
B) sapārotas plaušas pieaugušajiem
D) maņu orgāni
Atbilde
706-05. Kura no uzskaitītajām īpašībām atšķir lielāko daļu abinieku klases dzīvnieku no zīdītājiem?
B) ārējā apaugļošana
B) seksuālā pavairošana
D) ūdens vides izmantošana biotopam
Atbilde
706-06. Evolūcijas procesā rāpuļi atšķirībā no abiniekiem ieguva
A) slēgta asinsrites sistēma
B) augsta auglība
B) liela ola ar embriju membrānām
D) trīskameru sirds
Atbilde
706-07. Ja evolūcijas procesā dzīvnieks ir izveidojis attēlā redzamo sirdi, tad dzīvnieka elpošanas orgāniem jābūt 
A) plaušas
B) āda
B) plaušu maisiņi
D) žaunas
Atbilde
706-08. Kurā dzīvnieku grupā vairošanās nav saistīta ar ūdeni?
A) bez galvaskausa (lancetēm)
B) kaulainas zivis
B) abinieki
D) rāpuļi
Atbilde
706-09. Kuriem dzīvniekiem embrijs pilnībā attīstās olšūnā?
A) kaulainas zivis
B) astes abinieki
B) bezastes abinieki
D) rāpuļi
Atbilde
706-10. Mugurkaulnieki ar trīskameru sirdi, kuru vairošanās nav saistīta ar ūdeni, tiek grupēti klasē
A) Kaulu zivs
B) Zīdītāji
B) Rāpuļi
D) Abinieki
Atbilde
706-11. Mugurkaulnieki ar nestabilu ķermeņa temperatūru, plaušu elpošanu, trīskameru sirdi ar nepilnīgu starpsienu kambarī tiek klasificēti kā
A) kaulainas zivis
B) abinieki
B) rāpuļi
D) skrimšļainas zivis
Atbilde
706-12. Rāpuļi, atšķirībā no abiniekiem, mēdz
A) ārējā apaugļošana
B) iekšējā apaugļošana
B) attīstība ar kāpura veidošanos
D) ķermeņa sadalīšana galvā, rumpī un asti
Atbilde
706-13. Kurš no šiem dzīvniekiem ir aukstasiņu?
A) ātra ķirzaka
B) Amūras tīģeris
B) stepju lapsa
D) parastais vilks
Atbilde
706-14. Kurā klasē ietilpst dzīvnieki, kuriem ir sausa āda ar ragveida zvīņām un trīskameru sirds ar nepilnīgu starpsienu?
A) Rāpuļi
B) Zīdītāji
B) Abinieki
D) putni
Atbilde
706-15. Putni atšķiras no rāpuļiem ar to, ka viņiem ir
A) iekšējā apaugļošana
B) centrālā nervu sistēma
B) divi asinsrites apļi
G) nemainīga temperatūraķermeni
Atbilde
706-15. Kāda struktūras iezīme ir līdzīga mūsdienu rāpuļiem un putniem?
A) kauli, kas piepildīti ar gaisu
B) sausa āda, bez dziedzeriem
B) astes reģions mugurkaulā
D) mazi zobi žokļos
Atbilde
706-16. Kuram dzīvniekam caur ādu notiek gāzu apmaiņa starp atmosfēras gaisu un asinīm?
A) zobenvalis
B) tritons
B) krokodils
D) rozā lasis
Atbilde
706-17. Kurai dzīvnieku grupai ir sirds, kas sastāv no divām kamerām?
Zivs
B) abinieki
B) rāpuļi
D) zīdītāji
Atbilde
706-18. Bērna attīstība dzemdē notiek plkst
A) plēsīgie putni
B) rāpuļi
B) abinieki
D) zīdītāji
Atbilde
706-19. Kuras hordātu klases pārstāvjiem ir raksturīga ādas elpošana?
A) Abinieki
B) Rāpuļi
B) putni
D) Zīdītāji
Atbilde
706-20. Abinieku klases zīme ir
A) hitīna segums
B) kaila āda
B) dzīvs dzimšanas
D) sapārotas ekstremitātes
Atbilde
706-21. Ar kādām īpašībām abinieku klases pārstāvji atšķiras no citiem mugurkaulniekiem?
A) mugurkauls un brīvās ekstremitātes
B) plaušu elpošana un kloākas klātbūtne
B) kaila gļotāda un ārējā apaugļošana
D) slēgta asinsrites sistēma un divu kameru sirds
Atbilde
706-22. Kura no uzskaitītajām iezīmēm atšķir Rāpuļu klases dzīvniekus no Zīdītāju klases dzīvniekiem?
A) slēgta asinsrites sistēma
B) nestabila ķermeņa temperatūra
C) attīstība bez transformācijas
D) zemes-gaisa vides izmantošana biotopam
Elpošanas fizioloģija 1.
1. Elpošanas būtība. Ieelpošanas un izelpas mehānisms.
2. Negatīvā spiediena rašanās peripulmonārajā telpā. Pneimotorakss, atelektāze.
3. Elpošanas veidi.
4. Plaušu vitālā kapacitāte un to ventilācija.
n 1. Elpošanas būtība. Ieelpošanas un izelpas mehānisms.
n To procesu kopumu, kas nodrošina skābekļa un oglekļa dioksīda apmaiņu starp ārējo vidi un organisma audiem sauc elpošana , un orgānu kopums, kas nodrošina elpošanu, ir elpošanas sistēmas.
n Elpošanas veidi:
n Šūnu – vienšūnu organismos pa visu šūnas virsmu.
n Ādas – daudzšūnu organismos (tārpos) pa visu ķermeņa virsmu.
n Traheja - kukaiņiem caur īpašām trahejām, kas iet gar ķermeņa sānu virsmu.
n Žauna - zivīs caur žaunām.
n Plaušu – abiniekiem caur plaušām.
n Zīdītājiem caur specializētiem elpošanas orgāniem: nazofarneksu, balseni, traheju, bronhiem, plaušām, kā arī piedalās ribu būris, diafragma un muskuļu grupa: inspiratori un izelpas.
n Plaušas (0,6-1,4% no ķermeņa svara) - sapāroti orgāni, ir daivas (labajā - 3, kreisajā pusē - 2), kas sadalītas lobulās (katrā ar 12-20 acini), bronhi sazarojas bronhiolos, kas beidzas ar alveolām.
n Plaušu morfoloģiskā un funkcionālā vienība - acini (lat. acinus - vīnogu oga)- elpceļu bronhiola sazarojums alveolārajos kanālos, kas beidzas ar 400-600 alveolāriem maisiņiem.
n Alveolas ir piepildītas ar gaisu un nesabrūk virsmaktīvo vielu klātbūtnes dēļ uz to sienām - virsmaktīvās vielas (fosfolipoproteīni vai lipopolisaharīdi).
n Elpošanas posmi:
n a) plaušu ventilācija - gāzu apmaiņa starp plaušām un ārējo vidi;
n b) gāzu apmaiņa plaušās starp alveolāro gaisu un plaušu cirkulācijas kapilāriem;
n c) O2 un CO2 transportēšana ar asinīm;
n d) gāzu apmaiņa starp sistēmiskās cirkulācijas kapilāru asinīm un audu šķidrumu;
n e) intracelulārā elpošana ir daudzpakāpju fermentatīvs substrātu oksidācijas process šūnās.
n Galvenais fiziskais process, kas nodrošina O2 kustību no ārējā vide uz šūnām un CO2 pretējā virzienā – tas ir difūzija , i., gāzes kā izšķīdušas vielas kustība pa koncentrācijas gradientiem.
n Ieelpošana – iedvesma .
n Gaisa pārvietošanos plaušās un no tām vidē izraisa spiediena izmaiņas plaušās. Plaušām izplešoties, spiediens tajās kļūst zemāks par atmosfēras līmeni (par 5-8 mm Hg) un gaiss tiek iesūkts plaušās. Pašās plaušās nav muskuļu audu. Plaušu tilpuma izmaiņas ir atkarīgas no krūškurvja tilpuma izmaiņām, t.i. plaušas pasīvi seko izmaiņām krūtīs. Ieelpojot, krūtis izplešas vertikālā, sagitālā un frontālā virzienā. Kad iedvesmas muskuļi (iedvesmotāji) - ārējie starpribu muskuļi un diafragma - saraujas, ribas paceļas uz augšu un krūtis izplešas. Diafragma iegūst konusa formu. Tas viss palīdz samazināt spiedienu plaušās un iesūkt gaisu. Alveolu biezums ir mazs, tāpēc gāzes viegli izkliedējas cauri alveolu sieniņām.
n Izelpošana - derīguma termiņš .
n Izelpojot, iedvesmas muskuļi atslābinās, un krūtis, pateicoties tās smaguma pakāpei un piekrastes skrimšļu elastībai, atgriežas sākotnējā stāvoklī. Diafragma atslābinās un kļūst kupola formas. Tādējādi miera stāvoklī izelpošana notiek pasīvi, pateicoties ieelpas beigām.
n Ar piespiedu elpošanu aktivizējas izelpa - to pastiprina izelpas muskuļu (izelpotāju) kontrakcija - iekšējie starpribu muskuļi, vēdera muskuļi - ārējais un iekšējais slīpais, šķērseniskais un taisnais vēdera, muguras serratus izelpas. Palielinās spiediens vēdera dobumā, kas iespiež diafragmu krūškurvja dobumā, ribas nolaižas un virzās tuvāk viena otrai, kas samazina krūškurvja tilpumu.
n Plaušām sabrūkot, gaiss tiek izspiests, spiediens tajās kļūst augstāks par atmosfēras (par 3-4 mm Hg).
n 2. Negatīvā spiediena rašanās peripulmonārajā telpā. Pneimotorakss, atelektāze
n Plaušas krūtīs atdala pleiras slāņi: viscerālie - blakus plaušām, parietālie - izklāj krūškurvi no iekšpuses. Starp lapām ir pleiras dobums. Tas ir piepildīts ar pleiras šķidrumu. Spiediens pleiras dobumā vienmēr ir par 4-10 mm Hg zemāks par atmosfēras spiedienu. Art. (plaušās 760 mm Hg). Tas ir saistīts ar: 1) vairāk strauja izaugsme krūtis, salīdzinot ar plaušām pēcdzemdību ontoģenēzē; 2) elastīga saķere(elastīgais spriegums) plaušās, t.i., spēks, kas neitralizē to izstiepšanos ar gaisu. Pleiras dobums ir noslēgts no vidi.
n Kad gaiss iekļūst pleiras dobumā (piem. traumas laikā), spiediens pleiras dobumā izlīdzinās ar atmosfēras spiedienu - pneimotorakss , kamēr plaušas sabrūk - atelektāze un elpošana var apstāties.
n Negatīvs pleiras dobuma spiediens veidojas dzimšanas brīdī. Pirmajā inhalācijā paplašinās krūtis, paplašinās plaušas, jo tās ir hermētiski atdalītas - pleiras dobumā veidojas negatīvs spiediens. Auglim plaušas ir sabrukušas, krūtis ir saplacinātas, ribu galva atrodas ārpus glenoid fossa. Piedzimstot auglis uzkrājas asinīs oglekļa dioksīds, tas stimulē elpošanas centru. No šejienes impulsi nonāk iedvesmas muskuļos, kas saraujas, ribu galvas nonāk locītavu dobumos. Krūškurvja apjoms palielinās, plaušas paplašinās.
n Attiecību starp krūškurvja tilpumu un plaušu tilpumu elpošanas laikā parasti ilustrē, izmantojot fizisku Donders modeļi:
n 1. Stikla pārsegs,
n 2. Augšpusē ir spraudnis ar caurumu,
n 3. Apakšā – elastīga plēve ar gredzenu,
n 4. Vāciņa iekšpusē ir truša plaušas.
n Kad tilpums vāciņa iekšpusē palielinās elastīgās plēves izstiepšanās dēļ, spiediens vāciņa dobumā samazinās, gaiss iekļūst plaušās caur aizbāžņa atveri, tās izplešas un otrādi.
n 3. Elpošanas veidi.
n 1. Krūškurvja vai krasta – krūškurvja tilpuma izmaiņas galvenokārt notiek starpribu muskuļu (izelpošanas un iedvesmas) dēļ. Raksturīgs suņiem un sievietēm.
n 2. Vēdera vai diafragmas – krūškurvja tilpuma izmaiņas galvenokārt rodas diafragmas un muskuļu dēļ vēdera dobumi. Raksturīgs vīriešiem.
n 3. Jaukts vai torakoabdomināls – krūškurvja tilpuma izmaiņas notiek vienādi ar starpribu muskuļu, diafragmas un vēdera muskuļu kontrakciju. Raksturīgs lauksaimniecības dzīvniekiem.
n Elpošanas veidiem ir diagnostiska vērtība: ja vēdera vai krūšu dobumā mainīt.
n 4. Plaušu vitālā kapacitāte un to ventilācija.
n Plaušu vitālā kapacitāte (VC) sastāv no 3 gaisa tilpumiem, kas elpošanas laikā nonāk plaušās un iziet no tām:
n 1. Elpošanas - gaisa tilpums klusas ieelpošanas un izelpas laikā. Maziem dzīvniekiem (suņiem, maziem dzīvniekiem) - 0,3-0,5 l, lieliem dzīvniekiem (liellopiem, zirgiem) - 5-6 l.
n 2. Papildu vai rezerves ieelpas tilpums– gaisa tilpums, kas nonāk plaušās maksimālās iedvesmas laikā pēc klusas ieelpošanas. 0,5-1 un 5-15 l.
n 3. Izelpas rezerves tilpums– gaisa tilpums pie maksimālās izelpas pēc klusas izelpas. 0,5-1 un 5-15 l.
n Vital kapacitāti nosaka, izmērot maksimālās izelpas apjomu pēc iepriekšējās maksimālās ieelpas, izmantojot spirometriju. Dzīvniekiem to nosaka, ieelpojot gāzu maisījumu ar augsts saturs oglekļa dioksīds.
n Atlikušais tilpums - gaisa tilpums, kas paliek plaušās pat pēc maksimālās izelpas.
n “Kaitīgās” vai “mirušās” telpas gaiss - gaisa tilpums, kas nepiedalās gāzu apmaiņā un atrodas elpošanas aparāta augšējā daļā, deguna dobuma, rīkle, traheja (20-30%).
n “Kaitīgās” telpas nozīme:
n 1) gaiss sasilst (bagātīgs asinsvadu pieplūdums), kas novērš plaušu hipotermiju;
n 2) gaiss tiek attīrīts un mitrināts (alveolārie makrofāgi, daudzi gļotādas dziedzeri);
n 3) kad kairinātas skropstas epitēlija skropstas, rodas šķaudīšana - refleksu noņemšana kaitīgās vielas;
n 4) receptori ožas analizators(“ožas labirints”);
n 5) ieelpotā gaisa apjoma regulēšana.
n Alveolārā gaisa gāzes sastāva atjaunināšanas process ieelpošanas un izelpas laikā – ventilācija .
n Ventilācijas intensitāti nosaka iedvesmas dziļums un biežums elpošanas kustības.
n Ieelpošanas dziļums nosaka pēc krūškurvja kustību amplitūdas, kā arī mērot plaušu tilpumu.
n Elpošanas ātrums ko skaita pēc lādes ekskursiju skaita noteiktā laika periodā (4-5 reizes mazāk nekā sirdsdarbība).
n Zirgs (minūtē) – 8-16; Liellopi – 12-25; MRS – 12-16; cūka – 10-18; suns – 14-24; trusis – 15-30; kažokādas - 18-40.
n Minūtes elpošanas apjoms ir gaisa tilpuma un elpošanas ātruma reizinājums minūtē.
n Piem.: zirgs: 5 l x 8 = 40 l
n Elpošanas pētīšanas metodes:
n 1. Pneimonogrāfija– elpošanas kustību reģistrēšana, izmantojot pneimogrāfu.
n 2. Spirometrija- mērīšana plūdmaiņu apjomi izmantojot spirometrus.
25. lekcija.
Elpošanas fizioloģija 2.
1. Gāzu apmaiņa starp alveolām un asinīm. Asins gāzu stāvoklis.
2. Gāzu transports un to noteicošie faktori. Audu elpošana.
3. Plaušu funkcijas, kas nav saistītas ar gāzu apmaiņu.
4. Elpošanas regulēšana, elpošanas centrs un tā īpašības.
5. Putnu elpošanas īpatnības.
Gāzu apmaiņa starp alveolām un asinīm. Asins gāzu stāvoklis.
Plaušu alveolos notiek O2 un CO2 apmaiņa starp gaisu un plaušu cirkulācijas kapilāru asinīm.
Izelpotais gaiss satur vairāk O2 un mazāk CO2 nekā alveolārais gaiss, jo ar to sajaucas kaitīgās telpas gaiss (7:1).
Gāzes difūzijas apjomu starp alveolām un asinīm nosaka tīri fizikāli likumi, kas darbojas gāzes-šķidruma sistēmā, kas atdalīta ar puscaurlaidīgu membrānu.
Galvenais faktors, kas nosaka gāzu difūziju no gaisa alveolām asinīs un no asinīm alveolās, ir daļējā spiediena atšķirība vai daļēja spiediena gradients. Difūzija notiek no zonas ar augstāku daļēju spiedienu uz zonu ar zemāku spiedienu.
Gaisa gāzes sastāvs
Daļējs spiediens(lat. daļēja – daļēja) - tas ir gāzes spiediens gāzu maisījumā, ko tā iedarbotu tajā pašā temperatūrā, aizņemot visu tilpumu
P = RA x a/100,
kur P ir gāzes parciālais spiediens, PA ir atmosfēras spiediens un ir maisījumā iekļautās gāzes tilpums %, 100 –%.
P O2 ieelpošana = 760 x 21 / 100 = 159,5 mm Hg. Art.
P CO2 ieelpošana. = 760 x 0,03 / 100 = 0,23 mm Hg. Art.
P N2 ieelpot. = 760 x 79 / 100 = 600,7 mm Hg. Art.
Vienlīdzība P O2 vai P CO2 nekad nenotiek mijiedarbībā esošajos medijos. Plaušās ir pastāvīga plūsma svaigs gaiss krūškurvja elpošanas kustību dēļ, savukārt audos gāzes spriedzes starpību uztur oksidācijas procesi.
O2 daļējā spiediena atšķirība alveolārajā gaisā un plaušu venozajās asinīs ir: 100 - 40 = 60 mmHg, kas izraisa O2 difūziju asinīs. Kad O2 sprieguma starpība ir 1 mmHg. Art. Govs asinīs minūtē nokļūst 100-200 ml O2. Dzīvnieka vidējā nepieciešamība pēc O2 miera stāvoklī ir 2000 ml uz 1 min. Spiediena atšķirības 60 ml Hg. Art. vairāk nekā pietiekami, lai piesātinātu asinis ar O2 gan miera stāvoklī, gan slodzes laikā.
60 mmHg x 100-200 ml = 6000-12000 ml O2 minūtē
LEKCIJA Nr. 15. Elpošanas fizioloģija.
1.
2. Ārējā elpošana(plaušu ventilācija).
3.
4. Gāzu (O2, CO2) transportēšana ar asinīm.
5. Gāzu apmaiņa starp asinīm un audu šķidrumu. Audu elpošana.
6. Elpošanas regulēšana.
1. Elpošanas būtība. Elpošanas sistēmas.
Elpa fizioloģiskā funkcija, nodrošinot gāzu apmaiņu starp ķermeni un ārējo vidi, un gāzu apmaiņā iesaistīto orgānu kopumu - elpošanas sistēmu.
Elpošanas sistēmas evolūcija.
1.Vienšūnu organismos elpošana notiek caur šūnas virsmu (membrānu).
2.Zemākiem daudzšūnu dzīvniekiem gāzu apmaiņa notiek caur visu ķermeņa ārējo un iekšējo (zarnu) šūnu virsmu.
3.Kukaiņosķermenis ir pārklāts ar kutikulu un tāpēc parādās īpašas elpošanas caurules (trahejas), kas iekļūst visā ķermenī.
4.Zivīs Elpošanas orgāni ir žaunas - daudzas lapas ar kapilāriem.
5.Abiniekos parādās gaisa maisiņi (plaušas), kuros gaiss tiek atjaunots ar elpošanas kustību palīdzību. Tomēr galvenā gāzu apmaiņa notiek caur ādas virsmu un veido 2/3 no kopējā tilpuma.
6.Rāpuļiem, putniem un zīdītājiem plaušas jau ir labi attīstītas, un āda kļūst par aizsargpārklājumu un gāzu apmaiņa caur to nepārsniedz 1%. Zirgiem augstumā fiziskā aktivitāte elpošana caur ādu palielinās līdz 8%.
Elpošanas sistēmas.
Zīdītāju elpošanas aparāts ir orgānu kopums, kas veic gaisa vadīšanas un gāzes apmaiņas funkcijas.
Augšējie elpceļi: deguna dobums, mute, nazofarneks, balsene.
Apakšējie elpceļi: traheja, bronhi, bronhioli.
Gāzes apmaiņas funkcija ko veic elpceļu poraini audi - plaušu parenhīma. Šo audu struktūrā ietilpst plaušu pūslīši - alveolas.
elpceļu sieniņai ir skrimšļains skelets un to lūmenis nekad nesamazinās. Gļotāda elpošanas caurule izklāta skropstains epitēlijs ar cilijām. Traheja pirms ieejas plaušās divkosīgi ir sadalīts divos galvenajos bronhos (kreisajā un labajā), kas tālāk sadalās un veidojas bronhu koks. Dalījums beidzas ar ierobežotu (gala) bronhioli (diametrs līdz 0,5-0,7 mm).
Plaušas atrodas krūškurvja dobumā un tiem ir nošķelta konusa forma. Plaušu pamatne ir vērsta atpakaļ un atrodas blakus diafragmai. Plaušu ārpuse ir pārklāta ar serozu membrānu - viscerālā pleira. Parietālā pleira (kauls) izklāj krūškurvja dobumu un cieši savienojas ar piekrastes sienu. Starp šiem pleiras slāņiem ir spraugai līdzīga telpa (5-10 mikroni) - pleiras dobums piepildīta ar serozu šķidrumu. Atstarpe starp labo un kreisā plauša sauca videnes.Šeit atrodas sirds, traheja, asinsvadi un nervi. Plaušas ir sadalītas daivās, segmentos un lobulās. Šī sadalījuma smaguma pakāpe dažādiem dzīvniekiem ir atšķirīga.
Plaušu morfoloģiskā un funkcionālā vienība ir acinus (lat. acinus - vīnogu oga). Acinus ietver elpošanas (elpošanas) bronhioli un alveolāri kanāli, kurš gals alveolārie maisiņi. Viens acini satur 400-600 alveolu; 12-20 acini veido plaušu daivu.
Alveolas - tie ir burbuļi, kuru iekšējā virsma ir izklāta ar vienu slāni plakans epitēlijs. Starp epitēlija šūnām ir : 1. kārtas alveolocīti, kas kopā ar plaušu kapilāru endotēliju veido gaisa-asins barjera Un 2. kārtas alveocīti veic sekrēcijas funkciju, izdalot bioloģiski aktīvā viela virsmaktīvā viela Virsfaktāns (fosfolipoproteīni - virsmaktīvā viela) izklāj alveolu iekšējo virsmu, palielina virsmas spraigumu un novērš alveolu sabrukšanu.
Elpceļu funkcijas.
Elpceļi(tajos tiek aizturēti līdz 30% ieelpotā gaisa) nepiedalās gāzu apmaiņā un tiek saukti "kaitīga" telpa. Tomēr augšējiem un apakšējiem elpceļiem ir liela nozīme ķermeņa dzīvē.
Šeit ieelpotais gaiss tiek sasildīts, mitrināts un attīrīts. Tas ir iespējams, pateicoties labi attīstītajai elpceļu gļotādai, kas ir bagātīgi vaskularizēts, satur kausa šūnas, gļotādas dziedzerus un liels skaits skropstu epitēlija skropstas. Turklāt ir receptori ožas analizatoram, receptori klepus, šķaudīšanas, krākšanas un kairinošo (kairinājuma) receptoru aizsargrefleksiem. Tie atrodas bronhiolos un reaģē uz putekļu daļiņām, gļotām un kodīgiem tvaikiem. Kad kairinoši receptori ir kairināti, rodas dedzinoša sajūta, sāpīgums, parādās klepus un paātrinās elpošana.
Gāzu apmaiņu starp ķermeni un ārējo vidi nodrošina augstāku dzīvnieku elpošanas struktūrā iekļautu stingri saskaņotu procesu kopums.
2. Ārējā elpošana (plaušu ventilācija) pastāvīgs alveolārā gaisa gāzes sastāva atjaunināšanas process, kas tiek veikts, kad ieelpošana un izelpošana.
Plaušu audi nav aktīvu muskuļu elementu, tāpēc tā apjoma palielināšanās vai samazināšanās notiek pasīvi laikā ar krūškurvja kustībām (ieelpošana, izelpošana). Tas ir saistīts negatīvs intrapleirālais spiediens(zem atmosfēras: ieelpojot par 15-30 mm Hg. Art., izelpojot par 4-6 mm Hg. Art.) hermētiski noslēgtā krūškurvja dobumā.
Ārējās elpošanas mehānisms.
Ieelpošanas akts (lat. iedvesma — iedvesma) ko veic, palielinot krūškurvja apjomu. Šajā procesā piedalās iedvesmas muskuļi (elpotāji): ārējie starpribu muskuļi un diafragma. Piespiedu elpošanas laikā tiek aktivizēti šādi muskuļi: levator ribas, scalene supracostalis, serratus dorsalis. Krūškurvja apjoms palielinās trīs virzienos - vertikālā, sagitālā (antero-aizmugurējā) un frontālā.
Izelpas akts (lat. derīguma termiņš - derīguma termiņš) fizioloģiskās atpūtas stāvoklī pārsvarā ir pasīvs raksturs. Tiklīdz ieelpošanas muskuļi atslābinās, krūškurvja smaguma un piekrastes skrimšļu elastības dēļ atgriežas sākotnējā stāvoklī. Diafragma atslābinās, un tās kupols atkal kļūst izliekts.
Piespiedu elpošanas laikā izelpas darbību veicina izelpas muskuļi: iekšējie starpribu muskuļi, ārējie un iekšējie slīpie, šķērseniskie un taisnie muskuļi. vēdera siena, muguras zobains izelpas.
Elpošanas veidi.
Atkarībā no dažu elpošanas kustībās iesaistīto muskuļu transformācijas ir trīs elpošanas veidi:
1 - krūšu (krasta) elpošanas veids veic, saraujoties ārējiem starpribu muskuļiem un krūšu siksnas muskuļiem;
2 – vēdera (diafragmas) elpošanas veids– dominē diafragmas un vēdera muskuļu kontrakcijas;
3 – jaukta (kosto-abdominālā) elpošana visizplatītākais lauksaimniecības dzīvniekiem.
Plkst dažādas slimības elpošanas modelis var mainīties. Krūškurvja orgānu slimībās dominē diafragmas elpošanas veids, bet vēdera dobuma orgānu slimībās dominē piekrastes elpošanas veids.
Elpošanas biežums.
Elpošanas biežums attiecas uz elpošanas ciklu skaitu (ieelpošana-izelpošana) minūtē.
Zirgs 8 - 12 Suns 10 - 30
Krups rags. liellopi 10 - 30 Truši 50 - 60
Aitas 8-20 Vistas 20-40
Cūka 8-18 Pīles 50-75
Persona 10 - 18 Pele 200
Lūdzu, ņemiet vērā, ka tabulā ir norādītas vidējās vērtības. Elpošanas kustību biežums ir atkarīgs no dzīvnieka veida, šķirnes, produktivitātes, funkcionālais stāvoklis, diennakts laiks, vecums, apkārtējās vides temperatūra utt.
Plaušu tilpumi.
Ir atšķirība starp kopējo un vitālo plaušu kapacitāti. Plaušu vitālā kapacitāte (VC) sastāv no trim tilpumiem: elpošanas un rezerves ieelpošanas un izelpas apjomi.
1.Plūdmaiņas apjoms- tas ir gaisa daudzums, ko var mierīgi, bez piepūles ieelpot un izelpot.
2.Ieelpas rezerves tilpums - Tas ir gaiss, ko var papildus ieelpot pēc mierīgas ieelpas.
3.Izelpas rezerves tilpums- tas ir gaisa daudzums, ko pēc klusas izelpas var maksimāli izelpot.
Pēc pilnas, maksimāli dziļas izelpas plaušās paliek nedaudz gaisa - atlikušais tilpums. Dzīvībai svarīgā šķidruma un atlikušā gaisa tilpuma summa ir kopējā plaušu kapacitāte.
Tiek saukta gaisa atlikuma tilpuma un izelpas rezerves tilpuma summa alveolārais gaiss (funkcionālā atlikušā jauda).
Plaušu tilpumi (litros).
Zirgu cilvēks
1. Elpošanas V 5-6 0.5
2. Rezerves V ieelpošana 12 1.5
3. Rezerve V izelpa 12 1.5
4. Atlikušais V 10 1
Ventilācija- Tā ir alveolārā gaisa gāzes sastāva atjaunošana ieelpošanas un izelpas laikā. Novērtējot plaušu ventilācijas intensitāti, izmantojiet minūšu elpošanas tilpums(gaisa daudzums, kas iziet caur plaušām 1 minūtē), kas ir atkarīgs no elpošanas kustību dziļuma un biežuma.
Zirga plūdmaiņu apjoms miera stāvoklī 5-6 litri , elpošanas ātrums 12 elpošanas kustības 1 minūtē.
Tātad: 5 l.*12=60 litri minūšu elpošanas apjoms. vieglam darbam tas ir vienāds ar 150-200 litri, smaga darba laikā 400-500 litri.
Elpošanas laikā ne visas plaušu daļas tiek ventilētas un dažāda intensitāte. Tāpēc viņi aprēķina alveolārās ventilācijas koeficients ir ieelpotā gaisa attiecība pret alveolu tilpumu. Jāņem vērā, ka zirgam ieelpojot 5 litrus, 30% gaisa paliek elpceļu “kaitīgajā telpā”.
Tādējādi 3,5 litri ieelpotā gaisa sasniedz alveolas (70% no 5 litriem plūdmaiņu tilpuma). Tāpēc alveolārās ventilācijas koeficients ir 3,5 l.:22 l. vai 1:6. Tas ir, ar katru klusu elpu tiek ventilēta 1/6 no alveolām.
3. Gāzu difūzija (gāzu apmaiņa starp alveolāro gaisu un asinīm plaušu cirkulācijas kapilāros).
Gāzu apmaiņa plaušās notiek difūzijas rezultātā oglekļa dioksīds (CO 2) no asinīm nonāk plaušu alveolās, bet skābeklis (O 2) no alveolām nonāk plaušu cirkulācijas kapilāru venozajās asinīs. Ir aprēķināts, ka aptuveni 5% no ieelpotajā gaisā esošā skābekļa paliek organismā, un no organisma izdalās aptuveni 4% oglekļa dioksīda. Slāpeklis nepiedalās gāzu apmaiņā.
Gāzu kustību nosaka tīri fizikālie likumi (osmoze un difūzija), kas darbojas gāzes-šķidruma sistēmā, kas atdalīta ar puscaurlaidīgu membrānu. Šie likumi ir balstīti uz gāzu daļējā spiediena starpību vai daļējā spiediena gradientu.
Daļējs spiediens (lat. partialis — daļējs) ir vienas gāzes maisījumā iekļautās gāzes spiediens.
Gāzu difūzija notiek no apgabala vairāk augstspiediena uz zemāku apgabalu.
Skābekļa daļējs spiediens alveolārajā gaisā 102 mmrt. Art., oglekļa dioksīds 40 mm Hg. Art. Plaušu kapilāru venozo asiņu spriedze O2 =40 mm Hg. Art., CO2=46 mm Hg. Art.
Tādējādi daļējā spiediena starpība ir:
skābeklis (O2) 102 – 40 = 62 mm Hg. Art.;
oglekļa dioksīds (CO2) 46 – 40 = 6 mm Hg. Art.
Skābeklis ātri iekļūst caur plaušu membrānām un pilnībā savienojas ar hemoglobīnu un asinis kļūst arteriālas. Oglekļa dioksīdam, neskatoties uz nelielo daļējā spiediena atšķirību, ir lielāks difūzijas ātrums (25 reizes) no venozajām asinīm plaušu alveolās.
4. Gāzu (O 2, CO 2) transportēšana ar asinīm.
Skābeklis, pārejot no alveolām asinīs, ir divos veidos - apmēram 3% izšķīdis plazmā un apmēram 97% sarkano asins šūnu apvienojumā ar hemoglobīnu (oksihemoglobīnu). Asins piesātinājumu ar skābekli sauc oksigenācija.
Vienā hemoglobīna molekulā ir 4 dzelzs atomi, tāpēc 1 hemoglobīna molekula var savienot 4 skābekļa molekulas.
NNb+ 4О 2 ↔ ННb(O 2) 4
Oksihemoglobīns (HHb (O 2) 4) - parāda īpašumu vāja, viegli disociējoša skābe.
Skābekļa daudzumu, kas atrodas 100 mm asiņu, kad hemoglobīns pilnībā pārvēršas oksihemoglobīnā, sauc. asins skābekļa kapacitāte. Ir konstatēts, ka vidēji var saistīt 1 g hemoglobīna 1,34 mmskābeklis. Zinot hemoglobīna koncentrāciju asinīs, un tas ir vidēji 15 g. / 100 ml, Jūs varat aprēķināt asins skābekļa ietilpību.
15 * 1,34 = 20,4 tilp.% (tilpuma procenti).
Oglekļa dioksīda transportēšana asinīs.
Oglekļa dioksīda transportēšana asinīs ir grūts process, kurā viņi piedalās sarkanās asins šūnas (hemoglobīns, karboanhidrāzes enzīms) un asins bufersistēmas.
Oglekļa dioksīds ir atrodams asinīs trīs formas: 5% - fizikāli izšķīdinātā veidā; 10% - karbohemoglobīna veidā; 85% - kālija bikarbonātu veidā eritrocītos un nātrija bikarbonātu veidā plazmā.
CO 2, kas no audiem nonāk asins plazmā, nekavējoties izkliedējas sarkanajās asins šūnās, kur notiek hidratācijas reakcija ar ogļskābes (H 2 CO 3) veidošanos un tās disociāciju. Abas reakcijas katalizē ferments karboanhidrāze, kas atrodas sarkanajās asins šūnās.
H 2 O + CO 2 → H 2 CO 3
karboanhidrāze
↓
H 2 CO 3 → H + + HCO 3 -
Palielinoties bikarbonāta jonu koncentrācijai (NSO 3 -) sarkanajās asins šūnās viena daļa no tām izkliedējas asins plazmā un savienojas ar bufersistēmām, veidojot nātrija bikarbonātu (NaHCO 3). Otra HCO 3 daļa paliek sarkanajās asins šūnās un apvienojas ar hemoglobīnu (karbohemoglobīnu) un ar kālija katjoniem - kālija bikarbonāts (KHCO 3).
Alveolu kapilāros hemoglobīns savienojas ar skābekli (oksihemoglobīns) – tā ir spēcīgāka skābe, kas izspiež ogļskābi no visiem savienojumiem. Karboanhidrāzes ietekmē notiek tā dehidratācija.
H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2
Tādējādi oglekļa dioksīds, kas izšķīdis un atbrīvots karbohemoglobīna disociācijas laikā, izkliedējas alveolārajā gaisā.
5. Gāzu apmaiņa starp asinīm un audu šķidrumu. Audu elpošana.
Gāzu apmaiņa starp asinīm un audiem notiek tādā pašā veidā gāzu daļējā spiediena starpības dēļ (saskaņā ar osmozes un difūzijas likumiem).Šeit ienākošās arteriālās asinis ir piesātinātas ar skābekli, tās spriegums ir 100 mmrt. Art. Audu šķidrumā skābekļa spriedze ir 20 - 40 mm Hg. Art., un šūnās tā līmenis pazeminās uz 0.
Attiecīgi: O 2 100 – 40 = 60 mm Hg. Art.
60 – 0 = 60 mm Hg. Art.
Tāpēc oksihemoglobīns atdala skābekli, kas ātri nonāk audu šķidrumā un pēc tam audu šūnās.
Audu elpošana ir process bioloģiskā oksidēšanašūnās un audos. Skābekli, kas nonāk audos, ietekmē tauku, ogļhidrātu un olbaltumvielu oksidēšanās. Šajā gadījumā atbrīvotā enerģija uzkrājas formā makroerģiskās saites - ATP. Papildus oksidatīvajai fosforilēšanai tiek izmantots arī skābeklis mikrosomālās oksidācijas laikā - šūnu endoplazmatiskā retikuluma mikrosomās. Šajā gadījumā oksidatīvo reakciju galaprodukti kļūst par ūdeni un oglekļa dioksīdu.
Oglekļa dioksīds, izšķīdinot audu šķidrumā, rada tur spriedzi 60-70 mm Hg. Art., kas ir augstāks nekā asinīs (40 mmHg).
CO 2 70 - 40 = 30 mm Hg. Art.
Tādējādi augstais skābekļa spriedzes gradients un oglekļa dioksīda daļējā spiediena atšķirība audu šķidrumā un asinīs izraisa tā difūziju no audu šķidruma asinīs.
6. Elpošanas regulēšana.
Elpošanas centrs - tas ir neironu kopums, kas atrodas visās centrālās nervu sistēmas daļās un ir iesaistīts elpošanas regulēšanā.
Mislavska elpošanas centra “kodola” galvenā daļa atrodas iegarenās smadzenes, retikulārā veidojuma zonā ceturtā apakšā smadzeņu kambara. Starp šī centra neironiem ir stingra specializācija (funkciju sadalījums). Daži neironi regulē ieelpas darbību, citi - izelpas darbību.
Bulbar elpceļi tra ir unikāla iezīme - automātisks, kas saglabājas pat ar pilnīgu deaferentāciju (pēc dažādu receptoru un nervu ietekmes pārtraukšanas).
Teritorijā pons atrodas "pneimotaksiskais centrs". Tam nav automātiskuma, bet tas ietekmē Mislavska elpošanas centra neironu darbību, pārmaiņus stimulējot neironu aktivitāti ieelpas un izelpas darbībai.
Nervu impulsi iet no elpošanas centra uz motoriem neironiem torakoventrālā nerva kodoli (3-4 kakla skriemeļi– diafragmas muskuļu centrs) un motorajiem neironiem, kas atrodas iekšā sānu ragi krūšu kurvja muguras smadzenes (inervē ārējos un iekšējos starpribu muskuļus).
Plaušās (starp elpceļu gludajiem muskuļiem un ap plaušu cirkulācijas kapilāriem) ir trīs receptoru grupas: izstiepumi un sabrukumi, kairinošs, blakuskapilārs. Informācija no šiem receptoriem par plaušu stāvokli (izstiepšanās, kolapss), to piepildīšanos ar gaisu, iekļūšanu kairinātāji elpošanas traktā (gāzes, putekļi), asinsspiediena izmaiņas plaušu asinsvados un caur aferentiem nerviem nonāk elpošanas centrā. Tas ietekmē elpošanas kustību biežumu un dziļumu, klepus un šķaudīšanas aizsargājošo refleksu izpausmi.
Liela nozīme elpošanas regulēšanā ir humorālie faktori. Asinsvadi reaģē uz izmaiņām asins gāzu sastāvā miega sinusa, aortas un iegarenās smadzenes refleksogēnās zonas.
Oglekļa dioksīda koncentrācijas palielināšanās asinīs izraisa elpošanas centra stimulāciju. Tā rezultātā elpošana kļūst ātrāka - aizdusa (elpas trūkums). Samazināts oglekļa dioksīda līmenis asinīs palēnina elpošanas ritmu - apnoja.
Kas ir gāzes apmaiņa? Gandrīz neviena dzīva būtne nevar iztikt bez tā. Gāzu apmaiņa plaušās un audos, kā arī asinīs, palīdz barot šūnas barības vielas. Pateicoties viņam, mēs saņemam enerģiju un vitalitāti.
Kas ir gāzes apmaiņa?
Dzīviem organismiem ir nepieciešams gaiss, lai tie pastāvētu. Tas ir daudzu gāzu maisījums, kuru galvenās daļas ir skābeklis un slāpeklis. Abas šīs gāzes ir būtiskas sastāvdaļas nodrošināt normālu dzīvi organismiem.
Evolūcijas laikā dažādi veidi ir izstrādājuši savas ierīces to iegūšanai, dažiem ir attīstījušās plaušas, citiem ir žaunas, bet citi izmanto tikai āda. Ar šo orgānu palīdzību notiek gāzu apmaiņa.
Kas ir gāzes apmaiņa? Tas ir ārējās vides un dzīvu šūnu mijiedarbības process, kura laikā notiek skābekļa un oglekļa dioksīda apmaiņa. Elpošanas laikā skābeklis nonāk organismā kopā ar gaisu. Piesātina visas šūnas un audus, tas piedalās oksidatīvā reakcija, pārvēršoties oglekļa dioksīdā, kas izdalās no organisma kopā ar citiem vielmaiņas produktiem.
Gāzu apmaiņa plaušās
Katru dienu mēs ieelpojam vairāk nekā 12 kilogramus gaisa. Plaušas mums palīdz šajā jautājumā. Tie ir apjomīgākais orgāns, kas spēj aizturēt līdz 3 litriem gaisa vienā pilnā dziļā elpas reizē. Gāzu apmaiņa plaušās notiek ar alveolu palīdzību - daudziem burbuļiem, kas ir savstarpēji saistīti ar asinsvadiem.
Gaiss tajos iekļūst pa augšējiem elpceļiem, ejot cauri trahejai un bronhiem. Ar alveolām savienotie kapilāri uzņem gaisu un izplata to visā asinsrites sistēmā. Tajā pašā laikā tie izdala oglekļa dioksīdu alveolās, kas kopā ar izelpu atstāj ķermeni.
Apmaiņas procesu starp alveolām un asinsvadiem sauc par divpusēju difūziju. Tas notiek tikai dažu sekunžu laikā un tiek veikts spiediena starpības dēļ. Ar skābekli piesātinātajā atmosfēras gaisā ir vairāk skābekļa, tāpēc tas steidzas uz kapilāriem. Oglekļa dioksīdam ir mazāks spiediens, tāpēc tas tiek iespiests alveolos.
Aprite
Bez asinsrites sistēmas gāzes apmaiņa plaušās un audos nebūtu iespējama. Mūsu ķermenis ir caurstrāvots ar daudziem asinsvadi dažādi garumi un diametri. Tos attēlo artērijas, vēnas, kapilāri, venulas uc Asinis nepārtraukti cirkulē traukos, veicinot gāzu un vielu apmaiņu.
Gāzu apmaiņa asinīs notiek caur diviem asinsrites lokiem. Elpojot gaiss sāk kustēties pa lielu apli. Tas tiek pārnests asinīs, saistoties ar īpašu proteīnu, ko sauc par hemoglobīnu, kas atrodas sarkanajās asins šūnās.
No alveolām gaiss iekļūst kapilāros un pēc tam artērijās, virzoties tieši uz sirdi. Mūsu ķermenī tas spēlē jaudīga sūkņa lomu, sūknējot ar skābekli bagātinātas asinis audos un šūnās. Tie savukārt atbrīvo asinis, kas piepildītas ar oglekļa dioksīdu, nosūtot tās caur venulām un vēnām atpakaļ uz sirdi.
Izejot caur labo ātriju, deoksigenētas asinis pabeidz lielais aplis. Tas sākas labajā kambarī. Caur to tiek iesūknētas asinis. Tas pārvietojas pa artērijām, arteriolām un kapilāriem, kur tas apmainās ar gaisu ar alveolām, lai atkal sāktu ciklu.
Apmaiņa audos
Tātad, mēs zinām, kas ir gāzu apmaiņa starp plaušām un asinīm. Abas sistēmas transportē un apmaina gāzes. Bet galvenā loma pieder audumiem. Galvenie procesi, kas maina ķīmiskais sastāvs gaiss.
Piesātina šūnas ar skābekli, kas tajās izraisa virkni redoksreakcijas. Bioloģijā tos sauc par Krebsa ciklu. To īstenošanai nepieciešami fermenti, kas arī nāk ar asinīm.
Šajā procesā veidojas citronskābes, etiķskābes un citas skābes, produkti tauku, aminoskābju un glikozes oksidēšanai. Šis ir viens no svarīgākie posmi, kas pavada gāzu apmaiņu audos. Tās gaitā izdalās visu ķermeņa orgānu un sistēmu darbībai nepieciešamā enerģija.
Reakcijas veikšanai aktīvi tiek izmantots skābeklis. Tas pakāpeniski oksidējas, pārvēršoties oglekļa dioksīdā – CO 2, kas no šūnām un audiem izdalās asinīs, pēc tam plaušās un atmosfērā.
Gāzes apmaiņa dzīvniekiem
Daudzu dzīvnieku ķermeņa un orgānu sistēmu struktūra ievērojami atšķiras. Zīdītāji ir vislīdzīgākie cilvēkiem. Maziem dzīvniekiem, piemēram, planāriju, nav sarežģītas sistēmas vielmaiņai. Viņi izmanto savus ārējos apvalkus, lai elpotu.
Abinieki elpošanai izmanto ādu, muti un plaušas. Lielākajā daļā dzīvnieku, kas dzīvo ūdenī, gāzes apmaiņa tiek veikta, izmantojot žaunas. Tās ir plānas plāksnes, kas savienotas ar kapilāriem un transportē tajos skābekli no ūdens.
Posmkājiem, piemēram, tūkstoškājām, mežu utīm, zirnekļiem un kukaiņiem, nav plaušu. Viņiem visā ķermeņa virsmā ir trahejas, kas virza gaisu tieši uz šūnām. Šī sistēma ļauj viņiem ātri pārvietoties, neizjūtot elpas trūkumu un nogurumu, jo enerģijas veidošanās process notiek ātrāk.
Gāzu apmaiņa augos
Atšķirībā no dzīvniekiem, gāzu apmaiņa augu audos ietver gan skābekļa, gan oglekļa dioksīda patēriņu. Elpošanas laikā viņi patērē skābekli. Augiem tam nav īpašu orgānu, tāpēc gaiss tajos iekļūst caur visām ķermeņa daļām.
Parasti lapām ir vislielākā platība, un uz tām nokrīt galvenais gaisa daudzums. Skābeklis tajās iekļūst caur mazām atverēm starp šūnām, ko sauc par stomatiem, tiek apstrādāts un izvadīts oglekļa dioksīda veidā, tāpat kā dzīvniekiem.
Augu īpatnība ir to spēja veikt fotosintēzi. Tādējādi tie ar gaismas un enzīmu palīdzību var pārvērst neorganiskās sastāvdaļas organiskās. Fotosintēzes laikā tiek absorbēts oglekļa dioksīds un rodas skābeklis, tāpēc augi ir īstas gaisa bagātināšanas “rūpnīcas”.
Īpatnības
Gāzes apmaiņa ir viena no būtiskas funkcijas jebkurš dzīvs organisms. To veic caur elpošanu un asinsriti, veicinot enerģijas izdalīšanos un vielmaiņu. Gāzes apmaiņas īpatnības ir tādas, ka tā ne vienmēr notiek vienādi.
Pirmkārt, tas nav iespējams bez elpošanas, tās apturēšana uz 4 minūtēm var izraisīt smadzeņu šūnu darbības traucējumus. Tā rezultātā ķermenis nomirst. Ir daudzas slimības, kurās tiek traucēta gāzu apmaiņa. Audi nesaņem pietiekami daudz skābekļa, kas palēnina to attīstību un darbību.
Tiek novērota arī nevienmērīga gāzes apmaiņa veseliem cilvēkiem. Tas ievērojami palielinās, palielinoties muskuļu darbam. Tikai sešās minūtēs viņš sasniedz maksimālo jaudu un turas pie tā. Taču, palielinoties slodzei, var sākt palielināties skābekļa daudzums, kas arī nepatīkami ietekmēs organisma pašsajūtu.
Notiek ielāde...