Однак частка участі шкіри в диханні людини мізерна в порівнянні з легенями, адже загальна поверхня тіла становить менше 2 м 2 і не перевищує 3% сумарної поверхні легеневих альвеол.
Основними складовими частинамиорганів дихання є дихальні шляхи, легені, дихальна мускулатура, включаючи діафрагму. Атмосферне повітря, що надходить у легені людини, є сумішшю газів – азоту, кисню, вуглекислого газу та деяких інших (рис. 2).
Мал. 2. Середні величини парціального тиску газів (мм рт. ст.) у сухому
вдихуваному повітрі, альвеолах, у повітрі, що видихається, і в крові при м'язовому спокої (середня частина малюнка). Парціальний тиск газів у венозній крові, що відтікає від нирок та м'язів (нижня частина малюнка)
Парціальним тиском газу в суміші газів називається тиск, який цей газ створював би за відсутності інших компонентів суміші. Воно залежить від відсоткового вмісту газу в суміші: чим воно більше, тим вищий парціальний тиск газу. Парціальний тиск кисню в альвеолярному повітрі дорівнює 105 мм рт. ст., а у венозній крові – 40 мм рт. ст., тому кисень дифундує з альвеол у кров. Майже весь кисень у крові хімічно зв'язується із гемоглобіном. Парціальне тиск киснюу тканинах порівняно низьке, тому він дифундує з крові капілярів у тканину, забезпечуючи тканинне дихання та процеси перетворення енергії.
Транспорт вуглекислого газу - одного з кінцевих продуктів обміну речовин - відбувається подібним чином у зворотному напрямку. Вуглекислий газ виділяється з організму через легені. Азот у організмі не використовується. Парціальний тиск кисню, вуглекислого газу, азоту в атмосферному повітрі та на різних рівняхСхеми транспорту кисню представлено на рис. 2.
а- Зовнішній циліндр, б- Скляне вікно для відліків, в- Внутрішній циліндр, г– балон із повітрям для врівноваження внутрішнього циліндра, д– вода
Завдяки дифузії склад альвеолярного повітря безперервно змінюється: концентрація кисню у ньому знижується, а концентрація вуглекислого газу збільшується. Для підтримки процесу дихання склад газів у легенях необхідно постійно оновлювати. Це відбувається за вентиляції легень, тобто. диханні у звичному значенні цього слова. Коли ми робимо вдих, обсяг легень збільшується і в них з атмосфери надходить повітря. У цьому альвеоли розширюються. У стані спокою у легені при кожному вдиху надходить близько 500 мл повітря. Цей обсяг повітря називається дихальним обсягом. Легкі людини мають певний резерв ємності, який може бути використаний при посиленому диханні. Після спокійного вдиху людина може вдихнути ще близько 1500 мл повітря. Цей обсяг називається резервним обсягом вдиху. Після спокійного видиху можна, зусилля, видихнути ще близько 1500 мл повітря. Це резервний обсяг видиху. Дихальний обсяг та резервні обсяги вдиху та видиху складають у сумі життєву ємність легень(ЖЕЛ). У даному випадкувона дорівнює 3500 мл (500+1500+1500). Щоб виміряти ЖЕЛ, роблять особливо глибокий вдихі після нього максимальний видих у трубку спеціального приладу- Спірометра. Вимірювання проводять у положенні стоячи у стані спокою (рис. 3). Величина ЖЕЛ залежить від статі, віку, розмірів тіла та тренованості. Цей показник коливається в широких межах, становлячи в середньому 2,5–4 л у жінок та 3,5–5 л у чоловіків. В окремих випадках у людей дуже високого зросту, наприклад, у баскетболістів, ЖЕЛ може досягати 9 л. Під впливом тренування, наприклад, під час виконання спеціальних дихальних вправ, ЖЕЛ збільшується (іноді навіть на 30%).
Мал. 4. Номограма Міллера визначення належної життєвої ємності легких
ЖЕЛ можна визначити за номограмою Міллера (рис. 4). Для цього треба знайти на шкалі своє зростання і з'єднати його прямою лінією з віком (окремо для жінок та чоловіків). Ця пряма перетне шкалу життєвої ємності легень. Важливим показником у дослідженнях фізичної працездатності є хвилинний об'єм дихання, або вентиляція легень. Вентиляцією легень називають фактичну кількість повітря, яке при різних умовахпроходить через легені протягом 1 хв. У спокої легенева вентиляція становить 5-8 л/хв.
Людина здатна керувати своїм диханням. Можна ненадовго затримати його чи посилити. Здатність до посилення дихання вимірюється величиною максимальної легеневої вентиляції(МЛВ). Ця величина, як і ЖЕЛ, залежить від рівня розвитку дихальних м'язів. При фізичній роботі легенева вентиляція зростає та досягає 150–180 л/хв. Чим важча робота, тим більша легенева вентиляція.
Еластичність легені значною мірою залежить від сил поверхневого натягу рідини, що змочує внутрішню поверхнюальвеол (s = 5 х 10-2 н/м). Природа сама подбала про те, щоб полегшити дихання, і створила речовини, що знижують поверхневий натяг. Їх синтезують спеціальні клітини, що у стінках альвеол. Синтез цих поверхнево активних речовин (ПАР) йде протягом усього життя людини.
У тих рідкісних випадках, коли у новонародженого відсутні легких клітин, що виробляють ПАР, дитина не може зробити перший вдих самостійно та вмирає. Через нестачу або відсутність ПАР в альвеолах близько півмільйона новонароджених у всьому світі вмирає щороку, так і не зробивши першого вдиху.
Однак деякі тварини, що дихають легкими, обходяться і без ПАР. Насамперед це стосується холоднокровних – жаб, зміїв, крокодилів. Оскільки цим тваринам не треба витрачати енергію на обігрів, їх потреби в кисні не такі високі, як у теплокровних, і тому площа поверхні легень у них менша. Якщо в легені людини площа поверхні зіткнення 1 см 3 повітря з кровоносними судинами становить близько 300 см 2 то у жаби - всього 20 см 2 .
Відносне зменшення площі легені, що припадає на одиницю його обсягу, у холоднокровних пов'язане з тим, що діаметр альвеол у них приблизно в 10 разів більше, ніж у теплокровних. А із закону Лапласа ( p= 4a/R) випливає, що додатковий тиск, який треба подолати при вдиху, обернено пропорційно радіусу альвеоли. Великий радіус альвеол у холоднокровних дозволяє легко робити вдих навіть без зменшення величини. pза рахунок ПАР.
Немає ПАР і легких птахів. Птахи – теплокровні тварини та ведуть активний спосіб життя. У спокої потреба птахів у кисні вище, ніж в інших хребетних, включаючи ссавців, а під час польоту вона багаторазово зростає. Дихальна система птахів здатна насичувати кров киснем навіть за польоті великий висоті, де його концентрація значно менше, ніж лише на рівні моря. Будь-які ссавці (у тому числі і людина), опинившись на такій висоті, починають випробовувати кисневе голодування, різко знижують свою рухову активність, а іноді навіть впадають у напівнепритомність. Як же вдається легким птахам, за відсутності ПАР, долати це непросте завдання?
Крім звичайних легень, птахи мають додаткову систему, що складається з п'яти і більше пар тонкостінних повітряних мішків, пов'язаних з легенями. Порожнина цих мішків широко розгалужується в тілі і заходить у деякі кістки, іноді навіть у дрібні кістки фаланг пальців. В результаті дихальна система, наприклад, качки, займає близько 20% об'єму тіла (2% легкі та 18% повітряні мішки), тоді як у людини – лише 5%. Стінки повітряних мішків бідні на судини і в газообміні не беруть участі. Повітряні мішки не тільки сприяють продуванню повітря через легені в одному напрямку, але й зменшують щільність тіла, тертя між окремими частинами, сприяють ефективному охолодженню тіла.
Легке птахи побудоване з оточених кровоносними судинами паралельно з'єднаних відкритих із двох боків тоненьких трубочок – повітряних капілярів, що відходять від парабронхів. Під час вдиху обсяги передніх та задніх повітряних мішків збільшуються. Повітря з трахеї надходить безпосередньо в задні мішки. Передні мішки з основним бронхом не повідомляються і заповнюються повітрям, що виходить із легень (рис. 5, а).
Мал. 5 . Рух повітря у дихальній системі птиці: а- Вдих, б- Видих
(К1 та К2 – клапани, що змінюють рух повітря)
При видиху повідомлення передніх мішків із основним бронхом відновлюється, а задніх – переривається. В результаті під час видиху повітря через легеня птиці тече в тому ж напрямку, що і при вдиху (мал. 5, б). Під час дихання змінюються лише обсяги повітряних мішків, а обсяг легені залишається практично постійним. Стає зрозумілим, чому у пташиних легень немає ПАР: вони просто ні до чого, т.к. роздмухувати легені немає необхідності.
Деякі організми використовують повітря як для дихання. Тіло рибки іглобрюха, що мешкає в Індійському океані та Середземному морі, усіяне численними голками – видозміненою лускою. У спокійному стані голки більш менш щільно прилягають до тіла. При небезпеці іглобрюх прямує до поверхні води і, набираючи повітря в кишечник, перетворюється на роздуту кулю. При цьому голки піднімаються і стирчать на всі боки. Риба тримається біля поверхні води, перекинувшись вгору черевцем, і частина її тіла виступає над водою. У такому положенні іглобрюх захищений від хижаків як знизу, і зверху. Коли мине небезпека, іглобрюх випускає повітря, і тіло його приймає звичайні розміри.
Повітряна оболонка Землі (атмосфера) утримується біля Землі з допомогою сил тяжіння і тиск на всі тіла, із якими стикається. Тіло людини пристосовано до атмосферного тиску і погано переносить його зниження. При підйомі в гори (4 тис. м, а іноді і нижче) багато людей почуваються погано, з'являються напади гірської хвороби»: стає важко дихати, з вух та носа нерідко йде кров, Можлива втрата свідомості. Оскільки суглобові поверхні щільно прилягають одна до одної (у суглобовій сумці, що охоплює суглоби, тиск знижений) завдяки атмосферному тиску, то високо в горах, де атмосферний тиск сильно знижений, дія суглобів засмучується, руки та ноги погано «слухаються», легко трапляються вивихи . Альпіністи та льотчики, піднімаючись на велику висоту, беруть із собою кисневі прилади і перед підйомом спеціально тренуються.
У програму спеціальної підготовкикосмонавтів входить обов'язкове тренування в барокамері, що являє собою сталеву камеру, що герметично закривається, з'єднану з потужним насосом, що створює в ній підвищений або знижений тиск. У сучасної медицинибарокамера використовується для лікування багатьох хвороб. У камеру подається чистий кисень і створюється високий тиск. За рахунок дифузії кисню через шкіру та легені значно підвищується його напруга у тканинах. Цей метод лікування дуже ефективний, наприклад, при рановій інфекції (газова гангрена), що викликається анаеробними мікроорганізмами, для яких кисень є сильною отрутою.
На тих висотах, де літають сучасні космічні кораблі, повітря практично немає, тому кабіни кораблів роблять герметичними, і в них створюються та підтримуються нормальні тиск та склад повітря, вологість та температура. Порушення герметичності кабіни призводить до трагічних наслідків.
Космічний корабель «Союз-11» з трьома космонавтами на борту (Г.Добровольський, В.Волков, В.Пацаєв) був виведений на навколоземну орбіту 6 червня 1971 р., а 30 червня при поверненні на Землю екіпаж загинув внаслідок розгерметизації спуску після поділу відсіків на висоті 150 км.
Деякі відомості про дихання
Людина дихає ритмічно. Новонароджена дитина здійснює дихальні рухи 60 разів на 1 хв, п'ятирічний – 25 разів на 1 хв, у 15–16 років частота дихання зменшується до 16–18 за 1 хв і зберігається такою до старості, коли вона частішає знову.
У деяких тварин частота дихання набагато нижча: кондор здійснює один дихальний рух 10 с, а хамелеон - 30 хв. Легкі хамелеони з'єднані особливими мішечками, в які він набирає повітря і при цьому сильно роздмухується. Низька частота дихання дозволяє хамелеону довго не виявляти своєї присутності.
У стані спокою і за нормальної температури людина споживає за 1 хв приблизно 250 мл кисню, на годину – 15 л, на добу – 360 л. Кількість кисню, що споживається в спокої, непостійно - вдень воно більше, ніж вночі, навіть якщо людина вдень спить. Ймовірно, це прояв добових ритмів у життєдіяльності організму. Лежачи людина споживає за 1 год приблизно 15 л кисню, стоячи – 20 л, при спокійній ходьбі – 50 л, при ходьбі зі швидкістю 5 км/год – 150 л.
При атмосферному тиску людина може дихати чистим киснемблизько однієї доби, після чого виникає запалення легенів, що закінчується смертю При тиску 2-3 атм людина може дихати чистим киснем трохи більше 2 год, потім настає порушення координації рухів, уваги, пам'яті.
За 1 хв через легені в нормі проходить 7-9 л повітря, а тренований бігун - близько 200 л.
Внутрішні органипри посиленій роботі вимагають підвищеного постачання киснем. При напруженій діяльності споживання кисню серцем зростає у 2 рази, печінкою – у 4 рази, нирками – у 10 разів.
При кожному вдиху людина здійснює достатню роботу для підйому вантажу масою 1 кг на висоту 8 см. Використовуючи роботу, виконану протягом 1 год, можна було б підняти цей вантаж на висоту 86 м, а за ніч – на 690 м.
Відомо, що дихальний центр збуджується при підвищенні концентрації вуглекислого газу в крові. Якщо концентрацію вуглекислого газу в крові знизити, людина може не дихати більш тривалий час, ніж зазвичай. Цього можна досягти прискореним диханням. Подібним прийомом користуються нирці, причому досвідчені ловці перлів можуть залишатися під водою 5-7 хв.
Пил є скрізь. Навіть на вершині Альп в 1 мл повітря міститься близько 200 порошинок. У такому обсязі міського повітря міститься понад 500 тис. частинок пилу. Вітер переносить пил на дуже далекі відстані: наприклад, у Норвегії виявлено пил із Сахари, а в Європі – вулканічний пил з островів Індонезії. Частинки пилу затримуються в органах дихання та можуть призводити до різних захворювань.
У Токіо, де на кожного мешканця припадає 40 см 2 вуличної поверхні, поліцейські працюють у кисневих масках. У Парижі для перехожих встановлено будки чистого повітря. Патологоанатоми впізнають парижан при розтині по чорних легень. У Лос-Анджелесі на вулиці встановлені пластмасові пальми, оскільки живі гинуть через велику забрудненість повітря.
Далі буде
* Мається на увазі парціальний тиск кисню повітря, при якому він перебуває в рівновазі з киснем, розчиненим у крові або іншому середовищі, що називається також напругою кисню в даному середовищі.
Тести
706-01. Хребетних тварин із трикамерним серцем, розмноження яких тісно пов'язане з водою, об'єднують у клас
А) Кісткові риби
Б) Ссавці
В) Плазуни
Г) Земноводні
Відповідь
706-02. До якого класу відносять тварин, схема будови серця яких показано малюнку?
А) Комахи
Б) Хрящові риби
В) Земноводні
Г) Птахи
Відповідь
706-03. Ознака, що відрізняє земноводних від риб, – це
А) хладнокровність
Б) будову серця
В) розвиток у воді
Г) замкнутість кровоносної системи
Відповідь
706-04. Земноводні відрізняються від риб наявністю
А) головного мозку
Б) замкнутої кровоносної системи
В) парних легень у дорослих особин
Г) органів чуття
Відповідь
706-05. Яка ознака серед перелічених відрізняє більшість тварин класу Земноводні від Ссавців?
Б) зовнішнє запліднення
В) статеве розмноження
Г) використання для проживання водного середовища
Відповідь
706-06. Плазуни в процесі еволюції придбали, на відміну від земноводних,
А) замкнуту кровоносну систему
Б) високу плодючість
В) велике яйце із зародковими оболонками
Г) трикамерне серце
Відповідь
706-07. Якщо в процесі еволюції у тварини сформувалося серце, зображене на малюнку, органами дихання тварини повинні бути 
А) легені
Б) шкіра
В) легеневі мішки
Г) зябра
Відповідь
706-08. У якої групи тварин розмноження не пов'язане із водою?
А) безчерепні (ланцетники)
Б) кісткові риби
в) земноводні
Г) плазуни
Відповідь
706-09. Яких тварин розвиток зародка повністю завершується всередині яйця?
А) кісткові риби
Б) хвостаті земноводні
В) безхвості земноводні
Г) плазуни
Відповідь
706-10. Хребетних тварин із трикамерним серцем, розмноження яких не пов'язане з водою, об'єднують у клас
А) Кісткові риби
Б) Ссавці
В) Плазуни
Г) Земноводні
Відповідь
706-11. Хребетних тварин із непостійною температурою тіла, легеневим диханням, трикамерним серцем із неповною перегородкою у шлуночку відносять до класу
а) кісткових риб
Б) земноводних
В) плазунів
Г) хрящових риб
Відповідь
706-12. Плазуни, на відміну від земноводних, властиві
А) зовнішнє запліднення
Б) внутрішнє запліднення
В) розвиток із утворенням личинки
Г) поділ тіла на голову, тулуб і хвіст
Відповідь
706-13. Яка з перелічених тварин є холоднокровною?
А) прудка ящірка
Б) амурський тигр
В) степова лисиця
Г) звичайний вовк
Відповідь
706-14. До якого класу відносять тварин, що мають суху шкіру з роговою лускою та трикамерне серце з неповною перегородкою?
А) Плазуни
Б) Ссавці
В) Земноводні
Г) Птахи
Відповідь
706-15. Птахи відрізняються від плазунів наявністю
А) внутрішнього запліднення
Б) центральної нервової системи
В) двох кіл кровообігу
г) постійної температуритіла
Відповідь
706-15. Яка ознака в будові подібна у сучасних плазунів і птахів?
а) кістки, наповнені повітрям
Б) суха шкіра, позбавлена залози
В) хвостовий відділ у хребті
Г) дрібні зуби у щелепах
Відповідь
706-16. У якої тварини газообмін між атмосферним повітрям та кров'ю відбувається через шкіру?
А) касатка
Б) тритон
В) крокодил
Г) горбуша
Відповідь
706-17. Яка група тварин серце складається з двох камер?
а) риби
Б) земноводні
В) плазунів
Г) ссавці
Відповідь
706-18. Розвиток дитинча в матці відбувається у
А) хижих птахів
Б) плазунів
в) земноводних
Г) ссавців
Відповідь
706-19. Для представників якого класу хордових тварин характерне дихання шкіри?
А) Земноводні
Б) Рептилії
В) Птахи
Г) Ссавці
Відповідь
706-20. Ознакою класу земноводних є
А) хітиновий покрив
Б) гола шкіра
В) живонародження
Г) парні кінцівки
Відповідь
706-21. За якими ознаками представники класу Земноводні від інших хребетних?
А) хребет та вільні кінцівки
Б) легеневе дихання та наявність клоаки
В) гола слизова шкіра та зовнішнє запліднення
Г) замкнута система кровообігу та двокамерне серце
Відповідь
706-22. Яка ознака серед перерахованих відрізняє тварин класу Плазуни від тварин класу Ссавці?
А) замкнута кровоносна система
Б) непостійна температура тіла
В) розвиток без перетворення
Г) використання для проживання наземно-повітряного середовища
Фізіологія дихання 1.
1. Сутність дихання. Механізм вдиху та видиху.
2. Виникнення негативного тиску в навкололегеневому просторі. Пневмоторакс, ателектаз.
3. Типи дихання.
4. Життєва ємність легень та їх вентиляція.
n 1. Сутність дихання. Механізм вдиху та видиху.
n Сукупність процесів, що забезпечують обмін киснем та вуглекислим газом між зовнішнім середовищем та тканинами організму, називається диханням , а сукупність органів, що забезпечують дихання, - системою органів дихання.
n Види дихання:
n Клітинне – у одноклітинних через всю поверхню клітини.
n Шкірне - у багатоклітинних організмів (хробаки) через всю поверхню тіла.
n Трахейне – у комах через спеціальні трахеї, що проходять уздовж бічної поверхні тіла.
n Зяброве – у риб через зябра.
n Легенева – у земноводних через легені.
n У ссавців через спеціалізовані органи дихання: носоглотка, гортань, трахея, бронхи, легені, а також беруть участь грудна клітина, діафрагма та група м'язів: інспіратори та експіратори
n Легкі (0,6-1,4% маси тіла) - парні органи, мають частки (праве - 3, ліве - 2), що діляться на часточки (у кожній по 12-20 ацинусів), бронхи розгалужуються на бронхіоли, закінчуються альвеолами .
n Морфологічна та функціональна одиниця легені - ацинус (лат. acinus – виноградна ягода)- Розгалуження респіраторної бронхіоли на альвеолярні ходи, що закінчуються 400-600 альвеолярними мішечками.
n Альвеоли заповнені повітрям і не спадаються завдяки присутності на їх стінках поверхнево-активних речовин - сурфактантів (фосфоліпопротеїни або ліпополісахариди).
n Етапи дихання:
n а) легенева вентиляція - газообмін між легкими та зовнішнім середовищем;
n б) обмін газів у легенях між альвеолярним повітрям та капілярами малого кола кровообігу;
n в) транспорт О2 та СО2 кров'ю;
n г) обмін газів між кров'ю капілярів великого кола кровообігу та тканинною рідиною;
д) внутрішньоклітинне дихання - багатоступінчастий ферментативний процес окислення субстратів у клітинах.
n Основний фізичний процес, який забезпечує переміщення О2 з зовнішнього середовищадо клітин та СО2 у зворотному напрямку, - це дифузія , тобто рух газу у вигляді розчиненої речовини за градієнтами концентрації.
n Вдих – інспірація .
n Рух повітря у легені та з легенів у навколишнє середовище обумовлений зміною тиску всередині легень. Коли легені розширюються, тиск у них стає нижчим за атмосферний (на 5-8 мм рт. ст.) і повітря насмоктується в легені. Найлегші не мають м'язової тканини. Зміна обсягу легень залежить від зміни обсягу грудної клітки, тобто. легені пасивно йдуть за змінами грудної клітки. При вдиху грудна клітка розширюється у вертикальному, сагіттальному та фронтальному напрямках. При скороченні м'язів-інспіраторів (вдихачі) - зовнішні міжреберні та діафрагми, ребра піднімаються вгору, при цьому розширюється грудна клітка. Діафрагма набуває конусоподібної форми. Все це сприяє зниженню тиску в легенях та засмоктування повітря. Товщина альвеол мала, тому гази легко дифундують через стінку альвеол.
n Видих – експірація .
n При видиху розслабляються м'язи-інспіратори і грудна клітка в силу своєї тяжкості та еластичності реберних хрящів повертається у вихідне положення. Діафрагма розслабляється, куполоподібної форми. Таким чином, у спокої видих відбувається пасивно, внаслідок закінчення вдиху.
n При форсованому диханні видих стає активним – посилюється за рахунок скорочення м'язів-експіраторів (видихачів) – внутрішні міжреберні м'язи, м'язи живота – зовнішні та внутрішні косі, поперечні та прямі черевні, дорсальний зубчастий видихач. Підвищується тиск у черевній порожнині, що виштовхує діафрагму в грудну порожнину, ребра опускаються, наближаються один до одного, що зменшує об'єм грудної клітки.
n Коли легені спадаються, повітря вичавлюється, тиск у них стає вищим за атмосферний (на 3-4 мм рт. ст.).
n 2. Виникнення негативного тиску в навкололегеневому просторі. Пневмоторакс, ателектаз
n Легкі у грудній клітці відокремлюються плевральними листками: вісцеральний – прилягає до легень, парієтальний – вистилає грудну клітину зсередини. Між листками – плевральна порожнина. Вона заповнена плевральною рідиною. Тиск у плевральній порожнині завжди нижче атмосферного на 4-10 мм рт. ст. (У легенях 760 мм рт. ст.). Це зумовлено: 1) більше швидким зростаннямгрудної клітини порівняно з легень у постнатальному онтогенезі; 2) еластичною тягою(Пружною напругою) легень, тобто силою, що протидіє їх розтягуванню повітрям. Плевральна порожнина герметична від довкілля.
n При попаданні повітря в плевральну порожнину (пр. при пораненні) вирівнюється тиск у плевральній порожнині з атмосферним – пневмоторакс , при цьому легеня спадається - ателектаз та дихання може припинитися.
n Негативний тиск плевральної порожнини утворюється при народженні. При першому вдиху грудна клітка розширюється, легені розправляються, тому що вони герметично відокремлені - у плевральній порожнині утворюється негативний тиск. У плода легені перебувають у стані, що спався, грудна клітина сплощена, головка ребер поза суглобовою ямкою. При народженні у крові у плода накопичується вуглекислий газвін збуджує дихальний центр. Звідси імпульси надходять до м'язів – інспіраторам, які скорочуються, головки ребер входять до суглобових ямок. Грудна клітка збільшується обсягом, легені розправляються.
n Взаємини між об'ємом грудної клітки та об'ємом легені в процесі дихання зазвичай ілюструють за допомогою фізичної моделі Дондерса:
n 1. Скляний ковпак,
n 2. Зверху - пробка з отвором,
n 3. Дно – еластична плівка з кільцем,
n 4. Усередині ковпака – легкі кролики.
n При збільшенні об'єму всередині ковпака за рахунок розтягування еластичної плівки, тиск у порожнині ковпака знижується, в легені надходить повітря через отвір у пробці, вони розширюються і навпаки.
n 3. Типи дихання.
n 1. Грудний чи реберний - Зміна об'єму грудної клітини відбувається головним чином за рахунок міжреберних м'язів (експіраторів та інспіраторів). Характерний для собак та жінок.
n 2. Черевний або діафрагмальний - Зміна об'єму грудної клітки відбувається головним чином за рахунок діафрагми і м'язів черевного преса. Характерний чоловікам.
n 3. Змішаний або грудобрюшний - Зміна об'єму грудної клітки відбувається в рівній мірі при скороченні міжреберних м'язів, діафрагми і м'язів черевного преса. Характерний сільськогосподарських тварин.
n Типи дихання мають діагностичне значення: при пошкодженні органів черевної або грудної порожнинизмінюються.
n 4. Життєва ємність легень та їх вентиляція.
n Життєва ємність легень (ЖЕЛ) складається з 3-х об'ємів повітря, що надходять і виділяються з легень при диханні:
n 1. Дихальний - Об'єм повітря при спокійному вдиху та видиху. У дрібних тварин (собаки, МРС) – 0,3-0,5 л, у великих (ВРХ, кінь) – 5-6 л.
n 2. Додатковий або резервний об'єм вдиху– об'єм повітря, що потрапляє у легені за максимального вдиху після спокійного вдиху. 0,5-1 та 5-15 л.
n 3. Резервний обсяг видиху– об'єм повітря при максимальному видиху після спокійного видиху. 0,5-1 та 5-15 л.
n ЖЕЛ визначається шляхом вимірювання обсягу максимального видиху після попереднього максимального вдиху методом спірометрії. У тварин її визначають при вдиханні газової суміші з високим змістомдвоокису вуглецю.
n Залишковий обсяг - Об'єм повітря, що залишається в легенях навіть після максимального видиху.
n Повітря «шкідливого» чи «мертвого» простору – об'єм повітря, що не бере участі у газообміні та знаходиться у верхній частині дихального апарату – носова порожнина, ковтка, трахея (20-30%).
n Значення «шкідливого» простору:
n 1) повітря зігрівається (багате постачання кровоносних судин), що перешкоджає переохолодженню легень;
n 2) повітря очищається, зволожується (альвеолярні макрофаги, багато слизових залоз);
n 3) при подразненні вій миготливого епітелію відбувається чхання – рефлекторне видалення шкідливих речовин;
n 4) рецептори нюхового аналізатора(«нюховий лабіринт»);
n 5) регуляція об'єму повітря, що вдихається.
n Процес оновлення газового складу альвеолярного повітря при вдиху та видиху – вентиляція легень .
n Інтенсивність вентиляції визначається глибиною вдиху та частотою дихальних рухів.
n Глибину вдиху визначають за амплітудою рухів грудної клітки, а також вимірюючи легеневі об'єми.
n Частоту дихальних рухів підраховують за кількістю екскурсій грудної клітки за певний проміжок часу (У 4-5 разів менше частоти серцевих скорочень).
n Кінь (у хв) – 8-16; ВРХ - 12-25; МРС - 12-16; свиня - 10-18; собака - 14-24; кролик – 15-30; хутрові - 18-40.
n Хвилинний об'єм дихання – це добуток дихального об'єму повітря на частоту дихальних рухів за хв.
n Пр.: кінь: 5 л х 8 = 40 л
n Методи вивчення дихання:
n 1. Пневмографія- Реєстрація дихальних рухів за допомогою пневмографа.
n 2. Спірометрія- Вимір дихальних обсягівза допомогою спірометрів.
лекція 25.
Фізіологія дихання 2.
1. Газообмін між альвеолами та кров'ю. Стан газів крові.
2. Транспорт газів та фактори, що його визначають. Тканинне дихання.
3. Функції легень, які пов'язані з газообміном.
4. Регуляція дихання, дихальний центр та його властивості.
5. Особливості дихання у птахів.
Газообмін між альвеолами та кров'ю. Стан газів крові.
В альвеолах легень О2 і СО2 обмінюються між повітрям і кров'ю капілярів малого кола кровообігу.
Повітря, що видихається містить більше О2 і менше СО2, ніж альвеолярне повітря, т.к. до нього домішується повітря шкідливого простору (7:1).
Розмір дифузії газів між альвеолами і кров'ю визначається суто фізичними законами, які у системі газ - рідина, розділеної напівпроникною мембраною.
Основним фактором, що визначає дифузію газів з альвеол повітря в кров і з крові в альвеоли, є різниця парціального тиску, або градієнт парціального тиску. Дифузія походить з області з більш високим парціальним тиском область з нижчим тиском.
Газовий склад повітря
Парціальний тиск(лат. partialic – частковий) - це тиск того чи іншого газу в суміші газів, яке він чинив би за тієї ж температури, займаючи один весь об'єм
Р = РА х а/100,
де Р – парціальний тиск газу, РА – атмосферний тиск, а – обсяг газу, що входить до суміші у %, 100 – %.
Р О2 вдих. = 760 х 21/100 = 159,5 мм рт. ст.
Р СО2 вдих. = 760 х 0,03/100 = 0,23 мм рт. ст.
Р N2 вдих. = 760 х 79/100 = 600,7 мм рт. ст.
Рівність Р О2 або Р СО2 у взаємодіючих середовищах ніколи не настає. У легенях йде постійна притока свіжого повітрявнаслідок дихальних рухів грудної клітки, у тканинах ж різниця напруги газів підтримується процесами окиснення.
Різниця між парціальним тиском О2 в альвеолярному повітрі та венозній крові легень становить: 100 – 40 = 60 мм рт.ст., що викликає дифузію О2 у кров. При різниці напруги О2 1 мм рт. ст. у корови в кров переходить 100-200 мл О2 за 1 хв. Середня потреба тварини О2 у спокої становить 2000 мл за 1 хв. Різниці тиску 60 мл рт. ст. більш ніж достатньо насичення крові О2 як у спокої, і при навантаженні.
60 мм рт.ст. х 100-200 мл = 6000-12000 мл О2 хв
Лекція № 15. Фізіологія дихання.
1.
2. Зовнішнє дихання(Легенева вентиляція).
3.
4. Транспорт газів (О2, СО2) кров'ю.
5. Обмін газів між кров'ю та тканинною рідиною. Тканинне дихання.
6. Регулювання дихання.
1. Сутність дихання. Органи дихання.
Дихання фізіологічна функція, Що забезпечує газообмін між організмом та зовнішнім середовищем, а сукупність органів, що беруть участь у газообміні – системою органів дихання.
Еволюція дихальної системи.
1.В одноклітинних організмівдихання здійснюється через поверхню (мембрану) клітини.
2.У нижчих багатоклітинних тварингазообмін йде через всю поверхню зовнішніх та внутрішніх (кишковик) клітин організму.
3.У комахтіло вкрите кутикулою і тому з'являються спеціальні дихальні трубочки (трахеї), що пронизують все тіло.
4.У риборганами дихання є зябра – численні листочки з капілярами.
5.У земноводнихз'являються мішки з повітря (легкі), в яких повітря оновлюється за допомогою дихальних рухів. Однак, основний обмін газів йде через поверхню шкіри і становить 2/3 всього обсягу.
6.У плазунів, птахів та ссавцівлегені вже добре розвинені, а шкіра стає захисним покривом і через неї газообмін не перевищує 1%. У коней за високої фізичного навантаженнядихання через шкіру збільшується до 8%.
Органи дихання.
Дихальний апарат ссавців являє собою сукупність органів, що виконують повітропровідну та газообмінну функції.
Верхні повітроносні шляхиОсі: носова порожнина, рот, носоглотка, гортань.
Нижні повітроносні шляхи: трахея, бронхи, бронхіоли.
Газообмінну функціювиконує дихальна пориста тканина – паренхіма легені. У структуру цієї тканини входять легеневі бульбашки. альвеоли.
стінка повітроносних шляхів має хрящовий кістякі їхній просвіт ніколи не спадається. Слизова оболонка дихальної трубкивистелена миготливим епітелієм з віями.Трахея перед входом у легені дихотомічноділиться на два головні бронхи (лівий і правий), які надалі діляться та утворюють бронхіальне дерево.Закінчується розподіл кінцевими (Термінальними) бронхіолами (діаметр до 0,5-0,7мм).
Легкірозташовані у грудній порожнині та мають форму зрізаного конуса. Основа легені звернена назад і прилягає до діафрагми. Зовні легені покриті серозною оболонкою. вісцеральною плеврою. Парієтальна плевра (кісткова)вистилає грудну порожнину і щільно зростається з реберною стінкою. Між цими листками плеври є щілинний простір (5-10 мкм) – плевральна порожниназаповнена серозною рідиною. Простір між правим та лівою легкоюназивається середостінням.Тут знаходяться серце, трахея, кровоносні судини та нерви. Легкі діляться на частки, сегменти та часточки. Ступінь виразності такого поділу у різних тварин неоднакова.
Морфологічною та функціональною одиницею легені є ацинус (лат. acinus – виноградна ягода).Ацинус включає ремпіраторну (дихальну) бронхіолу та альвеолярні ходи,які закінчуються альвеолярними мішечками.Один ацинус містить 400-600 альвеол; 12-20 ацинусів утворюють легеневу часточку.
Альвеоли –це бульбашки, внутрішня поверхня яких вистелена одношаровим плоским епітелієм. Серед епітеліальних клітин розрізняють : альвеолоцити 1-го порядку,які разом із ендотелією капілярів легень утворюють аерогематичний бар'єрі альвеоцити 2-го порядкувиконують секреторну функцію, виділяючи біологічно активна речовинасурфактан. Сурфактан (фосфоліпопротеїни – поверхнево активна речовина)вистилає внутрішню поверхню альвеоли, збільшує поверхневий натяг і не дозволяє альвеол спадатися.
Функції повітроносних шляхів.
Повітроносні шляхи(у них затримується до 30% повітря, що вдихається) не беруть участі в газообміні і їх називають "шкідливим" простором.Однак, верхні та нижні повітроносні шляхи відіграють велику роль у життєдіяльності організму.
Тут відбувається зігрівання, зволоження та очищення повітря, що вдихається.Це можливо завдяки добре розвиненій слизовій оболонці дихальних шляхів, яка рясно васкуляризована,містить келихоподібні клітини, слизові залози та велика кількістьвій миготливого епітелію. Крім цього тут знаходяться рецептори нюхового аналізатора, рецептори захисних рефлексів кашлю, чхання, пирхання та ірритантні (роздратування) рецептори. Вони розташовані в бронхіолах та реагують на пилові частинки, слиз, пари їдкої речовини. При подразненні ірритантних рецепторів виникає відчуття печіння, першіння, з'являється кашель і частішає подих.
Газообмін між організмом та зовнішнім середовищем забезпечується сукупністю строго скоординованих процесів, що входять до структури дихання вищих тварин.
2. Зовнішнє дихання (легкова вентиляція) постійний процес оновлення газового складу альвеолярного повітря, який здійснюється при вдиху та видиху.
Легенева тканинане має активних м'язових елементів і тому її збільшення чи зменшення обсягом відбувається пасивно в такт рухам грудної клітини (вдих, видих). Це обумовлено негативним внутрішньоплевральним тиском(Нижче атмосферного: при вдиху на 15-30 мм рт. ст.,при видиху на 4-6 мм рт. ст.)у герметично закритій грудній порожнині.
Механізм зовнішнього дихання.
Акт вдиху (лат. inspiration – інспірація)здійснюється рахунок збільшення обсягу грудної клітини. У цьому беруть участь м'язи інспіратори (вдихачі): зовнішні міжреберні м'язи та діафрагма.При форсованому диханні підключаються м'язи: піднімач ребер, сходовий надрібний м'яз, дорзальний зубчастий вдихач.Об'єм грудної клітки при цьому збільшується у трьох напрямках – вертикальному, сагіттальному (переднезадньому) та фронтальному.
Акт видиху (лат. expiration – експірація)у стані фізіологічного спокою носить переважно пасивний характер. Як тільки м'язи вдихачі розслабляються, грудна клітка в силу своєї тяжкості та еластичності реберних хрящів повертається у вихідне положення. Діафрагма розслабляється і купол її знову стає опуклим.
При форсованому диханні акту видиху сприяють м'язи експіратори: внутрішні міжреберні, зовнішні та внутрішні косі, поперечні та прямі м'язи черевної стінки, дорзальний зубчастий видихач.
Типи дихання.
Залежно від перетворення тих чи інших м'язів, що беруть участь у дихальних рухах, розрізняють три типи дихання:
1 - грудний (реберний) тип диханняздійснюється при скороченні зовнішніх міжреберних м'язів та м'язів грудного поясу;
2 – черевний (діафрагмальний) тип дихання– переважають скорочення діафрагми та м'язів живота;
3 – змішаний (реберно-черевний) тип диханнянайчастіше зустрічається у сільськогосподарських тварин.
При різних захворюванняхтип дихання може змінюватись. При захворюванні органів грудної порожнини переважає діафрагмальний тип дихання, а при хворобах органів черевної порожнини – реберний тип дихання.
Частота дихальних рухів.
Під частотою дихання розуміють кількість дихальних циклів (вдих-видих) за 1 хвилину.
Кінь 8 - 12 Собака 10 - 30
Круп. ріг. худоба 10 - 30 Кролики 50 - 60
Вівця 8 – 20 Кури 20 – 40
Свиня 8 - 18 Качки 50 - 75
Людина 10 - 18 Миша 200
Слід врахувати, що у таблиці наведено середні показники. Частота дихальних рухів залежить від виду тварини, породи, продуктивності, функціонального стану, часу доби, віку, температури навколишнього середовища тощо.
Легкові обсяги.
Розрізняють загальну та життєву ємність легень. Життєва ємність легень (ЖОВ) складається з трьох об'ємів:дихального та резервних обсягів вдиху та видиху.
1.Дихальний об'єм– це обсяг повітря, який можна спокійно, без зусиль вдихнути та видихнути.
2.Резервний об'єм вдиху –це повітря, яке можна додатково вдихнути після спокійного вдиху.
3.Резервний обсяг видиху– це об'єм повітря, яке можна максимально видихнути після спокійного видиху.
Після повного максимально глибокого видиху у легенях залишається ще частина повітря - Залишковий обсяг.Сума ЖОВ і залишкового об'єму повітря складають загальну ємність легень.
Сума залишкового об'єму повітря та резервного об'єму видиху називається альвеолярним повітрям (функціональна залишкова ємність).
Легкові обсяги (у літрах).
Кінь Людина
1. Дихальний V 5-6 0,5
2. Резервний V вдиху 12 1,5
3. Резервний V видиху 12 1,5
4. Залишковий V 10 1
Вентиляція легень– це оновлення газового складу альвеолярного повітря при вдиху та видиху. При оцінці інтенсивності вентиляції легень використовують хвилинний об'єм дихання(кількість повітря, що проходить через легені за 1 хвилину), який залежить від глибини та частоти дихальних рухів.
У коня дихальний об'єм у стані спокою 5-6 літрів , частота дихання 12 дихальних рухів за 1 хвилину.
Отже: 5 л.*12=60 літрівхвилинний об'єм дихання. при легкій роботі він дорівнює 150-200 літрів,при тяжкій роботі 400-500 літрів.
Під час дихання окремі ділянки легень вентилюються не всі різною інтенсивністю. Тому розраховують коефіцієнт альвеолярної вентиляції - Це відношення повітря, що вдихається до альвеолярного об'єму.При цьому слід враховувати, що при вдиху конем 5 літрів, 30% повітря залишається в повітроносних шляхах «шкідливий простір».
Таким чином до альвеол доходить 3,5 літрів повітря, що вдихається (70% від 5 літрів дихального об'єму). Отже, коефіцієнт альвеолярної вентиляції дорівнює 3,5 л.: 22 л. чи 1:6. Т. е. при кожному спокійному вдиху вентилюється 1/6 альвеол.
3. Дифузія газів (обмін газів між альвеолярним повітрям та кров'ю капілярів малого кола кровообігу).
Газообмін у легень здійснюється в результаті дифузіїдіоксиду вуглецю (СО 2) з крові в альвеоли легені, а кисню (О 2) з альвеоли в венозну кров капілярів малого кола кровообігу. Розрахунковим шляхом встановлено, що близько 5% кисню повітря, що вдихається, залишається в організмі, а близько 4% діоксиду вуглецю виділяється з організму. Азот у газообміні участі не бере.
Рух газів визначається чисто фізичними законами (осмос та дифузія),діючими в системі газ-рідина, розділеною напівпроникною мембраною. В основі цих законів лежить різниця парціального тиску або градієнт парціального тиску газів.
Парціальний тиск (лат. partialis – частковий)– це тиск одного газу, що входить до складу газової суміші.
Дифузія газів походить з області більше високого тискув область нижчого.
Парціальний тиск кисню в альвеолярному повітрі 102 ммрт. ст., діоксиду вуглецю 40 мм рт. ст.У венозній крові капілярів легень напруга О2 = 40 мм рт. ст., СО2 = 46 мм рт. ст.
Таким чином, різниця парціального тиску:
кисню (О2) 102 - 40 = 62 мм рт. ст.;
діоксиду вуглецю (СО2) 46 - 40 = 6 мм рт. ст.
Кисень швидко надходить через легеневі мембрани та повністю з'єднується з гемоглобіном і кров стає артеріальною. Діоксид вуглецю, незважаючи на невелику різницю, парціального тиску має вищу швидкість дифузії (25 разів)з венозної крові до альвеол легкого.
4. Транспорт газів (Про 2, СО 2) кров'ю.
Кисень, переходячи з альвеоли в кров, перебуває у двох формах – близько 3% розчиненого у плазміі близько 97% сполученого з гемоглобіном еритроцитів (оксигемоглобін).Насичення крові киснем називається оксигенацією.
В одній молекулі гемоглобіну 4 атоми заліза, отже, 1 молекула гемоглобіну може з'єднати 4 молекули кисню.
ПНb+ 4О 2 ↔ ПНb(Про 2) 4
Оксигемоглобін (ННb (О 2) 4) – виявляє властивість слабкої, легко дисоціюючої кислоти.
Кількість кисню, що знаходиться в 100 мм крові при повному переході гемоглобіну в оксигемоглобін, називається кисневої ємністю крові.Встановлено, що 1 г гемоглобіну може в середньому пов'язати 1,34 ммкисню.Знаючи концентрацію гемоглобіну в крові, а вона в середньому становить 15 г. / 100 мл,можна розрахувати кисневу ємність крові.
15 * 1,34 = 20,4 об.% (об'ємних відсотків).
Транспорт діоксиду вуглецю кров'ю.
Перенесення діоксиду вуглецю кров'ю є складний процес, в якому беруть участь еритроцити (гемоглобін, фермент карбоангідразу) та буферні системи крові.
Діоксид вуглецю знаходиться в крові трьох формах: 5% - у фізично розчиненому вигляді; 10% – у вигляді карбогемоглобіну; 85% - у вигляді бікарбонатів калію в еритроцитах та бікарбонатах натрію у плазмі.
2 потрапивши в плазму крові з тканини, відразу ж дифундує в еритроцити, де відбувається реакція гідратації з утворенням вугільної кислоти (Н 2 3) та її дисоціацію. Обидві реакції каталізуються ферментом карбоангідразою,який міститься в еритроцитах.
Н 2 Про + СО 2 → Н 2 СО 3
карбоангідраза
↓
Н 2 СО 3 → Н + + НСО 3 -
У міру підвищення концентрації бікарбонатних іонів (НСО 3 -)в еритроцитах, одна їх частина дифундує в плазму крові та з'єднується з буферними системами, утворюючи бікарбонат натрію (NaHCO 3).Інша частина НСО 3 - залишається в еритроцитах та з'єднується з гемоглобіном (карбогемоглобін) та з катіонами калію – бікарбонат калію (КНСО 3).
У капілярах альвеол гемоглобін з'єднується з киснем (оксигемоглобін) – це сильніша кислота, яка витісняє вугільну кислоту зі всіх сполук. Під дією карбоангідрази відбувається її дегідратація.
Н 2 СО 3 → Н 2 О + СО 2
Таким чином розчинений і диоксид вуглецю, що звільнився при дисоціації карбогемоглобіну, дифундує в альвеолярне повітря.
5. Обмін газів між кров'ю та тканинною рідиною. Тканинне дихання.
Обмін газів між кров'ю і тканинами відбувається так само, в силу різниці парціального тиску газів (за законами осмосу та дифузії).Артеріальна кров, що надійшла сюди, насичена киснем, його напруга складає 100 ммрт. ст.У тканинній рідині напруга кисню становить 20 – 40 мм рт. ст.,а у клітинах його рівень падає до 0.
Відповідно: Про 2100 - 40 = 60 мм рт. ст.
60 - 0 = 60 мм рт. ст.
Тому оксигемоглобін відщипує кисень, який швидко переходить у тканинну рідину, а потім у клітини тканин.
Тканинне дихання – це процес біологічного окисненняу клітинах та тканинах.Кисень, що надходить у тканини, зачіпається на окислення жирів, вуглеводів і білків. Енергія, що звільняється при цьому, накопичується у формі макроергічних зв'язків – АТФ.Крім окисного фосфолірування кисень також використовується при мікросомальному окисленні – у мікросомах ендоплазматичного ретикулуму клітин. При цьому кінцевими продуктами окисних реакцій стає вода і діоксид вуглецю.
Діоксид вуглецю, розчиняючись у тканинній рідині, створює там напругу 60-70 мм рт. ст.,що вище, ніж у крові (40 мм рт. ст.).
2 70 - 40 = 30 мм рт. ст.
Таким чином, високий градієнт напруги кисню та різниця парціального тиску діоксиду вуглецю в тканинній рідині та крові є причиною його дифузії з тканинної рідини в кров.
6. Регуляція дихання.
Дихальний центр –це сукупність нейронів, розташованих у всіх відділах ЦНС і що у регуляції дихання.
Головна частина «ядро» дихального центру Миславськогорозташоване в довгастому мозку, у сфері ретикулярної формації на дні четвертого мозкового шлуночка. Серед нейронів цього центру є сувора спеціалізація (розподіл функцій). Одні нейрони регулюють акт вдиху, інші - акт видиху.
Бульбарний відділ дихального цінтра має унікальну особливість - Автоматією,яка зберігається навіть за повної його деаферентації (після припинення впливу з боку різних рецепторів та нервів).
В області варолієва мостурозташований "Пневмотаксичний центр".Він не має автоматії, але впливає на діяльність нейронів дихального центру Миславського, по черзі стимулюючи активність нейронів акту вдиху та видиху.
Від дихального центру йдуть нервові імпульси до мотонейронів. ядра грудобрюшного нерва (3-4 шийні хребці– центр діафрагмальних м'язів) та до мотонейронів розташованих у латеральних рогахгрудного відділу спинного мозку (Інервує зовнішні та внутрішні міжреберні м'язи).
У легенях (між гладкими м'язами повітроносних шляхів та навколо капіляр малого кола кровообігу) розташовуються три групи рецепторів: розтягнення та спадання, іритантні, юкстакапілярні.Інформація від цих рецепторів, про стан легень (розтяг, спад), їх наповнення повітрям, попадання дратівливих речовину дихальні шляхи (газ, пил), зміна кров'яного тиску в легеневих судинах, аферентними нервами потрапляє в дихальний центр. Це впливає на частоту та глибину дихальних рухів, прояв захисних рефлексів кашлю та чхання.
Велике значенняу регуляції дихання мають гуморальні чинникиНа зміну газового складу крові реагують судинні рефлексогенні зони каротидного синуса, аорти та довгастого мозку.
Збільшення концентрації діоксиду вуглецю в крові призводить до збудження дихального центру.Внаслідок цього дихання частішає – диспное (задишка).Зменшення рівня діоксиду вуглецю в крові уповільнює ритм дихальних рухів - Апное.
Що таке газообмін? Без нього не зможе обійтися практично жодна жива істота. Газообмін у легенях та тканинах, а також крові допомагає насичувати клітини поживними речовинами. Завдяки йому ми отримуємо енергію та життєві сили.
Що таке газообмін?
Для існування живим організмам необхідне повітря. Він є сумішшю з безлічі газів, основну частку яких складають кисень і азот. Обидва ці газу є найважливішими компонентамидля забезпечення нормальної життєдіяльностіорганізмів.
У ході еволюції різні видивиробили свої пристрої для їх отримання, в одних розвинулися легені, в інших - зябра, а треті використовують тільки шкірні покриви. З допомогою цих органів здійснюється газообмін.
Що таке газообмін? Це процес взаємодії зовнішнього середовища та живих клітин, у ході якого відбувається обмін кисню та вуглекислого газу. Під час дихання разом із повітрям в організм надходить кисень. Насичуючи всі клітини та тканини, він бере участь у окисної реакції, перетворюючись на вуглекислий газ, який виводиться з організму разом з іншими продуктами метаболізму
Газообмін у легенях
Щодня ми вдихаємо понад 12 кілограм повітря. У цьому нам допомагають легені. Вони є об'ємним органом, здатним вмістити до 3 літрів повітря за один повний глибокий вдих. Газообмін у легенях відбувається за допомогою альвеол – численних бульбашок, які переплетені з кровоносними судинами.
Повітря потрапляє в них через верхні дихальні шляхи, проходячи трахею та бронхи. Сполучені з альвеолами капіляри забирають повітря та розносять його по кровоносній системі. У той самий час вони віддають альвеолам вуглекислий газ, що залишає організм разом із видихом.
Процес обміну між альвеолами та судинами називається двосторонньою дифузією. Він відбувається всього за кілька секунд і здійснюється завдяки різниці тиску. У насиченого киснем атмосферного повітря воно більше, тому він прямує до капілярів. Вуглекислий газ має менший тиск, від чого і виштовхується в альвеоли.
Кровообіг
Без кровоносної системи газообмін у легенях та тканинах був би неможливим. Наше тіло пронизане безліччю кровоносних судинрізної довжини та діаметру. Вони представлені артеріями, венами, капілярами, венулами і т.д. У судинах кров безперервно циркулює, сприяючи обміну газів та речовин.
Газообмін у крові здійснюється за допомогою двох кіл кровообігу. При диханні повітря починає рухатися великим колом. У крові він переноситься, прикріплюючись до спеціального гемоглобіну білка, який міститься в еритроцитах.
З альвеол повітря потрапляє в капіляри, а потім в артерії, прямуючи до серця. У нашому організмі воно виконує роль потужного насоса, перекачуючи насичену киснем кров до тканин та клітин. Вони, у свою чергу, віддають кров, наповнену вуглекислим газом, спрямовуючи її по венула і вен назад до серця.
Проходячи через праве передсердя, венозна кровзавершує велике коло. Вона рухається по артеріях, артеріолах і капілярах, де здійснює обмін повітрям з альвеолами, щоб почати цикл заново.
Обмін у тканинах
Отже, ми знаємо, що таке газообмін легень та крові. Обидві системи переносять гази та обмінюються ними. Але ключова роль належить тканинам. Вони відбуваються основні процеси, змінюють хімічний складповітря.
Насичує клітини киснем, який запускає в них цілу низку окисно-відновних реакцій. У біології вони називаються циклом Кребса. Для їх здійснення необхідні ферменти, які також надходять разом з кров'ю.
У ході утворюються лимонна, оцтова та інші кислоти, продукти для окислення жирів, амінокислот та глюкози. Це один із найважливіших етапів, що супроводжує газообмін у тканинах. Під час його протікання звільняється енергія, необхідна роботи всіх органів прокуратури та систем організму.
Для здійснення реакції активно використовується кисень. Поступово він окислюється, перетворюючись на вуглекислий газ - СО 2 , який виділяється з клітин та тканин у кров, потім у легені та атмосферу.
Газообмін у тварин
Будова організму та систем органів у багатьох тварин значно варіюється. Найбільш схожими з людиною є ссавці. Невеликі тварини, наприклад, планарії, не мають складних системдля обміну речовин. Для дихання використовують зовнішні покриви.
Амфібії для дихання використовують шкірні покриви, а також рот та легені. У більшості тварин, що мешкають у воді, газообмін здійснюється за допомогою зябер. Вони є тонкими пластинами, з'єднаними з капілярами і переправляють в них кисень з води.
Членистоногі, наприклад багатоніжки, мокриці, павуки, комахи, не мають легких. По всій поверхні тіла у них розташовані трахеї, які спрямовують повітря прямо до клітин. Така система дозволяє їм швидко пересуватися, не відчуваючи задишки та втоми, адже процес утворення енергії відбувається швидше.
Обмін газів у рослин
На відміну від тварин, у рослин газообмін у тканинах включає споживання і кисню, і вуглекислого газу. Кисень вони споживають у процесі дихання. Рослини не мають для цього спеціальних органів, тому повітря надходить у них через всі частини тіла.
Як правило, листя має найбільшу площу, і основна кількість повітря припадає саме на них. Кисень надходить у них через невеликі отвори між клітинами, звані продихами, переробляється і виводиться вже у вигляді вуглекислого газу, як і у тварин.
Відмінною рисою рослин є здатність до фотосинтезу. Так, вони можуть перетворювати неорганічні компоненти на органічні за допомогою світла і ферментів. Під час фотосинтезу поглинається вуглекислий газ та виробляється кисень, тому рослини є справжніми «фабриками» зі збагачення повітря.
Особливості
Газообмін є однією з найважливіших функційбудь-якого живого організму. Він здійснюється за допомогою дихання та кровообігу, сприяючи звільненню енергії та обміну речовин. Особливості газообміну полягають у тому, що він не завжди протікає однаково.
Насамперед він неможливий без дихання, його зупинка протягом 4 хвилин здатна призвести до порушень роботи клітин мозку. Внаслідок цього організм вмирає. Існує безліч захворювань, у яких спостерігається порушення газообміну. Тканини не отримують достатньо кисню, що уповільнює їх розвиток та функції.
Нерівномірність газообміну спостерігається і в здорових людей. Він значно збільшується за посиленої роботи м'язів. Буквально за шість хвилин він досягає граничної потужності та дотримується її. Однак при посиленні навантаження кількість кисню може почати збільшуватися, що також неприємно позначиться на самопочутті організму.
Loading...