Будова і функції органів дихання
дихання - найяскравіше і переконливе вираження життя. Завдяки диханню організм отримує кисень і звільняється від надлишків вуглекислоти, що утворюється в результаті обміну речовин. Дихання і кровообіг забезпечують всі органи і тканини нашого тіла необхідної для життя енергією. Звільнення енергії, необхідної для життєдіяльності організму, відбувається на рівні клітин і тканин в результаті біологічного окислення (клітинного дихання).
При нестачі кисню в крові в першу чергу страждають такі життєво важливі органи, як серце і центральна нервова система. Кисневе голодування серцевого м`яза супроводжується пригніченням синтезу АТФ, (АТФ), що є основним джерелом енергії, необхідної для роботи серця. Мозок людини споживає більше кисню, ніж безперервно працює серце, тому навіть незначна нестача кисню в крові відбивається на стані мозку.
Підтримка дихальної функції на досить високому рівні є необхідною умовою збереження здоров`я та попередження розвитку передчасного старіння.
Відео: Дихальна система людини. Будова органів дихальної системи. Урок біології №68
Дихальний процес включає кілька етапів:
- наповнення легенів атмосферним повітрям (вентиляція легенів);
- перехід кисню з легеневих альвеол в кров, що протікає через капіляри легень, і виділення з крові в альвеоли, а потім в атмосферу - вуглекислоти;
- доставка кисню кров`ю до тканин і вуглекислоти з тканин до легким;
- споживання кисню клітинами - клітинне дихання.
Перший етап дихання - вентиляція легенів - полягає в обміні вдихуваного і повітря, що видихається, тобто в наповненні легких атмосферним повітрям і видаленні його назовні. Це здійснюється завдяки дихальним рухам грудної клітини.
12 пар ребер прикріплені спереду до грудини, а ззаду - до хребта. Вони захищають органи грудної клітини (серце, легені, великі кровоносні судини) від зовнішніх пошкоджень, їх рух - вгору і вниз, здійснюване міжреберних м`язів, сприяє вдиху і видиху. Знизу грудна клітка герметично відокремлена від черевної порожнини діафрагмою, яка своєю опуклістю кілька вдається в грудну порожнину. Легкі заповнюють майже весь простір грудної клітини, за винятком її середній частині, зайнятої серцем. Нижня поверхня легенів лежить на діафрагмі, їх звужені і закруглені верхівки виступають за ключиці. Зовнішня опукла поверхня легенів прилягає до ребер.
У центральну частину внутрішньої поверхні легенів, стикається з серцем, входять великі бронхи, легеневі артерії (несучі в легені венозну кров з правого шлуночка серця), кровоносні судини з артеріальною кров`ю, що живлять тканину легенів, і нерви, що іннервують легені. З легких виходять легеневі вени, що несуть в серці артеріальну кров. Вся ця зона утворює так звані коріння легенів.
Відео: Будова органів дихання. Біологія 8 клас
Схема будови легенів: 1 трахея- 2 - бронх- 3 - кровоносну сосуд- 4 - центральна (прикоренева) зона легкого- 5 - верхівка легені.
Кожне легке покрито оболонкою (плеврою). У кореня легкого плевра переходить на внутрішню стінку грудної порожнини. Поверхня плеврального мішка, в якому укладено легке, майже стикається з поверхнею плеври, що вистилає внутрішню сторону грудної клітки. Між ними є щілиноподібні простір - плевральна порожнина, де знаходиться невелика кількість рідини.
Під час вдиху міжреберні м`язи піднімають і розводять ребра в сторони, нижній кінець грудини відходить вперед. Діафрагма (головна дихальний м`яз) в цей момент також скорочується, від чого її купол стає більш плоским і опускається, відсуваючи черевні органи вниз, в сторони і вперед. Тиск в плевральній порожнині стає негативним, легкі пасивно розширюються, і повітря через трахею і бронхи втягується в легеневі альвеоли. Так відбувається перша фаза дихання - вдих.
При видиху міжреберні м`язи і діафрагма розслаблюються, ребра опускаються, купол діафрагми піднімається. Легкі стискаються, і повітря з них як би витісняється назовні. Після видиху настає коротка пауза.
Відео: Анатомія Людини - Органи дихання
Тут необхідно відзначити особливу роль діафрагми не тільки як головним дихальним м`язи, але і як м`язи, що активує кровообіг. Скорочуючи під час вдиху, діафрагма тисне на шлунок, печінку та інші органи черевної порожнини, як би вичавлюючи з них венозну кров у напрямку до серця. Під час видиху діафрагма піднімається, внутрішньочеревний тиск знижується, і це підсилює приплив артеріальної крові до внутрішніх органів черевної порожнини. Таким чином, дихальні рухи діафрагми, що відбуваються 12-18 разів на хвилину, виробляють м`який масаж органів черевної порожнини, покращуючи їх кровообіг і полегшуючи роботу серця.
Підвищення і зниження внутрігрудного тиску під час дихального циклу безпосередньо позначаються і на діяльності органів, розташованих в грудній клітці. Так, присмоктує сила негативного тиску в плевральній порожнині розвивається під час вдиху і полегшує приплив крові з верхньої та нижньої порожнистих вен і з легеневої вени до серця. Крім того, зниження внутригрудного тиску під час вдиху сприяє більш значному розширенню просвіту вінцевих артерій серця в період його розслаблення і відпочинку (т. Е. Під час діастоли і паузи), в зв`язку з чим поліпшується живлення серцевого м`яза. Зі сказаного ясно, що при поверхневому диханні погіршується не тільки вентиляція легенів, але і умови роботи і функціональний стан серцевого м`яза.
Відео: Презентація Будова і функції органів дихання
Коли людина знаходиться в спокої, в акті дихання зайняті переважно периферичні ділянки легкого. Центральна частина, розташована біля кореня, менше розтягується.
Тканина легенів складається з найдрібніших наповнених повітрям бульбашок - альвеол, стінки яких густо обплетені кровоносними судинами. На відміну від багатьох інших органів, легкі мають подвійне кровопостачання: систему кровоносних судин, що забезпечують специфічну функцію легенів - газообмін, і спеціальні артерії, що живлять саму легеневу тканину, бронхи і стінку легеневої артерії.
Капіляри легеневих альвеол являють собою дуже густу мережу з відстанню між окремими петлями в кілька мікрометрів (мкм). Це відстань збільшується при розтягуванні стінок альвеол під час вдиху. Загальна внутрішня поверхня всіх капілярів, що знаходяться в легенях, досягає приблизно 70 м2. Одномоментно в легеневих капілярах може перебувати до 140 мл крові, при фізичній роботі кількість крові, що протікає може досягати 30 л в 1 хв.
Кровопостачання різних ділянок легкого залежить від їх функціонального стану: кровотік здійснюється головним чином через капіляри вентильованих альвеол, в виключених ж з вентиляції ділянках легких кровотік різко знижений. Такі ділянки легеневої тканини стають беззахисними при вторгненні хвороботворних мікробів. Саме цим в деяких випадках пояснюється локалізація запальних процесів при бронхопневмоніях.
У нормально функціонуючих легеневих альвеолах є спеціальні клітини, які називаються альвеолярними макрофагами. Вони захищають легеневу тканину від органічної та мінеральної пилу, що міститься в повітрі, що вдихається, знешкоджують мікроби і віруси і нейтралізують виділяються ними шкідливі речовини (токсини). Ці клітини переходять в легеневі альвеоли з крові. Тривалість їх життя визначається кількістю вдихається пилу і бактерій: чим більше забруднене вдихаємо повітря, тим швидше гинуть макрофаги.
Від здатності цих клітин до фагоцитозу, тобто до поглинання і перетравлювання хвороботворних бактерій, у великій мірі залежить рівень загальної неспецифічної опірності організму до інфекції. Крім того, макрофаги очищають легеневу тканину від її власних загиблих клітин. Відомо, що макрофаги швидко «дізнаються» пошкоджені клітини і направляються до них, щоб їх усунути.
Резерви апарату зовнішнього дихання, що забезпечує вентиляцію легенів, дуже великі. Наприклад, в спокої доросла здорова людина робить в середньому 16 вдихів л видихів за 1 хв, причому за один вдих в легені надходить приблизно 0,5 л повітря (цей обсяг називається дихальним об`ємом), за 1 хв це складе 8 л повітря. При максимальному же довільному посилення дихання частота вдиху і видиху може зрости до 50-60 в 1 хв, дихальний обсяг - до 2 л, а хвилинний обсяг дихання - до 100-200 л.
Досить значні і резерви легеневих обсягів. Так, у людей, які ведуть малорухливий спосіб життя, життєва ємкість легень (т. Е. Максимальний обсяг повітря, який може бути видихнути після максимального вдиху) дорівнює 3000-5000 мл-при фізичному тренуванню, наприклад у деяких спортсменів, вона підвищується до 7000 мл і більше.
Організм людини лише частково використовує кисень атмосферного повітря. Як відомо, у вдихуваному повітрі в середньому міститься 21%, а в повітрі, що видихається - 15-17% кисню. У стані спокою організм споживає 200-300 см3 кисню.
Перехід кисню в кров і вуглекислоти з крові в легені відбувається внаслідок різниці між парціальним тиском цих газів в повітрі, що знаходиться в легенях, і їх напругою в крові. Оскільки парціальний тиск кисню в альвеолярному повітрі становить в середньому 100 мм рт. ст., в крові ж, що притікає до легким, тиск кисню дорівнює 37-40 мм рт. ст., він переходить з альвеолярного повітря в кров. Тиск же вуглекислоти в крові, що проходить через легені, зменшується з 46 до 40 мм рт. ст. за рахунок її переходу в альвеолярне повітря.
Кров насичена газами, що знаходяться в хімічно зв`язаному стані. Кисень переноситься еритроцитами, в яких він вступає в безсила з`єднання з гемоглобіном - оксигемоглобін. Це дуже вигідно для організму, так як якщо б кисень був просто розчинений в плазмі і не з`єднаний з гемоглобіном еритроцитів, то, щоб забезпечити нормальне дихання тканин, серце повинно було б битися в 40 разів частіше, ніж тепер.
У крові дорослої здорової людини міститься всього близько 600 г гемоглобіну, тому кількість кисню, що знаходиться в зв`язку з гемоглобіном, становить порівняно невелику величину, приблизно 800-1200 мл. Воно може задовольнити потребу організму в кисні тільки протягом 3-4 хв.
Оскільки клітини досить енергійно використовують кисень, його напруга в протоплазмі дуже низько, В зв`язку з цим він повинен безперервно надходити в клітини. Кількість кисню, що поглинається клітинами, змінюється в різних умовах. При фізичних навантаженнях воно збільшується. Інтенсивно утворюються при цьому вуглекислота і молочна кислота зменшують здатність гемоглобіну утримувати кисень і полегшують тим самим його звільнення і використання тканинами.
Якщо дихальний центр, що знаходиться в довгастому мозку, є абсолютно необхідним для здійснення дихальних рухів (після його пошкодження дихання припиняється і настає смерть), то інші відділи головного мозку забезпечують регуляцію найтонших пристосувальних змін дихальних рухів до умов зовнішнього і внутрішнього середовища організму і не є життєво необхідними.
Дихальний центр чуйно реагує на газовий склад крові: надлишок кисню і недолік вуглекислого газу гальмують, а недолік кисню, особливо при надлишковому вмісті вуглекислоти, збуджує дихальний центр. Під час фізичної роботи м`язи збільшують споживання кисню і накопичують вуглекислоту, на це дихальний центр реагує посиленням дихальних рухів. Навіть невелика затримка дихання (дихальна пауза) надає збудливу вплив на дихальний центр. Під час сну, при зниженні фізичної активності дихання ослаблене. Це приклади мимовільної регуляції дихання.
Вплив кори головного мозку на дихальні руху виражається в можливості довільно затримувати дихання, змінювати його ритм і глибину. Імпульси, що йдуть від дихального центру, в свою чергу, впливають на тонус кори великих півкуль. Фізіологами встановлено, що вдих і видих роблять протилежний вплив на функціональний стан кори головного мозку і через неї - на довільну мускулатуру. Вдих викликає невеликий зсув в бік збудження, а видих - зрушення в бік гальмування, тобто вдих є збудливим фактором, видих - заспокійливою. При рівній тривалості вдиху і видиху ці впливи в цілому нейтралізують один одного. Подовжений вдих з паузою на висоті вдиху при скороченому видиху спостерігається у людей, що знаходяться в бадьорому стані, з високою працездатністю. Цей тип дихання можна назвати мобілізуючим. І навпаки: енергійний, але короткий вдих з кілька розтягнутим подовженим видихом і затримкою дихання після видиху має заспокійливу дію і сприяє розслабленню мускулатури.
На вдосконаленні довільної регуляції дихання засноване лікувальну дію дихальної гімнастики. У процесі багаторазового повторення дихальних вправ виробляється звичка фізіологічно правильного дихання, відбувається рівномірна вентиляція легенів, ліквідуються застійні явища в малому колі і в легеневій тканині. При цьому поліпшуються і інші показники функції дихання, а також серцева діяльність і кровообіг органів черевної порожнини, головним чином печінки, шлунка і підшлункової залози. Крім того, з`являється вміння використовувати різні типи дихання для поліпшення працездатності і для повноцінного відпочинку.
