Дыхания органы, группа органов, осуществляющая газообмен между организмом и окружающей средой. Их функция – обеспечение тканей кислородом, необходимым для обменных процессов, и выведение из организма диоксида углерода (углекислого газа). Воздух сначала проходит через нос и рот, потом через горло и гортань попадает в трахею и бронхи, а затем в альвеолы, где и осуществляется собственно дыхание – газообмен между легкими и кровью. В процессе дыхания легкие работают наподобие кузнечных мехов: грудная клетка попеременно сжимается и расширяется с помощью межреберных мышц и диафрагмы. Функционирование всей дыхательной системы координируется и регулируется с помощью импульсов, поступающих из головного мозга по многочисленным периферическим нервам. Хотя все звенья дыхательного тракта функционируют как единое целое, они различаются как по анатомическим, так и по клиническим характеристикам.
Нос и глотка. Начало воздухоносных (дыхательных) путей составляют парные носовые полости, ведущие в глотку. Они образованы костями и хрящами, составляющими стенки носа, и выстланы слизистой оболочкой. Вдыхаемый воздух, проходя через нос, очищается от частиц пыли и согревается. Околоносовые пазухи, т.е. полости в костях черепа, называемые также придаточными пазухами носа, сообщаются с носовой полостью через небольшие отверстия. Околоносовых пазух четыре пары: гайморовы (верхнечелюстные), лобные, клиновидные и пазухи решетчатой кости. Глотка – верхняя часть горла – разделяется на носоглотку, расположенную над маленьким язычком (мягким нёбом), и ротоглотку – область позади языка.
Гортань и трахея. Пройдя через носовые каналы, вдыхаемый воздух попадает через глотку в гортань, содержащую голосовые связки, и затем в трахею – неспадающуюся трубку, стенки которой состоят из незамкнутых хрящевых колец. В грудной клетке трахея разделяется на два главных бронха, по которым воздух поступает в легкие.
Легкие и бронхи. Легкие – парные конусовидные органы, расположенные в грудной клетке и разделенные сердцем. Правое легкое весит примерно 630 г и разделено на три доли. Левое легкое весом около 570 г разделено на две доли. Легкие содержат систему разветвляющихся бронхов и бронхиол – т.н. бронхиальное дерево; оно берет начало от двух главных бронхов и заканчивается мельчайшими мешочками, состоящими из альвеол. Наряду с этими образованиями в легких имеется сеть кровеносных и лимфатических сосудов, нервы и соединительная ткань. Основная функция бронхиального дерева – проведение воздуха в альвеолы. Бронхи с бронхиолами, как и гортань с трахеей, покрыты слизистой оболочкой, содержащей реснитчатый эпителий. Его реснички переносят инородные частицы и слизь к глотке. Кашель также способствует их продвижению. Бронхиолы заканчиваются альвеолярными мешочками, которые оплетены многочисленными кровеносными сосудами. Именно в тонких стенках альвеол, покрытых эпителием, и происходит газообмен, т.е. обмен кислорода воздуха на углекислый газ крови. Общее количество альвеол составляет примерно 725 млн.
Легкие покрыты тонкой серозной оболочкой – плеврой, два листка которой разделены плевральной полостью.
Газообмен. Для обеспечения эффективного газообмена легкие снабжаются большим количеством крови, поступающей по легочным и бронхиальным артериям. По легочной артерии из правого желудочка сердца притекает венозная кровь; в альвеолах, оплетенных плотной сетью капилляров, она насыщается кислородом и по легочным венам возвращается в левое предсердие. Бронхиальные артерии снабжают бронхи, бронхиолы, плевру и связанные с ними ткани артериальной кровью из аорты. Оттекающая венозная кровь по бронхиальным венам поступает в вены грудной клетки.
Вдох и выдох осуществляются путем изменения объема грудной клетки, которое происходит за счет сокращения и расслабления дыхательных мышц – межреберных и диафрагмы. При вдохе легкие пассивно следуют за увеличением объема грудной клетки; при этом их дыхательная поверхность увеличивается, а давление в них уменьшается и становится ниже атмосферного. Это способствует поступлению воздуха в легкие и заполнению им расширившихся альвеол. Выдох осуществляется в результате уменьшения объема грудной клетки под действием дыхательных мышц. В начале фазы выдоха давление в легких становится выше атмосферного, что обеспечивает выход воздуха. При очень резком и интенсивном вдохе помимо дыхательных работают мышцы шеи и плеч, за счет этого ребра поднимаются значительно выше, и грудная полость увеличивается в объеме еще больше. Нарушение целости грудной стенки, например в случае проникающего ранения, может привести к попаданию воздуха в плевральную полость, что вызывает спадение легкого (пневмоторакс).
Ритмическая последовательность вдоха и выдоха, а также изменение характера дыхательных движений в зависимости от состояния организма регулируются дыхательным центром, который находится в продолговатом мозге и включает центр вдоха, ответственный за стимуляцию вдоха, и центр выдоха, стимулирующий выдох. Посылаемые дыхательным центром импульсы идут через спинной мозг и по выходящим из него диафрагмальным и грудным нервам и управляют дыхательными мышцами. Бронхи и альвеолы иннервируются ветвями одного из черепно-мозговых нервов – блуждающего.
Легкие работают с очень большим резервом: в состоянии покоя у человека используется лишь около 5% их поверхности, доступной для газообмена. Если функция легких нарушена либо работа сердца не обеспечивает достаточной скорости легочного кровотока, то у человека возникает одышка.
Болезни органов дыхания
Дыхание – очень сложный процесс, и нарушаться в нем могут разные звенья. Так, при закупорке дыхательных путей (вызванной, например, развитием опухоли или образованием пленок при дифтерии) воздух не будет попадать в легкие. При заболеваниях легких, таких, как пневмония, нарушается диффузия газов. При параличе нервов, иннервирующих диафрагму или межреберные мышцы, как в случае полиомиелита, легкие уже не могут работать наподобие кузнечных мехов.
Нос и околоносовые пазухи
Синусит. Околоносовые пазухи способствуют согреванию и увлажнению вдыхаемого воздуха. Выстилающая их слизистая оболочка составляет единое целое с оболочкой носовой полости. Когда входы в пазухи оказываются закрыты в результате воспалительного процесса, в самих пазухах может накапливаться гной.
Синуситы (воспаления слизистой оболочки пазух) в легкой форме часто сопровождают обычную простуду. При острых синуситах (в частности, при гайморите) обычно наблюдаются сильная головная боль, боли в лицевой части головы, жар и общее недомогание. Повторные инфекции могут привести к развитию хронического синусита с утолщением слизистой оболочки. Применение антибиотиков позволило снизить как частоту, так и тяжесть инфекций, поражающих околоносовые пазухи. При накоплении в пазухах большого количества гноя обычно проводят их промывание и устанавливают дренаж, чтобы обеспечить отток гноя. Поскольку в непосредственной близости от пазух находятся отдельные участки слизистой оболочки головного мозга, тяжелые инфекции носа и околоносовых пазух могут приводить к менингиту и абсцессу головного мозга. До появления антибиотиков и современных методов химиотерапии подобные инфекции часто заканчивались смертельным исходом.
Опухоли. В носу и околоносовых пазухах могут развиваться как доброкачественные, так и злокачественные (раковые) опухоли. Ранними симптомами опухолевого роста служат затрудненное дыхание, кровянистые выделения из носа и звон в ушах. Учитывая локализацию подобных опухолей, предпочтительным методом терапии служит облучение.
Глотка
Тонзиллит (от лат. tonsilla – миндалина). Нёбные миндалины представляют собой два небольших органа, по форме напоминающие миндальный орех. Они расположены по обе стороны от прохода из ротовой полости в горло. Миндалины состоят из лимфоидной ткани, их основная функция, по-видимому, ограничение распространения инфекции, попадающей в организм через рот.
Симптомами острого тонзиллита (ангины) служат боли в горле, затрудненное глотание, повышенная температура, общее недомогание. Подчелюстные лимфатические узлы обычно распухают, воспаляются и становятся болезненны при прикосновении. В большинстве случаев острый тонзиллит (ангина) легко поддается лечению. Удаляют миндалины лишь в случаях, когда они являются местом хронической инфекции. Неинфицированные миндалины, даже если они увеличены, не представляют опасности для здоровья.
Аденоиды – разрастание лимфоидной ткани, расположенной в своде носоглотки, позади носового прохода. Эта ткань может настолько увеличиваться в размерах, что закрывает отверстие евстахиевой трубы, соединяющей среднее ухо и горло. Аденоиды возникают у детей, но, как правило, уже в подростковом возрасте уменьшаются в размерах и у взрослых совсем исчезают. Поэтому и инфицирование их чаще всего происходит в детском возрасте. При инфекции объем лимфоидной ткани увеличивается, и это приводит к заложенности носа, переходу на ротовое дыхание, частым простудам. Кроме того, при хроническом воспалении аденоидов у детей инфекция часто распространяется на уши, и возможно ухудшение слуха. В подобных случаях прибегают к хирургическому вмешательству или лучевой терапии.
Опухоли могут развиваться в миндалинах и носоглотке. Симптомами служат затрудненное дыхание, боли и кровотечения. При любых длительных или необычных симптомах, связанных с функциями горла или носа, следует незамедлительно обратиться к врачу. Многие из подобных опухолей поддаются эффективному лечению, и чем раньше их диагностировать, тем больше шансов на выздоровление.
Гортань
В гортани расположены две голосовые связки, сужающие отверстие (голосовую щель), через которое воздух попадает в легкие. В норме голосовые связки движутся свободно и согласованно и не препятствуют дыханию. В случае болезни они могут отекать или становятся малоподвижными, что создает серьезную преграду для поступления воздуха.
Ларингит – воспаление слизистой оболочки гортани. Оно часто сопровождает обычные инфекции верхних дыхательных путей. Основные симптомы острого ларингита – хрипота, кашель и боль в горле. Большую опасность представляет поражение гортани при дифтерии, когда возможна быстрая закупорка дыхательных путей, приводящая к удушью (дифтерийный круп). У детей острые инфекции гортани часто вызывают т.н. ложный круп – ларингит с приступами резкого кашля и затрудненного дыхания. Обычную форму острого ларингита лечат примерно так же, как и все инфекции верхних дыхательных путей; кроме того, рекомендуются ингаляции паром и покой для голосовых связок.
Если при каком-либо из заболеваний гортани дыхание становится настолько затрудненным, что возникает опасность для жизни, в качестве экстренной меры рассекают трахею, чтобы обеспечить поступление кислорода в легкие. Эта процедура называется трахеотомией.
Опухоли. Рак гортани чаще развивается у мужчин старше 40 лет. Основным симптомом служит постоянная хрипота. Опухоли гортани возникают на голосовых связках. Для лечения прибегают к лучевой терапии или – если опухоль распространилась и на другие части органа – к хирургическому вмешательству. При полном удалении гортани (ларингэктомии) больному нужно заново учиться говорить, используя специальные приемы и приспособления.
Трахея и бронхи
Трахеит и бронхит. Болезни бронхов часто затрагивают прилежащую к ним легочную ткань, но существует несколько распространенных заболеваний, при которых поражаются исключительно трахея и крупные бронхи. Так, обычные инфекции верхних дыхательных путей (например, респираторные вирусные заболевания и синуситы) нередко «спускаются» вниз, вызывая острый трахеит и острый бронхит. Главные их признаки – кашель и выделение мокроты, но эти симптомы быстро проходят, как только острую инфекцию удается побороть. Хронический бронхит очень часто бывает связан с упорным инфекционным процессом в носовой полости и околоносовых пазухах.
Инородные тела чаще всего попадают в бронхиальное дерево у детей, но иногда это случается и у взрослых. Как правило, в качестве инородных тел оказываются металлические предметы (английские булавки, монеты, пуговицы), орехи (арахис, миндаль) или бобы.
При попадании в бронхи инородного тела возникают позывы на рвоту, удушье и кашель. В последующем, после того как эти явления прошли, металлические предметы могут довольно долго оставаться в бронхах, уже не вызывая никаких симптомов. В противоположность этому инородные тела растительного происхождения незамедлительно вызывают тяжелую воспалительную реакцию, часто приводящую к пневмонии и абсцессу легкого. В большинстве случаев инородные тела можно удалить с помощью бронхоскопа – инструмента в виде трубки, предназначенного для непосредственной визуализации (осмотра) трахеи и крупных бронхов.
Плевра
Оба легких покрыты тонкой блестящей оболочкой – т.н. висцеральной плеврой. С легких плевра переходит на внутреннюю поверхность грудной стенки, где она называется париетальной плеврой. Между этими плевральными листками, которые в норме располагаются близко друг к другу, лежит плевральная полость, заполненная серозной жидкостью.
Плеврит – воспаление плевры. В большинстве случаев он сопровождается накоплением в плевральной полости экссудата – выпота, образующегося в ходе негнойного воспалительного процесса. Большой объем экссудата препятствует расширению легких, что крайне затрудняет дыхание.
Эмпиема. Плевра часто оказывается затронутой при легочных заболеваниях. При воспалении плевры между ее листками может накапливаться гной, и в результате образуется большая полость, заполненная гнойной жидкостью. Подобное состояние, называемое эмпиемой, обычно возникает вследствие пневмонии или актиномикоза. Плевральные осложнения – наиболее серьезные из всех осложнений легочных заболеваний. Ранняя диагностика и новые методы лечения легочных инфекций позволили значительно уменьшить их частоту.
Легкие
Легкие подвержены разнообразным болезням, источником которых могут быть как воздействие окружающей среды, так и заболевания других органов. Эта особенность легких обусловлена их интенсивным кровоснабжением и большой площадью поверхности. С другой стороны, легочной ткани, по-видимому, присуща высокая сопротивляемость, поскольку, несмотря на постоянное воздействие вредных веществ, легкие в большинстве случаев сохраняют свою целость и нормально функционируют.
Пневмония – это острое или хроническое воспалительное заболевание легких. Чаще всего оно развивается вследствие бактериальных инфекций (обычно пневмококковой, стрептококковой или стафилококковой). Особые формы бактерий, а именно микоплазмы и хламидии (последних раньше относили к вирусам), тоже служат возбудителями пневмонии. Некоторые виды патогенных хламидий передаются человеку птицами (попугаями, канарейками, вьюрками, голубями, горлицами и домашней птицей), у которых они вызывают пситтакоз (попугайную лихорадку). Возбудителями пневмонии могут быть также вирусы и грибки. Кроме того, причинами ее бывают аллергические реакции и попадание в легкие жидкостей, ядовитых газов или частичек пищи.
Пневмония, затрагивающая участки бронхиол, называется бронхопневмонией. Процесс может распространяться и на другие части легких.
В некоторых случаях пневмония приводит к разрушению легочной ткани и образованию абсцесса. При этом эффективна терапия антибиотиками, но иногда требуется хирургическое вмешательство.
Профессиональные болезни легких (пневмокониозы) вызываются длительным вдыханием пыли. Мы постоянно вдыхаем частицы пыли, но только некоторые из них служат причиной легочных заболеваний. Наибольшую опасность представляют кремниевая, асбестовая и бериллиевая пыль.
Силикоз – профессиональное заболевание каменотесов и шахтеров-угольщиков. Как правило, болезнь развивается лишь после нескольких лет контакта с пылью. Начавшись, она прогрессирует и после прекращения этого контакта. Больные страдают в основном одышкой, которая может привести к полной утрате работоспособности. У большинства из них в конце концов развивается туберкулез легких.
Асбестоз. Асбест является силикатом волокнистой структуры. Вдыхание асбестовой пыли вызывает фиброз легочной ткани и увеличивает вероятность рака легких.
Бериллиоз. Бериллий – металл, нашедший широкое применение в производстве неоновых ламп. Обнаружена болезнь легких, которая, по всей вероятности, вызвана вдыханием бериллиевой пыли. Эта болезнь представляет собой воспаление всей легочной ткани.
Пневмокониозы плохо поддаются лечению. Главным средством борьбы с ними остается профилактика. В некоторых случаях симптоматического улучшения удается достичь введением кортизона и его производных. Риск подобных заболеваний можно уменьшить хорошей вентиляцией, которая обеспечивает удаление пыли. В качестве профилактической меры следует периодически проводить обследование, включающее флюорографию.
Хронические и аллергические болезни. Бронхоэктаз. При этом заболевании мелкие бронхи сильно расширены и, как правило, инфицированы. Поражение может быть локализовано в одном участке или распространяться на оба легких.
Бронхоэктаз характеризуется главным образом кашлем и гнойной мокротой. Он часто сопровождается рецидивами пневмоний и мокротой с кровью. Острые рецидивирующие инфекции поддаются лечению антибиотиками. Однако полное выздоровление возможно лишь при лобэктомии – хирургическом удалении пораженной доли легкого. Если болезнь настолько распространилась, что операция уже невозможна, рекомендуют лечение антибиотиками и смену климата на более теплый.
Эмфизема. При эмфиземе легкие утрачивают нормальную эластичность и постоянно остаются примерно в одном и том же растянутом положении, характерном для вдоха. При этом дыхание может быть в такой степени затруднено, что человек полностью утрачивает работоспособность.
Бронхиальная астма – аллергическое заболевание легких, которое характеризуется спазмами бронхов, затрудняющими дыхание. Типичные для этого заболевания симптомы – хрипы и одышка.
Опухоли легких могут быть как доброкачественными, так и злокачественными. Доброкачественные опухоли встречаются довольно редко (лишь около 10% новообразований в легочной ткани).
www.ronl.ru
Учитель Лященко Е.Ю.
Предмет: биология.
Тема: Значение дыхания. Органы дыхательной системы: дыхательные пути, голосообразование.
Продолжительность:1урок-45 минут.
Класс: 8
Цели урока: раскрыть сущность дыхания, его роль в обмене веществ и превращениях энергии в организме человека; строение органов дыхания в связи с их функциями, процесс образования голоса, меры профилактики заболевания голосовых связок.
Оборудование: Модель гортани, таблицы «Органы дыхания».
Учебник: Н.И. Сонин. Биология 8 класс. Человек
^ Ход урока
Содержание урока
Методы и средства обучения
Организационный момент
Изучение нового материала
Подведение к теме
«Пока дышу, надеюсь» -
римский поэт Овидий
Эта фраза стала эпиграфом к нашему уроку, так как дыхание – самая драгоценная и оберегаемая «ниточка», от которой зависит наше земное существование.
^ Дыхание – это одна из важнейших функций живого организма.
Сущность дыхания состоит в поглощении живым организмом О2 и выделение СО2 из клеток в окружающую среду. Запасов в организме нет, поэтому непрерывное поступление О2 и выделение СО2 является жизненной необходимостью.
Процесс дыхания складывается из 3 этапов:
внешнее дыхание.
транспорт газов.
тканевое (клеточное) дыхание.
Внешнее дыхание.
Органы, осуществляющие внешнее дыхание, составляют систему органов дыхания. В эту систему входят следующие органы:
верхние дыхательные пути:
а) носовая полость
б) носоглотка
в) гортань
нижние дыхательные пути:
а) трахея
б) бронхи
в) легкие, в которых непосредственно происходит газообмен с кровью.
Особенностью дыхательных путей является то, что они имеют не спадающиеся стенки за счёт костной и хрящевой ткани, поэтому воздух свободно циркулирует в обе стороны.
Носовая полость
Различают наружный нос и носовую полость. За счёт наружного носа увеличивается объем носовой полости. Носовая полость поделена вертикальной носовой перегородкой на 2 симметричные половины, которые спереди сообщаются с наружной атмосферой через ноздри.
При нормальном дыхании человек дышит через нос. А зачем человеку нос? Подобно глазам, губам, ресницам нос, как бы критически к нему не относится – украшение лица. Представить человека с двумя дырочками на ровном месте просто невозможно!
«Без носа человек – чёрт знает что – птица не птица, гражданин не гражданин, - просто возьми, да и вышвырни за окошко!...» - так писал о носе Н.В. Гоголь.
А если серьёзно? Для чего появился нос у человека разумного? Ведь у его предков – человекообразных обезьян – его не было! Чтобы узнать об этом, я вам предлагаю совершить необычное путешествие вместе с воздухом, который попадает в наш организм.
Итак, внимание! Мы отправляемся! Будьте внимательны при путешествии, нас ждет впереди много необычного.
Мы влетаем в нос! Далее передвигаемся в носовую полость – это специализированный отдел верхних дыхательных путей, т.к. здесь вдыхаемый воздух подготавливается для дальнейшего движения по дыхательным путям и подвергается специальной обработке:
согревается или охлаждается до температуры тела.
увлажняется.
очищается и обезвреживается.
подвергается химическому контролю.
Носовая полость имеет добавочные полости придаточные пазухи носа, расположенные в воздухоносных костях черепа: в верхней челюсти – гайморова пазуха, в лобной – лобная (фронтальная) пазуха. Воспаление этих пазух приводит к серьёзным заболеваниям – гаймориту и фронтиту, последнее из которых очень опасно, т.к. очаг воспаления располагается в непосредственной близости от головного мозга.
^ Проведение физкультминутки.
4. Глотка.
Внимание: пролетаем перекрёсток в горле, где начинаются два тоннеля: воздушный и пищевой.
Глотка является общим для пищеварительной и дыхательной систем органом как следствие эволюционного происхождения.
Верхняя часть глотки – носоглотка является только дыхательным отделом, средняя часть глотки – ротоглотка. Гортанная часть ротоглотки сообщается с гортанью. В стенке носоглотки располагаются скопления лимфоидной ткани глоточные (аденоидные) миндалины.
Строение гортани.
Воздушный канал начинается гортанью, которая располагается на уровне 4, 5, 6 шейных позвонков на передней стороне шеи, образуя ясно заметное через наружные покровы возвышение – кадык (у мужчин).
Гортань выполняет двоякую функцию: это дыхательная трубка и орган звуко – и голосообразования.
Слизистая внутренней поверхности гортани выстлана мерцательным эпителием, в котором очень много механорецепторов, реагирующих на мельчайшее раздражение какими-либо частицами.
Сама гортань имеет вид песочных часов: в средней части она сужена. В этом месте гортани в переднезаднем направлении натянуты две голосовые связки. У мужчин они длиннее, чем у женщин. Между голосовыми связками располагается голосовая щель.
Звукообразование в гортани происходит на выходе. Причиной образования воздуха является колебание голосовых связок с определённой частотой. Колебания голосовых связок передаются на выдыхаемую струю воздуха и возникает звук. Звук, образовавшийся в результате колебания голосовых связок – это ещё не голос. Своё естественное человеческое звучание звук приобретает благодаря системе резонаторов. Звук, прошедший через систему резонаторов, превращается в голос.
^ Проводим дыхательную гимнастику. Пробуем проверить гипотезу образования голоса.
Трахея
А теперь мы несёмся вниз по воздушной трубке, которая получила название – трахея. Начинается вслед за гортанью на уровне 7 шейного позвонка и на уровне 5 грудного разделяется на два главных бронха. Длина трахеи у взрослого человека в среднем равна 12 см. стенка трахеи жёсткая, не спадается, т.к. в своей основе имеет 16-20 гиалиновых хрящей.
При воспалительных процессах секреция слизи усиливается, что провоцирует кашель.
Строение бронхов
На уровне 4-5 грудных позвонков трахея делится на два бронха – правый и левый. Каждый бронх входит в лёгкое, где ветвится на мелкие бронхи, которые в свою очередь разветвляются на бронхиолы. Таких бронхиол 25 млн. каждая из них заканчивается ходами с группой воздушных мешков. Они похожи на виноградинки и называются очень красиво – альвеолы.
Воспаление слизистой бронхов называется бронхит и сопровождается сильным кашлем.
Закрепление.
Домашнее задание
Параграф 26. Заполнить таблицу.
Органы
Функции
Соответствие строения органа выполняемой функции
1. Носовая полость
2. Гортань
3. Трахея
4. Легочный пузырёк (альвеола)
Вступительное слово учителя
Рассказ
Рассказ
Рассказ
Рассказ с элементами беседы.
Рассказ
Рассказ
Источники информации
Поурочные разработки по биологии. 8 (9) класс. Человек Пепеляева О.А., Сунцова И.В.
http://school-collection.edu.ru
www.ronl.ru
Содержание
Дыхание
Дыхательная система
Вывод
Библиография
Различают внешнее дыхание — совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа клеточное, или тканевое, дыхание — использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток. Дыхание характерно для клеток человека, животных, растений, грибов и многих микроорганизмов. В зависимости от типа дыхания различают аэробные и анаэробные микроорганизмы, многие из них способны переходить от одного типа дыхания к другому.
Молекулярная основа этих процессов — ступенчатое окисление углерода органических молекул до СО2 и воды. Свободная энергия клеточного топлива запасается в форме энргии фосфатных связей АТФ (см. Аденозинтрифосфорная кислота(АТФ). Выделившаяся энергия используется клеткой для выполнения работы: активного транспорта веществ через мембраны, механического движения, синтеза новых соединений и т.д.
Основные структуры эукариотической клетки, где происходит дыхание, — митохондрш У прокариот нет митохондрий, и фермент дыхания располагаются на внутренней стороне не клеточной мембраны.
Процесс дыхания складывается из нескольких этапов.
Сначала происходит гидролиз. Углеводы, аминокислоты, жиры подвергаются окислительному распаду. Окисление начинается с бескислородного расщепления глюкозы гликолиза. Продукты обмена гликолиза Включаются в так называемый цикл Кребса — замкнутый цикл последовательных биохимических реакций. При этом образуются СО2 и водород (протон + электрон). СО2 выводится из клетки а водород идет в «дыхательную цепь» — цепь последовательных реакций переноса водорода и электронов. Ферменты, обслуживающие «дыхательную цепь», располагаются на внутренней мембране митохондрий. Энергия, выделившаяся при переносе водорода и электронов в этой цепи, используется для образования АТФ в ходе окислительного фосфорилирования. Образующиеся внутри митохондрии молекулы АТФ переносятся в цитоплазму; обмениваясь на молекулы АДФ (аденозиндифосфорная кислота), находящиеся вне митохондрии.
Аэробные клетки большую часть энергии получают за счет дыхания. Это очень сложный, но наиболее экономичный путь. При окислении глюкозы освобождается энергии в 13 раз больше, чем при анаэробном расщеплении. При бескислородном расщеплении I молекулы глюкозы синтезируются 2 молекулы АТФ, при расщеплении 1 молекулы глюкозы в npисутствии кислорода образуется 36 молей АТФ, т.е. в 18 раз больше!
Бескислородный путь получения энергии клетками более древний. Дыхание возникло на Земле позже, когда в ее атмосфере появился кислород.
Подавляющее большинство животных нуждается в кислороде, так как образование энергии, необходимой для их жизнедеятельности происходит за счет окислительных процессов сопровождающихся выделением углекисло газа.
Поступление кислорода в организм и удаление из него углекислого газа осуществляется благодаря процессам дыхания.
Наиболее простая форма дыхания у одноклеточных животных — путем диффузии газов через поверхность клетки.
У многоклеточных животных формируются разные типы дыхательных систем. Так, у губок и червей появляется кожное дыхание. Кислород и углекислый газ хорошо растворяются в воде и легко проходят через влажную поверхность тела в сторону меньшей концентрации газов.
Развитие хитинового покрова у насекомых исключило кожное дыхание и вызвало образование трахейной дыхательной системы (рис.1). Это система тончайших трубочек, которые доходят до всех клеток и тканей. По трубочкам кислород из внешней среды проникает к тканям, а обратно выходит углекислый газ. У большинства водных животных появилось жаберное дыхание. Жабры имеют большую поверхность и могут в достаточной мере поглощать растворенный в воде в относительно небольшом количестве кислород (5-7 мл СЬ в 1 л воды). В 1 л воздуха содержится 210 мл кислорода. Потому у большинства наземных позвоночных, начиная с земноводных, основным типом дыхания становится легочное, хотя у земноводных еще 50% необходимого кислорода поглощается кожей.
У птиц есть еще и воздушные мешки — выросты легких, располагающиеся между внутренними органамии в полых костях (рис.2). Газообмен у птиц происходит при вдохе и при выдохе, когда воздух проходит через легкие в воздушные мешки и обратно.
Наибольшего совершенства достигло дыхание млекопитающих за счет большого увеличения дыхательной поверхности легких. У человека она 90-100 м2 .
Дыхательные пути человека состоят из носовой и ротовой полости, носоглотки, гортани, трахеи, бронхов (рис.3). В носовой полости вдыхаемый воздух согревается, увлажняется и очищается. Это предохраняет от заболеваний дыхательные пути и легкие.
Рис. 3. Дыхательная система человека: 1 — носовая полость; 2 — носоглотка; 3 — гортань; 4 — трахея; 5 — бронхи; 6 — бронхиальные веточки; 7 — легочная плевра; 8 — присте — ночная плевра; 9 — легкое;.10 — легочные пузырьки — альвеолы; II — кровеносные капилляры малого круга кровообращения.
Легкие состоят из легочных мешков, которые образованы бронхиолами, заканчивающимися слепыми мешочками — альвеолами. Каждая альвеола оплетена густой сетью кровеносных капилляров. Через стенки альвеол и капилляров происходит газообмен. Каждое легкое покрыто оболочкой плевры, состоящей из двух листков. Она образует замкнутую щелеобразную плевральную полость, так как внутренний листок покрывает легкое и, не прерываясь, переходит в наружный листок, который внутри выстилает грудную клетку. Внутри полости находится небольшое количество жидкости, которая облегчает скольжение листков относительно друг друга. Давление внутри плевральной полости всегда отрицательное, т.е. ниже атмосферного.
Изменение объема грудной клетки при вдохе происходит за счет сокращения дыхательных межреберных мышц и диафрагмы. Это в свою очередь ведет к тому, что наружный сток плевры несколько отходит от внутреннего. Плевральная полость несколько увеличивается, давление в ней падает, что растягивает эластичную легочную ткань. Увеличение объ — ема легких приводит к понижению в них давления, и наружный воздух засасывается в легкие. Так происходит вдох. В покое выдох происходит пассивно. Ребра под действием силы тяжести опускаются, диафрагма давлением внутренних органов поднимается, и объем грудной клетки уменьшается. Плевральная полость и легкие несколько сдавливаются, и легочный воздух выходит наружу. Усиленный выдох происходит за счет сокращения выдыхательной мускулатуры.
Максимальный объем выдоха после максимального вдоха (жизненная емкость легких) у мужчин в норме 4,8 л, у женщин 3,3 л. У спортсменов-бегунов высокой квалификации он равен 8,0 л.
Эффективность легочного газообмена зависит от интенсивности дыхательных движений и состава вдыхаемого воздуха. Гребля, плавание, бег, физические упражнения на свежем воздухе, способствуют легочной вентиляции,
Легочный газообмен происходит через тончайшие стенки альвеолярных пузырьков диффузно, за счет разницы парциального давления кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и их напряжения в крови ( рис.4).
Парциальное, или частичное, давление газа в газовой смеси пропорционально процентному содержанию газа и общему давлению. Процентное содержание кислорода в атмосферном воздухе примерно 21%. При давлении воздуха 760 мм рт. ст. парциальное давление кислорода составляет (760 — 21) /100ж159 мм рт. ст.
Альвеолярный воздух насыщен водяными парами, кислорода в нем 14%, поэтому парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе равно «100-110 мм рт. ст.
В крови газы находятся в растворенном и химически связанном состоянии. В диффузии участвуют только молекулы растворенного газа. Напряжением газа в жидкости называют силу, с которой молекулы растворенного газа стремятся выйти в газовую среду. Эта сила зависит от процентного содержания газа в крови. Установлено, что напряжение кислорода в венозной крови — 40 мм рт. ст. Диффузионное давление (100-40=60 мм рт. ст) способствует быстрому переходу кислорода в кровь, где он растворяется и соединяется с гемоглобином, образуя оксигемоглобин. В таком виде кислород доставляется к тканям.
Максимальное напряжение углекислого газа в тканях 60, в венозной крови 47 мм рт. ст., парциальное давление в альвеолярном воздухе 40 мм рт. ст. В венозной крови часть углекислого газа транспортируется» в виде соединения с гемоглобином и солей угольной кислоты.
В легочных капиллярах с помощью фермента углекислый газ быстро отщепляется от химических соединений и за счет диффузионного давления (47-40=7 мм рт. ст) уходит в альвеолярный, а затем при выдохе — в атмосферный воздух.
За время протекания крови через легкие напряжение газов в ней практически почти сравнивается с их парциальным давлением легких. Аналогичная диффузия газов происходит в тканевых капиллярах только в обратном направлении: кислород поступает в ткани, углекислый газ в кровь.
Небольшое количество газов всегда растворено в плазме крови (О2, СО2,N2), в условиях нормального атмосферного давления эти растворимые газы не оказывают влияния на дыхание. Но при восхождении в горы, погружении в воду, в космических полетах необходимо учитывать влияние газов, растворимых в плазме крови. Например, при работе водолазов в условиях повышенного барометрического давления растворимый азот может оказывать наркотическое действие. Это важно учитывать и аквалангистам. Подъем с больших глубин производят медленно, с остановками, чтобы растворимые газы постепенно удалялись из крови и в кровеносных сосудах не образовывались воздушные пузырьки, которые при быстром подъеме могут нарушить кровообращение. Регуляция дыхательных движений осуществляется дыхательным центром, который представлен совокупностью нервных клеток, расположенных в разных отделах центральной нервной системы. Основная часть дыхательного центра расположена в продолговатом мозге. Активность его зависит от концентрации углекислого газа (СОг) в крови и от нервных импульсов, приходящих от рецепторов разных внутренних органов и кожи.
Так, у новорожденного ребенка после перевязки пупочного канатика и отделения от организма матери в крови накапливается углекислый газ и снижается количество кислорода. Избыток СО2 гуморально, а недостаток О2 рефлекторно через рецепторы кровеносных сосудов возбуждают дыхательный центр. Это приводит к сокращению дыхательных мышц и увеличению объема грудной клетки, легкие расправляются, происходит первый вдох.
Нервная регуляция оказывает рефлекторное влияние на дыхание. Горячий или холодный раздражитель кожи, боль, страх, гнев, радость, физическая нагрузка быстро меняют характер дыхательных движений.
Плохо сказывается на развитии и функционировании дыхательной системы большая запыленность и загазованность воздуха. Они приводят к повреждению эпителия дыхательных путей и легких, его высыханию или чрезмерному ослизнению, повреждению или накоплению пылевых частичек в легких. Это затрудняет газообмен и вызывает респираторные заболевания — трахеит, бронхит и др. Особенно вредно в этих условиях дыхание через рот.
Разрушительно действуют на органы дыхания курение табака и употребление алкоголя. Табачный дым содержит ядовитые вещества, например никотин, бензопирен, которые способствуют развитию злокачественных опухолей. У курильщиков особенно часты респираторные заболевания, а также рак губы, глотки. У них рак легких возникает в несколько раз чаще, чем у некурящих.
Алкоголь нарушает ритм дыхания, альвеолы утрачивают эластичность и чрезмерно расширяются, что приводит к застою крови, появлению слизи, отеку легких, расширению и нарушению функций бронхов, ослаблению газообмена.
Пребывание в душных помещениях приводит к тому, что человек быстро устает, ухудшается его память, скорость и точность реакций. Постоянный физический труд, занятия физкультурой и спортом на свежем воздухепомогают избежать развития этих не желательных явлений.
Затрудняет дыхание неправильная осанка, неудачная поза, а также тесная одежда, вследствие чего уменьшаются размах дыхательных движений, растяжение легких, легочная вентиляция. Поэтому необходимо с детства вырабатывать правильную осанку, следить за своей позой.
Важно предупреждать инфекционные болезни органов дыхания верхних дыхательных путей, грипп ангину и др. Для профилактики рекомендуется избегать переохлаждения, заниматься общим закаливанием организма.
1. Энциклопедический словарь. Под ред. Яблокова А.В.
www.ronl.ru
