Дихальна система людини.
Реферат з біології учня 9 класу НШ "Ланакія" Петрова Олексія Анатолійовича
1995
Функції дихальної системи.
Кисень знаходиться в навколишньому повітрі.
Він може проникнути крізь шкіру, але лише в невеликих кількостях,
зовсім недостатніх для підтримки життя. Існує легенда про
італійських дітей, яких для участі в релігійній процесії пофарбували
золотою фарбою; історія далі оповідає, що всі вони померли від задухи,
тому що "шкіра не могла дихати". На підставі наукових даних смерть від задухи
тут зовсім виключена, тому що поглинання кисню через шкіру ледь
вимірно, а виділення двоокису вуглецю складає менш 1% від її виділення
через легені. Надходження в організм кисню і видалення вуглекислого газу
забезпечує дихальна система. Транспорт газів та інших необхідних
організму речовин здійснюється за допомогою кровоносної системи. Функція
дихальної системи зводиться лише до того, щоб постачати кров достатньою
кількістю кисню і видаляти з неї вуглекислий газ.
Хімічне відновлення молекулярного кисню з утворенням
води служить для ссавців основним джерелом енергії. Без неї життя не
може тривати довше декількох
секунд.
Відновленню кисню супроводжує утворення CO2. Кисень
вхідний у CO2 не відбувається безпосередньо з молекулярного кисню.
Використання O2 і утворення CO2 зв'язані між собою проміжними
метаболічними реакціями; теоретично кожна з них тривають якийсь час.
Обмін O2 і CO2 між організмом і середовищем називається подихом. У
вищих тварин процес дихання здійснюється завдяки ряду послідовних
процесів. 1. Обмін газів між середовищем і легенями, що зазвичай позначають як
"легеневу вентиляцію". 2. Обмін газів між альвеолами легенів і
кров'ю (легеневий подих). 3. Обмін газів між кров'ю і тканинами. Нарешті, гази
переходять усередині тканини до місць споживання (для O2) і від місць утворення (для
CO2) (клітинний подих). Випадання будь-якого з цих чотирьох процесів приводять до
порушень дихання і створює небезпеку для життя людини.
Анатомія.
Дихальна система людини складається з тканин і органів,
що забезпечують легеневу вентиляцію і легеневий подих. До повітроносні шляхах
відносяться: ніс, порожнина носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи і бронхіоли.
Легені складаються з бронхіол і альвеолярних мішечків, а також з артерій,
капілярів і вен легеневого кола кровообігу. До елементів кістково-м'язової
системи, зв'язаним з подихом, відносяться ребра, міжреберні м'язи, діафрагма і
допоміжні дихальні м'язи.
повітроносні шляху.
Ніс і порожнина носа служать провідними каналами для повітря, в
яких він нагрівається, зволожується і фільтрується. У порожнині носа укладені
також нюхові рецептори.
Зовнішня частина носа утворена трикутним кістково-хрящовим
кістяком, що покритий шкірою; два овальних отвори на нижній
поверхні-ніздрі-відкриваються кожне в клиноподібну порожнину носа. Ці порожнини
розділені перегородкою. Три легких губчасті завитка (раковини) видаються з
бічних стінок ніздрів, частково розділяючи порожнини на чотири незамкнутих проходу
(носові ходи). Порожнина носа вистелена багато васкулярізованной слизової
оболонкою. Численні тверді волоски, а також забезпечені віями
епітеліальні і келихоподібних клітки служать для очищення повітря від вдихуваного
твердих часток. У верхній частині порожнини лежать нюхові клітки.
Гортань лежить між трахеєю і коренем мови. Порожнина гортані
розділена двома складками слизової оболонки, не повністю сходяться по
середньої лінії. Простір між цими складками - голосова щілина захищено
пластинкою волокнистого хряща - надгортанником (рис. 2). По краях голосової
щілини у слизовій оболонці лежать фіброзні еластичні зв'язки, які називаються
нижніми, чи щирими, голосовими складками (зв'язками). Над ними знаходяться
помилкові голосові складки, які захищають щирі голосові складки і
зберігають їх вологими, вони допомагають також затримувати подих, а при ковтанні
перешкоджають потраплянню їжі в гортань. (мал. 1) Спеціалізовані м'язи
натягують і розслаблюють щирі і помилкові
голосові складки. Ці м'язи відіграють важливу роль при фонації, а також
перешкоджають попаданню будь-яких часток у дихальні шляхи.
Трахея починається в нижнього кінця гортані (мал. 3) і спускається в
грудну порожнину, де поділяється на правий і лівий бронхи; стінка її утворена
сполучною тканиною і хрящем. У більшості ссавців хрящі утворять
неповні кільця. Частини, що примикають до стравоходу, заміщені фіброзної зв'язкою.
Правий бронх звичайно коротше і ширше лівого. Увійшовши в легені, головні бронхи
поступово діляться на усе більш дрібні трубки (бронхіоли), самі дрібні з
яких-кінцеві бронхіоли є останнім елементом повітроносних шляхів. Від
гортані до кінцевих бронхіол трубки вистелені миготливим епітелієм.
Легені.
Загалом легені мають вид Гума конусоподібних
утворень, що лежать про обох половинах грудної порожнини.
Найменший структурний елемент легені - часточка складається з
кінцевої бронхіоли, що веде в легеневу бронхіол і альвеолярний мішок. Стінки
легеневої бронхіоли і альвеолярного мішка утворять поглиблення-альвеоли. Така
структура легень збільшує їхню дихальну поверхню, що в 50-100 разів
перевищує поверхню тіла. Відносна величина поверхні, через яку в
легень відбувається газообмін, більше у тварин з високою активністю і
подвіжностью.Стенкі альвеол складаються з одного шару епітеліальних клітин і
оточені легеневими капілярами. Внутрішня поверхня альвеоли покрита поверхнево-активних
речовиною сурфактантом. Як вважають,
сурфактант є продуктом секреції гранулярних клітин. Окрема альвеола,
тісно стикається з сусідніми структурами, має форму неправильного
багатогранника і приблизні розміри до 250 мкм. Прийнято вважати, що загальна
поверхню альвеол, через яку здійснюється газообмін, експоненціально
залежить від ваги тіла. З віком відзначається зменшення площі поверхні
альвеол.
Плевра.
Кожне легке оточене мішком-плеврою (мал. 5). Зовнішній
(парієтальних) листок плеври примикає до внутрішньої поверхні грудної стінки
і діафрагми, внутрішній (вісцеральний) покриває легке. Щілина між листками
називається плевральної порожниною. При русі грудної клітини внутрішній листок
зазвичай легко ковзає по зовнішньому. Тиск у плевральній порожнині завжди
менше атмосферного (негативне). В умовах спокою внутрішньоплеврально
тиск у людини в середньому на 4,5 торр нижче атмосферного (-4,5 торр).
Межплевральное простір між легкими називається середостіння; в ньому
знаходяться трахея, зобної заліза (тимус) й серце з великими судинами,
лімфатичні вузли і стравохід.
Кровоносні судини легенів.
Легенева артерія несе кров від правого шлуночка серця, вона
ділиться на праву і ліву гілки, які направляються до легких. Ці артерії
гілкуються, слідуючи за бронхами, забезпечують великі структури легкого і утворюють
капіляри, обплітають стінки альвеол (рис. 4).
Повітря в альвеоли відділений від крові в капілярі 1) стінкою
альвеоли, 2) стінкою капіляра і в деяких випадках 3) проміжним шаром
між ними. З капілярів кров надходить в дрібні вени, які врешті-решт
з'єднуються і утворюють легеневі вени, що доставляють кров у ліве передсердя.
бронхіальні артерії великого кола теж приносять кров до легенів,
а саме постачають бронхи і бронхіоли, лімфатичні вузли, стінки кровоносних
судин і плевру. Велика частина цієї крові відтікає в бронхіальні вени, а
звідти-в непарну (праворуч) і в полунепарную (ліворуч). Дуже невелика кількість
бронхіальної артеріальної крові надходить в легеневі вени.
Дихальні м'язи.
Дихальні м'язи-це ті м'язи, скорочення яких змінюють обсяг
грудної клітини. М'язи, що прямують від голови, шиї, рук і деяких верхніх
грудних і нижніх шийних хребців, а також зовнішні міжреберні м'язи,
з'єднують ребро з ребром, піднімають ребра і збільшують обсяг грудної
клітини. Діафрагма-м'язово-сухожильних пластина, прикріплена до хребців,
ребер і грудини, відділяє грудну порожнину від черевної. Це головна м'яз,
бере участь у нормальному вдиху. При посиленому вдиху скорочуються додаткові
групи м'язів. При посиленому видиху діють м'язи, прикріплені між ребрами
(внутрішні міжреберні м'язи), до ребер і нижнім грудним та верхнім поперековим
хребців, а також м'язи черевної порожнини; вони опускають ребра і притискають
черевні органи до розслабилися діафрагми, зменшуючи таким чином ємність
грудної клітини.
Легенева вентиляція.
Поки внутрішньоплеврально тиск залишається нижче атмосферного,
розміри легких точно слідують за розмірами грудної порожнини. Рухи легенів
відбуваються в результаті скорочення дихальних м'язів у поєднанні з рухом
частин грудної стінки і діафрагми.
Дихальні руху.
Розслаблення всіх пов'язаних з диханням м'язів надає грудній клітці
становище пасивного видиху. Відповідна м'язова активність може
перевести це положення під вдих або ж підсилити видих.
Вдих створюється розширенням грудної порожнини і завжди є
активним процесом. Завдяки своєму зчленуванню з хребцями ребра рухаються вгору і назовні, збільшуючи відстань
від хребта до грудини, а також бічні розміри грудної порожнини (реберної
або грудної тип дихання). Скорочення діафрагми змінює її форму з
куполоподібної у більш плоску, що
збільшує розміри грудної порожнини в поздовжньому напрямку (діафрагмальний
або черевний тип дихання). Зазвичай головну роль у вдиху грає діафрагмальне
дихання. Оскільки люди-істоти двоногі, при кожному русі ребер і грудини
змінюється центр ваги тіла і виникає необхідність пристосувати до цього
різні м'язи.
При спокійному диханні у людини зазвичай досить еластичних
властивостей і ваги перемістилися тканин, щоб
повернути їх в положення, що передує вдиху. Таким чином, видих в
спокої відбувається пасивно внаслідок поступового зниження активності м'язів, що створюють
умова для вдиху. Активний видих може виникнути внаслідок скорочення
внутрішніх міжреберних м'язів на додаток до інших м'язових груп, які
опускають ребра, зменшують поперечні розміри грудної порожнини і відстань між
грудиною та хребтом. Активний видих може також статися внаслідок
скорочення черевних м'язів, що притискає нутрощі до розслабленої
діафрагми і зменшує поздовжній розмір грудної порожнини.
Розширення легкого знижує (на час) загальне внутрілегочное
(альвеолярне) тиск. Воно рівне атмосферному, коли повітря не рухається, а
голосова щілина відкрита. Воно нижче атмосферного, поки легені не наповняться при
вдиху, і вище атмосферного при видиху. Внутрішньоплеврально тиск теж міняється
протягом дихального руху; але воно завжди нижче атмосферного (тобто
завжди негативне).
Зміни обсягу легенів.
У людини легкі займають близько 6% обсягу тіла незалежно від його
ваги. Обсяг легкого змінюється при вдиху не всюди однаково. Для цього є
три головні причини, по-перше, грудна порожнина збільшується нерівномірно під
всіх напрямках, по-друге, не асе частини легкого однаково розтяжним.
По-третє, передбачається існування гравітаційного ефекту, який
сприяє зсуву легкого донизу.
Обсяг повітря, вдихуваний при звичайному (неусіленном) вдиху і
видихається при звичайному (неусіленном) видиху, називається дихальним повітрям.
Обсяг максимального видиху після попереднього максимального вдиху
називається життєвою ємністю. Вона не дорівнює всьому об'єму повітря в легені
(загальним обсягом легені), оскільки легкі повністю не спадаются. Обсяг
повітря, яке залишається в наспавшіхся легенів, називається залишковим повітрям.
Є додатковий обсяг, який можна вдихнути при максимальному зусиллі
після нормального вдиху. А те повітря, який видихається максимальним зусиллям
після нормального видиху, це резервний обсяг видиху. Функціональна залишкова
ємність складається з резервного обсягу видиху та залишкового об'єму. Це той
що знаходиться в легенях повітря, в якому розбавляється нормальний дихальний
повітря (рис.6). Внаслідок цього склад газу в легенях після одного дихального
руху зазвичай різко не змінюється.
Хвилинний об'єм V-це повітря, вдихуваний за одну хвилину. Його можна
вирахувати, помноживши середній дихальний
обсяг (Vt) на число подихів у хвилину (f), або V = fVt. Частина Vt, наприклад, повітря в трахеї і бронхах до
кінцевих бронхіол і в деяких альвеолах, не бере участі в газообміні, тому що
не приходить в зіткнення з активним легеневим ліжок - це так зване
"Мертве" простір (Vd). Частина Vt, яка бере участь у газообміні з
легеневої кров'ю, називається альвеолярним обсягом (VA).
З фізіологічної точки зору альвеолярна вентиляція (VA) --
найбільш істотна частина зовнішнього дихання VA = f (Vt-Vd), так як вона є
тим обсягом вдихуваного за хвилину повітря, що обмінюється газами з кров'ю
легеневих капілярів.
Легеневе дихання.
Газ є таким станом речовини, при якому воно рівномірно
розподіляється по обмеженому об'єму. У газовій фазі взаємодія молекул
між собою незначно.
Коли вони стикаються із стінками замкнутого простору, їх
рух створює певну силу; ця сила, прикладена до одиниці площі,
називається тиском газу і виражається в міліметрах ртутного стовпа, або
Торре; тиск газу пропорційно числу молекул і їх середній швидкості. При
кімнатній температурі тиск будь-якого виду молекул; наприклад, O2 або N2,
не залежить від присутності молекул іншого газу. Загальна вимірюється тиск газу
дорівнює сумі тисків окремих видів молекул (так званих парціальних
тисків) або Рb = РN2 + РО2 + Рн2o + Рb, де Рb - барометричний тиск. Долю (F)
даного газу (x) в сухий газової суміші потужно обчислити по наступному рівнянню:
Fx = Px/PB-PH2O
І навпаки, парціальний тиск давнього газу (x) можна ви -
числі з його частки: Рx-Fx (Рb-Рн2o). Сухий атмосферне повітря містить 2О, 94%
O2 * Рo2 = 20,94/100 * 760 торр (на рівні моря) = 159,1 Торре.
Газообмін в легенях між альвеолами і кров'ю відбувається шляхом
дифузії. Дифузія виникає в силу постійного руху молекул газу до
забезпечує перенесення молекул з області більш високій їх концентрації в
область, де їх концентрація нижче.
Газові закони.
На величину дифузії газів між альвеолами і кров'ю впливають
деякі суто фізичні фактори. 1. Щільність газів. Тут діє закон
Грема. Він говорить, що в газовій фазі при інших рівних умовах відносна
швидкість дифузії двох газів обернено пропорційна квадратному кореню з їх
щільності. 2. Розчинність газів у рідкому середовищі. Тут діє закон Генрі:
згідно з цим законом, маса газу, розчиненого в даному обсязі рідини при
постійній температурі, пропорційна розчинності газу в цієї рідини і
парціальному тиску газу, що знаходиться в рівновазі з рідиною. 3.
Температура. З підвищенням температури зростає середня швидкість руху молекул
(підвищується тиск) і падає розчинність газу в рідині при даній
температурі. 4. Градієнт тиску. До газів в дихальній системі докладемо закон
Фіка.
Коефіцієнти дифузії.
Виходячи з розчинності і величини молекул, коефіцієнт дифузії
для СО2 приблизно в 2,7 рази більше, ніж для О2. Оскільки ця величина
постійна і температура в легенях звичайно тоще залишається постійною, то тільки
парціальні тиску цих газів визначають напрямок газообміну між легкими
і альвеолами. При розгляді фізіологічних аспектів газообміну в легенях
слід враховувати 1) легеневе кровообіг у альвеолах, 2) доступну для
дифузії поверхню, 3) характеристики альвеолярної та капілярної тканин і 4)
відстань, на яку відбувається дифузія.
Визначити дифузійну здатність легенів, що позначається як
коефіцієнт переносу (ТLx, або DLx деяких дослідників), можна, вимірявши
кількість газу (x), переносний кожну хвилину на кожен торр різниці
парціального тиску в альвеолах (РAx) і капілярах (Pсар), або:
Тx = Vx/PAx-Pсар; ТLx варіює в залежності від тієї, газу і його місця в
легені. ТLx кисню в усьому легкому людини в стані спокою коливається від
19 д?? 31 мл/хв на 1 Торре. При легкій фізичній роботі воно зростає до 43
мл/хв.
Співвідношення між вентиляцією і перфузії.
Ефективність легеневого дихання варіює в різних частинах легені.
Ця варіабельність значною мірою пояснюється уявленням про співвідношення
між вентиляцією і перфузії (VA/Q). Зазначене співвідношення визначається числом
вентильованих альвеол, які стикаються з добре перфузируемыми
капілярами. При спокійному диханні у людини верхні відділи легкого
розправляються повніше, ніж нижні відділи, але при вертикальному положенні нижні
відділи перфузируются кров'ю краще, ніж верхні. У міру збільшення дихального
обсягу нижні частини легені використовуються все більше і все краще перфузируются.
Співвідношення V/Q в нижній частині легкого прагне до одиниці.
Транспорт дихальних газів.
Близько О, 3% О2, що міститься в артеріальній крові великого кола
при нормальному РО2, загубився в плазмі. Все решта знаходиться в
неміцному хімічному з'єднанні з гемоглобіном (нь) еритроцитів. Гемоглобін
являє собою білок з приєднаною до нього залізовмісний групою. Fе +
кожної молекули гемоглобіну з'єднується хитким і оборотно з однією молекулою
О2. Повністю насичений киснем гемоглобін містить 1,39 мл. О2 на 1 г Нb
(у деяких джерелах вказується 1,34 мл), якщо Fе + окислені до Fе +, то
таке з'єднання втрачає здатність переносити О2.
Повністю насичений киснем гемоглобін (НbО2) має більше
сильними кислотними властивостями, ніж відновлений гемоглобін (Нb). У результаті
в розчині, що має рН 7,25, звільнення 1мм О2 з НbО2 робить можливим
засвоєння О, 7 мМ Н + без зміни рН; таким чином, виділення О2 надає
буферна дію.
Співвідношення між числом вільних молекул О2 і числом молекул,
пов'язаних з гемоглобіном (НbО2), описується кривої дисоціації О2 (рис.7).
НbО2 може бути представлений в одній з двох форм: або як частка сполученого з
киснем гемоглобіну (% НbО2), або як обсяг О2 на 100 мл крові під взятої
пробі (об'ємні відсотки). В обох випадках форма кривої дисоціації кисню
залишається однією і тією ж.
Насичення тканин киснем.
Транспорт O2 з крові в ті ділянки тканини, де він використовується,
відбувається шляхом простої дифузії. Оскільки кисень використовується головним
чином в мітохондріях, відстані, на які відбувається дифузія в тканинах,
видаються великими у порівнянні з обміном в легенях. У м'язової тканини
присутність міоглобіну, як вважають, полегшує дифузію O2. Для обчислення
тканинного Po2 створені теоретично моделі, які передбачають фактори,
що впливають на надходження та споживання O2, а саме відстань між
капілярами, ліжок в капілярах і тканинний метаболізм. Найнижче
Po2 встановлено у венозному кінці і на півдорозі між капілярами,
якщо прийняти, що ліжок в капілярах однаковий і що вони паралельні.
органів дихання.
Фізіології найбільш важливі гази - O2, CO2, N2. Вони присутні в
атмосферному повітрі в пропорціях зазначених у табл. 1. Крім того, атмосфера
містить водяні пари в сильно варіюють кількостях.
Табл. 1
Компонент
Зміст,
%
Кисень
Двоокис
вуглецю
Азот
Аргон
20,95
0,03
78,09
0,93
З точки зору медицини при недостатньому постачанні тканин
киснем виникає гіпоксія. Короткий виклад різних причин гіпоксії може
служити і скороченим оглядом всіх дихальних процесів. Нижче в кожному пункті
вказані порушення одного або більше процесів. Систематизація їх дозволяє
розглядати всі ці явища одночасно.
I. недостатній транспорт О2 кров'ю (аноксеміческая гіпоксія)
(вміст О2 в артеріальній крові великого кола знижено).
А. Знижений РO2:
1) нестача О2 вдихає повітрі;
2) зниження легеневої вентиляції;
3) зниження газообміну між альвеолами і кров'ю;
4) змішування крові великого і малого кола,
Б. Нормальне РO2:
1) зниження вмісту гемоглобіну (анемія);
2) порушення здатності гемоглобіну приєднувати O2
II. Недостатній транспорт крові (гіпокінетичній гіпок Росія).
А. Недостатнє кровопостачання:
1) у всій серцево-судинної системи (серцева недостатність)
2) місцеве (закупорка окремих артерій)
Б. Порушення відтоку крові;
1) закупорка певних вен;
В. Недостатнє постачання кров'ю при збільшеної потреби.
III. Нездатність тканини використовувати вступник О2
(гістотоксіческая гіпоксія).
Список літератури
Н.П. Наумов, М.М. Карташов "Зоологія хребетних"
К. Шмідт-Ніельсен "Фізіологія тварин" (переклад з англійської М.
Д. Гроздової)
"Основи фізіології" за редакцією П. Стеркі переклад з англійської
Н. Ю. Алексеенко.
