к списку статей
Дыхательная система 2.0
На этой странице вы узнаете
- Почему дым опаснее огня?
- Почему во время бега учащается дыхание?
Дыхательная система удивительна. С одной стороны, это единственная система внутренних органов, поддающаяся контролю человека: мы не можем заставить свое сердце биться быстрее или свой желудок выделять больше пищеварительного сока, но с легкостью можем сделать глубокий вдох или задержать дыхание. Кстати, в книгу рекордов Гиннеса вписано имя хорватского дайвера Будумира Собата — он смог задержать дыхание на 24 мин 33 сек.
С другой стороны, дыхательная система не нуждается в нашем постоянном контроле: мы можем уснуть, а дыхательные движения по-прежнему будут происходить, обеспечивая нашу жизнь. Подробнее о процессе дыхания и его регуляции в этой статье.
Этапы дыхания
Эта статья является продолжением темы о дыхательной системе. С началом можно познакомиться в статье «Дыхательная система 1.0».
Дыхание — это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих газообмен между организмом и внешней средой.
Без дыхания невозможна жизнь, так как превращение энергии в организме происходит в результате распада питательных веществ, а для этого необходим кислород.
Процесс дыхания можно представить в виде трех встреч трех подружек, которые обмениваются новостями:
- окружающая среда → легкие,
- легкие → кровь,
- кровь → клетки.
Теперь разберемся с этапами дыхания подробнее.
- Внешнее (легочное) дыхание — воздух из окружающей среды перемещается по воздухоносным путям и достигает альвеол легких. Так между окружающей средой и легкими происходит газообмен. Это первая встреча подруг — окружающая среда и легкие.
- Стенки альвеол оплетены сетью капилляров, через них происходит диффузия газов: в кровь из альвеол поступает кислород, а в альвеолы из крови — углекислый газ. Так происходит газообмен между легкими и кровью. Это вторая встреча подруг — легкие «передают новости» крови.
Для передвижения газов по организму им нужно своеобразное транспортное средство. Его роль выполняют эритроциты — красные клетки крови, содержащие гемоглобин. Подробнее о них можно прочитать в статье «Внутренняя среда организма». Газы соединяются с гемоглобином и образуют следующие вещества:
- оксигемоглобин — соединение гемоглобина с кислородом (О2);
- карбгемоглобин — соединение гемоглобина с углекислым газом (СО2);
- карбоксигемоглобин — соединение гемоглобина с угарным газом (СО).
| Почему дым опаснее огня? Во время пожаров наибольший урон здоровью людей приносит именно дым, а не огонь. Дело в том, что во время горения образуется угарный газ, а он, связываясь с гемоглобином, образует очень прочное вещество, которое сложно разрушить — карбоксигемоглобин. Получается, что много молекул гемоглобина находятся в связке с угарным газом. Свободных молекул, которые должны переносить кислород, очень мало, из-за чего происходит отравление и удушье. |
- Далее происходит транспорт газов кровью — артериальная кровь поступает к внутренним органам, тканям и клеткам: отдает им кислород и забирает углекислый газ. Это третья встреча подруг — теперь кровь «рассказывает новости» клеткам.
- В клетках и тканях происходит тканевое дыхание — процесс окисления белков, жиров и углеводов, в ходе чего образуется энергия. Это обширная тема, которой посвящена статья «Фотосинтез, хемосинтез, энергетический обмен».
Механизм дыхательных движений
Газообмен в легких происходит в результате ритмичных дыхательных движений — вдоха и выдоха, непрерывно следующих один за другим. Дыхательные движения совершаются с помощью мышц грудной клетки:
- межреберных;
- грудных;
- диафрагмы — мышечной перегородки, которая отделяет грудную полость от брюшной. ️
Вдох происходит благодаря сокращению наружных межреберных мышц и опусканию диафрагмы, из-за чего объем грудной клетки увеличивается и воздух поступает в легкие.
Выдох происходит благодаря расслаблению наружных межреберных мышц и подниманию диафрагмы, из-за чего объем грудной клетки уменьшается и воздух выталкивается из легких. Вот так это выглядит:
Вдох — это активный процесс, а выдох происходит пассивно. Это происходит по аналогии с воздушным шариком: чтобы его надуть, нам требуются усилия, а сдувается он самостоятельно.
Разберемся с алгоритмом дыхательных движений подробнее.
Регуляция дыхания
Регуляция дыхания — это сложный процесс, в котором принимают участие две системы — нервная и гуморальная.
Нервная регуляция дыхания может быть подконтрольна человеку, а может происходить бессознательно.
- Бессознательная регуляция — главный дыхательный центр расположен в продолговатом мозге и вызывает рефлекторные дыхательные движения. Вдох рефлекторно вызывает выдох, а выдох стимулирует вдох.
Подробнее остановимся на том, как это происходит. В дыхательной системе находятся рецепторы растяжения (в стенках бронхов, бронхиол). Когда происходит вдох и легкие расправляются, рецепторы отмечают это и посылают сигнал в дыхательный центр, чем тормозят активность нейронов, ответственных за вдох — вдох прекращается и сменяется выдохом.
- Сознательная регуляция — осуществляется с помощью коры больших полушарий и позволяет задерживать дыхание, изменять ритм и глубину дыхания при разговоре, пении, физических упражнениях.
Гуморальная регуляция дыхания осуществляется за счет концентрации углекислого газа в крови. Его увеличение в крови повышает возбудимость дыхательного центра — дыхание становится более частым и глубоким. Такое дыхание продолжается до тех пор, пока содержание углекислого газа в крови не снизится до нормального уровня.
| Почему во время бега учащается дыхание? Во время бега в мышцах активно происходит окисление веществ, потому что это необходимо для выделения энергии. Во время этого процесса образуется углекислый газ, который возбуждает дыхательный центр. Он сигнализирует мозгу о том, что организму сейчас нужно больше кислорода, и дыхание учащается. |
Заболевания дыхательной системы
Тонзиллит — это самое распространенное в мире инфекционное (вирусное или бактериальное) заболевание, связанное с воспалением миндалин. Миндалины — это скопления лимфотической ткани в области носоглотки и рта, которые участвуют в обеспечении иммунитета. Симптомы тонзиллита знакомы многим, среди них:
- боль в горле;
- повышенная температура;
- увеличение лимфатических узлов;
- слабость, упадок сил.
Бронхит — это воспаление бронхов, расположенных в нижних дыхательных путях, связанное с их поражением различными микроорганизмами. Можно выделить следующие симптомы:
- отек и сужение просвета бронхов;
- кашель, одышка;
- образование мокроты.
Пневмония — это воспаление легких, которое чаще всего вызывается инфекциями (бактериями, вирусами, паразитами). Альвеолы легких при пневмонии могут заполняться жидкостью и гноем, что препятствует газообмену. Симптомы:
- быстрый подъем температуры (выше 38 °C);
- признаки интоксикации (подавленность, вялость, слабость);
- хрипы и боль в грудной клетке;
- кашель.
Фактчек
- Дыхание — это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих газообмен между организмом и внешней средой.
- Дыхание происходит в несколько этапов: внешнее (легочное) дыхание, транспорт газов кровью и внутреннее (тканевое) дыхание.
- Кислород и углекислый газ переносятся с помощью белка крови — гемоглобина.
- Вдох и выдох происходят с помощью сокращения и расслабления межреберных и грудных мышц, а также с помощью диафрагмы.
- Среди заболеваний дыхательной системы самыми распространенными являются тонзиллит (воспаление миндалин), бронхит (воспаление бронхов) и пневмония (воспаление легких).
Проверь себя
Задание 1.
Какое из соединений наиболее устойчиво?
- оксигемоглобин
- карбгемоглобин
- карбоксигемоглобин
Задание 2.
Что происходит при вдохе?
- диафрагма поднимается
- диафрагма опускается
- наружные межреберные мышцы расслабляются
- наружные межреберные мышцы сокращаются
Задание 3.
Воспалением чего является тонзиллит?
- альвеол
- бронхиального дерева
- миндалин
- оболочек мозга
Задание 4.
Выберите все симптомы пневмонии:
- Быстрый подъем температуры.
- Признаки интоксикации (подавленность, вялость, слабость).
- Хрипы и боль в грудной клетке.
- Все вышеперечисленное.
Ответы: 1. — 3; 2. — 2, 4; 3. — 3; 4. — 4.
