В какую анатомическую структуру системы дыхания. Дыхательная система человека: органы, заболевания, функции, строение
Дыхательная система выполняет функцию газообмена, однако принимает участие также в таких важных процессах как терморегуляция, увлажнение воздуха, водно-солевой обмен и многих других. Органы дыхания представлены носовой полостью, носоглоткой, ротоглоткой, гортанью, трахеей, бронхами, легкими.
Носовая полость
Делится хрящевой перегородкой на две половины - правую и левую. На перегородке располагаются три носовые раковины, образующие носовые ходы: верхний, средний и нижний. Стенки полости носа выстланы слизистой оболочкой с мерцательным эпителием. Реснички эпителия, двигаясь резко и быстро в направлении ноздрей и плавно и медленно в направлении легких, задерживают и выводят наружу пыль и микроорганизмы, осевшие на слизи оболочки.
Слизистая оболочка носовой полости обильно снабжена кровеносными сосудами. Протекающая по ним кровь согревает или охлаждает вдыхаемый воздух. Железы слизистой оболочки выделяют слизь, которая увлажняет стенки носовой полости и снижает жизнедеятельность бактерий, попадающих из воздуха. На поверхности слизистой оболочки всегда имеются лейкоциты, которые уничтожают большое количество бактерий. В слизистой оболочке верхнего отдела полости носа находятся окончания нервных клеток, образующие орган обоняния.
Полость носа сообщается с полостями, находящимися в костях черепа: гайморова, лобные и клиновидные пазухи.
Таким образом, воздух, поступающий в легкие через носовую полость, очищается, согревается и обеззараживается. Этого не происходит с ним, если он проникает в организм через ротовую полость. Из полости носа через хоаны воздух поступает в носоглотку, из нее в ротоглотку, а затем - в гортань.
Расположена на передней стороне шеи и снаружи ее часть видна как возвышение, называемое кадыком. Гортань не только воздухоносный орган, но и орган образования голоса, звуковой речи. Ее сравнивают с музыкальным аппаратом, сочетающим элементы духового и струнного инструментов. Сверху вход в гортань прикрывается надгортанником, который препятствует попаданию в нее пищи.
Стенки гортани состоят из хрящей и покрыты изнутри слизистой оболочкой с мерцательным эпителием, который отсутствует на голосовых связках и на части надгортанника. Хрящи гортани представлены в нижнем отделе перстневидным хрящем, спереди и с боков - щитовидным, сверху - надгортанником, сзади тремя парами мелких. Они соединены между собой полуподвижно. К ним крепятся мышцы и голосовые связки. Последние состоят из гибких, упругих волокон, которые идут параллельно друг другу.
Между голосовыми связками правой и левой половины расположена голосовая щель, просвет которой изменяется в зависимости от степени натяжения связок. Оно вызывается сокращениями особых мышц, которые тоже называют голосовыми. Их ритмичные сокращения сопровождаются сокращениями голосовых связок. От этого выходящая из легких струя воздуха приобретает колебательный характер. Возникают звуки, голос. Оттенки голоса зависят от резонаторов, роль которых выполняют полости дыхательного пути, а также глотка, ротовая полость.
Анатомия трахеи
Нижний отдел гортани переходит в трахею. Трахея расположена впереди пищевода и является продолжением гортани. Длина трахеи 9-11см, диаметр 15-18мм. На уровне пятого грудного позвонка она делится на два бронха: правый и левый.
Стенка трахеи состоит из 16-20 неполных хрящевых колец, препятствующих сужению просвета, соединенных между собой связками. Они простираются на 2 /з окружности. Задняя стенка трахеи - перепончатая, содержит гладкие (неисчерченные) мышечные волокна и прилегает к пищеводу.
Бронхи
Из трахеи воздух поступает в два бронха. Их стенки тоже состоят из хрящевых полуколец (6-12 штук). Они препятствуют спадению стенок бронхов. Вместе с кровеносными сосудами и нервами бронхи входят в легкие, где, разветвляясь, образуют бронхиальное дерево легкого.
Изнутри трахея и бронхи выстланы слизистой оболочкой. Самые тонкие бронхи называются бронхиолами. Они заканчиваются альвеолярными ходами, на стенках которых находятся легочные пузырьки, или альвеолы. Диаметр альвеол 0,2-0,3мм.
Стенка альвеолы состоит из одного слоя плоского эпителия и тонкого слоя эластических волокон. Альвеолы покрыты густой сетью кровеносных капилляров, в которых происходит газообмен. Они образуют дыхательную часть легкого, а бронхи - воздухоносный отдел.
В легких взрослого человека около 300-400 млн. альвеол, их поверхность составляет 100-150м 2 , т. е. общая дыхательная поверхность легких в 50-75 раз больше, чем вся поверхность тела человека.
Строение легких
Легкие представляют собой парный орган. Левое и правое легкое занимают почти всю грудную полость. Правое легкое больше по объему, чем левое, и состоит из трех долей, левое - из двух долей. На внутренней поверхности легких находятся ворота легких, через которые проходят бронхи, нервы, легочные артерии, легочные вены и лимфатические сосуды.
Снаружи легкие покрыты соединительно-тканной оболочкой - плеврой, которая состоит из двух листков: внутренний листок сращен с воздухоносной тканью легкого, а наружный - со стенками грудной полости. Между листками находится пространство - полость плевры. Соприкасающиеся поверхности внутреннего и наружного листков плевры гладкие, постоянно увлажнены. Поэтому в норме не ощущается их трение во время дыхательных движений. В плевральной полости давление на 6-9 мм рт. ст. ниже атмосферного. Гладкая, скользкая поверхность плевры и пониженное давление в ее полостях благоприятствуют движениям легких во время актов вдоха и выдоха.
Основная функция легких состоит в газообмене между внешней средой и организмом.
Дыхательная система – система органов, проводящих воздух и участвовавших в газообмене между организмом и окружающей средой. Дыхательная система состоит из путей, проводящих воздух – носовая полость, трахея и бронхи, и собственно дыхательной части – легких. Пройдя через носовую полость, воздух согревается, увлажняется, очищается и попадает сначала в носоглотку, а потом в ротовую часть глотки и, наконец в ее гортанную часть. Воздух сюда может попадать если мы дышим ртом. Однако, в этом случае он не очищается и не согревается, поэтому мы легко простужаемся.
Из гортанной части глотки воздух попадает в гортань. Гортань располагается в передней части шеи, где заметны контуры гортанного возвышения. У мужчин, особенно худощавых, отчетливо виден выступающий вперед выступ – кадык. У женщин такого выступа нет. В гортани расположены голосовые связки. Непосредственным продолжением гортани является трахея. Из области шеи трахея переходит в грудную полость и на уровне 4-5 грудных позвонков делится на левый и правый бронхи. В области корней легких бронхи делятся сначала на долевые, затем на сегментные бронхи. Последние делятся еще на более мелкие, образуя бронхиальное дерево правого и левого бронхов.
Легкие расположены по обеим сторонам от сердца. Каждое легкое покрыто влажной блестящей оболочкой – плеврой. Каждое легкое бороздами делится на доли. Левое легкое делится на 2 доли, правое – на три. Доли состоят из сегментов, сегменты из долек. Продолжая делиться внутри долек бронхи переходят в дыхательные бронхиолы, на стенках которых образуется множество маленьких пузырьков – альвеол. Это можно сравнить с гроздью винограда, висящей на конце каждого бронха. Стенки альвеол оплетены густой сетью мельчайших капилляров и представляют собой мембрану, через которую происходит газообмен между кровью, протекающей через капилляры и воздухом, попадающим в альвеолы при дыхании. В обоих легких взрослого человека находится свыше 700 млн. альвеол, общая дыхательная поверхность их превышаем 100 м 2 , т.е. примерно в 50 раз превосходит поверхность тела!
Легочная артерия, разветвляясь в легком соответственно делению бронхов вплоть до мельчайших кровеносных сосудов приносит в легкое из правого желудочка сердца бедную кислородом венозную кровь. В результате газообмена, венозная кровь обогащается кислородом, превращается в артериальную и по двум легочным венам возвращается обратно в сердце в его левое предсердие. Этот путь крови называется малым, или легочным кругом кровообращения.
За каждый вдох в легкие попадает около 500 мл воздуха. При самом глубоко вдохе можно дополнительно вдохнуть около 1500 мл. Объем воздуха, проходящий через легкие за 1 мин., называют минутным объемом дыхания. В норме он равен 6-9 л. У спортсменов при беге увеличивается до 25-30 л.
Литература.
Популярная медицинская энциклопедия. Гл.редактор Б.В.Петровский. М.: Советская энциклопедия, 1987-704с, cтр. 620
Организм получает кислород в процессе дыхания . К органам дыхания относятся носовая полость, гортань, трахея, бронхи, лёгкие. Рассмотрим их по порядку.
Носовая полость , образованная костями лицевой части черепа и хрящами, выстлана слизистой оболочкой, которую образуют многочисленные волоски и клетки, покрывающие полость носа. Волоски задерживают частички пыли из воздуха, а слизь предотвращает проникновение микробов. Благодаря кровеносным сосудам, пронизывающим слизистую оболочку, воздух, проходя через носовую полость, очищается, увлажняется и согревается.
Через носоглотку воздух поступает в гортань , образованную хрящами, которые соединены между собой связками и мышцами. Здесь расположены голосовые связки , вибрация которых при прохождении воздуха вызывает образование звуков.
Далее воздух поступает в трахею , имеющую форму трубки длиной 10–14 см. Хрящевые кольца, составляющие её стенки, не позволяют задерживаться воздуху при любых движениях шеи. Внизу трахея разделяется на два бронха , которые входят в правое и левое лёгкие . Здесь они ветвятся на бронхиолы и заканчиваются лёгочными пузырьками ( альвеолами ). Бронхиолы и альвеолы образуют два лёгких. В лёгких насчитывается более 300 миллионов альвеол.
По артериям малого круга кровообращения в лёгкие поступает венозная кровь, которая обогащается здесь кислородом и становится артериальной. Одновременно венозная кровь освобождается от углекислого газа, который проникает в лёгочные пузырьки и во время выдоха выводится из организма.
Далее уже артериальная кровь по сосудам большого круга кровообращения движется по направлению к органам тела и обогащает их ткани кислородом. Кислород необходим для процессов жизнедеятельности клетки. При этом образуется углекислый газ, поступающий из клеток тканей в кровь, в результате чего кровь из артериальной становится венозной. Поступление воздуха в лёгкие происходит автоматически под влиянием нервной системы в результате дыхательных движений – вдоха и выдоха, которые осуществляются с помощью межрёберных мышц и диафрагмы (мышечной перегородки, разделяющей грудную и брюшную полости).
Остановка дыхания является одной из распространённых причин смертей из-за несчастных случаев, например, при утоплении. Постарадавшего необходимо вытащить из воды, очистить ротовую и носовую полости от песка и слизи, освободить желудок и дыхательные пути от воды. Затем нужно приступить к искусственному дыханию.
Целью искусственного дыхания является немедленное наполнение лёгких пострадавшего воздухом (даже воздух, выдыхаемый человеком, содержит достаточно кислорода для дыхания). Делая выдох в рот пострадавшего, убедитесь, что его грудная клетка поднимается; в противном случае ваш воздух просто не достигает цели. Выдохи следует выполнять каждые пять секунд; восстановление дыхания произошло, если человек начинает делать самостоятельно больше 10 выдохов в минуту.
Искусственное дыхание часто сопровождается непрямым массажем сердца . Его целью является восстановление циркуляции крови по организму: любое сжатие сердца заставляет её двигаться по сосудам точно также, как это происходит, если сердце бьётся самостоятельно. Если у человека отсутствует пульс, положите его на спину, нащупайте угол ребёр в нижней части грудной клетки, положите на нижний край рёбер основание ладони (на ширине двух пальцев от её края). Накройте свою ладонь другой ладонью, наклонитесь вперёд так, чтобы оказаться над грудиной, и прямыми руками переместите ваш вес на ладони. Нажимайте на грудную клетку около 15 раз с интервалом в 1 секунду так, чтобы она уходила вниз на 4–5 см (у ребёнка – на 2,5–4 см). После серии нажатий пару раз вдохните пострадавшему воздух в рот, затем продолжите массаж сердца. Каждые 3 минуты проверяйте наличие пульса на шее. Когда коже вернется её здоровый цвет, возобновятся пульс и самостоятельное дыхание, можно считать, что цель достигнута.
Всё живое на Земле существует за сёт солнечного тепла и энергии, достигающей поверхности нашей планеты. Все животные и человек приспособились добывать энергию из синтезированных растениями органических веществ. Чтобы использовать энергию Солнца, заключённую в молекулах органических веществ, её необходимо высвободить, окислив эти вещества. Чаще всего в качестве окислителя используют кислород воздуха, благо он составляет почти четверть объёма окружающей атмосферы.
Одноклеточные простейшие животные, кишечнополостные, свободноживущие плоские и круглые черви дышат всей поверхностью тела . Специальные органы дыхания - перистые жабры появляются у морских кольчатых червей и у водных членистоногих. Органами дыхания членистоногих являются трахеи, жабры, листовидные лёгкие расположенные в углублениях покрова тела. Система органов дыхания ланцетника представлена жаберными щелями , пронизывающими стенку переднего отдела кишечника - глотку. У рыб под жаберными крышками располагаются жабры , обильно пронизанными мельчайшими кровеносными сосудами. У наземных позвоночных органами дыхания являются лёгкие . Эволюция дыхания у позвоночных шла по пути увеличения площади легочных перегородок, участвующих в газообмене, совершенствования транспортных систем доставки кислорода к клеткам, расположенным внутри организма, и развития систем, обеспечивающих вентиляцию органов дыхания.
Строение и функции органов дыхания
Необходимым условием жизнедеятельности организма является постоянный газообмен между организмом и окружающей средой. Органы, по которым циркулируют вдыхаемый и выдыхаемый воздух, объединяются в дыхательный аппарат. Систему органов дыхания образуют носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и лёгкие. Большинство из них представляют собой воздухоносные пути и служат для проведения воздуха в лёгкие. В лёгких и происходят процессы газообмена. При дыхании организм получает из воздуха кислород, который разносится кровью по всему телу. Кислород участвует в сложных окислительных процессах органических веществ, при котором освобождается необходимая организму энергия. Конечные продукты распада - углекислота и частично вода - выводятся из организма в окружающую среду через органы дыхания.
| Название отдела | Особенности строения | Функции |
| Воздухоносные пути | ||
| Полость носа и носоглотка | Извилистые носовые ходы. Слизистая снабжена капиллярами, покрыта мерцательным эпителием и имеет много слизистых железок. Есть обонятельные рецепторы. В полости носа открываются воздухоносные пазухи костей. |
|
| Гортань | Непарные и парные хрящи. Между щитовидным и черпаловидными хрящами натянуты голосовые связки, образующие голосовую щель. Надгортанник прикреплён к щитовидному хрящу. Полость гортани выстлана слизистой оболочкой, покрытой мерцательным эпителием. |
|
| Трахея и бронхи | Трубка 10–13 см с хрящевыми полукольцами. Задняя стенка эластичная, граничит с пищеводом. В нижней части трахея разветвляется на два главных бронха. Изнутри трахея и бронхи выстланы слизистой оболочкой. | Обеспечивает свободное поступление воздуха в альвеолы лёгких. |
| Зона газообмена | ||
| Лёгкие | Парный орган - правое и левое. Мелкие бронхи, бронхиолы, легочные пузырьки (альвеолы). Стенки альвеол образованы однослойным эпителием и оплетены густой сетью капилляров. | Газообмен через альвеолярно-капилярную мембрану. |
| Плевра | Снаружи каждое лёгкое покрыто двумя листками соединительнотканной оболочки: легочная плевра прилегает к лёгким, пристеночная - к грудной полости. Между двумя листками плевры - полость (щель), заполненная плевральная жидкостью. |
|
Функции дыхательной системы
- Обеспечение клеток организма кислородом О 2 .
- Удаление из организма углекислого газа СО 2 , а также некоторых конечных продуктов обмена веществ (паров воды, аммиака, сероводорода).
Носовая полость
Воздухоносные пути начинаются с носовой полости , которая через ноздри соединяется с окружающей средой. От ноздрей воздух проходит по носовым ходам, выстланным слизистым, реснитчатым и чувствительным эпителием. Наружный нос состоит из костных и хрящевых образований и имеет форму неправильной пирамиды, которая изменяется в зависимости от особенностей строения человека. В состав костного скелета наружного носа входят носовые косточки и носовая часть лобной кости. Хрящевой скелет является продолжением костного скелета и состоит из гиалиновых хрящей различной формы. Полость носа имеет нижнюю, верхнюю и две боковые стенки. Нижняя стенка образована твёрдым нёбом, верхняя - решётчатой пластинкой решётчатой кости, боковая - верхней челюстью, слёзной костью, глазничной пластинкой решётчатой кости, нёбной костью и клиновидной костью. Носовой перегородкой полость носа разделена на правую и левую части. Перегородка носа образована сошником, перпендикулярной пластинкой решётчатой кости и спереди дополняется четырёхугольным хрящом носовой перегородки.
На боковых стенках полости носа располагаются носовые раковины - по три с каждой стороны, что увеличивает внутреннюю поверхность носа, с которой соприкасается вдыхаемый воздух.
Носовая полость образована двумя узкими и извилистыми носовыми ходами . Здесь воздух согревается, увлажняется и освобождается от частичек пыли и микробов. Оболочка, выстилающая носовые ходы, состоит из клеток, которые выделяют слизь, и клеток реснитчатого эпителия. Движением ресничек слизь вместе с пылью и микробами направляется из носовых ходов наружу.
Внутренняя поверхность носовых ходов богато снабжена кровеносными сосудами. Вдыхаемый воздух, попадает в полость носа, обогревается, увлажняется, очищается от пыли и частично обезвреживается. Из носовой полости он попадает в носоглотку. Затем воздух из носовой полости попадает в глотку, а из неё - в гортань.
Гортань
Гортань - один из отделов воздухоносных путей. Сюда из носовых ходов через глотку поступает воздух. В стенке гортани есть несколько хрящей: щитовидный, черпаловидный и др. В момент глотания пищи мышцы шеи поднимают гортань, а надгортанный хрящ опускается и закрывается гортань. Поэтому пища поступает только в пищевод и не попадает в трахею.
В узкой части гортани расположены голосовые связки , посредине между ними находится голосовая щель. При прохождении воздуха голосовые связки вибрируют, производя звук. Образование звука происходит на выдохе при управляемом человеком движении воздуха. В формировании речи участвуют: носовая полость, губы, язык, мягкое нёбо, мимические мышцы.
Трахея
Гортань переходит в трахею (дыхательное горло), которая имеет форму трубки длиной около 12 см, в стенках которого есть хрящевые полукольца, не позволяющие ей спадать. Задняя стенка её образована соединительнотканной перепонкой. Полость трахеи, как и полость других воздухоносных путей выстлана мерцательным эпителием, препятствующим проникновению в лёгкие пыли и других инородных тел. Трахея занимает серединное положение, сзади она прилежит к пищеводу, а по бокам от неё располагаются сосудисто-нервыне пучки. Спереди шейный отдел трахеи прикрывают мышцы, а вверху она охватывается ещё щитовидной железой. Грудной отдел трахеи прикрыт спереди рукояткой грудины, остатками вилочковой железы и сосудами. Изнутри трахея покрыта слизистой оболочкой, содержащей большое количество лимфоидной ткани и слизистых желёз. При дыхании мелкие частички пыли прилипают к увлажнённой слизистой оболочке трахеи, а реснички мерцательного эпителия продвигают их обратно к выходу из дыхательных путей.
Нижний конец трахеи делится на два бронха, которые затем многократно ветвятся, входят в правое и левое лёгкие, образуя в лёгких «бронхиальное дерево».
Бронхи
В грудной полости трахея делится на два бронха - левый и правый. Каждый бронх входит в лёгкое и там делится на бронхи меньшего диаметра, которые разветвляются на мельчайшие воздухоносные трубочки - бронхиолы. Бронхиолы в результате дальнейшего ветвления переходят в расширения - альвеолярные ходы, на стенках которых находятся микроскопические выпячивания, называемые легочными пузырьками, или альвеолами .
Стенки альвеол построены из особого тонкого однослойного эпителия и густо оплетены капиллярами. Общая толщина стенки альвеолы и стенки капилляра составляет 0,004 мм. Через эту тончайшую стенку происходит газообмен: в кровь из альвеолы поступает кислород, а обратно - углекислый газ. В лёгких насчитывается несколько сотен миллионов альвеол. Общая поверхность их у взрослого человека составляет 60–150 м 2 . благодаря этому в кровь поступает достаточное количество кислорода (до 500 литров в сутки).
Лёгкие
Лёгкие занимают почти всю полость грудной полости и представляют собой упругие губчатые органы. В центральной части лёгкого располагаются ворота, куда входят бронх, легочная артерия, нервы, а выходят легочные вены. Правое лёгкое делится бороздами на три доли, левое на две. Снаружи лёгкие покрыты тонкой соединительнотканной плёнкой - легочной плеврой, которая переходит на внутреннею поверхность стенки грудной полости и образует пристенную плевру. Между этими двумя плёнками находится плевральная щель, заполненная жидкостью, уменьшающей трение при дыхании.
На лёгком различают три поверхности: наружную, или рёберную, медиальную, обращённую в сторону другого лёгкого, и нижнюю, или диафрагмальную. Кроме того, в каждом лёгком различают два края: передний и нижний, отделяющие диафрагмальную и медиальную поверхности от рёберной. Сзади рёберная поверхность без резкой границы переходит в медиальную. Передний край левого лёгкого имеет сердечную вырезку. На медиальной поверхности лёгкого располагаются его ворота. В ворота каждого лёгкого входит главный бронх, легочная артерия, которая несёт в лёгкое венозную кровь, и нервы, иннервирующие лёгкое. Из ворот каждого лёгкого выходят две легочные вены, которые несут к сердцу артериальную кровь, и лимфатические сосуды.
Лёгкие имеют глубокие борозды, разделяющие их на доли - верхнюю, среднюю и нижнюю, а в левом две - верхнюю и нижнюю. Размеры лёгкого не одинаковы. Правое лёгкое несколько больше левого, при этом оно короче его и шире, что соответствует более высокому стоянию правого купола диафрагмы в связи с правосторонним расположением печени. Цвет нормальных лёгких в детском возрасте бледно-розовый, а у взрослых они приобретают тёмно-серую окраску с синеватым оттенком - следствие отложения в них попадающих с воздухом пылевых частиц. Ткань лёгкого мягкая, нежная и пористая.
Газообмен лёгких
В сложном процессе газообмена выделяют три основные фазы: внешнее дыхание, перенос газа кровью и внутреннее, или тканевое, дыхание. Внешнее дыхание объединяет все процессы, происходящие в лёгком. Оно осуществляется дыхательным аппаратом, к которому относятся грудная клетка с мышцами, приводящими её в движение, диафрагма и лёгкие с воздухоносными путями.
Воздух, поступивший в лёгкие при вдохе, изменяет свой состав. Воздух в лёгких отдаёт часть кислорода и обогащается углекислым газом. Содержание углекислого газа в венозной крови выше, чем в воздухе, находящемся в альвеолах. Поэтому углекислый газ выходит из крови в альвеолы и содержание его меньше, чем в воздухе. Сначала кислород растворяется в плазме крови, далее связывается с гемоглобином, а в плазму поступают новые порции кислорода.
Переход кислорода и углекислого газа из одной среды в другую проходит благодаря диффузии от большей концентрации к меньшей. Хотя диффузия протекает медленно, поверхность контакта крови с воздухом в лёгких настолько велика, что полностью обеспечивает нужный газообмен. Подсчитано, что полный газообмен между кровью и альвеолярным воздухом может происходить за время, которое втрое короче, чем время пребывания крови в капиллярах (т.е. в организме имеются значительные резервы обеспечения тканей кислородом).
Венозная кровь, попав в лёгкие, отдаёт углекислый газ, обогащается кислородом и превращается в артериальную. В большом круге эта кровь расходится по капиллярам во все ткани и отдаёт кислород клеткам тела, которые постоянно потребляют его. Углекислого газа, выделяющегося клетками в результате их жизнедеятельности, здесь больше, чем в крови, и он диффундирует из тканей в кровь. Таким образом, артериальная кровь, пройдя через капилляры большого круга кровообращения, становится венозной и правой половиной сердца направляется в лёгкие, здесь опять насыщается кислородом и отдаёт углекислый газ.
В организме дыхание осуществляется с помощью дополнительных механизмов. Жидкие среды, входящие в состав крови (её плазмы), обладают низкой растворимостью в них газов. Поэтому, для того чтобы человек мог существовать, ему нужно было бы иметь сердце мощнее в 25 раз, лёгкие - в 20 раз и за одну минуту перекачивать более 100 литров жидкости (а не пять литров крови). Природа нашла способ преодоления этой трудности, приспособив для переноса кислорода особое вещество - гемоглобин. Благодаря гемоглобину кровь способна связывать кислород в 70 раз, а углекислый газ - в 20 раз больше, чем жидкая часть крови - её плазма.
Альвеола - тонкостенный пузырёк диаметром 0,2 мм, заполненный воздухом. Стенка альвеолы образована одним слоем плоских клеток эпителия, по наружной поверхности которых разветвляется сетка капилляров. Таким образом, газообмен происходит через очень тонкую перегородку, образованную двумя слоями клеток: стенки капилляра и стенки альвеолы.
Обмен газов в тканях (тканевое дыхание)
Обмен газов в тканях осуществляется в капиллярах по тому же принципу, что и в лёгких. Кислород из тканевых капилляров, где его концентрация высока, переходит в тканевую жидкость с более низкой концентрацией кислорода. Из тканевой жидкости он проникает в клетки и сразу же вступает в реакции окисления, поэтому в клетках практически нет свободного кислорода.
Диоксид углерода по тем же законам поступает из клеток, через тканевую жидкость, в капилляры. Выделяющийся углекислый газ способствует диссоциации оксигемоглобина и сам вступает в соединение с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин , транспортируется в лёгкие и выделяется в атмосферу. В оттекающей от органов венозной крови углекислый газ находится как в связанном, так и в растворённом состоянии в виде угольной кислоты, которая в капиллярах лёгких легко распадается на воду и углекислый газ. Угольная кислота может также вступать в соединения с солями плазмы, образуя бикарбонаты.
В лёгких, куда поступает венозная кровь, кислород снова насыщает кровь, а углекислый газ из зоны высокой концентрации (легочных капилляров) переходит в зону низкой концентрации (альвеол). Для нормального газообмена воздух в лёгких постоянно сменяться, что достигается ритмическими атаками вдоха и выдоха, за счёт движений межрёберных мышц и диафрагмы.
Транспорт кислорода в организме
| Путь кислорода | Функции |
| Верхние дыхательные пути | |
| Носовая полость | Увлажнение, согревание, обеззараживание воздуха, удаление частиц пыли |
| Глотка | Проведение согретого и очищенного воздуха в гортань |
| Гортань | Проведение воздуха из глотки в трахею. Защита дыхательных путей от попадания пищи надгортанным хрящом. Образование звуков путём колебания голосовых связок, движения языка, губ, челюсти |
| Трахея | |
| Бронхи | Свободное продвижение воздуха |
| Лёгкие | Органы дыхания. Дыхательные движения осуществляются под контролем центральной нервной системы и гуморального фактора, содержащегося в крови, - СО 2 |
| Альвеолы | Увеличивают площадь дыхательной поверхности, осуществляют газообмен между кровью и лёгкими |
| Кровеносная система | |
| Капилляры лёгких | Транспортируют венозную кровь из легочной артерии в лёгкие. По законам диффузии О 2 поступает из мест большей концентрации (альвеолы) в места меньшей концентрации (капилляры), в то же время СО 2 диффундирует в противоположном направлении. |
| Легочная вена | Транспортирует О 2 от лёгких к сердцу. Кислород, попав в кровь, сначала растворяется в плазме, затем соединяется с гемоглобином, и кровь становится артериальной |
| Сердце | Проталкивает артериальную кровь по большому кругу кровообращения |
| Артерии | Обогащают кислородом все органы и ткани. Легочные артерии несут венозную кровь к лёгким |
| Капилляры тела | Осуществляют газообмен между кровью и тканевой жидкостью. О 2 переходит в тканевую жидкость, а СО 2 диффундирует в кровь. Кровь становится венозной |
| Клетка | |
| Митохондрии | Клеточное дыхание - усвоение О 2 воздуха. Органические вещества благодаря О 2 и дыхательным ферментам окисляются (диссимиляция) конечные продукты - Н 2 О, СО 2 и энергия которая идёт на синтез АТФ. Н 2 О и СО 2 выделяются в тканевую жидкость, из которой диффундируют в кровь. |
Значение дыхания.
Дыхание - это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих газообмен между организмом и внешней средой (внешнее дыхание ), и окислительных процессов в клетках, в результате которых выделяется энергия (внутреннее дыхание ). Обмен газов между кровью и атмосферным воздухом (газообмен ) - осуществляется органами дыхания.
Источником энергии в организме служат пищевые вещества. Основным процессом, освобождающим энергию этих веществ, является процесс окисления. Он сопровождается связыванием кислорода и образованием углекислого газа. Учитывая, что в организме человека нет запасов кислорода, непрерывное поступление его жизненно необходимо. Прекращение доступа кислорода в клетки организма ведёт к их гибели. С другой стороны, образованный в процессе окисления веществ углекислый газ должен быть удалён из организма, так как накопление значительного количества его опасно для жизни. Поглощение кислорода из воздуха и выделение углекислого газа осуществляется через систему органов дыхания.
Биологическое значение дыхания заключается в:
- обеспечении организма кислородом;
- удалении углекислого газа из организма;
- окислении органических соединений БЖУ с выделением энергии, необходимой человеку для жизнедеятельности;
- удалении конечных продуктов обмена веществ (пары воды, аммиака, сероводорода и т.д. ).
Дыхание – совокупность процессов, обеспечивающих непрерывное снабжение всех органов и тканей тела кислородом и удаление из организма постоянно образующегося в процессе обмена веществ углекислого газа.
В процессе дыхания различают несколько этапов:
1) внешнее дыхание, или вентиляция легких – обмен газов между альвеолами легких и атмосферным воздухом;
2) обмен газов в легких между альвелярным воздухом и кровью;
3) транспорт газов кровью, т. е. процесс переноса кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким;
4) обмен газов между кровью капилляров большого круга кровообращения и клетками тканей;
5) внутреннее дыхание – билогическое окисление в митохондриях клетки.
Основная функция дыхательной системы – обеспечение поступления кислорода в кровь и удаление из крови углекислого газа.
Из других функций дыхательной системы можно отметить:
– Участие в процессах терморегуляции. Температура вдыхаемого воздуха в определенной мере влияет на температуру тела. Вместе с выдыхаемым воздухом организм отдает во внешнюю среду тепло, охлаждаясь, если это возможно (если температура окружающей среды ниже температуры тела).
– Участие в процессах выделения. Вместе с выдыхаемым воздухом из организма помимо углекислого газа удаляются пары воды, а также пары некоторых других веществ (например, этилового спирта при алкогольном опьянении).
– Участие в иммунных реакциях. Некоторые клетки легких и дыхательных путей обладают способностью обезвреживать болезнетворные бактерии, вирусы и другие микроорганизмы.
Специфическими функциями дыхательных путей (носоглотки, гортани, трахеи и бронхов) являются:
– согревание или охлаждение вдыхаемого воздуха (в зависимости от температуры окружающего воздуха);
– увлажнение вдыхаемого воздуха (для предотвращения высыхания легких);
– очищение вдыхаемого воздуха от инородных частиц – пыли и других.
Органы дыхания человека представлены воздухоносными путями, по которым проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух, и легкими, где происходит обмен газов (рис. 14).
Носовая полость. Дыхательные пути начинаются носовой полостью, которая отделена от ротовой полости спереди твердым, а сзади мягким нёбом. Носовая полость имеет костный и хрящевой остов и сплошной перегородкой делится на правую и левую части. Тремя носовыми раковинами она разделена на носовые ходы: верхний, средний и нижний, по которым проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух.
Слизистая оболочка носа содержит ряд приспособлений для обработки вдыхаемого воздуха.
Во-первых, она покрыта мерцательным эпителием, реснички которого образуют сплошной ковер, на который оседает пыль. Благодаря мерцанию ресничек осевшая пыль изгоняется из носовой полости. Задержанию инородных частиц способствуют и волоски, находящиеся у наружного края носовых отверстий.
Во-вторых, слизистая оболочка содержит слизистые железы, секрет которых обволакивает пыль и способствует ее изгнанию, а также увлажняет воздух. Слизь, находящаяся в носовой полости, обладает бактерицидными свойствами – в ней содержится лизоцим – вещество, которое понижает способность бактерий к размножению или убивает их.
В-третьих, слизистая оболочка богата венозными сосудами, которые могут набухать при различных условиях; повреждение их служит поводом к носовым кровотечениям. Значение этих образований состоит в том, чтобы обогревать проходящую через нос струю воздуха. Специальными исследованиями установлено, что при прохождении через носовые ходы воздуха с температурой от +50 до –50°С и влажностью от 0 до 100% в трахею всегда попадает воздух, «приведенный» к 37°С и 100% влажности.
На поверхность слизистой из кровеносных сосудов выходят лейкоциты, которые тоже выполняют защитную функцию. Осуществляя фагоцитоз, они погибают, и поэтому в слизи, выделяющейся из носа, содержится много погибших лейкоцитов.
Рис. 14. Строение дыхательной системы человека
Из носовой полости воздух проходит в носоглотку, откуда он переходит в носовую часть глотки, а затем в гортань.
Рис. 15. Строение гортани человека
Гортань. Гортань располагается впереди гортанной части глотки на уровне IV – VI шейных позвонков и образована хрящами: непарными – щитовидным и перстневидным, парными – черпаловидными, рожковидными и клиновидными (рис. 15). К верхнему краю щитовидного хряща прикрепляется надгортанник, который закрывает вход в гортань во время глотания и тем препятствует попаданию в нее пищи. От щитовидного хряща к черпаловидному (спереди назад) идут две голосовые связки. Пространство между ними называют голосовой щелью.
Рис. 16. Строение трахеи и бронхи человека
Трахея. Трахея, являясь продолжением гортани, начинается на уровне нижнего края VI шейного позвонка и оканчивается на уровне верхнего края V грудного позвонка, где она делится на два бронха – правый и левый. Место деления трахеи называется бифуркацией трахеи. Длина трахеи колеблется от 9 до 12 см, поперечный диаметр в среднем 15 – 18 мм (рис. 16).
Трахея состоит из 16 – 20 неполных хрящевых колец, соединенных фиброзными связками, каждое кольцо простирается лишь на две трети окружности. Хрящевые полукольца придают упругость дыхательным путям и делают их неспадающимися и тем самым легко проходимыми для воздуха. Задняя, перепончатая стенка трахеи, уплощена и содержит пучки гладкой мышечной ткани, идущие поперечно и продольно и обеспечивающие активные движения трахеи при дыхании, кашле и т.п. Слизистая оболочка гортани и трахеи покрыта мерцательным эпителием (за исключением голосовых связок и части надгортанника) и богата лимфоидной тканью и слизистыми железами.
Бронхи. Трахея делится на два бронха, которые входят в правое и левое легкие. В легких бронхи древовидно ветвятся на более мелкие бронхи, которые входят в легочные дольки и образуют еще более мелкие дыхательные ветви – бронхиолы. Мельчайшие дыхательные бронхиолы диаметром около 0,5 мм разветвляются на альвеолярные ходы, которые заканчиваются альвеолярными мешочками. Альвеолярные ходы и мешочки на стенках имеют выпячивания в виде пузырьков, которые называют альвеолами. Диаметр альвеол равен 0,2 – 0,3 мм, а их количество достигает 300 – 400 млн., благодаря чему создается большая дыхательная поверхность легких. Она достигает 100 – 120 м 2 .
Альвеолы состоят из очень тонкого плоского эпителия, который снаружи окружен сетью мельчайших, тоже тонкостенных, кровеносных сосудов, что облегчает обмен газов.
Легкие располагаются в герметически закрытой грудной полости. Задняя стенка грудной полости образована грудным отделом позвоночника и отходящими от позвонков, подвижно присоединенными ребрами. С боков она образована ребрами, спереди – ребрами и грудиной. Между ребрами располагаются межреберные мышцы (наружные и внутренние). Снизу грудная полость отделяется от брюшной полости грудобрюшной преградой, или диафрагмой, куполообразно изогнутой в грудную полость.
У человека два легких – правое и левое. Правое легкое состоит из трех долей, левое – из двух. Суженную верхнюю часть легких называют верхушкой, а расширенную нижнюю – основанием. Различают ворота легкого – углубление на их внутренней поверхности, через которое проходят бронхи, кровеносные сосуды (легочная артерия и две легочные вены), лимфатические сосуды и нервы. Совокупность этих образований носит название корня легкого.
Ткань легкого состоит из мелких структур, называемых легочными дольками, которые представляют собой небольшие пирамидальной формы (0,5 - 1,0 см в поперечнике) участки легкого. Бронхи, входящие в легочную дольку – конечные бронхиолы – делятся на 14 – 16 дыхательных бронхиол. На конце каждой из них имеется тонкостенное расширение – альвеолярный ход. Система дыхательных бронхиол с их альвеолярными ходами является функциональной единицей легких и носит название ацинус .
Легкие покрыты оболочкой – плеврой , которая состоит из двух листков: внутреннего (висцерального) и наружного (париетального) (рис. 17). Внутренний листок плевры покрывает легкие и является их наружной оболочкой, которая по корню легко переходит в наружный листок плевры, выстилающий стенки грудной полости (является ее внутренней оболочкой). Таким образом, между внутренним и наружным листками плевры образуется герметически замкнутое мельчайшее капиллярное пространство, которое называют плевральной полостью. В ней находится небольшое количество (1 – 2 мл) плевральной жидкости, которая смачивает листки плевры и облегчает их скольжение относительно друг друга.
Рис. 17. Строение легкого человека
Одной из основных причин смены воздуха в легких является изменение объема грудной и плевральной полостей. Легкие пассивно следуют за изменением их объема.
Механизм акта вдоха и выдоха
Обмен газов между атмосферным воздухом и воздухом, находящимся в альвеолах, происходит благодаря ритмическому чередованию актов вдоха и выдоха. В легких нет мышечной ткани, и поэтому активно они сокращаться не могут. Активная роль в акте вдоха и выдоха принадлежит дыхательным мышцам. При параличе дыхательных мышц дыхание становится невозможным, хотя органы дыхания при этом не поражены.
Акт вдоха, или инспирация – активный процесс, который обеспечивается увеличением объема грудной полости. Акт выдоха, или экспирация – пассивный процесс, происходящий в результате уменьшения объема грудной полости. Фазы вдоха и следующего за ним выдоха составляют дыхательный цикл . Во время вдоха атмосферный воздух через воздухоносные пути поступает в легкие, при выдохе часть воздуха покидает их.
В осуществлении вдоха принимают участие наружные косые межреберные мышцы и диафрагма (рис. 18). При сокращении наружных косых межреберных мышц, которые идут сверху вперед и вниз, ребра поднимаются, и при этом увеличивается объем грудной полости за счет смещения грудины вперед и отхождения боковых частей ребер в стороны. Диафрагма, сокращаясь, занимает более плоское положение. При этом несжимаемые органы брюшной полости оттесняются вниз и в стороны, растягивая стенки брюшной полости. При спокойном вдохе купол диафрагмы спускается приблизительно на 1,5 см, соответственно увеличивается вертикальный размер грудной полости.
При очень глубоком дыхании в акте вдоха участвует ряд вспомогательных дыхательных мышц: лестничные, большая и малая грудные, передняя зубчатая, трапециевидная, ромбовидные, поднимающая лопатку.
Легкие и стенка грудной полости покрыты серозной оболочкой – плеврой, между листками которой имеется узкая щель – плевральная полость, содержащая серозную жидкость. Легкие постоянно находятся в растянутом состоянии, потому что давление в плевральной полости отрицательное. Оно обусловлено эластической тягой легких, т. е. постоянным стремлением легких уменьшить свой объем. В конце спокойного выдоха, когда почти все дыхательные мышцы расслаблены, давление в плевральной полости приблизительно равно -3 мм рт. ст., т. е. ниже атмосферного.
Рис. 18. Мышцы, обеспечивающие вдох и выдох
При вдохе вследствие сокращения дыхательных мышц объем грудной полости увеличивается. Давление в плевральной полости становится более отрицательным. К концу спокойного вдоха оно снижается до -6 мм рт. ст. В момент глубокого вдоха оно может достигать -30 мм рт. ст. Легкие расширяются, их объем увеличивается, и в них засасывается воздух.
У разных людей преимущественное значение в осуществлении акта вдоха могут иметь межреберные мышцы или диафрагма. Поэтому говорят о разных типах дыхания: грудном, или реберном и брюшном, или диафрагмальном. Установлено, что у женщин в основном преобладает грудной тип дыхания, а у мужчин – брюшной.
При спокойном дыхании выдох осуществляется за счет эластической энергии, накопленной во время предшествующего вдоха. Когда дыхательные мышцы расслабляются, ребра пассивно возвращаются в исходное положение. Прекращение сокращения диафрагмы приводит к тому, что она занимает свое прежнее куполообразное положение за счет давления на нее со стороны органов брюшной полости. Возвращение ребер и диафрагмы в исходное положение приводят к уменьшению объема грудной полости, а, следовательно, к уменьшению в ней давления. Одновременно при возвращении ребер в исходное положение давление в плевральной полости повышается, т. е. в ней уменьшается отрицательное давление. Все эти процессы, обеспечивающие повышение давления в грудной и плевральной полости, приводят к тому, что легкие сдавливаются, и из них пассивно выходит воздух – осуществляется выдох.
Усиленный выдох является активным процессом. В его осуществлении принимают участие: внутренние межреберные мышцы, волокна которых идут в противоположном направлении по сравнению с наружными: снизу вверх и вперед. При их сокращении ребра опускаются вниз, и объем грудной полости уменьшается. Усиленному выдоху способствует также сокращение мышц брюшного пресса, в результате чего объем брюшной полости уменьшается и повышается в ней давление, которое через органы брюшной полости передается на диафрагму и поднимает ее. Наконец, мышцы пояса верхних конечностей, сокращаясь, сдавливают в верхней части грудную клетку и уменьшают ее объем.
В результате уменьшения объема грудной полости в ней увеличивается давление, вследствие чего воздух выталкивается из легких – происходит активный выдох. На вершине выдоха давление в легких может быть больше атмосферного на 3 – 4 мм рт. ст.
Акты вдоха и выдоха ритмически сменяют друг друга. Взрослый человек делает 15 – 20 циклов в минуту. Дыхание физически тренированных людей более редкое (до 8 – 12 циклов в минуту) и глубокое.
