Структура органів дихання. Значення дихання, основні етапи.
· Дихання - обмін газів між клітинами і навколишнім середовищем.
· Легеневе дихання - обмін газів між кров'ю і атмосферним повітрям відбувається в органах дихання.
· Тканинне дихання - обмін газів між кров'ю і клітинами тканин.
· Гортань - орган голосоутворення.
· Легкі - основний орган дихання.
Без повітря людина може протриматися всього кілька хвилин, так як запас повітря обмежений обсягом легенів. Завдяки вентиляції легенів в них підтримується більш-менш постійний газовий склад, який необхідний для вступу в кров кисню і видалення з крові вуглекислого газу, інших газоподібних продуктів розпаду, а також парів води. Функція тканини порушується, якщо припиняється розпад і окислення органічних речовин, енергія перестає виділятися, і клітини, позбавлені енергетичного забезпечення, гинуть.
У людини газообмін складається з чотирьох етапів:
• обмін газів між повітряним середовищем і легенями,
• газів між легкими і кров'ю,
• транспортування газів кров'ю,
• газообмін в тканинах.
Система органів дихання виконує лише першу частину газообміну. Решта виконує система органів кровообігу, між дихальної і кровоносної системами існує глибока взаємозв'язок. Розрізняють легеневе дихання, що забезпечує газообмін між повітрям і кров'ю, і тканинне дихання, яке здійснює газообмін між кров'ю і клітинами тканин. Крім забезпечення газообміну, органи дихання виконують ще дві важливі функції: беруть участь в терморегуляції і голосообразовании. При диханні з поверхні легенів випаровується вода, що веде до охолодження крові і всього організму. Крім того, легкі створюють повітряні потоки, що призводять в коливання голосові зв'язки гортані.
Органи, які підводять повітря до альвеол легенів, називаються дихальними шляхами. Верхні дихальні шляхи:
Нижні дихальні шляхи:
Механізм вдиху і видиху.
Вдих - початкова фаза дихання, в процесі якої в легені надходить повітря.
Видих - окреме виштовхування з легких повітря при диханні.
Повітряне середовище - складний комплекс взаємопов'язаних і взаємодіючих факторів, що постійний вплив на організм тварини і людини
Механізм вдиху: скорочення дихальних м'язів (міжреберних і діафрагми); збільшення обсягу грудної порожнини; зменшення тиску в грудній порожнині і в порожнині легенів; засмоктування атмосферного повітря через повітроносні шляхи
Механізм видиху: опускання ребер і розслаблення діафрагми; зменшення обсягу грудної порожнини і порожнини легких; збільшення тиску в легенях; виштовхування частини повітря назовні.
Дихальний центр розташований в довгастому мозку. Він складається з центрів вдиху і видиху, які регулюють роботу дихальних м'язів. Спадання легеневих альвеол, яке відбувається при видиху, рефлекторно викликає вдих, а розширення альвеол рефлекторно викликає видих.
На роботу дихальних центрів впливають і інші центри, в тому числі розташовані в корі великих півкуль. Завдяки їх впливу дихання змінюється при розмові і співі. Можливо також свідомо змінювати ритм дихання під час фізичних вправ.
Склад вдихуваного, видихуваного і альвеолярного повітря.
Атмосферне повітря, яким дихає людина, має відносно постійний склад. У видихуваному повітрі менше кисню і більше вуглекислого газу, в альвеолярному повітрі ще менше кисню і більше вуглекислого газу.
Чому в повітрі, що видихається кисню міститься більше, ніж в альвеолярному? Пояснюється це тим, що при видиху до альвеолярному повітрю домішується повітря, який знаходиться в органах дихання, в повітроносних шляхах.
Негативний тиск в плевральній порожнині, фізіологічне значення.
Для утримання легких в розтягнутому стані завжди потрібна програма негативною сили до зовнішньої поверхні легенів. У нормальній плевральної порожнини цією силою є негативний тиск. Головною причиною появи цього негативного тиску є викачування рідини з плевральної порожнини лімфатичних судинах, що є причиною виникнення негативного тиску і в більшості тканинних порожнин тіла.
Значення оріцательного внутриплеврального тиску:
· Легкі знаходяться в розтягнутому стані;
· Полегшується венозний повернення крові;
· Полегшується рух лімфи в грудній порожнині;
· Забезпечується рух харчової грудки по стравоходу.
Якщо грудна порожнина сполучається з навколишнім середовищем, то тиск атмосферний одно внутрішньо грудний - легкі спадаються (ателектаз) - це пневмоторакс.
Обмін газів у легенях.
До складу атмосферного повітря входить 20,93% кисню, 0,03% вуглекислого газу. 79,03% азоту. В альвеолярному повітрі міститься 14% кисню, 5,5% вуглекислого газу і близько 80% азоту. При видиху альвеолярний повітря змішується з повітрям мертвого простору, склад якого відповідає атмосферному. Тому в повітрі, що видихається 16% кисню, 4,5% вуглекислого газу і 79,4% азоту. Дихальні гази обмінюються в легких через альвеолокапиллярную мембрану. Це область контакту альвеолярного епітелію і ендотелію капілярів. Перехід газів через мембрану відбувається за законами дифузії. Швидкість дифузії прямо пропорційна різниці парціального тиску газів. Відповідно до закону Дальтона, парціальний тиск кожного газу в їх суміші, прямо пропорційно його вмісту в ній. Напруга (термін, який застосовується для газів розчинених в рідинах) кисню в венозної крові капілярів легких 40 мм.рт.ст. а вуглекислого газу - 46 мм.рт.ст. Тому градієнт тиску по кисню направлений з альвеол в капіляри, а для вуглекислого газу в зворотну сторону. Крім того, швидкість дифузії залежить від площі газообміну, товщини мембрани і коефіцієнта розчинності газу в тканинах. Загальна поверхня альвеол складає 50-80 м2, а товщина альвеоло -капіллярной мембрани всього 1 мкм. Це забезпечує високу ефективність газообміну. Показником проникності мембрани є коефіцієнт дифузії Крога. Для вуглекислого газу він в 25 разів більше, ніж для кисню. Де він дифундує в 25раз швидше. Висока швидкість дифузії компенсує нижчий градієнт тисків вуглекислого газу. Дифузійна здатність легенів для газу (л) характеризується його кількістю, яке обмінюється за 1 хвилину на 1 мм.рт.ст. градієнта тиску. Для кисню в нормі вона дорівнює 30 мл * хв-1 * мм: рт.ст. У здорової людини напруга дихальних газів в альвеолярної крові, стає практично таким же, як їх парціальний тиск в альвеолярному повітрі. При порушеннях газообміну в альвеолах в крові підвищується напруга вуглекислого газу і знижується кисню (пневмонія, туберкульоз, пневмосклероз).
Перенесення газів кров'ю
Перенесення газів кров'ю є доставку O2 до тканин і зворотний транспорт СO2. Кров, рухаючись по замкненому колу, забезпечує перенос газів між легкими і тканинами. Гази переносяться кров'ю частково у вільному розчиненому в плазмі стані, але в основному в зв'язаному вигляді за допомогою освіти оборотних хімічних сполук з гемоглобіном. Саме гемоглобін крові забезпечує хімічне зв'язування і перенесення кисню і вуглекислого газу, які надходять в плазму крові в процесі дифузії.
Процес перенесення газів кров'ю теж не простий. Проникли з альвеол в плазму крові молекули кисню недовго залишаються вільними, так як зв'язуються з гемоглобіном, що знаходяться в червоних кров'яних тільцях - еритроцитах. Дихальний білок гемоглобін, вступаючи в з'єднання з киснем, утворює оксигемоглобін, і тим самим кров переносить набагато більше кисню, ніж якби газ просто розчинявся в її плазмі. У артеріальної крові, що відтікає від легень, майже весь гемоглобін з'єднаний з киснем і перетворений в оксигемоглобін. Нестійке з'єднання кисню з гемоглобіном в концентрованому вигляді в еритроцитах доставляється до тканин.
Будучи доставленим в найдрібніші кровоносні капіляри, що пронизують всі органи і тканини тіла, оксигемоглобін легко звільняє кисень. Хімічна спорідненість (здатність утримувати молекулу кисню) гемоглобіну з киснем залежить також від вмісту вуглекислого газу: чим його більше, тим швидше розщеплюється оксигемоглобін.
Що виділився кисень проникає далі через клітинну оболонку і бере участь в тканинному диханні. Назустріч цьому процесу протікає інший, взаємопов'язаний з ним: з клітки в кров надходить вуглекислота. Гемоглобін, відщепи від себе кисень, тут же вступає в зв'язок з вуглекислим газом: чим менше кисню в крові, тим більше хімічно зв'язаного вуглекислого газу.
Таким чином на всьому своєму шляху від легких через кров до тканин кисень рухається з області його більш високій концентрації в область більш низькою і, нарешті, утилізується (вживається) в клітинах.
Дихання сталося тоді, коли до кожної клітини доставлено молекули кисню, в мітохондріях відбулося окислення і отримана енергія, а з організму виведений непотрібний продукт обміну - вуглекислий газ. Клітка живе і діє.