ЛЕКЦИЯ № 15. Физиология на дишането.
1.
2. Външно дишане (белодробна вентилация).
3.
4. Транспорт на газове (O2, CO2) по кръвен път.
5. Обмен на газове между кръвта и тъканната течност. тъканно дишане.
6. Регулация на дишането.
1. Есенция на дъха. Дихателната система.
Дишането е физиологична функция, която осигурява обмен на газ между тялото и външната среда и съвкупността от органи, участващи в обмена на газ - дихателната система.
Еволюция на дихателната система.
1.При едноклетъчните организмидишането се осъществява през повърхността (мембраната) на клетката.
2.При нисшите многоклетъчни животниобменът на газ се извършва през цялата повърхност на външните и вътрешните (чревни) клетки на тялото.
3.При насекомитялото е покрито с кутикула и поради това се появяват специални дихателни тръби (трахеи), проникващи в цялото тяло.
4.В рибадихателните органи са хрилете - многобройни листчета с капиляри.
5.Земноводнипоявяват се въздушни мехурчета (бели дробове), в които въздухът се обновява с помощта на дихателни движения. Но основният обмен на газове преминава през повърхността на кожата и съставлява 2/3 от общия обем.
6.При влечуги, птици и бозайницибелите дробове вече са добре развити, а кожата се превръща в защитно покритие и газообменът през нея не надвишава 1%. При коне с високо физическо натоварване дишането през кожата се увеличава до 8%.
Дихателната система.
Дихателният апарат на бозайниците е съвкупност от органи, които изпълняват функции за въздухопровод и газообмен.
Горни дихателни пътища: носна кухина, уста, назофаринкс, ларинкс.
долните дихателни пътища: трахея, бронхи, бронхиоли.
газообменна функцияизвършва дихателна пореста тъкан - белодробен паренхим. Структурата на тази тъкан включва белодробни везикули - алвеоли.
стена на дихателните пътища хрущялна рамкаи луменът им никога не намалява. Лигавицата на дихателната тръба е обвита ресничест епител с реснички.Трахеята преди да влезе в белите дробове дихотомносе разделя на два главни бронха (ляв и десен), които по-нататък се разделят и образуват бронхиално дърво.Разделението завършва с финал (терминални) бронхиоли (диаметър до 0,5-0,7 mm).
Бели дробоверазположени в гръдната кухина и имат формата на пресечен конус. Основата на белия дроб е обърната назад и е в съседство с диафрагмата. Отвън белите дробове са покрити със серозна мембрана - висцерална плевра. Париетална плевра (кост)очертава гръдната кухина и се слива плътно с ребрената стена. Между тези листове на плеврата има пространство, подобно на процеп (5-10 микрона) - плеврална кухинаизпълнен със серозна течност. Пространството между десния и левия бял дроб се нарича медиастинум.Тук се намират сърцето, трахеята, кръвоносните съдове и нервите. Белите дробове са разделени на лобове, сегменти и лобули. Тежестта на това разделение при различните животни не е еднаква.
Морфологичната и функционална единица на белия дроб е ацинус (лат. acinus - гроздови зрънца).Ацинус включва дихателни (респираторни) бронхиоли и алвеоларни канали,този край алвеоларни торбички.Един ацинус съдържа 400-600 алвеоли; 12-20 ацини образуват белодробен лобул.
алвеоли -Това са везикули, чиято вътрешна повърхност е облицована с еднослоен плосък епител. Сред епителните клетки има : алвеолоцити от 1-ви ред,които заедно с ендотела на капилярите на белите дробове образуват въздушна бариераи алвеоцити от 2-ри редизпълняват секреторна функция, като отделят биологично активното вещество сърфактан. Сърфактан (фосфолипопротеини - повърхностно активно вещество)очертава вътрешната повърхност на алвеолите, увеличава повърхностното напрежение и предпазва алвеолите от колапс.
Функции на дихателните пътища.
дихателни пътища(в тях се задържа до 30% от вдишания въздух) не участват в газообмена и се т.нар. "вредно" пространство.Въпреки това, горните и долните дихателни пътища играят важна роля в живота на тялото.
Затопля, овлажнява и пречиства вдишвания въздух.Това е възможно благодарение на добре развитата лигавица на дихателните пътища, която е в изобилие васкуларизирансъдържа чашковидни клетки, лигавични жлези и голям брой реснички на ресничестия епител. Освен това има рецептори за обонятелния анализатор, рецептори за защитни рефлекси на кашлица, кихане, смъркане и дразнещи (дразнещи) рецептори. Те се намират в бронхиолите и реагират на прахови частици, слуз, изпарения на разяждащо вещество. При дразнене на дразнещите рецептори се появява усещане за парене, изпотяване, появява се кашлица и се ускорява дишането.
Газообменът между организма и външната среда се осигурява от набор от строго координирани процеси, които са част от дихателната структура на висшите животни.
2. Външно дишане (белодробна вентилация) постоянен процес на актуализиране на газовия състав на алвеоларния въздух, който се извършва, когато вдишайте и издишайте.
Белодробната тъкан няма активни мускулни елементи и поради това нейното увеличаване или намаляване на обема става пасивно в синхрон с движенията на гръдния кош (вдишване, издишване). Това се дължи отрицателно вътреплеврално налягане(под атмосферното: при вдишване при 15-30 mm Hg. Изкуство.,при издишване при 4-6 mm Hg. Изкуство.)в херметически затворена гръдна кухина.
Механизъм на външното дишане.
Актът на вдъхновение (лат. inspiration - вдъхновение)извършва се чрез увеличаване на обема на гръдния кош. В това участват инспираторните мускули (инхалатори): външни междуребрени мускули и диафрагма.При принудително дишане мускулите са свързани: повдигач на ребра, scalene supracostalis, дорзален назъбен инспиратор.Обемът на гръдния кош в същото време се увеличава в три посоки - вертикална, сагитална (предно-задна) и фронтална.
Актът на издишване (лат. expiration - изтичане)в състояние на физиологичен покой е предимно пасивен. Веднага след като инспираторните мускули се отпуснат, гръдният кош, поради своята тежест и еластичност на крайбрежните хрущяли, се връща в първоначалното си положение. Диафрагмата се отпуска и нейният купол отново става изпъкнал.
По време на принудително дишане актът на издишване се улеснява от експираторните мускули: вътрешни интеркостални, външни и вътрешни наклонени, напречни и прави мускули на коремната стена, дорзален зъбчат експиратор.
Видове дишане.
В зависимост от трансформацията на определени мускули, участващи в дихателните движения, има три вида дишане:
1 - гръден (ребрен) тип дишанеизвършва се със свиване на външните междуребрени мускули и мускулите на гръдния пояс;
2 - коремен (диафрагмален) тип дишане- преобладават съкращенията на диафрагмата и коремните мускули;
3 - смесен (ребрено-коремен) тип дишаненай-често при селскостопанските животни.
При различни заболявания типът на дишането може да се промени. При заболявания на органите на гръдната кухина преобладава диафрагменият тип дишане, а при заболявания на коремните органи преобладава ребреният тип дишане.
Честота на дишане.
Дихателната честота е броят на дихателните цикли (вдишване-издишване) за 1 минута.
Кон 8 - 12 Куче 10 - 30
Крупа. рог. добитък 10 - 30 зайци 50 - 60
Овце 8 - 20 Пилета 20 - 40
Прасе 8 - 18 Патици 50 - 75
Човек 10 - 18 Мишка 200
Моля, обърнете внимание, че таблицата показва средни стойности. Честотата на дихателните движения зависи от вида на животното, породата, продуктивността, функционалното състояние, времето на деня, възрастта, температурата на околната среда и др.
Белодробни обеми.
Разграничете общия и жизнения капацитет на белите дробове. Жизненият капацитет на белите дробове (VC) се състои от три обема:резервни обеми на вдишване и издишване.
1.Дихателен обеме обемът въздух, който може да се вдиша и издиша спокойно, без усилие.
2.Инспираторен резервен обемТова е въздухът, който може да се вдиша допълнително след тихо вдишване.
3.експираторен резервен обеме обемът въздух, който може да се издиша възможно най-много след нормално издишване.
След възможно най-дълбоко пълно издишване малко въздух остава в белите дробове. - остатъчен обем.Сумата от YCL и обема на остатъчния въздух е общ белодробен капацитет.
Извиква се сумата от остатъчния обем на въздуха и експираторния резервен обем алвеоларен въздух (функционален остатъчен капацитет).
Белодробни обеми (в литри).
Конен човек
1. Дихателна V 5-6 0,5
2. Резервно V вдишване 12 1.5
3. Резервно V издишване 12 1.5
4. Остатък V 10 1
вентилация- това е актуализация на газовия състав на алвеоларния въздух по време на вдишване и издишване. Когато оценявате интензивността на вентилацията на белите дробове, използвайте минутен обем на дишане(количеството въздух, преминаващо през белите дробове за 1 минута), което зависи от дълбочината и честотата на дихателните движения.
Дихателният обем на коня в покой 5-6 литра , дихателна честота 12 вдишвания в минута.
Следователно: 5 л.*12=60 литриминутен обем на дишане. при лека работа е равно на 150-200 литра,по време на тежка работа 400-500 литра.
По време на дишането отделните белодробни участъци не се вентилират изцяло и с различна интензивност. Следователно те очакват коефициент на алвеоларна вентилация е отношението на вдишания въздух към алвеоларния обем.Трябва да се има предвид, че когато конят вдишва 5 литра, 30% от въздуха остава в дихателните пътища "вредно пространство".
Така 3,5 литра вдишван въздух (70% от 5 литра дихателен обем) достига до алвеолите. Следователно коефициентът на алвеоларна вентилация е 3,5 литра: 22 литра. или 1:6. Тоест при всяко спокойно вдишване 1/6 от алвеолите се вентилират.
3. Дифузия на газове (обмен на газове между алвеоларния въздух и кръвта на капилярите на белодробната циркулация).
Газообменът в белите дробове се осъществява в резултат на дифузиявъглероден диоксид (CO 2) от кръвта в алвеолите на белия дроб и кислород (O 2) от алвеолите във венозната кръв на капилярите на белодробната циркулация. Чрез изчисления е установено, че около 5% от кислорода на вдишания въздух остава в тялото, а около 4% от въглеродния диоксид се отделя от тялото. Азотът не участва в газообмена.
Движението на газовете се определя чисто физични закони (осмоза и дифузия),работещи в система газ-течност, разделени от полупропусклива мембрана. Тези закони се основават на разликата в парциалното налягане или градиента на парциалното налягане на газовете.
Парциално налягане (лат. partialis - частично)е налягането на един газ в газовата смес.
Дифузията на газовете възниква от зона с по-високо налягане към област с по-ниско налягане.
Парциалното налягане на кислорода в алвеоларния въздух 102 ммrt. Чл., въглероден диоксид 40 mm Hg. Изкуство.Във венозната кръв на капилярите на белите дробове, напрежението O2 \u003d 40 mm Hg. Чл., CO2=46 mm Hg. Изкуство.
Така разликата в парциалното налягане е:
кислород (O2) 102 - 40 \u003d 62 mm Hg. Изкуство.;
въглероден двуокис (CO2) 46 - 40 \u003d 6 mm Hg. Изкуство.
Кислородът бързо навлиза през белодробните мембрани и напълно се свързва с хемоглобина и кръвта става артериална. Въглеродният диоксид, въпреки малката разлика в парциалното налягане, има по-висока скорост на дифузия (25 пъти)от венозна кръв към алвеолите на белия дроб.
4. Транспорт на газове (O 2, CO 2) чрез кръв.
Кислородът, преминавайки от алвеолите в кръвта, е в две форми - около 3% разтворен в плазмаи около 97% от еритроцитите се свързват с хемоглобина (оксихемоглобин).Насищането на кръвта с кислород се нарича оксигенация.
В една молекула хемоглобин има 4 атома желязо, следователно 1 молекула хемоглобин може да свърже 4 молекули кислород.
HHb+ 4O 2 ↔ HHb(O 2) 4
Оксихемоглобин (ННb (О 2) 4) - проявява свойството слаба, лесно дисоциираща киселина.
Количеството кислород в 100 mm кръв по време на пълния преход на хемоглобина в оксихемоглобин се нарича кислороден капацитет на кръвта.Установено е, че средно 1 g хемоглобин може да се свърже 1,34 ммкислород.Познавайки концентрацията на хемоглобина в кръвта, и тя е средна 15 гр. / 100 мл,можете да изчислите кислородния капацитет на кръвта.
15 * 1,34 \u003d 20,4 об.% (обемни проценти).
Транспорт на въглероден диоксид в кръвта.
Транспортирането на въглероден диоксид в кръвта е сложен процес, включващ еритроцити (хемоглобин, ензим карбоанхидраза) и кръвни буферни системи.
Въглеродният диоксид се намира в кръвта в три форми: 5% - във физически разтворена форма; 10% - под формата на карбохемоглобин; 85% - под формата на калиеви бикарбонати в еритроцитите и натриеви бикарбонати в плазмата.
CO 2, след като влезе в кръвната плазма от тъканта, веднага дифундира в еритроцитите, където протича реакция на хидратация с образуването на въглена киселина (H 2 CO 3) и нейната дисоциация. И двете реакции се катализират от ензима карбоанхидраза,намерени в еритроцитите.
H 2 O + CO 2 → H 2 CO 3
карбоанхидраза
↓
H 2 CO 3 → H + + HCO 3 -
Тъй като концентрацията на бикарбонатните йони се увеличава (NSO 3 -)в еритроцитите една част дифундира в кръвната плазма и се свързва с буферни системи, образувайки натриев бикарбонат (NaHCO3).Друга част от HCO 3 - остава в еритроцитите и се свързва с хемоглобин (карбохемоглобин) а с калиеви катиони - калиев бикарбонат (KHCO 3).
В капилярите на алвеолите хемоглобинът се свързва с кислород (оксихемоглобин) - това е по-силна киселина, която измества въглеродната киселина от всички съединения. Под действието на карбоанхидразата настъпва неговата дехидратация.
H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2
По този начин въглеродният диоксид, разтворен и освободен по време на дисоциацията на карбохемоглобина, дифундира в алвеоларния въздух.
5. Обмен на газове между кръвта и тъканната течност. тъканно дишане.
Обменът на газове между кръвта и тъканите се извършва по същия начин поради разликата в парциалното налягане на газовете (според законите на осмозата и дифузията).Постъпилата тук артериална кръв е наситена с кислород, нейното напрежение е 100 ммrt. Изкуство.В тъканната течност напрежението на кислорода е 20 - 40 mmHg Изкуство.,а в клетките нивото му спада до 0.
Съответно: Около 2 100 - 40 \u003d 60 mm Hg. Изкуство.
60 - 0 = 60 mmHg Изкуство.
Поради това оксихемоглобинът прищипва кислорода, който бързо преминава в тъканната течност и след това в тъканните клетки.
тъканно дишане е процес на биологично окисление в клетките и тъканите.Кислородът, постъпващ в тъканите, се влияе от окисляването на мазнини, въглехидрати и протеини. Освободената енергия се съхранява във формата макроергични връзки – АТФ.В допълнение към окислителното фосфорилиране се използва и кислород с микрозомално окисление - в микрозомите на ендоплазмения ретикулум на клетките. В този случай водата и въглеродният диоксид стават крайните продукти на окислителните реакции.
Въглеродният диоксид, разтваряйки се в тъканната течност, създава напрежение там 60-70 mmHg Изкуство.,което е по-високо отколкото в кръвта (40 mm Hg).
CO 2 70 - 40 \u003d 30 mm Hg. Изкуство.
По този начин високият градиент на напрежението на кислорода и разликата в парциалното налягане на въглеродния диоксид в тъканната течност и кръвта са причина за неговата дифузия от тъканната течност в кръвта.
6. Регулиране на дишането.
Дихателен център -това е съвкупност от неврони, разположени във всички части на централната нервна система и участващи в регулацията на дишането.
Основната част от "ядрото" на дихателния център на Миславскиразположен в продълговатия мозък, в областта на ретикуларната формация на дъното на четвъртия мозъчен вентрикул. Сред невроните на този център има строга специализация (разпределение на функциите). Някои неврони регулират акта на вдишване, други - акта на издишване.
Булбар отдел на респираторни цени tra има уникална функция - автоматизация,който продължава дори при пълната му деаферентация (след прекратяване на въздействието върху различни рецептори и нерви).
В района на мостразположен "пневматичен център"Той няма автоматизъм, но влияе върху активността на невроните на респираторния център на Миславски, като последователно стимулира активността на невроните на акта на вдишване и издишване.
От дихателния център нервните импулси отиват към моторните неврони ядра на гръдни нерви(3-4 шиен прешлен - центърът на диафрагмалните мускули) и към двигателните неврони, разположени в страничните рога на гръдния кош на гръбначния мозък(инервира външната и вътрешната междуребрена мускулатура).
В белите дробове (между гладката мускулатура на дихателните пътища и около капилярите на белодробната циркулация) има три групи рецептори: разтягане и прибиране, дразнител, юкстакапиларен.Информацията от тези рецептори за състоянието на белите дробове (разтягане, колапс), тяхното пълнене с въздух, навлизането на дразнещи вещества в дихателните пътища (газ, прах), промените в кръвното налягане в белодробните съдове, навлиза в дихателния център през аферентните нерви. Това засяга честотата и дълбочината на дихателните движения, проявата на защитни рефлекси на кашлица и кихане.
играе важна роля в регулирането на дишането. хуморални фактори.Съдовите клетки реагират на промени в газовия състав на кръвта. рефлексогенни зони на каротидния синус, аортата и продълговатия мозък.
Увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид в кръвта води до възбуждане на дихателния център.В резултат на това дишането става по-бързо - диспнея (недостиг на въздух).Намаляването на нивото на въглеродния диоксид в кръвта забавя ритъма на дихателните движения. - апнея.
Делът на кожата в дишането на човека обаче е незначителен в сравнение с белите дробове, тъй като общата телесна повърхност е по-малка от 2 m 2 и не надвишава 3% от общата повърхност на белодробните алвеоли.
Основните компоненти на дихателните органи са дихателният тракт, белите дробове, дихателните мускули, включително диафрагмата. Атмосферният въздух, влизащ в белите дробове на човека, е смес от газове - азот, кислород, въглероден диоксид и някои други (фиг. 2).
Ориз. 2. Средни стойности на парциалното налягане на газовете (mm Hg) в сухо
във вдишания въздух, алвеолите, в издишания въздух и в кръвта по време на мускулна почивка (средната част на фигурата). Парциално налягане на газовете във венозната кръв, изтичаща от бъбреците и мускулите (долната част на фигурата)
Парциалното налягане на газ в смес от газове е налягането, което този газ би създал в отсъствието на други компоненти на сместа. Зависи от процента газ в сместа: колкото по-голям е, толкова по-високо е парциалното налягане на този газ. Парциалното налягане на кислорода* в алвеоларния въздух е 105 mm Hg. чл., а във венозна кръв - 40 mm Hg. чл., така че кислородът дифундира от алвеолите в кръвта. Почти целият кислород в кръвта е химически свързан с хемоглобина. Парциалното налягане на кислорода в тъканите е относително ниско, така че той дифундира от кръвоносните капиляри в тъканта, осигурявайки тъканно дишане и процеси на преобразуване на енергия.
Транспортът на въглероден диоксид, един от крайните продукти на метаболизма, протича по подобен начин в обратна посока. Въглеродният диоксид се отделя от тялото през белите дробове. Азотът не се използва в тялото. Парциалното налягане на кислорода, въглеродния диоксид, азота в атмосферния въздух и на различни нива на схемата за транспортиране на кислород е показано на фиг. 2.
а- външен цилиндър b- стъклен прозорец за четене, в- вътрешен цилиндър Ж- цилиндър с въздух за балансиране на вътрешния цилиндър, д– вода
Поради дифузията съставът на алвеоларния въздух непрекъснато се променя: концентрацията на кислород в него намалява и концентрацията на въглероден диоксид се увеличава. За да се поддържа дихателният процес, съставът на газовете в белите дробове трябва постоянно да се актуализира. Това се случва по време на вентилация на белите дробове, т.е. дишане в обикновения смисъл на думата. Когато вдишваме, обемът на белите дробове се увеличава и в тях навлиза въздух от атмосферата. В същото време алвеолите се разширяват. В покой около 500 ml въздух навлиза в белите дробове при всяко вдишване. Този обем въздух се нарича дихателен обем. Човешките бели дробове имат определен резерв от капацитет, който може да се използва с усилено дишане. След тихо вдишване човек може да вдиша около 1500 ml въздух. Този обем се нарича инспираторен резервен обем. След спокойно издишване можете с усилие да издишате около 1500 ml въздух. то експираторен резервен обем. Дихателният обем и резервните обеми на вдишване и издишване се събират до капацитета на белите дробове(ЖЕЛАНИЕ). В този случай той е равен на 3500 ml (500 + 1500 + 1500). За да измерите VC, поемете особено дълбоко въздух и след това максимално издишване в тръбата на специално устройство - спирометър. Измерванията се извършват в изправено положение в покой (фиг. 3). Стойността на VC зависи от пола, възрастта, размера на тялото и физическата форма. Тази цифра варира в широки граници, средно 2,5–4 литра за жените и 3,5–5 литра за мъжете. В някои случаи при хора с много висок ръст, например баскетболисти, VC може да достигне 9 литра. Под въздействието на тренировка, например при извършване на специални дихателни упражнения, VC се увеличава (понякога дори с 30%).
Ориз. 4. Номограма на Милър за определяне на правилния белодробен капацитет
VC може да се определи чрез номограмата на Miller (фиг. 4). За да направите това, трябва да намерите височината си на скалата и да я свържете с права линия с възрастта (отделно за жените и мъжете). Тази линия ще пресече скалата на жизнения капацитет. Важен показател в изследванията на физическото представяне е минутен обем на дишане, или белодробна вентилация. Вентилацията на белите дробове е действителното количество въздух, което при различни условия преминава през белите дробове за 1 минута. В покой белодробната вентилация е 5–8 l/min.
Човек е в състояние да контролира дишането си. Можете да го забавите за кратко или да го засилите. Способността за увеличаване на дишането се измерва със стойността максимална белодробна вентилация(MLV). Тази стойност, подобно на VC, зависи от степента на развитие на дихателната мускулатура. При физическа работа белодробната вентилация се увеличава и достига 150–180 l/min. Колкото по-тежка е работата, толкова по-голяма е белодробната вентилация.
Еластичността на белия дроб до голяма степен зависи от силите на повърхностното напрежение на течността, намокряща вътрешната повърхност на алвеолите (s = 5 x 10–2 N/m). Самата природа се погрижи да улесни дишането и създаде вещества, които намаляват повърхностното напрежение. Те се синтезират от специални клетки, разположени в стените на алвеолите. Синтезът на тези повърхностноактивни вещества (ПАВ) протича през целия живот на човека.
В онези редки случаи, когато новороденото няма клетки, произвеждащи сърфактант в белите дробове, детето не може да поеме първата си глътка въздух самостоятелно и умира. Поради липсата или отсъствието на повърхностноактивни вещества в алвеолите около половин милион новородени по света умират всяка година, без да поемат първата си глътка въздух.
Въпреки това, някои животни, които дишат с белите си дробове, се справят без повърхностноактивни вещества. На първо място, това се отнася за студенокръвните - жаби, змии, крокодили. Тъй като тези животни не се нуждаят от изразходване на енергия за отопление, техните нужди от кислород не са толкова високи, колкото тези на топлокръвните животни и следователно повърхността на белите им дробове е по-малка. Ако в белите дробове на човека повърхността на контакт на 1 cm 3 въздух с кръвоносните съдове е около 300 cm 2, то при жаба тя е само 20 cm 2.
Относителното намаляване на площта на белия дроб на единица от неговия обем при хладнокръвните животни се дължи на факта, че диаметърът на техните алвеоли е приблизително 10 пъти по-голям, отколкото при топлокръвните. И от закона на Лаплас ( стр= 4a/R) следва, че допълнителното налягане, което трябва да се преодолее по време на вдишване, е обратно пропорционално на радиуса на алвеолите. Големият радиус на алвеолите при хладнокръвните животни им позволява лесно да вдишват дори без намаляване на размера. стрпоради PAV.
В белите дробове на птиците няма повърхностноактивни вещества. Птиците са топлокръвни животни и водят активен начин на живот. В покой кислородната нужда на птиците е по-висока от тази на други гръбначни животни, включително бозайници, а по време на полет се увеличава многократно. Дихателната система на птиците е в състояние да насища кръвта с кислород дори при полет на голяма надморска височина, където концентрацията му е много по-ниска, отколкото на морското равнище. Всички бозайници (включително хората), намиращи се на такава височина, започват да изпитват кислороден глад, рязко намаляват двигателната си активност и понякога дори изпадат в полусъзнателно състояние. Как белите дробове на птиците, при липса на повърхностно активни вещества, се справят с тази трудна задача?
В допълнение към нормалните бели дробове, птиците имат допълнителна система, състояща се от пет или повече чифта тънкостенни въздушни торбички, свързани с белите дробове. Кухините на тези торбички се разклоняват широко в тялото и отиват в някои кости, понякога дори в малките кости на фалангите на пръстите. В резултат на това дихателната система, например при патиците, заема около 20% от обема на тялото (2% бели дробове и 18% въздушни торбички), докато при хората е само 5%. Стените на въздушните мехурчета са бедни на кръвоносни съдове и не участват в газообмена. Въздушните възглавници не само помагат за издухване на въздуха през белите дробове в една посока, но също така намаляват плътността на тялото, триенето между отделните му части и допринасят за ефективното охлаждане на тялото.
Белият дроб на птицата е изграден от успоредно свързани тънки тръби, отворени от двете страни, заобиколени от кръвоносни съдове - въздушни капиляри, простиращи се от парабронхите. По време на вдишване обемът на предните и задните въздушни торбички се увеличава. Въздухът от трахеята навлиза директно в задните торбички. Предните торбички не комуникират с главния бронх и са пълни с въздух, напускащ белите дробове (фиг. 5, а).
Ориз. 5. Движението на въздуха в дихателната система на птица: а- дъх, b- издишайте
(K1 и K2 - клапани, които променят движението на въздуха)
При издишване комуникацията на предните торбички с главния бронх се възстановява, а задните торбички се прекъсват. В резултат на това по време на издишване въздухът преминава през белия дроб на птицата в същата посока, както по време на вдишване (фиг. 5, b). По време на дишането се променят само обемите на въздушните торбички, докато обемът на белия дроб остава почти постоянен. Става ясно защо в белите дробове на птиците няма повърхностно активни вещества: те са просто безполезни там, защото. няма нужда да надуваш белите дробове.
Някои организми използват въздуха не само за дишане. Тялото на рибата буфер, която живее в Индийския океан и Средиземно море, е осеяно с множество игли - видоизменени люспи. В спокойно състояние иглите са повече или по-малко плътно прикрепени към тялото. В случай на опасност, пуфът се втурва към повърхността на водата и, като поема въздух в червата, се превръща в подута топка. В този случай иглите се издигат и стърчат във всички посоки. Рибата се държи на самата повърхност на водата, като се преобръща с корема си нагоре, а част от тялото й стърчи над водата. В това положение рибата буфер е защитена от хищници както отдолу, така и отгоре. Когато опасността отмине, рибата духа изпуска въздух и тялото й придобива обичайния си размер.
Въздушната обвивка на Земята (атмосферата) се задържа близо до Земята благодарение на силите на привличане и оказва натиск върху всички тела, с които влиза в контакт. Човешкото тяло е адаптирано към атмосферното налягане и не понася неговото намаляване. При изкачване на планини (4000 м, а понякога и по-ниски) много хора се чувстват зле, появяват се пристъпи на „планинска болест“: става трудно да се диша, кръвта често кърви от ушите и носа, възможна е загуба на съзнание. Тъй като ставните повърхности са плътно прилепени една към друга (в ставната торба, покриваща ставите, налягането е намалено) поради атмосферното налягане, тогава високо в планините, където атмосферното налягане е значително намалено, действието на ставите е нарушено, ръцете и краката не се „подчиняват“ добре, лесно възникват размествания. Алпинисти и пилоти, изкачвайки се на големи височини, вземат със себе си кислородни устройства и специално тренират преди изкачване.
Специалната програма за обучение на космонавтите включва задължително обучение в барокамера, която представлява херметически затворена стоманена камера, свързана с мощна помпа, която създава повишено или понижено налягане в нея. В съвременната медицина барокамерата се използва при лечението на много заболявания. В камерата се подава чист кислород и се създава високо налягане. Поради дифузията на кислорода през кожата и белите дробове, напрежението му в тъканите се увеличава значително. Този метод на лечение е много ефективен например при инфекции на рани (газова гангрена), причинени от анаеробни микроорганизми, за които кислородът е силна отрова.
На височините, на които летят съвременните космически кораби, практически няма въздух, така че кабините на корабите са херметични и в тях се създават и поддържат нормално налягане и състав на въздуха, влажност и температура. Нарушаването на херметичността на кабината води до трагични последици.
Космическият кораб "Союз-11" с трима космонавти на борда (Г. Доброволски, В. Волков, В. Пацаев) е изстрелян в ниска околоземна орбита на 6 юни 1971 г., а на 30 юни при завръщането си на Земята екипажът загива като резултат от разхерметизиране на спускаемия апарат след отделяне на отсеците на височина 150 km.
Някои факти за дишането
Човекът диша ритмично. Новородено дете прави дихателни движения 60 пъти за 1 минута, петгодишно дете - 25 пъти за 1 минута, на 15-16 години дихателната честота намалява до 16-18 за 1 минута и остава такава до дълбока старост, когато отново зачестява.
При някои животни честотата на дишане е много по-ниска: кондорът прави едно дихателно движение за 10 секунди, а хамелеонът - за 30 минути. Белите дробове на хамелеона са свързани със специални торбички, в които той всмуква въздух и в същото време се надува силно. Ниската честота на дишане позволява на хамелеона да не открива присъствието си дълго време.
В покой и при нормална температура човек изразходва около 250 мл кислород на минута, 15 литра на час и 360 литра на ден. Количеството консумиран кислород в покой не е постоянно - през деня е повече, отколкото през нощта, дори ако човек спи през деня. Вероятно това е проява на ежедневните ритми в живота на организма. Легнал човек изразходва около 15 литра кислород на час, докато стои - 20 литра, докато върви спокойно - 50 литра, докато върви със скорост 5 км / ч - 150 литра.
При атмосферно налягане човек може да диша чист кислород за около един ден, след което настъпва пневмония, завършваща със смърт. При налягане от 2-3 atm човек може да диша чист кислород за не повече от 2 часа, след което има нарушение на координацията на движенията, вниманието, паметта.
Нормално за 1 минута през белите дробове преминават 7-9 литра въздух, а при трениран бегач около 200 литра.
Вътрешните органи по време на интензивна работа изискват повишено снабдяване с кислород. При усилена дейност потреблението на кислород от сърцето се увеличава 2 пъти, от черния дроб - 4 пъти, от бъбреците - 10 пъти.
С всяко вдишване човек извършва работа, достатъчна за повдигане на товар от 1 кг на височина 8 см. Използвайки извършената работа в рамките на 1 час, би било възможно да се вдигне този товар на височина 86 м, а през нощта - до 690 м.
Известно е, че дихателният център се възбужда от повишаване на концентрацията на въглероден диоксид в кръвта. Ако концентрацията на въглероден диоксид в кръвта е намалена, човек може да не диша по-дълго време от обикновено. Това може да се постигне чрез бързо дишане. Подобна техника използват и водолазите, а опитни ловци на перли могат да останат под водата 5-7 минути.
Прахът е навсякъде. Дори на върха на Алпите 1 ml въздух съдържа около 200 прахови частици. Същият обем градски въздух съдържа повече от 500 000 прахови частици. Вятърът носи прах на много големи разстояния: например прах от Сахара е открит в Норвегия, а вулканичен прах от островите на Индонезия е открит в Европа. Праховите частици се улавят в дихателната система и могат да доведат до различни заболявания.
В Токио, където на всеки жител се падат 40 см2 улична площ, полицаите работят с кислородни маски. В Париж бяха поставени кабини за чист въздух за случайни минувачи. Патолозите разпознават парижани при аутопсия по черните им бели дробове. В Лос Анджелис са поставени пластмасови палми на улицата, тъй като живите умират поради високото замърсяване на въздуха.
Следва продължение
* Това се отнася до парциалното налягане на кислорода във въздуха, при което той е в равновесие с кислорода, разтворен в кръвта или друга среда, наричано също напрежение на кислорода в тази среда.
Физиология на дишането 1.
1. Есенция на дъха. Механизъм на вдишване и издишване.
2. Появата на отрицателно налягане в перипулмоналното пространство. Пневмоторакс, ателектаза.
3. Видове дишане.
4. Жизнен капацитет на белите дробове и тяхната вентилация.
н 1. Есенция на дъха. Механизъм на вдишване и издишване.
n Съвкупността от процеси, които осигуряват обмена на кислород и въглероден диоксид между външната среда и тъканите на тялото, се нарича дъх , и съвкупността от органи, които осигуряват дишането - дихателната система.
н Видове дишане:
n Клетъчен – при едноклетъчните организми през цялата повърхност на клетката.
n Кожни - при многоклетъчните организми (червеи) през цялата повърхност на тялото.
n Трахеален - при насекомите чрез специални трахеи, които минават по страничната повърхност на тялото.
n Хриле - при рибите през хрилете.
n Белодробна – при земноводните през белите дробове.
n При бозайниците чрез специализирани дихателни органи: назофаринкс, ларинкс, трахея, бронхи, бял дроб, както и гръдния кош, диафрагмата и мускулната група: инспиратори и експиратори.
n Бели дробове (0,6-1,4% от телесното тегло) - сдвоени органи, имат дялове (вдясно - 3, вляво - 2), разделящи се на лобули (всеки с 12-20 ацини), бронхите се разклоняват в бронхиоли, завършват с алвеоли .
n Морфологична и функционална единица на белия дроб - ацинус (лат. acinus - гроздови зрънца)- разклоняване на дихателните бронхиоли в алвеоларни проходи, завършващи с 400-600 алвеоларни торбички.
n Алвеолите са пълни с въздух и не колабират поради наличието на повърхностно активни вещества по стените им - повърхностноактивни вещества (фосфолипопротеини или липополизахариди).
н Етапи на дишане:
н а) белодробна вентилация - газообмен между белите дробове и околната среда;
n б) обмяната на газове в белите дробове между алвеоларния въздух и капилярите на белодробната циркулация;
n в) транспорт на O2 и CO2 по кръвен път;
n d) обмен на газове между кръвта на капилярите на системното кръвообращение и тъканната течност;
n д) вътреклетъчно дишане - многоетапен ензимен процес на окисляване на субстрати в клетките.
n Основният физичен процес, който осигурява движението на O2 от външната среда към клетките и CO2 в обратна посока е дифузия , т.е. движението на газ под формата на разтворено вещество по градиенти на концентрация.
н Вдишване - вдъхновение .
n Движението на въздух към и от белите дробове в околната среда се причинява от промени в налягането в белите дробове. Когато белите дробове се разширят, налягането в тях става по-ниско от атмосферното (с 5-8 mm Hg) и въздухът се засмуква в белите дробове. Самите бели дробове нямат мускулна тъкан. Промяната в обема на белия дроб зависи от промяната в обема на гръдния кош, т.е. белите дробове пасивно следват промените в гръдния кош. При вдишване гръдният кош се разширява във вертикална, сагитална и фронтална посока. Със свиването на инспираторните мускули (инхалаторите) - външните интеркостални и диафрагмата, ребрата се издигат нагоре, докато гръдният кош се разширява. Диафрагмата придобива конична форма. Всичко това допринася за намаляване на налягането в белите дробове и поемането на въздух. Дебелината на алвеолите е малка, така че газовете лесно дифундират през стената на алвеолите.
н Издишване - издишване .
n При издишване инспираторните мускули се отпускат и гръдният кош, поради своята тежест и еластичност на ребрените хрущяли, се връща в първоначалното си положение. Диафрагмата се отпуска, има куполообразна форма. По този начин, в покой, издишването се случва пасивно, поради края на вдъхновението.
n При форсирано дишане издишването става активно - усилва се чрез свиване на експираторните мускули (издишвачи) - вътрешни междуребрени мускули, коремни мускули - външен и вътрешен наклонен, напречен и прав коремен, гръбначно назъбен експираторен. Налягането в коремната кухина се увеличава, което избутва диафрагмата в гръдната кухина, ребрата се спускат, приближават се едно към друго, което намалява обема на гръдния кош.
n Когато белите дробове се свиват, въздухът се изтласква, налягането в тях става по-високо от атмосферното (с 3-4 mm Hg).
н 2. Появата на отрицателно налягане в перипулмоналното пространство. Пневмоторакс, ателектаза
n Белите дробове в гръдния кош са разделени от плеврални листове: висцерален - в съседство с белите дробове, париетален - покрива гръдния кош отвътре. Между листовете е плевралната кухина. Изпълнен е с плеврална течност. Налягането в плевралната кухина винаги е по-ниско от атмосферното с 4-10 mm Hg. Изкуство. (в белите дробове 760 mm Hg). Това се дължи на: 1) по-бърз растеж на гръдния кош в сравнение с белите дробове в постнаталната онтогенеза; 2) еластична тяга(еластично напрежение) на белите дробове, т.е. силата, която се противопоставя на тяхното разширяване от въздуха. Плевралната кухина е изолирана от околната среда.
n Когато въздухът навлезе в плевралната кухина (напр. при нараняване), налягането в плевралната кухина се изравнява с атмосферното налягане - пневмоторакс , докато белият дроб колабира - ателектаза и дишането може да спре.
n Отрицателното плеврално налягане се формира при раждането. При първото вдишване гръдният кош се разширява, белите дробове се изправят, тъй като са херметически разделени - образува се отрицателно налягане в плевралната кухина. При плода белите дробове са в колабирано състояние, гръдният кош е сплескан, главата на ребрата е извън гленоидната ямка. При раждането въглеродният диоксид се натрупва в кръвта на плода, възбужда дихателния център. Оттук импулсите отиват към мускулите - инспиратори, които се свиват, главите на ребрата влизат в ставните ямки. Гърдите се увеличават по обем, белите дробове се изправят.
n Връзката между обема на гръдния кош и обема на белите дробове по време на дишане обикновено се илюстрира с помощта на физически Модели Donders:
n 1. Стъклен купол,
n 2. Горна част - тапа с отвор,
n 3. Дъно - еластичен филм с пръстен,
n 4. Вътре в капачката има бели дробове на заек.
n С увеличаване на обема вътре в капачката поради разтягане на еластичния филм, налягането в кухината на капачката намалява, въздухът навлиза в белите дробове през отвора в тапата, те се разширяват и обратно.
н 3. Видове дишане.
н 1. Гръден или ребрен - промяната в обема на гръдния кош се дължи главно на междуребрените мускули (експиратори и инспиратори). Характерно за кучета и жени.
н 2. Коремна или диафрагмална - промяната в обема на гръдния кош се дължи главно на диафрагмата и коремните мускули. Типично за мъжете.
н 3. Смесени или гръдни - промяна в обема на гръдния кош настъпва еднакво със свиването на междуребрените мускули, диафрагмата и коремните мускули. Характерно за селскостопанските животни.
n Видовете дишане имат диагностична стойност: ако органите на коремната или гръдната кухина са увредени, те се променят.
н 4. Жизнен капацитет на белите дробове и тяхната вентилация.
н Жизнен капацитет (VC) се състои от 3 обема въздух, влизащ и излизащ от белите дробове по време на дишане:
н 1. дихателна - обемът на въздуха по време на тихо вдишване и издишване. При малки животни (кучета, малки животни) - 0,3-0,5 литра, при големи животни (говеда, коне) - 5-6 литра.
н 2. Допълнителен или резервен инспираторен обем– обемът въздух, който навлиза в белите дробове по време на максимално вдишване след нормално вдишване. 0,5-1 и 5-15 литра.
н 3. експираторен резервен обем– обемът на въздуха по време на максимално издишване след тихо издишване. 0,5-1 и 5-15 литра.
n VC се определя чрез измерване на максималния експираторен обем след предишното максимално вдишване чрез спирометрия. При животни се определя чрез вдишване на газова смес с високо съдържание на въглероден диоксид.
н Остатъчен обем Обемът въздух, който остава в белите дробове дори след максимално издишване.
н Въздух от "вредно" или "мъртво" пространство - обемът на въздуха, който не участва в газообмена и се намира в горната част на дихателния апарат - носната кухина, фаринкса, трахеята (20-30%).
н Значението на "вредното" пространство:
n 1) въздухът се затопля (обилно кръвоснабдяване), което предотвратява хипотермия на белите дробове;
n 2) въздухът се почиства, овлажнява (алвеоларни макрофаги, много лигавични жлези);
n 3) при дразнене на ресничките на ресничестия епител се появява кихане - рефлексно отстраняване на вредни вещества;
n 4) рецептори на обонятелния анализатор („обонятелен лабиринт“);
n 5) регулиране на обема на вдишвания въздух.
n Процесът на актуализиране на газовия състав на алвеоларния въздух по време на вдишване и издишване - белодробна вентилация .
n Интензивността на вентилацията се определя от дълбочината на вдишването и честотата на дихателните движения.
н Дълбочина на вдъхновението определя се от амплитудата на движенията на гръдния кош, както и чрез измерване на белодробните обеми.
н Честота на дишане изчислено от броя на екскурзиите на гърдите за определен период от време (4-5 пъти по-малко от пулса).
n Кон (за минута) - 8-16; говеда - 12-25; МРС - 12-16; прасе - 10-18; куче - 14-24; заек - 15-30; козина - 18-40.
н Минутен обем на дишане е произведението на дихателния обем на въздуха и честотата на дихателните движения за минута.
n Пример: кон: 5 l x 8 = 40 l
н Методи за изследване на дишането:
n 1. Пневмография– регистриране на дихателните движения с помощта на пневмограф.
n2. Спирометрия– измерване на дихателни обеми със спирометър.
Лекция 25
Физиология на дишането 2.
1. Газообмен между алвеолите и кръвта. Състоянието на кръвните газове.
2. Пренос на газове и обуславящи го фактори. тъканно дишане.
3. Белодробни функции, несвързани с газообмена.
4. Регулиране на дишането, дихателния център и неговите свойства.
5. Характеристики на дишането при птиците.
Газообмен между алвеолите и кръвта. Състоянието на кръвните газове.
В алвеолите на белите дробове O2 и CO2 се обменят между въздуха и кръвта в капилярите на белодробната циркулация.
Издишаният въздух съдържа повече O2 и по-малко CO2 от алвеоларния въздух, т.к въздухът на вредното пространство се смесва с него (7:1).
Степента на дифузия на газовете между алвеолите и кръвта се определя от чисто физичните закони, които действат в системата газ-течност, разделена от полупропусклива мембрана.
Основният фактор, определящ дифузията на газовете от въздушните алвеоли в кръвта и от кръвта в алвеолите, е разликата в парциалното налягане, или градиент на парциално налягане. Дифузията възниква от зона с по-високо парциално налягане към област с по-ниско налягане.
Газов състав на въздуха
Парциално налягане(лат. частичен – частично) - е налягането на газ в смес от газове, което той би упражнил при същата температура, заемайки един цял обем
P \u003d RA x a / 100,
където P е парциалното налягане на газа, PA е атмосферното налягане и е обемът газ, влизащ в сместа в %, 100 -%.
P O2 вдишване = 760 x 21 / 100 = 159,5 mm Hg. Изкуство.
P CO2 вдишване. \u003d 760 x 0,03 / 100 \u003d 0,23 mm Hg. Изкуство.
P N2 вдишване. \u003d 760 x 79 / 100 \u003d 600,7 mm Hg. Изкуство.
Равенство P O2 или P CO2 никога не възниква във взаимодействащи среди. В белите дробове има постоянен приток на свеж въздух поради дихателните движения на гръдния кош, докато в тъканите разликата в газовото напрежение се поддържа от окислителни процеси.
Разликата между парциалното налягане на O2 в алвеоларния въздух и венозната кръв на белите дробове е: 100 - 40 = 60 mm Hg, което причинява дифузия на O2 в кръвта. С разлика в напрежението на O2 от 1 mm Hg. Изкуство. при крава 100-200 мл О2 преминава в кръвта за 1 мин. Средната нужда на животно от O2 в покой е 2000 ml за 1 min. Разлика в налягането в 60 ml живак. Изкуство. повече от достатъчно, за да насити кръвта с O2 както в покой, така и по време на тренировка.
60 mmHg x 100-200 ml = 6000-12000 ml O2 на минута
Тестове
706-01. Гръбначните животни с трикамерно сърце, чието размножаване е тясно свързано с водата, се обединяват в клас
А) костни риби
Б) Бозайници
Б) влечуги
Г) Земноводни
Отговор
706-02. Към кой клас принадлежат животните, диаграмата на структурата на сърцето на които е показана на фигурата?
А) насекоми
Б) Хрущялни риби
Б) земноводни
Г) Птици
Отговор
706-03. Характеристиката, която отличава земноводните от рибите е
А) хладнокръвност
Б) структурата на сърцето
Б) развитие във вода
Г) затворена кръвоносна система
Отговор
706-04. Земноводните се различават от рибите по това, че имат
А) мозъкът
Б) затворена кръвоносна система
В) сдвоени бели дробове при възрастни
Г) сетивни органи
Отговор
706-05. Кой признак от изброените отличава повечето животни от клас Земноводни от бозайниците?
Б) външно торене
Б) полово размножаване
Г) използване за обитаване на водната среда
Отговор
706-06. Влечугите в процеса на еволюцията са придобили, за разлика от земноводните,
А) затворена кръвоносна система
Б) висока плодовитост
Б) голямо яйце с ембрионални мембрани
Г) трикамерно сърце
Отговор
706-07. Ако в процеса на еволюцията животното е образувало сърце, показано на фигурата, тогава дихателните органи на животното трябва да бъдат 
А) белите дробове
Б) кожа
Б) белодробни торбички
Г) хриле
Отговор
706-08. При коя група животни размножаването не зависи от водата?
А) нечерепни (ланцети)
Б) костни риби
Б) земноводни
Г) влечуги
Отговор
706-09. При кои животни развитието на ембриона завършва в яйцето?
А) костни риби
Б) опашати земноводни
Б) безопашати земноводни
Г) влечуги
Отговор
706-10. Гръбначните животни с трикамерно сърце, чието размножаване не е свързано с вода, се обединяват в клас
А) костни риби
Б) Бозайници
Б) влечуги
Г) Земноводни
Отговор
706-11. Гръбначните животни с нестабилна телесна температура, белодробно дишане, трикамерно сърце с непълна преграда във вентрикула се класифицират като
А) костни риби
Б) земноводни
Б) влечуги
Г) хрущялни риби
Отговор
706-12. Влечугите, за разлика от земноводните, са склонни
А) външно торене
Б) вътрешно оплождане
В) развитие с образуване на ларва
Г) разделяне на тялото на глава, туловище и опашка
Отговор
706-13. Кое от следните животни е студенокръвно?
А) гущер
Б) Амурски тигър
Б) степна лисица
Г) обикновен вълк
Отговор
706-14. Към кой клас принадлежат животните със суха кожа с рогови люспи и трикамерно сърце с непълна преграда?
А) влечуги
Б) Бозайници
Б) земноводни
Г) Птици
Отговор
706-15. Птиците се различават от влечугите по това, че имат
А) вътрешно оплождане
Б) централна нервна система
Б) два кръга на кръвообращението
Г) постоянна телесна температура
Отговор
706-15. Коя структурна характеристика е сходна при съвременните влечуги и птици?
А) кости, пълни с въздух
Б) суха кожа, лишена от жлези
Б) каудална област в гръбначния стълб
Г) малки зъби в челюстите
Отговор
706-16. При кое животно обменът на газ между атмосферния въздух и кръвта се осъществява през кожата?
А) косатка
Б) тритон
Б) крокодил
Г) розова сьомга
Отговор
706-17. Коя група животни има двукамерно сърце?
Риба
Б) земноводни
Б) влечуги
Г) бозайници
Отговор
706-18. Развитието на бебето в матката става през
А) хищни птици
Б) влечуги
Б) земноводни
Г) бозайници
Отговор
706-19. Кой клас хордови се характеризира с кожно дишане?
А) земноводни
Б) Влечуги
Б) птици
Г) Бозайници
Отговор
706-20. Знак на класа земноводни е
А) хитиново покритие
Б) гола кожа
Б) живо раждане
Г) сдвоени крайници
Отговор
706-21. По какво се различават членовете на клас Земноводни от другите гръбначни?
А) гръбначен стълб и свободни крайници
Б) белодробно дишане и наличие на клоака
В) оголена лигавица и външно оплождане
Г) затворена кръвоносна система и двукамерно сърце
Отговор
706-22. Кой признак от изброените отличава животните от клас Влечуги от животните от клас Бозайници?
А) затворена кръвоносна система
Б) променлива телесна температура
В) развитие без трансформация
Г) използване на земно-въздушната среда за обитаване
Какво е обмен на газ? Почти никое живо същество не може без него. Газообменът в белите дробове и тъканите, както и в кръвта, спомага за насищането на клетките с хранителни вещества. Благодарение на него получаваме енергия и жизненост.
Какво е обмен на газ?
Живите организми се нуждаят от въздух, за да съществуват. Това е смес от много газове, основната част от които са кислород и азот. И двата газа са основни компоненти за нормалното функциониране на организмите.
В хода на еволюцията различните видове са развили свои собствени приспособления за набавянето им, някои са развили бели дробове, други имат хриле, а трети използват само кожата. Тези органи се използват за обмен на газ.
Какво е обмен на газ? Това е процес на взаимодействие между външната среда и живите клетки, по време на който се извършва обмен на кислород и въглероден диоксид. По време на дишането кислородът навлиза в тялото заедно с въздуха. Насищайки всички клетки и тъкани, той участва в окислителната реакция, превръщайки се във въглероден диоксид, който се отделя от тялото заедно с други метаболитни продукти.
Газообмен в белите дробове
Всеки ден вдишваме повече от 12 килограма въздух. За това ни помагат белите дробове. Те са най-обемистият орган, способен да поеме до 3 литра въздух при едно пълно дълбоко вдишване. Обменът на газ в белите дробове се осъществява с помощта на алвеоли - множество мехурчета, които са преплетени с кръвоносни съдове.
Въздухът навлиза в тях през горните дихателни пътища, преминавайки през трахеята и бронхите. Капилярите, свързани с алвеолите, поемат въздух и го пренасят през кръвоносната система. В същото време те дават на алвеолите въглероден диоксид, който напуска тялото с издишване.
Процесът на обмен между алвеолите и кръвоносните съдове се нарича двустранна дифузия. Това се случва само за няколко секунди и се осъществява благодарение на разликата в налягането. При атмосферен въздух, наситен с кислород, той е по-голям, така че се втурва към капилярите. Въглеродният диоксид има по-малко налягане, поради което се изтласква в алвеолите.
Тираж
Без кръвоносната система газообменът в белите дробове и тъканите би бил невъзможен. Нашето тяло е пронизано от много кръвоносни съдове с различна дължина и диаметър. Те са представени от артерии, вени, капиляри, венули и др. Кръвта циркулира непрекъснато в съдовете, улеснявайки обмена на газове и вещества.
Газообменът в кръвта се осъществява с помощта на два кръга на кръвообращението. При дишане въздухът започва да се движи в голям кръг. В кръвта той се пренася чрез свързване към специален протеин, наречен хемоглобин, който се намира в червените кръвни клетки.
От алвеолите въздухът навлиза в капилярите и след това в артериите, насочвайки се право към сърцето. В тялото ни той играе ролята на мощна помпа, изпомпваща наситена с кислород кръв към тъканите и клетките. Те от своя страна дават кръв, пълна с въглероден диоксид, насочвайки я през венулите и вените обратно към сърцето.
Преминавайки през дясното предсърдие, венозната кръв завършва голям кръг. Тя започва в дясната камера.През нея кръвта се дестилира в. Тя се движи през артериите, артериолите и капилярите, където обменя въздух с алвеолите, за да започне цикъла отначало.
Тъканен метаболизъм
И така, ние знаем какъв е газообменът на белите дробове и кръвта. И двете системи пренасят газове и ги обменят. Но ключовата роля принадлежи на тъканите. Те са основните процеси, които променят химичния състав на въздуха.
Насища клетките с кислород, което предизвиква редица окислително-възстановителни реакции в тях. В биологията те се наричат цикъл на Кребс. За тяхното изпълнение са необходими ензими, които също идват с кръвта.
По време на образуването на лимонена, оцетна и други киселини, продукти за окисляване на мазнини, аминокиселини и глюкоза. Това е един от най-важните етапи, които съпътстват газообмена в тъканите. По време на протичането му се освобождава енергията, необходима за работата на всички органи и системи на тялото.
Кислородът се използва активно за осъществяване на реакцията. Постепенно се окислява, превръщайки се във въглероден диоксид - CO 2, който се освобождава от клетките и тъканите в кръвта, след това в белите дробове и атмосферата.
Газообмен при животните
Структурата на тялото и органните системи при много животни варира значително. Бозайниците са най-сходни с хората. Малките животни, като планариите, нямат сложни метаболитни системи. Те използват външната си покривка за дишане.
Земноводните използват кожата, устата и белите си дробове за дишане. При повечето животни, живеещи във вода, обменът на газ се извършва с помощта на хрилете. Те представляват тънки пластини, свързани с капиляри и транспортиращи кислорода от водата в тях.
Членестоногите, като стоножки, дървесни въшки, паяци, насекоми, нямат бели дробове. Те имат трахеи по цялото си тяло, които насочват въздуха директно към клетките. Такава система им позволява да се движат бързо, без да изпитват задух и умора, тъй като процесът на генериране на енергия е по-бърз.
Растителен газообмен
За разлика от животните, при растенията газообменът в тъканите включва консумация както на кислород, така и на въглероден диоксид. Те консумират кислород в процеса на дишане. Растенията нямат специални органи за това, така че въздухът навлиза в тях през всички части на тялото.
По правило листата имат най-голяма площ и основното количество въздух пада върху тях. Кислородът влиза в тях през малки отвори между клетките, наречени устица, обработва се и се отделя вече под формата на въглероден диоксид, както при животните.
Отличителна черта на растенията е способността за фотосинтеза. Така те могат да превърнат неорганичните компоненти в органични с помощта на светлина и ензими. По време на фотосинтезата въглеродният диоксид се абсорбира и се произвежда кислород, така че растенията са истински „фабрики“ за обогатяване на въздуха.
Особености
Газообменът е една от най-важните функции на всеки жив организъм. Осъществява се с помощта на дишането и кръвообращението, като допринася за освобождаването на енергия и метаболизма. Характеристиките на газообмена са, че той не винаги протича по един и същи начин.
На първо място, без дишане е невъзможно, спирането му за 4 минути може да доведе до разрушаване на мозъчните клетки. В резултат на това организмът умира. Има много заболявания, при които има нарушение на газообмена. Тъканите не получават достатъчно кислород, което забавя тяхното развитие и функциониране.
Неравномерен газообмен се наблюдава и при здрави хора. Увеличава се значително при повишена мускулна работа. Само за шест минути той достига максимална мощност и се придържа към нея. Въпреки това, когато натоварването се увеличи, количеството кислород може да започне да се увеличава, което също ще се отрази неблагоприятно на благосъстоянието на тялото.