Дыхательная система
Дыхательная система обеспечивает организм кислородом и удаляет углекислый газ. В ней происходят проведение воздуха, газообмен между воздухом и кровью, а затем транспорт газов кровью к клеткам и от клеток.
Органы дыхания и путь воздуха
Дыхательная система состоит из воздухоносных путей и лёгких. К воздухоносным путям относятся носовая полость, глотка, гортань, трахея и бронхи. Лёгкие находятся в грудной клетке и окружены плеврой. Устройство органов дыхания связано с их функциями: воздух очищается, согревается и увлажняется до того, как попадёт в лёгкие.
- В носовой полости воздух очищается от пыли волосками и слизью, согревается и увлажняется.
- Через глотку и гортань воздух поступает в трахею.
- Трахея делится на два главных бронха, которые входят в правое и левое лёгкое.
- В лёгких бронхи разветвляются на бронхиолы, заканчивающиеся альвеолами.
Системы органов работают согласованно: дыхательная система доставляет кислород в кровь, а круги кровообращения обеспечивают его перенос между лёгкими и тканями. При движении крови по кровеносным сосудам газы перемещаются благодаря разности их концентраций и соединению с веществами крови.
Совокупность органов, которые обеспечивают поступление воздуха в организм, газообмен и удаление углекислого газа.
Лёгкие и газообмен
Лёгкие — парные органы, состоящие из долей и пронизанные разветвлениями бронхов и кровеносных сосудов. На концах бронхиол расположены миллионы пузырьков — альвеол. Их стенки очень тонкие, влажные и окружены густой сетью капилляров. Большая общая площадь альвеол ускоряет обмен газами.
Газообмен происходит диффузией: молекулы перемещаются из области, где их концентрация выше, в область, где она ниже. В альвеолах кислорода больше, чем в венозной крови, поэтому кислород переходит в кровь. Углекислого газа больше в венозной крови, поэтому он переходит из крови в альвеолярный воздух и удаляется при выдохе.
Направление диффузии газа определяется разностью его концентраций: газ движется из среды с большей концентрацией в среду с меньшей концентрацией. Тонкая влажная стенка альвеолы и капилляра облегчает этот процесс.
| Участок | Кислород | Углекислый газ |
|---|---|---|
| Альвеолярный воздух | Переходит в кровь | Переходит из крови |
| Венозная кровь | Получает из альвеол | Отдаёт в альвеолы |
| Тканевая жидкость и клетки | Получают из крови | Отдают в кровь |
Почему кислород переходит из альвеол в кровь?
Вдох и выдох
Дыхательные движения обеспечивают вентиляцию лёгких — обновление воздуха в альвеолах. Лёгкие сами не имеют мышц и следуют за движениями грудной клетки благодаря плевре. Основные дыхательные мышцы — диафрагма и наружные межрёберные мышцы.
| Фаза | Работа мышц | Объём грудной клетки | Давление в лёгких |
|---|---|---|---|
| Вдох | Диафрагма сокращается и опускается; рёбра поднимаются | Увеличивается | Понижается, воздух входит |
| Выдох | Мышцы расслабляются; диафрагма поднимается | Уменьшается | Повышается, воздух выходит |
При неизменной температуре давление газа обратно пропорционально его объёму. Поэтому увеличение объёма грудной клетки приводит к уменьшению давления в лёгких, и атмосферный воздух входит внутрь. При уменьшении объёма давление повышается, и воздух выходит.
Поступление воздуха в лёгкие и его удаление из лёгких благодаря чередованию вдоха и выдоха.
Почему при спокойном вдохе воздух входит в лёгкие? Сначала диафрагма сокращается и опускается. Объём грудной клетки и лёгких увеличивается. По закону \(pV=\text{const}\) давление в лёгких уменьшается. Атмосферное давление становится больше давления в лёгких, поэтому воздух движется внутрь. При выдохе происходит обратная последовательность.
Перенос газов кровью
После газообмена кислород связывается главным образом с гемоглобином эритроцитов и образует оксигемоглобин. В тканях, где кислорода мало, соединение распадается, и кислород поступает в клетки. Углекислый газ переносится кровью в растворённом виде, в соединении с гемоглобином и главным образом в составе гидрокарбонат-ионов. Подробно этот процесс рассматривает страница Транспорт газов в организме.
Клетки используют кислород в клеточном дыхании для получения энергии из органических веществ. Образовавшийся углекислый газ поступает в кровь, переносится к лёгким и удаляется с выдохом. Поэтому дыхание организма нельзя сводить только к движению воздуха: оно связано с работой сердца и обменом веществ в клетках.
Не путайте вдох с газообменом: вдох — движение воздуха в лёгкие, а газообмен — переход кислорода и углекислого газа через стенки альвеол и капилляров. Не говорите, что лёгкие сами «накачивают» воздух: их объём изменяется вслед за грудной клеткой. Также неверно считать, что весь кислород переносится только в плазме: основная его часть связана с гемоглобином.
Если в условии описаны диафрагма, рёбра, объём грудной клетки и давление, определяйте фазу дыхания по цепочке: мышцы → объём → давление → направление движения воздуха.
Быстрая проверка
Проверь себя
Главное
- Воздух проходит путь: носовая полость → глотка → гортань → трахея → бронхи → бронхиолы → альвеолы.
- В альвеолах кислород диффундирует в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолярный воздух.
- Вдох происходит при увеличении объёма грудной клетки и снижении давления в лёгких; выдох — при обратных изменениях.
- Кислород переносится главным образом гемоглобином, а углекислый газ возвращается к лёгким для удаления.
- Дыхательная система действует совместно с кровеносной системой и клеточным обменом веществ.