Лекция 7. Дыхательная система человека

Строение органов дыхания

Источником энергии в организме человека являются органические вещества. В клетках происходит их бескислородное окисление (гликолиз) и кислородное окисление (дыхание), которое сопровождается потреблением кислорода, выделением углекислого газа и энергии. Различают внешнее (легочное) дыхание, при котором происходит газообмен между атмосферным воздухом и воздухом альвеол, и тканевое, или внутреннее дыхание, связанное с потреблением кислорода митохондриями выделением углекислого газа.

Рис. 205. Дыхательные пути:
1 — носовые ходы; 2 — носоглотка; 3 — гортань; 4 — трахея.

К дыхательной системе относят дыхательные пути и легкие. Дыхательные пути представлены носовыми полостями, носоглоткой, гортанью, трахеей и бронхами.

Хрящевая перегородка разделяет носовые полости, в каждой три носовых хода (рис. 205). Здесь воздух согревается кровью, протекающей по многочисленным капиллярам, увлажняется и частично очищается от пыли и микроорганизмов, анализируется с помощью обонятельного анализатора, ресничный эпителий способствует продвижению слизи к носоглотке. Затем через хоаны воздух попадает в носоглотку, в ротовую часть глотки и гортань. Гортань проводит воздух и функционирует как голосовой аппарат. Имеет парные и три непарных (щитовидный, надгортанник и перстневидный) хряща. В средней части гортани располагаются две пары складок, образующих голосовые связки, натянутые между щитовидным и черпаловидными хрящами.

При дыхании голосовая щель открыта, при глотании надгортанник закрывает вход в гортань. Внизу гортань переходит в трахею. Трахея — мышечная трубка с хрящевыми полукольцами, длиной 10-15 см. Снизу делится на два бронха, последние в легких образуют бронхиальные деревья, состоящие из бронхиол.

Рис. 207. Легкие человека:
1 — правое легкое; 2 — плевральная полость.

Рис. 206. Ацинус:
1 — концевая бронхиола; 2 — респираторные бронхиолы; 3 — альвеолярные ходы; 4 — альвеолы.

Легкие располагаются в грудной полости, правое состоит из трех, левое легкое — из двух долей. Морфологической и функциональной единицей легкого является ацинус — система разветвления одной концевой бронхиолы (рис. 206). По бронхиолам воздух проникает в альвеолярные ходы и в альвеолы. Внутренняя поверхность альвеол покрыта сурфактантом, бактерицидной пленкой, которая к тому же препятствует слипанию альвеол. Число альвеол достигает 700 млн., общая их поверхность до 120 м2. Каждое легкое погружено в серозный мешок. Он образован внутренним, висцеральным листком, покрывающим легкое и наружным — париетальным, срастающимся со стенкой грудной полости. Между ними плевральная полость с давлением ниже атмосферного и серозной жидкостью (рис. 207). Если принять атмосферное давление за нулевое, то при вдохе давление в плевральной полости равно — 9 мм рт. ст., при выдохе — 4 мм рт. ст. Если при ранении давление в плевральной полости становится равным атмосферному, легкое перестает растягиваться при вдохе, это явление называется пневмотораксом.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ)

Вдох вызывается сокращением дыхательных мышц — наружных межреберных и диафрагмы, при этом грудная клетка поднимается, диафрагма уплощается. При выдохе наружные межреберные мышцы расслабляются, и грудная клетка опускается. Органы брюшной полости давят на диафрагму, она приподнимается, объем грудной полости уменьшается. При глубоком выдохе сокращаются внутренние межреберные мышцы и мышцы живота.

Рис. 208. Определение жизненной емкости легких.

Жизненная емкость легких — максимальное количество воздуха, которое может выдохнуть человек после самого глубокого вдоха. Слагается из дыхательного, дополнительного, резервного объемов воздуха. Дыхательный объем — количество воздуха, которое вдыхается и выдыхается при спокойном дыхании. Объем воздуха, который челом может вдохнуть после спокойного вдоха, называется дополнительным. Объем воздуха, который человек может выдохнуть после спокойного выдоха, называется резервным (рис. 208). В дыхательных путях всегда остается остаточный объем, объем воздуха, который человек не может выдохнуть (около 1000 см³).

Дыхательное мертвое пространство — объем дыхательных путей, в котором не происходит газообмена. Измеряется жизненная емкость легких с помощью спирометра.

Газообмен в легких и тканях

Во время вдоха поступающий в легкие воздух смешивается с воздухом, уже находившимся в дыхательных путях после выдоха, т.к. даже альвеолы полностью не спадаются при выдохе. Содержание газов во вдыхаемом, и выдыхаемом воздухе (в %).

Таблица 4.

Газообмен в легких и тканях подчиняется законам движения газов в соответствии с их парциальным давлением. Парциальное давление — давление газа, которое приходится на его долю от общего давления смеси газов. В альвеолах парциальное давление кислорода 100 мм рт. ст., в венозной крови — 40 мм рт. ст., кислород переходит из альвеолярного воздуха в кровь. Парциальное давление углекислого газа выше в венозной крови (46 мм рт. ст.), чем в альвеолярном воздухе (40 мм рт. ст.) и он диффундирует в альвеолы.

Кислород в крови находится в растворенном состоянии (менее 1%), и в соединении с Hb (99%) в форме оксигемоглобина Hb(О₂)₄.

Около 10% углекислого газа транспортируется в форме карбгемоглобина НbСО₂; большая часть растворяется в воде и образует Н₂СО₃, которая реагирует с солями К⁺ и Na⁺, превращаясь в гидрокарбонаты. В составе КНСО₃ эритроцитов (меньшая часть) и NaНСО₃ плазмы (большая часть) углекислый газ транспортируется к легким.

Регуляция дыхания

Глубина и частота дыхания зависит от потребностей организма в кислороде, от содержания в крови углекислого газа. Приспособление дыхательной системы к запросам организма осуществляется с помощью нервной и гуморальной регуляции.

Нервная регуляция осуществляется дыхательным центром продолговатого мозга, в котором различают отдел вдоха и отдел выдоха. Отделу вдоха свойственна автоматия, раз в 4 с здесь возникает возбуждение, которое проводится к дыхательным мышцам, происходит вдох. При растяжении альвеол происходит возбуждение рецепторов в их стенках, возбуждение проводится по блуждающему нерву к центру выдоха и тормозится центр вдоха. Происходит выдох, стенки альвеол спадаются, происходит возбуждение рецепторов на сжатие, от которых импульсы проводятся в центр вдоха и начинается вдох. Таким образом, вдох рефлекторно вызывает выдох, а выдох — вдох. На дыхательные движения оказывает влияние и кора больших полушарий, человек может сознательно изменять частоту и глубину дыхательных движений.

К защитным дыхательным рефлексам относятся чихание и кашель. При раздражении рецепторов носовой полости или гортани возбуждение по чувствительным нейронам проводится в дыхательный центр продолговатого мозга, анализируется и по двигательным нейронам проводится к дыхательным мышцам, происходит чихание или кашель и раздражающие вещества удаляются из организма.

Гуморальная регуляция. Дыхательный центр чрезвычайно чувствителен к концентрации углекислого газа в крови, при увеличении концентрации углекислого газа дыхание становится более глубоким и частым. Кроме того, в стенках аорты находятся хеморецепторы, реагирующие на концентрацию кислорода. При понижении концентрации кислорода в крови частота и глубина дыхательных движений увеличивается.

Автор: Пименов Анатолий Валентинович.
(Учитель биологии МОУ «Физико-технический лицей №1», г. Саратов)