Сайт для учителей

"

и учеников

Новый взгляд на преподавание биологии


Дыхательная система — скомпонованный урок.

Значение дыхания

Система органов дыхания человека, modernbiology.ru

Без воздуха человек может продержаться всего несколько минут, так как запас воздуха ограничен объемом лёгких. Благодаря вентиляции лёгких в них поддерживается более или менее постоянный газовый состав, который необходим для поступления в кровь кислорода и удаления из крови углекислого газа, других газообразных продуктов распада, а также паров воды. Функция ткани нарушается, если прекращается распад и окисление органических веществ, энергия перестает выделяться, и клетки, лишенные энергетического обеспечения, погибают. Дыханием называют обмен газов между клетками и окружающей средой. У человека газообмен состоит из четырех этапов:

  • обмен газов между воздушной средой и лёгкими,
  • газов между лёгкими и кровью,
  • транспортировка газов кровью,
  • газообмен в тканях.

Система органов дыхания выполняет лишь первую часть газообмена. Остальное выполняет система органов кровообращения, между дыхательной и кровеносной системами существует глубокая взаимосвязь. Различают лёгочное дыхание, обеспечивающее газообмен между воздухом и кровью, и тканевое дыхание, осуществляющее газообмен между кровью и клетками тканей. Кроме обеспечения газообмена, органы дыхания выполняют еще две важные функции: участвуют в теплорегуляции и голосообразовании. При дыхании с поверхности лёгких испаряется вода, что ведет к охлаждению крови и всего организма. Кроме того, лёгкие создают воздушные потоки, приводящие в колебание голосовые связки гортани.

Строение и функции органов дыхания

Органы, которые подводят воздух к альвеолам лёгких, называются дыхательными путями. Верхние дыхательные пути:

  • носовая полость,
  • ротовая полость,
  • носоглотка,
  • глотка.

Нижние дыхательные пути:

  • гортань,
  • трахея,
  • бронхи.

Бронхи многократно ветвятся, образуя бронхиальное дерево. По ним воздух достигает альвеол, где и происходит газообмен. Каждое из лёгких занимает герметически замкнутую часть грудной полости. Между ними расположено сердце. Лёгкие покрыты оболочкой, которая называется лёгочной плеврой.

Носовая полость

Носовая полость состоит из нескольких извилистых ходов, разделенных сплошной перегородкой на левую и правую части. Внутренняя поверхность носовой полости выстлана мерцательным эпителием, который выделяет слизь, увлажняющую поступающий воздух и задерживающий пыль. В слизи содержатся вещества, уничтожающие микроорганизмы. Реснички изгоняют слизь из носовой полости. В стенках носовой полости проходит густая сеть кровеносных сосудов. Горячая артериальная кровь движется в них навстречу вдыхаемому холодному воздуху и согревает его. На верхней стенке носовой полости много фагоцитов, лимфоцитов, а также антител.

В задней части носовой полости находятся обонятельные клетки, воспринимающие запахи. Появление резкого запаха ведет к рефлекторной задержке дыхания. Таким образом, верхние дыхательные пути выполняют важные функции: согревания, увлажнения и очищения воздуха, а также защиты организма от вредных воздействий через воздух. Из носовой полости воздух попадает в носоглотку, а затем в глотку, с которой сообщается и ротовая полость. Поэтому человек может дышать и носом и ртом. При дыхании носом воздух в носовой полости прогревается, очищается от пыли и частично обеззараживается, чего не происходит при дыхании ртом. Но через рот дышать легче, и потому уставшие люди инстинктивно дышат через рот. Из глотки воздух попадает в гортань.

Гортань - орган голосообразования

Гортань – орган голосообразования. Вход в трахею начинается через гортань. Она представляет собой широкую трубку, суженную посередине и напоминающую песочные часы. Гортань состоит из хрящей. Спереди и с боков ее прикрывает щитовидный хрящ. У мужчин он несколько выступает вперед, образуя кадык. В узкой части гортани находятся голосовые связки. Их две пары, но в голосообразовании участвует лишь одна, нижняя пара. Связки могут сближаться и натягиваться, то есть изменять форму щели, которая образуется между ними. Когда человек спокойно дышит, связки разведены. При глубоком дыхании они разводятся еще дальше, при пении и речи они смыкаются, остается лишь узкая щель, края которой вибрируют. Они-то и являются источником звуковых колебаний, от которых зависит высота голоса. У мужчин связки длиннее и толще, их звуковые колебания ниже по частоте, поэтому и мужской голос более низкий. У детей и женщин связки тоньше и короче, а потому их голос более высокий.

Звуки, образующиеся в гортани, усиливаются резонаторами – околоносовыми пазухами – полостями, находящимися в лицевых костях, заполненных воздухом. Под влиянием воздушной струи стенки этих полостей немного вибрируют, вследствие чего звук усиливается и приобретает дополнительные оттенки. Они определяют тембр голоса. Звуки, издаваемые голосовыми связками, еще не речь. Членораздельные звуки речи формируются в ротовой и носовой полостях в зависимости от положения языка, губ, челюстей и распределения звуковых потоков. Работа перечисленных органов при произношении членораздельных звуков называется артикуляцией. Правильная артикуляция формируется особенно легко в возрасте от года до пяти лет, когда ребенок овладевает родным языком. При общении с маленькими детьми не надо шепелявить, копировать их неправильное произношение, так как это ведет к закреплению ошибок и нарушению речевого развития.

Трахея и главные бронхи

Трахея — дыхательное горло — начинается на уровне VI-VII шейных позвонков. Она представляет собой трубку, состоящую из 16-20 хрящевых гиалиновых полуколец, соединяющихся между собой кольцевидными связками. Длина трахеи 10-15 см; различают шейную и грудную ее части. На уровне верхнего края V грудного позвонка трахея делится на два главных бронха — к левому и правому лёгкому. Левый бронх проходит под дугой аорты, а правый огибается лежащей поперек непарной веной. Правый бронх более короткий, несколько шире левого; отходит от трахеи под тупым углом. Слизистая оболочка трахеи выстлана многорядным призматическим реснитчатым эпителием, не образует складок. Реснички способны волнообразно двигаться от лёгких наружу. Попавшие на слизистую оболочку мелкие частицы обволакиваются слизью и выталкиваются из организма при кашле или чихании.

Инфекционные и хронические заболевания дыхательных путей. Околоносовые пазухи

Некоторые кости черепа имеют воздушные полости – пазухи. В лобной полости есть фронтальная пазуха, в верхнечелюстной – гайморова пазуха. Грипп, ангина, ОРЗ (острое респираторное заболевание) могут вызвать воспаление слизистой оболочки околоносовых пазух. Чаще страдают гайморовы пазухи. Их воспаление – гайморит. Нередко бывает и воспаление лобной пазухи – фронтит. При гайморите и фронтите наблюдается нарушение носового дыхания, выделение из полости носа слизи, нередко гнойной. Иногда повышается температура. Работоспособность человека снижается. Необходимо лечение у врача отоларинголога, занимающегося лечением людей с заболеваниями уха, горла и носа.

Миндалины. Из носовой полости воздух попадает в носоглотку, потом в глотку и гортань. За мягким небом, а также у входа в пищевод и гортань находятся миндалины. Они состоят из лимфоидной ткани, подобной той, которая находится в лимфатических узлах. Миндалины содержат множество лимфоцитов и фагоцитов, задерживающих и уничтожающих микробов, но при этом иногда они сами воспаляются, становятся отечными и болезненными. Возникает хроническое заболевание – тонзиллит.

Аденоиды - опухолевидное разрастание лимфоидной ткани у выхода из носовой полости в носоглотку. Увеличенные аденоиды перекрывают проход воздуха и носовое дыхание затрудняется. Тонзиллит и разросшиеся аденоиды необходимо своевременно лечить: оперативно или консервативно (т.е. без операции).

Дифтерия – инфекционное заболевание, распространяющееся воздушно-капельным путем. Чаще дифтерия поражает детей, но болеют ею и взрослые. Начинается дифтерия как обычная ангина. Повышается температура тела, на небе появляется серовато-белый налет. Шея опухает из-за воспаления лимфатических желез. Возбудитель дифтерии – дифтерийная палочка. Продуктом ее жизнедеятельности является ядовитое вещество – дифтерийный токсин, который поражает проводящую систему сердца и сердечную мышцу. Возникает тяжелое и опасное заболевание сердца – миокардит. Для профилактики здоровым людям вводят противодифтерийную вакцину. Она создает активный иммунитет, который может сохраняться несколько лет.

Лёгкие. Газообмен лёгких

Лёгкие являются основным органом дыхательной системы. Это парный орган, занимающий почти весь объем грудной клетки. Различают правое и левое лёгкое. По форме они представляют собой усеченные конусы, верхушкой обращенные к ключице, а вогнутым основанием — к куполу диафрагмы. Верхушка лёгкого достигает I ребра. Наружная выпуклая поверхность прилегает к ребрам. С внутренней стороны, обращенной к средостению, в каждое лёгкое входят главный бронх, лёгочная артерия, лёгочные вены и нервы. Они образуют корень лёгкого; в нем находится большое количество лимфатических узлов, защищающих от проникновения в лёгкие патогенных микроорганизмов. Место вхождения бронхов и сосудов в лёгкие называется воротами лёгкого.

По своим размерам правое лёгкое шире и короче, чем левое. Левое лёгкое в нижнепередней области имеет выемку, образованную сердцем. Каждое лёгкое делится на доли, правое — на три, левое — на две. Многочисленные разветвления бронхов составляют бронхиальное дерево.

Газообмен в лёгких. Обмен газов в лёгких происходит благодаря диффузии. Кровь, поступившая от сердца в капилляры, оплетающие лёгочные альвеолы, содержит много углекислого газа. В воздухе лёгочных альвеол его мало, поэтому он покидает кровеносное русло и переходит в альвеолы. Кислород поступает в кровь тоже благодаря диффузии. В крови свободного кислорода мало, потому что его непрерывно связывает находящийся в эритроцитах гемоглобин, превращаясь в оксигемоглобин. Ставшая артериальной кровь покидает альвеолы и по лёгочной вене направляется к сердцу. Для того, чтобы газообмен проходит непрерывно, необходимо, чтобы состав газов в лёгочных альвеолах был постоянным. Это постоянство и поддерживается лёгочным дыханием: избыток углекислого газа выводится наружу, а поглощенный кровью кислород возмещается кислородом из свежей порции наружного воздуха.

Тканевое дыхание

Тканевое дыхание происходит в капиллярах большого круга кровообращения, где кровь отдает кислород и получает углекислый газ. В тканях мало кислорода, и поэтому происходит распад оксигемоглобина на гемоглобин и кислород. Кислород переходит в тканевую жидкость и там используется клетками для биологического окисления органических веществ. Выделяющаяся при этом энергия используется для процессов жизнедеятельности клеток и тканей. Углекислого газа в тканях скапливается много. Он поступает в тканевую жидкость, а из нее в кровь. Здесь углекислый газ частично захватывается гемоглобином, а частично растворяется или химически связывается солями плазмы крови. Венозная кровь уносит его в правое предсердие, оттуда он поступает в правый желудочек, который по лёгочной артерии выталкивает венозную кровь в лёгкие - круг замыкается. В лёгких кровь снова делается артериальной и, вернувшись в левое предсердие, попадает в левый желудочек, а из него в большой круг кровообращения.

Чем больше расходуется кислорода в тканях, тем больше требуется кислорода из воздуха для компенсации затрат. Вот почему при физической работе одновременно усиливается и сердечная деятельность, и лёгочное дыхание.

Механизмы вдоха и выдоха

Углекислый газ постоянно поступает из крови в альвеолярный воздух, а кислород поглощается кровью и расходуется, для поддержания газового состава альвеол необходима вентиляция альвеолярного воздуха. Она достигается благодаря дыхательным движениям: чередованию вдоха и выдоха. Сами лёгкие не могут нагнетать или изгонять воздух из своих альвеол. Они лишь пассивно следуют за изменением объема грудной полости. Из-за разности давления, лёгкие всегда прижаты к стенкам грудной клетки и точно следует за изменением ее конфигурации. При вдохе и выдохе лёгочная плевра скользит по пристеночной плевре, повторяя ее форму.

Вдох заключается в том, что диафрагма опускается вниз, отодвигая органы брюшной полости, а межреберные мышцы поднимают грудную клетку вверх, вперед и в стороны. Объем грудной полости увеличивается, и лёгкие следуют за этим увеличением, поскольку содержащиеся в лёгких газы прижимают их к пристеночной плевре. Вследствие этого давление внутри лёгочных альвеол падает, и наружный воздух поступает в альвеолы.

Выдох начинается с того, что межреберные мышцы расслабляются. Под действием силы тяжести грудная стенка опускается вниз, а диафрагма поднимается вверх, поскольку растянутая стенка живота давит на внутренние органы брюшной полости, в они – на диафрагму. Объем грудной полости уменьшается, лёгкие сдавливаются, давление воздуха в альвеолах становится выше атмосферного, и часть его выходит наружу. Все это происходит при спокойном дыхании. При глубоком вдохе и выдохе включаются дополнительные мышцы.

Нервно-гуморальная регуляция дыхания

Нервная регуляция дыхания. Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге. Он состоит из центров вдоха и выдоха, которые регулируют работу дыхательных мышц. Спадение лёгочных альвеол, которое происходит при выдохе, рефлекторно вызывает вдох, а расширение альвеол рефлекторно вызывает выдох. При задержке дыхания мышцы вдоха и выдоха сокращаются одновременно, благодаря чему грудная клетка и диафрагма удерживаются в одном положении. На работу дыхательных центров оказывают влияние и другие центры, в том числе расположенные в коре больших полушарий. Благодаря их влиянию дыхание изменяется при разговоре и пении. Возможно также сознательно изменять ритм дыхания во время физических упражнений.

Гуморальная регуляция дыхания. При мышечной работе усиливаются процессы окисления. Следовательно, в кровь выделяется больше углекислого газа. Когда кровь с избытком углекислого газа доходит до дыхательного центра и начинает его раздражать, активность центра повышается. Человек начинает глубоко дышать. В итоге избыток углекислого газа удаляется, а недостаток кислорода восполняется. Если концентрация углекислого газа в крови понижается, работа дыхательного центра тормозится и наступает непроизвольная задержка дыхания. Благодаря нервной и гуморальной регуляции в любых условиях концентрация углекислого газа и кислорода в крови поддерживается на определенном уровне.

Воздушная среда и ее охрана

Атмосферный воздух содержит кислорода 21%, азота 78%, углекислого газа 0,03%, других газов около 1%. В выдыхаемом воздухе содержание кислорода снижается до 16,3%, содержание углекислого газа возрастает (примерно до 3-4%). Даже в помещение концентрация углекислого газа резко возрастает, поэтому пребывание в нем ведет к головной боли, вялости, снижению работоспособности. Там, где используется печное отопление, в воздухе может оказаться примесь углерода (СО) – угарного газа, который чрезвычайно ядовит. Он легко образует с гемоглобином крови прочное соединение карбоксигемоглобин. Молекулы гемоглобина надолго лишаются возможности переносить кислород из лёгких в ткани. Возникает недостаток кислорода в крови и тканях, что отражается на работе головного мозга и других органов. Отравление угарным газом проявляется головной болью и тошнотой. Могут возникать рвота, судороги, потеря сознания, а при сильном отравлении – смерть от прекращения тканевого дыхания. Содержащаяся в воздухе пыль опасна тем, что может механически травмировать стенки лёгочных пузырьков и воздухоносных путей, затруднять газообмен, вызывать аллергию. Кроме того, на пылинках оседают микробы и вирусы, которые могут стать причиной инфекционных заболеваний. Пыль, содержащая частички свинца, хрома, может вызвать химическое отравление. Вредна пыль не только фабрично-заводская, но и бытовая, и сельскохозяйственная. Для защиты от пыли во время работы можно применять респираторы. Кусок марли складывают в 4 слоя в виде прямоугольника 25/15 кв.см. К краям пришиваются тесемки. Верхние тесемки завязывают над ушными раковинами, нижние – на шее. Во время дыхания пылевые частицы задерживаются марлей. По мере загрязнения респиратор надо менять. В быту стоит отдавать предпочтение влажным способам уборки.

Первичная реанимация. Первая помощь при утоплении

Первая помощь утопающему. Прежде всего надо освободить дыхательные пути от воды. С этой целью пострадавшего кладут животом на колено и резкими движениями сдавливают живот и грудную клетку или резко встряхивают пострадавшего. После удаления воды при необходимости применяют искусственное дыхание.

Помощь при удушении и заваливании землей. Удушение может произойти при сдавливании горла, при западении языка. Последне часто случается при обмороках, когда человек внезапно теряет сознание. Поэтому прежде всего надо прислушаться к его дыханию. Если оно сопровождается хрипом или прекращается вовсе, надо открыть пострадавшему рот и оттянуть его язык вперед, либо переменить положение головы, откинув ее назад. Дать понюхать нашатырный спирт, который возбуждает дыхательный центр. После извлечения человека при завалах землей надо очистить рот и нос от грязи, затем начать искусственное дыхание, непрямой массаж сердца. Если пострадавший холодный, его необходимо согреть.

Первая помощь при электротравме. Электротравмой считается поражение электрическим током и удар молнией. Если удар был небольшой, человек самостоятельно пришел в себя, надо осмотреть место поражения. При тяжелых случаях происходит остановка дыхания. При этом применяют искусственное дыхание, а при остановке сердца - непрямой массаж.

Функциональные возможности дыхательной системы. Болезни органов дыхания

Измерение обхвата грудной клетки. При вдохе и выдохе обхват грудной клетки изменяется. При вдохе он больше, при выдохе меньше. Данное изменение обхвата грудной клетки называется экскурсией грудной клетки. При спортивных тренировках объем грудной полости увеличивается, а следовательно, увеличивается и экскурсия грудной клетки. ЕЕ нетрудно измерить самому. Делать это удобно вдвоем. Сначала измерения проводят на вдохе, потом на выдохе. Для того нужна мерная лента, которой пользуются портные. В норме разница обхвата грудной клетки в состоянии глубокого вдоха и в состоянии глубокого выдоха у взрослого равна 6-9 см.

Жизненная емкость лёгких - важный показатель дыхания. Если человек сделает самый глубокий вдох, а затем максимально выдохнет, то объем выдохнутого воздуха и составит жизненную емкость лёгких. Но и после этого выдоха в лёгких останется еще какое-то количество воздуха. Это остаточный воздух, его объем примерно 1000-1200 куб.см. Жизненная емкость лёгких зависит от возраста, пола, роста, а также от степени тренированности человека. Для измерения жизненной емкости лёгких используют спирометр. Для человека важны не только жизненная емкость лёгких, но и выносливость дыхательной мускулатуры. Она считается нормальной, если при пяти пробах, проведенных подряд, результаты не снижаются.

Болезни дыхательной системы. Наряду с кратковременно протекающими болезнями, например гриппом, ангиной, существуют хронические заболевания дыхательной системы. Наиболее грозными является туберкулез и рак лёгкого. Они начинаются незаметно, и несколько месяцев или даже лет человек о них может и не подозревать. Между тем лечение наиболее успешно в начальной стадии болезни. Флюорография – это исследование грудной клетки путем фотографирования изображения со светящегося рентгеновского экрана, за которым находится обследуемый. Отснятые пленки исследуют специалисты. Если они обнаруживают отклонения от нормы, больного приглашают в соответствующее учреждение для более детального обследования.

Туберкулез и рак лёгких. Возбудитель туберкулезапалочка Коха. Она может попасть в организм через дыхательные пути, а также вместе и пищей, например с непрокипяченным молоком, полученным от больной туберкулезом коровы. В неблагоприятных условиях болезнетворные микробы активизируются. Они проникают в лёгкие (чаще) или другие органы и там размножаются, что ведет к заболеванию. Флюорография позволяет вовремя выявить и рак лёгкого. Это заболевание наиболее часто встречается у курящих людей. Болезнь начинается с того, что эпителиальная ткань некоторых бронхов перерождается и начинает разрастаться. Опухоль оказывает угнетающее влияние на жизнедеятельность организма, ведет к его крайнему истощению, а затем к смерти. Флюорография должен проходить каждый человек хотя бы раз в два года. Лицам, работа которых связана с людьми, а также учащимся флюорографию необходимо проходить ежегодно.