Клеточное дыхание егэ теория

Строение легких

Легкие — парные органы, расположенные в грудной полости. Состоят из долей: правое легкое содержит три доли, левое — две.
Легочная ткань состоит из пузырьков — альвеол, в которых происходит жизненно важный процесс — газообмен между кровью и атмосферным воздухом.

Легкое покрыто оболочкой — плеврой, которая переходит с поверхности легких на внутренние стенки грудной клетки. Между двумя
листками плевры образуется плевральная полость, давление в которой ниже атмосферного (его называют отрицательным давлением), что имеет принципиальное значения для акта
вдоха и выдоха.

Газообмен в легких и тканях

Воздух перемещается по воздухоносным путям и, наконец, достигает мельчайшей структуры легкого — легочного пузырька, или альвеолы.
Стенка альвеолы оплетена густой сетью капилляров — сосудов с тонкой стенкой, через которую происходит диффузия газов: из
крови в альвеолу выходит углекислый газ, а в кровь из альвеолы поступает кислород.

Кислород, растворившийся в крови, по кровеносным сосудам достигает внутренних органов и тканей организма. Замечу, что
перемещаясь по крови, газы образуют соединения с гемоглобином эритроцитов:

• Кислород (O₂) — оксигемоглобин
• Углекислый газ (CO₂) — карбгемоглобин
• Угарный газ (CO) — карбоксигемоглобин

Соединение гемоглобина с угарным газом гораздо устойчивее, чем остальные: угарный газ легко выигрывает в конкуренции
с кислородом и занимает его место. Этим объясняются тяжелые последствия отравлений угарным газом, который быстро скапливается
при пожаре в замкнутом помещении.

По мере того, как кровь отдает углекислый газ и принимает кислород, из венозной крови (бедной кислородом) она превращается
в кровь артериальную. В тканях происходит обратный процесс: клетки нуждаются в кислороде, необходимом для тканевого дыхания,
а углекислый газ, побочный продукт обмена веществ, требует удаления из клетки в кровь.

Я часто спрашиваю учеников — «Что движет газом, что заставляет, к примеру, кислород перемещаться сначала из альвеолы в кровь,
а в тканях — из крови к клеткам?» Запомните, что этой движущей силой является разность парциальных давлений газов.

Парциальным давлением газа называют ту часть от общего объема газа, которая приходится на долю данного газа. Не рекомендую
вам заучивать таблицу, приведенную выше, но для понимания она весьма хороша.

Заметьте, парциальное давление кислорода в
альвеоле 100-110, а в венозной крови капилляра, оплетающего стенку альвеолы, давление кислорода 40. Таким образом, кислород
устремляется из области большего давления в область меньшего — из альвеолы в кровь.

Происходящие перемещения газов можно легко зафиксировать, измерив концентрацию газов во вдыхаемом и выдыхаемом человеком
воздухе. Вероятно, многие из этих данных вам не пригодятся, но призываю вас запомнить, что в окружающем воздухе 21% кислорода и 0,03% углекислого газа — это важная информация.

Важное значение в транспорте газов имеет жидкость, покрывающая стенки альвеол — сурфактант. Изначально кислород растворяется
в сурфактанте и только после этого диффундирует через стенку капилляра, попадая в кровь. Сурфактант также препятствует
слипанию (спаданию) стенок альвеол во время выдоха.

Жизненная емкость легких

Одним из физиологически важных показателей является жизненная емкость легких (ЖЕЛ). ЖЕЛ — максимальное количество воздуха, которое
человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха.

Этот показатель весьма вариабельный, в среднем ЖЕЛ взрослого человека около 3500 см³. У спортсменов ЖЕЛ
больше на 1000-1500 см³, а у пловцов может достигать 6500 см³. Чем больше ЖЕЛ, тем больше воздуха
поступает в легкие и кислорода — в кровеносную систему, что очень важно для клеток тканей во время занятий спортом.

ЖЕЛ легко измеряется с помощью специального прибора — спирометра (от лат. spirare — дышать).

Механизм легочного дыхания

Между наружной поверхностью легкого и стенками грудной клетки имеется плевральная полость, которая играет важнейшую
роль в процессе вдоха и выдоха, а также уменьшает трение легких при дыхательных движениях.

Давление в плевральной полости всегда ниже на 5-7 мм. рт. ст. атмосферного давления, поэтому легкие постоянно находятся
в расправленном состоянии, скреплены через плевру со стенками грудной полости.

Вообразите: легкое подтягивается к плевре, которая скреплена с грудной клеткой. А грудная клетка постоянно совершает
дыхательные движения, расширяясь и сужаясь, таким образом, легкое следует за дыхательными движениями грудной клетки.

Остается разобраться, как происходят эти дыхательные движения? Причина этому — сокращения и расслабления межреберных мышц,
в результате которых грудная клетка соответственно — поднимается и опускается. Сейчас мы детально обсудим механизм вдоха и
выдоха.

При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы, при этом ребра поднимаются, и грудина отодвигается вперед — грудная клетка
расширяется в передне-заднем и фронтальном (в стороны) направлениях. Диафрагма — дыхательная мышца, во время вдоха
сокращается и опускается вниз: грудная клетка расширяется в вертикальном направлении.

При выдохе сокращаются внутренние межреберные мышцы, ребра опускаются, грудина отодвигается назад — грудная клетка
сужается в передне-заднем и фронтальном (в стороны) направлениях. Диафрагма во время выдоха
расслабляется и поднимается вверх: грудная клетка сужается в вертикальном направлении. Благодаря этим движениям осуществляется
вдох и выдох.

Можем ли мы брать под контроль свое дыхание? Легко. Но ведь мы далеко не всегда его контролируем даже в течение дня, не говоря
о ночи. Процессом дыхания управляет дыхательный центр, расположенный в продолговатом отделе головного мозга. Дыхательный центр обладает
автоматией — периодически импульсы сами поступают к дыхательным мышцам, к примеру — во время сна.

Состав крови сильно влияет на интенсивность дыхания. В многочисленных опытах было выявлено, что увеличение концентрации CO₂
возбуждает дыхательный центр. Этим можно объяснить учащение дыхания во время физической нагрузки, к примеру, бега, когда в клетках мышц
ног идет активное образование CO₂ и поступление его в кровь, дыхание учащается рефлекторно.

Рефлекторную регуляцию дыхания наиболее ярко доказывает опыт с перекрестным кровообращением, при котором соединены кровеносные
системы двух собак. При пережатии трахеи у первой собаки останавливается дыхание, и углекислый газ перестает удаляться из крови —
его концентрация в крови возрастает, что приводит к возникновению одышки (учащенного дыхания) у второй собаки.

Пневмоторакс

В норме давление в плевральной полости отрицательное, оно обеспечивает растяжение легких. Однако при ранениях грудной
клетки целостность плевральной полости может нарушаться: в таком случае давление в полости становится равным атмосферному.

Нарушение целостности плевральной полости называют — пневмоторакс (от др.-греч. πνεῦμα — дуновение, воздух и θώραξ — грудь).
При наступлении пневмоторакса легкие спадаются и перестают участвовать в дыхании.

Горная и кессонная болезни

Альпинисты и любители горных походов (особенно новички) часто сталкиваются с горной болезнью. Это состояние возникает из-за того,
что при подъеме на высоту парциальное давление кислорода падает, и его концентрация в крови не соответствует потребностям организма
— ниже, чем должна быть.

Поначалу горная болезнь проявляется эйфорией (беспричинной радостью) и учащением пульса. Если покорение горных вершин продолжается,
то к этим симптомам постепенно присоединяется апатия (состояние равнодушия), мышечная слабость, судороги и головная боль.

Что же делать,
спросите вы? Необходимо немедленно прекратить дальнейший подъем, при усилении симптомов — начать спуск. Лучше всего предупредить
горную болезнь, следуя правилу — не увеличивать высоты ночевки более чем на 300-600 метров.

Кессонная болезнь возникает у водолазов, связана с увеличением парциального давления газа — азота, которое возникает при погружении под
воду. Существует закономерность: чем глубже водолаз опускается, тем больше становится растворенного в крови азота. В чем же опасность того, что
азот растворяется в крови?

При резком быстром подъеме растворимость азота в крови понижается, и кровь буквально вскипает. Только представьте, в сосудах
возникают настоящие пузыри газа! Они могут закупорить сосуды легких, сердца, других внутренних органов, в результате чего кровообращение
остановится, и последствия могут быть самыми печальными, вплоть до летального исхода.

Как же предупредить кессонную болезнь? Можно использовать в дыхательной смеси вместо азота газ гелий, который не приводит к таким
последствиям. Также необходимо придерживаться правила постепенного подъема, с остановками, избегать резкого всплытия.

Дыхательная система человека — совокупность органов и тканей, обеспечивающих в организме человека обмен газов между кровью и внешней средой.

Функция дыхательной системы: 

• поступление в организм кислорода;
• выведение из организма углекислого газа;
• выведение из организма газообразных продуктов метаболизма;
• терморегуляция;
• синтетическая: в тканях лёгких синтезируются некоторые биологически активные вещества: гепарин, липиды и др.;
• кроветворная: в лёгких созревают тучные клетки и базофилы;
• депонирующая: капилляры лёгких могут накапливать большое количество крови;
• всасывательная: с поверхности лёгких легко всасываются эфир, хлороформ, никотин и многие другие вещества.

Дыхательная система состоит из лёгких и дыхательных путей.

Лёгочные сокращения осуществляются с помощью межрёберных мышц и диафрагмы.

Дыхательные пути: носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы.

Лёгкие состоят из лёгочных пузырьков — альвеол.

Рис. Дыхательная система

дыхательные пути

НОСОВАЯ ПОЛОСТЬ

Полости носа и глотки являются верхними дыхательными путями. Нос образован системой хрящей, благодаря которым носовые ходы всегда открыты. В самом начале носовых ходов располагаются мелкие волоски, которые задерживают крупные пылевые частицы вдыхаемого воздуха.  

Носовая полость выстлана изнутри слизистой оболочкой, пронизанной кровеносными сосудами. Она содержит большое количество слизистых желез (150 желез/см2см2слизистой оболочки). Слизь препятствует размножению микробов. Из кровеносных капилляров на поверхность слизистой оболочки выходит большое количество лейкоцитов-фагоцитов, которые уничтожают микробную флору.

Кроме того, слизистая оболочка может значительно изменяться в своем объёме. Когда стенки её сосудов сокращаются, она сжимается, носовые ходы расширяются, и человек легко и свободно дышит.

Слизистая оболочка верхних дыхательных путей образована мерцательным эпителием. Движение ресничек отдельной клетки и всего эпителиального пласта строго координировано: каждая предыдущая ресничка в фазах своего движения опережает на определённый промежуток времени последующую, поэтому поверхность эпителия волнообразно подвижна — «мерцает». Движение ресничек помогает сохранять дыхательные пути в чистоте, удаляя вредные вещества.

Рис. 1. Мерцательный эпителий дыхательной системы

В верхней части носовой полости находятся органы обоняния.

Функция носовых ходов:

• фильтрация микроорганизмов;
• фильтрация пыли;
• увлажнение и согревание вдыхаемого воздуха;
• слизь смывает все отфильтрованное в желудочно-кишечный тракт.

Полость разделена решётчатой костью на две половины. Костные пластинки разделяют обе половины на узкие, сообщающиеся между собой ходы.

В полость носа открываются пазухи воздухоносных костей: гайморова, лобная и др. Эти пазухи называются придаточными пазухами носа. Они выстланы тонкой слизистой оболочкой, содержащей небольшое количество слизистых желез. Все эти перегородки и раковины, а также многочисленные придаточные полости черепных костей резко увеличивают объём и поверхность стенок носовой полости. 

Далее ходы открываются двумя носоглоточными отверстиями (хоанами) в глотку,расположенную позади носовой и ротовой полости.

Нижняя часть глотки переходит в две трубки: дыхательную (спереди) и пищевод (сзади). Таким образом, глотка является общим отделом для пищеварительной и дыхательной системы.

ГОРТАНЬ

Верхнюю часть дыхательной трубки составляет гортань, расположенная в передней части шеи. Большая часть гортани также выстлана слизистой оболочкой из мерцательного (ресничного) эпителия. 

Гортань состоит из подвижно соединённых между собой хрящей: перстневидного, щитовидного (образует кадык, или адамово яблоко) и двух черпаловидных хрящей.

Надгортанник прикрывает вход в гортань в момент глотания пищи. Передним концом надгортанник соединён с щитовидным хрящом.

Рис. Гортань

Хрящи гортани соединены между собой суставами, а промежутки между хрящами затянуты соединительнотканными перепонками.

В гортани находятся голосовой аппарат, состоящий из голосовых связок и голосовых мышц; их функция — голосообразование. 

Рис. Голосовой аппарат

Голосовые связки покрыты многослойным плоским эпителием и слизистых желез не имеют. Увлажнение голосовых связок происходит благодаря оттеканию слизи из вышележащих отделов.

К гортани снаружи прилегает щитовидная железа.

Спереди гортань защищена передними мышцами шеи. 

ТРАХЕЯ И БРОНХИ

Трахея — дыхательная трубка длиной около 12 см.

Она составлена из 16−20 хрящевых полуколец, которые не смыкаются сзади; полукольца предотвращают спадание трахеи во время выдоха.

Задняя часть трахеи и промежутки между хрящевыми полукольцами затянуты соединительнотканной перепонкой. Позади трахеи лежит пищевод, стенка которого во время прохождения пищевого комка слегка выпячивается в её просвет.

Рис. Поперечный срез трахеи: 1 — мерцательный эпителий; 2 — собственный слой слизистой оболочки; 3 — хрящевое полукольцо; 4 — соединительнотканная перепонка

На уровне IV−V грудных позвонков трахея делится на два крупных первичных бронха,отходящих в правое и левое лёгкие. Это место деления носит название бифуркации (разветвления).

Через левый бронх перегибается дуга аорты, а правый огибается идущей сзади наперёд непарной веной. По выражению старых анатомов, «дуга аорты сидит верхом на левом бронхе, а непарная вена — на правом».

Хрящевые кольца, расположенные в стенках трахеи и бронхах, делают эти трубки упругими и неспадающимися, благодаря чему воздух по ним проходит легко и беспрепятственно. Внутренняя поверхность всего дыхательного пути (трахеи, бронхов и части бронхиол) покрыта слизистой оболочкой из многорядного мерцательного эпителия.

Устройство дыхательных путей обеспечивает согревание, увлажнение и очищение поступающего со вдохом воздуха. Частицы пыли мерцательным эпителием продвигаются кверху и с кашлем и чиханием удаляются наружу. Микробы обезвреживаются лимфоцитами слизистой оболочки.

лЁгкие

Лёгкие (правое и левое) находятся в грудной полости под защитой грудной клетки.

ПЛЕВРА

Лёгкие покрыты плеврой.

Плевра — тонкая, гладкая и влажная, богатая эластическими волокнами серозная оболочка, одевающая каждое из лёгких.

Различают лёгочную плевру, плотно срощенную с тканью лёгкого, и пристеночную плевру, выстилающую изнутри стенки грудной клетки. 

У корней лёгких лёгочная плевра переходит в пристеночную. Таким образом, вокруг каждого лёгкого образуется герметически замкнутая плевральная полость, представляющая узкую щель между лёгочной и пристеночной плеврой. Плевральная полость заполнена небольшим количеством серозной жидкости, играющей роль смазки, облегчающей дыхательные движения лёгких.

Рис. Плевра

СРЕДОСТЕНИЕ

Средостение — пространство между правым и левым плевральными мешками. Оно ограничено спереди грудиной с реберными хрящами, сзади — позвоночником.

В средостении располагаются сердце с крупными сосудами, трахея, пищевод, вилочковая железа, нервы диафрагмы и грудной лимфатический проток.

БРОНХИАЛЬНОЕ ДЕРЕВО

Глубокими бороздами правое лёгкое разделено на три доли, а левое — на две. У левого лёгкого на стороне, обращённой к срединной линии, имеется углубление, которым оно прилежит к сердцу. 

В каждое лёгкое с внутренней стороны входят толстые пучки, состоящие из первичного бронха, лёгочной артерии и нервов, а выходят по две лёгочные вены и лимфатические сосуды. Все эти бронхиально-сосудистые пучки, вместе взятые, образуют корень лёгкого. Вокруг лёгочных корней расположено большое количество бронхиальных лимфатических узлов.

Входя в лёгкие, левый бронх делится на две, а правый — на три ветви по числу лёгочных долей. В лёгких бронхи образуют так называемое бронхиальное дерево. С каждой новой «веточкой» диаметр бронхов уменьшается, пока они не становятся совсем микроскопическими бронхиолами с диаметром в 0,5 мм. В мягких стенках бронхиол имеются гладкие мышечные волокна и нет хрящевых полуколец. Таких бронхиол насчитывается до 25 млн.

Рис. Бронхиальное дерево

Бронхиолы переходят в ветвистые альвеолярные ходы, которые оканчиваются лёгочными мешочками, стенки которых усыпаны вздутиями — лёгочными альвеолами. Стенки альвеол пронизаны сетью капилляров: в них происходит газообмен.

Альвеолярные ходы и альвеолы обвиты множеством упругих соединительнотканных и эластических волокон, которые составляют также основу мельчайших бронхов и бронхиол, благодаря чему лёгочная ткань легко растягивается во время вдоха и снова спадается во время выдоха.

АЛЬВЕОЛЫ

Альвеолы образованы сетью тончайших эластических волокон. Внутренняя поверхность альвеол выстлана однослойным плоским эпителием. Стенки эпителия вырабатываютсурфактант — поверхностно-активное вещество, выстилающее изнутри альвеолы и препятствующее их спаданию. 

Под эпителием лёгочных пузырьков залегает густая сеть капилляров, на которые разбиваются конечные ветви лёгочной артерии. Через соприкасающиеся стенки альвеол и капилляров происходит газообмен при дыхании. Попав в кровь, кислород связывается с гемоглобином и разносится по всему организму, снабжая клетки и ткани. 

Рис. Альвеолы   

Рис. Газообмен в альвеолах

До рождения плод через лёгкие не дышит и лёгочные пузырьки находятся в спавшемся состоянии; после рождения с первым же вдохом альвеолы раздуваются и остаются расправленными на всю жизнь, сохраняя в себе некоторое количество воздуха даже при самом глубоком выдохе.

физиология дыхания

Все процессы жизнедеятельности протекают при обязательном участии кислорода, т. е. являются аэробными. Особенно чувствительной к кислородной недостаточности является ЦНС, и прежде всего корковые нейроны, которые в бескислородных условиях погибают раньше других. Как известно, период клинической смерти не должен превышать пяти минут. В противном случае в нейронах коры головного мозга развиваются необратимые процессы. 

Дыхание — физиологический процесс обмена газов в лёгких и тканях.

Весь процесс дыхания можно разделить на три основных этапа:

• лёгочное (внешнее) дыхание: газообмен в капиллярах лёгочных пузырьков;
• транспорт газов кровью;
• клеточное (тканевое) дыхание: газообмен в клетках (ферментативное окисление питательных веществ в митохондриях).

Рис. Лёгочное и тканевое дыхание

Эритроциты содержат гемоглобин, сложный железосодержащий белок. Этот белок способен присоединять к себе кислород и углекислый газ.

Проходя по капиллярам лёгких, гемоглобин присоединяет к себе 4 атома кислорода, превращаясь в оксигемоглобин. Эритроциты транспортируют кислород из лёгких в ткани организма. В тканях происходит освобождение кислорода (оксигемоглобин превращается в гемоглобин) и присоединение углекислого газа (гемоглобин превращается в карбогемоглобин). Далее эритроциты транспортируют углекислый газ к лёгким для удаления из организма.

Рис. Транспортная функция гемоглобина

Молекула гемоглобина образует стойкое соединение с оксидом углерода II (угарным газом). Отравление угарным газом приводит к гибели организма в связи с кислородной недостаточностью.

МЕХАНИЗМ ВДОХА И ВЫДОХА

Вдох — является активным актом, так как осуществляется при помощи специализированных дыхательных мышц.

К дыхательным мышцам относятся межрёберные мышцы и диафрагма. При глубоком вдохе используются мышцы шеи, груди и пресса.

Сами лёгкие мышц не имеют. Они не способны самостоятельно растягиваться и сокращаться. Лёгкие лишь следуют за грудной клеткой, которая расширяется благодаря диафрагме и межрёберным мышцам.

Диафрагма во время вдоха опускается на 3−4 см, вследствие чего объём грудной клетки увеличивается на 1000−1200 мл. Кроме того, диафрагма отодвигает нижние рёбра к периферии, что также ведёт к увеличению ёмкости грудной клетки. Причём чем сильнее сокращения диафрагмы, тем больше увеличивается объём грудной полости.

Межрёберные мышцы, сокращаясь, приподнимают рёбра, что также вызывает увеличение объёма грудной клетки.

Лёгкие, следуя за растягивающейся грудной клеткой, сами растягиваются, и давление в них падает. В результате создаётся разность между давлением атмосферного воздуха и давлением в лёгких, воздух устремляется в них — происходит вдох.

Выдох, в отличие от вдоха, является пассивным актом, так как в его осуществлении не принимают участие мышцы. При расслаблении межрёберных мышц рёбра под действием силы тяжести опускаются; диафрагма, расслабляясь, поднимается, занимая свое привычное положение, и объём грудной полости уменьшается — лёгкие сокращаются. Происходит выдох.

Лёгкие находятся в герметически закрытой полости, образованной лёгочной и пристеночной плеврой. В плевральной полости давление ниже атмосферного («отрицательное»). За счёт отрицательного давления лёгочная плевра плотно прижимается к пристеночной. 

Уменьшение давления в плевральном пространстве является основной причиной увеличения объёма лёгких во время вдоха, то есть является той силой, которая и растягивает лёгкие. Так, во время увеличения объёма грудной клетки давление в межплевральном образовании уменьшается, и вследствие разности давлений воздух активно поступает в лёгкие и увеличивает их объём.

Во время выдоха давление в плевральной полости возрастает, и в силу разности давлений воздух выходит, лёгкие спадаются. 

Грудное дыхание осуществляется преимущественно за счёт наружных межрёберных мышц.

Брюшное дыхание осуществляется за счёт диафрагмы.

У мужчин отмечается брюшной тип дыхания, а у женщин — грудной. Однако независимо от этого и мужчины, и женщины дышат ритмично. С первого часа жизни ритм дыхания не нарушается, изменяется лишь его частота.

Новорождённый ребёнок дышит 60 раз в минуту, у взрослого человека частота дыхательных движений в покое составляет около 16−18. Однако во время физической нагрузки, эмоционального возбуждения или при повышении температуры тела частота дыхания может значительно увеличиваться. 

Жизненная Ёмкость лЁгких

Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) — это максимальное количество воздуха, которое может поступить и вывестись из лёгких во время максимального вдоха и выдоха.

Жизненная емкость лёгких определяется прибором спирометром.

У взрослого здорового человека ЖЕЛ меняется в пределах от 3500 до 7000 мл и зависит от пола и от показателей физического развития: например, объема грудной клетки.

ЖЕЛ состоит из нескольких объемов:

1. Дыхательный объем (ДО) — это количество воздуха, которое поступает и выводится из лёгких при спокойном дыхании (500-600 мл).
2. Резервный объем вдоха (РОВ) — это максимальное количество воздуха, которое может поступить в лёгкие после спокойного вдоха (1500 — 2500 мл).
3. Резервный объем выдоха (РОВ) — это максимальное количество воздуха, которое может вывестись из лёгких после спокойного выдоха(1000 — 1500 мл).

регуляция дыхания

Дыхание регулируется нервными и гуморальными механизмами, которые сводятся к обеспечению ритмической деятельности дыхательной системы (вдох, выдох) и адаптационных дыхательных рефлексов, то есть изменению частоты и глубины дыхательных движений, имеющих место при изменяющихся условиях внешней среды или внутренней среды организма.

Ведущим дыхательным центром, как было установлено Н. А. Миславским в 1885 году, является дыхательный центр, расположенный в области продолговатого мозга.

Дыхательные центры обнаружены в области гипоталамуса. Они принимают участие в организации более сложных адаптационных дыхательных рефлексов, необходимых при изменении условий существования организма. Кроме того, дыхательные центры размещаются и в коре головного мозга, осуществляя высшие формы адаптационных процессов. Наличие дыхательных центров в коре головного мозга доказывается образованием дыхательных условных рефлексов, изменениями частоты и глубины дыхательных движений, имеющих место при различных эмоциональных состояниях, а также произвольными изменениями дыхания.

Вегетатвная нервная система иннервирует стенки бронхов. Их гладкая мускулатура снабжена центробежными волокнами блуждающих и симпатических нервов. Блуждающие нервы вызывают сокращение бронхиальной мускулатуры и сужение бронхов, а симпатические нервы расслабляют бронхиальную мускулатуру и расширяют бронхи.

Гуморальная регуляция: вдох осуществляется рефлекторно в ответ на повышение концентрацию углекислого газа в крови.

А1. Газообмен между кровью и атмосферным воздухом

происходит в

1) альвеолах легких

2) бронхиолах

3) тканях

4) плевральной полости

А2. Дыхание – это процесс:

1) получения энергии из органических соединений при участии кислорода

2) поглощения энергии при синтезе органических соединений

3) образования кислорода в ходе химических реакций

4) одновременного синтеза и распада органических соединений.

А3. Органом дыхания не является:

1) гортань 

2) трахея 

3) ротовая полость

4) бронхи

А4. Одной из функций носовой полости является:

1) задержка микроорганизмов 

2) обогащение крови кислородом

3) охлаждение воздуха             

4) осушение воздуха

А5. Гортань от попадания в нее пищи защищает(ют):

1) черпаловидный хрящ 

3) надгортанник

2) голосовые связки        

4) щитовидный хрящ

А6. Дыхательную поверхность легких увеличивают

1) бронхи

2) бронхиолы

3) реснички 

4) альвеолы

А7. Кислород поступает в альвеолы и из них в кровь путем

1) диффузии из области с меньшей концентрацией газа в область с большей концентрацией

2) диффузии из области с большей концентрацией газа в область с меньшей концентрацией

3) диффузии из тканей организма

4) под влиянием нервной регуляции

А8. Ранение, нарушившее герметичность плевральной полости приведет к

1) торможению дыхательного центра 

2) ограничению движения легких

3) избытку кислорода в крови            

4) избыточной подвижности легких

А9. Причиной тканевого газообмена служит

1) разница в количестве гемоглобина в крови и тканях

2) разность концентраций кислорода и углекислого газа в крови и тканях

3) разная скорость перехода молекул кислорода и углекислого газа из одной среды в другую

4) разность давлений воздуха в легких и плевральной полости

В1. Выберите процессы, происходящие при газообмене в легких

1) диффузия кислорода из крови в ткани

2) образование карбоксигемоглобина

3) образование оксигемоглобина

4) диффузия углекислого газа из клеток в кровь

5) диффузия атмосферного кислорода в кровь

6) диффузия углекислого газа в атмосферу

В2. Установите правильную последовательность прохождения атмосферного воздуха через дыхательные пути

А) гортань

В) бронхи

Д) бронхиолы

Б) носоглотка

Г) легкие

Е) трахея

Этапы клеточного дыхания

26-Янв-2014 | комментария 2 | Лолита Окольнова

Клеточное или тканевое дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды.

Итак, клеточное дыхание происходит в клетке.

Но где именно? Какая органелла осуществляет этот процесс?

Основной этап клеточного дыхания осуществляется в митохондриях. Как известно, основной продукт работы митохондрии — молекулы АТФ — синоним понятия «энергия» в биологии. Действительно, основным продуктом этого процесса является энергия, молекулы АТФ.

АТФ — это молекула — синоним энергии в биологии. Расшифровывется как Аденозинтрифосфат или Аденозинтрифосфорная кислота. Как видно из рисунка формулы, в составе молекулы есть:

1. три связи с остатками фосфорной кислоты, при разрыве которых выделяется большое количество энергии,
2. углевод рибоза ( пятиатомый сахар) и
3. азотистое основание

Этапы клеточного дыхания:

1 Этап клеточного дыхания — подготовительный

Каким образом вещества попадают  в клетки? В процессе пищеварения организма. Суть процесса пищеварения — расщепление полимеров, поступающих в организм с пищей, до мономеров:

• белки расщепляются до аминокислот;
• углеводы — до глюкозы;
• жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот.

Т.е. в клетку поступают уже мономеры.

Дальше мы рассмотрим путь превращения именно глюкозы.

2 Этап клеточного пищеварения 

Гликолиз — ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ.

Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной кислоты (ПВК) (пирувата),

гликолиз в анаэробных условиях (бескислородных или при недостатке кислорода) ведёт к образованию молочной кислоты (лактата).

CH₃-CH(OH)-COOH

Процесс идет с участием молекул фосфорной кислоты, поэтому называется окислительное фосфорилирование

Гликолиз является основным путём катаболизма глюкозы в организме животных.

Превращения происходят  в цитоплазме клетки, т.е. процесс будет однозначно анаэробным: молекула глюкозы расщепится до ПВК — пировиноградной кислоты с выделением 2 молекул АТФ:

Дальше образовавшаяся пировиноградная кислота поступает в митохондрии, где происходит ее дальнейшее окисление

3 Этап клеточного пищеварения (кислородный)

Поступая в митохондрию, происходит   окисление: ПВК под действием  кислорода расщепляется до углекислого газа (суммарное уравнение):

Вначале отщепляется один углеродный атом пировиноградной кислоты. При этом образуется углекислый газ, энергия (она запасается в одной молекуле НАДФ) и двухуглеродная молекула — ацетильная группа. Затем реакционная цепь поступает в метаболический координационный центр клетки — цикл Кребса.

Цикл Кребса

(цикл лимонной кислоты)

Цикл Кребса  — это реакции, которые начинаются, когда определенная входящая молекула соединяется с другой молекулой, выполняющей функцию «помощника». Такая комбинация инициирует серию других химических реакций, в которых образуются молекулы-продукты и в конце воссоздается молекула-помощник, которая может начать весь процесс вновь.

Для переработки энергии, запасенной в одной молекуле глюкозы, цикл Кребса нужно пройти дважды

Процесс многостадийный, и в нем, помимо различных кислот с интересными названиями участвуют коферменты (КоА).

Что такое коферменты?

(коэнзимы)

• это органические вещества небольшого размера
• они способны соединяться с белками ( или прямо с ферментами, у которых, кстати, белковая природа), образуя активное вещество, косплекс, которое будет являться чем-то вроде катализатора.

Приставка «ко-»  — это как «со-» — сопродюсер, соотечественник и т.п. Т.е. «вместе, с «

Гликолиз — катаболический путь исключительной важности.

Он обеспечивает энергией клеточные реакции, в том числе и синтез белка.

Промежуточные продукты гликолиза используются при синтезе жиров.

Пируват также может быть использован для синтеза  других соединений. Благодаря гликолизу производительность митохондрий и доступность кислорода не ограничивают мощность мышц при кратковременных предельных нагрузках.

• вопросы ЕГЭ по теме

Обсуждение: «Этапы клеточного дыхания»

(Правила комментирования)

Понятие метаболизма

Метаболизм — совокупность всех химических реакций, протекающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией.

Выделяют две составные части метаболизма — катаболизм и анаболизм.

Составные части метаболизма

Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.

Роль ФТФ в метаболизме

Энергия, высвобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе АТФ относится к мононуклеотидам.

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) — мононуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты, соединяющихся между собой макроэргическими связями.

В этих связях запасена энергия, которая высвобождается при их разрыве:
АТФ + H₂O → АДФ + H₃PO₄ + Q₁
АДФ + H₂O → АМФ + H₃PO₄ + Q₂
АМФ + H₂O → аденин + рибоза + H₃PO₄ + Q₃,
где АТФ — аденозинтрифосфорная кислота; АДФ — аденозиндифосфорная кислота; АМФ — аденозинмонофосфорная кислота; Q₁ = Q₂ = 30,6 кДж; Q₃ = 13,8 кДж.
Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования. Фосфорилирование — присоединение остатка фосфорной кислоты к АДФ (АДФ + Ф → АТФ). Он происходит с разной интенсивностью при дыхании, брожении и фотосинтезе. АТФ обновляется чрезвычайно быстро (у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин).
Энергия, накопленная в молекулах АТФ, используется организмом в анаболических реакциях (реакциях биосинтеза). Молекула АТФ является универсальным хранителем и переносчиком энергии для всех живых существ.

Энергетический обмен

Энергию, необходимую для жизнедеятельности, большинство организмов получают в результате процессов окисления органических веществ, то есть в результате катаболических реакций. Важнейшим соединением, выступающим в роли топлива, является глюкоза.
По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы.

Классификация организмов по отношению к свободному кислороду

У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подготовительный, бес- кислородный и кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных анаэробов и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения, еще богатые энергией.

Этапы катаболизма

1. Первый этап — подготовительный — заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединений на более простые. Белки расщепляются до аминокислот, жиры — до глицерина и жирных кислот, полисахариды — до моносахаридов, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. У многоклеточных организмов это происходит в желудочно-кишечном тракте, у одноклеточных — в лизосомах под действием гидролитических ферментов. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты. Образовавшиеся органические соединения либо подвергаются дальнейшему окислению, либо используются клеткой для синтеза собственных органических соединений.
2. Второй этап — неполное окисление (бескислородный) — заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, осуществляется в цитоплазме клетки без участия кислорода. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Бескислородное, неполное окисление глюкозы называется гликолизом. В результате гликолиза одной молекулы глюкозы образуется по две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК, пируват) CH₃COCOOH, АТФ и воды, а также атомы водорода, которые связываются молекулой-переносчиком НАД⁺ и запасаются в виде НАД·Н.
Суммарная формула гликолиза имеет следующий вид:
C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2АДФ + 2НАД+ → 2C₃Н₄O₃ + 2H₂O + 2АТФ + 2НАД·Н.
Далее при отсутствии в среде кислорода продукты гликолиза (ПВК и НАД·Н) перерабатываются либо в этиловый спирт — спиртовое брожение (в клетках дрожжей и растений при недостатке кислорода)
CH₃COCOOH → СО₂ + СН₃СОН
СН₃СОН + 2НАД·Н → С₂Н₅ОН + 2НАД⁺,
либо в молочную кислоту — молочнокислое брожение (в клетках животных при недостатке кислорода)
CH₃COCOOH + 2НАД·Н → C₃Н₆O₃ + 2НАД⁺.
При наличии в среде кислорода продукты гликолиза претерпевают дальнейшее расщепление до конечных продуктов.
3. Третий этап — полное окисление (дыхание) — заключается в окислении ПВК до углекислого газа и воды, осуществляется в митохондриях при обязательном участии кислорода.
Он состоит из трёх стадий:
А) образование ацетилкоэнзима А;
Б) окисление ацетилкоэнзима А в цикле Кребса;
В) окислительное фосфорилирование в электронотранспортной цепи.

А. На первой стадии ПВК переносится из цитоплазмы в митохондрии, где взаимодействует с ферментами матрикса и образует 1) диоксид углерода, который выводится из клетки; 2) атомы водорода, которые молекулами-переносчиками доставляются к внутренней мембране митохондрии; 3) ацетилкофермент А (ацетил-КоА).
Б. На второй стадии происходит окисление ацетилкоэнзима А в цикле Кребса. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты) — это цепь последовательных реакций, в ходе которых из одной молекулы ацетил-КоА образуются 1) две молекулы диоксида углерода, 2) молекула АТФ и 3) четыре пары атомов водорода, передаваемые на молекулы-переносчики — НАД и ФАД. Таким образом, в результате гликолиза и цикла Кребса молекула глюкозы расщепляется до СО₂, а высвободившаяся при этом энергия расходуется на синтез 4 АТФ и накапливается в 10 НАД·Н и 4 ФАД·Н₂.
В. На третьей стадии атомы водорода с НАД·Н и ФАД·Н₂ окисляются молекулярным кислородом О₂ с образованием воды. Один НАД·Н способен образовывать 3 АТФ, а один ФАД·Н₂–2 АТФ. Таким образом, выделяющаяся при этом энергия запасается в виде ещё 34 АТФ.
Этот процесс протекает следующим образом. Атомы водорода концентрируются около наружной стороны внутренней мембраны митохондрии. Они теряют электроны, которые по цепи молекул-переносчиков (цитохромов) электронотранспортной цепи (ЭТЦ) переносятся на внутреннюю сторону внутренней мембраны, где соединяются с молекулами кислорода:
О₂ + е^— → О₂^—.
В результате деятельности ферментов цепи переноса электронов внутренняя мембрана митохондрий изнутри заряжается отрицательно (за счёт О₂^—), а снаружи — положительно (за счёт Н⁺), так что между её поверхностями создаётся разность потенциалов. Во внутреннюю мембрану митохондрий встроены молекулы фермента АТФ- синтетазы, обладающие ионным каналом. Когда разность потенциалов на мембране достигает критического уровня, положительно заряженные частицы H⁺ силой электрического поля начинают проталкиваться через канал АТФазы и, оказавшись на внутренней поверхности мембраны, взаимодействуют с кислородом, образуя воду:
1/2О₂^— +2H⁺ → Н₂О.
Энергия ионов водорода H⁺, транспортирующихся через ионный канал внутренней мембраны митохондрии, используется для фосфорилирования АДФ в АТФ:
АДФ + Ф → АТФ.
Такое образование АТФ в митохондриях при участии кислорода называется окислительным фосфорилированием.
Суммарное уравнение расщепления глюкозы в процессе клеточного дыхания:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38H₃PO₄ + 38АДФ → 6CO₂ + 44H₂O + 38АТФ.
Таким образом, в ходе гликолиза образуются 2 молекулы АТФ, в ходе клеточного дыхания — ещё 36 молекул АТФ, в целом при пол- ном окислении глюкозы — 38 молекул АТФ.

Пластический обмен

Пластический обмен, или ассимиляция, представляет собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений из более простых (фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка и др.).

Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул:
органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).
Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза происходит образование простых органических соединений, из которых в дальнейшем синтезируются макромолекулы:
неорганические вещества (СО₂, Н₂О) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).

Фотосинтез

Фотосинтез — синтез органических соединений из неорганических за счёт энергии света. Суммарное уравнение фотосинтеза:

Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Фотосинтезирующие пигменты представляют собой белковоподобные вещества. Наиболее важным является пигмент хлорофилл. У эукариот фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид, у прокариот — во впячивания цитоплазматической мембраны.
Строение хлоропласта очень похоже на строение митохондрии. Во внутренней мембране тилакоидов гран содержатся фотосинтетические пигменты, а также белки цепи переноса электронов и молекулы фермента АТФ-синтетазы.
Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.
1. Световая фаза фотосинтеза протекает только на свету в мембране тилакоидов граны.
К ней относятся поглощение хлорофиллом квантов света, образование молекулы АТФ и фотолиз воды.
Под действием кванта света (hv) хлорофилл теряет электроны, переходя в возбуждённое состояние:

Эти электроны передаются переносчиками на наружную, то есть обращенную к матриксу поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются.
Одновременно внутри тилакоидов происходит фотолиз воды, то есть её разложение под действием света:

Образующиеся электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и восстанавливают их. Молекулы хлорофилла возвращаются в стабильное состояние.
Протоны водорода, образовавшиеся при фотолизе воды, накапливаются внутри тилакоида, создавая Н⁺-резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны тилакоида заряжается положительно (за счёт Н⁺), а наружная — отрицательно (за счёт е^—). По мере накопления по обе стороны мембраны противоположно заряженных частиц нарастает разность потенциалов. При достижении критической величины разности потенциалов сила электрического поля начинает проталкивать протоны через канал АТФ-синтетазы. Выделяющаяся при этом энергия используется для фосфорилирования молекул АДФ:
АДФ + Ф → АТФ.

Образование АТФ в процессе фотосинтеза под действием энергии света называется фотофосфорилированием.
Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами и образуют атомарный водород, который связывается с молекулой-переносчиком водорода НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат):
2Н⁺ + 4е^– + НАДФ⁺ → НАДФ·Н₂.
Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса: образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ и образование атомов водорода в форме НАДФ·Н₂. Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФ·Н₂ участвуют в процессах темновой фазы.
2. Темновая фаза фотосинтеза протекает в матриксе хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований СО₂, поступающего из воздуха, в цикле Кальвина. Осуществляются реакции темновой фазы за счёт энергии АТФ. В цикле Кальвина СО₂ связывается с водородом из НАДФ·Н₂ с образованием глюкозы.
В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и всё живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.
Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот представлена в таблице.

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот

Генетическая информация у всех организмов хранится в виде определённой последовательности нуклеотидов ДНК (или РНК у РНК-содержащих вирусов). Прокариоты содержат генетическую информацию в виде одной молекулы ДНК. В эукариотических клетках генетический материал распределён в нескольких молекулах ДНК, организованных в хромосомы.
ДНК состоит из кодирующих и некодирующих участков. Кодирующие участки кодируют РНК. Некодирующие области ДНК выполняют структурную функцию, позволяя участкам генетического материала упаковываться определённым образом, или регуляторную функцию, участвуя во включении генов, направляющих синтез белка.
Кодирующими участками ДНК являются гены. Ген — участок молекулы ДНК, кодирующей синтез одной мРНК (и соответственно полипептида), рРНК или тРНК.
Участок хромосомы, где расположен ген называется локусом. Совокупность генов клеточного ядра представляет собой генотип, совокупность генов гаплоидного набора хромосом — гено́м, совокупность генов внеядерных ДНК (митохондрий, пластид, цитоплазмы) — плазмон.
Реализация информации, записанной в генах, через синтез белков называется экспрессией (проявлением) генов. Генетическая информация хранится в виде определённой последовательности нуклеотидов ДНК, а реализуется в виде последовательности аминокислот в белке. Посредниками, переносчиками информации выступают РНК. То есть реализация генетической информации происходит следующим образом:
ДНК → РНК → белок.
Этот процесс осуществляется в два этапа:
1) транскрипция;
2) трансляция.

Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. В результате образуются мРНК, тРНК и рРНК. Процесс транскрипции требует больших затрат энергии в виде АТФ и осуществляется ферментом РНК-полимеразой.

Одновременно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные её отрезки. Такой отрезок (транскриптон) начинается промотором — участком ДНК, куда присоединяется РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция, а заканчивается терминатором — участком ДНК, содержащим сигнал окончания транскрипции. Транскриптон — это ген с точки зрения молекулярной биологии.
Транскрипция, как и репликация, основана на способности азотистых оснований нуклеотидов к комплементарному связыванию. На время транскрипции двойная цепь ДНК разрывается, и синтез РНК осуществляется по одной цепи ДНК.

В процессе транскрипции последовательность нуклеотидов ДНК переписывается на синтезирующуюся молекулу мРНК, которая выступает в качестве матрицы в процессе биосинтеза белка.
Гены прокариот состоят только из кодирующих нуклеотидных последовательностей.

Гены эукариот состоят из чередующихся кодирующих (экзонов) и некодирующих (интронов) участков.

После транскрипции участки мРНК, соответствующие интронам, удаляются в ходе сплайсинга, являющегося составной частью процессинга.

Процессинг — процесс формирования зрелой мРНК из её предшественника пре-мРНК. Он включает два основных события. 1.Присоединение к концам мРНК коротких последовательностей нуклеотидов, обозначающих место начала и место конца трансляции. Сплайсинг — удаление неинформативных последовательностей мРНК, соответствующих интронам ДНК. В результате сплайсинга молекулярная масса мРНК уменьшается в 10 раз.
Трансляция (от лат. translatio — перевод) — синтез полипептидной цепи с использованием мРНК в роли матрицы.

В трансляции участвуют все три типа РНК: мРНК является информационной матрицей; тРНК доставляют аминокислоты и узнают кодоны; рРНК вместе с белками образуют рибосомы, которые удерживают мРНК, тРНК и белок и осуществляют синтез полипептидной цепи.

Этапы трансляции

Реакции матричного синтеза. К реакциям матричного синтеза относятся

• самоудвоение ДНК (репликация);
• образование мРНК, тРНК и рРНК на молекуле ДНК (транскрипция);
• биосинтез белка на мРНК (трансляция).

Все эти реакции объединяет то, что молекула ДНК в одном случае или молекула мРНК в другом выступают в роли матрицы, на которой происходит образование одинаковых молекул. Реакции матричного синтеза являются основой способности живых организмов к воспроизведению себе подобных.
Регуляция экспрессии генов. Тело многоклеточного организма построено из разнообразных клеточных типов. Они отличаются структурой и функциями, то есть дифференцированы. Различия проявляются в том, что помимо белков, необходимых любой клетке организма, клетки каждого типа синтезируют ещё и специализированные белки: в эпидермисе образуется кератин, в эритроцитах — гемоглобин и т. д. Клеточная дифференцировка обусловлена изменением набора экспрессируемых генов и не сопровождается какими-либо необратимыми изменениями в структуре самих последовательностей ДНК.

3

ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕКА

Ц ель : Все животные и человек приспособились добывать энергию из синтезированных растениями органических веществ. Чтобы использовать энергию Солнца, заключённую в молекулах органических веществ, её необходимо высвободить, окислив эти вещества. Чаще всего в качестве окислителя используют кислород воздуха.

Этапы дыхания: Комплекс последовательных физиологических и физико-химических процессов, обеспечивающих дыхание, подразделяют на пять этапов.

1-й этап — внешнее дыхание, или вентиляция легких — процессы, обеспечивающие ритмическое поступление определенных объемов атмосферного воздуха в легкие (вдох) и удаление его из легких в атмосферу (выдох).

2-й этап — диффузия газов в легких (газообмен в легких) — процессы, обеспечивающие переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и углекислого газа в обратном направлении.

3-й этап — транспорт газов кровью — процессы, обеспечивающие растворение кислорода и углекислого газа в крови, связывание их с гемоглобином и другими веществами и перенос с током крови.

4-й этап — диффузия газов в тканях (газообмен в тканях) — процессы, обеспечивающие диссоциацию оксигемоглобина в крови тканевых капилляров и диффузию кислорода из крови в тканевые структуры, а также диффузию углекислого газа в обратном направлении, его растворение и связывание с гемоглобином.

5-й этап — клеточное дыхание — биохимические и физико-химические процессы, обеспечивающие аэробное окисление органических веществ с получением энергии, используемой для жизнедеятельности клетки. При этом образуются углекислый газ, вода и азотистые основания (при окислении белков).

Функционирование дыхательной системы:

Носовая полость

Воздухоносные пути начинаются с носовой полости, которая через ноздри соединяется с окружающей средой. От ноздрей воздух проходит по носовым ходам, выстланным слизистым, реснитчатым и чувствительным эпителием. Наружный нос состоит из костных и хрящевых образований и имеет форму неправильной пирамиды, которая изменяется в зависимости от особенностей строения человека. В состав костного скелета наружного носа входят носовые косточки и носовая часть лобной кости. Хрящевой скелет является продолжением костного скелета и состоит из гиалиновых хрящей различной формы. Полость носа имеет нижнюю, верхнюю и две боковые стенки. Нижняя стенка образована твёрдым нёбом, верхняя — решётчатой пластинкой решётчатой кости, боковая — верхней челюстью, слёзной костью, глазничной пластинкой решётчатой кости, нёбной костью и клиновидной костью. Носовой перегородкой полость носа разделена на правую и левую части.

Гортань

Гортань — один из отделов воздухоносных путей. Сюда из носовых ходов через глотку поступает воздух. В стенке гортани есть несколько хрящей: щитовидный, черпаловидный и др. В момент глотания пищи мышцы шеи поднимают гортань, а надгортанный хрящ опускается и закрывается гортань. Поэтому пища поступает только в пищевод и не попадает в трахею.

Трахея

Гортань переходит в трахею (дыхательное горло), которая имеет форму трубки длиной около 12 см, в стенках которого есть хрящевые полукольца, не позволяющие ей спадать. Задняя стенка её образована соединительнотканной перепонкой. Полость трахеи, как и полость других воздухоносных путей выстлана мерцательным эпителием, препятствующим проникновению в лёгкие пыли и других инородных тел. При дыхании мелкие частички пыли прилипают к увлажнённой слизистой оболочке трахеи, а реснички мерцательного эпителия продвигают их обратно к выходу из дыхательных путей.

Нижни й конец трахеи делится на два бронха, которые затем многократно ветвятся, входят в правое и левое лёгкие, образуя в лёгких «бронхиальное дерево».

Бронхи

В грудной полости трахея делится на два бронха — левый и правый. Каждый бронх входит в лёгкое и там делится на бронхи меньшего диаметра, которые разветвляются на мельчайшие воздухоносные трубочки — бронхиолы. Бронхиолы в результате дальнейшего ветвления переходят в расширения — альвеолярные ходы, на стенках которых находятся микроскопические выпячивания, называемые легочными пузырьками, или альвеолами. Стенки альвеол построены из особого тонкого однослойного эпителия.

Лёгкие

Лёгкие занимают почти всю полость грудной полости и представляют собой упругие губчатые органы. В центральной части лёгкого располагаются ворота, куда входят бронх, легочная артерия, нервы, а выходят легочные вены. Правое лёгкое делится бороздами на три доли, левое на две. Снаружи лёгкие покрыты тонкой соединительнотканной плёнкой — легочной плеврой, которая переходит на внутреннею поверхность стенки грудной полости и образует пристенную плевру. Между этими двумя плёнками находится плевральная щель, заполненная жидкостью, уменьшающей трение при дыхании.

В момент вдоха, когда сокращаются наружные межреберные мышцы и ребра поднимаются, наружный листок плевры отходит от внутреннего, вследствие чего увеличивается объем плевральной полости. Поскольку легкие всегда стремятся занять максимально возможный объем в грудной полости в связи с разностью давления внутри и снаружи органа, при увеличении объема плевральной полости происходят растяжение легких и поступление в них воздуха. Это приводит к увеличению эластической тяги легких и, следовательно, уменьшению внутриплеврального давления. Чем глубже вдох, тем больше уменьшается давление. В момент глубокого вдоха оно может достигать минус 12-15 мм рт. ст. (рис. 1).

Когда в межреберных мышцах заканчивается процесс возбуждения, они расслабляются и ребра пассивно возвращаются в исходное положение; точно так же прекращение сокращения диафрагмы приводит к тому, что она занимает свое прежнее куполообразное положение. Возвращение ребер и диафрагмы в исходное положение приводит к уменьшению объема грудной полости, а следовательно, к сдавлению легких. При возвращении ребер в исходное положение давление в плевральной полости повышается, т.е. в ней уменьшается отрицательное давление, так как уменьшается эластическая тяга легких. При глубоком выдохе оно становится равным минус 3-4 мм рт. ст. При сдавлении легких из них пассивно выходит воздух — осуществляется выдох.

Упругие свойства легких. Эластическая тяга легких обусловлена тремя факторами:

• поверхностным натяжением пленки жидкости, покрывающей внутреннюю поверхность альвеол;

• упругостью ткани стенок альвеол вследствие наличия в них эластических волокон;

• тонусом бронхиальных мышц.

Если бы внутренняя поверхность альвеол была покрыта водным раствором, поверхностное натяжение должно было быть в 5-8 раз больше. В таких условиях наблюдалось бы полное спадение одних альвеол (ателектаз) при перерастяжении других. Этого не происходит потому, что внутренняя поверхность альвеол выстлана веществом, имеющим низкое поверхностное натяжение, так называемым сурфактантом, имеющим толщину 20-100 нм и состоящим из белков и липидов. Пленка сурфактанта обладает замечательным свойством: уменьшение размеров альвеол сопровождается снижением поверхностного натяжения; это важно для стабилизации альвеол.

Сурфактант необходим для начала дыхания при рождении ребенка. До рождения легкие находятся в спавшемся состоянии. Ребенок после рождения делает несколько сильных дыхательных движений, легкие расправляются, а сурфактант удерживает их от спадения (коллапса). Недостаток или дефекты сурфактанта вызывают тяжелое заболевание (синдром дыхательного дистресса).

Газообмен в альвеоле

Регуляция дыхания

Нервная Гуморальная

Кора Дыхательный центр Концентрация СО2 в крови

Нервная регуляция дыхания

Дыхательный центр

Координи­рованные дыхательные движения управляются из дыхательного центра в продолговатом мозге. Он состоит из двух половин, связанных между собою перемычками. Каждая половина координирует соответствующую половину грудной клет­ки. Это можно доказать в опыте на кошке, расщепив у нее продолговатый мозг по средней линии. Тогда правая и левая половина грудной клетки начинают дышать самостоятельно и с особым ритмом.

Дыхательный центр посылает им­пульсы к дыхательным мышцам не непосредственно, а через соот­ветствующие центры спинного мозга. В настоящее время в дыхательном центре различают участки, раздражение которых стимулирует вдох (так называемый центр вдоха), и участки, стимулирующие выдох (так называемый центр выдоха).

Автоматия дыхательного центра

Нервные импульсы из центра дыхания в продолговатом мозге поступают каждые 4-5 сек. в нервные центры, регулирующие движения диафрагмы и межреберных мышц, которые расположены в шейном и грудном отделе спинного мозга, и вызывают их возбуждение. Это возбуждение, передаваясь по нервным волокнам, приводит в движение диафрагму и межреберные мышцы. Таким образом осуществляется автоматическое регулирование процессов вдоха и выдоха.

Высший центр дыхания

Высший центр, который регулирует дыхание, расположен в коре больших полушарий головного мозга. При участии этого высшего центра человек может произвольно задерживать дыхание в течение определенного времени, однако избыточное накопление углекислого газа в результате задержки дыхания вызывает сильное возбуждение дыхательного центра в продолговатом мозге и дыхание автоматически возобновляется.

Высший центр дыхания координирует частоту и глубину дыхательных движений при различных состояниях человека, то есть во время разговора, пения, выполнения физических упражнений, ходьбы. Под влиянием эмоций — гнева, страха и пр.— дыхание учащается, а при испуге или боли может даже остановиться. В высшем центре коры больших полушарий образуются условные рефлексы дыхания.

Рефлекторная регуляция дыхания Рефлексы с полости носа

Большое значение для нормального функционирования дыха­тельного аппарата имеют рефлексы с воздухоносных путей. В верхних дыхательных путях воздух согревается, насыщается па­рами воды и очищается от пыли и бактерий. Этому способствует узость этих путей и постоянная гиперемия слизистой оболочки. У северного оленя, вынужденного при быстром беге глубоко и сильно дышать, имеется в трахее специальное приспособление в виде желваков из кровеносных сосудов, в значительной мере со­гревающих холодный воздух.

Слизистая оболочка носа очень чувствительна. Чувствитель­ность в ней разнообразная — термическая, болевая, тактильная, давления и пр. и более высокая, чем на коже. При раздражении слизистой оболочки носа вызывается ряд рефлексов секреторных, сосудистых, двигательных. Механическое раздражение слизистой оболочки носа ведет к рефлексу чихания, но сильное ее раздраже­ние может привести к остановке дыхания. Рефлексы, возникаю­щие при раздражении слизистой оболочки носа, оказывают боль­шое влияние на организм, так как незатрудненное, свободное носовое дыхание обеспечивает нормальное течение многих процес­сов.

Кашлевой рефлекс

Большое значение имеют рефлексы, идущие с гортани, чув­ствительным нервом которой является передний гортанный нерв. Слизистая оболочка дыхательных путей выстлана мерцатель­ным эпителием, который переносит случайно попавшие туда час­тицы к гортани. Раздражение гортани грубыми частицами вызывает рефлекс кашля — сильным выдох при одновременном сужении голосовой щели. При кашле сильной струей воздуха удаляются из трахеи раздражающие ее частицы.

Гуморальная регуляция дыхания Содержание углекислого газа в крови играет важную роль в регуляции дыхания. Увеличенное или уменьшенное содержание в крови углекислого газа, воздействуя на дыхательный центр гуморальным путем, принимает участие в регуляции дыхания. иперкапния

Гиперкапния – это увеличение содержания углекислого газа в крови.

Раздражителем центра дыхания является сдвиг реакции крови в кислую сторону, что наступает при недостатке кислорода или при избытке углекислого газа в крови – гиперкапнии. Гиперкапния может возникнуть, если большое количество людей будут находиться в помещении с закрытыми дверями и окнами долгое время, в результате чего в воздухе увеличится содержание углекислого газа. При дыхании этим воздухом в крови учащихся будет увеличиваться содержание углекислого газа, что приведет к сильному возбуждению дыхательного центра и учащению дыхания. Если класс немедленно не проветрить, то у учеников могут появиться головокружение, сонливость, зевота, общая слабость, одышка и другие нежелательные явления.

Гипокапния

Гипокапния – это снижение содержания углекислого газа в крови. Гипокапния приводит к уменьшению раздражения дыхательного центра, что выражается в урежении дыхания.

Гипокапнию можно вызвать, если с помощью нескольких глубоких выдохов снизить насыщенность крови углекислотой и тем самым понизить возбудимость центра дыхания, то дыхание прекращается на 20-30 секунд. Это состояние называют апноэ.

«Стадии энергетического обмена.
Брожение и дыхание»

Раздел ЕГЭ: 2.5. Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле.

Несмотря на всю сложность реакций энергетического обмена, его условно подразделяют на три этапа: подготовительный, анаэробный (бескислородный) и аэробный (кислородный).

На подготовительном этапе молекулы полисахаридов, липидов, белков, нуклеиновых кислот распадаются на более простые, например глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды и др. Этот этап может протекать непосредственно в клетках либо в кишечнике, откуда расщепленные вещества доставляются с током крови.

Анаэробный этап энергетического обмена сопровождается дальнейшим расщеплением мономеров органических соединений до еще более простых промежуточных продуктов, например пировиноградной кислоты, или пирувата. Он не требует присутствия кислорода, и протекает в цитоплазме.

Бескислородному расщеплению могут подвергаться различные вещества, однако довольно часто субстратом реакций оказывается глюкоза. Процесс ее бескислородного расщепления называется гликолизом. При гликолизе молекула глюкозы теряет четыре атома водорода, то есть окисляется, при этом образуются две молекулы пировиноградной кислоты, две молекулы АТФ и две молекулы восстановленного переносчика водорода НАДН + Н⁺:

Аэробный этап энергетического обмена может происходить только в присутствии кислорода, при этом промежуточные соединения, образовавшиеся в процессе бескислородного расщепления, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды) и выделяется большая часть энергии, запасенной в химических связях органических соединений. Она переходит в энергию макроэргических связей 36 молекул АТФ. Этот этап также называется тканевым дыханием. В случае отсутствия кислорода промежуточные соединения превращаются в другие органические вещества, и этот процесс называется брожением.

Дыхание

Аэробное дыхание происходит в митохондриях, при этом пировиноградная кислота сначала утрачивает один атом углерода, что сопровождается синтезом одного восстановительного эквивалента НАДН + Н⁺ и молекулы ацетилкофермента А (ацетил-КоА):

Ацетил-КоА в матриксе митохондрий вовлекается в цепь химических реакций, совокупность которых называется циклом Кребса. В ходе этих превращений образуется две молекулы АТФ, ацетил-КоА полностью окисляется до углекислого газа, а его ионы водорода и электроны присоединяются к переносчикам водорода НАДН + Н⁺ и ФАДН₂. Переносчики транспортируют протоны водорода и электроны к внутренним мембранам митохондрий, образующим кристы. При помощи белков-переносчиков протоны водорода нагнетаются в межмембранное пространство, а электроны передаются по так называемой дыхательной цепи ферментов, расположенной на внутренней мембране митохондрий, и сбрасываются на атомы кислорода:

Следует отметить, что некоторые белки дыхательной цепи содержат железо и серу.

Из межмембранного пространства протоны водорода транспортируются обратно в матрикс митохондрий с помощью специальных ферментов — АТФ-синтаз, а выделяющаяся при этом энергия расходуется на синтез 34 молекул АТФ из каждой молекулы глюкозы. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием. В матриксе митохондрий протоны водорода реагируют с радикалами кислорода с образованием воды:

Совокупность реакций кислородного этапа дыхания может быть выражена следующим образом:

Суммарное уравнение дыхания выглядит таким образом:

Брожение

В отсутствие кислорода или при его недостатке происходит брожение. Брожение является эволюционно более ранним способом получения энергии, чем дыхание, однако оно энергетически менее выгодно, поскольку в результате брожения образуются все еще богатые энергией органические вещества. Различают несколько основных видов брожения: молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое и др. Так, в скелетных мышцах в отсутствие кислорода в ходе брожения пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты, при этом образовавшиеся ранее восстановительные эквиваленты расходуются и остается всего две молекулы АТФ:

При брожении с помощью дрожжевых грибов пировиноградная кислота в присутствии кислорода превращается в этиловый спирт и оксид углерода (IV):

При брожении с помощью микроорганизмов из пировиноградной кислоты могут образоваться также уксусная, масляная, муравьиная кислоты и др.

Это конспект для 10-11 классов по теме «Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание».
Читайте также другие конспекты, относящиеся к разделу ЕГЭ 2.5:

• Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь.
• Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле.

Дыхательная система обеспечивает функции внешнего дыхания, то есть газообмена между кровью и воздухом. Внутренним, или тканевым дыханием называют газообмен между клетками тканей и окружающей их жидкостью и окислительные процессы, которые происходят внутри клеток и приводят к получению энергии.

Газообмен с воздухом осуществляется в легких. Он направлен на то, чтобы кислород из воздуха поступил в кровь (был захвачен молекулами гемоглобина, так как в воде кислород растворяется плохо), а растворенный в крови углекислый газ выделился в воздух, во внешнюю среду.

Взрослый человек в покое совершает около 14-16 вдохов за минуту. При физической или эмоциональной нагрузке могут увеличиваться глубина и частота дыхания.

Дыхательные пути

Дыхательные пути несут воздух к легким. Они начинаются с носовой полости, оттуда по носовым ходам воздух попадает в глотку. На уровне глотки дыхательные пути встречаются с пищеварительными. Выделяют носоглотку и ротоглотку (их разделяет язычок). Ниже, на уровне надгортанника, они вместе образуют гортаноглотку.

Из гортаноглотки воздух идет в гортань, далее – в трахею. Стенки гортани образованы несколькими хрящами, между которыми натянуты голосовые связки. При спокойном вдохе и выдохе голосовые связки расслаблены. При прохождении воздуха между напряженными связками возникает звук. Человек способен произвольно менять углы наклона хрящей и степень натяжения связок, что делает возможным речь и пение.

Условная граница между верхними и нижними дыхательными путями проходит на уровне гортани.

К верхним дыхательным путям можно также отнести ротовую полость, так как иногда дыхание осуществляется и через рот. Дыхание носом является более физиологичным по нескольким причинам:

• Во-первых, проходя через извитые носовые ходы воздух успевает согреться, увлажниться и очиститься от пыли и бактерий. При охлаждении дыхательных путей снижается защитная способность иммунитета и повышается риск заболеть;
• Во-вторых, в носовой полости есть рецепторы, которые запускают чихание. Это сложный защитный рефлекторный акт, направленный на удаление из дыхательных путей инородных тел, вредных химических веществ, слизи и прочих раздражителей;
• В-третьих, в носовых ходах находятся обонятельные рецепторы, благодаря которым человек различает запахи.

К нижним дыхательным путям относят гортань, трахею и бронхи. Пути движения воздуха и пищи перекрещиваются, поэтому еда или жидкость могут попадать в трахею. Такое устройство органов дыхания эволюционно восходит к двоякодышащим рыбам, которые для дыхания заглатывали воздух в желудок. Вход в трахею перекрывается специальным хрящем, надгортанником. Во время акта глотания надгортанник опускается, чтобы пища и жидкость не проникли в легкие.

Трахея расположена кпереди от пищевода, она представляет собой трубку, в стенке которой находятся хрящевые полукольца, которые придают трахее необходимую жесткость, чтобы она не спадалась и воздух мог бы проходить к легким. Задняя стенка трахеи мягкая, поэтому при прохождении по пищеводу твердых комков она может растягиваться и не создавать препятствий пище.

При отеках шеи (например, при аллергическом отеке Квинке) трахея защищена от сдавливания в отличии от гортаноглотки. Поэтому при отеке гортани человек может задохнуться. Если гортань еще проходима, в нее вставляют жесткую трубку, чтобы обеспечить ток воздуха. Если же гортань уже отекла слишком сильно, делают трахеотомию: разрез в трахее, в который вставляют трубку для дыхания.

На уровне V-VI грудного позвонка трахея делится на два главных бронха, правый и левый. Место разделения трахеи называется бифуркацией. Бронхи схожи по строению с трахеей, только хрящи в их стенках имеют форму замкнутых колец. Внутри легких бронхи тоже ветвятся, переходят в более мелкие бронхиолы.

Иногда инородные тела все же попадают в нижние дыхательные пути. В этом случае слизистая раздражается и человек начинает кашлять, чтобы удалить инородное тело. Если дыхательные пути перекрываются полностью, наступает асфиксия, человек начинает задыхаться.

Традиционным способом помочь в такой ситуации считают удары по спине. Однако, если наносить удары стоящему прямо человеку, инородное тело под действием силы тяжести сместится вниз и вероятнее всего закупорит правый главный бронх (он отходит от трахеи меньшим углом). Дыхание после этого восстановится, но не в полном объеме, так как функционировать будет только одно легкое. Пострадавшему будет необходима госпитализация.

Чтобы предотвратить закупорку главного бронха, перед выполнением ударов по спине нужно, чтобы пострадавший нагнулся вперед. При этом ударять следует между лопатками, совершая резкие толкательные движения снизу-вверх.

Если после 5 ударов пострадавший продолжает задыхаться, следует выполнить прием Хаймлиха (Геймлиха): встав за спиной пострадавшего, положить кулак одной руки над пупком и резко и сильно нажать обеими руками. Прием Хаймлиха можно выполнять и лежащему человеку (см. рисунок).

Легкие, газообмен

В организме человека два легких, правое и левое. Правое состоит из трех долей, левое – из двух. Вообще, левое легкое меньше по размеру, так как часть объема грудной клетки слева занимает сердце. Именно в легких происходит газообмен между кровью и воздухом.

По самым тонким частям дыхательных путей, терминальным (конечным) бронхиолам, воздух попадает в альвеолы. Альвеолы представляют собой полые пузырьки с тонкими стенками, которые оплетены густой сетью капилляров. Пузырьки собраны в гроздья, которые называют альвеолярными мешочками, они образуют респираторные отделы легких. Каждое легкое содержит около 300 000 000 альвеол. Такое строение позволяет значительно увеличить площадь поверхности, на которой происходит газообмен. У человека общая площадь поверхности альвеолярных стенок составляет от 40 м² до 120 м².

Венозная кровь подходит к альвеолярному мешочку по артериоле. По венуле в сторону сердца оттекает насыщенная кислородом артериальная кровь. Кислород и углекислый газ движутся по градиенту концентрации путем пассивной диффузии, так как в воздухе относительно много кислорода и мало углекислого газа.

Состав атмосферного воздуха: 21% кислорода, 0,03% углекислого газа (СО2) и 79% азота. На выдохе состав воздуха изменяется следующим образом: 16,3% кислорода, 4% СО2 и по-прежнему 79% азота. Видно, что концентрация СО2 возрастает более, чем в 100 раз! При этом концентрация кислорода изменяется не так сильно, поэтому для того, чтобы воздухом снова можно было дышать, важнее удалить из него избыток углекислого газа, а не насытить кислородом.

Стенки альвеол изнутри покрыты сурфактантом, это поверхностно-активное вещество, которое предотвращает спадение альвеол на выдохе. Сурфактант уменьшает силу поверхностного натяжения, его выделяют специальные клетки-альвеолоциты. При воспалительных процессах состав сурфактанта может изменяться, альвеолы начинают схлопываться и слипаться, уменьшается площадь поверхности газообмена, возникает чувство нехватки воздуха, одышка.

Способом расправить слипнувшиеся альвеолы является зевание – ещё один сложный рефлекторный акт дыхательной системы. Зевание возникает, когда к мозгу поступает недостаточно кислорода.

Дыхательные движения, легочные объемы

Грудная полость изнутри выстлана гладкой серозной оболочкой – плеврой. Плевра имеет два листка, один покрывает стенку грудной полости (париетальная, или пристеночная плевра), другой – сами легкие (висцеральная, или легочная плевра). Листки плевры выделяют плевральную жидкость, которая смягчает скольжение легких и предотвращает трение. Также плевра обеспечивает герметичность плевральной полости, благодаря чему возможно дыхание.

При вдохе человек изменяет объем дыхательной клетки двумя путями: за счет поднятия ребер и за счет опускания диафрагмы. Ребра имеют косонисходящее направление, поэтому при напряжении основных дыхательных мышц они поднимаются вверх, расширяя грудную клетку. Диафрагма – мощная мышца, которая разделяет органы грудной и брюшной полостей. В расслабленном состоянии они образует купол, а когда напрягается – становится плоской и прижимает вниз органы брюшной полости.

Если в процессе вдоха большую роль играет подъем ребер, такой тип дыхания называется грудным, он характерен для женщин. У мужчин чаще преобладает брюшной (диафрагмальный) тип дыхания, при котором основную роль во вдохе играет напряжение диафрагмы.

Из-за того, что плевральная полость герметична, а объем грудной клетки увеличивается, давление в плевральной полости на вдохе падает и становится ниже атмосферного (условно такое давление называют отрицательным). Воздух из-за разности давлений по дыхательным путям начинает поступать в легкие.

Если герметичность плевры нарушена (такое может произойти при переломе ребер или проникающем ранении), воздух будет поступать не в легкие, а в плевральную полость. Может даже произойти спадение легкого или его доли, так как атмосферное давление будет действовать снаружи, не расправляя, а наоборот, сжимая легочную ткань. Проникновение газа в плевральную полость называется пневмотораксом. Газообмен в спавшемся легком невозможен, поэтому при ранении грудной клетки очень важно как можно скорее обеспечить герметичность плевральной полости. Для этого используют герметичные повязки, непосредственно к ране прикладывают кусок клеенки, полиэтилена, тонкой резины и т.д.

Если интенсивность вентиляции необходимо увеличить, к работе основных дыхательных мышц присоединяются вспомогательные: мышцы шеи, груди, некоторые спинные мышцы. Так как многие из них крепятся к костям пояса верхних конечностей, для облегчения дыхания люди опираются руками, чтобы зафиксировать пояс конечностей. Подобные позы можно наблюдать у больных людей при приступе астмы.

Выдох в покое происходит пассивно. Есть дыхательные мышцы, с помощью которых можно совершить резкий (форсированный) выдох. Это в основном мышцы брюшного пресса: при напряжении они сдавливают органы брюшной полости, выталкивая вверх диафрагму.

В покое легкие вентилируются неравномерно, хуже всего вентилируются верхушки легких. Это компенсируется тем, что кровоснабжаются верхушки обильнее, чем основания. Объем спокойного выдоха составляет в среднем 0,5 л. Существуют резервные объемы вдоха и выдоха, при необходимости человек начинает дышать усиленно, делать глубокие вдохи и форсированные выдохи. При этом объем воздуха в легких увеличится в несколько раз.

Максимальный объем, который человек может выдохнуть после глубокого вдоха, называется жизненной емкостью легких (ЖЕЛ) и составляет около 4,5 л. При этом в дыхательных путях всегда, даже после полного выдоха, остается некоторое количество воздуха (иначе дыхательные пути спадались бы). Этот воздух составляет остаточный объем, около 1,5 л.

Для исследования функции внешнего дыхания используют спирографию. Пример спирограммы представлен на рисунке:

Тканевое дыхание

В тканях организма, где концентрация кислорода меньше, чем в легких, молекулы кислорода выходят из эритроцитов в кровь и затем поступают в тканевую жидкость. Кислород плохо растворяется в воде, поэтому он высвобождается эритроцитами постепенно.

Клетки ткани через тканевую жидкость отдают в кровь СО2, который хорошо растворим в воде и не требует гемоглобина для переноски.

Таким образом, транспорт газов происходит пассивно, без затраты энергии. Эффективный газообмен между кровью и тканью возможен только в капиллярах, так как их стенка достаточно тонкая, а скорость течения крови достаточно медленная.

Важно помнить, что конечная цель работы дыхательной системы – обеспечить поступление кислорода внутрь клетки, так как именно аэробное окисление глюкозы является источником энергии для человека. Процесс получения энергии происходит внутри клеточных органелл, митохондрий.

Глюкоза под действием дыхательных ферментов проходит несколько этапов окисления, в результате чего образуются молекулы АТФ, вода и углекислый газ. АТФ – универсальный переносчик энергии, который используется практически во всех процессах в клетке.

Регуляция дыхания

Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге, он регулирует глубину и частоту вдохов. Рецепторы на его поверхности реагируют в основном на повышение концентрации СО2 в крови. То есть, если в воздухе нормальная концентрация кислорода, но повышено содержание углекислого газа (гиперкапня) человек будет испытывать сильный дискомфорт. Появится одышка, головокружение, удушье, человек потеряет сознание. У многих людей повышенная концентрация СО2 вызывает панику.

При гипервентиляции легких (слишком частое и глубокое дыхание) из крови вымывается СО2, что тоже ведет к головокружению и иногда к потере сознания, потому что система регуляции дыхания «сбивается».

Есть также рецепторы, которые реагируют на снижение или повышение кислорода в крови. При гипоксии (нехватке кислорода) возникает вялость, заторможенность и спутанность сознания. Через некоторое время наступает эйфория, которая сменяется ступором и потерей сознания.

Сигналы из дыхательного центра поступают к межреберным мышцам и диафрагме. При избытке углекислого газа в большей усиливается частота дыхательных движений, а при недостатке кислорода – их глубина.

В верхних дыхательных путях, трахее и крупных бронхах, в листках плевры находятся кашлевые рецепторы. В ответ на раздражение слизистой они запускают кашлевой рефлекс, чтобы избавиться от раздражителя. В мелких бронхах и бронхиолах кашлевых рецепторов нет, поэтому если воспалительный процесс локализован в терминальных отделах дыхательных путей, он не сопровождается кашлем.

Слизь, которая выделяется при воспалении, через некоторое время доходит до крупных бронхов и начинает раздражать их, запускается кашлевой рефлекс. Различают продуктивный и непродуктивный кашель. При продуктивном кашле происходит отделение мокроты. Если слизи недостаточно много или она слишком вязкая и трудно отделяется, кашель непродуктивный.

Для облегчения отхождения мокроты используют разжижающие лекарства, муколитики. Чтобы люди не страдали от сильного кашля, используют противокашлевые препараты, которые уменьшают чувствительность рецепторов или угнетают центр кашлевого рефлекса.

Нельзя тормозить кашлевой рефлекс, если в бронхах находится большое количество мокроты. В этом случае ее отхождение будет затруднено, и она может закупорить просвет бронхов. Раньше в качестве противокашлевых капель для детей применяли героин.

Задание EB1218D

Выберите три верно обозначенные подписи к рисунку, на котором изображена система органов дыхания. Запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

1)     носовая полость 2)     гортань 3)     трахея 4)     альвеолы 5)     плевральная полость 6)     плевра

---

Повторим строение дыхательной системы:

Пройдемся по обозначениям из задания:

1. Носоглотка, а не носовая полость
2. Гортань
3. Трахея
4. Бронхи, а не альвеолы
5. Бронхиальное древо или само легкое, но не плевральная полость
6. Плевра

Ответ: 236

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Задание EB21692

Установите правильную последовательность прохождения порции кислорода через организм человека от момента вдоха то поступления кислорода в ткани. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.

1. лёгкие
2. трахея
3. носоглотка
4. бронхи
5. кровь
6. гортань
7. ткани

---

Посмотрим на схему

Носоглотка Гортань Трахея Легкие Бронхи Кровь Ткани

Ответ: 3624157

pазбирался: Ксения Алексеевна | обсудить разбор | оценить

Даниил Романович | Просмотров: 6.6k