ДИХАННЯ Посібник для учнів

Петрик Л.Ф.




ДИХАННЯ 
 

Посібник для учнів 

 

 

Посібник розроблено згідно з програмою для поглибленого вивчення біології.

Мета посібника – допомогти учням розширити знання і більш ефективно засвоїти матеріал, підвищити рівень знань з теми "Дихання".

В посібнику подано перелік основних рівневих теоретичних питань та творчих завдань для підготовки до тематичного оцінювання.

 

 

ЗМІСТ

1.

Дихання. Основні ланки дихання

4

2.

Типи зовнішнього дихання

4

3.

Будова та функції органів дихання

6

4.

Механізм видиху і вдиху. Типи дихання

10

5.

Кількісні характеристики дихання

11

6.

Газообмін у легенях

12

7.

Тканинне дихання

14

8.

Споживання кисню тканинами

16

9.

Регуляція дихання

17

10.

Завдання для підготовки до тематичного оцінювання

19

11.

Додатки

22

12.

Література

27

 

 

 

ДИХАННЯ – складний комплекс фізіологічних процесів (зовнішнього дихання, транспорту газів кров’ю, внутрішнього дихання), спрямованих на забезпечення всіх клітин організму киснем і відведення від них утворюваного вуглекислого газу.

 

ОСНОВНІ ЛАНКИ ДИХАННЯ ТА ГАЗООБМІНУ

Зовнішнє дихання:

  1. обмін повітря між зовнішнім середовищем і альвеолами легень – вентиляція легень;
  2. обмін газів між альвеолярним повітрям і кров’ю – дифузія газів у легенях;
  3. транспорт газів кров’ю;
  4. газообмін між кров’ю, тканинами і клітинами;

Внутрішнє або тканинне дихання:

  1. використання кисню клітинами і виділеннями ними вуглекислого газу.

 

ТИПИ ЗОВНІШНЬОГО ДИХАННЯ

За способом дихання і будовою дихального апарату виділяють такі типи зовнішнього дихання.

Шкірне дихання – це єдиний шлях газообміну у багатьох безхребетних: губок, кишковопорожнинних, більшості червів та найпримітивніших представників різних типів тварин. Шкірне дихання відіграє істотну роль в газообміні і у багатьох тварин, що мають спеціалізовані дихальні органи: у молюсків, голкошкірих, круглоротих, риб, амфібій і навіть у деяких плазунів. Дихальні гази (кисень і вуглекислий газ) проникають крізь біологічні мембрани лише в розчиненому стані. Газообмінна поверхня тіла обов’язково має бути зволожена секретом шкірних залоз чи періодичним зануренням у воду (дощові черви, земноводні та ін.)

Трахейне дихання здійснюється спеціалізованою дихальною системою, яка доставляє кисень повітря до кожного органа, тканини, клітини без участі крові чи гемолімфи та їхніх кров’яних пігментів. Трахейна система є у комах, багатоніжок та багатьох хеліцерових. Це розгалужена у всьому тілі система трахейних трубочок, що сполучаються між собою. По боках тіла є до 10 пар отворів – дихалець, кожне з яких веде до атріальної порожнини. Від останньої відходять трахейні трубочки, багаторазово розгалужуються, сполучаються між собою і закінчуються трахеолами діаметром менш як 1 мкм. Трахейна система заповнена повітрям, кисень дифундує від дихалець через трахеї до клітин тіла. У дрібних трахеях і трахеолах кисень рухається лише за рахунок дифузії. Повільне надходження кисню через трахейну систему комах є чинником, що обмежує розміри їхнього тіла. Дихальця мають фільтрувальний і замикальний апарати, за допомогою яких повітря, що надходить до трахейної системи, очищається від пилу, а також здійснюється регуляція надходження повітря з киснем в організм.

Зяброве дихання. Добре розвинені зябра є у ракоподібних, молюсків, голкошкірих, а також у круглоротих і риб. Зябра – це тонкі пластинки ектодермального походження, всередині яких є густа сітка кровоносних капілярів. Завдяки утворенню складок, пелюсток, поділу на пучки ниток зябра набувають великої поверхні, що забезпечує інтенсивний газообмін. Своєрідні трахейні зябра є у деяких водяних комах. Це тонкостінні розгалужені вирости з поверхні тіла або задньої кишки, всередині яких розміщена густа сітка трахей. Розчинений у воді кисень дифундує крізь стінку таких зябер і потрапляє до трахей. Для більшої ефективності газообміну зябра водних організмів мають постійно обмиватися водою, рух якої через зябровий апарат здійснюється різними шляхами. Полі хети, голкошкірі, ланцетник, міноги забезпечують омивання зябрового апарату водою за допомогою рухів війок, розміщених на зябрових пелюстках чи навколо них. Деяким рибам, зокрема тим, що живуть у тропічних водоймах або в мулі на дні нетропічних водойм, де мало кисню, зябрового дихання недостатньо. Вони використовують для дихання шкіру, кишки чи плавальний міхур. Істотну роль у повітряному диханні риб відіграє також плавальний міхур (крім гідростатичної функції). У відкритоміхурових риб (форель) через протоку, що з’єднує міхур зі стравоходом, заковтнуте повітря надходить до плавального міхура і кисень з нього через розвинену сітку капілярів переходить у кров. Плавальний міхур закритоміхурових риб має спеціальний утвір – червоне тіло, яке секретує гази з крові до порожнини міхура. У плавальному міхурі деяких таких риб кисню міститься значно більше, ніж в атмосферному повітрі. Нарешті, у дводишних риб поряд із зябрами з’являються легені, гомологічні легеням наземних хребетних тварин. Стінки легень численними складками утворюють мішечки вистелені одношаровим дихальним епітелієм. У разі нестачі кисню у воді риби виходять на сушу і дихають повітрям через легені. Хоч зябра – це апарат для дихання у водному середовищі, проте деякі водні тварини, які перейшли до наземного способу життя використовують свої зябра для дихання повітрям. Це, зокрема, пальмовий і піщаний краби та деякі інші наземні членистоногі.

Легеневе дихання. Легенями дихають майже всі наземні хребетні, а також деякі водні тварини. На відміну від зябер легені мають ентодермальне походження. Серед безхребетних легені чи легеневі мішки є у павуків, скорпіонів, деяких ракоподібних, легеневих молюсків, але походження їх інше, ніж у хребетних. У членистоногих легені є видозміною зябрових ніжок, а у молюсків утворилися з мантійної порожнини. Це переважно дифузійні легені, вони не вентилюються, а кисень з повітря дифундує крізь дихальця – пневмостоми – в газову суміш, що міститься в легенях. Останні відкриваються або закриваються залежно від потреб тварини у кисні.

 

БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ ОРГАНІВ ДИХАННЯ

Повітро-носні шляхи

Будова

Функції

Носова порожнина 

Скелет порожнини носа складається з носових кісток та лобових відростків верхніх щелеп. Хрящовий скелет носа складається з хрящів носа, які побудовані з гіалінового хряща Носова порожнина вкрита слизовою оболонкою з миготливим епітелієм; забезпечена кровоносними судинами, містить багато залоз.

У слизовій оболонці верхнього

 

 

Очищення повітря від пилу та мікроорганізмів; зігрівання або охолодження повітря; зволоження повітря; нюх; рефлекторне чхання. 

 

носового ходу містяться нюхові рецептори. У носову порожнину відкриваються повітроносні придаткові пазухи носа (гайморова пазуха), які зменшують масу черепа і є резонаторами звуків голосу.

 

Носо-глотка

Носова і ротова частина глотки.

Забезпечує проходження повітря. 

Гортань

Орган воронкоподібної форми. Утворена хрящами (рис. 1), м'язами, вкрита слизовою оболонкою. Хрящі гортані: 3 непарних — щитовидний, персневидний, надгортанник; 3 парні — черпаковидні, ріжковидні та клиновидні. Між черпаковидним та щитовидним хрящами натягнуті голосові зв'язки, між якими є голосова щілина.

Щитовидний (найбільший) хрящскладається з 2-х з’єднаних майже під прямим кутом пластинок. У чоловіків цей кут утворює виступ –кадикПерсневидний хрящ утворює основу гортані, на якій розміщуються щитовидний і черпакуватий хрящі. Надгортанникмає форму листка дерева, закриває вхід в гортань під час ковтання.Ріжковидні хрящі маленькі, основою прилягають до верхівки черпакуватого хряща.

 

Проведення повітря; надгортанник закриває вхід у гортань при ковтанні; утворення звуків, та мови.

 

Клиновидні хрящі розміщуються над ріжкуватими. Зсередини гортань вистелена слизовою оболонкою, яка утворює на внутрішній поверхні бічних стінок по 2 складки: передвер’я і голосову. В товщі голосової складки містяться голосові м’язи і зв’язки, які одним кінцем кріпляться до черпакуватого хряща, а другим – до щитовидного.

 

Трахея 

Трубка довжиною 10 — 12см і діаметром1,5 – 2 см, утворена з 16 — 20 хрящових напівкілець, з'єднаних сполучнотканинною перегородкою з гладенькими м'язовими волокнами. Задня еластична стінка прилягає до стравоходу. Зовні вкрита сполучнотканинною оболонкою, а зсередини вистелена слизовою оболонкою. великою кількістю лімфатичних вузлів і слизових залоз. 

Проведення повітря. 

Бронхи

Два головних бронхи — лівий і правий. Правий головний бронх коротший та ширший за лівий (3 – 5 см). Головні бронхи поділяються на часткові: три — у правій легені та два — у лівій. Часткові бронхи розділяються на сегментарні, утворюючи у кожній легені 22 — 23 порядки розгалуження — «бронхіальне дерево». Найтонші гілки — кінцеві бронхіоли розділяються на дихальні бронхіоли, які

 

Проведення повітря.

 

закінчуються альвеолярними ходами, на стінках яких містяться численні мікроскопічні міхурці — альвеоли. В міру зменшення калібру бронхів хрящові півкільця зникають в бронхіолах. Альвеоли обплетені густою сіткою капілярів, їхні стінки складаються з одношарового епітелію та шару еластичних волокон. Всередині альвеоли вкриті шаром білків, фосфоліпідів, глікопротеїдів, сурфактантом, який має бактериоцидні властивості.

 

Легені

Займають майже весь об'єм грудної порожнини. Являють собою парні пружні губчасті органи. Права легеня коротша і товстіша, складається з трьох часток, ліва — з двох. Кожна легеня має верхівку і основу. На внутрішньому боці кожної легені розміщені ворота, через які в легені входять бронхо-легенева артерія, нерви, лімфатичні судини, а виходять легеневі вени. Все це складає корінь легені. Долі розділяються на сегменти, а сегменти на дольки. Морфологічною структурною одиницею легень є первинна легенева часточка (рис. 3). Внаслідок багаторазового дихотомічного галуження бронхів утворюються дихальні бронхіоли. Дихальні бронхіоли шляхом подальшого

 

Газообмін між організмом і зовнішнім середовищем.

 

поділу утворюють альвеолярні протоки, останні, поділяючись, переходять у альвеолярні присінки і далі в альвеолярні мішечки. Випинання їхніх стінок і єальвеолами, котрих у людини налічується 500 – 700 млн. п’ять або більше первинних часточок утворюють вторинну часточку. Зовні легені вкриті легеневою плеврою (серозною оболонкою), яка складається з двох листків — зовнішнього (пристінкового), що вистилає грудну клітку зсередини, та внутрішнього, що вкриває всю легеню. Між листками є плевральна порожнина, яка заповнена плевральною рідиною. У плевральній рідині немає повітря, тиск — негативний (на 6 - 9 мм рт. ст. нижчий за атмосферний). Маса кожної легені – 500 – 600 г., ємкість 4 – 5 л.

 

МЕХАНІЗМ ВДИХУ І ВИДИХУ

Під час вдиху об’єм грудної порожнини зростає, а видиху навпаки, зменшується.

Роль ребер і дихальних м’язів у змінах об’єму грудної порожнини. Під час спокійного вдихускорочення зовнішніх міжреберних м’язів піднімає передні кінці ребер і грудину догори і вперед. Грудна клітка розширюється за рахунок скорочення дихальних м’язів: основних інспіраторних – діафрагми, зовнішніх міжребрових м’язів. Під час активного глибокого вдиху підключаютьсядодаткові інспіраторні м’язи – деякі м’язи грудей, спини. Поверхня розслабленої діафрагми майже вдвічі більша від площі поперечного перерізу грудної клітки, тому під час вдиху вона під тиском органів черевної порожнини випнута в грудну порожнину. Під час вдиху м’язові волокна діафрагми скорочуються, купол діафрагми опускається і грудна порожнина збільшується (рис. 3.

Спокійний видих у людини відбувається пасивно значною мірою під впливом гравітаційної сили: зовнішні міжреброві м’язи і діафрагма розслаблюються, ребра опускаються донизу, грудна клітка звужується, розслаблена діафрагма випинається в грудну порожнину, об’єм якої зменшується. Так відбувається, коли людина перебуває у вертикальному положенні. В горизонтальному положенні вплив гравітаційного чинника на видих значно зменшується і до його здійснення залучаються внутрішні міжреброві м’язи – видих стає активним. Так само активний видих має місце у людини і під час фізичних навантажень, коли до дихальних рухів залучаються допоміжні дихальні експіраторні м’язи: косий, прямий, поперечний м’язи живота, а також м’язи, що згинають хребет.

ТИПИ ДИХАННЯ

Розрізняють грудний, черевний і змішаний типи дихання. У першому випадку дихання здійснюється головним чином за допомогою м’язів грудної клітки. У диханні черевного типу переважну роль відіграють м’язи живота (косі, поперечний, прямий) і діафрагма. Переважання того чи іншого типу дихання залежить від статі (у жінок переважає грудний тип дихання, особливо під час вагітності, у чоловіків – черевний), віку (у новонароджених і дітей грудного віку переважає черевний тип дихання, у 2 роки тип дихання стає змішаним, у 3 – 7 років – грудним, у хлопчиків 8 – 10 років – черевним), конституції (у гіпертоніків – найчастіше черевний, у астеніків – грудний), професії (у людей фізичної праці переважає черевний тип дихання). Черевний тип дихання є ефективнішим, оскільки скорочення діафрагми забезпечують більші зміни об’єму грудної порожнини, ніж скорочення міжребрових м’язів. Найсприятливішим для вентиляції легень є змішаний тип дихання.

КІЛЬКІСНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИХАННЯ

Дихальний об’єм – це об’єм повітря, що вдихається і видихається за кожний дихальний цикл. В стані спокою у доросло ї людини він дорівнює 350 – 600 см3, а під час напруженої роботи може досягти чотирьох літрів. Резервний об’єм вдиху – максимальний об’єм повітря, яке можна вдихнути після закінчення нормального вдиху. Резервний об’єм видиху – це максимальний об’єм повітря, що вдихається після нормального видиху. Резервний об’єм вдиху і видиху дорівнюють 1500–2500 см3. Об’єм повітря, що залишається в легенях після максимального видиху, називаютьзалишковим. Він становить 1200–1500 см3.

На підставі первинних легеневих об’ємів розраховують статичні ємкості, які мають значення при визначенні стану легень:

  1. загальна ємкість легень (ЗЄЛ) – сума чотирьох первинних об’ємів (ДО+РОВд+РОВид+ЗО);
  2. життєва ємкість легень (ЖЄЛ) – це сума перших трьох первинних об’ємів (ДО+РОВд+РОВид);
  3. ємкість вдиху (ЄВд) – сума двох перших об’ємів (До+РОВд).

Легеневі об’єми і ємкості вимірюються у літрах і мілілітрах. ЖЄЛ визначає максимально можливу глибину дихання і тому є важливим показником функціональних можливостей дихального апарату. Вона залежить від загальної ємкості легень, сили дихальних м’язів, опору грудної клітки і легень та від розтягування і спадання їх.

Легенева вентиляція (ЛВ) – частота дихання помножена на дихальний об’єм.

Альвеолярна вентиляція (АВ) – об’єм повітря, що фактично досягає легень. Альвеолярна вентиляція завжди менша легеневої АВ = ЧД х (ДО – об’єм мертвого простору).

Об’єм мертвого простору  повітря повітроносних шляхів, не бере участі в газообміні. 

Дихальний коефіцієнт .

ГАЗООБМІН У ЛЕГЕНЯХ

Альвеолярне повітря відділяється від крові легене­вою перетинкою, яка складається із ендотеліальних клітин, кровоносних капілярів, альвеолярного епітелію, ша­ру сурфактанта. Товщина легеневої мембрани 0,4—1,5 мкм. Стінки капілярів добре проникні для води і дрібно­дисперсних розчинів. Рідка частина крові у невеликій кількості надходить з капілярів у альвеоли, внаслідок чого альвеолярне повітря насичується водяним паром. Через таку рідинно-тканинну перетинку відбувається газообмін, оскільки вона не чинить ніякого опору пасивному руху дифундуючих молекул. Силою, що визначає, швидкість і напрямок руху газів, є різниця парціального тиску їх в альвеолярному повітрі і крові. Молекули газів рухаються з ділянок високого парціального тиску до ділянок низького.

Парціальний тиск газу в газовій суміші прямо пропор­ційний процентному вмісту газу і загальному тиску сумі­ші. Він не залежить від природи газу (табл. 1).

Таблиця 1.

Склад і парціальний тиск газів у повітрі, що вдихається, видихається і знаходиться в альвеолах

(при барометричному тиску 101,3 кПа)

Газ

Склад повітря, %

Парціальний тиск повітря, кПа

що вдихається

що видихає-ться

альвеолярне

що вдихається

що видихає-ться

альвеолярне

Кисень

20,82

16,3

13,90

15,45

20,00

13,45

Вуглекислий

газ

0,03

4,0

6,62

3,93

0,040

5,33

Азот

79,15

79,7

80,48

75,58

79,33

76,16

 

В альвеолярному повітрі парціальний тиск кисню дорівнює 103 мм рт. ст. (13,4 кПа), а у венозній крові, що протікає по альвеолярних капілярах, лише 40 мм рт. ст. (5,33 кПа). Різниця тисків (63 мм рт. ст., або 8,07 кПа) зумовлює дифузію О2 з альвеол у кров. Найінтенсивніша дифузія О2 відбувається на початку капіляра, де найвища різниця тиску. З наростанням парціального тиску О2 у крові градієнт концентрації між альвеолярним повітрям і кров’ю знижується, і швидкість руху молекул кисню зменшується. У венозній частині капіляра, де тече артеріальна кров, рух молекул кисню припиняється.

Градієнт парціального тиску СО2 протилежний за напрямком кисневому градієнту. У венозній крові він дорівнює 26 мм рт. ст. (5,33 кПа). Різниця парціального тиску 6 мм рт. ст. (0,8 кПа) визначає дифузію молекул СОз капілярної венозної крові в альвеоли (рис. 4).

Кожна порція крові перебуває у капілярах легень 0,6— 1,1 с (в умовах спокою). При великій дифузійній здатності легень парціальний тиск між альвеолярним повітрям і кров’ю вирівнюється для СО2 через 0,1 с, а для О2 – через 0,3 – 0,4 с. таким чином, за час перебування крові в капілярах легень повністю відбувається газообмін. При інтенсивній м’язовій роботі внаслідок збільшення кровотоку і пульсуючого характеру капілярного кровообігу тривалість перебування крові у капілярах легень значно зменшується. Тому не вистачає часу для повного насичення крові киснем. Дифузія СОз крові в альвеоли за цих умов суттєво не змінюється, бо його розчинено у крові в 20 разів більше, ніж О2, і тому вуглекислота встигає повністю дифундувати з венозної крові в альвеолярне повітря.

ТКАНИННЕ ДИХАННЯ

З фізіологічного погляду тканинне дихання — це обмін дихальними газами між кров’ю і тканинами, що відбувається у про­цесі біологічного окиснення органічних речовин у клітинах організму. При цьому відбувається поглинання тканинами кисню і виділення вуглекислого газу, а внаслідок окиснення й розпаду поживних речовин ви­діляється енергія, необхідна для підтримання життя і діяльності організму. За нормальних умов існування при достатній кількості кисню майже вся енергія утворюється внаслідок аеробного процесу окислення, який постачає в 10-15 разів більше енергії, ніж анаеробний процес гліколізу.

Біологічне окиснення відбувається в мітохондріях, де містяться ферменти дихаль­ного ланцюга. Для їх нормальної функції потрібно, щоб напруга кисню (рО2) в мітохондріях була не нижчою за 1 мм рт. ст., інакше окиснення субстрату й отримання енергії для життєвих процесів припиняється.

Надходження кисню до тканин здійснюється як шляхом конвекції (перенесення кисню кров’ю, тканинною рідиною, через цитоплазму всередині клітини), так і за допомогою дифузії. Дифузія відбувається і в рідинах, що переносять кисень, проте головним чином забезпечує перехід кисню крізь біологічні мембрани: стінку капіляра, мембрани клітин та мітохондрій. Оскільки кисень добре розчиняється в ліпідах, він легко проникає крізь біологічні мембрани.

Рушійною силою дифузії газів, як і в аль­веолярному газообміні, є градієнт концентрацій — напруги газів по обидва боки мембрани. В артеріальному кінці капіляра рО2 становить 90 мм рт. ст., а в тканинах — 20-40 мм рт. ст. Значення рСО2 в ткани­нах досягає 60 мм рт. ст., а в артеріальній крові — 40 мм рт. ст. І хоча різниця напруг для СО2 втричі менша, ніж для О2 (відповідно 20 і 60 мм рт. ст. ), вона в обох випадках є цілком достатньою для переходу СО2 з тканин у кров та забезпечення тканин необхідною кількістю кисню. Процес дифузії триває до вирівнювання концентрацій між середовищами. Тому кров не може віддати весь кисень тканинам, так само тканини не можуть цілком звільнитись від СО2 — пе­рехід цих газів з одного середовища до іншого припиняється, коли їх напруга в середовищах зрівнюється.

Кількість кисню, що надходить до органа чи тканини, залежить від їх кровопостачання, а рівень кровопостачання органів, у свою чергу, зумовлюється особливостями їх функції, інтенсивністю метаболізму, функціональним станом. Відомості про кровопостачання різних органів і тканин наведено в табл. 2.

Таблиця 2.

Кровопостачання і споживання кисню органами й тканинами людини у стані спокою

Орган

Швидкість кровотоку, мл/хв. на 100 г

Споживання кисню, мл /хв. на 100 г

Головний мозок

Кора великого мозку

Біла речовина

 

80–100

 

15–25

 

8,0–10,0

 

1,0–1,5

Печінка

100–120

4,0–6,0

Селезінка

 

 

100–120

1,0–1,2

Нирки

Кіркова речовина

Зовнішня мозкова зона

Внутрішня мозкова зона

 

 

400–500

110–130

 

25–30

 

9,0–10,0

6,0–6,5

 

0,3–0,5

Серце

80–100

7,0–10,0

Скелетні м’язи

2–4

0,2–0,5

Шкіра (без артеріовенозного шунтування)

4–6

0,06–0,1

Клітини органів споживають лише кисень, розчинений у тканинній рідині. Однак його там дуже мало, і тканини для нормального функціонування потребують постійного надходження кисню з кров’ю. тільки скелетні м’язи й міокард завдяки наявності в них пігменту міоглобіну, який зв’язується з киснем, здатні резервувати певну кількість кисню.

У деяких тварин, особливо водних ссавців, міоглобіну в скелетних м’язах майже стільки, скільки гемоглобіну в крові, завдяки чому вони можуть довго перебувати під водою за рахунок кисню, зв’язаного з міоглобіном. Проте у людини вміст міоглобіну в м’язах невеликий, і, отже, депонованого в них кисню вистачає ненадовго. Що стосується серця, то в разі повного припинення його кровопостачання весь кисень у ньому використовуються через 3–4 с і окисні процеси припиняються.

Звичайно, такий малий резерв кисню в міокарді не врятує організм від смерті у разі тривалого припинення кровопостачання серця, проте відіграє надзвичайно важливу роль в ті короткі моменти серцевого циклу, коли під час систоли волокна міокарда перетискають дрібні вінцеві судини і кровотік у товщі міокарда на 0,2–0,3 с різко знижується або зовсім припиняється.

Завдяки наявності міоглобіну і здатності міокарда використовувати енергію гліколізу серце людини може працювати ще кілька десятків секунд після припинення кровопостачання. На відміну від серця головний мозок, позбавлений будь-яких запасів кисню і маючи високий рівень його споживання, виявляє надзвичайно високу чутливість до нестачі кисню. Навіть короткочасне пере тиснення однієї з двох сонних артерій, через які кров живить мозок, призводить до миттєвої втрати свідомості людини.

РЕГУЛЯЦІЯ ДИХАННЯ

Мимовільну регуляцію дихання здійснює дихальний центр, який знаходиться у довгастому мозку. Нейрони відповідальні за стимуляцію вдиху – інспіраторний центр (вдиху), а нейрони відповідальні за видих – експіраторний центр (рис. 5).

Головним фактором, який регулює частоту дихання, є концентрація СО2 в крові. Накопичення СО2 завдає великої шкоди організму. При з’єднанні СОз водою утворюється кислота, яка здатна викликати денатурацію ферментів та інших білків. Тому в процесі еволюції в організмів виробилась швидка реакція на підвищення концентрації СО2. Коли рівень СОпідвищується, хеморецептори внутрішніх стінок судин посилають нервові імпульси в інспіраторний центр. Від нього через діафрагмальні та грудні нерви надходять імпульси в діафрагму і міжреберні м’язи, які скорочуються. Таким чином альвеоли автоматично розширюються і рецептори розтягу посилають через блукаючий нерв імпульси в центр видиху. При стимуляції інспіраторного центру робота експіраторного центру пригнічується, і навпаки. На протязі всього життя цей цикл безперервно і ритмічно повторюється.

Концентрація кисню також впливає на дихання, але в звичайних умовах кисню завжди буває достатньо і тому його вплив відносно невеликий.

В певних межах частоту і глибину дихання ми можемо регулювати довільно, про що свідчить, наприклад, наша властивість затримувати дихання. Довільну регуляцію ми використовуємо при розмові, співі, чханні і кашлі. В цьому випадку імпульси, що виникають в півкулях головного мозку, передаються в дихальний центр, який і виконує відповідні дії.

На­прикінці XIX ст. С. Фредерік здійснив дослід з перехресним кровообігом. Голов­ний мозок, зокрема дихальний центр со­баки А, отримує кров від собаки Б, а до голови останньої постачається кров від со­баки А (рис. 6.). Якщо тепер спричинити асфіксію перетисканням трахеї у собаки Б, то дихання посилюватиметься у собаки А, а у першої тварини, навпаки, дихання буде гальмуватись. З цього досліду випливає висновок, що саме через кров дихальний центр отримує сигнали, які регулюють його функцію.

РЕФЛЕКСИ ГРЕІНГА-БРЕЄРА

В XIX ст. Е. Герінг та Дж. Бреєр описали рефлекси, пізніше названі їхніми іменами. Вони помітили, що розтягання легень введенням у них повітря викликає позачерговий видих. Це означає, що кожний видих, розтягаючи легені, рефлекторно через подразнення механорецепторів досягають інспіраторних нейронів, гальмують їх і припиняють вдих.

Отже, зміна вдиху на видих відбувається за допомогою рефлексу Герінга-Бреєра. Якщо цей рефлекс припинити перерізуванням обох блукаючих нерві, через які сигнали від механорецепторів легень надходять до дихального центру, дихання не припиниться, але стане значно рідшим. Ритм дихання підтримуватиметься пневмотоксичним центром (знаходиться у верхній третині моста головного мозку, нейрони якого можуть змінювати свою функцію: з інспіраторних перетворюватися на інспіраторні і навпаки).

Руйнування цього центру призводить до зупинки дихання у фазі вдиху з дуже рідкими видихами.

Отже, перехід від вдиху до видиху забезпечується подвійним механізмом: рефлексом Герінга-Бреєра і пневмотоксичним центром.

МОДЕЛЬ ДОНДЕРСА

Яка ж причина вдиху і видиху? Відповідаючи на це запитання є модель Дондерса , яка складається з 5–10 літрового бутля з широкою шийкою, укріпленого за шийку на штативі (рис. 9). Дно бутля треба замінити гумою, міцно укріпивши її шпагатом, дротом. Отвір бутля закривають корком, в якому роблять отвір для трубки. Діаметр трубки має відповідати діаметру трахей тварини. Корок повинен бути з’єднаний з бутлем і трубкою герметично. Нижній кінець трубки вводять у трахею і туго зв’язують.

Легені кроля, кішки чи іншої тварини відпрепаровують так, щоб не порушити герметичність усієї системи поранення легеневої тканини, трахеї або бронхів. Легені тварини можна замінити пальцями від гумових рукавичок (два пальця – дві легені)

У цій моделі гумове дно відповідає діафрагмі, сама банка моделює грудну клітку, а простір між легенями і стінкою банки – грудну порожнину. Відтягування вниз дна (гуми) подібне до опускання діафрагми; воно збільшує об’єм грудної клітки, і це робить тиск в порожнині нижчий за атмосферний. Це викликає всмоктування повітря в легені – вдих. Відпускання гуми відповідає підняттю купола діафрагми, що викликає підвищення тиску, витискування повітря з легень – видих. Насправді такого повітряного простору біля легень немає, а є тільки щілина, де змикаються два листки плеври: один з яких приріс до легень, а другий – до стінки грудей. Відтягуючи один листок плеври, ми через створюване розрідження (як і в моделі) захоплюємо і другий листок разом з легенею. Збільшення об’єму грудної порожнини відбувається в природних умовах не тільки за рахунок руху діафрагми. Вирішальне значення мають зміни грудної клітки, переміщення ребер, яке викликається міжреберними м’язами.

 

 

ЗАДАЧІ:

Задача 1. Життєва ємність легень обстежуваного складає 4,2 х ІО"3 м3 (4200 мл), резервний об’єм видиху - 1,6 к ІО"3 м3 (1600 мл), резервний об’єм вдиху - 1.9 х ІО"3 м3 (1900 мл). Який хвилинний об’єм дихання обстежуваного, якщо частота дихання в нього 16 ра­зів за 1 хвилину?

Задача 2. Дві людини, близькі за віком і фізичними даними, приймають участь в бігу на 1000 м. В кінці дистанції хвилинний об’єм дихання в першої людини - 1,2 х І0-1 м3 (120 л) при частоті дихання 80 разів за І хв., а в другої - 1,2 х ІО-1 м3 (120 л) при частоті дихання 40 разів за 1 хв. Хто з обстежуваних більш тренований? 

Задача 3. Життєва ємність легень піддослідного дорівнює 3800 см 3, із них додатковий об’єм дорівнює 1700 см3, а резервний – 1500см3. Яка величина хвилинного об’єму дихання, якщо частота дихання 18 разів за 1 хв?

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО ТЕМАТИЧНОГО ОЦІНЮВАННЯ:

1. Чим відрізняється внутрішнє дихання від зовнішнього?

2. Опишіть будову і функції голосового апарату людини.

3. Які є типи зовнішнього дихання? Розкрийте механізм надходження кисню до тканин.

4. Де розміщені спеціальні центри мови у людини? Яке їх значення?

5. Порівняйте за складом повітря, яке вдихається, та повітря, яке видихається.

6. Як відбувається обмін газів у легенях?

7. Опишіть процес газообміну у тканинах.

8. Як працює дихальний центр? Які його функції?

9. Чим пояснюється правильне чергування дихальних рухів?

10. З чого складається життєва ємність легень? Як і для чого її визначають?

11. Поясніть поняття "дихальні м'язи". Розкажіть про їх тренування.

12. Як класифікують захворювання органів дихання? Що ви знаєте про народні методи їх лікування?

13. Як і за яких обставин роблять штучне дихання людині?

14. Складіть схеми рефлекторних дуг рефлексів кашлю й чхання. Що спільного і що відмінного ви помітили?

15. Дайте порівняльну характеристику процесів газообміну у легенях і тканинах (рис. 7).

16. У чому виявляється взаємозв'язок нервової та гуморальної регуляції дихання?

17. Поясніть на прикладах, як зв'язані між собою процеси кровообігу й дихання

18. Як впливає фізичне навантаження на дихальні рухи? Запропонуйте дослід за допомогою якого можна дослідити цей вплив.

19. Дайте анатомо-фізіологічне обґрунтування прийомів штучного дихання.

20. Доведіть шкідливий вплив паління на органи дихання.

21. Чому хвороби органів дихання погіршують стан усього організму? Наведіть приклади.

22. Поясніть, як відбувалась еволюція органів дихання у хребетних тварин.

23. Яка особливість дихального центру у тварин?

24. Яку роль у регуляції дихання відіграє спинний мозок?

25. У чому відповідність будови органів дихання виконуваним функціям?

26. Якими дослідом було встановлено гуморальну регуляцію дихання? У чому суть досліду Фредеріка?

27. Поясніть суть рефлексів Є. Геринга і ДЖ. Бреєра.

28. Чому інтенсивність споживання кисню різними органами і тканинами в стані спокою неоднакова?

29. Поясніть схему "Регуляція дихання" (рис.5).

30. Підпишіть німий малюнок "Дихальна система людини" (рис.8).

 

ТВОРЧІ ЗАВДАННЯ 

1. У ссавців і багатьох птахів є голосові зв'язки. У мавп вони подібні до людських. Але жодна з тварин не здатна до свідомої членороздільної мови. Як ви це поясните?

 

2. Як ви вважаєте, чому в людини єдиним органом газообміну є легені?

3. Чому великі фізичні зусилля, наприклад піднімання штанги, завжди робляться на видиху?

4. Поясніть, чому на холодному й сухому повітрі набрякає слизова оболонка .дихальних шляхів? Яке це має значення?

5. Що краще перед тим, як пірнути: набрати в легені якомога більше повітря чи зробити кілька швидких глибоких вдихів і видихів? Відповідь обґрунтуйте.

6. Чому в Арктиці люди мало хворіють на застуду?

7. Професійним співакам під час співу потрібно вміти дихати. Як ви вважаєте, що в цьому найголовніше?

8. Полічіть кількість вдихів за хвилину в стані спокою. Обчисліть, який об'єм кисню ви вдихаєте за хвилину, годину, добу.

Для довідки:

1) учні 14-15 років при спокійному вдиху в середньому вдихають 380 см3 повітря;

2) вміст кисню в повітрі становить 21%.

Аналогічні обчислення зробіть після будь-якого фізичного навантаження (присідання, біг тощо). Порівняйте результати дослідів та зробіть висновки.

9. Де людина частіше дихає – на свіжому повітрі чи в приміщенні, яке не провітрюється? Відповідь обґрунтуйте з огляду на анатомію та фізіологію дихальної системи.

10. Поясніть, чому водолазів повільно піднімають з глибини води на поверхню.

11. Ваш друг палить, часто скаржиться на кашель, біль у грудях, але продовжує палити. Які аргументи ви використаєте для того, щоб довести йому шкідливий вплив паління на органи дихання?

12. Які методики дихальних вправ вам відомі? Яке ваше ставлення до них?

13. Чому в сирому приміщенні люди частіше хворіють?

14. Чому після ситого обіду людям стає важче дихати?

 

 

 

 

ДОДАТКИ

 


ЛІТЕРАТУРА:

1. Кучеров І.С. Фізіологія людини і тварин: Навч. посібник. – К.: Вища шк.., 1991. – 327 с.0

2. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. Біологія: В 3-х т. Т.1: пер. С англ./Под ред.. Р. Сопера – 3-е узд., – М.: Мир, 2005. – 454 с.

3. Чайченко Г.М. та ін. Фізіологія людини і тварин: Підручник /Г.М. Чайченко, В.О. Дибенко, В.Д. Сокур; За ред.. В.О. Дибенка. – К.: Вища шк.., 2003. – 463 с.

 



Обновлен 11 мар 2015. Создан 10 мар 2015



  Комментарии       
Имя или Email


При указании email на него будут отправляться ответы
Как имя будет использована первая часть email до @
Сам email нигде не отображается!
Зарегистрируйтесь, чтобы писать под своим ником