Модель дондерса егэ биология

Дыхание. Система дыхания

Дыхательный процесс относится к обменным процессам в организме человека. Состоит он из двух этапов. Первый этап – вдох. При вдохе в организм поступает кислород, необходимый для функционирования каждой клетки организма. Во время второго этапа – выдоха, из организма выводится углекислый газ и пары воды.

Оба этапа дыхательного процесса очень важны для нормального функционирования органов и систем организма. Для других обменных процессов удаление углекислого газа, как и насыщение клеток кислородом, в равной мере значимы.

Описанный процесс даёт понимание определению «внешнее дыхание». На самом деле процесс дыхания – это совокупность разных процессов, направленных на обеспечение органов жизненными силами.

Этапы дыхательного процесса

Дыхательный процесс состоит из пяти взаимосвязанных этапов.

1. Вентиляция лёгких. Этот этап включает в себя процессы газообмена в лёгких, когда альвеолы лёгочной системы поглощают кислород, поступивший из окружающей среды.
2. Диффузия газов также происходит в лёгких, но в это время происходит обмен воздушными массами из альвеол и кровью.
3. Транспортировка газов кровью. На этом этапе кислород из лёгких по кровеносным сосудам доставляется к тканям, а обратно поступает углекислый газ.
4. Диффузия газов в тканях. Обмен кислородом и углекислым газом между тканями и капиллярами.
5. Тканевое дыхание. Процесс биологического окисления, происходящий в митохондриях клеток. На этом этапе клетки органов поглощают кислород и отдают углекислый газ.

Кожное дыхание

Помимо основных воздухоносных путей, кислород может попадать в человеческий организм через кожу. Поры кожи способны поглотить до 4 граммов кислорода за одни сутки, при этом выделив 8 г углекислого газа. Эти показатели индивидуальны для каждого человека, так как рост и вес у всех разный. Соответственно, чем человек выше ростом и больше весит, тем больше площадь его кожных покровов, и газообмен происходит более интенсивно.

Дыхательные процессы в кишечнике и слизистых оболочках желудка

Пять процентов всего объёма кислорода потребляется желудком. Тонкий кишечник всасывает не менее 0,15 мл кислорода в час при расчёте на 1 квадратный сантиметр. Толстый кишечник потребляет 0,11 мл кислорода при таких же расчётах. Газообмен в кишечнике имеет большое влияние на дыхание, в общем. Если этот орган будет переполнен газами, то начнётся подъём диафрагмы и дыхание будет затруднено.

Дыхание как одна из систем в человеческом организме

В более широком смысле дыхание – это важнейшая функция в организме человека, которая обеспечивает его жизнедеятельность. Эту функцию в человеческом организме выполняет дыхательная система. Второе её название – респираторная система.

Система дыхания

Дыхательная система человека состоит из семи составляющих. К ним относятся следующие компоненты:

• носовая полость;
• полость рта;
• глотка;
• гортань;
• трахея;
• бронхи;
• лёгкие.

Всю дыхательную систему можно условно разделить на две части – это воздухоносные пути и орган газообмена. Воздухоносные пути представляют собой систему полостей, по ним воздух движется в двух направлениях, но в газообмене они не участвуют. К этим полостям относятся бронхи, глотка, трахея, гортань носовая и ротовая полости. Все обменные процессы происходят в лёгких.

Носовая полость

В носовой полости начинается дыхательный канал. Здесь же расположены органы обоняния. Человек вдыхает воздух через две парных ноздри. Пройдя по носовым путям, а затем через хоаны воздух попадает в глотку или носоглотку.

Носовая полость покрыта мерцательным эпителием с ресничками – волосками. Они предназначены для очищения воздушных масс от микромусора пыли и других частиц. Также в этой полости постоянно находится большое количество лейкоцитов из капилляров. Лейкоциты обезвреживают вредоносные бактерии, которые таятся в воздухе вместе с пылью.

Орган обоняния располагается в верхней пазухе носа. Последний способствует тому, что человек может различать запахи. По стенкам носа протягиваются сети капилляров, которые несут тёплую кровь и нагревают вдыхаемый воздух. Также здесь происходит увлажнение воздушных масс за счёт выделяемой слизи.

Таким образом, через хоаны проходит уже очищенный, нагретый и увлажнённый воздух. Пройдя через глотку, воздушный поток устремляется в гортань.

Гортань

Гортань в человеческом организме выполняет функции воздухоносных путей и голосового аппарата. Стенки гортани – это хрящи. С задней стороны расположены шесть хрящей, а впереди три. Расположение задних хрящей структурировано попарно. Передняя часть представлена надгортанником, щитовидным и перстневидным хрящами.

Эластичные волокна соединительной ткани образуют голосовые связки, которые расположены в гортани. Между ними находится голосовая щель. Звук образуется при колебании голосовых связок на выдохе.

Во время периодов спокойствия, когда человек молчит и только дышит, голосовая щель достаточно широко открыта и принимает треугольную форму. Когда человек начинает говорить, эта щель сразу же сужается, при этом связки приходят в движение. Способствуют этому гортанные мышцы. Они имеют свойство сокращаться, за счет чего меняется положение хрящей, голосовая щель сужается, и начинаются колебания голосовых связок.

Речь формируется не только в гортани. Этому способствуют также нёбо, щёки, язык, губы и пазухи носа. Когда происходит половое созревание в мужском организме, повышается уровень гормонов, и в результате происходит уплотнение голосовых связок, что ведёт к изменению голоса. Снижается его тембр. Также в это время происходит трансформация и щитовидного хряща: он уплотняется и выступает наружу под кожей в передней части шеи. Это утолщение называют кадыком.

Во время потребления пищи, чтобы еда не попала в воздухоносные пути, гортань закрывается надгортанником. Именно поэтому во время приёма пищи не рекомендуется вести беседу.

Трахея

Следующим дыхательным органом после гортани является трахея. Она расположена ниже гортани и представляет собой трубку, выстланную хрящевыми полукольцами. Длина трубки составляет от 15 до 20 сантиметров. С задней стороны трахеи прикрепляется пищевод. Стенки трахеи покрыты слизью, которая помогает увлажнять воздух. Защитную функцию здесь выполняет лимфоидная ткань слизистой оболочки.

Так же, как и в полости носа, в трахее расположен мерцательный эпителий. Он собирает оставшиеся частички пыли, и происходит вторичная очистка воздуха. Реснички выталкивают загрязняющие воздух микроэлементы, обратно в полость носа. Трахея разветвляется на парные бронхи.

Бронхи

Строение бронхов напоминает ветки дерева, поэтому его называют бронхиальным деревом. Оно имеет сложную структуру. Разветвления бронхов заканчиваются лёгкими. Левый бронх выходит к левому лёгкому, а правый – к правому. Они отличаются друг от друга: правая часть короче и шире левой. Этим обусловлено наиболее частое попадание микрочастиц пыли именно в правый бронх. Стенки обоих бронхов образованы хрящевыми кольцами, которые препятствуют сжатию бронхов.

Бронхиальное дерево состоит из двух главных бронхов и их разветвлений. От главных бронхов идут долевые ветки. Они разветвляются на сегменты. Сегментарная часть распадается на бронхиолы не менее 10 или 15 раз.

Заканчиваются бронхи респираторными бронхиолами. Стенки этих бронхиол, в отличие от других воздуховодных путей, состоят из тканей, лишённых хряща. Эти бронхиолы плавно перетекают в ацинус. Ацинусом называется одна из структурных частей лёгкого. Количество ацинусов в лёгких достигает 300 тысяч.

Далее начинаются альвеолярные ходы, которые полны мешочков, содержащих альвеолы. Альвеола представляет собой пузыреобразную полость. Этими полостями и образованы лёгкие. Поверхность всех этих пузырьков имеет площадь не менее 140 квадратных метров, а количество альвеол приближается к 300 миллионам штук. Если сопоставить эту площадь с площадью человеческого тела, то она в 70 раз превысит эту площадь.

В лёгких происходит обмен альвеолярного воздуха с кровью. Обеспечивается это альвеолоцитами первого порядка, которые выстилают стенки альвеол. Второй составляющей альвеол являются альвеолоциты второго порядка, в них вырабатывается особое вещество – сурфактант. Это вещество помогает увлажнять ткани лёгких и не даёт спадаться альвеолам. Кроме того, сурфактант представляет собой аэрогематический барьер.

Лёгкие

По структурному и функциональному строению лёгкие можно разделить на две основные части – воздухопроводящую и респираторную зоны. Воздухоносные пути – это все составляющие дыхательной системы, такие как трахея, носовая полость, бронхи, гортань. А респираторной зоной являются альвеолы.

Во всех воздухоносных путях кислород, поступающий из окружающей среды, не имеет контакта с капиллярной кровью. Это пространство называется анатомически мёртвым. Также в лёгких есть и физиологическое мёртвое пространство. Это воздух, поступающий в вентилируемые, но не перфузируемые кровью альвеолы. Объём такого воздуха не превышает 10–15 мл.

Защитные механизмы дыхательной системы

При обычных условиях человек дышит через нос. Это способствует медленному и глубокому дыханию. Сурфактант выделяется в нужных объёмах, что предотвращает спадание альвеол и ателектаз лёгких.

В воздуховодных путях защитным механизмом выступает мерцательный эпителий и слизистые железы. При помощи ресничек эпителия все инородные вещества из поступившего воздуха возвращаются к глотке. После этого человек кашляет, и эти частицы выходят из воздухоносных путей. В альвеолах содержатся макрофаги, которые отбирают частицы пыли.

В качестве защитного механизма выступают лимфоциты и плазматические клетки. Они располагаются во всей дыхательной системе и защищают организм человека от инфекций.

Вентиляция лёгких

Эффект вентиляции лёгких основан на разности атмосферного давления и давления внутри лёгких. Когда человек делает вдох, воздух заполняет лёгкие, и давление на их стенки снижается, при выдохе происходит обратный процесс, давление повышается и превосходит давление атмосферного воздуха, воздух выталкивается наружу.

Состав воздуха

Вдыхаемый и выдыхаемый воздух отличаются по составу. Также отличается и альвеолярный воздух. Во вдыхаемом воздухе наименьшая концентрация углекислого газа. В альвеолярном воздухе содержание кислорода и углекислого газа зависит от интенсивности вентиляции лёгких.

Вдыхаемый воздух содержит не менее 20 процентов кислорода и 0,03 процента углекислого газа, выдыхаемый воздух состоит из 16 процентов кислорода, содержание здесь углекислого газа возрастает до 4 процентов. Альвеолярный воздух содержит не менее 14 процентов кислорода и 5,5 процента углекислого газа. В выдыхаемом воздухе кислорода больше, чем в альвеолярном. Объясняется это тем, что при выдохе из лёгких выводится также и воздух мёртвого пространства.

Свойства альвеолярного воздуха

Альвеолярный воздух имеет три основных свойства. При нормальной работе лёгких объём и газовый состав такого воздуха постоянен. При этом газовый состав всегда отличен от состава воздушных масс, поступающих в лёгкие из окружающей среды. И третьим свойством альвеолярного воздуха является то, что его постоянный состав регулируется диффузионными процессами через авеолярно-капиллярную мембрану.

Биомеханика внешнего дыхания

Внешне дыхательный процесс очень заметен. Он обусловлен расширением и сужением грудной клетки. При вдохе происходит инспирация лёгких или их расширение. Выдох сопровождается экспирацией или сужением лёгких. Все эти процессы сопровождаются сокращениями некоторых групп мышц.

При вдохе происходит сокращение диафрагмы, наружных косых межрёберных мышц и межхрящевых мышц. Основную нагрузку здесь берёт на себя диафрагма. Она сокращается, купол уплощается, все абдоминальные органы начинают каудально сужаться, стенка живота выпячивается наружу.

Также диафрагма начинает подъём нижних рёбер и расширение грудной клетки. межрёберные и межхрящевые мышцы сокращаются и растягивают грудную клетку вертикально и горизонтально.

Также во время вдоха сокращаются и другие мышцы. К ним относятся следующие:

• большая грудная мышца;
• малая грудная мышца;
• мышца ромбовидная;
• трапециевидная мышца;
• лестничные мышцы;
• передняя зубчатая мышца;
• грудинно-ключично-сосцевидная мышца.

В процессе вдоха приходят в действие мышцы-разгибатели. Выдох сопровождается расслаблением этих же мышц. Но если выдох совершается с силой, то происходит сокращение косой, поперечной и прямой мышц брюшной стенки. Также приходят в движение внутренние межрёберные мышцы и мышцы, отвечающие за активность позвоночника. Этот выдох называют активным. Его осуществляют для создания высокого абдоминального давления в основном в процессе родов или дефекации.

Давление в плевральной полости

Стенки грудной полости и лёгких выстланы плеврой. Плевра – это серозная оболочка, которая состоит из париетального и висцерального листков. Пространство между лепестками щелевидное и замкнутое, в нём содержится серозное вещество. Именно это пространство и называют плевральной полостью.

Лёгкие находятся постоянно в растянутом состоянии. Это обусловлено тем, что атмосферное давление посредством воздухоносных путей действует на стенки альвеол, ткани лёгких растягиваются и происходит прижатие париетального и висцерального листков друг к другу. Когда грудная клетка увеличивается в объёме, париетальный листок следует за ней, это приводит к снижению давления в плевральной полости.

При этом висцеральный листок направляется к париетальному, а вместе с ним и грудная клетка тоже сужается. Давление в этой области понижается до уровня ниже атмосферного. В этот момент человек вдыхает воздух извне.

При расчётах атмосферное давление принимают за нулевое, поэтому плевральное давление является отрицательным. При наиболее сильном растяжении лёгких увеличивается их эластическая тяга, а в плевральной полости давление падает. В конце вдоха давление в плевральной полости приближается к 5–7 миллиметрам ртутного столба, а в конце вдоха давление равно 15–20 мм. Спокойный выдох оканчивается на 2–3 мм рт. ст., максимальный выдох – 1–2 мм.

Давление плевральной полости постоянно сохраняет своё отрицательное значение. Такой эффект создаётся за счёт эластической тяги лёгких. Эластической тягой называют ту силу, с которой лёгкие уменьшают свой объём. Это действие происходит постоянно. Эта тяга существует по причине наличия в альвеолах эластичных волокон, также из-за сокращения мышц бронхов и из-за натяжения пленчатого покрытия альвеол.

Модель Дондерса

Модель Дондерса – это специальное приспособление, разработанное для демонстрации процесса дыхания. Эта модель представляет собой стеклянный сосуд, дно которого изготовлено из резины. Сверху колбу закрывает крышка с продетой через неё трубкой, изготовленной из стекла. Концы трубки, находящиеся внутри сосуда, крепятся к лёгким.

Если дно сосуда оттянуть вниз, то пространство внутри него станет большим, соответственно, давление снизится до уровня ниже атмосферного. Лёгкие в этот момент увеличиваются. Этот эксперимент напоминает нормальный физиологический процесс дыхания.

Показатели внешнего дыхания

Данные показатели разделяют на две группы:

• статические;
• динамические.

Статические показатели внешнего дыхания

При измерении этих показателей не учитывают данные скорости вдоха и выдоха. К таким показателям относятся показатели объёма. Всего их насчитывают 4. Первый из них и самый основной – это дыхательный объём. Далее идут резервные объёмы вдоха и выдоха и объём остаточный. Сюда же относятся ещё четыре не менее важных показателя – это ёмкости лёгких. К ним относят жизненную ёмкость, ёмкость вдоха, функциональную остаточную ёмкость и общую ёмкость лёгких.

Лёгочные объёмы

Первый из объёмов – лёгочный – показывает, насколько человек глубоко дышит. Нормальным считается показатель от 300 до 900 мл. Это показатель состояния покоя.

Резервным объёмом вдоха называют то количество воздуха, которое человек может вдохнуть дополнительно уже после завершённого вдоха. В норме он составляет объём от 1000 до 2500 мл.

Резервный объём выдоха представляет собой показатель, сходный с предыдущим, только здесь измеряют уже количество выдыхаемого воздуха. Обычно этот объём не превышает 1500 мл.

Остаточным объёмом называется часть воздуха, который остался в лёгких по завершении выдоха. В обычных условиях этот объём не превышает 1000 мл.

Лёгочные ёмкости

Жизненной ёмкостью лёгких называют объём воздушных масс, который выдыхает человек после совершённого максимального вдоха. Этот показатель отличается у разных людей, но в общем составляет не менее 3000 мл. Максимальное значение этого показателя – 7000 мл.

Общей ёмкостью лёгких считается объём воздуха находящегося внутри лёгких после совершённого максимального вдоха. Этот показатель равен предыдущему.

Функциональной остаточной ёмкостью лёгких называют то количество воздуха, которое остаётся в них после обычного выдоха не более 2700 мл.

Ёмкостью вдоха называется объём воздуха, попадающего в дыхательные пути посредством спокойного вдоха. Этот показатель может колебаться от 2500 мл до 3500 мл.

Динамические показатели

В эту группу входят показатели дыхательных путей и вентиляции лёгких. Динамических показателей немногим больше, чем статических, здесь наблюдается учёт показателя времени. Всего насчитывается 9 таких показателей.

1. Форсированная жизненная ёмкость лёгких – это объём воздуха, выдыхаемого с силой.
2. Объём форсированного выдоха за секунду.
3. Индекс Тиффно. Этот индекс выражается в процентах и представляет собой соотношение объёма форсированного выдоха к объёму жизненной ёмкости лёгких. Этот показатель должен быть не менее 70–80 процентов у здорового человека. Если этот показатель ниже 70 процентов, значит у человека есть обструктивные нарушения системы дыхания. Это может быть связано с плохой проходимостью дыхательных путей. Превышение показателя свидетельствует о реструктивных нарушениях. Они считаются более опасными. К ним относятся пневмоторакс, пониженная эластичность лёгких и другие.
4. Дыхательное мёртвое пространство. Это воздух, попавший в лёгкие, но не участвующий в газообмене.
5. Частота дыхания, это количество вдохов и выдох в минуту (12–24).
6. Объём дыхания в минуту.
7. Вентиляция лёгких в альвеолах – это количество воздуха, который поступил в альвеолы в течение одной минуты.
8. Максимальная вентиляция лёгких. Этот показатель представляет собой объёмы воздуха, которые лёгкие вентилируют в течение одной минуты.
9. Резерв дыхания. Этот показатель показывает, сколько ещё воздуха может быть провентилировано лёгкими.

По некоторым причинам дыхание может быть нарушено. Такими причинами являются структурные изменения в воздуховодных путях или самих лёгких. В случае воспалительных процессов в лёгких их поверхность увеличивается, что также влияет на дыхательный процесс. Другими причинами могут быть нарушения в работе мышц и хрящей грудной клетки.

В каждом таком случае проводятся исследования дыхательной системы. Таких методов три:

• спирография;
• пневмография;
• спирометрия.