Какие вещества образуются в процессе дыхания. Какие процессы происходят в организме при дыхании

Дыхание - важный процесс газообмена между организмом человека и окружающей средой. Кровь является переносчиком газов. В ней находится специальный пигмент - гемоглобин, с помощью которого переносятся кислород и углекислый газ.

В клетке кисло род участвует в процессах обмена веществ, в ходе которых освобождается энергия, образуется вода и продукты распада. Это совокупность процессов газообмена, происходящих в организме. Организм человека «берет» из воздуха кислород, который поступает в органы и клетки, а взамен «отдает» образовавшийся углекислый газ.

В состоянии покоя человек каждый раз вдыхает и выдыхает 0,5 литра воздуха. В среднем за минуту производится 16 вдохов. При выполнении физической работы воздуха используется больше.

Дыхательные процессы

Дыхание - это физико-химический процесс, состоящий из сложнейших этапов. Немного упростив все эти этапы, дыхание можно разделить на внешнее, внутреннее и клеточное.

Внешнее дыхание - это вдыхание и выдыхание воздуха. Через дыхательные пути (нос, глотку, трахею, бронхи) воздух попадает в легкие. Проходя через дыхательные пути, он очищается, согревается и увлажняется.

Дыхательный процесс регулируется дыхательным центром, который находится в продолговатом мозге: при вдохе в легкие поступает воздух, при этом ребра и диафрагма поднимаются. Затем сразу же следует выдох. При выдохе ребра и диафрагма опускаются.

При выдохе в первую очередь задействуются мышцы живота. После выдоха дыхание на очень короткое время прекращается. В этот момент в альвеолах и кровеносных сосудах легких происходит газообмен. Эритроциты , поступившие в капилляры, отдают углекислый газ, а затем забирают кислород, который они снова разносят по всему телу.

Газообмен (как и все остальные дыхательные процессы в организме человека), происходящий в легких, обуславливается разной концентрацией газов. Сначала в мелких кровеносных сосудах легких содержание углекислого газа высокое, поэтому он попадает в альвеолы легких, где его концентрация незначительна. Содержание кислорода в альвеолах легких намного выше, чем в крови, поэтому оттуда он поступает в кровь.

С внешним дыханием тесно связано внутреннее (тканевое) дыхание. Кровь, насыщенная кислородом, по артериям поступает в ткани, откуда кислород попадает в тканевую жидкость. Одновременно в кровь поступает углекислота (растворенный углекислый газ), которая по венам движется обратно в легкие.

Из тканевой жидкости кислород попадает в клетки организма. Кислород нужен для «сжигания» питательных веществ, поступивших в клетки вместе с кровью. В этом биологическом процессе «сжигания» (оксидации) принимают участие так называемые энзимы (ферменты) - следующие один за другим белки, «передающие» кислород друг другу до полного «сгорания» питательных веществ.

Наконец, кислород соединяется с атомами водорода, образовавшимися в процессе «сжигания», в результате чего образуется вода. Кроме того, во время оксидации выделяется энергия (тепло) и окончательный продукт расщепления - углекислый газ, который в виде углекислоты покидает клетки и с кровью опять поступает в легкие, откуда выдыхается.

Дыхательный центр находится в продолговатом мозге. Он действует в месте с промежуточными структурами мозга, обеспечивая выполнение дыхательных движений и собственно процесса дыхания. При выполнении тяжелой физической работы концентрация углекислого газа возрастает, поэтому для восстановления равновесия увеличивается потребность в кислороде, и учащается дыхание. Несмотря на то, что дыхание является непроизвольным процессом, его можно подчинить своей воле. Однако если дыхание становится слишком частым, то углекислый газ удаляется из крови слишком быстро, что может привести к остановке дыхания.

Вентиляция легких может нарушиться из-за сужения дыхательных путей; уменьшения количества слизи дыхательной поверхности легких; нарушения кровообращения легких. Дыхание может нарушиться и вследствие изменения состава вдыхаемого воздуха или при наличии в воздухе вредных веществ.

Всё живое на Земле существует за сёт солнечного тепла и энергии, достигающей поверхности нашей планеты. 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, благо он составляет почти четверть объёма окружающей атмосферы.

Одноклеточные простейшие животные, кишечнополостные, свободноживущие плоские и круглые черви дышат всей поверхностью тела . Специальные органы дыхания - перистые жабры появляются у морских кольчатых червей и у водных членистоногих. Органами дыхания членистоногих являются трахеи, жабры, листовидные лёгкие расположенные в углублениях покрова тела. Система органов дыхания ланцетника представлена жаберными щелями , пронизывающими стенку переднего отдела кишечника - глотку. У рыб под жаберными крышками располагаются жабры , обильно пронизанными мельчайшими кровеносными сосудами. У наземных позвоночных органами дыхания являются лёгкие . Эволюция дыхания у позвоночных шла по пути увеличения площади легочных перегородок, участвующих в газообмене, совершенствования транспортных систем доставки кислорода к клеткам, расположенным внутри организма, и развития систем, обеспечивающих вентиляцию органов дыхания.

Строение и функции органов дыхания

Необходимым условием жизнедеятельности организма является постоянный газообмен между организмом и окружающей средой. Органы, по которым циркулируют вдыхаемый и выдыхаемый воздух, объединяются в дыхательный аппарат. Систему органов дыхания образуют носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и лёгкие. Большинство из них представляют собой воздухоносные пути и служат для проведения воздуха в лёгкие. В лёгких и происходят процессы газообмена. При дыхании организм получает из воздуха кислород, который разносится кровью по всему телу. Кислород участвует в сложных окислительных процессах органических веществ, при котором освобождается необходимая организму энергия. Конечные продукты распада - углекислота и частично вода - выводятся из организма в окружающую среду через органы дыхания.

Функции дыхательной системы

• Обеспечение клеток организма кислородом О 2 .
• Удаление из организма углекислого газа СО 2 , а также некоторых конечных продуктов обмена веществ (паров воды, аммиака, сероводорода).

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. Перегородка носа образована сошником, перпендикулярной пластинкой решётчатой кости и спереди дополняется четырёхугольным хрящом носовой перегородки.

На боковых стенках полости носа располагаются носовые раковины - по три с каждой стороны, что увеличивает внутреннюю поверхность носа, с которой соприкасается вдыхаемый воздух.

Носовая полость образована двумя узкими и извилистыми носовыми ходами . Здесь воздух согревается, увлажняется и освобождается от частичек пыли и микробов. Оболочка, выстилающая носовые ходы, состоит из клеток, которые выделяют слизь, и клеток реснитчатого эпителия. Движением ресничек слизь вместе с пылью и микробами направляется из носовых ходов наружу.

Внутренняя поверхность носовых ходов богато снабжена кровеносными сосудами. Вдыхаемый воздух, попадает в полость носа, обогревается, увлажняется, очищается от пыли и частично обезвреживается. Из носовой полости он попадает в носоглотку. Затем воздух из носовой полости попадает в глотку, а из неё - в гортань.

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.

В узкой части гортани расположены голосовые связки , посредине между ними находится голосовая щель. При прохождении воздуха голосовые связки вибрируют, производя звук. Образование звука происходит на выдохе при управляемом человеком движении воздуха. В формировании речи участвуют: носовая полость, губы, язык, мягкое нёбо, мимические мышцы.

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. Трахея занимает серединное положение, сзади она прилежит к пищеводу, а по бокам от неё располагаются сосудисто-нервыне пучки. Спереди шейный отдел трахеи прикрывают мышцы, а вверху она охватывается ещё щитовидной железой. Грудной отдел трахеи прикрыт спереди рукояткой грудины, остатками вилочковой железы и сосудами. Изнутри трахея покрыта слизистой оболочкой, содержащей большое количество лимфоидной ткани и слизистых желёз. При дыхании мелкие частички пыли прилипают к увлажнённой слизистой оболочке трахеи, а реснички мерцательного эпителия продвигают их обратно к выходу из дыхательных путей.

Нижний 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 и густо оплетены капиллярами. Общая толщина стенки альвеолы и стенки капилляра составляет 0,004 мм. Через эту тончайшую стенку происходит газообмен: в кровь из альвеолы поступает кислород, а обратно - углекислый газ. В лёгких насчитывается несколько сотен миллионов альвеол. Общая поверхность их у взрослого человека составляет 60–150 м 2 . благодаря этому в кровь поступает достаточное количество кислорода (до 500 литров в сутки).

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.

На лёгком различают три поверхности: наружную, или рёберную, медиальную, обращённую в сторону другого лёгкого, и нижнюю, или диафрагмальную. Кроме того, в каждом лёгком различают два края: передний и нижний, отделяющие диафрагмальную и медиальную поверхности от рёберной. Сзади рёберная поверхность без резкой границы переходит в медиальную. Передний край левого лёгкого имеет сердечную вырезку. На медиальной поверхности лёгкого располагаются его ворота. В ворота каждого лёгкого входит главный бронх, легочная артерия, которая несёт в лёгкое венозную кровь, и нервы, иннервирующие лёгкое. Из ворот каждого лёгкого выходят две легочные вены, которые несут к сердцу артериальную кровь, и лимфатические сосуды.

Лёгкие имеют глубокие борозды, разделяющие их на доли - верхнюю, среднюю и нижнюю, а в левом две - верхнюю и нижнюю. Размеры лёгкого не одинаковы. Правое лёгкое несколько больше левого, при этом оно короче его и шире, что соответствует более высокому стоянию правого купола диафрагмы в связи с правосторонним расположением печени. Цвет нормальных лёгких в детском возрасте бледно-розовый, а у взрослых они приобретают тёмно-серую окраску с синеватым оттенком - следствие отложения в них попадающих с воздухом пылевых частиц. Ткань лёгкого мягкая, нежная и пористая.

Газообмен лёгких

В сложном процессе газообмена выделяют три основные фазы: внешнее дыхание, перенос газа кровью и внутреннее, или тканевое, дыхание. Внешнее дыхание объединяет все процессы, происходящие в лёгком. Оно осуществляется дыхательным аппаратом, к которому относятся грудная клетка с мышцами, приводящими её в движение, диафрагма и лёгкие с воздухоносными путями.

Воздух, поступивший в лёгкие при вдохе, изменяет свой состав. Воздух в лёгких отдаёт часть кислорода и обогащается углекислым газом. Содержание углекислого газа в венозной крови выше, чем в воздухе, находящемся в альвеолах. Поэтому углекислый газ выходит из крови в альвеолы и содержание его меньше, чем в воздухе. Сначала кислород растворяется в плазме крови, далее связывается с гемоглобином, а в плазму поступают новые порции кислорода.

Переход кислорода и углекислого газа из одной среды в другую проходит благодаря диффузии от большей концентрации к меньшей. Хотя диффузия протекает медленно, поверхность контакта крови с воздухом в лёгких настолько велика, что полностью обеспечивает нужный газообмен. Подсчитано, что полный газообмен между кровью и альвеолярным воздухом может происходить за время, которое втрое короче, чем время пребывания крови в капиллярах (т.е. в организме имеются значительные резервы обеспечения тканей кислородом).

Венозная кровь, попав в лёгкие, отдаёт углекислый газ, обогащается кислородом и превращается в артериальную. В большом круге эта кровь расходится по капиллярам во все ткани и отдаёт кислород клеткам тела, которые постоянно потребляют его. Углекислого газа, выделяющегося клетками в результате их жизнедеятельности, здесь больше, чем в крови, и он диффундирует из тканей в кровь. Таким образом, артериальная кровь, пройдя через капилляры большого круга кровообращения, становится венозной и правой половиной сердца направляется в лёгкие, здесь опять насыщается кислородом и отдаёт углекислый газ.

В организме дыхание осуществляется с помощью дополнительных механизмов. Жидкие среды, входящие в состав крови (её плазмы), обладают низкой растворимостью в них газов. Поэтому, для того чтобы человек мог существовать, ему нужно было бы иметь сердце мощнее в 25 раз, лёгкие - в 20 раз и за одну минуту перекачивать более 100 литров жидкости (а не пять литров крови). Природа нашла способ преодоления этой трудности, приспособив для переноса кислорода особое вещество - гемоглобин. Благодаря гемоглобину кровь способна связывать кислород в 70 раз, а углекислый газ - в 20 раз больше, чем жидкая часть крови - её плазма.

Альвеола - тонкостенный пузырёк диаметром 0,2 мм, заполненный воздухом. Стенка альвеолы образована одним слоем плоских клеток эпителия, по наружной поверхности которых разветвляется сетка капилляров. Таким образом, газообмен происходит через очень тонкую перегородку, образованную двумя слоями клеток: стенки капилляра и стенки альвеолы.

Обмен газов в тканях (тканевое дыхание)

Обмен газов в тканях осуществляется в капиллярах по тому же принципу, что и в лёгких. Кислород из тканевых капилляров, где его концентрация высока, переходит в тканевую жидкость с более низкой концентрацией кислорода. Из тканевой жидкости он проникает в клетки и сразу же вступает в реакции окисления, поэтому в клетках практически нет свободного кислорода.

Диоксид углерода по тем же законам поступает из клеток, через тканевую жидкость, в капилляры. Выделяющийся углекислый газ способствует диссоциации оксигемоглобина и сам вступает в соединение с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин , транспортируется в лёгкие и выделяется в атмосферу. В оттекающей от органов венозной крови углекислый газ находится как в связанном, так и в растворённом состоянии в виде угольной кислоты, которая в капиллярах лёгких легко распадается на воду и углекислый газ. Угольная кислота может также вступать в соединения с солями плазмы, образуя бикарбонаты.

В лёгких, куда поступает венозная кровь, кислород снова насыщает кровь, а углекислый газ из зоны высокой концентрации (легочных капилляров) переходит в зону низкой концентрации (альвеол). Для нормального газообмена воздух в лёгких постоянно сменяться, что достигается ритмическими атаками вдоха и выдоха, за счёт движений межрёберных мышц и диафрагмы.

Транспорт кислорода в организме

Значение дыхания.

Дыхание - это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих газообмен между организмом и внешней средой (внешнее дыхание ), и окислительных процессов в клетках, в результате которых выделяется энергия (внутреннее дыхание ). Обмен газов между кровью и атмосферным воздухом (газообмен ) - осуществляется органами дыхания.

Источником энергии в организме служат пищевые вещества. Основным процессом, освобождающим энергию этих веществ, является процесс окисления. Он сопровождается связыванием кислорода и образованием углекислого газа. Учитывая, что в организме человека нет запасов кислорода, непрерывное поступление его жизненно необходимо. Прекращение доступа кислорода в клетки организма ведёт к их гибели. С другой стороны, образованный в процессе окисления веществ углекислый газ должен быть удалён из организма, так как накопление значительного количества его опасно для жизни. Поглощение кислорода из воздуха и выделение углекислого газа осуществляется через систему органов дыхания.

Биологическое значение дыхания заключается в:

• обеспечении организма кислородом;
• удалении углекислого газа из организма;
• окислении органических соединений БЖУ с выделением энергии, необходимой человеку для жизнедеятельности;
• удалении конечных продуктов обмена веществ (пары воды, аммиака, сероводорода и т.д. ).

Ответы к школьным учебникам

Дыхание - это цепь процессов, происходящих в организме растений и животных, при которых поглощается кислород, выделяются углекислый газ и вода, а также энергия, обеспечивающая жизнедеятельность организма.

2. Как дышат растения?

3. Что такое устьица и чечевички?

У растений для осуществления дыхания имеются специальные приспособления и органы. У цветковых растений - это устьица и чечевички. Устьице - щелевидное отверстие в кожице листа, окруженное двумя замыкающими клетками. Устьица обычно располагаются на нижней стороне листа. Когда устьичные щели открываются, кислород поступает внутрьлиста, а из него выделяется углекислый газ. Стебель растения дышит через специальные отверстия среди клеток коры - чечевички.

Встречаются у растений и дополнительные приспособления: так, у болотного кипариса, растущего на переувлажненной почве, развиваются дыхательные корни.

4. В чем суть клеточного дыхания?

Самый простой тип дыхания - клеточный. Одноклеточные организмы - как растения, так и животные - поглощают растворенный в воде кислород всей поверхностью своего тела. Образующиеся в процессе дыхания углекислый газ и вода выделяются сквозь оболочки непосредственно в воду.

5. Какие животные имеют кожное дыхание?

Несмотря на наличие сложных органов дыхания, у позвоночных имеется и кожное дыхание. У лягушки оно даже преобладает над легочным, и при его нарушении лягушка с неповрежденными легкими погибает. Безлегочные саламандры также дышат кожей, так как легкие у них отсутствуют. Дышит кожей и человек; у него на долю кожного дыхания приходится около 1-2% от его общего объема.

6. Как дышат насекомые?

У насекомых в каждом сегменте брюшка имеется пара дыхалец - отверстий, от которых внутрь отходят ветвящиеся трубочки - трахеи. Они буквально пронизывают все тело. По этим трахеям в клетки тела насекомого поступает воздух, богатый кислородом.

7. Какое дыхание у рыб?

Рыбы дышат жабрами - особыми разветвленными кожными выростами тела. Заглатывая ртом воду и проталкивая ее через жаберные щели, рыба создает в них постоянный ток воды. Жабры пронизаны множеством кровеносных сосудов. Из омывающей жабры воды в кровь поступает кислород, а из крови в воду удаляется углекислый газ.

8. Как устроены легкие?

Легкие позвоночных имеют вид ячеистых мешков, пронизанных бесчисленным множеством кровеносных сосудов. Ячеистое строение позволяет увеличить внутреннюю поверхность легких во много раз.

9. Как дышат одноклеточные животные?

Одноклеточные организмы поглощают растворенный в воде кислород всей поверхностью своего тела (клеточный тип дыхания). Образующийся в процессе дыхания углекислый газ выделяется сквозь оболочки непосредственно в воду.

10. В чем сходство дыхания растений и животных?

И животные и растения при дыхании поглощают кислород, выделяют углекислый газ; в результате дыхания происходит расщепление органических веществ и выделение энергии, которая используется организмами на процессы жизнедеятельности.

Инструкция

В человеческом организме дыханием называется процесс вентиляции легких, во время которого происходит интенсивный газообмен между атмосферным воздухом и кровью. Механизм дыхания можно условно разделить на две составляющие: физиологическую и биохимическую. Кроме того, во время дыхания в организме происходит множество самых разнообразных процессов, обеспечивающих как жизнедеятельность, так и восприятие окружающего мира.

Сама механика дыхательного процесса довольно проста. В грудной клетке человеческого организма имеется замкнутая полость, внутри которой располагаются самые крупные органы - легкие. Внутреннее давление в грудной клетке значительно ниже атмосферного, а поэтому поверхность легких плотно прилегает к внутренним стенкам свободного пространства. Таким образом, расширение и сужение объема легких происходит за счет камеры, в которой они расположены.

Можно выделить два типа дыхания, которые классифицируются по принципу расширения внутренней полости. Это грудной тип дыхания, при котором область грудной клетки расширяется поднятием ребер, и брюшной тип, в процессе которого участвует диафрагма - тонкая пластина, грудную полость от брюшной. Диафрагма имеет выпуклую форму и ее купол направлен кверху. При сокращении мышц брюшной полости она растягивается и выравнивается, за счет чего происходит расширение объема грудной клетки.

Внутренняя структура легких напоминает очень мягкую губку, которая состоит из несметного количества кровеносных сосудов с очень тонкими стенками, способными пропускать сквозь себя молекулы газов. Такие сосуды называют альвеолами, а их - обеспечивать посредственный контакт крови с атмосферным воздухом.

В крови содержатся три типа кровяных телец. Эритроциты, или красные кровяные тельца, содержат гемоглобин - сложный белок с высоким содержанием низковалентного железа. Основная функция - обратимое присоединение к себе молекул газов и их последующий перенос в ткани живого организма. Таким образом, при попадании в альвеолу кровяной клетки, в которой содержится гемоглобин, последний присоединяет к себе несколько молекул кислорода и транспортирует их в организм. В процессе обмена веществ происходит сжигание кислорода, в результате чего образуется углекислый газ. он, в свою очередь, также присоединяется к гемоглобину и переносится обратно в альвеолы легких, где и происходит его в выдыхаемый воздух.

В процессе дыхания осуществляется не только газообмен. Поток воздуха, проходящий через верхние дыхательные пути, активизирует работу рецепторов, реагирующих на его химический состав. Так человек чувствует запахи. При произнесении речи голосовые связки лишь регулируют тембр голоса и обеспечивают генерацию гласных звуков, в то время как легкие, при выдыхании, обеспечивают необходимое давление воздуха, благодаря чему становится возможным произношение согласных звуков, а также появляется сила голоса.