Лёгочное дыхание и его роль в организме - ДВИЖЕНИЕ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Постановка проблемы урока

- Больной, дышите!

Не дышите!..

- Ах, милый доктор,

Не смешите!

Вы думаете,

Вам решать -

Дышать мне или не дышать?

Борис Заходер “В больнице”

• О чём это стихотворение? Определите основной вопрос параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 333).

Повторение необходимых знаний

• Что такое лёгочное и клеточное дыхание? (§ 31)

• Какие типы дыхательных систем вы знаете? (7 класс)

Решение проблемы

Лёгкие - главный орган дыхательной системы

• Почему лёгкие названы главным органом дыхательной системы? Как они устроены?

Они похожи на гигантскую губку и состоят из огромного количества ячеек - пузырьков, ветвящихся трубочек и складок. Губчатая масса лёгких образована альвеолами (рис. 32.1) — маленькими камерами диаметром менее 1 мм. В каждом лёгком 300 — 350 млн альвеол. Общая площадь поверхности альвеол превышает 100 м². (Это примерно в 50 раз больше площади поверхности тела человека.) Тончайшие стенки альвеол густо оплетены сеткой капилляров. В альвеолах происходит газообмен между кровью и атмосферным воздухом. Огромная поверхность альвеол делает дыхательный процесс очень эффективным.

32.1. Альвеолы

• Что происходит с воздухом в стенках альвеол?

Стенки альвеол очень тонки, их ткань богата волокнами белка эластина, название которого говорит само за себя. Лёгкие всегда находятся в растянутом состоянии, а если их извлечь из грудной клетки, они сморщатся, как воздушный шарик, из которого выпустили воздух.

Что заставляет их растягиваться?

Отчего лёгкие всегда расправлены?

• С помощью текста найдите ответ на вопрос рубрики.

• Почему при повреждении плевры, при том, что все жизненно важные органы человека функционируют нормально, человек погибает?

Лёгкие расположены в грудной полости. Её стенки образованы рёбрами и мышцами грудной клетки, а дно сформировано большим мышечно-сухожильным куполом - диафрагмой. Как ни странно, между лёгкими, и грудной клеткой нет никаких связующих тканей, за исключением того места, где в лёгкие входят бронхи. Тем не менее лёгкие всегда расправлены. Дело в том, что каждое лёгкое снаружи покрыто соединительнотканной оболочкой - плеврой, образованной двумя листками. Пристеночная плевра выстилает внутреннюю поверхность грудной клетки, лёгочная плевра окутывает лёгкое. Между двумя листками плевры - тончайшая щель. Хотя она называется плевральной полостью, на самом деле никакого пространства - полости - между листками плевры нет. Щель заполнена небольшим количеством жидкости, благодаря этому оба плевральных листка подвижно “склеены” друг с другом, примерно так же, как “приклеиваются” друг к другу два мокрых полиэтиленовых пакета. Жидкость позволяет листкам плевры скользить относительно друг друга, не раздвигаясь. Такое скольжение необходимо для того, чтобы лёгкие могли следовать за сложными изменениями формы грудной клетки и не деформироваться.

32.2. Плевра

• Найдите на рисунке плевральную полость.

Давление в плевральной полости ниже, чем в полости лёгких, из - за чего внутренний листок плевры постоянно прижат к наружному и лёгкие всегда следуют за дыхательнымидвижениями грудной клетки. Если в результате повреждения грудной клетки в плевральную полость входит воздух, лёгкие спадаются и поджимаются к устью трахеи. При этом поджатые лёгкие уже не соприкасаются с грудной клеткой и поэтому либо вовсе не следуют за её дыхательными движениями, либо их объём меняется в гораздо меньшей степени. Эффективный газообмен становится невозможным. Если в результате несчастного случая обе половины плевральной полости окажутся вскрытыми, лёгкие сожмутся, дыхательная система выйдет из строя - и наступит смерть.

Вдох и выдох

• Почему вдох требует больших усилий, чем выдох? Каков их механизм?

Мы обычно не задумываемся над тем, как дышим. Это происходит автоматически. А ведь лёгкие не могут растягиваться самостоятельно, для осуществления вдоха и выдоха нужна согласованная работа многих мышц. Вдох происходит за счёт сокращения наружных межрёберных мышц и мышц диафрагмы. Диафрагма состоит из сухожильного центра и мышечных волокон, отходящих от этого центра по радиусам во всех направлениях и прикрепляющихся к нижнему краю грудной клетки. В норме диафрагма имеет форму купола. Грудная клетка при вдохе поднимается, мышцы диафрагмы сокращаются, она уплощается, и объём грудной полости становится больше.

32.3. Механизм вдоха и выдоха

• Какое давление в лёгких перед началом вдоха и перед началом выдоха?

Давление в лёгких становится ниже атмосферного — и воздух заполняет дополнительный объём. Когда стенка грудной клетки и диафрагма расслабляются, объём груди уменьшается, давление становится выше атмосферного — и лишённый части кислорода воздух выходит наружу. В значительной степени выдох осуществляется под действием тяжести грудной клетки, поэтому в выдохе принимают участие только внутренние межребёрные мышцы.

В зависимости от того, связано ли нормальное дыхание преимущественно с поднятием рёбер или уплощением диафрагмы, различают рёберный (грудной) и брюшной типы дыхания. Грудное дыхание обеспечивается в основном за счёт работы межрёберных мышц, расширяющих грудную клетку, а диафрагма смещается в этом случае пассивно, в соответствии с изменениями грудного давления. При брюшном типе вдох происходит в основном в результате мощного сокращения диафрагмы, отчего органы брюшной полости смещаются, выпячивается живот.

Тип дыхания в большой степени зависит от возраста, одежды и профессии. Так, с возрастом подвижность грудной клетки уменьшается и начинает преобладать брюшной тип дыхания. Одежда, стесняющая грудную клетку, мешает грудному дыханию. Кроме того, брюшной тип дыхания наиболее эффективен с точки зрения дыхания и кровообращения, так как при таком дыхании глубже вентилируются лёгкие и облегчается венозный возврат от брюшной полости к сердцу. В связи с этим брюшной тип дыхания преобладает у работников физического труда, скалолазов, певцов и т.д.

Жизненная ёмкость лёгких

• Зачем измеряют жизненную ёмкость лёгких?

Эффективность смены воздуха в лёгких определяется глубиной дыхания и частотой дыхательных движений. Оба эти показателя сильно меняются в зависимости от потребностей организма. При спокойном вдохе и выдохе объём легких меняется незначительно по сравнению с их общим объёмом. С каждым вдохом в лёгкие поступает около 500 см³ воздуха и столько же удаляется с каждым выдохом. Наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха, называется жизненной ёмкостью лёгких.

Это показатель подвижности лёгких и грудной клетки. Его определяют с помощью специального прибора — спирометра. У разных людей жизненная ёмкость лёгких неодинакова. Она зависит от возраста, роста человека, степени его тренированности и некоторых других факторов. Жизненная ёмкость лёгких не имеет жизненно важного значения, несмотря на название, так как даже при самых высоких потребностях глубина дыхания никогда не достигает максимально возможного значения, но её используют как показатель эффективности работы лёгких.

32.3. Механизм вдоха и выдоха

• Как связано лёгочное и клеточное дыхание?

Как лёгкие обеспечивают газообмен клеток

• Как связано лёгочное и клеточное дыхание?

Между воздухом в лёгких и кровью происходит газообмен. Важнейший механизм газообмена — диффузия.

В воздухе лёгочных альвеол мало углекислого газа. В капилляры, оплетающие альвеолы, поступает венозная кровь из большого круга кровообращения. Она содержит много углекислого газа. Молекулы углекислого газа покидают кровяное русло, где их концентрация велика, и перемещаются в альвеолярный воздух. Напротив, кислорода в венозной крови мало, поэтому он устремляется из воздуха альвеол в капилляры. Насыщенная кислородом артериальная кровь покидает альвеолы.

В альвеолярном воздухе после этого меняется соотношение дыхательных газов - кислорода становится меньше, а углекислого газа больше. Интенсивность диффузии падает. Чтобы поддерживать уровень диффузии, необходимо поддерживать в альвеолах концентрацию кислорода достаточно высокой, а концентрацию углекислого газа достаточно низкой. Для этого необходимо часто заменять отработанный воздух свежим. Это и определяет частоту нашего дыхания.

Кровь, насыщенная кислородом, покинув лёгкие, направляется к различным органам. Все клетки нашего организма непрерывно расходуют энергию на синтез необходимых им органических веществ, активный транспорт разных веществ через мембрану, движение и так далее. Основной источник энергии — процессы окисления органических веществ в митохондриях клеток. Эти процессы идут непрерывно, отчего в клетках всегда низкая концентрация кислорода. В капиллярной сети тканей кислород покидает кровь и с помощью диффузии проникает в межклеточную жидкость, а оттуда — в клетки.

32.5. Регуляция дыхания

• Что служит сигналом к увеличению частоты дыхания? На режим работы какого органа влияет тот же показатель?

Углекислый газ непрерывно образуется в результате обмена веществ. Поэтому в клетках его много. Он поступает в тканевую жидкость, а из неё — в кровь. Здесь углекислый газ частично захватывается гемоглобином, а частично растворяется или химически связывается солями плазмы крови. Венозная кровь уносит его к сердцу, а затем к лёгким.

Чем интенсивнее работа, выполняемая каким - либо органом, тем больше ему требуется кислорода. Вот почему, например, при физической работе, когда активно сокращаются мышцы, одновременно усиливаются дыхание и деятельность сердца. Лёгкие вместе с кровеносной системой обеспечивают газообмен всего организма. В лёгких кровь насыщается кислородом и отдаёт углекислый газ. Губчатое строение лёгких увеличивает поверхность газообмена. Вдох и выдох совершаются благодаря работе межрёберных мышц и диафрагмы.

Формулирование вывода

Лёгкие вместе с кровеносной системой обеспечивают газообмен всего организма. В лёгких кровь насыщается кислородом и отдаёт углекислый газ. Губчатое строение лёгких увеличивает поверхность газообмена. Вдох и выдох совершаются благодаря работе межрёберных мышц и диафрагмы.

Применение знаний

1. С чем связано губчатое строение лёгких?

2. Как осуществляются вдох и выдох?

3. Почему во выдыхаемом воздухе остаётся кислород?

4. Почему при низком содержании кислорода в воздухе дыхание затруднено?

5. О какой особенности дыхания говорил Борис Заходер в своём стихотворении “В больнице”?

6. Почему в клетке никогда не бывает высокой концентрации кислорода?

7. Почему говорят, что жизнь человека начинается с первого крика?

8. Для лечения некоторых заболеваний в плевральную полость закачивают некоторое количество воздуха. Что происходит с лёгким в этом случае?

9. Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них.

Мои биологические исследования

Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, расчёт жизненной ёмкости лёгких

Наполните две пробирки известковой водой. Возьмите резиновую грушу и стеклянную пипетку. Резиновая груша наполнена воздухом, который мы вдыхаем. Опустите её носик в известковую воду одной из пробирок и выдавите воздух из груши. Широкий кончик пипетки обработайте спиртом. Возьмите его в рот, тонкий кончик пипетки опустите во вторую пробирку с известковой водой и осторожно выдохните воздух.

Что произошло с известковой водой в пробирках? Есть ли разница между ними? Какой метод вы использовали? Объясните результаты своего исследования и сделайте вывод.

Рассчитайте жизненную ёмкость своих лёгких, используя следующие формулы:

- для юношей ЖЁЛ = [рост (см) х 0,052] - [возраст (лет) х 0,022] - 4,2;

- для девушек ЖЁЛ = [рост (см) х 0,041] - [возраст (лет) х 0,018] - 3,7.