Rozdział IV. Oddech
czy ciało niebieskie nazywa się ogoniastym? 5) Oceany najbliżej Astany, Ałmaty, Aktau. Oceany położone najdalej od Astany, Ałmaty, Aktau. 6) W czym mierzone jest zjawisko koloru i dźwięku? 7) Lista 10 rezerwatów? 10) Ile kosztuje pełny okrąg Ziemi wokół osi? 10) Ile kosztuje pełny okrąg Ziemi wokół Słońca? 11) Wymień rzeki, których jest „najwięcej”? rośliny? 15) Wymień rodzaje zbiorowisk? możesz pominąć te, których nie znasz i z góry bardzo dziękuję, po prostu niedługo mamy egzamin z nauk przyrodniczych i jest mi to bardzo potrzebne i jeszcze raz bardzo dziękuję za wszystko, co robisz
I TO JEST KONIECZNE
DAM WSZYSTKIE PUNKTY
1. Jakie komórki krwi transportują tlen i dwutlenek węgla?
1) płytki krwi 2) erytrocyty
3) leukocyty 4) limfocyty
2. Jaka jest różnica pomiędzy powietrzem wydychanym a wdychanym?
1) wysoka zawartość azotu, tlenu i dwutlenku węgla
2) niższa zawartość dwutlenku węgla i tlenu
i duży - azot
3) niższa zawartość azotu i tlenu
4) niższa zawartość tlenu, duża zawartość dwutlenku węgla i niezmienna zawartość azotu
3. Z powodu czego zachodzi wymiana gazowa w płucach?
1) dyfuzja 2) transport aktywny
3) transport bierny 4) osmoza
4. Gdzie zaczyna się krążenie ogólnoustrojowe?
1) prawy przedsionek 2) lewy przedsionek
3) lewa komora 4) prawa komora
5. . Jakiego urządzenia używa się do określenia VC (pojemności życiowej płuc)?
4)spirometr
6. Jaka nauka bada wewnętrzną strukturę organizmów?
1) anatomia 2) fizjologia
3) genetyka 4) cytologia
7. Znaczenie oddychania polega na zaopatrzeniu ciała
1) energia
2) materiał budowlany
3) rezerwuj składniki odżywcze
4) witaminy
8. Jeśli ktoś dużo pali, to on
1) wzrasta ilość substancji biologicznie czynnych w pęcherzykach płucnych
2) pęcherzyki płucne sklejają się w wyniku uszkodzenia
wyścielając je od wewnątrz warstwą substancji biologicznie czynnych
3) wzrasta zdolność hemoglobiny do przyłączania tlenu
4) pęcherzyki płucne tracą elastyczność i zdolność oczyszczania
9. Prowadzi do uwolnienia energii w organizmie
1) powstawanie związków organicznych
2) dyfuzja substancji przez błony komórkowe
3) utlenianie substancji organicznych w komórkach organizmu
4) rozkład oksyhemoglobiny na tlen i hemoglobinę
10. Dym papierosowy zawiera ponad 200 szkodliwych substancji,
w tym tlenek węgla, który
1) zmniejsza prędkość przepływu krwi
2) tworzy stabilne połączenie z hemoglobiną
3) zwiększa krzepliwość krwi
4) zmniejsza zdolność organizmu do wytwarzania przeciwciał
11. Rolą oddychania w życiu organizmów jest wytwarzanie%
1) powstawanie i osadzanie się substancji organicznych
2) absorpcja ze środowiska dwutlenku węgla
3) uwolnienie energii niezbędnej do życia
4) absorpcja materii organicznej ze środowiska
12. Powietrze w drogach oddechowych ogrzewa się przez to
1) ich ściany są pokryte nabłonkiem rzęskowym
2) w ich ścianach znajdują się gruczoły wydzielające śluz
3) w ich ścianach rozgałęziają się małe naczynia krwionośne
4) pęcherzyki płucne składają się z pojedynczej warstwy komórek
13. Kiedy dana osoba zostanie zatruta tlenkiem węgla
1) komórki ciała otrzymują mniej tlenu
2) zmniejsza się pojemność życiowa płuc
3) zmienia się kształt czerwonych krwinek
4) spowalnia proces wchłaniania składników odżywczych
14. Pojemność życiowa płuc u zdrowego dorosłego człowieka wynosi od
1)1 do 2 l 2)6 do 7 l 3)3 do 5 l 4)7 do 8 l
15. Jaka krew u ssaków i człowieka płynie w żyłach krążenia ogólnego?
1) nasycony dwutlenkiem węgla 2) nasycony tlenem
3) tętnicze 4) mieszane
Nazwa parametru | Oznaczający |
Temat artykułu: | Skład powietrza wdychanego i wydychanego |
Rubryka (kategoria tematyczna) | Sport |
Fizjologia oddychania
Aktywność życiowa żywego organizmu związana jest z wchłanianiem przez niego O 2 i uwalnianiem CO 2. Z tego powodu pojęcie oddychania obejmuje wszystkie procesy związane z dostarczaniem O 2 ze środowiska zewnętrznego do komórek i uwalnianiem CO 2 z komórki do środowiska.
Pod fizjologią oddychania rozumie się następujące procesy: oddychanie zewnętrzne, wymianę gazową w płucach, transport gazów przez krew, oddychanie tkankowe i komórkowe.
Oddychanie zewnętrzne odbywa się za pomocą aparatu oddechowego człowieka. Obejmuje klatkę piersiową z mięśniami wprawiającymi ją w ruch oraz płuca z drogami oddechowymi. Głównymi mięśniami oddechowymi są przepona i mięśnie międzyżebrowe – wewnętrzne i zewnętrzne.
Podczas wdechu włókna mięśniowe przepony kurczą się, spłaszczają i opadają. W tym przypadku klatka piersiowa zwiększa się w kierunku pionowym. Skurcz zewnętrznych mięśni żebrowych unosi żebra i wypycha je na boki, a mostek do przodu. W tym przypadku klatka piersiowa rozszerza się w kierunku poprzecznym i przednio-tylnym. Wraz z rozszerzaniem się klatki piersiowej, płuca również biernie rozszerzają się pod wpływem ciśnienia atmosferycznego działającego przez drogi oddechowe na wewnętrzną powierzchnię płuc. Wraz z rozszerzaniem się płuc powietrze w nich rozprowadzane jest w większej objętości, a ciśnienie w jamie płuc staje się niższe od ciśnienia atmosferycznego (o 3-4 mm Hg). Różnica ciśnień powoduje, że powietrze atmosferyczne zaczyna napływać do płuc – następuje wdychanie.
Wydech następuje w wyniku rozluźnienia mięśni oddechowych. Kiedy ich skurcz ustanie, klatka piersiowa opada i powraca do pierwotnej pozycji. Rozluźniona membrana unosi się i przybiera kształt kopuły. Rozdęte płuca zmniejszają swoją objętość. Wszystko razem prowadzi do wzrostu ciśnienia śródpłucnego. Powietrze wychodzi z płuc - następuje wydech.
Wymiana gazowa lub wentylacja płuc - ϶ᴛᴏ objętość powietrza przechodzącego przez płuca w ciągu jednej minuty - minutowa objętość oddechu. W spoczynku wynosi 5-8 l/min, przy pracy mięśni wzrasta.
Człowiek wdycha powietrze atmosferyczne, które zawiera 20,94% tlenu, 78,03% azotu i 0,03% dwutlenku węgla. Wydychane powietrze zawiera mniej tlenu (16,3%) i 4% dwutlenku węgla. Ze względu na różnicę ciśnienia cząstkowego O2 w wdychanym i wydychanym powietrzu tlen z powietrza przedostaje się do pęcherzyków płucnych. Ciśnienie cząstkowe CO 2 w naczyniach włosowatych krwi żylnej wynosi 47 mm Hg, a ciśnienie cząstkowe CO 2 w pęcherzykach płucnych wynosi 40. Ze względu na różnicę ciśnień cząstkowych CO 2 z krwi żylnej przedostaje się do powietrza. Azot nie uczestniczy w wymianie gazowej. Warunki wymiany gazowej w płucach są na tyle sprzyjające, że mimo że czas przejścia krwi przez naczynia włosowate płuc wynosi około 1 sekundy, to ciśnienie gazów w krwi pęcherzykowej wypływającej z płuc jest takie samo jak nastąpi po dłuższym kontakcie.
Jeśli wentylacja płuc jest niewystarczająca i zawartość CO 2 wzrasta w pęcherzykach płucnych, wówczas wzrasta również poziom CO 2 we krwi, co natychmiast prowadzi do wzmożenia oddychania - duszności.
Przenoszenie gazów we krwi.
Gazy są bardzo słabo rozpuszczalne w cieczy: 100 ml krwi może fizycznie rozpuścić około 2% tlenu i 3-4% dwutlenku węgla. Ale czerwone krwinki zawierają hemoglobinę, która jest w stanie chemicznie wiązać O 2 i CO 2. Połączenie hemoglobiny z tlenem jest powszechnie nazywane oksyhemoglobiną Hb + O 2 ®HbO 2, która jest zawarta we krwi tętniczej. Oksyhemoglobina nie jest silnym związkiem, biorąc pod uwagę, że ludzka krew zawiera około 15% hemoglobiny, wówczas 100 ml krwi może dostarczyć do 21 ml O2. Jest to tak zwana pojemność tlenowa krwi. Oksyhemoglobina wraz z krwią tętniczą trafia do tkanek i komórek, gdzie w wyniku stale zachodzących procesów oksydacyjnych zużywany jest O 2 . Hemoglobina wychwytuje dwutlenek węgla uwalniany z tkanek i powstaje niestabilny związek HbCO 2 – karbhemoglobina. Około 10% uwolnionego dwutlenku węgla wchodzi do takiego związku. Reszta łączy się z wodą i zamienia się w kwas węglowy. Reakcję tę przyspieszają tysiące razy specjalny enzym – anhydraza węglanowa, znajdujący się w czerwonych krwinkach. Ponadto kwas węglowy w naczyniach włosowatych tkanek reaguje z jonami sodu i potasu, tworząc wodorowęglany (NaHCO 3 , KHCO 3). Wszystkie te związki są transportowane do płuc.
Hemoglobina łączy się szczególnie łatwo z tlenkiem węgla CO 2 (tlenkiem węgla), tworząc karboksyhemoglobinę, która nie jest w stanie przenosić tlenu. Jego powinowactwo chemiczne do hemoglobiny jest prawie 300 razy większe niż do O 2 . Tak więc przy stężeniu CO w powietrzu wynoszącym 0,1% okazuje się, że około 80% hemoglobiny we krwi jest związane nie z tlenem, ale z tlenkiem węgla. W rezultacie w organizmie człowieka pojawiają się objawy głodu tlenu (wymioty, ból głowy, utrata przytomności). Łagodne zatrucie tlenkiem węgla jest procesem odwracalnym: CO jest stopniowo oddzielane od hemoglobiny i wydalane podczas oddychania świeżym powietrzem. W ciężkich przypadkach następuje śmierć.
Skład powietrza wdychanego i wydychanego – pojęcie i rodzaje. Klasyfikacja i cechy kategorii „Skład powietrza wdychanego i wydychanego” 2017, 2018.
Nazywa się powietrze atmosferyczne dostające się do płuc podczas wdechu wdychany powietrze; powietrze wypuszczane przez drogi oddechowe podczas wydechu, - wydychał. Wydychane powietrze jest mieszaniną powietrza pożywny pęcherzyki, - powietrze pęcherzykowe- z powietrzem w drogach oddechowych (w jamie nosowej, krtani, tchawicy i oskrzelach). Skład powietrza wdychanego, wydychanego i pęcherzykowego w normalnych warunkach u zdrowej osoby jest dość stały i określają go poniższe liczby (tabela 3).
Liczby te mogą się nieco różnić w zależności od różnych warunków (stan spoczynku lub pracy itp.). Jednak w każdych warunkach powietrze pęcherzykowe różni się od powietrza wdychanego znacznie niższą zawartością tlenu i wyższą zawartością dwutlenku węgla. Dzieje się tak w wyniku tego, że w pęcherzykach płucnych tlen dostaje się do krwi z powietrza, a dwutlenek węgla jest uwalniany z powrotem.
Wymiana gazowa w płucach z tego powodu, że w pęcherzyki płucne i krew żylna spływa do płuc, ciśnienie tlenu i dwutlenku węgla różne: ciśnienie tlenu w pęcherzykach płucnych jest wyższe niż we krwi, a ciśnienie dwutlenku węgla, wręcz przeciwnie, we krwi jest wyższe niż w pęcherzykach płucnych. Dlatego w płucach tlen jest przenoszony z powietrza do krwi, a dwutlenek węgla z krwi do powietrza. Takie przejście gazów tłumaczy się pewnymi prawami fizycznymi: jeśli ciśnienie gazu w cieczy i w otaczającym go powietrzu jest różne, wówczas gaz przechodzi z cieczy do powietrza i odwrotnie, aż ciśnienie się zrównoważy.
Tabela 3
W mieszaninie gazów, którą jest powietrze, ciśnienie każdego gazu określa się poprzez procentową zawartość tego gazu i nazywa się to Ciśnienie cząstkowe(od łacińskiego słowa pars - część). Na przykład powietrze atmosferyczne wywiera ciśnienie równe 760 mmHg. Zawartość tlenu w powietrzu wynosi 20,94%. Ciśnienie cząstkowe tlenu atmosferycznego będzie wynosić 20,94% całkowitego ciśnienia powietrza, tj. 760 mm i będzie równe 159 mm Hg. Ustalono, że ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu pęcherzykowym wynosi 100–110 mm, a we krwi żylnej i naczyniach włosowatych płuc – 40 mm. Ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla wynosi 40 mm w pęcherzykach płucnych i 47 mm we krwi. Różnica ciśnienia parcjalnego pomiędzy gazami krwi i powietrza wyjaśnia wymianę gazową w płucach. W procesie tym aktywną rolę odgrywają komórki ścian pęcherzyków płucnych i naczyń włosowatych płuc, przez które następuje przepływ gazów.
Przenoszenie gazów we krwi
Krew w sposób ciągły transportuje tlen z płuc do tkanek i dwutlenek węgla z tkanek do płuc. Krew tętnicza wypływająca z płuc zawiera znacznie więcej tlenu, niż powinno wynikać z fizycznych praw rozpuszczania gazów w cieczach. Wynika to z faktu, że większość tlenu we krwi nie jest w stanie rozpuszczonym, ale w stanie związanym chemicznie. Tlen dochodzący z pęcherzyków płucnych do osocza krwi aktywnie przenika do czerwonych krwinek i łączy się z hemoglobiną, tworząc delikatny związek chemiczny – oksyhemoglobinę. Nowe porcje tlenu przedostają się z pęcherzyków do osocza krwi, a stamtąd do czerwonych krwinek, aż prawie cała hemoglobina przejdzie do oksyhemoglobiny. Podczas oddychania powietrzem atmosferycznym w normalnych warunkach 96% hemoglobiny przekształca się w oksyhemoglobinę, w wyniku czego erytrocyty zawierają 60 razy więcej tlenu niż osocze krwi. Dzięki temu tkanki otrzymują taką ilość tlenu, jaką potrzebują do wymiany.
Wymiana gazowa w tkankach odbywa się na tej samej zasadzie, co w płucach. Kiedy krew przepływa przez naczynia włosowate różnych narządów, tlen z obszaru o wysokim ciśnieniu parcjalnym (osocze krwi) przechodzi do obszaru o niskim ciśnieniu parcjalnym (płyn tkankowy). Z płynu tkankowego tlen dostaje się do komórek i natychmiast wchodzi w chemiczne reakcje utleniania. W rezultacie ciśnienie cząstkowe tlenu wewnątrz ogniw wynosi zawsze zero. Gdy tlen opuszcza osocze krwi, oksyhemoglobina przekształca się w hemoglobinę, zapewniając wystarczające stężenie tlenu w osoczu. Wiele czynników przyczynia się do przemiany oksyhemoglobiny w hemoglobinę, w szczególności nasycenie krwi dwutlenkiem węgla i wzrost temperatury krwi w narządach (na przykład w mięśniach podczas ich skurczu).
Dwutlenek węgla powstający w komórkach podczas procesu wymiany przedostaje się do płynu tkankowego, tworząc w nim wysokie ciśnienie parcjalne. We krwi przepływającej przez naczynia włosowate różnych narządów ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla jest znacznie niższe, dlatego dwutlenek węgla przedostaje się z płynu tkankowego do krwi. Krew zawiera znacznie więcej dwutlenku węgla, niż jest to możliwe w wyniku jego rozpuszczenia w cieczy. Zależy to również od faktu, że dwutlenek węgla jest nie tylko w stanie rozpuszczonym w osoczu, ale także wchodzi w połączenie chemiczne z hemoglobiną erytrocytów i solami osocza. Przy udziale specjalnego enzymu dwutlenek węgla stosunkowo łatwo łączy się także z wodą osocza krwi, tworząc kwas węglowy, który w płucach ponownie rozkłada się na dwutlenek węgla i wodę. Zapewnia to możliwość usunięcia całego dwutlenku węgla powstającego w tkankach. Krew, która oddała tlen i jest nasycona dwutlenkiem węgla, nazywana jest żylną.
Krew żylna dostaje się do płuc, gdzie zachodzi oddychanie płucne.
Mechanizm wdechu i wydechu
Akt oddychania składa się z rytmicznie powtarzanych wdechów i wydechów.
Wdychanie przeprowadza się w następujący sposób. Pod wpływem impulsów nerwowych kurczą się mięśnie biorące udział w akcie wdechu: przepona, mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne itp. Podczas skurczu przepona opada (spłaszcza się), co prowadzi do zwiększenia pionowego rozmiaru jamy klatki piersiowej. Wraz ze skurczem zewnętrznego mięśnia międzyżebrowego i niektórych innych mięśni żebra unoszą się, a wymiary przednio-tylne i poprzeczne jamy klatki piersiowej rosną. Zatem w wyniku skurczu mięśni zwiększa się objętość klatki piersiowej (ryc. 74). Ze względu na brak powietrza w jamie opłucnej i panujące w niej ciśnienie jest ujemne, jednocześnie ze wzrostem objętości klatki piersiowej płuca rozszerzają się. Kiedy płuca się rozszerzają, ciśnienie powietrza w nich spada (staje się niższe od ciśnienia atmosferycznego), a powietrze atmosferyczne przedostaje się drogami oddechowymi do płuc. W konsekwencji podczas wdechu następuje kolejno: skurcz mięśni - zwiększenie objętości klatki piersiowej - rozszerzenie płuc i spadek ciśnienia w płucach - przepływ powietrza przez drogi oddechowe do płuc.
Ryż. 74. Schemat przedstawiający zmiany w klatce piersiowej i przeponie podczas oddychania
Wydech następuje po wdechu. Mięśnie biorące udział w wdechu rozluźniają się (jednocześnie unosi się przepona), żebra w wyniku skurczu mięśni międzyżebrowych wewnętrznych i innych oraz ze względu na ich nasilenie opadają. Objętość klatki piersiowej zmniejsza się (patrz ryc. 74), płuca są ściskane, ciśnienie w nich wzrasta (staje się wyższe niż ciśnienie atmosferyczne), a powietrze wypycha drogi oddechowe.
Ruchy oddechowe są rytmiczne. Dorosły w spokojnym stanie ma 16-20 ruchów oddechowych na minutę. U dzieci występują częściej (u noworodka około 60 na minutę). Z reguły aktywności fizycznej, szczególnie u osób słabo wyszkolonych, towarzyszy wzrost oddychania. W wielu chorobach następuje również wzmożenie ruchów oddechowych. Zwiększonemu oddychaniu może towarzyszyć zmniejszenie jego głębokości. Podczas snu oddech zwalnia.
Wyróżnia się dwa rodzaje oddychania: brzusznym (dominuje u mężczyzn) i klatką piersiową (u kobiet). W pierwszym typie objętość klatki piersiowej zwiększa się głównie w wyniku skurczu przepony (zwiększenie jej wymiaru pionowego), w drugim - w wyniku skurczu innych mięśni oddechowych (zwiększenie wymiarów przednio-tylnego i poprzecznego klatka piersiowa).
Pojemność życiowa płuc
W przypadku cech funkcjonalnych płuc stosuje się definicję ich pojemności życiowej. Pojemność życiowa płuc to ilość powietrza, którą człowiek jest w stanie wydychać po wzięciu głębokiego oddechu. Średnio jest to 3500 cm3. Wartość pojemności płuc w dużej mierze zależy od treningu, wieku i płci.
Systematyczne wychowanie fizyczne i sport przyczyniają się do wzrostu pojemności życiowej płuc (u niektórych sportowców sięga ona 6000 - 7000 cm 3). U kobiet pojemność życiowa jest średnio mniejsza niż u mężczyzn; jest ona większa u osób młodych niż u osób starszych. Aby określić pojemność życiową płuc, stosuje się specjalne urządzenie - spirometr (ryc. 75).
Ryc. 75. Spirometria (badany wykonał głęboki wydech)
Przy spokojnym oddychaniu około 500 cm 3 powietrza dostaje się do płuc jednym oddechem. Ta objętość nazywa się oddychać powietrzem. Przy maksymalnym wdechu po spokojnym wydechu powietrze dostaje się do płuc średnio o 1500 cm 3 więcej niż przy spokojnym oddechu. Ta objętość powietrza nazywa się dodatkowy. Przy maksymalnym wydechu po normalnym wdechu z płuc można usunąć średnio o 1500 cm 3 więcej powietrza niż przy normalnym wydechu. Ta objętość powietrza nazywa się rezerwa. Wszystkie trzy objętości powietrza – oddechowa, dodatkowa i rezerwowa – razem tworzą pojemność życiową płuc; średnio: 500 cm 3 + 1500 cm 3 + 1500 cm 3 \u003d 3500 cm 3 powietrza.
Po wydechu, nawet najgłębszym, w płucach pozostaje około 1000 cm 3 powietrza. Ta objętość nazywa się resztkowe powietrze.
Ze względu na obecność resztkowego powietrza płuco opuszczone do wody nie tonie. Przed urodzeniem u płodu nie ma oddychania płucnego, a płuca nie zawierają powietrza. Kawałek takiego płuca tonie w wodzie. Powietrze dostaje się do płuc po urodzeniu wraz z pierwszym oddechem.
Odma płucna. W przypadku urazu klatki piersiowej z uszkodzeniem opłucnej powietrze atmosferyczne dostaje się do jamy opłucnej - odma płucna. W takim przypadku ciśnienie w jamie opłucnej będzie takie samo jak w płucach. Płuca ze względu na swoją elastyczność zapadają się i nie uczestniczą w oddychaniu. W praktyce medycznej czasami uciekają się do sztucznego wprowadzenia powietrza do jamy opłucnej (sztuczna odma opłucnowa).
Regulacja oddychania
Mechanizm regulacji oddychania jest bardzo złożony. W schematycznym przedstawieniu sprowadza się to do następujących kwestii. W rdzeniu przedłużonym znajduje się skupisko komórek nerwowych regulujących oddychanie – ośrodek oddechowy. Jego obecność zauważył rosyjski naukowiec N. A. Mislavsky w 1885 roku. W ośrodku oddechowym wyróżnia się dwie sekcje: część wdechową i część wydechową. Funkcja obu sekcji jest ze sobą powiązana: gdy sekcja wdechowa jest wzbudzona, sekcja wydechowa jest hamowana i odwrotnie, sekcji wydechowej towarzyszy hamowanie sekcji wdechowej. Oprócz ośrodka oddechowego, który znajduje się w rdzeniu przedłużonym, w regulację oddychania zaangażowane są specjalne skupiska komórek nerwowych w moście i międzymózgowiu. Ośrodek oddechowy oddziałuje na mięśnie oddechowe, od których zależy zmiana objętości klatki piersiowej podczas wdechu i wydechu, nie bezpośrednio, ale poprzez rdzeń kręgowy. W rdzeniu kręgowym znajdują się grupy komórek, których wyrostki (włókna nerwowe) idą jako część nerwów rdzeniowych do mięśni oddechowych. Kiedy ośrodek oddechowy (dział wdechowy) jest pobudzony, impulsy nerwowe przekazywane są do rdzenia kręgowego, a stamtąd wzdłuż nerwów do mięśni oddechowych, powodując ich skurcz; w rezultacie klatka piersiowa rozszerza się i wdycha. Zaprzestaniu przekazywania impulsów z ośrodka oddechowego (podczas hamowania działu wdechowego) do rdzenia kręgowego, a z niego do mięśni oddechowych, towarzyszy rozluźnienie tych mięśni; w rezultacie klatka piersiowa zapada się i następuje wydech.
W ośrodku oddechowym następuje naprzemienna zmiana stanu wzbudzenia i zahamowania (wdech i wydech), co powoduje rytmiczne naprzemienne wdechy i wydechy. Zmiany stanu ośrodka oddechowego zależą od wpływów nerwowych i humoralnych. W tym przypadku ważną rolę odgrywają receptory płuc i dwutlenku węgla we krwi. Podczas wdechu płuca ulegają rozciągnięciu, w związku z czym dochodzi do podrażnienia zatopionych w tkance płuc zakończeń nerwu błędnego. Impulsy nerwowe powstałe w receptorach przekazywane są wzdłuż nerwu błędnego do ośrodka oddechowego, powodując pobudzenie odcinka wydechowego i jednocześnie zahamowanie odcinka wdechowego. W rezultacie zatrzymuje się przekazywanie impulsów z ośrodka oddechowego do rdzenia kręgowego, następuje wydech. Podczas wydechu tkanka płuc zapada się, receptory płuc nie są podrażnione, impulsy nerwowe z receptorów nie dostają się do ośrodka oddechowego. W rezultacie odcinek wydechowy wchodzi w stan zahamowania, natomiast odcinek wdechowy zostaje pobudzony i następuje wdech. Potem wszystko się powtarza. W ten sposób następuje automatyczna samoregulacja oddychania: wdech powoduje wydech, a wydech powoduje wdech.
Dwutlenek węgla jest specyficznym czynnikiem powodującym oddychanie. Wraz z gromadzeniem się dwutlenku węgla we krwi do określonego stężenia, podrażnione zostają specjalne receptory w ścianach naczyń krwionośnych. Impulsy powstałe w receptorach przekazywane są wzdłuż włókien nerwowych do ośrodka oddechowego (działu wdechowego) i powodują jego pobudzenie, któremu towarzyszy pogłębienie i przyspieszenie oddechu. Ponadto dwutlenek węgla oddziałuje także bezpośrednio na ośrodek oddechowy: wzrost stężenia dwutlenku węgla we krwi otaczającej ośrodek oddechowy powoduje jego pobudzenie. Przeciwnie, spadkowi stężenia dwutlenku węgla we krwi towarzyszy zmniejszenie pobudliwości ośrodka oddechowego (odcinek wdechowy).
Jeżeli w wyniku intensywnej pracy mięśni lub z innych powodów we krwi gromadzi się nadmierna ilość dwutlenku węgla, wówczas z powodu pobudzenia ośrodka oddechowego oddech staje się szybki - pojawia się duszność. Dzięki temu dwutlenek węgla jest szybko wydalany z organizmu, a jego zawartość we krwi wraca do normy. Częstość oddechów również staje się normalna. Nagromadzenie dwutlenku węgla automatycznie powoduje jego szybkie usunięcie, a co za tym idzie zmniejszenie pobudliwości ośrodka oddechowego (odcinka wdechowego).
Wraz z nadmiarem dwutlenku węgla pobudzenie ośrodka oddechowego jest również spowodowane brakiem tlenu, a także niektórych innych substancji dostających się do krwi, w szczególności specjalnych substancji leczniczych. Należy zauważyć, że odruchowy wpływ na ośrodek oddechowy wywiera nie tylko podrażnienie receptorów ścian naczyń krwionośnych i samych receptorów płuc, ale także inne wpływy (na przykład podrażnienie błony śluzowej nosa amoniak, podrażnienie skóry zimną wodą itp.).
Oddychanie podporządkowane jest korze mózgowej, o czym świadczy fakt, że człowiek może dobrowolnie wstrzymać oddech (aczkolwiek na bardzo krótki czas) lub zmienić jego głębokość i częstotliwość. Dowodem korowej regulacji oddychania jest także wzmożenie oddychania w stanach emocjonalnych. Z oddychaniem związane są czynności ochronne: kaszel i kichanie. Wykonywane są odruchowo, a ośrodki tych odruchów znajdują się w rdzeniu przedłużonym.
Kaszel występuje w odpowiedzi na podrażnienie błony śluzowej krtani, gardła lub oskrzeli (gdy dostaną się tam cząsteczki kurzu, jedzenia itp.). Podczas kaszlu po głębokim wdechu powietrze jest z siłą wypychane z dróg oddechowych i wprawia w ruch struny głosowe (pojawia się charakterystyczny dźwięk). Razem z powietrzem usuwane jest to, co podrażniło drogi oddechowe.
Kichać występuje w odpowiedzi na podrażnienie błony śluzowej nosa na tej samej zasadzie, co kaszel.
Kaszel i kichanie to odruchy ochronne układu oddechowego.
Znaczenie oddechu
Oddychanie to istotny proces polegający na ciągłej wymianie gazów pomiędzy organizmem a środowiskiem zewnętrznym. W procesie oddychania człowiek pobiera tlen z otoczenia i wydziela dwutlenek węgla.
Prawie wszystkie złożone reakcje przemian substancji w organizmie zachodzą przy obowiązkowym udziale tlenu. Bez tlenu metabolizm jest niemożliwy, a do zachowania życia niezbędny jest stały dopływ tlenu. W wyniku metabolizmu w komórkach i tkankach powstaje dwutlenek węgla, który należy usunąć z organizmu. Gromadzenie się znacznych ilości dwutlenku węgla w organizmie jest niebezpieczne. Dwutlenek węgla transportowany jest wraz z krwią do narządów oddechowych i wydychany. Tlen dostający się do narządów oddechowych podczas wdychania dyfunduje do krwi i jest przez nią dostarczany do narządów i tkanek.
W organizmie człowieka i zwierząt nie ma zapasów tlenu, dlatego jego ciągłe dostarczanie do organizmu jest istotną koniecznością. Jeśli dana osoba w niezbędnych przypadkach może żyć bez jedzenia dłużej niż miesiąc, bez wody do 10 dni, to przy braku tlenu nieodwracalne zmiany zachodzą w ciągu 5-7 minut.
Skład powietrza wdychanego, wydychanego i pęcherzykowego
Poprzez naprzemienny wdech i wydech osoba wentyluje płuca, utrzymując względnie stały skład gazu w pęcherzykach płucnych (pęcherzykach płucnych). Osoba oddycha powietrzem atmosferycznym o dużej zawartości tlenu (20,9%) i niskiej zawartości dwutlenku węgla (0,03%), a wydycha powietrze, w którym tlen wynosi 16,3%, a dwutlenek węgla wynosi 4% (tab. 8).
Skład powietrza pęcherzykowego znacznie różni się od składu powietrza atmosferycznego, wdychanego. Ma mniej tlenu (14,2%) i dużą ilość dwutlenku węgla (5,2%).
Azot i gazy obojętne wchodzące w skład powietrza nie biorą udziału w oddychaniu, a ich zawartość w powietrzu wdychanym, wydychanym i pęcherzykowym jest prawie taka sama.
Dlaczego w wydychanym powietrzu jest więcej tlenu niż w pęcherzykowym? Wyjaśnia to fakt, że podczas wydechu powietrze znajdujące się w narządach oddechowych, w drogach oddechowych, miesza się z powietrzem pęcherzykowym.
Ciśnienie cząstkowe i napięcie gazów
W płucach tlen z powietrza pęcherzykowego przedostaje się do krwi, a dwutlenek węgla z krwi dostaje się do płuc. Przejście gazów z powietrza do cieczy i z cieczy do powietrza następuje w wyniku różnicy ciśnień cząstkowych tych gazów w powietrzu i cieczy. Ciśnienie cząstkowe to część całkowitego ciśnienia przypadająca na udział danego gazu w mieszaninie gazów. Im wyższy procent gazu w mieszaninie, tym odpowiednio wyższe jest jej ciśnienie cząstkowe. Jak wiadomo, powietrze atmosferyczne jest mieszaniną gazów. Ciśnienie powietrza atmosferycznego 760 mm Hg. Sztuka. Ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu atmosferycznym wynosi 20,94% z 760 mm, tj. 159 mm; azot - 79,03% z 760 mm, tj. około 600 mm; w powietrzu atmosferycznym jest mało dwutlenku węgla - 0,03%, dlatego jego ciśnienie cząstkowe wynosi 0,03% z 760 mm - 0,2 mm Hg. Sztuka.
W przypadku gazów rozpuszczonych w cieczy stosuje się termin „napięcie”, odpowiadający terminowi „ciśnienie cząstkowe” stosowanemu w przypadku wolnych gazów. Napięcie gazu wyraża się w tych samych jednostkach co ciśnienie (w mmHg). Jeżeli ciśnienie cząstkowe gazu w otoczeniu jest wyższe niż napięcie tego gazu w cieczy, wówczas gaz rozpuszcza się w cieczy.
Ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu pęcherzykowym wynosi 100-105 mm Hg. Art., a we krwi płynącej do płuc ciśnienie tlenu wynosi średnio 60 mm Hg. Art. zatem w płucach tlen z powietrza pęcherzykowego przedostaje się do krwi.
Ruch gazów odbywa się zgodnie z prawami dyfuzji, zgodnie z którymi gaz rozprzestrzenia się ze środowiska o większym ciśnieniu parcjalnym do środowiska o niższym ciśnieniu.
Wymiana gazowa w płucach
Przejście tlenu z powietrza pęcherzykowego do krwi w płucach i przepływ dwutlenku węgla z krwi do płuc podlegają opisanym powyżej prawom.
Dzięki pracy wielkiego rosyjskiego fizjologa Iwana Michajłowicza Sieczenowa możliwe stało się badanie składu gazowego krwi oraz warunków wymiany gazowej w płucach i tkankach.
Wymiana gazowa w płucach odbywa się pomiędzy powietrzem pęcherzykowym a krwią na drodze dyfuzji. Pęcherzyki płucne są otoczone gęstą siecią naczyń włosowatych. Ściany pęcherzyków i naczyń włosowatych są bardzo cienkie, co przyczynia się do przenikania gazów z płuc do krwi i odwrotnie. Wymiana gazowa zależy od wielkości powierzchni, przez którą odbywa się dyfuzja gazów, oraz od różnicy ciśnień cząstkowych (napięć) dyfundujących gazów. Przy głębokim oddechu pęcherzyki rozciągają się, a ich powierzchnia osiąga 100-105 m 2. Powierzchnia naczyń włosowatych w płucach jest również duża. Istnieje wystarczająca różnica pomiędzy ciśnieniem cząstkowym gazów w powietrzu pęcherzykowym a ciśnieniem tych gazów we krwi żylnej (tab. 9).
Z tabeli 9 wynika, że różnica pomiędzy ciśnieniem gazów we krwi żylnej a ich ciśnieniem parcjalnym w powietrzu pęcherzykowym wynosi 110 - 40 = 70 mm Hg dla tlenu. Art., a dla dwutlenku węgla 47 - 40 = 7 mm Hg. Sztuka.
Empirycznie udało się to ustalić przy różnicy prężności tlenu wynoszącej 1 mm Hg. Sztuka. u dorosłego człowieka w spoczynku 25–60 ml tlenu może przedostać się do krwi w ciągu 1 minuty. Osoba pozostająca w stanie spoczynku potrzebuje około 25-30 ml tlenu na minutę. Dlatego różnica ciśnień tlenu wynosi 70 mm Hg. st, wystarczający do zapewnienia organizmowi tlenu w różnych warunkach jego aktywności: podczas pracy fizycznej, ćwiczeń sportowych itp.
Szybkość dyfuzji dwutlenku węgla z krwi jest zatem 25 razy większa niż tlenu, przy różnicy ciśnień 7 mm Hg. Art. dwutlenek węgla ma czas, aby wyróżnić się z krwi.
Przenoszenie gazów we krwi
Krew przenosi tlen i dwutlenek węgla. We krwi, jak w każdej cieczy, gazy mogą występować w dwóch stanach: fizycznie rozpuszczonym i związanym chemicznie. Zarówno tlen, jak i dwutlenek węgla rozpuszczają się w osoczu krwi w bardzo małych ilościach. Większość tlenu i dwutlenku węgla jest transportowana w postaci związanej chemicznie.
Głównym nośnikiem tlenu jest hemoglobina we krwi. 1 g hemoglobiny wiąże 1,34 ml tlenu. Hemoglobina ma zdolność łączenia się z tlenem, tworząc oksyhemoglobinę. Im wyższe ciśnienie parcjalne tlenu, tym więcej powstaje oksyhemoglobiny. W powietrzu pęcherzykowym ciśnienie parcjalne tlenu wynosi 100-110 mm Hg. Sztuka. W tych warunkach 97% hemoglobiny we krwi wiąże się z tlenem. Krew transportuje tlen do tkanek w postaci oksyhemoglobiny. Tutaj ciśnienie parcjalne tlenu jest niskie, a oksyhemoglobina – delikatny związek – uwalnia tlen, który jest wykorzystywany przez tkanki. Na wiązanie tlenu przez hemoglobinę wpływa również napięcie dwutlenku węgla. Dwutlenek węgla zmniejsza zdolność hemoglobiny do wiązania tlenu i sprzyja dysocjacji oksyhemoglobiny. Wzrost temperatury zmniejsza również zdolność hemoglobiny do wiązania tlenu. Wiadomo, że temperatura w tkankach jest wyższa niż w płucach. Wszystkie te warunki sprzyjają dysocjacji oksyhemoglobiny, w wyniku czego krew uwalnia do płynu tkankowego tlen uwolniony ze związku chemicznego.
Zdolność hemoglobiny do wiązania tlenu jest niezbędna dla organizmu. Czasami ludzie umierają z powodu braku tlenu w organizmie, w otoczeniu najczystszego powietrza. Może się to zdarzyć osobie, która znajduje się w środowisku o niskim ciśnieniu (na dużych wysokościach), gdzie w rozrzedzonej atmosferze występuje bardzo niskie ciśnienie parcjalne tlenu. 15 kwietnia 1875 roku balon Zenith na pokładzie trzech aeronautów osiągnął wysokość 8000 m. Kiedy balon wylądował, przeżyła tylko jedna osoba. Przyczyną śmierci był gwałtowny spadek ciśnienia parcjalnego tlenu na dużych wysokościach. Na dużych wysokościach (7-8 km) krew tętnicza w swoim składzie gazowym zbliża się do krwi żylnej; wszystkie tkanki organizmu zaczynają odczuwać ostry brak tlenu, co prowadzi do poważnych konsekwencji. Wspinaczka powyżej 5000 m zwykle wymaga użycia specjalnych aparatów tlenowych.
Dzięki specjalnemu treningowi organizm może przystosować się do obniżonej zawartości tlenu w powietrzu atmosferycznym. U wyszkolonej osoby oddychanie pogłębia się, liczba erytrocytów we krwi wzrasta z powodu ich zwiększonego tworzenia się w narządach krwiotwórczych i z magazynu krwi. Ponadto zwiększają się skurcze serca, co prowadzi do zwiększenia minimalnej objętości krwi.
Komory ciśnieniowe są szeroko stosowane w treningu.
Dwutlenek węgla transportowany jest we krwi w postaci związków chemicznych – wodorowęglanów sodu i potasu. Wiązanie dwutlenku węgla i jego uwalnianie przez krew zależy od jego napięcia w tkankach i krwi.
Ponadto hemoglobina we krwi bierze udział w przenoszeniu dwutlenku węgla. W naczyniach włosowatych tkankowych hemoglobina łączy się chemicznie z dwutlenkiem węgla. W płucach związek ten rozkłada się wraz z wydzieleniem dwutlenku węgla. Około 25-30% dwutlenku węgla uwalnianego w płucach jest przenoszone przez hemoglobinę.
Lekcja numer 7.
Temat: Oddychanie zewnętrzne. Struktura cyklu oddechowego.
Oddech- zespół procesów, w wyniku których organizm zużywa tlen i wydziela dwutlenek węgla.
Oddychanie u ludzi i zwierząt wyższych obejmuje następujące procesy:
1. Wymiana powietrza pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a pęcherzykami płucnymi.
2. Wymiana gazów pomiędzy powietrzem pęcherzykowym a krwią przepływającą przez naczynia włosowate płuc.
3. Transport gazów przez krew.
4. Wymiana gazów pomiędzy krwią a tkankami w naczyniach włosowatych tkankowych.
5. Zużycie tlenu przez komórki i wydzielanie przez nie dwutlenku węgla.
U organizmów jednokomórkowych wymiana gazowa zachodzi całą powierzchnią ciała, u owadów – przez tchawicę, która przenika całe ciało, u ryb – przez skrzela. U płazów 2/3 wymiany gazowej odbywa się przez skórę, a 1/3 przez płuca. U ssaków wymiana gazowa zachodzi prawie wyłącznie w płucach, a nieco przez skórę i przewód pokarmowy.
Oddychanie zewnętrzne.
Płuca zwierząt hodowlanych zlokalizowane są w hermetycznie zamkniętej jamie klatki piersiowej, w której panuje ujemne ciśnienie (poniżej atmosferycznego). Od wewnątrz jama klatki piersiowej jest wyłożona opłucną, której jeden z arkuszy (ciemieniowy) przylega do klatki piersiowej, a drugi (trzewny) pokrywa płuca. Pomiędzy nimi znajduje się szczelina wypełniona płynem surowiczym, aby zmniejszyć tarcie płuc podczas wdechu i wydechu. Płuca są pozbawione mięśni i biernie podążają za ruchem klatki piersiowej: gdy ta się rozszerza, rozszerzają się i zasysają powietrze (wdech), a gdy opadają, zanikają (wydech). Mięśnie oddechowe klatki piersiowej i przepony kurczą się pod wpływem impulsów pochodzących z ośrodka oddechowego, co zapewnia prawidłowe oddychanie. Jeśli otworzysz klatkę piersiową, powietrze dostanie się do jamy opłucnej (odma opłucnowa), a ciśnienie w niej zrówna się z ciśnieniem atmosferycznym, w wyniku czego płuca zapadną się (niedodma).
Podciśnienie w jamie opłucnej.
U płodów zwierzęcych płuca wypełniają całą jamę klatki piersiowej. Wymiana gazowa zachodzi przez łożysko. Płuca płodu nie biorą udziału w oddychaniu.
Po urodzeniu, przy pierwszym oddechu, żebra unoszą się, ale nie mogą wrócić do pierwotnej pozycji, ponieważ są unieruchomione w kręgach.
Elastyczna tkanka płuc ma tendencję do opadania, między płucami a klatką piersiową tworzy się szczelina, w której ciśnienie jest niższe od atmosferycznego. Tak więc w pęcherzykach płucnych ciśnienie jest równe atmosferycznemu -760, w jamie opłucnej - 745-754 mm Hg. Te 10-30 mm zapewniają ekspansję płuc. Podczas wdechu zwiększa się objętość klatki piersiowej, ciśnienie maleje, powietrze dostaje się do płuc. Kiedy klatka piersiowa się zapada, jama klatki piersiowej zmniejsza się, ciśnienie w niej wzrasta, a powietrze jest wypychane na zewnątrz - następuje wydech.
Pod częstotliwość oddech rozumie liczbę cykli oddechowych (wdech-wydech) w ciągu 1 minuty. Częstotliwość ruchów oddechowych u zwierząt zależy od intensywności metabolizmu, temperatury otoczenia, produktywności zwierząt itp.
Duże zwierzęta oddychają rzadziej niż małe, młode częściej niż dorosłe. Krowy o wysokiej wydajności oddychają częściej niż krowy o niskiej wydajności. Praca fizyczna, przyjmowanie pokarmu, podniecenie przyspieszają oddychanie.
Częstość oddechów
U zwierząt w ciągu 1 minuty
Rodzaj zwierzęcia | Częstotliwość |
Koń Bydło Świnia Pies Kurczak | 8-12 10-30 8-18 10-30 22-25 |
W akcie oddychania biorą udział mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne i wewnętrzne, mięśnie przepony. W zależności od tego, które mięśnie są bardziej zaangażowane w rozszerzanie klatki piersiowej, wyróżnia się trzy rodzaje oddychania: żebrowy lub klatki piersiowej (podczas wdechu kurczą się głównie zewnętrzne mięśnie międzyżebrowe); brzuszny lub przeponowy (z powodu skurczu przepony); żebra brzuszne, gdy w oddychaniu biorą udział mięśnie klatki piersiowej i przepony. W czasie ciąży choroby narządów jamy brzusznej zmieniają sposób oddychania na klatkę piersiową, ponieważ zwierzęta „chronią” chore narządy.
Podczas oddychania klatka piersiowa rozszerza się i zapada. Zapis ruchów oddechowych nazywa się pneumogramem i można go wykorzystać do określenia częstotliwości i głębokości oddechów.
Ochronne odruchy oddechowe obejmują kaszel, kichanie, zatrzymanie, wzmożenie lub przyspieszenie oddechu.
Kaszel, kichanie występuje w wyniku podrażnienia receptorów górnych dróg oddechowych przez cząstki mechaniczne, śluz. Podczas kaszlu, kichania następuje ostry wydech przy zamkniętej głośni, w wyniku czego usuwane są substancje drażniące.
Reakcją organizmu jest zatrzymanie oddechu. Jeśli zwierzę wdycha amoniak, eter, chlor lub inną substancję o ostrym zapachu, następuje zatrzymanie oddechu, co zapobiega przedostawaniu się substancji drażniących do płuc.
Podrażnienie bólowe najpierw powoduje opóźnienie, a następnie zwiększenie oddychania.
Przenoszenie gazów we krwi.
Podczas wdechu powietrze dostaje się do pęcherzyków płucnych, gdzie następuje wymiana gazowa poprzez naczynia włosowate. Wdychane powietrze jest mieszaniną gazów: tlenu – 20,82%, dwutlenku węgla – 0,03 i azotu – 79,15%. Wymiana gazowa w płucach następuje w wyniku dyfuzji dwutlenku węgla z krwi do powietrza pęcherzykowego i tlenu z powietrza pęcherzykowego do krwi w wyniku różnicy ciśnień parcjalnych gazów w powietrzu pęcherzykowym i krwi.
Ciśnienie cząstkowe- jest to część całkowitego ciśnienia mieszaniny gazów, wynikająca z udziału tego lub innego gazu w mieszaninie. Zatem napięcie dwutlenku węgla we krwi żylnej wynosi 46 mm Hg. Art., a w powietrzu pęcherzykowym - 40, tlen w pęcherzykach płucnych - 100 mm Hg. Art. i krew żylna - 90.
Tlen dostający się do krwi rozpuszcza się w osoczu w ilości 0,3% obj., a pozostała część wiąże się z hemoglobiną, w wyniku czego powstaje oksyhemoglobina, która rozkłada się w tkankach. Nazywa się ilość tlenu, jaką może związać 100 ml krwi pojemność tlenowa krwi. Uwolniona hemoglobina wiąże się z dwutlenkiem węgla (tworząc karbohemoglobinę), 2,5% obj. dwutlenku węgla rozpuszcza się w osoczu krwi. Dwutlenek węgla jest uwalniany z płuc wraz z wydychanym powietrzem.
Skład powietrza wdychanego i wydychanego
- Wraz z nadejściem wiosny zmienia się zachowanie zimujących ptaków
- Lekcja zintegrowana w grupie seniorów
- Rozdział IV. Oddech. Praca laboratoryjna. Skład powietrza wdychanego i wydychanego. Jaka jest różnica między powietrzem wdychanym i wydychanym
- Teoria stworzenia - hipotezy dotyczące pochodzenia życia na ziemi