§ 34. Дыхание организмов

Ст. 183

Рассмотрите рис. 130 — 134. Какие органы обеспечивают дыхание организмов? Как происходит в клетках окисление глюкозы? Каков энергетический эффект клеточного дыхания?

Дыхание организмов могут обеспечивать устьица, воздухоносные полости и корневище у растений, жабры и трахеи и раков и жуков, жабры и легкие у рыб и наземных позвоночных, легкие, передние и задние воздушные мешки у птиц, носовая полость, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и лёгкие у человека.

Ст. 187

1. Что такое дыхание? Каково его значение для организма?

Дыхание, или газообмен, – совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, его использование в окислительно — восстановительных реакциях, а также удаление из организма углекислого газа и других конечных продуктов обмена веществ.

Значение дыхания для организма состоит в освобождении энергии, заключённой в органических веществах.

2. Как осуществляется дыхание у водных и наземных растений?

Водные растения дышат кислородом, растворённым в воде. Кислород поступает к ним через всю поверхность тела путём диффузии, т. е. переноса по градиенту концентрации. Некоторые водные растения, например кувшинка, имеют воздухоносные полости, которые обеспечивают проведение воздуха к органам и тканям и удерживают растение в толще воды.

Наземные растения для дыхания используют атмосферный кислород, проникающий через устьица листьев и зелёных побегов, кожицу молодых корней, а также чечевички древесных стеблей.

3. Как дышат одноклеточные и беспозвоночные животные?

Одноклеточные животные, или простейшие, дышат через плазматическую мембрану, кислород и углекислый газ поступают через неё путём диффузии. Кожное дыхание кишечнополостных и некоторых кольчатых червей также осуществляется путём диффузии через кожные покровы. Однако у большинства многоклеточных животных в связи с увеличением размеров тела поступление газов через поверхность тела уже не способно полностью удовлетворить потребность клеток и тканей в кислороде. В ходе эволюции у них постепенно развились органы дыхания. Главную функцию в таких органах стала выполнять дыхательная поверхность, занимающая значительную площадь и, как правило, связанная с кровеносной системой, которая обеспечивает доставку кислорода к тканям и клеткам организма.

Водные членистоногие, например речные раки, дышат с помощью жабр – выростов кожных покровов, пронизанных сетью кровеносных сосудов. У наземных беспозвоночных животных дыхание воздушное. Например, дыхательная система насекомых представлена трахеями – хитиновыми трубочками, открывающимися наружу дыхальцами и пронизывающими всё тело животных. Кислород поступает непосредственно к тканям и органам.

4. Как в процессе эволюции усложнялось строение органов дыхания у позвоночных животных от рыб к млекопитающим? Ответ проиллюстрируйте примерами.

Основные направления эволюции:

1. Смена жаберного дыхания на кожно — легочное, а затем – легочное (жабры у рыб, кожно — легочное у жаб).

2. Увеличение дыхательной поверхности легкого (увеличение размеров млекопитающих относительно других организмов).

3. Появление и дифференцировка дыхательных путей (появление трахей и бронхов у человека).

5. Из каких органов состоит дыхательная система человека? Каковы их функции?

Дыхательная система состоит из путей, проводящих воздух – носовая полость, трахея и бронхи, и собственно дыхательной части – легких. Пройдя через носовую полость, воздух согревается, увлажняется, очищается и попадает сначала в носоглотку, а потом в ротовую часть глотки и , наконец в ее гортанную часть. Воздух сюда может попадать если мы дышим ртом. Однако, в этом случае он не очищается и не согревается, поэтому мы легко простужаемся.

Из гортанной части глотки воздух попадает в гортань. Гортань располагается в передней части шеи, где заметны контуры гортанного возвышения. У мужчин, особенно худощавых, отчетливо виден выступающий вперед выступ – кадык. У женщин такого выступа нет. В гортани расположены голосовые связки. Непосредственным продолжением гортани является трахея. Из области шеи трахея переходит в грудную полость и на уровне 4 — 5 грудных позвонков делится на левый и правый бронхи. В области корней легких бронхи делятся сначала на долевые, затем на сегментные бронхи. Последние делятся еще на более мелкие, образуя бронхиальное дерево правого и левого бронхов.

Легкие расположены по обеим сторонам от сердца. Каждое легкое покрыто влажной блестящей оболочкой – плеврой. Каждое легкое бороздами делится на доли. Левое легкое делится на 2 доли, правое – на три. Доли состоят из сегментов, сегменты из долек. Продолжая делиться внутри долек бронхи переходят в дыхательные бронхиолы, на стенках которых образуется множество маленьких пузырьков – альвеол. Это можно сравнить с гроздью винограда, висящей на конце каждого бронха. Стенки альвеол оплетены густой сетью мельчайших капилляров и представляют собой мембрану, через которую происходит газообмен между кровью, протекающей через капилляры и воздухом, попадающим в альвеолы при дыхании.

Легочная артерия, разветвляясь в легком соответственно делению бронхов вплоть до мельчайших кровеносных сосудов приносит в легкое из правого желудочка сердца бедную кислородом венозную кровь. В результате газообмена, венозная кровь обогащается кислородом, превращается в артериальную и по двум легочным венам возвращается обратно в сердце в его левое предсердие. Этот путь крови называется малым, или легочным кругом кровообращения.

6. Опишите процесс внешнего дыхания. Как происходит вдох и выдох?

Вентиляция лёгких происходит во время дыхательных движений. В спокойном состоянии взрослый человек совершает 16–18 дыхательных движений в минуту. Каждое дыхательное движение состоит из двух актов – вдоха и выдоха. Вдох происходит за счёт увеличения объёма грудной клетки, достигаемого сокращением межрёберных мышц и мышц диафрагмы. Вслед за этим лёгкие расширяются, что приводит к понижению в них давления, и атмосферный воздух всасывается в лёгкие. Выдох в состоянии покоя происходит в основном пассивно. Так, рёбра под действием силы тяжести опускаются, диафрагма благодаря давлению внутренних органов поднимается, и объём грудной клетки уменьшается. Плевральная полость и лёгкие в результате этого сдавливаются, и лёгочный воздух выходит наружу.

7. Что такое жизненная ёмкость лёгких? Из каких лёгочных объёмов она складывается? С помощью спирометра определите свою жизненную ёмкость лёгких. Какие факторы влияют на её величину?

Лёгочные объёмы. В состоянии покоя человек вдыхает и выдыхает около 500 см3 воздуха. Этот объём воздуха получил название дыхательного объёма. После спокойного вдоха человек может ещё вдохнуть 1500 см3 – резервный объём вдоха – и такое же количество воздуха выдохнуть – резервный объём выдоха. Совокупность всех трёх объёмов (500 см3 + 1500 см3 + 1500 см3 = 3500 см3) называют жизненной ёмкостью лёгких. Она зависит от развития лёгких и дыхательной мускулатуры. У спортсменов жизненная ёмкость лёгких больше и может достигать 5000–6000 см3. Однако даже после максимального выдоха в лёгких остаётся примерно 1000 см8 воздуха – остаточный объём. Он препятствует спаданию альвеол и сглаживает колебания концентрации кислорода и углекислого газа, обусловленной различиями их содержания во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.