Інші завдання дивись тут...

Конвекція – активне перенесення дихальних газів середовищем, що рухається за допомогою органів (під час вдиху та видиху кисень і вуглекислий газ переносяться повітрям до легень або від них, а в середині організму – кров'ю).

Дифузія - фізичний процес переміщення молекул будь-якої речовини з ділянки, де їх концентрація більша, до ділянки, де їх концентрація менша, до тих пір, доки концентрація речовини в обох ділянках не стане однаковою.

Об'ємна концентрація складника газу в суміші пропорційна до його парціального тиску (тиску, який створював би цей складник газу за умови, що тільки він займав би увесь об'єм посудини). Різницю парціальних тисків складників газу можна вважати рушійною силою дифузії газу, тобто напрям і швидкість дифузії визначаються парціальним тиском.   

Окиснення - це хімічні реакції розщеплення сполук за допомогою кисню, що супроводжуються вивільненням енергії.

 

 

 

ЕТАПИ ТА ПРОЦЕСИ ДИХАННЯ.

ЕТАПИ ДИХАННЯ.

I. Зовнішнє, або легеневе дихання (газообмін).

II. Транспорт газів в організмі

III. Внутрішнє, або тканинне дихання.

ПРОЦЕСИ ДИХАННЯ.

І. Зовнішнє, або легеневе дихання:

1) вентиляція легень (активне переміщення потоку повітря в легені завдяки конвекції);

2) газообмін у легенях (пасивне переміщення газів між повітрям і кров'ю шляхом дифузії);

II. Транспорт газів в організмі

3). Активне перенесення газів потоком крові завдяки конвекції.

ІІІ. Внутрішнє, або тканинне дихання

4) газообмін у тканинах (пасивне переміщення газів між повітрям і кров'ю шляхом дифузії);

5) клітинне дихання (вивільнення енергії з поживних сполук шляхом окиснення).

 

І. ЗОВНІШНЄ, АБО ЛЕГЕНЕВЕ ДИХАННЯ - обмін газів між атмосферним повітрям і організмом.

Легеневе дихання - це дихання за допомогою внутрішніх спеціалізованих органів газообміну, якими є легені, у тісному взаємозв'язку дихальної системи з кровоносною, опорно-руховою та регуляторними системами. 

1) Легенева вентиляція – це механічні процеси (дихальні рухи та конвекція),  які забезпечують надходження повітря в легені та виведення його з легень через повітроносні шляхи.

У процесі газообміну в легені надходить не лише кисень, а й усі інші гази, що містяться в повітрі, але зазвичай вони не беруть участі в тканинному газообміні, не затримуються в організмі й під час видиху повертаються в навколишнє середовище.

 

ДИХАЛЬНІ РУХИ – вдих і видих, що постійно й ритмічно змінюють один одного.

Діафрагма — тонкий куполоподібний м'яз, що прикріплений до нижніх ребер і хребта й відділяє грудну порожнину від черевної.

Дихальні рухи при спокійному диханні.

Оскільки легені людини не мають власних м'язів, то у стані спокою зміну об'єму легень забезпечують дихальні м'язи: зовнішні  міжреберні і діафрагма. Людина робить 12 – 16 дихальних рухів за хвилину. 

Оскільки тиск у плевральній порожнині менший, ніж тиск у легенях, легені повторюють форму грудної порожнини, що змінюється внаслідок рухів діафрагми.

Схема вдиху: зовнішні міжреберні м'язи скорочуються і піднімають ребра –>  купол діафрагми опускається вниз –> збільшується об'єм грудної клітки –> тиск у плевральній порожнині зменшується, легені заповнюються повітрям –> вдих. 

Вдих - активний процес, що забезпечує збільшення грудної клітки. Під час скорочення діафрагма опускається, а зовнішні міжреберні м'язи підіймають ребра, що  збільшує об'єм грудної порожнини, легені наче присмоктуються до стінок грудної клітки і розширюються за рахунок розтягнення еластичних стінок альвеол і бронхів.  Тиск у легенях зменшується і стає нижчим за атмосферний: повітря через повітроносні шляхи входить у легені — так відбувається спокійний вдих.

 

Схема видиху: зовнішні міжреберні м'язи розслаблюються і опускають ребра –>  купол діафрагми піднімається вгору –> зменшується об'єм грудної клітки –> тиск у плевральній порожнині збільшується, повітря виходить з легень –> видих. 

Видих — пасивний процес, під час якого зменшується грудна клітка. Дихальні м'язи розслаблюються, під силою тяжіння опускаються ребра, діафрагма піднімається у вихідне положення, що спричиняє зменшення об'єму грудної клітки, тиск на легені збільшується, стає меншим об'єм альвеол та бронхів, і повітря виштовхується назовні з легень — так відбувається спокійний видих.

 

Дихальні рухи при глибокому диханні.

При глибокому диханні вентиляцію легень здійснюють: 

а) грудна клітка із зовнішніми й внутрішніми міжреберними м'язами, що приводять її в рух; 

б) діафрагма; 

в) допоміжні вдихаючі м'язи (грудні, трапецієподібний); 

г) допоміжні видихаючі м'язи (черевні).

• Під час глибокого вдиху відбувається одночасне скорочення міжреберних м'язів, діафрагми, а також деяких м'язів грудної клітки та плечового поясу, що піднімають ребра вище, ніж за спокійного вдиху.

• Під час глибокого видиху розслаблюються зовнішні міжреберні м'язи і діафрагма, скорочуються внутрішні міжреберні м'язи та опускають ребра, скорочуються м'язи черевної стінки та піднімають вміст черевної порожнини, тому діафрагма ще більше випинається в бік грудної порожнини і її об'єм зменшується у вертикальному напрямі. Відбувається примусове додаткове зменшення об'єму грудної порожнини, а отже, й об'єму легенів. З легенів виштовхується більше повітря, ніж виходить під час спокійного видиху

 

2) Газообмін у легенях між альвеолярним повітрям і кров'ю – дифузія кисню з альвеолярного повітря у кров, а вуглекислого газу — із крові в альвеолярне повітря, тому під час газообміну в легенях венозна кров перетворюється на артеріальну (вміст кисню в ній змінюється зі 140-160 до 200 мл/л, а вміст вуглекислого газу — з 580 до 560-540 мл/л).

Значення газообміну в легенях:

 а) венозна кров позбавляється вуглекислого газу й насичується киснем, перетворюючись із венозної в артеріальну; 

б) підтримується сталий склад альвеолярного повітря, його забезпечує  інтенсивний обмін газів (безперервне надходження кисню та видалення вуглекислого газу), що має важливе значення для гомеостазу.

 

Газообмін у легенях.

В повітряний простір альвеол легень атмосферне повітря надходить завдяки вдиху, а виходить із нього із зміненим складом за допомогою видиху.

У капіляри легенів по артеріях малого кола кровообігу завжди надходить венозна кров, яка збагачена вуглекислим газом, що потрапив до неї з міжклітинної рідини, але бідна на кисень. Кисень і вуглекислий газ вільно дифундують через мембрани клітин стінок альвеол і капілярів. Проникнення кисню з альвеолярного повітря у кров, а вуглекислого газу — із крові в альвеолярне повітря здійснюється завдяки дифузії, напрямок і швидкість якої визначає різниця концентрацій цих газів у крові та альвеолярному повітрі. 

Газообмін О2 у легенях з  перетворення венозної крові на артеріальну.

Вдихуване повітря потрапляє до альвеол, оскільки концентрація кисню в альвеолярному повітрі вища, ніж у венозній крові, тому О2 переміщується крізь стінки альвеол і капілярів у кров, перетворюючи венозну кров на артеріальну. 

Газообмін СО2 у легенях.

Концентрація вуглекислого газу в альвеолярному повітрі менша, тому СО2 з капілярів венозної крові дифундує в альвеоли і під час видиху видаляється назовні.

 

 

ІІ. ТРАНСПОРТУВАННЯ ГАЗІВ – транспорт (конвекція) газів в організмі рідинами  тіла людини (кров, лімфа і тканинна рідина).

Транспортування газів відбувається за участі двох фізіологічних систем органів — дихальної та кровоносної, які об'єднуються в єдину функціональну систему для виконання спільної функції — забезпечення кожної клітини організму киснем.

Зв'язок дихальної та кровоносної систем.

Артеріальна кров – кров, насичена киснем, а венозна кров – кров, насичена вуглекислим газом і бідна на кисень.

З легенями пов'язані судини малого кола кровообігу.

Артерія – судина, що йде до органа, вена – судина, що йде від органа.

Легенева артерія – судина з венозною кров'ю, що йде до легені по малому колу кровообігу.

Легенева вена – судина з артеріальною кров'ю, що йде від легені по малому колу кровообігу.

По легеневій артерії малого кола кровообігу до легень надходить венозна кров з вуглекислим газом. Після газообміну в легенях по легеневій вені артеріальна кров надходить до лівого передсердя, потім до лівого шлуночка серця, звідти – до  великого кола кровообігу, яким переноситься до тканин. У тканинах кров віддає кисень, забирає вуглекислий газ, перетворюючись у венозну. Ця венозна кров по венах великого кола кровообігу надходить до правого передсердя, потім до правого шлуночка серця й по малому колу кровообігу легеневою артерією спрямовується знову до легень.

 

3) Транспорт газів кров'ю - перенесення кров'ю 02 від легень до клітин і CO2 від клітин до легень.

Кисень і вуглекислий газ транспортуються кров'ю по-різному, оскільки розчинність цих дихальних газів різна. 

Усі інші гази повітря розчиняються в плазмі, тому внаслідок забруднення повітря до організму можуть потрапити гази (викиди промислових підприємств, вихлопні гази, леткі речовини, що містяться в лаках і фарбах, природний і чадний гази), що в тканинах утворюють шкідливі сполуки. 

Формула: Hb + CO = HbCO. Чадний газ СО зв'язується з гемоглобіном та утворює стійку сполуку  карбоксигемоглобін (НЬСО), розпадання якої на НЬ і CO відбувається у 200 разів повільніше, ніж оксигемоглобіну. Тому за наявності в повітрі чадного газу більша частина гемоглобіну зв'язується з ним, втрачаючи здатність до переносу кисню, що призводить до порушення тканинного дихання та є смертельно небезпечним для людини.

Транспортування О2 від капілярів легень до тканин.

Транспорт кисню від легень до тканин здійснюється переважно гемоглобіном еритроцитів крові, що є основним транспортувальником кисню. Тільки близько 1% транспортується в плазмі у розчиненому стані, оскільки розчинність кисню у воді невелика. 

Формула: Hb + O2 = HbO2. Кисень через стінки кровоносних капілярів легень надходить в еритроцити, де він за допомогою слабких зв'язків приєднується до атома Fe (II). Приєднавши О2, гемоглобін (НЬ) перетворюється на оксигемоглобін (НЬО2) — сполуку яскраво-червоного кольору, яка є нестійкою й легко розпадається на НЬ та О2. Одна молекула гемоглобіну може зв'язати 4 молекули кисню, тому що гем містить 4 атоми Fe(II), саме завдяки цій властивості гемоглобіну всі тканини організму забезпечуються киснем.

У складі оксигемоглобіну по судинах великого кола кровообігу кисень транспортується до тканин. Один грам гемоглобіну може приєднати 1,34 мл кисню.

Транспортування СО2 від тканин до капілярів легень.

У капілярах тканин більша частина молекул вуглекислого газу венозної крові переноситься плазмою крові. 

10% С02 переноситься у розчиненому стані, оскільки у воді розчинність вуглекислого газу більша за розчинність кисню. 

80 % С02 взаємодіє з водою плазми крові, утворюючи карбонатну кислоту  (Н2С03), яка одразу розпадається з утворенням гідрогенкарбонатів Натрію і Калію (NaНC03 і КНС03). У легенях ці солі дисоціюють, і звільнений вуглекислий газ надходить в альвеоли. 

Формула: Hb + CO2 = HBCO2. 10 % СО2 потрапляє до еритроциту, де він приєднується до гемоглобіну, утворюючи новий тимчасовий комплекс карбгемоглобіну (НЬС02), у складі якого транспортується до капілярів легенів, ця сполука є нестійкою та легко розпадається в легеневих капілярах.

По судинах великого кола кровообігу венозна кров надходить до правого передсердя і правого шлуночка, звідти вона потрапляє до легенів, де знову відбувається газообмін. 

Проходячи через легені, венозна кров віддає тільки 10% СО2, а решта залишається для підтримання певного складу крові.

 

 

ІІІ. ВНУТРІШНЄ, АБО ТКАНИННЕ ДИХАННЯ – обмін газів між кров'ю та тканинами і використання кисню клітинами, унаслідок чого виділяється енергія.

4) Газообмін у тканинах відбувається між кров'ю й тканинами тіла через тканинну рідину завдяки дифузії.

Значення газообміну в тканинах: 

а) артеріальна кров постачає киснем клітини і позбавляє їх від вуглекислого газу, перетворюючись у венозну; 

6) підтримується сталий склад тканинної рідини, що має важливе значення для гомеостазу.

Проникнення О2 із артеріальної крові капілярів через міжклітинну речовину до клітин. 

Тимчасовий комплекс оксигемоглобін руйнується, О2 із капілярів надходить до міжклітинної  (тканинної) рідини, де вміст кисню нижчий, ніж в артеріальній крові. Далі з міжклітинної рідини кисень дифундує до мітохондрій клітин, де вступає в реакції енергетичного обміну, тому в клітинах вільного кисню майже немає.

Проникнення СО2 з клітин через міжклітинну рідину до капілярів з перетворенням артеріальної крові на венозну. 

Унаслідок клітинного дихання в клітинах зростає вміст вуглекислого газу, СО2  дифундує до міжклітинної рідини тканин, а потім до капілярів, де його концентрація менша, тому артеріальна кров перетворюється на венозну. 

 

5) Клітинне дихання – сукупність біохімічних реакцій, що протікають у клітинах, у процесі яких відбувається окиснення глюкози, жирних кислот та амінокислот до вуглекислого газу та води з виділенням енергії хімічних зв'язків спожитої їжі та її акумуляція в АТФ.

 

 

УМОВНА СХЕМА ДИХАННЯ.

Венозна кров в капілярах легенів та вдих легеневої вентиляції  –>  газообмін О2 у легенях з  перетворення венозної крові на артеріальну –>  транспортування кисню від капілярів легень до клітин –> проникнення О2 із артеріальної крові капілярів через міжклітинну речовину до клітин –> клітинне дихання –> проникнення СО2 із клітини через міжклітинну рідину до капілярів з перетворенням артеріальної крові на венозну –> транспортування СО2 від клітин до капілярів легень  -> газообмін СО2 у легенях –> видих легеневої вентиляції та рух венозної крові великим колом кровообігу до правого передсердя і правого шлуночка, звідти знову до легенів.  

Інші завдання дивись тут...