Біологія. Повторне видання. 8 клас. Матяш

§ 21. Дихальні рухи

Пригадайте з курсу фізики залежність об’єму порожнин від тиску. Що таке діафрагма?

Ви вже знаєте, що основною функцією легень є обмін газів між повітрям альвеол і кров’ю. Газообмін у легенях можливий завдяки дихальним рухам - вдиху і видиху, які разом складають дихальний цикл.

Як здійснюються дихальні рухи? Легені не мають власних м’язів, тому вдих і видих здійснюються за рахунок дихальних рухів: скорочення або розслаблення м’язів, які змінюють об’єм грудної порожнини (мал. 84). У здійсненні дихальних рухів насамперед беруть участь міжреберні м’язи та діафрагма, меншою мірою - деякі м’язи плечового поясу, шиї, спини та черевного преса. Оскільки тиск у плевральній порожнині менший, ніж тиск у легенях, легені повторюють форму грудної порожнини, що змінюється внаслідок рухів діафрагми.

Під час вдиху скорочуються зовнішні міжреберні м’язи, які підіймають ребра та відводять їх убік. Скорочення м’язів діафрагми змінюють її форму зі склепінчастої на пласку. За рахунок цього об’єм грудної порожнини збільшується і тиск у легенях стає нижчий за атмосферний. Унаслідок цього повітря надходить через повітроносні шляхи до альвеол легень.

Мал. 84. Дихальні рухи: А - під час вдиху; Б - під час видиху. Завдання. Поясніть, що відбувається з легенями, діафрагмою та грудною кліткою під час вдиху і видиху

У стані спокою видих відбувається пасивно через розслаблення зовнішніх міжреберних м’язів і м’язів діафрагми. При цьому ребра опускаються за рахунок власної ваги. Діафрагму відтискають догори еластичні внутрішні органи черевної порожнини, які у свою чергу були відтиснуті донизу під час вдиху.

Під час глибокого (активного) видиху, крім розслаблення зовнішніх міжреберних м’язів і м’язів діафрагми, скорочуються внутрішні міжреберні м’язи та м’язи черевного преса. Внутрішні міжреберні м’язи активно опускають ребра, а м’язи черевного преса, скорочуючись, відтискають діафрагму вгору. Унаслідок цього об’єм грудної порожнини значно зменшується, тиск у ній стає вищий за атмосферний, і повітря витискається з легень у повітроносні шляхи, а звідти - назовні. Додаткові групи м’язів можуть бути задіяні в дихальних рухах у разі надмірних фізичних навантажень.

У стані спокою людина здійснює 16-20 дихальних рухів за хвилину. Під час занять спортом, важкої фізичної праці, а також у разі деяких захворювань частота дихальних рухів значно зростає. Для кількісної оцінки функціонального стану легень людини вимірюють так звані легеневі об’єми.

Що таке легеневі об’єми та життєва ємність легень? Під час кожного дихального циклу повітря в легенях оновлюється. Цей процес називають легеневою вентиляцією. Її кількісним показником є хвилинний об’єм дихання - об’єм повітря, яке вдихається і видихається за хвилину. Його розраховують як добуток об’єму повітря, вдихуваного за один раз, на кількість дихальних рухів за 1 хвилину. У стані спокою в дорослої людини хвилинний об’єм становить приблизно 7 л, а за посиленої роботи може сягати 50-160 л. Отже, легенева вентиляція залежить від об’єму вдихуваного повітря та частоти дихальних рухів.

Мал. 85. Спірометр: прилад, за допомогою якого визначають життєву ємність легень людини

Мал. 86. Загальна ємність легень: 1 - глибокий вдих; 2 - спокійний вдих; 3 - спокійний видих; 4 - глибокий видих; 5 - залишковий об’єм

Для характеристики легеневої вентиляції у стані спокою використовують такий показник, як дихальний об’єм. Це кількість повітря, яку вдихає і видихає людина у стані спокою. У середньому він становить 0,5 л. Важливо знати, що із цієї кількості тільки приблизно 0,35 л повітря потрапляє до альвеол, а 0,15 л затримується в порожнинах повітроносних шляхів (носа, носоглотки, гортані, трахеї, бронхів) та участі в газообміні не бере.

Після будь-якого спокійного вдиху людина здатна додатково вдихнути (глибокий вдих) ще 1-2 л повітря. Таке додатково вдихнуте повітря називають резервним об’ємом вдиху. Так само після звичайного видиху можна додатково видихнути ще приблизно 1,5 л повітря, тому його називають резервним об’ємом видиху. Найважливішим показником, який найбільш повно характеризує стан дихальної системи людини, є кількість повітря, яку можна видихнути після максимального вдиху. Саме його називають життєвою ємністю легень.

Отже, життєва ємність легень - це сума дихального об’єму та резервних об’ємів вдиху і видиху. У чоловіків цей показник коливається в межах 3,5-5 л, у жінок - 3-3,5 л. У тренованих осіб він може збільшуватись до 6-7 л. Ось чому в них не виникає задишки під час фізичних навантажень. Велика кількість повітря, яке надходить під час вдиху до легень, здатна повністю забезпечити організм киснем. У нетренованих людей під час фізичного навантаження підвищені потреби в кисні забезпечуються переважно за рахунок зростання частоти дихання. Життєву ємність легень людини визначають за допомогою особливого приладу - спірометра (мал. 85).

Навіть після максимального видиху в легенях залишається ще 1-1,5 л повітря (залишковий об’єм). Це пов’язано з тим, що легені повністю ніколи не спадаються, бо у плевральній порожнині навіть під час максимального видиху тиск залишається нижчим від атмосферного. Життєва ємність легень і залишковий об’єм у сумі становлять загальну ємність легень - кількість повітря, яке міститься в легенях після максимального вдиху (мал. 86).

Життєва ємність легень - один з основних показників фізичного розвитку людини, який залежить від стану дихальних м’язів. Щоб збільшити життєву ємність легень, потрібно щодня тренувати дихальні м’язи і всю скелетну мускулатуру. Під час м’язової роботи вентиляція легень підвищується не тільки від прискорення частоти дихальних рухів, а й унаслідок збільшення їхньої глибини. Тому потрібно щодня займатися фізичною працею, фізкультурою, спортом (веслуванням, плаванням, гімнастикою, бігом тощо).

Ключові терміни і поняття: вдих, видих, дихальний центр, життєва ємність легень.

ПЕРЕВІРТЕ ТА ЗАСТОСУЙТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ

Дайте відповідь на запитання

1. Що таке дихальний цикл? З яких фаз він складається? 2. Який механізм вдиху та видиху? 3. Скільки дихальних рухів здійснює людина в спокійному стані за хвилину?

Виберіть одну правильну відповідь

1. Укажіть м’язи, які забезпечують глибокий видих: а) зовнішні міжреберні; б) внутрішні міжреберні; в) діафрагма; г) шиї.

2. Укажіть, як називають кількість повітря, яку людина може вдихнути після спокійного вдиху: а) дихальний об’єм; б) резервний об’єм вдиху; в) додатковий об’єм; г) життєва ємність легень.

3. Укажіть, як називають максимальну кількість повітря, яку людина може видихнути після глибокого вдиху: а) резервний об’єм; б) додатковий об’єм; в) дихальний об’єм; г) життєва ємність легень.

Розв’яжіть задачу. Скільки повітря (л) використає на дихання клас із 35 осіб за 45 хв уроку, якщо один учень у середньому робить 16 вдихів за хвилину по 500 мл повітря? Виберіть правильну відповідь: а) 126; б) 1260; в) 12 600; г) 126 000.

Установіть правильну послідовність процесу вдиху: а) легені розтягуються і заповнюються повітрям; б) об’єм грудної порожнини збільшується; в) діафрагма опускається донизу; г) зовнішні міжреберні м’язи скорочуються; д) ребра підіймаються.

Поміркуйте. Чим можна пояснити, що ліва та права легені відрізняються за розмірами?