Біологія. 8 клас. Тагліна
§ 16. Будова й функції дихальної системи людини. Дихальні рухи. Газообмін у легенях і тканинах
Поміркуйте й обговоріть ситуацію
Існує кілька крилатих фраз, які батьки часто кажуть своїм дітям, зокрема: «Їж мовчки» або «Гуляєш — кричи, сів їсти — мовчи». Чи є біологічний зміст у цих висловах? Чому говорити під час ковтання небезпечно?
Дихальна система людини
Дихання складається з кількох етапів. Зовнішнє дихання — це вентиляція легень і газообмін між повітрям у легенях і кров’ю. Надалі відбуваються транспортування газів кров’ю та їхня дифузія тканинами. Внутрішнє, або тканинне, дихання — це безпосереднє використання кисню в клітинах тіла для окиснення органічних речовин з отриманням енергії.
Дихання — біологічний процес, внаслідок якого людина із навколишнього середовища отримує кисень, а виділяє вуглекислий газ.
Дихальна система людини складається з дихальних шляхів: носової порожнини, носоглотки, гортані, трахеї, бронхів і легень — органів газообміну між повітрям і кров’ю (мал. 16.1). Носова порожнина вистилається слизовою оболонкою, що зовні вкрита миготливим епітелієм. Він виділяє слиз, який зволожує вдихуване повітря, а велика кількість капілярів у слизовій оболонці зігріває повітря в носовій порожнині. Тут повітря знезаражується, оскільки слиз затримує віруси та бактерії, а війки допомагають вивести слиз назовні. У слизі також містяться захисні білки, що знешкоджують збудників інфекцій. У слизовій оболонці верхнього носового ходу містяться нюхові рецептори.
Мал. 16.1. Будова дихальної системи людини
Гортань утворена рухомо з’єднаними хрящами та сполучною тканиною. Вона відокремлює дихальні шляхи від глотки й стравоходу (мал. 16.2а) й забезпечує безперешкодне проходження повітря до трахеї. Під час ковтання надгортанний хрящ, як кришка, закриває вхід до гортані, аби їжа не потрапила в дихальні шляхи.
Ще однією функцією гортані є утворення звуків. Тут розташовані голосові зв’язки — дві еластичні мембрани з волокон сполучної тканини (мал. 16.26). Під час утворення звуків вони змикаються за рахунок спеціальних м’язів. Повітря, що виходить крізь голосову щілину, спричиняє їхню вібрацію й утворення звуків певної частоти. Надалі індивідуальне формування тембру голосу й відмінності у звуках відбуваються за участі ротової й носової порожнини, язика, губ, зубів, щелеп, гортані та глотки.
Мал. 16.2. Будова гортані (а) та голосових зв'язок (б)
Трахея — трубка зі сполучних тканин, яка проводить повітря від гортані до бронхів (мал. 16.3а). Безпосередньо позаду до трахеї прилягає стравохід. Щоб бути постійно відкритою, трахея містить хрящові півкільця (мал. 16.3б). Її внутрішня поверхня вистилається миготливим епітелієм.
Мал. 16.3. Будова нижніх дихальних шляхів: загальний вид (а) й поперечний переріз крізь трахею (б)
Знайдіть інформацію й виконайте завдання
Як залежить частота коливання (висота звуку) струни музичного інструмента від її довжини, товщини та ступеня натягнутості? Яка анатомічна причина різної висоти голосу в чоловіків і жінок?
Відкритий мікрофон
Поясніть, чому трахея складається з хрящових напівкілець, а не суцільних кілець. Чому дихальні шляхи мають бути постійно відкритими?
Трахея розгалужується на два головні бронхи, якими повітря надходить до легень і виходить із них. Бронхи — це трубочки, армовані хрящами й гладенькими м’язами. Усередині вони також вистеляються миготливим епітелієм. Зайшовши в легені, бронхи багаторазово розгалужуються на ще більш дрібні бронхи. Закінчуються тонесенькими бронхіолами, які доставляють повітря до альвеол легень.
Індивідуальна робота
Подивися відео за QR-кодом і дай відповідь на запитання про те, яка функція слизу та злагоджених рухів війок миготливого епітелію, яким вистелено всі дихальні шляхи.
Відео «Функція слизу»
rnk.com.ua/108462
Легені — це парні органи дихання, розташовані в грудній клітці, що забезпечують газообмін між кров’ю і повітрям (мал. 16.4). Зовні вони вкриті еластичною плівкою сполучної тканини — плеврою, яка утворює «мішок», де розміщені легені. Власне тканина легень теж утворена еластичною сполучною тканиною, у якій розташовані 300-500 млн дрібних альвеол.
Мал. 16.4. Будова легень
Альвеола — це мішечок з одного шару клітин плаского епітелію, який зовні оплетений капілярною сіткою. Загальна площа поверхні альвеол сягає 100 м2, що забезпечує ефективну дифузію газів.
Завдання
Розгляньте малюнок будови бронхіального дерева та легень. Яка анатомічна причина того, що ліва легеня менша за розміром і має впадину С, а кут В гостріший за кут А? Якщо людині до дихальних шляхів випадково потрапив дрібний предмет, то в якій легені, ймовірніше, він опиниться? Знайдіть інформацію про те, як правильно надати першу допомогу в разі такого випадку. Запишіть відео про це й опублікуйте на сайті школи.
Вентиляція легень. Дихальні рухи
Надходження та виведення повітря з легень забезпечують дихальні рухи грудної клітки, у здійсненні яких беруть участь діафрагма та міжреберні м’язи. Діафрагма — це плаский куполоподібний м’яз, що розмежовує грудну та черевну порожнини (мал. 16.5).
Мал. 16.5. Дихальні рухи для вентиляції легень
У стані спокою вдих забезпечується скороченням і опусканням діафрагми. За цих умов об’єм грудної порожнини збільшується, а тиск зменшується. Таким чином повітря крізь відкриті дихальні шляхи надходить з атмосфери (високий тиск) до легень (низький тиск). Під час видиху діафрагма розслаблюється та піднімається завдяки тиску внутрішніх органів. Це спричиняє зростання тиску в грудній порожнині й виведення повітря з легень в атмосферу.
Довідка. Нервова регуляція дихання забезпечується дихальним центром — скупченням нейронів у довгастому мозку, який керує скороченням діафрагми та додаткових дихальних м'язів.
Регуляція дихальних рухів. Дихальні рефлекси
Під час фізичних навантажень у крові зростає рівень розчиненого вуглекислого газу, що сприймають спеціальні рецептори. У відповідь на це дихальний центр збільшує частоту й глибину дихання. Це називається гуморальною регуляцією дихання.
STEAM-проєкт «Виготовлення робочої моделі легень і механізму дихання та моделювання утворення голосу»
rnk.com.ua/109108
У разі подразнення рецепторів і слизової оболонки дихальних шляхів виникають захисні рефлекси — чхання й кашель. Центри цих рефлексів також розташовані в довгастому мозку. Обидва ці рефлекси пов’язані з різким скороченням м’язів і швидким видихом. Вони спрямовані на видалення сторонніх речовин або предметів із дихальних шляхів.
Знайдіть інформацію й виконайте завдання
Знайдіть інформацію й ознайомтеся з дихальною гімнастикою. З якою метою люди виконують дихальні вправи? Для представниць / представників яких професій треба регулярно займатися дихальною гімнастикою?
Газообмін у легенях і тканинах
Газообмін між повітрям і кров’ю відбувається в альвеолах (мал. 16.6) завдяки процесу дифузії крізь тонесенькі стінки альвеоли та прилеглих капілярів.
Мал. 16.6. Газообмін (дифузія газів) у легенях
Робота в групі
Поясніть, як гіпоксія (нестача кисню) впливає на тканини організму та як взаємопов'язані робота дихальної та серцево-судинної систем.
Спрямованість руху газів визначається градієнтом парціального тиску газів в альвеолах та їхньої напруги в крові. Парціальний тиск кисню в повітрі альвеол приблизно становить 106 мм рт. ст., а його напруга у венозній крові — близько 40 мм рт. ст. Відповідно, дифузія кисню спрямована з повітря альвеол у кров. Вуглекислий газ, навпаки, у венозній крові має напругу близько 48 мм рт. ст., а в повітрі альвеол — парціальний тиск 40 мм рт. ст. Тому вуглекислий газ переходить із розчинного стану (з крові) до повітря альвеол.
Напруга газу — це тиск розчиненого газу в рідині.
Парціальний тиск — це тиск, який створюється окремим компонентом газової суміші.
Довідка. Парціальний тиск кисню в альвеолах легко розрахувати, помноживши значення атмосферного тиску на відсоток вмісту кисню в повітрі альвеол, наприклад: 760 • 0,14 = 106,4 мм рт. ст.
Транспортування газів кров'ю
Кисень малорозчинний у воді, тому він транспортується лише у зв’язаному з гемоглобіном еритроцитів стані. Вуглекислий газ розчиняється у воді внаслідок взаємодії з нею: СО2 + Н2О ↔ [Н2СО3] ↔ НСО3- + Н+. Саме тому у вигляді гідрокарбонат-йонів (НСО3-) він транспортується переважно в розчиненому стані в плазмі крові та цитоплазмі еритроцитів.
Індивідуальна робота
Використовуючи пояснення газообміну в альвеолах легень і наведену схему, опиши механізм газообміну між кров'ю та тканинами організму.
Основні функціональні показники дихальної системи. Спірометрія
Властивості дихальних систем різних людей відрізняються. Причиною цього є спадкові особливості та набуті впродовж життя зміни. Для визначення стану дихальної системи людини використовуються спеціальні функціональні показники (мал. 16.7).
Мал. 16.7. Функціональні показники дихальної системи
У спокійному стані ми вдихаємо та видихаємо близько 500 мл повітря — це дихальний об’єм. Важливим показником стану дихальної системи людини є життєва ємність легень (ЖЄЛ) — максимальний об’єм повітря, що видихається після найглибшого вдиху. У чоловіків цей показник становить близько 4000-4500 мл, а в жінок — 3500 мл. У плавців, пірнальників і веслярів ЖЄЛ може досягати 5500 мл і більше.
Спірометрія — це визначення функціональних показників дихальної системи, яке виконують за допомогою спеціального приладу — спірометра (мал. 16.8). Її використовують для оцінювання загального стану здоров’я та визначення ризику розвитку захворювань або ж їхнього впливу на функціонування дихальної системи.
Мал. 16.8. Визначення функціональних показників дихальної системи за допомогою спірометра
Віртуальне або лабораторне дослідження «Визначення та порівняння дихального об'єму й життєвої ємності легень (спірометрія)»
1. Знайдіть в інтернеті за пошуковим запитом «спірометрія» або «методика проведення спірометрії» відео й подивіться його.
2. Визначте власні дихальний об'єм і життєву ємність легень (за наявності в кабінеті біології лабораторного спірометра, дотримуючись санітарно-гігієнічних вимог використання одноразових насадок для нього).
3. Обчисліть за формулою Людвіга належну життєву ємність легень (НЖЄЛ) з урахуванням ваших індивідуальних особливостей.
НЖЄЛ = 40х + 30y - 4400, де х — зріст, см; у — вага тіла, кг.
4. Зробіть висновок про середнє значення НЖЄЛ для учнів і учениць вашого класу, а також його відповідність реальним показникам ЖЄЛ. Як і чому НЖЄЛ і ЖЄЛ різняться в людей різних статей і різної фізичної підготовки?
Індивідуальне завдання «Аналіз показників дихання»
rnk.com.ua/108464
Опорні точки
Газообмін між повітрям і кров'ю здійснюється в легенях завдяки дифузії газів. Інші органи дихальної системи беруть участь у процесі надходження повітря в легені та його повернення в зовнішнє середовище. Вентиляцію легень забезпечує робота діафрагми й міжреберних м'язів. Регулює роботу дихальної системи дихальний центр довгастого мозку.
Запитання і завдання
1. У стані спокою школярка здійснює 18 дихальних циклів за хвилину, а під час бігу — 35. Її дихальний об’єм становить 450 мл повітря. На скільки більше повітря (л) витратить за одну годину школярка під час бігу порівняно зі станом спокою?
2. Поясніть, чому в стані спокою людина здійснює 16-20 дихальних циклів за хвилину, а під час сну — лише 10-12.
3. Спрогнозуйте, що станеться, якщо з легень повністю вийде все повітря.
4. Під час підйому в гори деякі люди відчувають головний біль, запаморочення або вони навіть можуть знепритомніти. Із чим це пов’язане?
