Дыхание животных: общие сведения
Дыхание - это процесс вентиляции легких и газообмена, сопровождающийся поглощением кислорода и выделением углекислого газа. Дыхательная система выполняет важнейшую функцию - газообмен, без которого невозможна жизнь, ибо превращение энергии в организме происходит в результате окислительного распада питательных веществ с участием кислорода . Удаление углекислого газа, одного из конечных продуктов дыхательного обмена- еще одна важнейшая функция газообмена. Перенос кислорода в организме включает следующие этапы: легочное (внешнее) дыхание , поступление кислорода в альвеолы (легочная вентиляция) и диффузия кислорода из альвеол в кровь капилляров малого круга; транспорт кислорода кровеносной системой ; тканевое дыхание , диффузия кислорода из капилляров в ткани . Удаление и выведение углекислого газа происходит в обратном порядке. Полость носа , носовая часть глотки , гортань , трахея , бронхи различных калибров, включая бронхиолы , являются воздухоносными путями . В них воздух согревается, очищается от различных частиц и увлажняется. Альвеолярные ходы и альвеолы являются собственно респираторными отделами, в которых и происходит газообмен ( рис. 180 ). У человека один из органов дыхательной системы - гортань - выполняет две функции: воздухоносную и голосообразовательную . Нормальное дыхание происходит через полость носа, где расположен орган обоняния , который анализирует качество вдыхаемого воздуха. Полость носа выстлана изнутри слизистой оболочкой , которую можно разделить на две резко отличающиеся по строению и функции части: дыхательную и обонятельную .
Три носовые раковины увеличивают общую поверхность полости носа. В области средней и нижней носовых раковин имеется пещеристая ткань, содержащая множество тонких вен, которые в обычных условиях находятся в спавшемся состоянии, при наполнении их кровью слизистая оболочка набухает. Воздух из полости носа поступает через хоаны в носовую, затем ротовую части глотки и в гортань. Строение глотки описано выше.
Обмен газами между клеткой и средой называется дыханием. Клетки живых организмов получают энергию в результате окисления питательных веществ, и поэтому к ним постоянно должен поступать кислород . При этом должен постоянно удаляться конечный продукт метаболизма - углекислый газ .
Важнейший механизм газообмена - это диффузия . При диффузии молекулы перемещаются из области их высокой концентрации в область низкой, причем на работу по переносу молекул затрачивается их собственная кинетическая энергия (пассивный транспорт). Однако при диффузии различные вещества переносятся лишь на сравнительно малые расстояния в пределах организма - меньше 1 мм.
В случае, если необходимо перенести вещества на большое расстояние, используется конвекционный транспорт , именно таким способом переносятся молекулы газа через дыхательные пути в процессе легочной вентиляции . К конвекционным процессам относится также транспорт газов кровью .
Перенос кислорода из окружающей среды к клеткам производится в следующей последовательности ( рис. 19-1 ):
1. Конвекционный транспорт в альвеолы (вентиляция).
2. Диффузия из альвеол в кровь легочных капилляров .
3. Конвекционный перенос кровью к капиллярам тканей.
4. Диффузия из капилляров в окружающие ткани.
Удаление углекислого газа осуществляется путем тех же стадий, протекающих в обратном порядке. Первая и вторая стадии вместе называются легочным (внешним) дыханием , третья - транспорт газов кровью , а четвертая - тканевым (внутренним) дыханием .
Дыхательная система: грудная клетка , дыхательные пути и легкие .
Дыхательная система состоит из парных легких , расположенных в грудной полости , и ряда воздухоносных трубок , связывающих их с атмосферным воздухом. Путь воздуха включает слудующие разделы: носовые ходы , глотку , гортань , трахею , бронхи , бронхиолы , легочные альвеолы . Двенадцать пар костных ребер окружают находящиеся в грудной полости сердце и легкие и служат им защитой. Сзади каждое ребро сочленяется с одним из грудных позвонков таким образом, что может подниматься и опускаться. Спереди десять пар ребер присоединены к костной пластине , которая называется грудиной . Остальные две пары ребер называются свободными ребрами . К ребрам прикрепляются межреберные мышцы . От брюшшной полости грудная отделена диафрагмой .
Воздух поступает в организм через две наружные ноздри , у каждой из которых имеется каемка волос, задерживающая посторонние частицы. Носовые ходы выстланы ресничным эпителием , в котором имеются бокаловидные клетки , секретирующие слизь , которая улавливает частицы, прошедшие через каемку волос. Слизь увлажняет вдыхаемый воздух, здесь же, в носовых ходах воздух нагревается, благодаря неглубоко залегающим кровеносным сосудам . В крыше задней части носовой полости находится обонятельный эпителий . Пройдя через носовые ходы, воздух попадает в глотку через два внутренних отверстия. Щелевидное отвертие , ведущее в гортань , защищено от попадания пищи, которая могла бы закупорить дыхательные пути , треугольным клапаном из хрящевой ткани - надгортанником .
Гортань - это полость перед входом в трахею , образованная девятью хрящами. Прикрепленные к ним мышцы позволяют этим хрящам двигаться относительно друг друга. В гортани горизонтально располагаются два ряда эластичных связок, которые называются голосовыми связками .
Из гортани воздух попадает в трахею - трубку, которая лежит непосредственно перед пищеводом и заканчивается в грудной полости . Стенки трахеи укреплены С-образными хрящами, благодаря чему она постоянно остается открытой. Своей незамкнутой стороной С-образные хрящи обращены к пищеводу , они не позволяют трахее спадаться при вдохе. Изнутри трахея выстлана псевдомногослойным ресничным цилиндрическим эпителием , в котором находятся секретирующие слизь бокаловидные клетки . В слизи застревают попавшие в трахею пылинки и микробы, а ритмичные биения ресничек, направленные в сторону ротовой полости, удаляют их из трахеи.
На нижнем конце трахея разделяется на два бронха. Правый бронх трахеи разделяется на три меньших бронха, каждый их которых направляется в одну из долей правого легкого . Левый бронх трахеи разделяется на два бронха, которые заканчиваются в двух долях левого легкого . В обоих легких каждый бронх многократно делится на еще более тонкие трубки, называемые бронхиолами . Имеющиеся в бронхах С-образные хрящи в более мелких трубах замещены хрящевыми пластинками неправильной формы, а в бронхиолах, внутрениий диаметр которых меньше 1 мм, хряща нет совсем. Стенка состоит здесь только из гладкой мускулатуры , соединительной ткани с эластическими волокнами, обеспечивающими возможность растяжения и упругого сужения бронхиол, и выстилающего бронхиолы ресничного эпителия с секретирующими слизь клетками. Самые мелкие трубочки, называемые дыхательными бронхиолами , имеют в диаметре около 0,5 мм. Они в свою очередь делятся на многочисленные альвеолярные ходы , выстланные кубическим эпителием и оканчивающиеся альвеолярными мешочками, которые называются альвеолами . Все вместе альвеолы и создают ту поверхность, на которой происходит газообмен .
Толщина альвеолярной стенки составляет около 0,0001 мм. Наружная сторона альвеолярной стенки покрыта густой сетью кровеносных капилляров , диаметр которых меньше диаметра эритроцитов , и эритроциты протискиваются через них под напором крови . При этом большая доля их поверхности приходит в контакт с поверхностью альвеол, на которой осуществляется газообмен , и в эритроциты, таким образом, поступает больше кислорода . Кроме того, эритроциты движутся по капилляру относительно медленно, так что газообмен может происходить дольше. Когда кровь покидает альвеолы, парциальные давления кислорода и углекислого газа в ней такие же, как в воздухе альвеолы.
