ДИХАЛЬНА СИСТЕМА: ФУНКЦІЇ, ЧАСТИНИ, ФУНКЦІОНУВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Дихальна система або дихальна система включає в себе ряд спеціалізованих органів , які опосередковують газообмін, який включає поглинання кисню і видалення вуглекислого газу.

Існує ряд етапів, які дозволяють надходити кисень до клітини та виводити вуглекислий газ, включаючи обмін повітря між атмосферою та легенями (вентиляція) з подальшим дифузією та обміном газів на поверхні легені , транспортування кисню та газообміну на клітинному рівні.

Автор: LadyofHats, Jmarchn, через Wikimedia Commons

Це різноманітна система тваринного світу, складена з різних структур залежно від лінії дослідження. Наприклад, риби мають функціональні структури у водному середовищі, такі як зябра, ссавці мають легені, а більшість безхребетних мають трахеї.

Одноклітинні тварини, як найпростіші, не потребують спеціальних структур для дихання, а газообмін відбувається шляхом простої дифузії.

У людини система складається з носових ходів, глотки, гортані, трахеї та легенів. Останні послідовно розгалужуються на бронхи, бронхіоли та альвеоли. Пасивний обмін молекул кисню та вуглекислого газу відбувається в альвеолах.

Визначення дихання

Термін "дихання" можна визначити двома способами. Розмовно, коли ми вживаємо слово дихати, ми описуємо дію надходження кисню та виведення вуглекислого газу до зовнішнього середовища.

Однак поняття дихання охоплює більш широкий процес, ніж простий вхід і вихід повітря в реберну клітку. Всі механізми, пов'язані з утилізацією кисню, транспортом крові та виробництвом вуглекислого газу, відбуваються на клітинному рівні.

Другий спосіб визначення слова дихання - на клітинному рівні, і цей процес називається клітинним диханням, де реакція кисню відбувається з неорганічними молекулами, які виробляють енергію у вигляді АТФ (аденозинтрифосфат), води та вуглекислого газу.

Тому більш точним способом позначення процесу введення та видування повітря за допомогою грудних рухів є термін «вентиляція».

Особливості

Основна функція дихальної системи полягає в упорядкуванні процесів надходження кисню ззовні за допомогою вентиляційних та клітинних механізмів дихання. Одним з відходів цього процесу є вуглекислий газ, який потрапляє в кров, проходить в легені і виводиться з організму в атмосферу.

Дихальна система відповідає за посередництво всіх цих функцій. Зокрема, він відповідає за фільтрацію та зволоження повітря, яке буде потрапляти в організм, крім фільтрації небажаних молекул.

Він також відповідає за регулювання рН рідини в організмі - опосередковано - контролюючи концентрацію CO ₂ , або утримуючи його, або усуваючи його. З іншого боку, він бере участь у регуляції температури, секреції гормонів у легенях та допомагає нюховій системі у виявленні запахів.

Крім того, кожен елемент системи виконує певну функцію: ніздрі нагрівають повітря і забезпечують захист мікробам, глотка, гортань і трахея опосередковують проходження повітря.

Крім того, глотка бере участь у проходженні їжі та гортані в процесі фонації. Нарешті, в альвеолах відбувається процес газообміну.

Дихальні органи в тваринництві

У дрібних тварин менше 1 мм може відбуватися газообмін через шкіру. Насправді, певні лінії тварин, такі як найпростіші, губки, клопарі та деякі черви, здійснюють процес газообміну за допомогою простої дифузії.

У великих тварин, таких як риби та земноводні, також спостерігається шкірне дихання, щоб доповнити дихання, яке виконують зябра або легені.

Наприклад, жаби можуть здійснювати весь процес обміну газів через шкіру на стадіях сплячки, оскільки вони повністю занурені в ставки. Що стосується саламандрів, існують екземпляри, яким повністю не вистачає легенів та дихання через шкіру.

Однак із збільшенням складності тварин наявність спеціалізованих органів для газообміну необхідна для задоволення високих енергетичних потреб багатоклітинних тварин.

Анатомія органів, які опосередковують газообмін у різних групах тварин, буде детально описана нижче:

Трахеї

Брюс Блаус. При використанні цього зображення у зовнішніх джерелах його можна навести як: співробітники Blausen.com (2014). «Медична галерея Blausen Medical 2014». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. , із Вікісховища

Комахи та деякі членистоногі мають дуже ефективну та пряму дихальну систему. Він складається з системи трубок, званих трахеями, які поширюються по всьому тілу тварини.

Гілка трахеї на більш вузькі трубочки (діаметром приблизно 1 мкм) називають трахеями. Вони зайняті рідиною і закінчуються в безпосередній зв’язку з клітинними мембранами.

Індолентами (Файл: Throat Diagram.svg), через Wikimedia Commons

Повітря потрапляє в систему через низку отворів, подібних до клапанів, які називаються вентиляторами. Вони мають можливість закритися у відповідь на втрату води, щоб запобігти висушування. Так само в ньому є фільтри для запобігання потрапляння небажаних речовин.

Деякі комахи, наприклад бджоли, можуть виконувати рухи тіла, спрямовані на вентиляцію трахеї.

Зябра

Зябра, які ще називають зябрами, дозволяють ефективно дихати у водних середовищах. У ехінодерм вони складаються з розширення поверхні їхніх тіл, тоді як у морських черв’яків та земноводних - це пучки або китиці.

Найбільш ефективні в рибі і складаються з системи внутрішніх зябер. Вони являють собою нитчасті структури з достатнім кровопостачанням, що йде проти течії води. За допомогою цієї системи «протитоку» можна забезпечити максимальне витяг кисню з води.

Вентиляція зябер пов'язана з рухами тварини і відкриттям рота. У наземних середовищах зябра втрачають плаваючу підтримку води, вони пересихають і нитки зливаються, що призводить до краху всієї системи.

З цієї причини риба задихається, коли знаходиться поза водою, навіть якщо у них велика кількість кисню.

Легені

Легені хребетних - це внутрішні порожнини, забезпечені рясними судинами, функція яких полягає в опосередкуванні газообміну з кров’ю. У деяких безхребетних ми говоримо про "легені", хоча ці структури не гомологічні один одному і набагато менш ефективні.

У земноводних легені дуже прості, схожі на мішок, який у деяких жаб підрозділяється. Площа поверхні, доступна для обміну, збільшується в легенях не пташиних плазунів, які поділяються на численні взаємопов'язані мішечки.

У родоводу птахів ефективність легенів збільшується завдяки наявності повітряних мішечків, які служать резервним простором повітря в процесі вентиляції.

Легені досягають своєї максимальної складності у ссавців (див. Наступний розділ). Легені багаті сполучною тканиною і оточені тонким шаром епітелію під назвою вісцеральна плевра, яка триває у вісцеральній плеврі, вирівняній зі стінками грудної клітки.

Земноводні використовують позитивний тиск для потрапляння повітря в легені, в той час як не-пташині плазуни, птахи та ссавці використовують негативний тиск, де повітря розсовується в легені за рахунок розширення реберної клітки.

Частини (органи) дихальної системи у людини

У людини та у решти ссавців дихальна система складається з верхньої частини, що складається з рота, носової порожнини, глотки та гортані; нижня частина складається з трахеї та бронхів і частина легеневої тканини.

Верхня частина або верхні дихальні шляхи

Ніздрі - це структури, через які надходить повітря, за ними слідує носова камера, вистелена епітелієм, який виділяє слизові речовини. Внутрішні ніздрі з’єднуються з глоткою (те, що ми зазвичай називаємо горлом), де відбувається схрещування двох шляхів: травного та дихального.

Повітря потрапляє через отвір глотти, тоді як їжа пробивається через стравохід.

Надгортанник розташований на глотці, щоб не допустити потрапляння їжі в дихальні шляхи, встановивши межу між ротоглоткою - частиною, розташованою за гирлом - і гортані - глоткою - найнижчим сегментом -. Глотис відкривається в гортань («голосова скринька») і це, в свою чергу, поступається місцем трахеї.

Нижня частина або нижні дихальні шляхи

Трахея - трубоподібна труба, діаметром 15-20 мм і 11 сантиметрів. Її стінка укріплена хрящовою тканиною, щоб уникнути обвалу конструкції, завдяки цьому вона є напів гнучким будовою.

Хрящ розташований у формі півмісяця в 15 або 20 кілець, тобто він не повністю оточує трахею.

Тракея розгалужується на два бронхи, по одному для кожної легені. Права більш вертикальна в порівнянні з лівою, а також коротше і об'ємніше. Після цього першого поділу послідують послідовні підрозділи в легеневій паренхімі.

Будова бронхів нагадує трахею через наявність хрящів, м’язів та слизової, хоча хрящові пластинки зменшуються до тих пір, поки вони не зникнуть, коли бронхи досягають діаметра 1мм.

Усередині них кожен бронх ділиться на невеликі трубочки, звані бронхіолами, які ведуть до альвеолярного протоку. Альвеоли мають єдиний дуже тонкий клітинний шар, який полегшує обмін газами з капілярною системою.

Легенева тканина

Макроскопічно легені діляться на частки за допомогою тріщин. Права легеня складається з трьох часточок, а ліва - лише дві. Однак функціональною одиницею газообміну є не легені, а альвеолокапілярний блок.

Альвеоли - це невеликі мішечки у формі грона винограду, які розташовані в кінці бронхіол і відповідають найменшому підрозділу дихальних шляхів. Вони охоплені двома типами клітин, I і II.

Альвеоли

Клітини I типу характеризуються тонкістю і допускають дифузію газів. Особи II типу більш малі, ніж попередня група, менш тонкі, їх функція полягає у виділенні речовини ПАР, що полегшує розширення альвеоли у вентиляції.

Клітини епітелію перемежовуються з волокнами сполучної тканини, так що легені еластичні. Так само існує розгалужена мережа легеневих капілярів, де відбувається обмін газом.

Легені оточені стінкою мезотеліальної тканини під назвою плевра. Цю тканину зазвичай називають віртуальним простором, оскільки вона не містить повітря всередині і має лише рідину в мінімальних кількостях.

3D ілюстрація ларинкс трахеї Бронхі частини дихальної системи.

Недоліки легенів

Недоліком легенів є те, що газообмін відбувається лише в альвеолах і альвеолярному протоці. Об'єм повітря, який потрапляє до легенів, але розташований у зоні, де газообмін не відбувається, називається мертвим простором.

Тому процес вентиляції у людини вкрай неефективний. Нормальна вентиляція може замінити лише одну шосту частину повітря, що знаходиться в легенях. У випадку примусового дихання 20-30% повітря потрапляє в пастку.

клітина ребер

клітина ребер

У грудній клітці розміщуються легені і складається з набору м’язів і кісток. Кістковий компонент складається з шийного і спинного відділу хребта, реберної клітки та грудини. Діафрагма - найважливіший дихальний м’яз, який знаходиться в задній частині будинку.

У ребра є додаткові м’язи, які називаються міжребер’ями. Інші беруть участь у дихальній механіці, такі як стерноклеїдомастоїд і шкала, що надходять з голови та шиї. Ці елементи вставляються в грудину і в перші ребра.

Як це працює?

Поглинання кисню є життєво важливим для процесів клітинного дихання, де засвоєння цієї молекули відбувається для виробництва АТФ на основі поживних речовин, отриманих в процесі годування метаболічними процесами.

Іншими словами, кисень служить для окислення (спалення) молекул і тим самим виробляє енергію. Одним із залишків цього процесу є вуглекислий газ, який необхідно вигнати з організму. Дихання передбачає такі події:

Вентиляція

Процес починається із захоплення кисню в атмосфері через процес натхнення. Повітря потрапляє в дихальну систему через ніздрі, проходячи через увесь набір описаних труб, поки не потрапить до легенів.

Дихання повітрям - це нормально мимовільний процес, але може переходити від автоматичного до добровільного.

У головному мозку нейрони спинного мозку відповідають за нормальну регуляцію дихання. Однак організм здатний регулювати дихання залежно від потреби в кисні.

Середньостатистична людина в стані спокою вдихає в середньому шість літрів повітря щохвилини, і ця цифра може збільшуватися до 75 літрів у періоди інтенсивних фізичних вправ.

Газообмін

Кисень в атмосфері - це суміш газів, що складається з 71% азоту, 20,9% кисню та невеликої частки інших газів, наприклад вуглекислого газу.

При попаданні повітря в дихальні шляхи склад негайно змінюється. Процес вдиху насичує повітря водою, і коли повітря доходить до альвеол, він змішується з залишковим повітрям попередніх вдихів. У цей момент парціальний тиск кисню зменшується, а вуглекислий газ збільшується.

У дихальних тканинах гази рухаються за градієнтами концентрації. Оскільки парціальний тиск кисню в альвеолах вище (100 мм рт. Ст.), Ніж у крові легеневих капілярів, (40 мм рт. Ст.) Кисень переходить до капілярів дифузійним процесом.

Так само концентрація вуглекислого газу в легеневих капілярах (46 мм рт. Ст.) Більша, ніж у альвеолах (40 мм рт. Ст.), Тому вуглекислий газ дифундує у зворотному напрямку: від капілярів крові до альвеол у легені.

Від Fluid-fill_alveolus2_ja.svg: user: delldot (модифікований Hatsukari715) похідна робота: OSH FPaD (Fluid-fill_alveolus2_ja.svg), через Wikimedia Commons

Транспорт газу

У воді розчинність кисню настільки низька, що транспортний засіб повинен існувати для задоволення метаболічних потреб. У деяких дрібних безхребетних кількість кисню, розчиненого у їх рідинах, є достатнім для задоволення потреб людини.

Однак у людини транспортується таким чином кисень буде достатньо лише для задоволення 1% вимог.

З цієї причини кисень - і значна кількість вуглекислого газу - переносяться пігментами в кров. У всіх хребетних ці пігменти обмежені еритроцитами.

У тваринництві найпоширенішим пігментом є гемоглобін - білкова молекула, яка містить за своєю структурою залізо. Кожна молекула складається з 5% гему, відповідального за червоний колір крові та оборотне зв'язування з киснем, і 95% глобіну.

Кількість кисню, який може зв’язатися з гемоглобіном, залежить від багатьох факторів, включаючи концентрацію кисню: коли він високий, як у капілярах, гемоглобін зв’язується з киснем; коли концентрація низька, білок виділяє кисень.

Інші дихальні пігменти

Хоча гемоглобін є дихальним пігментом, який присутній у всіх хребетних та деяких безхребетних, він не єдиний.

У деяких ракоподібних ракоподібних, головоногих ракоподібних і молюсків є блакитний пігмент, який називається гемоціанін. Замість заліза ця молекула має два атоми міді.

У чотирьох сімействах поліхетів присутній пігмент хлорокруорин, білок, який має заліза за своєю структурою і має зелений колір. Він схожий на гемоглобін за будовою та функцією, хоча не обмежений жодною клітинною структурою і вільний у плазмі.

Нарешті, є пігмент з кисневою здатністю, значно нижчою, ніж у гемоглобіну під назвою гемеритрин. Він червоного кольору і присутній у різних групах морських безхребетних.

Поширені захворювання

Астма

Це патологія, яка вражає дихальні шляхи, викликаючи її набряк. При нападі астми м'язи навколо дихальних шляхів запалюються, а кількість повітря, яке може потрапити в систему, різко зменшується.

Напад може бути спровокований низкою речовин, які називаються алергенами, серед яких хутро домашніх тварин, кліщі, клімат холоду, хімічні речовини в їжі, цвіль, пилок, серед інших.

Набряк легенів

Набряк легенів складається з скупчення рідини в легенях, що ускладнює людині дихання. Причини, як правило, пов’язані з застійною серцевою недостатністю, коли серце не перекачує достатньо крові.

Підвищений тиск у судинах виштовхує рідину у повітряні простори всередині легенів, зменшуючи тим самим нормальний рух кисню в легенях.

Інші причини набряку легенів - це ниркова недостатність, наявність вузьких артерій, які переносять кров до нирок, міокардит, аритмія, надмірно високі фізичні навантаження, вживання серед інших препаратів.

Найпоширеніші симптоми - задишка, задишка, випльовування піни або крові, а також почастішання серцебиття.

Пневмонія

Пневмонія є інфекцією легенів і може бути викликана різноманітними мікроорганізмами, включаючи такі бактерії, як Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae та Chlamydias pneumoniae, віруси чи грибки, такі як Pneumocystis jiroveci.

Представляється як запалення альвеолярного простору. Це сильно заразне захворювання, оскільки збудники можуть поширюватися повітрям і швидко поширюватися через чхання і кашель.

До людей, найбільш схильних до цієї патології, відносяться особи старше 65 років та мають проблеми зі здоров’ям. Симптоми включають лихоманку, озноб, кашель мокротиння, задишку, задишку та біль у грудях.

Більшість випадків не потребують госпіталізації, а хворобу можна лікувати антибіотиками (у разі бактеріальної пневмонії), які вводяться перорально, спокою та питною рідиною.

Бронхіт

Бронхіт виникає як запальний процес у трубах, які переносять кисень до легенів, викликаний інфекцією або з інших причин. Це захворювання класифікується як гостре та хронічне.

Симптоми включають загальне нездужання, відкашлювання слизу, задишку та тиск у грудях.

Для лікування бронхіту рекомендується приймати аспірин або ацетамінофен для зниження температури, пити велику кількість рідини і відпочивати. Якщо він викликаний бактеріальним збудником, приймають антибіотики.

Список літератури

1. Французька, К., Рандалл, Д., і Бурггрен, В. (1998). Еккерт. Фізіологія тварин: механізми та адаптації. Mc Graw-Hill Interamericana
2. Гутьеррес, штат Джорджія (2005). Особистий тренінг: основи, основи та застосування. INDE.
3. Хікман, К.П., Робертс, Л.С., Ларсон, А., Обер, WC, & Гарнізон, C. (2001). Інтегральні принципи зоології (т. 15). Нью-Йорк: McGraw-Hill.
4. Smith-Ágreda, JM (2004). Анатомія органів мови, зору і слуху. Panamerican Medical Ed.
5. Тейлор, NB, & Best, CH (1986). Фізіологічні основи медичної практики. Панамериканський.
6. Порадував, А. М. (2005). Основи фізіології фізичної активності та спорту. Panamerican Medical Ed.