Оглавление
- Физиология
- История физиологии
- Методы физиологии
Физиология входа и выхода
Поддержание постоянства состава альвеолярного воздуха обеспечивается за счет непрерывно осуществляемых дыхательных циклов — вдоха и выдоха.Во время вдоха атмосферный воздух через воздухоносные пути поступает в легкие, при выдохе примерно такой же объем воздуха вытесняется из легких.За счет обновления части альвеолярного воздуха поддерживается его постоянный газовый состав.
Акт вдоха совершается вследствие увеличения объема грудной полости за счет сокращения наружных косых межреберных мышц и других вдыхательных мышц, обеспечивающих отведение ребер в стороны, а также благодаря сокращению диафрагмы, что сопровождается изменением формы ее купола.Диафрагма становится конусовидной, положение сухожильного центра не изменяется, а мышечные участки смещаются в сторону брюшной полости, оттесняя органы назад.При увеличении объема грудной клетки давление в плевральной щели уменьшается, возникает разница между давлением атмосферного воздуха на внутреннюю стенку легких и давлением воздуха в плевральной полости на наружную стенку легких.Давление атмосферного воздуха на внутреннюю стенку легких начинает преобладать и вызывает увеличение объема легких, а следовательно, и поступление атмосферного воздуха в легкие.
Таблица 1.Мышцы, обеспечивающие вентиляцию легкого
Инспираторные мышцы
Экспираторные мышцы (при форсированном выдохе)
диафрагма, наружные межреберные
большие и малые грудные, лестничные, грудино-ключично-сосцевидные, передняя зубчатая
мышцы передней брюшной стенки: прямая, внутренняя и наружная косые и поперечная
Примечание.Принадлежность мышц к основным и вспомогательным группам может меняться в зависимости от типа дыхания.
Когда вдох окончен и дыхательные мышцы расслабляются, ребра и купол диафрагмы возвращаются в положение до вдоха, при этом уменьшается объем грудной клетки, повышается давление в плевральной щели, возрастает давление на наружную поверхность легких, часть альвеолярного воздуха вытесняется и происходит выдох.
Возвращение ребер в положение до вдоха обеспечивается эластическим сопротивлением реберных хрящей, сокращением внутренних косых межреберных мышц, вентральных зубчатых мышц, мышц живота.Диафрагма возвращается в положение до вдоха благодаря сопротивлению стенок живота, органов брюшной полости, смешенных при вдохе назад, и сокращению мышц живота.
Механизм вдоха и выдоха.Дыхательный цикл
Дыхательный цикл включает вдох, выдох и паузу между ними.Его длительность зависит от частоты дыхания и составляет 2,5-7 с.Продолжительность вдоха у большинства людей короче продолжительности выдоха.Длительность паузы очень изменчива, она может отсутствовать между вдохом и выдохом.
Для инициирования вдоха необходимо, чтобы в инспираторном (активирующем вдох) отделе дыхательного центра в продолговатом мозге возник залп нервных импульсов и их посылка по нисходящим путям в составе вентрального и передней части бокового канатиков белого вещества спинного мозга в его шейный и грудной отделы.Эти импульсы должны достигнуть мотонейронов передних рогов сегментов СЗ-С5, формирующих диафрагмальные нервы, а также мотонейронов грудных сегментов Th2-Th6, формирующих межреберные нервы.Активированные дыхательным центром мотонейроны спинного мозга посылают потоки сигналов по диафрагмальному и межреберным нервам к нервно-мышечным синапсам и вызывают сокращение диафрагмальной, наружных межреберных и межхрящевых мышц.Это приводит к увеличению объема грудной полости за счет опускания купола диафрагмы (рис.1) и движения (подъем с поворотом) ребер.В результате давление в плевральной щели уменьшается (до 6-20 см вод.ст.в зависимости от глубины вдоха), транспульмональное давление возрастает, становится больше сил эластической тяги легких и они растягиваются, увеличивая объем.
Рис.1.Изменения размеров грудной клетки, объема легких и давления в плевральной щели при вдохе и выдохе
Увеличение объема легких приводит к снижению давления воздуха в альвеолах (при спокойном вдохе оно становится ниже атмосферного на 2-3 см вод.ст.) и атмосферный воздух по градиенту давления поступает в легкие.Происходит вдох.При этом объемная скорость воздушного потока в дыхательных путях (О) будет прямо пропорциональна градиенту давления (ΔР) между атмосферой и альвеолами и обратно пропорциональна сопротивлению (R) дыхательных путей для потока воздуха.
При усиленном сокращении мышц вдоха грудная клетка еще более расширяется и объем легких возрастает.Глубина вдоха увеличивается.Это достигается благодаря сокращению вспомогательных инспираторных мышц, к которым относятся все мышцы, прикрепляющиеся к костям плечевого пояса, позвоночнику или черепу, способные при своем сокращении поднимать ребра, лопатку и фиксировать плечевой пояс с отведенными назад плечами.Важнейшими среди этих мышц являются: большие и малые грудные, лестничные, грудино-клю – чично-сосцсвидные и передние зубчатые.
Механизм выдоха отличается тем, что спокойный выдох происходит пассивно за счет сил, накопленных при вдохе.Для остановки вдоха и переключения вдоха на выдох необходимо прекращение посылки нервных импульсов из дыхательного центра к мотонейронам спинного мозга и мышцам вдоха.Это приводит к расслаблению мышц вдоха, в результате чего объем грудной клетки начинает уменьшаться под влиянием следующих факторов: эластической тяги легких (после глубокого вдоха и эластической тяги грудной клетки), силы тяжести грудной клетки, приподнятой и выведенной из устойчивого положения при вдохе, и давления органов брюшной полости на диафрагму.Для осуществления усиленного выдоха необходима посылка потока нервных импульсов из центра выдоха к мотонейронам спинного мозга, иннервирующим мышцы выдоха — внутренние межреберные и мышцы брюшного пресса.Их сокращение приводит к еще большему уменьшению объема грудной клетки и удалению большего объема воздуха из легких за счет подъема купола диафрагмы и опускания ребер.
Уменьшение объема грудной клетки приводит к снижению транспульмонального давления.Эластическая тяга легких становится больше этого давления и вызывает уменьшение объема легких.Это увеличивает давление воздуха в альвеолах (на 3-4 см вод.ст.больше атмосферного) и воздух по градиенту давления выходит из альвеол в атмосферу.Совершается выдох.
Тип дыхания определяется по величине вклада различных дыхательных мышц в увеличение объема грудной полости и заполнение легких воздухом при вдохе.Если вдох происходит главным образом за счет сокращения диафрагмы и смещения (вниз и вперед) органов брюшной полости, то такое дыхание называют брюшным или диафрагмальным; если же за счет сокращения межреберных мышц – грудным. У женщин преобладает грудной тип дыхания, у мужчин — брюшной.У людей, выполняющих тяжелую физическую работу, как правило, устанавливается брюшной тип дыхания.
Работа дыхательных мышц
Для осуществления вентиляции легких необходимо затрачивать работу, которая выполняется за счет сокращения дыхательных мышц.
При спокойном дыхании в условиях основного обмена на работу дыхательных мышц затрачивается 2-3% от всей энергии, расходуемой организмом.При усиленном дыхании эти затраты могут достигать 30% от уровня энергетических затрат организма.У людей с заболеваниями легких и дыхательных путей эти затраты могут быть еще большими.
Работа дыхательных мышц затрачивается на преодоление эластических сил (легких и грудной клетки), динамических (вязкостных) сопротивлений движению потока воздуха через дыхательные пути, инерционной силы и тяжести смещаемых тканей.
Величина работы дыхательных мышц (W) рассчитывается по интегралу произведения изменения объема легких (V) и внутриплеврального давления (Р):
На преодоление эластических сил расходуется 60-80% от общих затрат W, вязкостных сопротивлений — до 30% W.
Вязкостные сопротивления представлены:
- аэродинамическим сопротивлением дыхательных путей, которое составляет 80-90% суммарных вязкостных сопротивлений и увеличивается при возрастании скорости потока воздуха в дыхательных путях.Объемная скорость этого потока рассчитывается по формуле
где Рa — разность между давлением в альвеолах и атмосфере; R — сопротивление дыхательных путей.
При дыхании через нос оно составляет около 5 см вод.ст.л -1 *с -1 , при дыхании через рот — 2 см вод.ст.л -1 *с -1 .На трахею, долевые и сегментарные бронхи приходится в 4 раза большее сопротивление, чем на более дистальные участки дыхательных путей;
- сопротивлением тканей, которое составляет 10-20% от общего вязкостного сопротивления и обусловлено внутренним трением и неупругой деформацией тканей грудной и брюшной полости;
- инерционным сопротивлением (1-3% от общего вязкостного сопротивления), обусловленным ускорением объема воздуха в дыхательных путях (преодоление инерции).
При спокойном дыхании работа по преодолению вязкостных сопротивлений незначительна, но при усиленном дыхании или при нарушении проходимости дыхательных путей может резко возрастать.
Эластическая тяга легких и грудной клетки
Эластическая тяга легких — сила, с которой легкие стремятся сжаться.Две трети эластической тяги легких обусловлены поверхностным натяжением сурфактанта и жидкости внутренней поверхности альвеол, около 30% создается эластическими волокнами легких и примерно 3% тонусом гладко – мышечных волокон внутрилегочных бронхов.
Эластическая тяга легких — сила, с которой ткань легкого противодействует давлению плевральной полости и обеспечивает спадение альвеол (обусловлена наличием в стенке альвеол большого количества эластических волокон и поверхностным натяжением).
Величина эластической тяги легких (Е) обратно пропорциональна величине их растяжимости (Сл):
Растяжимость легких у здоровых людей составляет 200 мл/см вод.ст.и отражает увеличение объема легких (V) в ответ на возрастание транспульмонального давления (Р) на 1 см вод.ст.:
При эмфиземе легких их растяжимость увеличивается, при фиброзе уменьшается.
На величину растяжимости и эластической тяги легких сильное влияние оказывает наличие на внутриальвеолярной поверхности сурфактанта, представляющего собой структуру из фосфолипидов и белков, образуемых альвеолярными пневмоцитами 2-го типа.
Сурфактант играет важную роль в поддержании структуры, свойств легких, облегчении газообмена и выполняет следующие функции:
- снижает поверхностное натяжение в альвеолах и увеличивает растяжимость легких;
- препятствует слипанию стенок альвеол;
- увеличивает растворимость газов и облегчает их диффузию через стенку альвеолы;
- препятствует развитию отека альвеол;
- облегчает расправление легких при первом вдохе новорожденного;
- способствует активации фагоцитоза альвеолярными макрофагами.
Эластическая тяга грудной клетки создастся за счет эластичности межреберных хрящей, мышц, париетальной плевры, структур соединительной ткани, способных сжиматься и расширяться.В конце выдоха сила эластичной тяги грудной клетки направлена наружу (в сторону расширения грудной клетки) и максимальна по величине.При развитии вдоха она постепенно уменьшается.Когда вдох достигает 60-70% от его максимально возможной величины, эластическая тяга грудной клетки становится равной нулю, а при дальнейшем углублении вдоха направлена внутрь и препятствует расширению грудной клетки.В норме растяжимость грудной клетки (С|к) приближается к 200 мл/см вод.ст.
Общая растяжимость грудной клетки и легких (С0) вычисляется по формуле 1/С0 = 1/Cл + 1 /Сгк.Средняя величина С0 составляет 100 мл/см вод.ст.
В конце спокойного выдоха величины эластической тяги легких и грудной клетки равны, но противоположны по направленности.Они уравновешивают друг друга.В это время грудная клетка находится в наиболее устойчивом положении, которое называют уровнем спокойного дыхания и принимают за точку отсчета при различных исследованиях.
Отрицательное давление в плевральной щели и пневмоторакс
Грудная клетка образует герметичную полость, обеспечивающую изоляцию легких от атмосферы.Легкие покрывает листок висцеральной плевры, а внутреннюю поверхность грудной клетки — листок париетальной плевры.Листки переходят один в другой у ворот легкого и между ними образуется щелевидное пространство, заполненное плевральной жидкостью.Часто это пространство называют плевральной полостью, хотя полость между листками образуется лишь в особых случаях.Слой жидкости в плевральной щели несжимаем и нерастяжим и плевральные листки не могут отойти друг от друга, хотя способны легко скользить вдоль (подобно двум стеклам, приложенным смоченными поверхностями, их трудно разъединить, но легко смещать вдоль плоскостей).
При обычном дыхании давление между плевральными листками ниже, чем атмосферное; его называют отрицательным давлением в плевральной щели.
Причинами возникновения отрицательного давления в плевральной щели являются наличие эластической тяги легких и грудной клетки и способность плевральных листков захватывать (сорбировать) молекулы газов из жидкости плевральной щели или воздуха, попадающего в нее при ранениях грудной клетки или при проколах с лечебной целью.Из-за наличия отрицательного давления в плевральной щели в нее идет постоянная фильтрация небольшого количества газов из альвеол.В этих условиях сорбционная активность плевральных листков предотвращает накопление в ней газов и предохраняет легкие от спадания.
Важная роль отрицательного давления в плевральной щели состоит в удерживании легких в растянутом состоянии даже во время выдоха, что необходимо для заполнения ими всего объема грудной полости, определяемого размерами грудной клетки.
У новорожденного соотношение объемов легочной паренхимы и грудной полости больше, чем у взрослых, поэтому в конце спокойного выдоха отрицательное давление в плевральной щели исчезает.
У взрослого человека в конце спокойного выдоха отрицательное давление между листками плевры составляет в среднем 3-6 см вод.ст.(т.е.на 3-6 см меньше, чем атмосферное).Если человек находится в вертикальном положении, то отрицательное давление в плевральной щели вдоль вертикальной оси тела значительно различается (изменяется на 0,25 см вод.ст.на каждый сантиметр высоты).Оно максимально в области верхушек легких, поэтому при выдохе они остаются более растянутыми и при последующем вдохе их объем и вентиляция увеличиваются в небольшой степени.В области основания легких величина отрицательного давления может приближаться к нулю (или оно даже может стать положительным в случае потери легкими эластичности из-за старения или заболеваний).Своей массой легкие давят на диафрагму и прилежащую к ней часть грудной клетки.Поэтому в области основания в конце выдоха они менее всего растянуты.Это создаст условия для их большего растяжения и усиленной вентиляции при вдохе, увеличения газообмена с кровью.Под влиянием силы тяжести к основанию легких притекает больше крови, кровоток в этой зоне легких превышает вентиляцию.
У здорового человека лишь при форсированном выдохе давление в плевральной щели может стать больше атмосферного.Если же выдох производится с максимальным усилием в малое по объему замкнутое пространство (например, в прибор пневмотонометр), то давление в плевральной полости может превысить 100 см вод.ст.С помощью такого дыхательного маневра пневмотонометром определяют силу мышц выдоха.
В конце спокойного вдоха отрицательное давление в плевральной щели составляет 6-9 см вод.ст., а при максимально интенсивном вдохе может достигать большей величины.Если же вдох осуществляется с максимальным усилием в условиях перекрытия дыхательных путей и невозможности поступления воздуха в легкие из атмосферы, то отрицательное давление в плевральной щели на короткое время (1-3 с) достигает 40-80 см вод.ст.С помощью такого теста и прибора пневмогонометра определяют силу мышц вдоха.
При рассмотрении механики внешнего дыхания учитывается также транспульмональное давление — разность между давлением воздуха в альвеолах и давлением в плевральной щели.
Пневмотораксом называют поступление воздуха в плевральную щель, приводящее к спадению легких.В нормальных условиях, несмотря на действие сил эластической тяги, легкие остаются расправленными, так как из-за наличия в плевральной щели жидкости листки плевры не могут разъединиться.При попадании в плевральную щель воздуха, который может быть сжат или расширен в объеме, степень отрицательного давления в ней уменьшается или оно становится равным атмосферному.Под действием эластических сил легкого висцеральный листок отгягивастся от париетального и легкие уменьшаются в размере.Воздух может попасть в плевральную щель через отверстие поврежденной грудной стенки или через сообщение поврежденного легкого (например, при туберкулезе) с плевральной щелью.
Механизм выдоха
Механизм вдоха
Во время вдоха при увеличении объема грудной клетки в замкнутой плевральной полости давление еще больше падает.Вследствие различия между атмосферным давлением в альвеолах и плевральным давлением легкие растягиваются, в целом увеличиваясь в объеме, следуя за грудной клеткой.При этом давление в полости легких падает и становится ниже атмосферного.Легкие через воздухоносные пути сообщаются с атмосферой.Появившаяся разница между давлением в легких и атмосферным давлением приводит к тому, что воздух начинает поступать через воздухоносные пути (трахея, бронхи) в альвеолы, заполняя их, при этом давление выравнивается.В естественных физиологических условиях воздух в легкие поступает пассивно, как бы «засасываясь» благодаря разрежению в легких, а не нагнетается, как могло бы быть в случае повышения давления во внешней среде.
Механизм выдоха
Выдох в основном — происходит пассивно: межреберные мышцы расслабляются, купол диафрагмы поднимается.В результате объем грудной клетки уменьшается и давление в плевральной полости возрастает.Это давление передается на легочную ткань, поэтому одновременно повышается давление воздуха в альвеолах.Теперь уже давление воздуха в легких становится больше, чем в атмосфере, и воздух благодаря этому начинает выходить из легких по воздухоносным путям наружу.
Если измерить давление в плевральной полости во время дыхательной паузы, то можно обнаружить, что оно ниже атмосферного давления на 3—4 мм рт.ст., т.е.отрицательное благодаря этому альвеолы всегда находятся в несколько растянутом состоянии.
В случае повреждения грудной клетки в плевральную полость входит воздух.Это явление называется пневмотораксом.При этом легкие сжимаются под давлением вошедшего воздуха вследствие эластичности ткани легких, поверхностного натяжения альвеол.В результате во время дыхательных движений легкие не способны следовать за грудной клеткой, при этом газообмен в них уменьшается или полностью прекращается.
Характеристика легочной вентиляции
Легочную вентиляцию подразделяют на несколько компонентов.
Дыхательный объем — количество воздуха, которое человек вдыхает или выдыхает в покое(300-700мл).
Резервный объем вдоха — количество воздуха, которое человек может дополнительно вдохнуть после нормального вдоха(1500-2000мл).
Резервный объем выдоха — количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха(1500-2000мл).
Остаточный объем— количество воздуха, оставшееся в легких после максимального выдоха( 1 ООО-15 00мл).
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после наибольшего вдоха, состоящее из суммы дыхательного объема и резервных объемов вдоха и выдоха.У мужчин молодого возраста она составляетЗ,5-4,8л, у женщин на 25% ниже – 3-3,5л.Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) является показателем подвижности легких и грудной клетки.Она зависит от многих факторов: конституции, возраста, пола, степени тренированности.С возрастом ЖЕЛ уменьшается, что связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки.
Общая емкость легких — максимальное количество воздуха, содержащегося в легких при наибольшем вдохе, является суммой жизненной емкости и остаточного объема легких.
«Мертвое» воздушное пространство.Воздухоносные пути, включающие полости носа, рта, трахеи, бронхов, образуют так называемое «мертвое» пространство.Воздух, занимающий объем «мертвого» пространства, не участвует в газообмене.Во время вдоха первая порция вдыхаемого воздуха поступает в альвеолы из «мертвого» пространства.Во время выдоха она возвращается последней в воздухоносные пути этого пространства, т.е.фактически один и тот же воздух «мертвого» пространства без обновления состава поступает в легкие.
Воздухоносные пути наряду с основной функцией выполняют ряд важных вспомогательных функций.К ним относятся очищение, увлажнение и согревание воздуха.(150мл)
Сурфактанты.В альвеолярной жидкости, покрывающей альвеолы изнутри, имеются поверхностно-активные вещества сурфактанты, которые снижают поверхностное натяжение, особенно при спадении легких.Если бы этого не происходило, то при уменьшении объема альвеол поверхностное натяжение в них оказалось бы столь большим, что они полностью спадались бы.По своему составу сурфактанты легких представляют собой смесь белков и липидов.
II.Газообмен в легких
В атмосферном воздухе содержится:
· 20,9 об.% кислорода,
· 0,03 об.% двуокиси углерода,
В альвеолярном воздухе содержится:
· 14 об.% кислорода,
· 5,6 об.% двуокиси углерода,
В выдыхаемом воздухе содержится:
· 16,3 об.% кислорода,
· 4 об.% двуокиси углерода,
Основное свойство альвеолярного воздуха — относительное постоянство его состава, которое можно рассматривать как одно из проявлений дыхательного гомеостаза.
Диффузия газов в альвеолах.Благодаря огромной общей поверхности альвеол, составляющей 50—80 м 2 , имеются условия для достаточно эффективной диффузии газов, обеспечивающей дыхательные потребности организма.Тонкий слой легочной ткани, отделяющей кровь легочных капилляров от альвеолярного пространства, легко проницаем для газов.В процессе диффузии газы проходят через альвеолярный эпителий, интестинальное пространство между основными мембранами, эпителий капилляров, плазму крови, мембраны эритроцитов во внутреннюю среду эритроцитов.Диффузионный барьер составляет 1 мкм.
Транспорт газов через стенку артерий происходит благодаря градиенту давлений газов в альвеолах и крови: двуокись углерода покидает венозную кровь и поступает в альвеолярный воздух, а кислород диффундирует в противоположном направлении — из альвеолярного воздуха в кровь.
Факторы, определяющие газообмен.Насыщение крови кислородом и удаление из нее двуокиси углерода зависят от трех факторов:
1) альвеолярной вентиляции;
2) кровотока в легких;
3) диффузионной способности тканей легких.
Дата добавления: 2014-05-20 | Просмотры: 2221 | Нарушение авторских прав
Механизмы вдоха и выдоха.Полные уроки
Гипермаркет знаний>>Биология>>Биология 8 класс.Полные уроки>>Биология: Механизмы вдоха и выдоха.Регуляция дыхания.Охрана воздушной среды.Полные уроки
Тема.Механизмы вдоха и выдоха.Регуляция дыхания.Охрана воздушной среды.
Содержание
Цели урока:
- углубить и обобщить знания по дыхательной системе, изучить механизмы вдоха и выдоха, научиться охранять воздушную среду.
Задачи урока:
• обучающие: повторить материал о тканевом и легочном дыхании, рассмотреть механизм вдоха и выдоха, определить роль защитных рефлексов, разъяснить вред курения и необходимость охраны окружающей среды;
• развивающие: продолжить формирование у учащихся интеллектуальных умений, творческого мышления и речи;
• воспитательные: приобретение опыта следования правил гигиены дыхания, изучение положительной роли физического труда.
Основные термины:
Вдох – начальная фаза дыхания, в процессе которой в легкие поступает воздух.
Выдох – отдельное выталкивание из легких воздуха при дыхании.
Воздушная среда – сложный комплекс взаимосвязанных и взаимодействующих факторов, оказывающих постоянное влияние на организм животного и человека.
Проверка домашнего задания.
Дайте короткий ответ на вопросы:
1.Какую роль в организме человека играет кислород?
2.Что такое дыхание и для чего оно нам нужно?
3.В чем заключается основная функция дыхательной системы?
4.Какими органами она образована?
5.В каком органе дыхательной системы происходит газообмен? Каковы особенности строения этого органа?
6.Как изменяется воздух в дыхательных путях? Почему надо дышать носом, а не ртом?
7.Какие существуют виды дыхания?
8.Что относится к верхним дыхательным путям?
9.Что относится к нижним дыхательным путям?
10.Как происходит голосообразование?
11.Какой орган называют органом голосообразования?
Механизмы вдоха и выдоха.
Легкие находятся в грудной полости.Движения мышц, которые изменяют объем этой полости, вызывают движение воздуха в легкие и из легких, попеременно увеличивая или уменьшая объем грудной клетки.Это обусловливается ритмическими сокращениями дыхательных мышц, вследствие чего и осуществляются вдох и выдох — поступление и удаление из легких воздуха, их вентиляция.На рисунке 1 вы можете увидеть легкие.
Рис.1.Легкие и дыхание.
При вдохе межреберные мышцы приподнимают ребра, а диафрагма, сокращаясь, становится менее выпуклой, в результате объем грудной клетки увеличивается, легкие расширяются, давление воздуха в них становится ниже атмосферного и воздух устремляется в легкие — происходит спокойный вдох.При глубоком вдохе, кроме наружных межреберных мышц и диафрагмы, одновременно сокращаются мышцы груди и плечевого пояса.На рисунке 2 представлен механизм вдоха.
Рис.2.Механизм вдоха
При выдохе межреберные мышцы и диафрагма расслабляются, ребра опускаются, выпуклость диафрагмы увеличивается, в результате объем грудной клетки уменьшается, легкие сжимаются, давление в них становится выше атмосферного и воздух устремляется из легких — происходит спокойный выдох.Глубокий выдох обусловлен сокращением внутренних межреберных и брюшных мышц.На рисунке 3 представлен механизм выдоха.
Рис.3.Механизм выдоха
На рисунке 4 вы можете посмотреть, какие мышцы задействованы при вдохе и при выдохе.
Рис.4.Мышцы вдоха и выдоха
Таким образом, ритмичное увеличение или уменьшение объема грудной полости действует как механический насос, нагнетающий воздух в легкие и выталкивающий его из них.Механизм вдоха и выдоха можно проследить с помощью модели Дондерса, которая представлена на рисунке 5 и 6.
Рис.5.Механизм вдоха и выдоха на модели Дондерса.
Рис.6.Модель Дондерса
Давайте посмотрим видео о том, почему нам так важно дыхание:
Регуляция дыхания.
Обычно человек не замечает, как он дышит, потому что процесс этот регулируется независимо от его воли.В какой-то мере, однако, дыхание можно регулировать сознательно, о чем мы и поговорим ниже.
Непроизвольную регуляцию дыхания осуществляет дыхательный центр, находящийся в продолговатом мозге (одном из отделов заднего мозга).Вентральная (нижняя) часть дыхательного центра ответственна за стимуляцию вдоха; ее называют центром вдоха (инспнра-торным центром).Стимуляция этого центра увеличивает частоту и глубину вдоха.Дорсальная (верхняя) часть и обе латеральные (боковые) тормозят вдох и стимулируют выдох; они носят собирательное название центра выдоха (экспираторного центра).
Дыхательный центр связан с межреберными мышцами межреберными нервами, а с диафрагмой — диафрагмальными.Бронхиальное дерево (совокупность бронхов и бронхиол) иннервируется блуждающим нервом.Ритмично повторяющиеся нервные импульсы, направляющиеся к диафрагме и межреберным мышцам обеспечивают осуществление вентиляционных движений.
Расширение легких при вдохе стимулирует находящиеся в бронхиальном дереве рецепторы растяжения (проприоцепторы) и они посылают через блуждающий нерв все больше и больше импульсов в экспираторный центр.Это на время подавляет инспираторный центр и вдох.Наружные межреберные мышцы теперь расслабляются, эластично сокращается растянутая легочная ткань — происходит выдох.После выдоха рецепторы растяжения в бронхиальном дереве более уже не подвергаются стимуляции.Поэтому экспираторный центр отключается и вдох может начаться снова.На рисунке 7 представлен механизм регуляции дыхания.
Рис.7.Механизм регуляции дыхания
Нервные механизмы саморегуляции дыхания проявляются в том, что вдох рефлекторно вызывает выдох, а выдох — вдох.Это происходит потому, что во время вдоха при растяжении легочной ткани в нервных рецепторах, находящихся в ней, возникает возбуждение, которое передается продолговатому мозгу и вызывает активацию центра выдоха и торможение центра вдоха, образующих дыхательный центр.
На видео представлен процесс регуляции дыхания:
Гуморальная регуляция дыхания состоит в том, что повышение концентрации углекислого газа в крови возбуждает дыхательный центр — частота и глубина дыхания увеличиваются.Уменьшение содержания углекислого газа в крови понижает возбудимость дыхательного центра — частота и глубина дыхания уменьшаются.
На видео рассказывается о переносе газов в крови:
Формой дыхательной деятельности являются чихание и кашель.Они регулируются защитными дыхательными рефлексами.
Кашель — резкий рефлекторный выдох через рот, возникающий в результате раздражения рецепторов гортани (рисунок 8).
Чихание — это сильный и очень быстрый рефлекторный выдох через ноздри, возникающий в результате раздражения рецепторов слизистой оболочки носовой полости.Во время чихания удаляются вещества, которые раздражают (пыль, вещества с резким запахом и т.д.).На рисунке 9 представлен механизм чихания.
Охрана воздушной среды.
Атмосферный воздух содержит кислорода 21 %, азота 78%, углекислого газа 0,03%, прочих газов около 1% .В выдыхаемом воздухе содержание кислорода снижается до 16,3%, содержание углекислого газа возрастает (примерно до 3—4% ).
Даже в очень душной комнате содержание кислорода снижается незначительно, но концентрация углекислого газа растет быстро.При этом неблагоприятно действует на организм не только он, но и водочный перегар, и табачный дым, и другие вредные вещества.Поэтому пребывание в душном помещении ведет к головной боли, вялости, снижению работоспособности.
Там, где используют печное отопление, в воздухе может оказаться примесь окиси углерода — угарного газа, который чрезвычайно ядовит.Захватившие угарный газ молекулы гемоглобина надолго лишаются возможности переносить кислород из легких в ткани.Возникает недостаток кислорода в крови и тканях, что отражается на работе головного мозга и других органов.
Отравление угарным газом проявляется головной болью и тошнотой.Могут возникнуть рвота, судороги, потеря сознания, а при сильном отравлении — смерть от прекращения тканевого дыхания.
При оказании первой помощи пострадавшего надо поскорее вынести на свежий воздух и заставить дышать глубже.В случае потери сознания и прекращения дыхания необходимо применить искусственное дыхание.
Во многих населенных пунктах для приготовления пищи применяют газовые плиты.Отравление бытовым газом во многом сходно с отравлением угарным газом.Меры первой помощи такие же.Н рисунке 10 показано, чем опасны гарь и дым.
Рис.10.Влияние дыма и гари на дыхание и организм человека
В быту стоит отдавать предпочтение влажным способам уборки.Содержащаяся в воздухе пыль опасна тем, что может механически травмировать стенки легочных пузырьков и воздухоносных путей, затруднять газообмен, вызывать аллергию.Кроме того, на пылинках оседают микробы и вирусы, которые могут стать причиной инфекционных заболеваний.Пыль, содержащая частички свинца, хрома, может вызвать химические отравления.
Вредна пыль не только фабрично-заводская, но и сельскохозяйственная, и бытовая.Для защиты от пыли во время работы можно применять респираторы.По мере загрязнения респиратор надо менять.
Основные источники загрязнения воздуха — выхлопы автотранспорта, промышленные выбросы вредных газов, золы, дыма, а также использование ядохимикатов и минеральных удобрений в сельском хозяйстве, деятельность животноводческих ферм.
В городах, где мало растений, но много промышленных предприятий, нередко образуется смог — это смесь дыма, тумана и пыли, продуктов сухой перегонки топлива и сажи.В сухие дни смог имеет вид плотного желтого тумана, в пасмурные дни он содержит еще и капельки жидкости.
1.Механизм вдоха: сокращение дыхательных мышц (межреберных и диафрагмы); увеличение объема грудной полости; уменьшение давления в грудной полости и в полости легких; засасывание атмосферного воздуха через воздухоносные пути
2.Механизм выдоха: опускание ребер и расслабление диафрагмы; уменьшение объема грудной полости и полости легких; увеличение давления в легких; выталкивание части воздуха наружу.
3.Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге.Он состоит из центров вдоха и выдоха, которые регулируют работу дыхательных мышц.Спадение легочных альвеол, которое происходит при выдохе, рефлекторно вызывает вдох, а расширение альвеол рефлекторно вызывает выдох.
4.На работу дыхательных центров оказывают влияние и другие центры, в том числе расположенные в коре больших полушарий.Благодаря их влиянию дыхание изменяется при разговоре и пении.Возможно также сознательно изменять ритм дыхания во время физических упражнений.
Контролирующий блок.
1.Какую функцию при вдохе выполняет диафрагма?
2.Почему при вдохе объём лёгких увеличивается?
3.С чего начинается механизм выдоха?
4.Что происходит при выдохе с диафрагмой и почему?
5.Из чего состоит дыхательный центр, и что делают эти составные части?
6.Что происходит с мышцами вдоха и выдоха при задержке дыхания?
7.Что происходит при усилении процессов окисления?
Домашнее задание.
1.Зная, что во вдыхаемом воздухе содержится около 20 % кислорода, опреде¬лите, сколько О2 человек пропускает чрез легкие в сутки при спокойном дыхании.
2.Зная, что выдыхаемый воздух содержит 4 % углекислого газа, определите, сколько ученик выделяет СО2 в 1 минуту, в 1 ч, сколько — все учащиеся класса в 1 ч.Индивидуальное задание: подготовить сообщения к следующему занятию.Сообщение 1.«Дыхание на Эльбрусе».Сообщение 2.«Влияние курения на дыхание».
Интересно знать, что.
Искусственное дыхание применяется при оказании первой помощи утопленникам, при поражении электрическим током, молнией, отравлении угарным газом и других несчастных случаях.Искусственное дыхание позволяет возобновить деятельность дыхательного центра и спасти человека от смерти.Для этого необходимо обеспечить проходимость дыхательных путем, очистив рот и глотку от инородных тел.На рисунке 11 показан пример искусственного дыхания во время помощи утопающему.
Рис.11.Искусственное дыхание.Помощь утопающему
Давайте посмотрим видео, как делать искусственное дыхание:
Список литературы:
1.Урок на тему «Значение дыхания.Органы дыхательной систем» Васильева И.Н., учитель биологии, МОУ СОШ №19.
2.Никишов А.И., Рохлов В.С., Человек и его здоровье.Дидактический материал.М., 2011.
Отредактировано и выслано Борисенко И.Н.
Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме, где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия.Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, а и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего.Гильдия Лидеров Образования открывает двери для специалистов высшего ранга и приглашает к сотрудничеству в направлении создания лучших в мире школ.
© Автор системы образования 7W и Гипермаркета Знаний – Владимир Спиваковский
При использовании материалов ресурса
ссылка на edufuture.biz обязательна (для интернет ресурсов – гиперссылка).
edufuture.biz 2008-2017© Все права защищены.
Сайт edufuture.biz является порталом, в котором не предусмотрены темы политики, наркомании, алкоголизма, курения и других “взрослых” тем.
Ждем Ваши замечания и предложения на email: 
По вопросам рекламы и спонсорства пишите на email: 
Науколандия
Статьи по естественным наукам и математике
Механизм вдоха и выдоха
У человека механизм вдоха и выдоха осуществляется также как у всех млекопитающих за счет движений межреберных мышц и диафрагмы.Диафрагма — это мышца, разделяющая грудную и брюшную полости.
Дыхательные движения представляют собой попеременное увеличение и уменьшение объема легких.
В периоды высокой физической активности (например, при беге) кроме диафрагмы и межреберных мышц в дыхательных движениях также могут участвовать другие мышцы туловища и плечевого пояса.
На вдохе межреберные мышцы сокращаются, диафрагма смещается в сторону брюшной полости.Это приводит к увеличению объема грудной полости.
В грудной полости давление отрицательное, т.е.меньше атмосферного.Поэтому вслед за увеличением ее объема происходит растяжение легких.
Увеличение объема легких при неизменном объеме воздуха в них приводит к тому, что давление в них становится отрицательным.
Это, в свою очередь, ведет к засасыванию воздуха по дыхательным путям (носоглотку → гортань → трахею →бронхи).Газ всегда движется из области с более высоким давлением в область с более низким.Таким образом, в легкие поступает дополнительная порция воздуха, и давление в них становится равным атмосферному.
Выдох происходит пассивно.Межреберные мышцы и диафрагма просто расслабляются.При этом ребра опускаются как бы сдавливая грудную полость.Диафрагма приподнимается вверх, что тоже ведет к уменьшению грудной полости.
Стенки грудной полости давят на легкие, и они уменьшаются в объеме, выталкивая из себя воздух обратно по дыхательным путям.Можно сказать, что давление в легких становится выше атмосферного, в результате чего воздух устремляется в сторону более низкого давления, т.е.наружу.
Различие в механизмах дыхания у мужчин и женщин
Несмотря на то, что механизм вдоха и выдоха у человека обеспечивается как межреберными мышцами, так и диафрагмой, степень их участия в дыхательных движениях у мужчин и женщин различается.
Для мужского типа дыхания свойственно активное участие диафрагмы, в то время как межреберные мышцы сокращаются мало.Это называется брюшным типом дыхания.
Для женщин, наоборот, характерно активное сокращение межреберных мышц, в то время как диафрагма при вдохе и выдохе смещается не так сильно, как у мужчин.Это грудной тип дыхания.
Загрузка...
