§16. Будова й функції дихальної системи людини. Дихальні рухи. Газообмін у легенях і тканинах

До змісту

Поміркуйте й обговоріть ситуацію

Чи є біологічний зміст у висловах «Іж мовчки» або «Гуляєш — кричи, сів їсти — мовчи» і чому говорити під час ковтання небезпечно?

Так, у цих висловах є прямий біологічний сенс. Говорити під час ковтання їжі небезпечно, оскільки в цей момент може статися помилка в роботі надгортанного хряща. Цей хрящ, наче кришка, має закривати вхід до гортані під час ковтання, щоб їжа потрапила до стравоходу, а не в дихальні шляхи. Для розмови, навпаки, потрібен потік повітря, який проходить крізь гортань, тому вона залишається відкритою. Якщо людина намагається одночасно говорити й ковтати, їжа може випадково потрапити до дихальних шляхів, що може викликати сильний кашель або навіть задуху.

Індивідуальна робота

Яка функція слизу та злагоджених рухів війок миготливого епітелію, яким вистелено всі дихальні шляхи?

Слиз у дихальних шляхах виконує одразу кілька функцій: він зволожує повітря, яке ми вдихаємо, зігріває його та очищує. Слиз працює як липка пастка, що затримує пил, бактерії та віруси. У ньому також містяться захисні білки, що знешкоджують збудників інфекцій.

Злагоджені рухи війок миготливого епітелію схожі на хвилі. Вони постійно рухаються в одному напрямку і виштовхують слиз разом з усім брудом назовні з дихальних шляхів, очищуючи їх.

Завдання

Яка анатомічна причина того, що ліва легеня менша за розміром і має впадину С, а кут В гостріший за кут А?

Ліва легеня менша за розміром і має впадину (позначену як C), тому що в цьому місці розташоване серце. Ця впадина називається серцевою вирізкою. Через це ліва легеня поступається місцем для серця. Кут В (вхід у лівий бронх) гостріший, бо лівий бронх довший і вужчий за правий. Правий бронх (кут А) є ніби прямим продовженням трахеї, тому він ширший і розташований більш вертикально.

Якщо людині до дихальних шляхів випадково потрапив дрібний предмет, то в якій легені, ймовірніше, він опиниться?

Дрібний предмет, найімовірніше, опиниться в правій легені. Це пов’язано з тим, що правий бронх, як уже згадувалося, ширший і розташований більш вертикально, тому предмету легше потрапити саме туди.

Як правильно надати першу допомогу в разі такого випадку?

Якщо людина вдавилася, але ще може кашляти, потрібно заохочувати її продовжувати кашляти — це найефективніший спосіб самостійно позбутися предмета. Якщо ж людина не може кашляти, говорити чи дихати, потрібно негайно почати надавати допомогу:

1. Удари по спині. Нахиліть потерпілого трохи вперед і нанесіть 5 різких ударів долонею між лопатками.
2. Прийом Геймліха (поштовхи в живіт). Станьте позаду людини, обхопіть її руками за талію. Стисніть одну руку в кулак і покладіть її на живіт потерпілого між пупком і ребрами. Другою рукою обхопіть кулак і зробіть 5 різких поштовхів угору і на себе.
3. Чергування. Повторюйте цикли з 5 ударів по спині та 5 поштовхів у живіт, доки дихальні шляхи не звільняться або не прибуде медична допомога.

Знайдіть інформацію й виконайте завдання

З якою метою люди виконують дихальні вправи?

Люди виконують дихальні вправи з різною метою: для зміцнення здоров’я, розвитку фізичних якостей та відновлення організму. Такі вправи допомагають збільшити життєву ємність легень, що важливо для кращого насичення крові киснем. Дихальна гімнастика також є частиною лікувальних та реабілітаційних програм, наприклад для зняття стресу і психологічного напруження.

Для представниць / представників яких професій треба регулярно займатися дихальною гімнастикою?

Спортсмени, особливо плавці, пірнальники та веслярі, оскільки їм потрібна висока життєва ємність легень для досягнення результатів.

Співаки, актори та музиканти, що грають на духових інструментах. Для них дихальна гімнастика є частиною професійних тренувань, адже від правильного дихання залежить сила та краса голосу або звуку інструмента.

Індивідуальна робота

Використовуючи пояснення газообміну в альвеолах легень і наведену схему, опиши механізм газообміну між кров’ю та тканинами організму.

Механізм газообміну між кров’ю та тканинами відбувається за принципом дифузії, подібно до того, як це відбувається в легенях, але у зворотному напрямку.

1. Віддача кисню: Кров, що надходить до тканин у капілярах, багата на кисень, який переноситься еритроцитами. У клітинах тіла кисню мало, оскільки він постійно витрачається на процеси життєдіяльності для отримання енергії. Через різницю в концентрації кисень легко переходить (дифундує) з крові у клітини тканин.
2. Забирання вуглекислого газу: У результаті роботи клітин у них накопичується вуглекислий газ. Його концентрація в клітинах стає вищою, ніж у крові, що притікає до них. Тому вуглекислий газ за тим же принципом дифузії переходить із клітин у кров. Далі кров понесе його до легень, щоб ми могли його видихнути.

Віртуальне або лабораторне дослідження «Визначення та порівняння дихального об’єму й життєвої ємності легень (спірометрія)»

1. Методика проведення спірометрії.

Спірометрія — це процедура, під час якої за допомогою приладу спірометра вимірюють об’єм повітря, яке людина вдихає та видихає. Зазвичай потрібно зробити кілька дихальних маневрів у спеціальну трубку: спочатку спокійно подихати, а потім зробити максимально глибокий вдих і максимально сильний видих. Це дозволяє визначити ключові показники роботи легень.

2. Визначення дихального об’єму та життєвої ємності легень (ЖЄЛ).

• Дихальний об’єм (ДО) — це об’єм повітря, який ти вдихаєш і видихаєш у спокійному стані. Зазвичай він становить близько 500 мл.
• Життєва ємність легень (ЖЄЛ) — це найбільший об’єм повітря, який можна видихнути після того, як зробив максимально глибокий вдих. Це важливий показник стану дихальної системи.

(Ці показники можна точно визначити лише за допомогою лабораторного спірометра).

3. Розрахунок належної життєвої ємності легень (НЖЄЛ).

НЖЄЛ можна розрахувати за формулою Людвіга, підставивши свої дані:

НЖЄЛ (мл) = 40 🞄 х + 30 🞄 у - 4400$

де х — це твій зріст у см, а у — вага тіла в кг.

Наприклад, для учня зі зростом 170 см і вагою 60 кг розрахунок буде таким:

НЖЄЛ = (40 🞄 170) + (30 🞄 60) - 4400 = 6800 + 1800 - 4400 = 4200 мл.

4. Висновок.

• Середнє значення НЖЄЛ для класу: Щоб його визначити, кожен учень має розрахувати свою НЖЄЛ, а потім потрібно знайти середнє арифметичне цих значень.
• Відповідність реальним показникам: Порівняння твоєї реальної ЖЄЛ (виміряної приладом) з розрахованою НЖЄЛ покаже, наскільки твої легені розвинені порівняно із середнім очікуваним показником. Якщо ЖЄЛ більша за НЖЄЛ — це свідчить про гарну фізичну підготовку.
• Різниця між статями: У хлопців показники НЖЄЛ і ЖЄЛ зазвичай вищі, ніж у дівчат. Це пов’язано з анатомічними особливостями: у чоловіків, як правило, більший об’єм грудної клітки. У підручнику зазначено, що ЖЄЛ у чоловіків становить близько 4000–4500 мл, а у жінок — 3500 мл.
• Різниця у фізичній підготовці: У людей, які регулярно займаються спортом (особливо плаванням, веслуванням), ЖЄЛ може бути значно вищою — до 5500 мл і більше. Це тому, що тренування зміцнюють дихальні м’язи (діафрагму та міжреберні), що дозволяє їм вдихати та видихати більший об’єм повітря.

Знайдіть інформацію й виконайте завдання

Як залежить частота коливання (висота звуку) струни музичного інструмента від її довжини, товщини та ступеня натягнутості?

Частота коливання, а отже, і висота звуку струни, залежить від її фізичних характеристик. Чим коротша струна, тим вищий звук. Чим тонша струна, тим звук також вищий. І нарешті, чим сильніше натягнута струна, тим вище вона звучить.

Яка анатомічна причина різної висоти голосу в чоловіків і жінок?

Анатомічна причина різної висоти голосу полягає у відмінностях будови голосових зв’язок, які можна порівняти зі струнами. У чоловіків голосові зв’язки, як правило, довші та товщі. Через це вони коливаються повільніше і створюють нижчий звук. У жінок голосові зв’язки коротші та тонші, тому вони коливаються з більшою частотою, що призводить до вищого тембру голосу.

Відкритий мікрофон

Чому трахея складається з хрящових напівкілець, а не суцільних кілець?

Трахея складається з хрящових напівкілець, тому що позаду неї розташований стравохід. Така будова дозволяє стравоходу вільно розширюватися під час проходження їжі.

Чому дихальні шляхи мають бути постійно відкритими?

Дихальні шляхи повинні бути постійно відкритими для забезпечення безперешкодного проходження повітря до легень і назад. Це необхідно для безперервного процесу дихання, який забезпечує організм киснем і виводить вуглекислий газ.

Робота в групі

Як гіпоксія (нестача кисню) впливає на тканини організму?

Гіпоксія, тобто нестача кисню, дуже шкідлива для тканин організму. Кисень потрібен клітинам для процесу внутрішнього, або тканинного, дихання. Під час цього процесу окиснюються органічні речовини й виділяється енергія, необхідна для життя. Якщо кисню не вистачає, клітини не можуть виробляти достатньо енергії, що призводить до порушення їхньої роботи, а згодом і до загибелі.

Як взаємопов’язані робота дихальної та серцево-судинної систем?

Дихальна та серцево-судинна системи працюють як одна команда.

• Дихальна система відповідає за газообмін: вона забезпечує надходження кисню з повітря в кров у легенях і виведення вуглекислого газу з крові.
• Серцево-судинна система (серце і кровоносні судини) відповідає за транспортування цих газів. Кров розносить кисень від легень до кожної клітини тіла, а від клітин забирає вуглекислий газ і несе його назад до легень.

Цей зв’язок добре видно під час фізичних навантажень. Коли ми бігаємо, м’язи працюють інтенсивніше і виділяють більше вуглекислого газу. Спеціальні рецептори вловлюють це, і дихальний центр у мозку дає команду дихати частіше й глибше. Одночасно серце починає битися швидше, щоб встигати доставляти кисень м’язам і забирати вуглекислий газ. Таким чином, обидві системи посилюють свою роботу злагоджено, щоб забезпечити потреби організму.

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?

Спочатку порахуємо, скільки повітря школярка вдихає за годину в стані спокою:

18 циклів/хв · 450 мл · 60 хв = 486 000 мл, або 486 л.

Потім порахуємо для бігу:

35 циклів/хв · 450 мл · 60 хв = 945 000 мл, або 945 л.

Тепер знайдемо різницю:

945 л - 486 л = 459 л.

Отже, під час бігу школярка витратить на 459 літрів повітря більше.

2. Поясніть, чому в стані спокою людина здійснює 16-20 дихальних циклів за хвилину, а під час сну — лише 10-12.

Під час сну організм відпочиває, усі процеси в ньому сповільнюються, тому потреба в кисні зменшується. У крові накопичується менше вуглекислого газу, на рівень якого реагує дихальний центр у довгастому мозку. Через це він дає команду дихати рідше.

3. Спрогнозуйте, що станеться, якщо з легень повністю вийде все повітря.

Якщо з легень вийде все повітря, то альвеоли (маленькі мішечки, в яких відбувається газообмін) злипнуться. Це станеться тому, що в нормі в легенях завжди залишається так званий залишковий об’єм повітря, який не дає їм спадатися. Без цього об’єму наступний вдих стане неможливим, і газообмін припиниться.

4. Під час підйому в гори деякі люди відчувають головний біль, запаморочення або вони навіть можуть знепритомніти. Із чим це пов’язане?

Це пов’язано з тим, що високо в горах повітря розріджене, і атмосферний тиск нижчий. Через це парціальний тиск кисню в повітрі теж знижується. Кров не насичується киснем у достатній кількості, бо дифузія газів у легенях сповільнюється. Виникає кисневе голодування, або гіпоксія, що і викликає головний біль та запаморочення.