Как изменяется состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха кратко 8 класс биология

Обновлено: 05.07.2024

Дыхание — это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в окислительных процессах и удаление из организма углекислого газа.

Различают внешнее и внутреннее дыхание. Внешнее дыхание — это обмен газами между кровью и атмосферным воздухом, который происходит в органах дыхания. Внутреннее дыхание — это окислительные процессы в клетках, в результате которых выделяется энергия.

Поступление свежего воздуха, богатого кислородом, в дыхательную поверхность благодаря дыхательным движениям.
Диффузия кислорода через стенки альвеол в кровь.
Перенесение газов кровеносной системой организма.
Обмен углекислого газа и кислорода между клетками и кровью, который осуществляется путем диффузии через стенки клеток.

Грудное и брюшное дыхание

В процессе дыхания принимают участие диафрагма и мышцы туловища, прежде всего межреберные. В зависимости от того, действие каких из них является основным, различают брюшное и грудное дыхание. При брюшном дыхании в акте выдоха преобладает мышечное усилие, создаваемое диафрагмой, а при грудном — мышечное усилие, создаваемое межреберными мышцами.

Чрезвычайно важную роль в процессе дыхания играет плевра — оболочка, покрывающая легкие извне и состоящая из двух листков. Внутренний листок покрывает легкие, а внешний выстилает грудную полость. Между этими листками имеется узкое пространство с небольшим количеством жидкости.

Как происходит вдох и выдох

При вдохе диафрагма, имеющая куполообразную форму, сокращается и становится более плоской. Межреберные мышцы также сокращаются и поднимают ребра. В результате внутренний объем грудной полости увеличивается. При этом внешний листок плевры удаляется от внутреннего, но, поскольку пространство между ними герметично, здесь возникает зона низкого давления. Между тем давление внутри легких равняется атмосферному (ведь легкие сообщаются с атмосферой). Вследствие разницы в давлении легкие растягиваются и в них извне поступает воздух (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Движение диафрагмы и ребер при вдохе (а) и выдохе (б)

При выдохе диафрагма расслабляется, снова становится куполообразной и давит снизу на легкие. Одновременно расслабляются межреберные мышцы, и ребра под действием силы тяжести опускаются вниз. Объем грудной клетки уменьшается, она давит на стенки легких. Под давлением диафрагмы и грудной клетки из легких выталкивается воздух. Затем давление внутри легких выравнивается с атмосферным.

Как происходит газообмен

Газообмен между воздухом и кровью происходит в альвеолах. Общая площадь их поверхности у разных людей составляет от 60 до 120 м2. Именно благодаря такой большой площади газообмен осуществляется очень быстро.

Кислород из воздуха, поступившего в альвеолы, растворяется в жидкости, покрывающей их поверхность. Поэтому вследствие процесса диффузии кислород попадает в капилляры, расположенные у поверхности альвеол. В клетках крови эритроцитах содержится белок гемоглобин, который захватывает кислород и транспортирует его к клеткам организма. Когда эритроциты попадают в капилляры тканей, происходит газообмен. Кислород из эритроцитов переходит в тканевую жидкость, а из нее — в клетки тканей. Из тканевой жидкости в капилляры поступает углекислый газ.

Как изменяется состав воздуха во время описанных процессов, можно проследить по таблице.

Изменения, происходящие с составом воздуха при дыхании

Как образуются звуки

Одна из основных функций дыхательной системы человека — образование звуков. Именно благодаря органам этой системы мы можем разговаривать. Органы, участвующие в образовании голоса,— это гортань, полость глотки, носовая и ротовая полости, язык, губы, зубы, челюсти. Но главную роль в этом процессе играют голосовые связки гортани (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Голосовые связки в гортани

Голосовые связки состоят из эластичных упругих волокон. Они натянуты поперек гортани параллельно друг другу, а между ними расположена голосовая щель. Натяжение голосовых связок регулируют прикрепленные к ним мышцы.

В отсутствие грудной клетки и межрёберной мускулатуры механизм дыхания у лягушки нагнетательного типа – с помощью движения ротоглоточной полости. Механизм дыхания млекопитающих обусловлен изменением объема грудной клетки за счет движения ребер и свойственной млекопитающим особой мышцы — диафрагмы.

Вопрос 2. Как осуществляется транспорт газов кровью? Какие форменные элементы отвечают за этот процесс?

Переносчиком кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким является кровь. В свободном (растворенном) состоянии переносится настолько малое количество этих газов, что им смело можно пренебречь при оценке потребностей организм.

Кислород транспортируется в виде оксигемоглобина. Оксигемоглобин — это комплекс гемоглобина и молекулярного кислорода.

Гемоглобин содержится в красных кровяных тельцах — эритроцитах. Эритроциты под микроскопом похожи на слегка приплюснутый бублик, дырку в котором забыли проткнуть до конца. Такая необычная форма позволяет эритроцитам взаимодействовать с окружающей кровью большей площадью, чем шарообразным. А кроме того, эритроцит способен сворачиваться в трубочку, протискиваясь в узкий капилляр и добираясь в самые отдаленные уголки организма.

В 100 мл крови при температуре тела растворяется лишь 0,3 мл кислорода. Кислород, растворяющийся в плазме крови капилляров малого круга кровообращения, диффундирует в эритроциты, сразу же связывается гемоглобином, образуя оксигемоглобин, в котором кислорода 190 мл/л.

ВОПРОСЫ К ПАРАГРАФУ

Вопрос 1. Каков механизм дыхательных движений, обеспечивающих у человека вдох и выдох?

Вдох заключается в том, что диафрагма опускается вниз, отодвигая органы брюшной полости, а межреберные мышцы поднимают грудную клетку вверх, вперед и в стороны. Объем грудной полости увеличивается, и легкие следуют этим увеличением, поскольку содержащиеся в легких газы прижимают их к пристеночной плевре.

Выдох начинается с того, что межреберные мышцы расслабляются. Под действием силы тяжести грудная стенка опускается вниз, а диафрагма поднимается вверх, поскольку растянутая стенка живота давит на внутренние органы брюшной полости, а они — на диафрагму. Объем грудной полости уменьшается, легкие сдавливаются, давление воздуха в альвеолах становится выше атмосферного, и часть его выходит наружу. Все это происходит при спокойном дыхании.

Вопрос 2. Что такое жизненная ёмкость лёгких и от чего она зависит?

Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) — максимальное количество воздуха, которое может быть забрано в легкие после максимального выдоха.

Среднее значение ЖЕЛ составляет 3500 см3 и сильно зависит от возраста, пола, тренированности человека. От рождения до взросления этот показатель увеличивается примерно в 45 раз и может достигать у тренированного человека более 5000 см3.

Вопрос 3. Охарактеризуйте особенности транспорта газов кровеносной системой как важнейшего этапа дыхания.

При вдохе лёгкие заполняются воздухом, который в основном содержит кислород, углекислый газ, азот и пары воды.

В альвеолах кислород переходит из альвеолярного воздуха в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолярный воздух. Это происходит благодаря тому, что кровь, поступающая в лёгкие по сосудам малого круга кровообращения из правого желудочка сердца, содержит много углекислого газа. В лёгких углекислый газ переходит из кровеносных сосудов в альвеолы и выдыхается в окружающую среду. Кислород из воздуха, заполняющего альвеолы при вдохе, наоборот, переходит в кровь, находящуюся в капиллярах малого круга. В крови кислород связывается гемоглобином эритроцитов, и кровь, ставшая теперь артериальной, устремляется по сосудам к сердцу.

В тканях других органов наблюдается обратная картина. В межклеточной жидкости и в клетках кислорода значительно меньше, чем в крови, приносимой по сосудам большого круга кровообращения из левого желудочка сердца. Гемоглобин отдаёт кислород, который выходит в тканевую жидкость, окружающую кровеносные капилляры, а затем попадает в клетки. В клетках кислород используется для окисления органических соединений, что приводит к освобождению энергии и образованию основного конечного продукта распада органических соединений — углекислого газа.

Вопрос 4. Как изменяется состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха?

Человек дышит атмосферным воздухом, который имеет следующий состав: 20,94% кислорода, 0,03% углекислого газа, 79,03% азота. В выдыхаемом воздухе обнаруживается 16,3% кислорода, 4% углекислого газа, 79,7% азота.

Состав выдыхаемого воздуха непостоянен и зависит от интенсивности обмена веществ, а также от частоты и глубины дыхания. Стоит задержать дыхание или сделать несколько глубоких дыхательных движений, как состав выдыхаемого воздуха изменяется.

Вопрос 5. Как происходит газообмен в лёгких и в других органах?

Обмен газов в легких происходит благодаря диффузии. Кровь, поступившая от сердца в капилляры, оплетающие легочные альвеолы, содержит много углекислого газа. В воздухе легочных альвеол его мало, поэтому он покидает кровеносные сосуды и переходит в альвеолы. Кислород поступает в кровь тоже благодаря диффузии. В крови свободного кислорода мало, потому что его непрерывно связывает находящийся в эритроцитах гемоглобин, превращаясь в оксигемоглобин. Ставшая артериальной кровь покидает альвеолы и по легочной вене направляется к сердцу. Но чтобы этот газообмен мог идти непрерывно, необходимо, чтобы состав газов в легочных альвеолах был постоянным.

На основании анализа и обобщения имеющихся у вас знаний установите взаимосвязь кровеносной и дыхательной систем человека. Отобразите эту взаимосвязь в виде карты понятий. Обсудите свои варианты в классе.

Система органов дыхания и кровеносная система объединяются в единую функциональную систему для выполнения общей функции – обеспечение организма кислородом и вывода углекислого газа.

Газообмен в организме человека происходит в легких. Место обогащения крови кислородом называется альвеола. Стенка альвеолы состоит из одного слоя плоского эпителия и тонкого слоя эластичных волокон. Альвеолы покрыты густой сетью кровеносных капилляров, в которых осуществляется газообмен.

В легочные капилляры по малому кругу кровообращения поступает венозная кровь. Она бедна кислородом и насыщена углекислым газом. Воздух в легочных альвеолах, наоборот, богат кислородом, а углекислого газа в нем значительно меньше. Поэтому в соответствии с законами осмоса и диффузии кислород из легочных альвеол устремляется в кровь, где соединяется с гемоглобином эритроцитов. Углекислый газ из крови, где он содержится в избытке, проникает в легочные альвеолы. Вдыхаемый и выдыхаемый воздух сильно отличаются по составу. В атмосферном воздухе содержание кислорода доходит до 21%, углекислого газа – 0,03-0,04%. В выдыхаемом воздухе количество кислорода снижается до 16%, содержание углекислого газа увеличивается до 4-4,5%.

Из капилляров большого круга кровообращения кислород поступает в ткани. В артериальной крови кислорода больше, чем в клетках, поэтому он легко диффундирует в них. Углекислый газ из клеток поступает в кровь. В тканях артериальная кровь преобразуется в венозную. По венам большого круга кровообращения венозная кровь поступает в сердце, а оттуда опять в легкие.

Почему в выдыхаемом воздухе больше кислорода и меньше углекислого газа, чем в альвеолярном воздухе?

Состав альвеолярного воздуха значительно отличается от состава атмосферного, вдыхаемого воздуха. В нем меньше кислорода (14,2%) и большое количество углекислого газа (5,2%).

В выдыхаемом воздухе кислорода содержится больше, чем в альвеолярном. Объясняется это тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух, который находится в органах дыхания, в воздухоносных путях.

Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха

Атмосферный воздух , который вдыхает человек, находясь вне помещения (или в хорошо вентилируемых помещениях), содержит 20,94% кислорода, 0,03% углекислого газа, 79,03% азота. В закрытых помещениях, заполненных людьми, процентное содержание углекислого газа в воздухе может быть несколько выше.

Выдыхаемый воздух содержит в среднем 16,3% кислорода, 4% углекислого газа, 79,7% азота (эти цифры приведены в перерасчете на сухой воздух, т. е. за вычетом паров воды, которыми всегда насыщен выдыхаемый воздух).

Состав выдыхаемого воздуха весьма непостоянен; он зависит от интенсивности обмена веществ организма и от объема легочной вентиляции. Стоит сделать несколько глубоких дыхательных движений или, напротив, задержать дыхание, чтобы состав выдыхаемого воздуха изменился.

Азот в газообмене не участвует, однако процентное содержание азота в видимом воздухе на несколько десятых долей процента выше, чем во вдыхаемом. Дело в том, что объем выдыхаемого воздуха несколько меньше, чем объем вдыхаемого, а потому то же самое количество азота, распределяясь в меньшем объеме, дает больший процент. Меньший объем выдыхаемого воздуха по сравнению с объемом вдыхаемого объясняется тем, что углекислого газа выделяется несколько меньше, чем поглощается кислорода (часть поглощаемого кислорода используется в организме на обращение соединений, которые выделяются из организма с мочой и потом).

Альвеолярный воздух отличается от выдыхаемого большим процентом некислоты и меньшим процентом кислорода. В среднем состав альвеолярного воздуха таков: кислорода 14,2—14,0%, углекислого газа 5,5— 5,7%, азота около 80%.

Различие в составе альвеолярного и выдыхаемого воздуха объясняется тем, что последний содержит не только воздух из альвеол, но также из вредного пространства. Состав же воздуха вредного пространства к концу вдоха не отличается от атмосферного воздуха, так как он не вступает в газообмен с кровью ( рис. 54 ).

Рис. 54. Содержание кислорода и углекислого газа в различных порциях выдыхаемого воздуха. 1 — воздух вредного пространства; 2 — воздух вредного пространства, смешанный с воздухом альвеол; 3 — альвеолярный воздух.

Определение состава альвеолярного воздуха важно для понимания механизма газообмена в легких. Холден предложил простой метод для определения состава альвеолярного воздуха. После нормального вдоха исследуемый делает возможно более глубокий выдох через трубку длиной 1—1,2 м и диаметром 25 мм. Первые порции выдыхаемого воздуха,уходящие через трубку, содержат воздух вредного пространства; последние же порции, остающиеся в трубке, содержат альвеолярный воздух. Для анализа в газоприемник берут воздуха из той части трубки, которая находится ближе всего ко рту.

Состав альвеолярного воздуха несколько различается в зависимости от того, произведён ли забор пробы воздуха для анализа на высоте вдоха или выдоха. Если сделать быстрый, короткий и неполный выдох в конце нормального вдоха, то проба воздуха отразит состав альвеолярного воздуха после наполнения легких дыхательным воздухом, т. е. во время вдоха. Если же сделать глубокий выдох после нормального выдоха, то проба отразит состав альвеолярного воздуха во время выдоха. Понятно, что в первом случае процент углекислого газа будет несколько меньше, а процент кислорода несколько больше, чем во втором. Это видно из результатов опытов Холдена, который установил, что процент углекислого газа в альвеолярном воздухе в конце вдоха составляет в среднем 5,54, а в конце выдоха — 5,72.

Таким оораэом, имеется сравнительно небольшое различие в содержании углекислого газа в альвеолярном воздухе на вдохе и на выдохе: всего на 0,2—0,3%. Это в большой степени объясняется тем, что при нормальном дыхании, как сказано выше, ется всего, обновляется всего 1/7 объема воздуха в легочных альвеолах. Относительное постоянство состава альвеолярного воздуха имеет большое физиологическое значение, что выяснено ниже.

В альвеолярном воздухе содержание кислорода всегда выше, чем в венозной крови, движущейся по лёгочным капиллярам. Поэтому кислород перемещается из альвеол в кровь, превращая её в артериальную. В крови кислород соединяется с гемоглобином и транспортируется к тканям.

В тканях кислород из капилляров большого круга кровообращения диффундирует в тканевую жидкость, а из неё — в клетки, где используется для окисления органических веществ.

Углекислый газ проходит обратный путь: он поступает из тканей в кровь, растворяется в ней или связывается с гемоглобином. По кровеносным сосудам углекислый газ переносится к лёгким, где переходит в альвеолы и выводится с выдыхаемым воздухом наружу.

В результате количество кислорода в выдыхаемом воздухе уменьшается от \(21\) % до \(16\) %, а содержание углекислого газа увеличивается от \(0,03\) % до \(4\) %.

Читайте также: