§ 20. Процеси газообміну в легенях і тканинах

Пригадайте будову кровоносної системи ссавців. Які кровоносні судини називають венами, а які – артеріями? Що таке мале та велике кола кровообігу, артеріальна й венозна кров? Які ви знаєте закони дифузії? Що таке гомеостаз?

Як відбувається обмін газів у легенях? Ви вже знаєте, що основна функція легень – це забезпечення газообміну між атмосферним повітрям і кров’ю. Під час вдиху атмосферне повітря надходить до легень і в альвеолах змішується з повітрям, яке залишилося в них після видиху.

По артеріях малого кола кровообігу венозна кров потрапляє в легені (пригадайте, який шлях проходить кров по малому колу кровообігу у ссавців). У венозній крові міститься значний відсоток вуглекислого газу. Через стінки капілярів альвеол відбувається газообмін між повітрям, яке міститься в альвеолах (альвеолярне повітря), та кров’ю: вона віддає вуглекислий газ і отримує кисень, тобто венозна кров перетворюється на артеріальну. Артеріальна кров виходить з легень через легеневі вени та прямує до серця.

Пригадаймо: атмосферне повітря є сумішшю різних газів, але основними його складовими є кисень, вуглекислий газ та азот. На кожного з них у цій газовій суміші припадає певна частка, яка відповідає такій у загальному атмосферному тиску. Вимірюють цю частку тиску в міліметрах ртутного стовпчика (скорочено мм рт. ст.). Концентрація газів у рідинах характеризується терміном напруження. Він означає, з якою силою розчинений газ намагається залишити рідину.

У повітрі, яке вдихає людина, кисню значно більше, ніж у венозній крові. Оскільки тиск кисню в альвеолярному повітрі більший (102 мм рт. ст.), ніж у венозній крові (40 мм рт. ст.), то згідно з основним законом дифузії кисень з альвеолярного повітря потрапляє крізь стінки альвеол та стінки капілярів у кров.

Вуглекислий газ переходить в альвеолярне повітря завдяки різниці між його напруженням у венозній крові (47 мм рт. ст.) і тиском в альвеолярному повітрі (40 мм рт. ст.). Як бачимо, ця різниця незначна, однак оскільки швидкість дифузії вуглекислого газу з крові приблизно у 25 разів більша, ніж кисню, то й цього достатньо для переходу вуглекислого газу з крові в альвеолярне повітря.

Цікаво знати

Щоб уявити масштаби газообміну, який відбувається в легенях, слід пам’ятати, що за добу в кожної людини за умов найбільшого спокою з альвеолярного повітря в кров надходить близько 500 л кисню, а з видихуваним повітрям виділяється близько 450 л вуглекислого газу. Зрозуміло, що за напруженої діяльності організму ці показники різко зростають.

Отже, завдяки інтенсивному обміну газів у легенях, тобто безперервному надходженню кисню та видаленню вуглекислого газу, склад альвеолярного повітря сталий, що має велике значення для підтримання гомеостазу.

Як відбувається газообмін у тканинах? Збагачена киснем артеріальна кров по великому колу кровообігу від серця надходить у капіляри, розміщені у всіх тканинах. Тут артеріальна кров перетворюється на венозну (позбавлену кисню і збагачену вуглекислим газом). Вона повертається до серця, а звідти – до легень. Таке переміщення газів з кровообігом має назву транспорт газів кров’ю. Значна частина кисню і вуглекислого газу переноситься у хімічно зв’язаному стані з білком гемоглобіном, який міститься в еритроцитах (1 г гемоглобіну зв’язує 1,34 мл кисню). Кров постачає до тканин кисень у вигляді окисненого гемоглобіну (оксигемоглобіну НbО₂) – нестійкої сполуки, яка легко розпадається і вивільняє кисень (мал. 83).

Газообмін у тканинах також відбувається за основним законом дифузії. У тканинах кисень з капілярів, де його концентрація більша, переходить у тканинну рідину з меншою концентрацією цього газу, а з неї – у клітини. Вуглекислий газ, навпаки, переходить з клітин у міжклітинну рідину, а з неї – у кров. Як це відбувається? В артеріальній крові капілярів уміст кисню більший, ніж у клітинах. Завдяки дифузії кисень через стінки капілярів легко переходить у тканинну рідину, з якої проникає в клітини. Там він відразу вступає в реакції окиснення органічних речовин (білків, жирів, вуглеводів). Тому кисень в клітинах не запасається.

Унаслідок процесів окиснення у клітинах збільшується вміст вуглекислого газу. Він так само завдяки дифузії з клітин через тканинну рідину надходить у капіляри, у яких частина (близько 25 %) вуглекислого газу зв’язується з гемоглобіном, утворюючи нестійку сполуку (карбгемоглобін). Решта (близько 75 %) вуглекислого газу зв’язується з плазмою крові, утворюючи карбонатну кислоту (Н₂СО₃). Так артеріальна кров перетворюється на венозну, яка по венах великого кола кровообігу надходить до серця, звідти судинами малого кола кровообігу – до легень. У легенях карбгемоглобін розпадається, вуглекислий газ вивільняється і виводиться з організму.

Чи змінюється склад повітря в легенях? Ви пам’ятаєте, що до складу атмосферного повітря входить майже 21 % кисню, близько 79 % азоту, приблизно 0,03 % вуглекислого газу, невелика кількість водяної пари та інертних газів. Саме такий склад вдихуваного повітря, яке надходить до нашого організму. Завдяки змінам частоти і глибини дихання в альвеолах підтримується відносно стабільний склад газів. Повітря, яке видихається, називають видихуваним. Його склад порівняно з вдихуваним інший: вміст у ньому кисню знижується, а вуглекислого газу збільшується (див. таблицю 5).

Мал. 83. Молекула гемоглобіну здатна приєднувати та віддавати кисень

СКЛАД АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ ТА ПОВІТРЯ ПІСЛЯ ВИДИХУ

Повітря

Вміст газів (%)

§ 35. Газообмін

• 1. Навіщо потрібен газообмін? Ви вже знаєте, що більшість тварин належить до аеробів (рис. 31.2, с. 124). Для їхньої життєдіяльності потрібен кисень. Він використовується при вивільненні енергії органічних речовин, які розкладаються до неорганічних, зокрема до вуглекислого газу. Отже, більшості тварин треба транспортувати кисень із середовища до клітин тіла, а вуглекислий газ — від клітин тіла назовні.

• 2. Чим газообмін відрізняється від дихання? На перший погляд, ці два поняття є подібними, однак потрібно навчитися їх розрізняти. Газообмін — це обмін тіла тварини киснем і вуглекислим газом із навколишнім середовищем. Дихання — це біохімічний процес, що відбувається в клітинах, точніше, у мітохондріях (органелах клітин; рис. 3.3, с.14). Дихання — це перетворення складних органічних молекул під дією кисню на воду й вуглекислий газ із виділенням значної кількості енергії. Ця енергія накопичується в спеціальних молекулах.

На жаль, уявлення про газообмін і дихання значною мірою переплутані. Наприклад, систему, функцією якої є газообмін, називають дихальною. У побуті диханням називають і газообмін, і переміщення повітря повітроносними шляхами дихальної системи, і навіть рухи тварин, що забезпечують газообмін. Але ми вживатимемо ці слова саме у вказаних вище значеннях.

• 3. Газообмін водних тварин. У невеликих за розміром тварин, як-от планарія чи гідра з уявного ставка, газообмін здійснюється через покриви. Якщо тварина дрібна, то таке переміщення газів може повністю забезпечити всі її потреби: кисень надходитиме до тіла, а вуглекислий газ — виходитиме назовні.

Чому під час газообміну гази переходять туди, куди потрібно організму?

Через проникну для них перепону гази переходять звідти, де їх більше, туди, де їх менше (рис. 35.1).

Для великих тварин газообміну через поверхню тіла замало, і в них з’являється спеціальна система газообміну. У водяних тварин — це зябра (рис. 35.2, с. 140) — розростання покривів, у яких добре розвинена транспортна система. Газообмін відбувається між навколишнім середовищем і транспортною речовиною (наприклад, кров’ю). Зябра є і в деяких дорослих амфібій, що повторно повернулися до життя у воді.

Рис. 35.1. Схема газообміну в легенях ссавців. Зверніть увагу: гази переходять туди, де їх відносно менше.

Рис. 35.2. Зябра черепашої п’явки (а); хвостатої амфібії протея (б); голозябрового молюска (в): пуголовка (г) та риби (ґ)

• 4. Газообмін наземних тварин. Чи існують наземні тварини, що дихають зябрами? Так, але їхнє життя обмежене вологим середовищем. Мокриці (див. табл. 11.1, с. 46) мешкають у вологих схованках, а пальмовий крадій (тропічний рак-самітник), що дихає зябрами на суходолі, активний переважно вночі.

У більшості наземних тварин виникають спеціалізовані органи газообміну з повітрям. У них газообмін також відбувається через вологу поверхню. Саме тому пі органи мають вигляд камер чи ходів, де підтримується висока вологість. До них належать легені та трахеї.

Легені можуть мати різне походження в різних груп (рис. 35.3, 35.4). Вони зазвичай мають вигляд однієї чи декількох комірок, до яких ведуть отвори або досить складно побудовані повітроносні шляхи. У черевоногих молюсків легеня має вигляд мішечка, що відкривається назовні отвором у верхній частині тіла біля устя черепашки (рис. 35.3). У павукоподібних у середині легені часто є книжкоподібні вирости, що збільшують поверхню газообміну (рис. 35.4).

Парні легені хребетних утворюються як випинання передньої частини стравоходу. Вони з’явилися ще в риб як орган газообміну з повітрям із води та стали в пригоді під час заселення суходолу. В амфібій, для яких велике значення має газообмін через шкіру, легені прості за своєю будовою (рис. 35.5).

Рис. 35.3. У цього слимака добре видно отвір легені

Рис. 35.4. Легені павука нагадують книжку з багатьма сторінками

Рис. 35.5. Ускладнення будови легень у ряді від амфібій до ссавців

У повністю наземних хребетних дихальна система ускладнюється. Виникають складні повітроносні шляхи, у яких повітря охолоджується або нагрівається та зволожується. Ускладнюється й внутрішня будова легенів. У легенях рептилій з’являються перегородки, що збільшують поверхню газообміну. У легенях ссавців утворюється безліч комірок — альвеол.

Ефективність газообміну в легенях птахів підвищилася інакше, ніж у ссавців. Завдяки наявності системи повітряних міхурів птахи забезпечують безперервний потік свіжого повітря через легені (рис. 35.6).

Особливими є органи газообміну комах — трахеї. Вони мають вигляд трубочок, що розгалужуються в тілі. Трахеями кисень надходить до всіх органів і тканин. Трахеї відкриваються парними отворами на сегментах тіла комахи (рис. 35.7).

Рис. 35.6. Система газообміну птахів

Рис. 35.7. Схема будови трахей у комах

Дихальна система з’являється для газообміну у великих тварин. У дрібних тварин газообмін здійснюється крізь покриви. У водних організмів дихальна система — це зябра різної будови та походження. У наземних тварин виникають легені або трахеї.

Газообмін; дихання; зябра; легені; альвеоли; трахеї.

• 1. Як ви вважаєте, чому легеня молюсків має більш просту будову, ніж у павуків?
• 2. Поясніть, чому з виходом на суходіл у хребетних тварин зябра перетворилися на легені.
• 3. Чому в амфібій немає повітроносних шляхів, а в рептилій, птахів і ссавців вони добре розвинені?
• 4*. Розгляньте схему подвійного дихання птахів (рис. 35.6, 35.8). Спробуйте пояснити, чому в легенях птахів постійно є насичене киснем повітря.

• 5. Подвійне дихання птахів. Найдосконалішу систему газообміну мають птахи (рис. 35.6, 35.8). Їхні легені відносно невеликі й не розтягуються. Зате вони пов’язані бронхами із системою повітряних міхурів (три передніх і чотири задніх), що здатні змінювати свій об’єм. Під час вдиху міхури наповнюються, причому в передні міхури повітря проходить через легені, а в задні — надходить напряму. Під час видиху свіже повітря із задніх міхурів проходить через легені, а з передніх — виходить назовні. Тобто як на вдиху, так і на видиху через легені проходить потік свіжого повітря. Ефективність обміну газів у легенях птахів є вищою, ніж у будь-якої іншої групи тварин.

• 6. Зміна способу газообміну протягом життя. Ви вже знаєте, що в пуголовків газообмін забезпечують зябра, а в дорослих безхвостих амфібій — легені. Це не єдиний приклад. Личинки бабок, одноденок і деяких інших комах, що розвиваються у воді, мають трахейні зябра. Це тонкі листоподібні вирости тіла, куди заходять трахеї, які не відкриваються отвором назовні (рис. 35.9). Газообмін відбувається крізь їх стінку.

Зміна органа газообміну може відбуватися і в дорослих особин. Наприклад, болотні черепахи (див. табл. 24.1, с. 95) за нормальних умов дихають легенями. Під час зимівлі у воді газообмін у них відбувається через слизові оболонки ротової порожнини й клоаки.

Рис. 35.8. Схема подвійного дихання птахів

Рис. 35.9. Вирости на кінці черевця личинки бабки — трахейні зябра

39.1: Системи газообміну

Первинна функція дихальної системи полягає в доставці кисню до клітин тканин організму і виведенні вуглекислого газу, продукту життєдіяльності клітин. Основними структурами дихальної системи людини є порожнина носа, трахея, легені.

Всі аеробні організми потребують кисню для виконання своїх метаболічних функцій. Уздовж еволюційного дерева різні організми розробили різні засоби отримання кисню з навколишньої атмосфери. Навколишнє середовище, в якій живе тварина, сильно визначає, як тварина дихає. Складність дихальної системи співвідноситься з розмірами організму. Зі збільшенням розміру тварини збільшуються дифузійні відстані і співвідношення площі поверхні до обсягу падає. У одноклітинних організмів дифузії по клітинній мембрані достатньо для подачі кисню в клітину (рис. \(\PageIndex\) ). Дифузія – повільний, пасивний транспортний процес. Для того, щоб дифузія була здійсненним засобом забезпечення кисню в клітину, швидкість поглинання кисню повинна відповідати швидкості дифузії через мембрану. Іншими словами, якби клітина була дуже великою або товстою, дифузія не змогла б забезпечити киснем досить швидко всередину клітини. Тому залежність від дифузії як засобу отримання кисню і видалення вуглекислого газу залишається здійсненною лише для дрібних організмів або тих, у кого сильно сплющені тіла, таких як багато плоских черв’яків (Platyhelminthes). Більшим організмам доводилося розвивати спеціалізовані дихальні тканини, такі як зябра, легені та дихальні шляхи, що супроводжуються складними кровоносними системами, для транспортування кисню по всьому тілу.

Малюнок \(\PageIndex\) : Клітина одноклітинної водорості Ventricaria ventricosa – одна з найбільших відомих, що досягає одного-п’яти сантиметрів в діаметрі. Як і всі одноклітинні організми, V. ventricosa обмінюється газами по клітинній мембрані.

Пряма дифузія

Для дрібних багатоклітинних організмів дифузія через зовнішню мембрану достатня для задоволення їх потреб у кисні. Газообмін шляхом прямої дифузії через поверхневі мембрани ефективний для організмів діаметром менше 1 мм. У простих організмів, таких як кнідарії і плоскі черв’яки, кожна клітина в організмі близька до зовнішнього середовища. Їх клітини утримуються вологими, а гази швидко розсіюються за допомогою прямої дифузії. Плоскі черв’яки – це невеликі, буквально плоскі черв’яки, які «дихають» через дифузію через зовнішню мембрану (рис. \(\PageIndex\) ). Плоска форма цих організмів збільшує площу поверхні для дифузії, гарантуючи, що кожна клітина всередині тіла знаходиться близько до зовнішньої мембранної поверхні і має доступ кисню. Якби плоский черв’як мав циліндричне тіло, то клітини в центрі не змогли б отримати кисень.

Малюнок \(\PageIndex\) : Процес дихання цього плоского черв’яка працює шляхом дифузії через зовнішню мембрану. (кредит: Стівен Чайлдс)

Шкіра і зябра

Дощові черв’яки і земноводні використовують свою шкіру (покриви) як дихальний орган. Щільна мережа капілярів лежить трохи нижче шкіри і полегшує газообмін між зовнішнім середовищем і кровоносною системою. Дихальна поверхня повинна бути вологою, щоб гази розчинялися і дифузувалися по клітинних мембранах.

Організми, які живуть у воді, потребують отримання кисню з води. Кисень розчиняється у воді, але в меншій концентрації, ніж в атмосфері. Атмосфера має приблизно 21 відсоток кисню. У воді концентрація кисню набагато менше, ніж така. Риби та багато інших водних організмів еволюціонували зябра, щоб забрати розчинений кисень з води (рис. \(\PageIndex\) ). Зябра – це тонкі тканинні нитки, які сильно розгалужені і складені. Коли вода проходить над зябрами, розчинений кисень у воді швидко дифундує по зябрам в кров. Потім кровоносна система може переносити насичену киснем кров до інших частин тіла. У тварин, які містять целомічну рідину замість крові, кисень дифундує по зябрових поверхнях в целемічну рідину. Зябра зустрічаються у молюсків, аннелід, ракоподібних.

Малюнок \(\PageIndex\) : Цей звичайний короп, як і багато інших водних організмів, має зябра, які дозволяють йому отримувати кисень з води. (Кредит: «Гітардуд 012″/Вікісховище)

Складені поверхні зябер забезпечують велику площу поверхні для того, щоб риба отримувала достатню кількість кисню. Дифузія – це процес, при якому матеріал рухається від областей високої концентрації до низької концентрації до досягнення рівноваги. При цьому кров з низькою концентрацією молекул кисню циркулює по зябрам. Концентрація молекул кисню у воді вище, ніж концентрація молекул кисню в зябрах. В результаті молекули кисню дифундують з води (висока концентрація) в кров (низька концентрація), як показано на рис \(\PageIndex\) . Аналогічно молекули вуглекислого газу в крові дифундують з крові (висока концентрація) у воду (низька концентрація).

Малюнок \(\PageIndex\) : Коли вода протікає по зябрам, кисень передається крові через вени. (Кредит «риба»: модифікація роботи Дуейн Рейвер, NOAA)

Трахеальні системи

Дихання комахи не залежить від його кровоносної системи, тому кров не грає прямої ролі в транспорті кисню. Комахи мають вузькоспеціалізований тип дихальної системи під назвою трахеальна система, яка складається з мережі невеликих трубок, які переносять кисень до всього організму. Трахеальна система є найбільш прямою і ефективною дихальною системою у активних тварин. Трубки в системі трахеї виготовлені з полімерного матеріалу, званого хітином.

Тіла комах мають отвори, звані дихальцями, уздовж грудної клітки і черевця. Ці отвори з’єднуються з трубчастою мережею, пропускаючи кисень всередину корпусу (рис. \(\PageIndex\) ) і регулюючи дифузію СО ₂ і водяної пари. Повітря надходить і виходить з трахеальної системи через дихальця. Деякі комахи можуть провітрювати трахеальну систему рухами тіла.

Малюнок \(\PageIndex\) : Комахи здійснюють дихання через трахеальну систему.

Системи ссавців

У ссавців легенева вентиляція відбувається за допомогою інгаляції (дихання). Під час вдиху повітря надходить в організм через носову порожнину , розташовану якраз всередині носа (рис. \(\PageIndex\) ). У міру проходження повітря через носову порожнину повітря нагрівається до температури тіла і зволожується. Дихальні шляхи покриті слизом для ущільнення тканин від прямого контакту з повітрям. Слизу багато в воді. Коли повітря перетинає ці поверхні слизових оболонок, він набирає воду. Ці процеси допомагають врівноважити повітря до умов тіла, зменшуючи будь-яку шкоду, яку може спричинити холодне, сухе повітря. Тверді частинки, які плавають у повітрі, видаляються в носових ходах через слиз і вії. Процеси зігрівання, зволоження і видалення частинок є важливими захисними механізмами, що перешкоджають пошкодженню трахеї і легенів. Таким чином, інгаляція служить декільком цілям крім приведення кисню в дихальну систему.

Малюнок \(\PageIndex\) : Повітря потрапляє в дихальну систему через носову порожнину і глотку, а потім проходить через трахею і в бронхи, які приносять повітря в легені. (кредит: модифікація роботи NCI)

Яке з наведених нижче тверджень про дихальну систему ссавців є помилковим?

1. Коли ми вдихаємо, повітря рухається від глотки до трахеї.
2. Бронхіоли розгалужуються на бронхи.
3. Альвеолярні протоки з’єднуються з альвеолярними мішками.
4. Газообмін між легенем і кров’ю відбувається в альвеолі.

З порожнини носа повітря проходить через глотку (горло) і гортань (голосовий ящик), так як пробирається до трахеї (рис. \(\PageIndex\) ). Основною функцією трахеї є відведення вдихуваного повітря до легенів, а видихається повітря назад з тіла. Трахея людини – це циліндр довжиною близько 10 до 12 см і діаметром 2 см, який сидить перед стравоходом і простягається від гортані в грудну порожнину, де він ділиться на два первинних бронхи в середній грудній клітці. Виготовляється з неповних кілець гіалінового хряща і гладкої мускулатури (рис. \(\PageIndex\) ). Трахея вистелена келихоподібними клітинами, що продукують слиз, і війчаста епітелія. Вії просувають чужорідні частинки, що потрапили в слиз, до глотки. Хрящ забезпечує міцність і підтримку трахеї, щоб тримати прохід відкритим. Гладка мускулатура може скорочуватися, зменшуючи діаметр трахеї, через що витік повітря спрямовується вгору з легенів з великою силою. Вимушений видих допомагає вигнати слиз, коли ми кашляємо. Гладка мускулатура може скорочуватися або розслаблятися, залежно від подразників із зовнішнього середовища або нервової системи організму.

Малюнок \(\PageIndex\) : Трахея і бронхи зроблені з неповних кілець хряща. (кредит: модифікація роботи Анатомія Грея)

Легкі: Бронхи і альвеоли

Кінець трахеї роздвоюється (ділиться) на праве і ліве легені. Легкі не ідентичні. Права легеня більша і містить три частки, тоді як менша ліва легеня містить дві частки (рис. \(\PageIndex\) ). М’язова діафрагма , що полегшує дихання, поступається (нижче) легеням і позначає кінець грудної порожнини.

Малюнок \(\PageIndex\) : Трахея роздвоюється в правий і лівий бронхи в легенях. Права легеня виконана з трьох часточок і більше. Для розміщення серця ліва легеня менше і має всього дві частки.

У легенях повітря відводиться в менші і менші ходи, або бронхи . Повітря надходить в легені через два первинних (головних) бронха (сингулярний: бронх). Кожен бронх ділиться на вторинні бронхи, потім на третинні бронхи, які, в свою чергу, діляться, створюючи бронхіоли меншого і меншого діаметру, коли вони розщеплюються і поширюються по легені. Як і трахея, бронхи складаються з хрящів і гладкої мускулатури. У бронхіол хрящ замінюється еластичними волокнами. Бронхи іннервуються нервами як парасимпатичної, так і симпатичної нервової систем, які контролюють скорочення м’язів (парасимпатичні) або розслаблення (симпатичні) в бронхах і бронхіолах, залежно від сигналів нервової системи. У людини бронхіоли діаметром менше 0,5 мм є дихальними бронхіолами . Їм не вистачає хряща і тому покладаються на вдихуване повітря, щоб підтримувати свою форму. У міру зменшення проходів в діаметрі відносна кількість гладкої мускулатури збільшується.

Кінцеві бронхіоли поділяються на мікроскопічні гілки, звані дихальними бронхіолами. Дихальні бронхіоли поділяються на кілька альвеолярних проток. Численні альвеоли і альвеолярні мішечки оточують альвеолярні протоки. Альвеолярні мішечки нагадують грона винограду, прив’язані до кінця бронхіол (рис. \(\PageIndex\) ). У ацинарной області альвеолярні протоки прикріплюються до кінця кожної бронхіоли. На кінці кожної протоки знаходяться приблизно 100 альвеолярних мішків , кожен з яких містить від 20 до 30 альвеол діаметром від 200 до 300 мкм. Газообмін відбувається тільки в альвеолах. Альвеоли складаються з тонкостінних паренхіматозних клітин, зазвичай одноклітинних товстих, які виглядають як крихітні бульбашки всередині мішечків. Альвеоли безпосередньо контактують з капілярами (одноклітинними товстими) кровоносної системи. Такий інтимний контакт гарантує, що кисень буде дифундувати з альвеол в кров і розподілятися по клітинам організму. Крім того, вуглекислий газ, який вироблявся клітинами як продукт життєдіяльності, буде дифундувати з крові в альвеоли, які потрібно видихати. Анатомічне розташування капілярів і альвеол підкреслює структурно-функціональний взаємозв’язок дихальної і кровоносної систем. Оскільки в кожному альвеолярному мішку так багато альвеол (~ 300 мільйонів на легеню) і стільки мішків на кінці кожного альвеолярного протоки, легені мають губчасту консистенцію. Дана організація виробляє дуже велику площу поверхні, яка доступна для газообміну. Площа поверхні альвеол в легенях становить приблизно 75 м 2 . Ця велика площа поверхні в поєднанні з тонкостінним характером альвеолярних паренхіматозних клітин дозволяє газам легко дифузіровать по клітинам.

Малюнок \(\PageIndex\) : Термінальні бронхіоли з’єднані дихальними бронхіолами з альвеолярними протоками та альвеолярними мішками. Кожен альвеолярний мішок містить від 20 до 30 сферичних альвеол і має вигляд грона винограду. Повітря надходить в передсердя альвеолярного мішка, потім циркулює в альвеоли, де відбувається газообмін з капілярами. Слизові залози виділяють слизові в дихальні шляхи, зберігаючи їх вологими і гнучкими. (кредит: модифікація роботи Маріани Руїс Вільярреал)

Посилання на навчання

Перегляньте наступне відео, щоб оглянути дихальну систему.

Захисні механізми

Повітря, яким дихають організми, містить тверді частинки, такі як пил, бруд, вірусні частинки та бактерії, які можуть пошкодити легені або викликати алергічні імунні реакції. Дихальна система містить кілька захисних механізмів, що дозволяють уникнути проблем або пошкодження тканин. У носовій порожнині волоски і слиз затримують дрібні частинки, віруси, бактерії, пил і бруд, щоб запобігти їх потраплянню.

Якщо частинки виходять за межі носа або потрапляють через рот, бронхи та бронхіоли легенів також містять кілька захисних пристроїв. Легені виробляють слиз – липку речовину, виготовлену з муцину , складного глікопротеїну, а також солей і води – яка затримує частинки. Бронхи і бронхіоли містять вії, дрібні волосяні виступи, які вирівнюють стінки бронхів і бронхіол (рис. \(\PageIndex\) ). Ці вії б’ються в унісон і переміщують слиз і частинки з бронхів і бронхіол назад до горла, де він ковтається і усувається через стравохід.

У людини, наприклад, дьоготь та інші речовини в сигаретному димі руйнують або паралізують вії, ускладнюючи видалення частинок. Крім того, куріння змушує легені виробляти більше слизу, яку пошкоджені вії не здатні рухатися. Це викликає постійний кашель, так як легені намагаються позбавити себе від твердих частинок, і робить курців більш сприйнятливими до респіраторних недуг.

Малюнок \(\PageIndex\) : Бронхи і бронхіоли містять вії, які допомагають переміщати слиз та інші частинки з легенів. (кредит: Луїза Говард, модифікація роботи Дартмутського електронного мікроскопа об’єкта)

Резюме

Дихальні системи тварин призначені для полегшення газообміну. У ссавців повітря прогрівається і зволожується в носовій порожнині. Потім повітря рухається по глотці, через трахею і в легені. У легенях повітря проходить через розгалужені бронхи, досягаючи дихальних бронхіол, в яких розміщується перша ділянка газообміну. Дихальні бронхіоли відкриваються в альвеолярні протоки, альвеолярні мішки та альвеоли. Оскільки в легені так багато альвеол і альвеолярних мішків, площа поверхні для газообміну дуже велика. Є кілька захисних механізмів, що запобігають пошкодженню або інфікуванню. До них відносяться волосся і слиз в носовій порожнині, які затримують пил, бруд та інші тверді частинки, перш ніж вони зможуть потрапити в систему. У легенях частинки потрапляють у шар слизу і транспортуються через вії до стравохідного отвору у верхній частині трахеї, яку потрібно проковтнути.

Мистецькі зв’язки

Малюнок \(\PageIndex\) : Яке з наведених нижче тверджень про дихальну систему ссавців є помилковим?

1. Коли ми вдихаємо, повітря рухається від глотки до трахеї.
2. Бронхіоли розгалужуються на бронхи.
3. Альвеолярні протоки з’єднуються з альвеолярними мішками.
4. Газообмін між легенем і кров’ю відбувається в альвеолі.

Глосарій

альвеолярний проток проток, який простягається від кінцевої бронхіоли до альвеолярного мішка альвеолярний мішок структура, що складається з двох або більше альвеол, які мають спільне отвір альвеоли (множина: альвеоли) (також повітряний мішок) кінцева область легені, де відбувається газообмін бронх (множина: бронхи) менша гілка хрящової тканини, яка випливає з трахеї; повітря направляється через бронхи в область, де відбувається газообмін в альвеолах бронхіола дихальні шляхи, що простягаються від основних третинних бронхів до альвеолярного мішка діафрагми куполоподібна скелетна м’яз, розташована під легенями, яка відокремлює грудну порожнину від черевної порожнини гортані голосовий ящик, короткий прохід, що з’єднує глотку і трахею муцин складний глікопротеїн, виявлений у слизу слиз липка секреція рідини, що містить білок, в легенях, яка затримує тверді частинки, які потрібно вигнати з організму носова порожнина відкриття дихальної системи в зовнішнє середовище твердих частинок дрібні частинки, такі як пил, бруд, вірусні частинки та бактерії, що знаходяться в повітрі глотки горло; трубка, яка починається у внутрішніх норах і проходить частково вниз по шиї, де вона відкривається в стравохід і гортань первинний бронх (також головний бронх) область дихальних шляхів всередині легені, яка прикріплюється до трахеї і роздвоюється до кожної легені, де вона розгалужується на вторинні бронхи дихальна бронхіола кінцева частина бронхіольного дерева, яка прикріплена до кінцевих бронхіол і альвеол протоків, альвеолярних мішків та альвеол термінальна бронхіола область бронхіоли, яка прикріплюється до дихальних бронхіол трахеї хрящова трубка, яка транспортує повітря з гортані в первинні бронхи