Биология

Урок 19: Работа дыхания

Как работает дыхательная система

Дыхание – это сложный многоступенчатый процесс. Когда воздух оказывается в лёгких, всё только начинается. Смысл дыхания в том, чтобы доставить кислород клеткам человека. Кислород – это средство, с помощью которого клетка извлекает энергию из органических веществ. Это происходит в митохондриях при участии сложной системы белков.
slide6

                 Именная карта банка для детей 
                 с крутым дизайном, +200 бонусов

Перейти

Закажи свою собственную карту банка и получи бонусы

Перейти slide8

План урока:

Механика дыхания

Газообмен и транспорт кислорода в крови

Дыхание в разных условиях (под водой, на большой высоте)

 

Дыхание – это сложный многоступенчатый процесс. Когда воздух оказывается в лёгких, всё только начинается. Полностью дыхание состоит из следующих этапов:

  • Поступление воздуха в лёгкие.
  • Газообмен между воздухом и кровью.
  • Транспорт газов в крови.
  • Потребление кислорода тканями и выделение углекислого газа из них. Это тканевое (внутреннее) дыхание.

Смысл дыхания в том, чтобы доставить кислород клеткам человека. Кислород – это средство, с помощью которого клетка извлекает энергию из органических веществ. Это происходит в митохондриях при участии сложной системы белков.

 

Механика дыхания

Вдох происходит за счёт работы дыхательных мышц. К ним относятся диафрагма и межрёберные мышцы. Диафрагма – одна из самых больших мышц в теле, она отделяет грудную полость от брюшной полости. Межрёберные мышцы меняют положение рёбер и таким образом меняют размер грудной клетки.

При вдохе диафрагма опускается вниз, а межрёберные мышцы раздвигают грудную клетку. Давление в грудной полости отрицательное, то есть ниже атмосферного, а при расширении грудной клетки оно становится ещё ниже. Воздух как бы «засасывается» внутрь лёгких и расправляет их.

Свою роль в этом играет и плевра. Её внутренний и наружный листки плотно прилегают друг к другу, хотя внутренний листок «стремится» оторваться и как бы сжаться вместе с лёгкими. Плевральная жидкость обеспечивает сцепление и скольжение двух листков плевры.

Для того, чтобы произошёл выдох, диафрагма поднимается, межрёберные мышцы уменьшают объём грудной клетки и воздух выходит наружу.

 

Газообмен и транспорт кислорода в крови

Кислород проникает из альвеол в капилляры, где растворяется в крови. Газообмен с окружающей средой ещё происходит в лёгких человека, а за следующий этап доставки кислорода отвечают эритроциты и гемоглобин.

Почти весь поступивший кислород связывается с гемоглобином. Гемоглобин – это белок эритроцитов, который содержит железо. Он присоединяет кислород в капиллярах лёгких и отдаёт его в капиллярах всех тканей. Гемоглобин, связанный с кислородом, называется оксигемоглобин. Отдав кислород, он принимает углекислый газ и в таком состоянии называется карбогемоглобин.

1 gemoglobin
Гемоглобин и газообмен. Левая часть рисунка показывает схему газообмена в лёгких. Сначала карбогемоглобин отдаёт углекислый газ и превращается в гемоглобин. Далее гемоглобин насыщается кислородом и превращается в оксигемоглобин.

2 gem
Гем – это железосодержащая часть гемоглобина, которая связывает кислород

3 gem i gmoglobin
Гем – это часть гемоглобина. Гем содержит железо и благодаря ему связывает кислород

Углекислый газ поступает из тканей в кровь, а из крови – в эритроцит. В эритроците из углекислого газа образуется угольная кислота. В лёгких угольная кислота вновь распадается на углекислый газ и воду.

К сожалению, есть газ, который соединяется с гемоглобином сильнее, чем кислород. Это угарный газ (CO), который образуется при горении. Соединение гемоглобина с угарным газом называется карбоксигемоглобин. Более того, угарный газ с трудом отсоединяется от гемоглобина.

Это приводит к тому, что кислород не может соединиться с гемоглобином и человек погибает от недостатка кислорода – гипоксии. Угарный газ – это одна из основных причин смерти при пожаре. Покидать горящее помещение нужно, пригнувшись к полу, так как угарный газ поднимается вверх.

Другая распространённая ситуация – это прогревание автомобиля с закрытыми окнами или в гараже. В результате работы двигателя внутреннего сгорания автомобиля образуется угарный газ, он накапливается в замкнутом пространстве и человек погибает.

Первая помощь при отравлении угарным газом – вынести пострадавшего на свежий воздух и вызвать скорую помощь.

 

Дыхание в разных условиях

Человек исследовал горы, небо, глубины океана и космос. Оказалось, что дыхание человека в необычных условиях имеет свои особенности. Это связано с разным давлением на высоте или глубине, а также с использованием специальных устройств для дыхания.

 

Дыхание на глубине

Через каждые 10 метров глубины давление, которое действует на человека, повышается на 1 атмосферу, то есть 760 мм рт. ст. Вода сдавливает грудную клетку, поэтому смесь для дыхания подаётся водолазам под большим давлением. Чистым кислородом водолазы не дышат, так как его избыток вызывает кислородное отравление и судороги. Они дышат смесью кислорода с азотом и гелием.

При подъёме на поверхность существует другая опасность – кессонная болезнь. На глубине в крови растворяется очень много азота. Если водолаз будет подниматься слишком быстро, то азот будет образовывать газовые пузырьки в сосудах. Пузырьки закупоривают капилляры и мешают кровотоку. В первую очередь страдает головной мозг: нарушаются слух, зрение. Появляются боли в мышцах, рвота, головокружение, потеря сознания. Когда водолаз уже поднялся на поверхность, он восстанавливается в барокамерах.

Нельзя долго и глубоко дышать перед нырянием. Это опасно потерей сознания на глубине и непроизвольным вдохом в воде. Дыхание под водой через длинную трубку тоже не очень хорошая затея. Такое дыхание не покрывает потребностей организма в кислороде и грозит перерастяжением сосудов лёгких вплоть до их разрыва.

 

Дыхание на высоте (горы, самолёты)

Считается, что на высоте от уровня моря и до 2 км давление воздуха оптимально для нормального дыхания. На большей высоте воздух разрежается и его давление падает. Также снижается давление кислорода и его поступление в лёгкие. Состояние, при котором клетки не получают достаточное количество кислорода, называется «гипоксия».

Чем выше поднимается человек, тем тяжелее приходится его клеткам, особенно нейронам головного мозга. В ответ на это мозг стимулирует дыхание: вдох становится очень глубоким, также учащается сердцебиение. Появляются головокружение и головная боль. Чем высота больше, тем ниже давление кислорода. Пребывание на больших высотах без подготовки грозит отёком головного мозга.

Если человек находится в горах долгое время, его костный мозг вырабатывает много эритроцитов, чтобы справиться с нехваткой кислорода. К пребыванию на высоте хорошо приспособлены люди, чьи предки жили в горах.

В гражданском авиалайнере поддерживается давление, которое соответствует давлению на высоте 2 км над уровнем моря. Однако некоторые люди чувствуют себя не очень хорошо в полёте, ощущают слабость и сонливость.

Полёт на больших высотах опасен разгерметизацией самолёта. И хотя пассажирские авиалайнеры обладают множеством систем защиты, к сожалению, такое бывает. Если корпус самолёта теряет кислород постепенно, то люди в основном страдают от гипоксии.

Если повреждение большое, например, выбило люк багажного отсека или иллюминатор, происходит резкая разгерметизация или взрывная декомпрессия. Слово «декомпрессия» переводится как «снижение давления». Воздух быстро покидает салон самолёта, а давление за бортом на высоте 10 км очень низкое. Резкий перепад давления в салоне самолёта опасен баротравмами уха и лёгких. Существует опасность образования пузырьков азота в крови, но в реальности такого почти не бывает.

Но человеку свойственно бросать вызов природе. Несколько десятилетий назад зарождалась эпоха сверхзвуковых пассажирских авиалайнеров. Если обычный пассажирский самолёт летает на высоте 9 – 11 км, то сверхзвуковые авиалайнеры поднимались на высоту 11 – 17 км.

Советский Союз создал Ту-144, который долетал из Москвы до Владивостока за 3 часа. В Европе построили англо-французский авиалайнер «Конкорд». Пилоты Ту-144 летали в специальных костюмах, защищающих от гипоксии, пилоты «Конкорда» летали в обычной форме гражданских пилотов.

После катастроф с «Конкордом» и Ту-144 программы по сверхзвуковым пассажирским авиалайнерам закрыли. Эти самолёты создавали сильный шум, требовали много топлива и могли сесть только на крупные аэродромы. Но в последнее время идея о сверхзвуковых самолётах для обычных пассажиров снова возрождается.

4 tu 144
Советский сверхзвуковой пассажирский авиалайнер Ту-144 в небе

 

5 tu 144 na zemle
Советский сверхзвуковой пассажирский авиалайер Ту-144 на земле

 

6 konkord
Европейский сверхзвуковой пассажирский самолёт «Конкорд»

Несмотря на то, что покорение высот и глубин предъявляет высокие требования к органам дыхания человека, люди добрались до космоса. А в космосе случались и пожар и разгерметизации. В 1997 году на космической станции «Мир» произошёл пожар. Один из вариантов действия экипажа – эвакуация с помощью космических кораблей, пристыкованных к станции. Но один из кораблей уже был задымлён. Тогда космонавты и астронавты (так называют американских и европейских космонавтов) решили справиться с пожаром в условиях станции.

У них были только огнетушители и противогазы с запасом кислорода. И тем не менее, экипаж героически справился. Даже после пожара станцию проветрить невозможно. Остаётся только использовать аварийные запасы кислорода, ждать в противогазе или респираторе, когда системы очистки и генерации воздуха справятся с угарным газом.

В том же году грузовой корабль «Прогресс» столкнулся с космической станцией «Мир», произошла разгерметизация модуля «Спектр». Дыра в корпусе станции была размером с современную рублёвую монету. Космонавты спасли станцию тем, что герметично закрыли весь модуль «Спектр».

7 orbitalnaya stancia mir
Орбитальная станция «Мир»

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Дыхание включает в себя
1Поступление кислорода в лёгкие
2Поступление кислорода из альвеол в кровь
3Транспорт кислорода в крови
4Использование кислорода тканями
5Все ответы правильные
Ответить
5
Вопрос: 2
Эритроцит переносит кислород
1За счёт своей формы двояковогнутого диска
2За счёт своего размера
3С помощью гемоглобина
4С помощью особого состава цитозоля
5Эритроцит переносит только углекислый газ
6Все ответы правильные
Ответить
3
Вопрос: 3
Что нельзя делать при погружении под воду
1Долго и глубоко дышать перед нырянием
2Дышать под водой через трубочку
3Резко всплывать с большой глубины
4Дышать чистым кислородом
5Все ответы правильные
Ответить
5
Вопрос: 4
Опасности в горах, связанные с пониженным давлением кислорода в атмосферном воздухе:
1Нехватка кислорода на высоте более 2 км
2Головокружение, головная боль, тошнота, рвота
3Отёк головного мозга
4Высотная (горная) болезнь
5Подъём на высоту более 2 км без серьёзной подготовки
6Все ответы правильные
Ответить
6
Вопрос: 5
Главная причина высотной (горной) болезни:
1Высота более 2 км
2Атмосферный воздух настолько разрежен, что давление кислорода очень низкое
3Недостаток эритроцитов
4Болезни дыхательной системы
5Болезни нервной системы
6Все ответы правильные
Ответить
2
Вопрос: 6
Отравление угарным газом происходит
1При пожаре
2При прогревании автомобиля с закрытыми окнами
3При работе двигателя автомобиля в закрытом гараже
4Во время приготовлении пищи в закрытой туристической палатке
5Все ответы правильные
Ответить
5
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Дыхание включает в себя
1) Поступление кислорода в лёгкие 2) Поступление кислорода из альвеол в кровь 3) Транспорт кислорода в крови 4) Использование кислорода тканями 5) Все ответы правильные
2 вопрос:

Эритроцит переносит кислород
1) За счёт своей формы двояковогнутого диска 2) За счёт своего размера 3) С помощью гемоглобина 4) С помощью особого состава цитозоля 5) Эритроцит переносит только углекислый газ 6) Все ответы правильные
3 вопрос:

Что нельзя делать при погружении под воду
1) Долго и глубоко дышать перед нырянием 2) Дышать под водой через трубочку 3) Резко всплывать с большой глубины 4) Дышать чистым кислородом 5) Все ответы правильные
4 вопрос:

Опасности в горах, связанные с пониженным давлением кислорода в атмосферном воздухе:
1) Нехватка кислорода на высоте более 2 км 2) Головокружение, головная боль, тошнота, рвота 3) Отёк головного мозга 4) Высотная (горная) болезнь 5) Подъём на высоту более 2 км без серьёзной подготовки 6) Все ответы правильные
5 вопрос:

Главная причина высотной (горной) болезни:
1) Высота более 2 км 2) Атмосферный воздух настолько разрежен, что давление кислорода очень низкое 3) Недостаток эритроцитов 4) Болезни дыхательной системы 5) Болезни нервной системы 6) Все ответы правильные
6 вопрос:

Отравление угарным газом происходит
1) При пожаре 2) При прогревании автомобиля с закрытыми окнами 3) При работе двигателя автомобиля в закрытом гараже 4) Во время приготовлении пищи в закрытой туристической палатке 5) Все ответы правильные
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: Все ответы правильные
2 вопрос: С помощью гемоглобина
3 вопрос: Все ответы правильные
4 вопрос: Все ответы правильные
5 вопрос: Атмосферный воздух настолько разрежен, что давление кислорода очень низкое
6 вопрос: Все ответы правильные
slide9

По нашей ссылке лучшие условия от Тинькофф Банка

Перейти

Получи кэшбэк до 30% и процент на остаток 5%

Перейти slide8