Строение органов дыхания человека и их функции

Органы дыхания человека включают:

• носовую полость;
• околоносовые пазухи;
• гортань;
• трахею;
• бронхи;
• легкие.

Рассмотрим строение органов дыхания и их функции. Это поможет лучше понимать, как развиваются заболевания дыхательной системы.

Наружные органы дыхания: носовая полость

Наружный нос, который мы видим на лице у человека, состоит из тонких косточек и хрящей. Сверху они покрыты небольшим слоем мышц и кожей. Полость носа спереди ограничена ноздрями. С обратной стороны носовая полость имеет отверстия – хоаны, через них воздух попадает в носоглотку.

Полость носа делится пополам носовой перегородкой. В каждой половине есть внутренняя и наружная стенки. На боковых стенках есть три выступа – носовые раковины, разделяющие три носовых хода.

В двух верхних ходах есть отверстия, через них имеется связь с придаточными пазухами носа. В нижний ход открывается устье носослезного протока, по которому слезы могут попадать в носовую полость.

Вся носовая полость изнутри покрыта слизистой оболочкой, на поверхности которой лежит мерцательный эпителий, имеющий множество микроскопических ресничек. Их движение направлено спереди назад, в сторону хоан. Поэтому большая часть слизи из носа попадает в носоглотку, а не выходит наружу.

В зоне верхнего носового хода находится обонятельная область. Там располагаются чувствительные нервные окончания – обонятельные рецепторы, которые по своим отросткам передают полученную информацию о запахах в головной мозг.

Носовая полость хорошо кровоснабжается и имеет множество мелких сосудов, несущих артериальную кровь. Слизистая оболочка легко ранима, поэтому возможны носовые кровотечения. Особо сильное кровотечение появляется при повреждении инородным телом или при травме венозных сплетений. Такие сплетения вен могут быстро изменять свой объем, приводя к заложенности носа.

Лимфатические сосуды сообщаются с пространствами между оболочками головного мозга. В частности, этим объясняется возможность быстрого развития менингита при инфекционных заболеваниях.

Нос выполняет функцию проведения воздуха, обоняния, а также является резонатором для формирования голоса. Важная роль полости носа – защитная. Воздух проходит сквозь носовые ходы, имеющие довольно большую площадь, и там согревается и увлажняется. Пыль и микроорганизмы частично оседают на волосках, расположенных у входа в ноздрях. Остальные с помощью ресничек эпителия передаются в носоглотку, а оттуда удаляются при кашле, глотании, сморкании. Слизь носовой полости имеет и бактерицидное действие, то есть убивает часть попавших в нее микробов.

Околоносовые пазухи

Придаточные пазухи – это полости, лежащие в костях черепа и имеющие связь с носовой полостью. Они покрыты изнутри слизистой, имеют функцию голосового резонатора. Околоносовые пазухи:

• гайморова (верхнечелюстная);
• лобная;
• клиновидная (основная);
• ячейки лабиринта решетчатой кости.

Две верхнечелюстные пазухи – самые большие. Они располагаются в толще верхней челюсти под глазницами и сообщаются со средним ходом. Лобная пазуха также парная, располагается в лобной кости над межбровьем и имеет форму пирамиды, с верхушкой, обращенной вниз. Через носолобный канал она также соединяется со средним ходом. Клиновидная пазуха располагается в клиновидной кости на задней стенке носоглотки. Посередине носоглотки открываются отверстия ячеек решетчатой кости.

Гайморова пазуха наиболее тесно сообщается с полостью носа, поэтому нередко вслед за развитием ринита появляется и гайморит, когда перекрывается путь оттока воспалительной жидкости из пазухи в нос.

Гортань

Это верхний отдел дыхательных путей, участвующий также в образовании голоса. Располагается она примерно посередине шеи, между глоткой и трахеей. Гортань образована хрящами, которые соединяются суставами и связками. Кроме того, она прикреплена к подъязычной кости. Между перстневидным и щитовидным хрящами находится связка, которую рассекают при остром стенозе гортани для обеспечения доступа воздуха.

В гортани имеются голосовые складки, состоящие из связок и мышц. При их смыкании происходит образование звуков различной высоты.

Гортань выстилает мерцательный эпителий, а на голосовых связках эпителий многослойный плоский, быстро обновляющийся и позволяющий связкам быть устойчивыми к постоянной нагрузке.

Под слизистой оболочкой нижнего отдела гортани, ниже голосовых связок, находится рыхлый слой. Он может быстро отекать, особенно у детей, вызывая ларингоспазм.

Функции гортани: дыхательная, голосовая, а также защитная – при попадании в нее инородного тела или повышения содержания вредных газов в воздухе возникает рефлекторный спазм и кашель.

Трахея

С трахеи начинаются нижние дыхательные пути. Она продолжает гортань, а затем переходит в бронхи. Орган выглядит как полая трубка, состоящая из хрящевых полуколец, плотно связанных между собой. Длина трахеи около 11 см.

Внизу трахея образует два главных бронха. Эта зона – область бифуркации (раздвоения), она имеет много чувствительных рецепторов.

Трахею выстилает мерцательный эпителий. Его особенность – хорошая способность к всасыванию, что используется при ингаляциях лекарственных средств.

При стенозе гортани в некоторых случаях проводят трахеотомию – рассекают переднюю стенку трахеи и вводят специальную трубку, через которую поступает воздух.

Бронхи

Это система трубок, по ним воздух проходит из трахеи в легкие и обратно. Они имеют и очищающую функцию.

Бифуркация трахеи располагается примерно в межлопаточной зоне. Трахея образует два бронха, которые идут в соответствующее легкое и там разделяются на долевые бронхи, затем на сегментарные, субсегментарные, дольковые, которые делятся на терминальные (концевые) бронхиолы – самые мелкие из бронхов. Вся эта структура называется бронхиальным деревом.

Терминальные бронхиолы имеют диаметр 1 – 2 мм и переходят в дыхательные бронхиолы, от которых начинаются альвеолярные ходы. На концах альвеолярных ходов располагаются легочные пузырьки – альвеолы.

Изнутри бронхи выстланы мерцательным эпителием. Постоянное волнообразное движение ресничек выводит вверх бронхиальный секрет – жидкость, непрерывно образующуюся железами в стенке бронхов и смывающую все загрязнения с поверхности. Так удаляются микроорганизмы и пыль. Если происходит скопление густого бронхиального секрета, или в просвет бронхов попадает крупное инородное тело, они удаляются с помощью кашля – защитного механизма, направленного на очищение бронхиального дерева.

Органы дыхания: легкие

У человека два легких, расположенных в грудной полости. Их основная роль – обеспечить обмен кислородом и углекислым газом между организмом и окружающей средой.

Как устроены легкие? Они расположены по сторонам от средостения, в котором лежит сердце и сосуды. Каждое легкое покрыто плотной оболочкой – плеврой. Между ее листками в норме есть немного жидкости, которая обеспечивает скольжение легких относительно грудной стенки в процессе дыхания. Правое легкое больше левого. Через корень, расположенный с внутренней стороны органа, в него попадают главный бронх, крупные сосудистые стволы, нервы. Легкие состоят из долей: правое – из трех, левое – из двух.

Бронхи, попадая в легкие, делятся на все более мелкие. Концевые бронхиолы переходят в альвеолярные бронхиолы, которые разделяются и превращаются в альвеолярные ходы. Они также разветвляются. На их концах находятся альвеолярные мешочки. На стенках всех структур, начиная с дыхательных бронхиол, открываются альвеолы (дыхательные пузырьки). Из этих образований состоит альвеолярное дерево. Разветвления одной дыхательной бронхиолы в итоге образуют морфологическую единицу легких – ацинус.

Устье альвеолы имеет диаметр 0,1 – 0,2 мм. Изнутри альвеолярный пузырек покрыт тонким слоем клеток, лежащих на тонкой стенке – мембране. Снаружи к этой же стенке прилежит кровеносный капилляр. Барьер между воздухом и кровью называется аэрогематическим. Его толщина очень мала – 0,5 мкм. Важной его частью является сурфактант. Он состоит из протеинов и фосфолипидов, выстилает эпителий и сохраняет округлую форму альвеол при выдохе, препятствует попаданию микробов из воздуха в кровь и жидкости из капилляров в просвет альвеолы. У недоношенных детей сурфактант развит плохо, поэтому у них так часто возникают проблемы с дыханием сразу после рождения.

В легких есть сосуды обоих кругов кровообращения. Артерии большого круга несут богатую кислородом кровь от левого желудочка сердца и питают непосредственно бронхи и легочную ткань, как все остальные органы человека. Артерии малого круга кровообращения приносят в легкие венозную кровь из правого желудочка (это единственный пример, когда по артериям течет венозная кровь). Она течет по легочным артериям, затем попадает в легочные капилляры, где и происходит газообмен.

Суть процесса дыхания

Газообмен между кровью и внешней средой, который проходит в легких, называется внешним дыханием. Он происходит из-за разности концентрации газов в крови и воздухе.

Парциальное давление кислорода в воздухе больше, чем в венозной крови. Из-за разницы давления кислород через аэрогематический барьер проникает из альвеол в капилляры. Там он присоединяется к эритроцитам и распространяется по кровеносному руслу.

Парциальное давление углекислого газа в венозной крови больше, чем в воздухе. Из-за этого углекислый газ покидает кровь и выходит с выдыхаемым воздухом.

Газообмен – непрерывный процесс, продолжающийся, пока есть разница в содержании газов в крови и окружающей среде.

При обычном дыхании через респираторную систему за минуту проходит около 8 литров воздуха. При нагрузке и болезнях, сопровождающихся усилением обмена веществ (например, гипертиреоз), легочная вентиляция усиливается, появляется одышка. Если учащение дыхания не справляется с поддержанием нормального газообмена, в крови снижается содержание кислорода – возникает гипоксия.

Гипоксия также возникает в условиях высокогорья, где количество кислорода во внешней среде снижено. Это приводит к развитию горной болезни.

Нос и носовая полость образуют основное внешнее отверстие для дыхательной системы и первый участок воздушной трассы -дыхательные пути организма, через которые воздух движется. Нос представляет собой строение из хряща, костей, мышц и кожи, которая поддерживает и защищает переднюю часть носовой полости. Носовая полость представляет собой полое пространство внутри носа и черепа, которое покрыто волосками и слизистой оболочкой. Функция полости носа — нагреть, увлажнить и отфильтровать воздух, поступающий в организм, прежде чем он достигает легких. Волоски и слизь, выстилающие носовую полость помогают улавливать пыль, плесень, пыльцу и другие загрязнители окружающей среды, прежде чем они смогут достичь внутренних частей тела. Воздух, выходящий из тела через нос возвращает влагу и тепло в носовую полость перед тем, как оно будет отправлено в окружающую среду.

Рот, также известный как ротовая полость, является вторичным наружным отверстием для дыхательных путей. Самое нормальное дыхание происходит через носовую полость, но ротовая полость может быть использована, чтобы дополнить или заменить функции носовой полости, когда это необходимо. Поскольку путь воздуха, поступающего в организм из ротовой полости короче, чем путь для воздуха, поступающего из носа, рот не греет и не увлажняет воздух, поступающий в легкие. Во рту также не хватает волос и липкой слизи, чтобы фильтровать воздух. Одно из преимуществ дыхания через рот — более короткое расстояние и больший диаметр позволяет большему количеству воздуха быстро войти в тело.

Глотка
Глотка, также известная как горло, является мышечной воронкой, которая простирается от заднего конца носовой полости до верхнего конца пищевода и гортани. Глотка делится на 3 области: носоглотка, ротоглотка и гортаноглотка. Носоглотка является высшей областью глотки, расположенной в задней части носовой полости. Вдыхаемый воздух из полости носа проходит в носоглотку и спускается через ротоглотки, расположенную в задней части полости рта. Воздух вдыхается через ротовую полость и поступает в глотку. Затем, вдыхаемый воздух опускается в гортаноглотку, где он будет переадресован в отверстие гортани с помощью надгортанника. Надгортанник представляет собой лоскут из эластичного хряща, который действует как переключатель между трахеей и пищеводом. Поскольку гортань также используется, чтобы проглатывать пищу, надгортанник гарантирует, что воздух пройдёт в трахею, закрывая отверстие в пищевод. Во время процесса глотания, надгортанник движется, чтобы покрыть трахеи, для того чтобы пища попала в пищевод и предотвратить удушье.
Гортань
Гортань, также известная как голосовые связки, является коротким участком дыхательных путей, который соединяет гортаноглотку и трахею. Гортань расположена в передней части шеи, чуть уступает подъязычной кости и превосходящей трахеи. Несколько хрящевых структур составляют гортань. Надгортанник является одним из хрящевых кусков в гортани и служит в качестве крышки гортани при глотании. Низшим к надгортаннику является хрящ щитовидной железы, который часто называют кадык, чаще всего увеличен и виден у взрослых мужчин. Хрящ щитовидной железы держит открытым передний конец гортани и защищает голосовые связки. Ниже щитовидного хряща находится кольцеобразный перстневидный хрящ, который удерживает гортань открытой и поддерживает её задний конец. В дополнение к хрящевой ткани, гортань содержит специальные структуры, известные как голосовые складки, которые позволяют организму производить звуки речи и пения. Голосовые связки являются складками слизистой оболочки, которые вибрируют для создания вокальных звуков. Напряжение и вибрация голосовых складок может быть изменено, чтобы изменить высоту колебаний, что они производят.

Трахея

Трахея или дыхательное горло, представляет собой 12 — сантиметровую трубку, изготовленную из С-образных гиалиновых хрящевых колец, с многорядным мерцательным цилиндрическим эпителием. Трахея соединяет гортань с бронхами и позволяет воздуху проходить через шею в грудную клетку. Кольца хряща, составляющие трахеи, позволяют ему оставаться открытым для воздуха во все времена. Открытый конец хрящевых колец обращенный кзади к пищеводу, позволяет пищеводу расширяться в пространстве, занимаемом трахеей, чтобы позволить массе из пищи переместиться через пищевод.

Основная функция трахеи — обеспечение четкого дыхательного пути для воздуха, чтобы он мог войти и выйти из легких. Кроме того, эпителий, выстилающий трахеи, производит слизь, которая накопила пыль и другие загрязняющие вещества и предотвращает её попадание в легкие. Реснички на поверхности эпителиальных клеток, перемещают слизь точно к глотке, где она может быть проглочена и переварена в желудочно-кишечном тракте.

Бронхи и бронхиолы
На нижнем конце трахеи дыхательные пути расщепляются на левую и правую ветви, известные как первичные бронхи. Левый и правый бронхи идут в каждое легкое, затем следуют отходящие более мелкие бронхи — вторичные. Вторичные бронхи несут воздух в доли легких — 2 в левом легком и 3 в правом легком. Вторичный бронхи в свою очередь, разделяются на множество более мелких третичных бронхов в пределах каждого лепестка. Третичные бронхи распадаются на множество мелких бронхиол, которые распространяются по всей поверхности легких. Каждые бронхиолы далее распадается на множество более мелких ветвей менее миллиметра в диаметре, называемых конечными бронхиолами. И, наконец, миллионы крошечных конечных бронхиол проводят воздух в альвеолы легких.

По мере того, как в дыхательных путях расщепляется на древовидные ветви бронхи и бронхиолы, структура стенок дыхательных путей начинает изменяться. Первичные бронхи содержат множество С-образных хрящевых колец, которые прочно удерживают дыхательные пути открытыми и придают бронхам форму сплющенного круга или буквы D. Где бронхи разветвляются на вторичные и третичные бронхи, хрящи становятся более широко расставленными и покрыты более гладкими мышцами, содержащими белок эластин. Бронхиолы отличаются от структуры бронхов тем, что они не содержат какой-либо хрящ вообще. Наличие гладких и эластических мышц позволяет более мелким бронхам и бронхиолам быть более гибкими и пластичными.

Основная функция бронхов и бронхиол — нести воздух из трахеи в легкие. Гладкие мышечные ткани в их стенках помогают регулировать поток воздуха, поступающего в легкие. Когда большие объемы воздуха требуются для тела, например, во время физических упражнений, гладкая мышца расслабляется для расширения бронхов и бронхиол. Дилатационные дыхательные пути обеспечивают меньшее сопротивление воздушному потоку и позволяют большему количеству воздуха проходить в и из легких. Гладкие мышечные волокна способны сокращаться во время отдыха, чтобы предотвратить гипервентиляциюи. Бронхи и бронхиолы также используют слизь и реснички их эпителиальной выстилки для улавливания и перемещения пыли и других загрязняющих веществ из легких.

Лёгкие

Лёгкие являются парой крупных, рыхлых органов, находящихся в грудной клетке сбоку от сердца и превосходящими диафрагму. Каждое легкое окружено плевральной мембраной, которая обеспечивает его пространством для расширения, а также служит для создания отрицательного давления относительно атмосферному. Отрицательное давление позволяет легким пассивно наполняться воздухом, тогда как они расслабляются. Левые и правые легкие немного отличаются по размеру и форме из — за сердца, находящегося на левой стороне тела. Таким образом, левое легкое немного меньше, чем правое и состоит из 2 — ух долей, в то время как правое легкое имеет 3 доли.

Внутренняя часть легких состоит из губчатых тканей, содержащих много капилляров и около 30 миллионов крошечных мешочков, известных как альвеолы. Альвеолы — чашеобразные структуры, находящиеся в конце терминала бронхиол и окруженные капиллярами. Альвеолы выстланы тонкой прослойкой плоского эпителия, что позволяет воздуху войти в альвеолы и обменять свои газы при прохождении крови через капилляры.

Мышцы дыхания

Набор мышц окружающих легкие, которые способны засосать воздух для ингаляции или выдохнуть его из легких. Основная мышца дыхания в организме человека — диафрагма, тонкий лист скелетных мышц. Когда диафрагма сжимается, она движется книзу несколько сантиметров в брюшную полость, увеличивая пространство внутри грудной полости и обеспечивая продувание воздуха в легкие. Релаксация диафрагмы позволяет воздуху течь обратно в легкие во время выдоха.

Между ребрами находится много межреберных мышц, которые помогают диафрагме с увеличением и сжатием легких. Эти мышцы делятся на две группы: внутренние межреберные и наружные межреберные мышцы. Внутренние — глубоко расположенный набор мышц, они угнетают ребра, чтобы сжать грудную полость и лёгкие, чтобы выдохнуть воздух из легких. Внешние межреберные мышцы находятся на поверхности и функционируют, чтобы поднять ребра, обеспечивая расширение объема грудной полости и в результате чего воздух выходит из легких.

Легочная вентиляция

Легочная вентиляция представляет собой процесс перемещения воздуха в и из легких, чтобы облегчить газообмен. Дыхательная система использует систему отрицательного давления и сокращение мышц для достижения легочной вентиляции. Система отрицательного давления дыхательной системы предполагает создание отрицательного градиента давления между альвеолами и внешней атмосферой. Мембрана запечатывает легкие и поддерживает давление незначительно ниже, чем в атмосфере, когда легкие находятся в состоянии покоя. Это приводит к пассивному наполнению легких в состоянии покоя. Чтобы заполнить легкие воздухом, давление в них поднимается до тех пор, пока оно не станет соответствовать атмосферному. На данном этапе ещё больше воздуха может быть вдыхаемо сокращением диафрагмы и наружных межреберных мышц, которые увеличивают объем грудной клетки и снова снижая давление в легких ниже, чем в атмосфере.
Для того, чтобы выдохнуть воздух, диафрагма и внешние межреберные мышцы расслабляются, в то время как внутренние межреберные мышцы сокращаются, чтобы уменьшить объем грудной клетки и увеличить давление внутри грудной полости. Градиент давления в это время восстанавливается, что приводит к выдоху воздуха, пока давление внутри легких и за пределами тела не станут равны. На этом этапе свойство упругости легких приводит к их возвращению назад к их объему покоя, восстанавливая отрицательный градиент давления, присутствующий во время ингаляции.

Внешнее дыхание

Внешнее дыхание — обмен газов между воздухом, заполняющим альвеолы и кровь в капиллярах и окружающим стенки альвеол. Воздух, поступающий в легкие из атмосферы имеет более высокое парциальное давление кислорода и более низкое парциальное давление диоксида углерода, чем имеет кровь в капиллярах. Разница в парциальных давлений призывает газы диффундировать пассивно вдоль их градиентов давления от высокого до низкого через простой чешуйчатый эпителий покрова альвеолов. Конечным результатом внешнего дыхания является движение кислорода из воздуха в кровь и перемещение углекислого газа из крови в воздух. Кислород становится возможно транспортировать к тканям организма, в то время как углекислый газ выбрасывается в атмосферу во время выдоха.

Внутреннее дыхание

Это — обмен газов между кровью в капиллярах и тканями организма. Капиллярная кровь имеет более высокое парциальное давление кислорода и более низкое парциальное давление углекислого газа, чем ткани, через которые она проходит. Разница в парциальных давлений приводит к диффузии газов вдоль их градиентов давления от высокого до низкого давления через эндотелий капилляров. Конечным результатом внутреннего дыхания является диффузия кислорода в ткани и диффузия углекислого газа в кровь.

Транспортировка газов
2 основных дыхательных газа, кислород и углекислый газ, которые транспортируются по всему телу с помощью крови крови. Плазма крови имеет способность транспортировать растворенный кислород и углекислый газ, но большая часть газов, переносимых в крови существуют для транспортировки молекул. Гемоглобин является важной молекулой транспорта, находится в красных кровяных клетках, которые содержат почти 99% кислорода крови. Гемоглобин может также нести небольшое количество углекислого газа из тканей обратно в легкие. Тем не менее, подавляющее большинство диоксида углерода присутствует в плазме как бикарбонат — ион. Когда парциальное давление углекислого газа высоко в тканях, фермент карбоангидразы катализирует реакцию между диоксидом углерода и водой с образованием угольной кислоты. Углекислота затем диссоциирует на ионы водорода и бикарбонат — иона. Когда парциальное давление углекислого газа низко в легких, происходят реакции обратного порядка и углекислый газ высвобождается в легкие, чтобы быть выпущенным наружу.

Гомеостатический контроль дыхания

В нормальных условиях покоя, тело сохраняет спокойную частоту дыхания и глубину — нормальное дыхание. Нормальное дыхание сохраняется до возникновения повышенного спроса на кислород у тела. А производство углекислого газа повышается за счет большей нагрузки. Вегетативные хеморецепторы в организме способны контролировать парциальное давление кислорода и CO2 в крови и посылают сигналы в дыхательный центр ствола головного мозга. Дыхательный центр затем регулирует частоту и глубину дыхания, чтобы вернуть кровь к её нормальному уровню парциального давления газов.

• 5 Января, 2020
• Пульмонология
• Екатерина Плеханова

На уроке биологии учитель может сказать ученикам: «Опишите дыхательную систему человека». Как мы дышим? Какие органы принимают в этом участие? Какие функции в процессе дыхания они выполняют? Как они устроены? Давайте рассмотрим подробные ответы на эти вопросы.

Нос и рот

Какие органы относятся к дыхательной системе? На лице располагаются нос и рот. Человек может вдыхать воздух посредством обоих этих органов. Однако система дыхания включает только нос. Рот отвечает за прием и пережевывание пищи.

Строение носа довольно сложное. Основу органа составляют костная и хрящевая ткани. Парные носовые кости и лобные отростки верхней челюсти формируют корень и спинку выступающего носа. Два верхних латеральных хряща также образуют спинку. Большой крыльный хрящ составляет соответственно крылья и верхушку носа. Мягкая часть крыльев состоит из жировой ткани.

Носовая перегородка включает сошник, решетчатую кость и хрящ. Она разделяет носовую полость на две ноздри.

Продолжая рассматривать строение органов дыхательной системы, следует сказать, что верхняя челюсть, решетчатая, носовая, слезная кости, а также выросты небной и клиновидной костей образуют носовую полость и множество пазух.

1. Гайморова. Расположена в передней части лица рядом с носом. Ее воспаление приводит к гаймориту.
2. Клиновидные и лобные пазухи. Расположены в клиновидной и лобной костях.
3. Решетчатые ячейки. Они находятся в решетчатой кости.

В пазухи попадает вдыхаемый воздух. Там он увлажняется и согревается. Также такие полости в черепе создают дополнительный резонанс голосу, облегчают вес головы и предохраняют от травм мозг.

Носовая полость покрыта слизистой оболочкой, состоящей из двух видов клеток — секреторных и с ресничками. Первые выделяют слизь для увлажнения и защиты полости от бактерий. Вторые создают постоянный ток этой слизи, выталкивая ее наружу. Также в носу находятся волоски для защиты легких от попадания крупных инородных частиц. Они задерживают пыль и множество микроорганизмов.

Нос является обонятельной структурой. Область с сенсорными клетками расположена в верхней части носовой полости. При быстром вдохе воздух направляется прямо в легкие, минуя сенсорные клетки. Чтобы почувствовать тонкий аромат, надо делать вход медленно. Обонятельные клетки обновляются примерно каждые 2 месяца.

Рот является дополнительным входом для воздуха. При этом он не успевает согреваться. Поэтому часто ротовое дыхание люди и животные осуществляют в жару или при выполнении физических нагрузок. Но при этом человек теряет много влаги и не защищен от микроорганизмов. Однако у собак не существует потоотделения, поэтому регуляция температуры тела происходит только с помощью ротового дыхания.

Учитель на уроке биологии может попросить: «Перечислите органы дыхательной системы, составляющие верхние дыхательные пути». Нос мы уже назвали. Ниже опишем другие важные органы.

Глотка и гортань

Какие органы дыхательной системы существуют у человека?

Один из них — глотка. Это небольшая трубка, соединяющая нос, рот, гортань и пищевод. Она делится на три области: носоглотку, ротоглотку и гортанную.

В области глотки располагаются миндалины. Это лимфатические образования, защищающие человека от инфекций. Они являются преградой на пути проникших в организм микробов. Поэтому заболевания легких (например, пневмония) являются редким явлением. Чаще человека сопровождают обычные насморк и кашель.

Миндалины расположены на небе, рядом с глоточным отверстием слуховых труб, на задней поверхности носоглотки, в задней части языка. Они образуют глоточное кольцо. Воспаление миндалин в обиходе называют ангиной. При возникновении хронического тонзиллита (медицинское название заболевания) в некоторых случаях удаляют миндалины. Такие действия могут помочь в лечении недуга, но после операции уже ничто не уберегает органы дыхательной системы от микробов.

Глотка является мышечным органом, способствующим глотанию. Она перекрывает носовую полость во время продвижения пищи. Именно в глотке происходит перекрещивание дыхательных путей с желудочно-кишечным трактом.

Гортань состоит из подъязычной кости и девяти хрящей:

• трех непарных — перстневидного, щитовидного и надгортанного;
• трех парных — черпаловидного, рожковидного и клиновидного.

Роль непарных хрящей:

• щитовидный у мужчин образует кадык;
• надгортанный — это основной хрящ для закрытия дыхательных путей от попадания пищи;
• перстневидный составляет основу гортани и участвует в образовании двух суставов, необходимых для звукообразования.

Голосовые складки соединяются с черпаловидным и щитовидным хрящами. Также они связаны с мышцей, обеспечивающей их сужение и расширение. Голосовые складки могут в разной степени быть вовлеченными в колебания при звукообразовании (от полной вибрации до небольших колебательных движений).

Над гортанью расположена щитовидная железа.

Трахея

Продолжаем рассматривать, какие органы относятся к дыхательной системе.

Изучим, что представляет собой трахея. Этот орган имеет вид трубки длиной 11-13 сантиметров и состоит из 16-20 хрящей. Позади него тянется пищеварительный тракт. Полукольцевые хрящи дыхательной системы защищают и трахею, и пищевод.

Внутренняя поверхность трахеи выстлана мерцательным эпителием — клетками с ресничками, необходимыми для создания тока слизи из органов дыхательной системы. Так достигается удаление мелких частичек пищи, пыли и бактерий, попавших внутрь. Инородные частицы могут раздражать рецепторы, расположенные на всей поверхности дыхательных путей, вызывая врожденный рефлекс — кашель.

Трахея обеспечивает нагрев и увлажнение воздуха для защиты органов дыхания дыхательной системы от переохлаждения. Это особенно актуально в холодное время года. При различных заболеваниях слизистая оболочка органов дыхания воспаляется. В результате вырабатывается большое количество слизи, а у человека появляется кашель. Чем дольше длится воспаление, тем опаснее для больного. Именно поэтому своевременное лечение так необходимо.

Далее учитель может попросить своих учеников: «Перечислите органы дыхательной системы, составляющие нижние дыхательные пути».

Бронхи и бронхиолы

Разветвляясь, трахея образует бронхи. Они формируют более мелкие трубочки — бронхиолы. Главных бронхов у человека два. Они ветвятся на вторичные, третичные и так далее, пока не станут бронхиолами.

Как и трахея, бронхи являются органами, относящимися к дыхательной системе. Они защищены хрящевыми полукольцами, а внутри выстланы мерцательным эпителием.

Именно в этой части тела начинается физиологическая асимметрия, связанная с расположением сердца, сосудов, печени и других внутренних органов. Правый бронх немного короче и толще, чем левый.

Из перечисленных органов дыхательной системы все являются лишь воздухоносными путями. Рассмотрим орган, в котором происходит воздухообмен.

Легкие

Какие органы дыхательной системы есть еще? Это легкие. Их может назвать каждый, даже ребенок.

Конусообразные легкие — парные органы дыхательной системы человека. Они окружены ребрами, грудиной и позвоночником. Сверху легкие защищены ключицей и лопаткой. Снизу они поддерживаются диафрагмой.

Мышцы туловища расположены таким образом, чтобы совместно с выполнением функций движения тела и конечностей защищать важные органы, образующие дыхательную систему. Между ними расположено сердце с крупнейшими сосудами, а также проходит пищевод. Правое легкое состоит из 3 долей, а левое — из 2. Его размер несколько меньше за счет выемки для сердца.

Плевра — серозная оболочка легких, покрывающая также внутреннюю поверхность ребер, средостение и диафрагму. Два ее листка (внутренний и внешний) образуют плевральную полость, заполненную жидкостью, секретируемой специальными клетками, составляющими плевру.

Полость является своеобразным буфером. Она предохраняет легкие от ударов. За счет давления, которое более низкое, чем атмосферное, без воздуха легкие не спадают. Разница давления способствует наполнению их воздухом. Легкие как бы скользят вдоль внешнего плеврального листка при наполнении воздухом и избавлении от него.

Структурно-функциональной единицей органа является ацинус. Он включает в себя дыхательную бронхиолу, альвеолярный ход, альвеолярный мешочек, альвеолу и прилегающий капилляр. Альвеолярный ход является тоннелем между бронхиолой и альвеолами, а альвеолярный мешок — это отдельная гроздочка альвеол (крошечных пузырьков, увеличивающих дыхательную поверхность легких). Их число у взрослого человека достигает 700 миллионов.

Каждая альвеола покрыта изнутри альвеолоцитами — специализированными клетками легких, выполняющими роль промежуточного звена между кровью и воздухом. Существует три типа этих клеток:

• плоские (респираторные);
• большие (гранулярные);
• щеточные.

Первых в легких больше всего — ими покрыта почти вся поверхность альвеол. Они очень тонкие и распластаны на поверхности, благодаря чему газообмен происходит легче. Именно респираторные клетки очень чувствительны к токсическим веществам, включая те, которые содержатся в табачном дыме.

Второй тип альвеолоцитов участвует в регуляции транспортировки воды и ионов, обезвреживании окислителей. Гранулярные клетки вырабатывают сурфактант — специфическое вещество легких. Оно обладает высокими поверхностно-активными свойствами, благодаря чему легче проходит кислород.

Также в составе сурфактанта находятся вещества, помогающие бороться с теми бактериями, которым удалось проникнуть в легкие. Он снижает поверхностное натяжение воды, благодаря чему для расширения легких во время вдоха затрачивается в 10 раз меньше усилий.

Сурфактант начинает вырабатываться у ребенка на 23-й неделе внутриутробного развития. Именно поэтому до этого срока плод считается нежизнеспособным вне тела матери. При курении и различных заболеваниях альвеолоциты легких начинают вырабатывать слишком много сурфактанта для выведения токсических веществ. В результате появляется грудной кашель.

Третий тип альвеолоцитов содержит микроворсинки, создающие ток жидкости.

Сразу за альвеолоцитами лежат кровеносные сосуды, поэтому молекулам кислорода необходимо пройти совсем небольшой барьер для присоединения к эритроцитам.

Капилляры, находящиеся рядом с альвеолами, настолько узкие, что в их просвете с трудом помещается один эритроцит, который проталкивается посредством тока крови. Благодаря такому устройству вся поверхность эритроцита обязательно касается стенок кровеносных сосудов, поэтому максимально напитывается кислородом.

А из-за медленного продвижения происходит обстоятельный газообмен. Когда клетка крови покидает легочные капилляры, она насыщена кислородом. При этом гемоглобин в эритроците переходит в состояние окисленного.

Физиология дыхания

Учитель может попросить: «Опишите дыхательную систему человека с точки зрения физиологии дыхания». Рассмотрим этот процесс.

Дыхание состоит из трех основных этапов:

1. Легочная вентиляция.
2. Газообмен в легких.
3. Газообмен в тканях.

Первый этап включает втягивание и выталкивание воздуха органами дыхательной системы. Второй — обмен кислородом и углекислым газом между альвеолами легких и капиллярами. Третий этап протекает вне дыхательной системы и заключается в обмене газами между клетками тела и кровью.

Легочная вентиляция начинается с попадания в полость носа (или рта) атмосферного воздуха. Там он увлажняется, частично очищается от пыли и микроорганизмов. В глотке, гортани, трахее и бронхах производится дальнейший нагрев и очистка воздуха.

При выдохе в гортани с помощью голосовых связок происходит создание звуковых колебаний, которые мы называем голосом. В легкие (главные органы дыхательной системы человека) воздух попадает благодаря мышцам груди, живота и спины. Они увеличивают грудную клетку в объеме и заставляют воздух втягиваться внутрь. После наполнения им альвеол начинается следующий этап — газообмен.

Поверхность, где возможен газообмен в легких, составляет 90 м 2 . Это впечатляющая величина. Процесс происходит за счет диффузии. Когда кровь (прошедшая через органы и ткани, отдавшая им кислород и забравшая углекислый газ) подходит к альвеолам, возникает простой эффект. При этом газы, пытаясь уравновесить свое количество в крови и воздухе, проникают через альвеолярный барьер. Насыщенная CO₂ кровь отдает его воздуху. Молекулы кислорода прицепляются к гемоглобину эритроцитов, окисляя его. В результате в воздухе легких и в крови получается практически одинаковое количество углекислого газа и кислорода.

Газообмен в тканях протекает по тому же принципу, что и в легких. Кислород участвует в важнейших окислительных процессах организма, посредством которых протекает расщепление белков, жиров и углеводов. Он является важной частью химических веществ, например аминокислот или углеводов.

Параметры дыхательной системы

Человек делает примерно 16-20 вдохов в минуту, а средний объем легких составляет 3-4 литра. Известно, что способствуют увеличению легочного объема занятия спортом, особенно плавание. В высокогорных районах из-за пониженного уровня кислорода требуется учащенное дыхание и увеличенные легкие.

Рост и размер туловища (без учета жировых отложений) также влияет на легочный объем. В силу разного строения тела мужские легкие зачастую крупнее женских. Курение вызывает усиленную выработку секреторными клетками легких сурфактанта, что также сказывается на размерах органов дыхания.

Для оценки функционирования органов, входящих в дыхательную систему, нельзя использовать только объем легких. Нужно учитывать, что в процессе дыхания участвует не все легочное пространство.

1. Наполняемость легких — это сумма дыхательного и остаточного объемов, а также резерва выдоха и вдоха.
2. Рабочий объем легких — определяется полным резким выдохом сразу после полного вдоха.
3. Резервный объем выдоха — параметр, определяемый количеством воздуха, который можно дополнительно выдохнуть сразу после спокойного выдоха.
4. Резервный объем вдоха — параметр, определяемый количеством воздуха, который можно дополнительно вдохнуть сразу после спокойного вдоха.
5. Остаточный объем легких — это воздух, оставшийся в органе после полного выдоха.
6. Функциональная остаточная емкость легких определяется объемом воздуха в органе после спокойного выдоха.
7. Анатомическое мертвое пространство — части дыхательной системы, в которых не происходит газообмен. Таковыми являются нос, глотка, трахея и бронхи.
8. Физиологическое мертвое пространство — часть альвеол, из которых не выходит воздух на выдохе.

Функции

Функции, выполняемые органами дыхательной системы, очевидны. Это:

1. Газообмен между телом человека и окружающей средой.
2. Экскреторная функция выполняется органами пищеварительной и дыхательной системы, где последняя выводит продукт обмена — углекислый газ.
3. Терморегулирующая функция. Посредством органов дыхания она у человека развита не так хорошо, как, например, у собак. Однако при дыхании через рот также происходит охлаждение и выведение небольшого количества влаги.
4. Звукообразование. Эта функция значительно развилась у человека в процессе социализации для поддержания контакта с другими особями и более активного взаимодействия.
5. Очищение, увлажнение и согревание атмосферного воздуха невозможно без участия верхних дыхательных путей.
6. Благодаря наличию в носовых пазухах специализированных рецепторных клеток, наш нос способен улавливать запахи.

Кровообращение и иннервация

К легким подходит малый круг кровообращения, выходящий из правого желудочка сердца. Кровь, богатая углекислым газом, течет от сердца по артериям и артериолам, а та, которая насыщена кислородом из воздуха, направляется к сердцу по венам и венулам. Принято называть артериями сосуды, проводящие кровь от сердца, а венами — к сердцу. Но в малом круге кровообращения все наоборот.

Легочные артерии и вены довольно короткие и тонкие, но их упругость очень велика, так как на их стенки приходится огромное давление кровотока, несущегося от сердца.

В правом желудочке сердца, к которому из правого предсердия приходит венозная кровь со всего организма, начинается легочная артерия. Она делится на правую и левую, а затем ветвится до капилляров, подходящих к альвеолам. Далее происходит газообмен, а насыщенная кислородом артериальная кровь течет по венулам к четырем венам, впадающим в левое предсердие.

Сердце толчками выбрасывает эту кровь в аорту, чтобы кислород попал к тканям.

Процесс дыхания регулируют центры вдоха и выдоха, которые находятся в продолговатом мозге. От рецепторов, находящихся на стенках кровеносных сосудов и бронхов, в дыхательный центр поступает информация о давлении воздуха и концентрации углекислого газа и кислорода.

Гормоны, реакции на окружающую среду и какие-либо механические воздействия (например, кусочек пищи) могут повлиять на дыхание, вызвав его учащение, углубление, чихание или кашель.

Типы дыхания

Человек может дышать посредством напряжения разных участков туловища. В зависимости от этого различают два типа дыхания:

1. Грудное. Этот тип характерен для женщин, так как их организм предназначен для вынашивания ребенка. Это препятствует свободному дыханию животом. При грудном дыхании расширение легких возникает за счет расширения и поднятия грудной клетки. Эти движения вызываются сокращением межреберных мышц.
2. Брюшное. Этот тип больше свойственен детям и мужчинам. При этом наблюдается сокращение мышц диафрагмы и выпячивание брюшной полости. Диафрагма при вдохе выпрямляется, что увеличивает давление на внутренние органы живота. Мышцы пресса расслабляются, давая животу выдвинуться вперед. Диафрагма становится куполообразной, сжимая легкие и снижая давление на брюшную полость. Одновременно с этим пресс напрягается, втягивая живот.

Также существует смешанный тип дыхания, при котором можно наблюдать и расширение грудной клетки, и выпячивание живота. Очень часто это можно наблюдать у спортсменов.