ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА: ФУНКЦИИ, ЧАСТИ, ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

Дыхательная система или дыхательная система включает в себя ряд специализированных органов , опосредующих газообмен, который включает поглощение кислорода и удаление углекислого газа.

Существует ряд шагов, которые позволяют доставить кислород в клетку и удалить углекислый газ, включая обмен воздухом между атмосферой и легкими (вентиляция), за которым следует диффузия и обмен газов на поверхности легких. , транспорт кислорода и газообмен на клеточном уровне.

Автор: LadyofHats, Jmarchn, через Wikimedia Commons

Это разнообразная система в царстве животных, состоящая из различных структур в зависимости от линии обучения. Например, у рыб есть функциональные структуры в водной среде, такие как жабры, у млекопитающих есть легкие, а у большинства беспозвоночных есть трахеи.

Одноклеточные животные, как и простейшие, не нуждаются в специальных структурах для дыхания, а газообмен происходит путем простой диффузии.

У человека система состоит из носовых ходов, глотки, гортани, трахеи и легких. Последние последовательно разветвляются на бронхи, бронхиолы и альвеолы. В альвеолах происходит пассивный обмен молекулами кислорода и углекислого газа.

Определение дыхания

Термин «дыхание» можно определить двояко. В разговорной речи, когда мы используем слово «дышать», мы описываем действие поглощения кислорода и удаления углекислого газа во внешнюю среду.

Однако концепция дыхания включает в себя более широкий процесс, чем простой вход и выход воздуха через грудную клетку. Все механизмы, связанные с использованием кислорода, транспортом крови и производством углекислого газа, происходят на клеточном уровне.

Второй способ определения слова «дыхание» - на клеточном уровне, и этот процесс называется клеточным дыханием, где реакция кислорода происходит с неорганическими молекулами, которые производят энергию в виде АТФ (аденозинтрифосфата), воды и углекислого газа.

Таким образом, более точный способ обозначить процесс втягивания и вытеснения воздуха посредством грудных движений - это термин «вентиляция».

Характеристики

Основная функция дыхательной системы - управлять процессами поглощения кислорода извне через механизмы вентиляции и клеточного дыхания. Одним из отходов процесса является углекислый газ, который попадает в кровоток, попадает в легкие и выводится из организма в атмосферу.

Дыхательная система отвечает за выполнение всех этих функций. В частности, он отвечает за фильтрацию и увлажнение воздуха, попадающего в организм, в дополнение к фильтрации нежелательных молекул.

Он также отвечает за регулирование pH жидкостей организма - косвенно - за контроль концентрации CO ₂ , либо удерживая его, либо устраняя. С другой стороны, он участвует в регулировании температуры, секреции гормонов в легких и помогает обонятельной системе обнаруживать запахи.

Кроме того, каждый элемент системы выполняет определенную функцию: ноздри нагревают воздух и обеспечивают защиту микробов, глотка, гортань и трахея опосредуют прохождение воздуха.

Кроме того, глотка участвует в прохождении пищи, а гортань - в процессе фонации. Наконец, в альвеолах происходит процесс газообмена.

Органы дыхания в животном мире

У мелких животных размером менее 1 мм газообмен может происходить через кожу. Фактически, некоторые животные линии, такие как простейшие, губки, книдарии и некоторые черви, осуществляют процесс газообмена посредством простой диффузии.

У более крупных животных, таких как рыбы и земноводные, также присутствует кожное дыхание, чтобы дополнить дыхание, выполняемое жабрами или легкими.

Например, лягушки могут осуществлять весь процесс газообмена через кожу на стадиях гибернации, так как они полностью погружены в водоемы. В случае саламандры есть экземпляры, у которых полностью отсутствуют легкие и которые дышат через кожу.

Однако с увеличением сложности животных необходимо наличие специализированных органов для газообмена, чтобы удовлетворить высокие энергетические потребности многоклеточных животных.

Анатомия органов, обеспечивающих газообмен у разных групп животных, будет подробно описана ниже:

Трахеи

Автор БрюсБлаус. При использовании этого изображения во внешних источниках его можно цитировать как: Blausen.com staff (2014). «Медицинская галерея Blausen Medical 2014». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. , из Wikimedia Commons

У насекомых и некоторых членистоногих очень эффективная и прямая дыхательная система. Он состоит из системы трубок, называемых трахеями, которые проходят по всему телу животного.

Трахеи разветвляются на более узкие трубки (диаметром около 1 мкм), называемые трахеями. Они заняты жидкостью и непосредственно связаны с клеточными мембранами.

Автор праздности (Файл: Throat Diagram.svg), через Wikimedia Commons

Воздух поступает в систему через серию отверстий, похожих на клапаны, которые называются сводами. Они имеют способность закрываться в ответ на потерю воды, чтобы предотвратить высыхание. Кроме того, в нем есть фильтры, предотвращающие попадание нежелательных веществ.

Некоторые насекомые, например пчелы, могут совершать движения тела, направленные на вентиляцию системы трахеи.

Жабры

Жабры, также называемые жабрами, обеспечивают эффективное дыхание в водной среде. У иглокожих они состоят из продолжения поверхности тела, тогда как у морских червей и амфибий они представляют собой пучки или пучки.

Наиболее эффективны у рыбы и состоят из системы внутренних жабр. Это нитчатые структуры с адекватным кровоснабжением, идущим против течения воды. Эта система «противотока» обеспечивает максимальное извлечение кислорода из воды.

Вентиляция жабр связана с движениями животного и открытием рта. В земных условиях жабры теряют плавающую опору воды, они высыхают, и волокна сливаются, что приводит к коллапсу всей системы.

По этой причине рыбы задыхаются, находясь вне воды, даже если вокруг них находится большое количество кислорода.

Легкие

Легкие позвоночных - это внутренние полости, снабженные многочисленными сосудами, функция которых заключается в обмене газов с кровью. У некоторых беспозвоночных мы говорим о «легких», хотя эти структуры не гомологичны друг другу и гораздо менее эффективны.

У земноводных легкие очень простые, похожие на сумку, которая у некоторых лягушек разделена на части. Площадь поверхности, доступная для обмена, увеличивается в легких нептичьих рептилий, которые подразделяются на многочисленные взаимосвязанные мешочки.

В линии птиц эффективность легких увеличивается благодаря наличию воздушных мешков, которые служат резервным пространством для воздуха в процессе вентиляции.

Легкие достигают максимальной сложности у млекопитающих (см. Следующий раздел). Легкие богаты соединительной тканью и окружены тонким слоем эпителия, называемым висцеральной плеврой, который продолжается во висцеральной плевре, выровненной по стенкам грудной клетки.

Амфибии используют положительное давление для поступления воздуха в легкие, в то время как нептичьи рептилии, птицы и млекопитающие используют отрицательное давление, когда воздух выталкивается в легкие за счет расширения грудной клетки.

Части (органы) дыхательной системы человека

У человека и остальных млекопитающих дыхательная система состоит из верхней части, состоящей из рта, носовой полости, глотки и гортани; нижняя часть состоит из трахеи, бронхов и части легочной ткани.

Верхняя часть или верхние дыхательные пути

Ноздри - это структуры, через которые поступает воздух, за ними следует носовая камера, выстланная эпителием, который выделяет слизистые вещества. Внутренние ноздри соединяются с глоткой (то, что мы обычно называем горлом), где происходит пересечение двух путей: пищеварительного и дыхательного.

Воздух поступает через отверстие голосовой щели, а пища - через пищевод.

Надгортанник расположен на голосовой щели с целью предотвращения попадания пищи в дыхательные пути, устанавливая границу между ротоглоткой - частью, расположенной за ртом - и гортаноглоткой - нижним сегментом. Голосовая щель открывается в гортань («голосовой ящик»), которая, в свою очередь, уступает место трахее.

Нижняя часть или нижние дыхательные пути

Трахея представляет собой канал в форме трубки диаметром 15-20 мм и длиной 11 сантиметров. Его стенка армирована хрящевой тканью, чтобы избежать разрушения конструкции, благодаря чему она является полугибкой.

Хрящ расположен в форме полумесяца в 15 или 20 кольцах, то есть не полностью окружает трахею.

Транкеа разветвляется на два бронха, по одному на каждое легкое. Правая более вертикальная по сравнению с левой, а также короче и крупнее. После этого первого деления в паренхиме легкого следуют последовательные подразделения.

Строение бронхов напоминает трахею из-за наличия хрящей, мышц и слизистой оболочки, хотя хрящевые пластины уменьшаются, пока не исчезнут, когда бронхи достигают диаметра 1 мм.

Внутри них каждый бронх делится на небольшие трубки, называемые бронхиолами, которые ведут к альвеолярному протоку. Альвеолы ​​имеют один очень тонкий слой клеток, который способствует газообмену с капиллярной системой.

Ткань легкого

Макроскопически легкие делятся на доли трещинами. Правое легкое состоит из трех долей, а левое - только из двух. Однако функциональной единицей газообмена являются не легкие, а альвеолокапиллярная единица.

Альвеолы ​​- это небольшие мешочки в форме гроздей винограда, расположенные на концах бронхиол и соответствующие мельчайшим отделам дыхательных путей. Они покрыты двумя типами ячеек, I и II.

Альвеолы

Клетки типа I отличаются своей тонкостью и позволяют диффузию газов. Те, что относятся к типу II, более чем малы, чем предыдущая группа, менее тонкие, и их функция - выделять вещество типа сурфактанта, которое способствует расширению альвеол при вентиляции.

Клетки эпителия перемежаются волокнами соединительной ткани, благодаря чему легкое эластичное. Точно так же существует разветвленная сеть легочных капилляров, в которых происходит газообмен.

Легкие окружены стенкой из мезотелиальной ткани, называемой плеврой. Эту ткань обычно называют виртуальным пространством, так как внутри она не содержит воздуха, а содержит лишь незначительное количество жидкости.

Трехмерная иллюстрация гортани, трахеи, бронхов, части дыхательной системы.

Недостатки легких

Недостатком легких является то, что газообмен происходит только в альвеолах и альвеолярном протоке. Объем воздуха, который достигает легких, но находится в зоне, где не происходит газообмена, называется мертвым пространством.

Поэтому процесс вентиляции у человека крайне неэффективен. Нормальная вентиляция может заменить только одну шестую часть воздуха, находящегося в легких. В случае принудительного дыхания задерживается 20-30% воздуха.

грудная клетка

грудная клетка

Грудная клетка содержит легкие и состоит из набора мышц и костей. Костный компонент состоит из шейного и спинного отделов позвоночника, грудной клетки и грудины. Диафрагма - самая важная дыхательная мышца, находящаяся в задней части дома.

В ребра вставлены дополнительные мышцы, называемые межреберными. Другие участвуют в механике дыхания, например, грудино-ключично-сосцевидные и лестничные мышцы, которые берут начало в голове и шее. Эти элементы вставляются в грудину и в первые ребра.

Как это работает?

Поглощение кислорода жизненно важно для процессов клеточного дыхания, где поглощение этой молекулы происходит для производства АТФ, начиная с питательных веществ, получаемых в процессе питания в результате метаболических процессов.

Другими словами, кислород служит для окисления (сжигания) молекул и, таким образом, выработки энергии. Одним из остатков этого процесса является углекислый газ, который необходимо удалить из организма. Дыхание включает в себя следующие события:

вентиляция

Процесс начинается с улавливания кислорода в атмосфере в процессе вдохновения. Воздух поступает в дыхательную систему через ноздри, проходя через весь описанный набор трубок, пока не достигнет легких.

Вдыхание воздуха - дыхание - обычно непроизвольный процесс, но он может переходить из автоматического в произвольный.

В головном мозге нейроны спинного мозга отвечают за нормальную регуляцию дыхания. Однако организм может регулировать дыхание в зависимости от потребности в кислороде.

В среднем человек в состоянии покоя вдыхает в среднем шесть литров воздуха каждую минуту, и этот показатель может увеличиваться до 75 литров в периоды интенсивных физических упражнений.

Газообмен

Кислород в атмосфере представляет собой смесь газов, состоящую из 71% азота, 20,9% кислорода и небольшой доли других газов, таких как диоксид углерода.

При попадании воздуха в дыхательные пути состав сразу меняется. В процессе вдоха воздух насыщается водой, и когда воздух достигает альвеол, он смешивается с остаточным воздухом от предыдущих вдохов. В этот момент парциальное давление кислорода уменьшается, а парциальное давление углекислого газа увеличивается.

В респираторных тканях газы движутся по градиентам концентрации. Поскольку парциальное давление кислорода в альвеолах выше (100 мм рт. Ст.), Чем в крови легочных капилляров, (40 мм рт. Ст.) Кислород проходит в капилляры путем диффузии.

Точно так же концентрация углекислого газа выше в легочных капиллярах (46 мм рт. Ст.), Чем в альвеолах (40 мм рт. Ст.), Поэтому углекислый газ диффундирует в противоположном направлении: из капилляров крови в альвеолы ​​в легкие.

Автор: Fluid-fill_alveolus2_ja.svg: user: delldot (изменено Hatsukari715), производная работа: OSH FPaD (Fluid-fill_alveolus2_ja.svg), через Wikimedia Commons

Газовый транспорт

В воде растворимость кислорода настолько мала, что для удовлетворения метаболических потребностей должны существовать транспортные средства. У некоторых мелких беспозвоночных количество кислорода, растворенного в их жидкостях, достаточно для удовлетворения потребностей человека.

Однако у людей переносимого таким образом кислорода хватило бы только на 1% потребности.

По этой причине кислород - и значительное количество углекислого газа - переносятся пигментами крови. У всех позвоночных эти пигменты ограничены эритроцитами.

В животном мире наиболее распространенным пигментом является гемоглобин, молекула белка, содержащая в своей структуре железо. Каждая молекула состоит из 5% гема, отвечающего за красный цвет крови и обратимого связывания с кислородом, и 95% глобина.

Количество кислорода, которое может связываться с гемоглобином, зависит от многих факторов, включая концентрацию кислорода: когда она высока, как в капиллярах, гемоглобин связывается с кислородом; при низкой концентрации белок выделяет кислород.

Другие респираторные пигменты

Хотя гемоглобин является респираторным пигментом, присутствующим у всех позвоночных и некоторых беспозвоночных, он не единственный.

У некоторых десятиногих ракообразных, головоногих ракообразных и моллюсков есть синий пигмент, называемый гемоцианином. Вместо железа в этой молекуле два атома меди.

В четырех семействах полихет есть пигмент хлорокруорин, белок, имеющий в своей структуре железо и имеющий зеленый цвет. Он похож на гемоглобин по структуре и функциям, хотя не ограничен какой-либо клеточной структурой и находится в плазме свободно.

Наконец, есть пигмент с кислородной пропускной способностью намного ниже, чем у гемоглобина, называемый гемеритрином. Он имеет красный цвет и присутствует в различных группах морских беспозвоночных.

Общие болезни

Астма

Это патология, поражающая дыхательные пути, вызывая их отек. При приступе астмы мышцы вокруг дыхательных путей воспаляются, и количество воздуха, которое может попасть в систему, резко уменьшается.

Атака может быть вызвана рядом веществ, называемых аллергенами, включая мех домашних животных, клещей, холодный климат, химические вещества в продуктах питания, плесень, пыльцу и другие.

Отек легких

Отек легких состоит из скопления жидкости в легких, из-за чего человеку становится трудно дышать. Причины обычно связаны с застойной сердечной недостаточностью, когда сердце не перекачивает достаточно крови.

Повышенное давление в кровеносных сосудах выталкивает жидкость в воздушные пространства внутри легких, тем самым уменьшая нормальное движение кислорода в легких.

Другими причинами отека легких являются почечная недостаточность, наличие узких артерий, несущих кровь к почкам, миокардит, аритмии, чрезмерно высокая физическая активность, употребление некоторых лекарств и других.

Наиболее частыми симптомами являются одышка, одышка, срыгивание пены или крови и учащенное сердцебиение.

Пневмония

Пневмония - это инфекция легких, которая может быть вызвана различными микроорганизмами, включая бактерии, такие как Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae и Chlamydias pneumoniae, вирусы или грибы, такие как Pneumocystis jiroveci.

Проявляется воспалением альвеолярных пространств. Это очень заразное заболевание, поскольку возбудители могут распространяться по воздуху и быстро распространяться через чихание и кашель.

Наиболее подвержены данной патологии люди старше 65 лет и имеющие проблемы со здоровьем. Симптомы включают жар, озноб, откашливание мокроты, одышку, одышку и боль в груди.

В большинстве случаев не требуется госпитализация, и заболевание можно лечить с помощью антибиотиков (в случае бактериальной пневмонии), вводимых перорально, в покое и питье.

Бронхит

Бронхит возникает как воспалительный процесс в трубках, по которым кислород поступает в легкие, вызванный инфекцией или по другим причинам. Это заболевание подразделяется на острое и хроническое.

Симптомы включают общее недомогание, откашливание слизи, одышку и давление в груди.

Для лечения бронхита рекомендуется принимать аспирин или парацетамол, чтобы снизить температуру, пить большое количество жидкости и отдыхать. Если это вызвано бактериальным агентом, принимают антибиотики.

Ссылки

1. Френч К., Рэндалл Д. и Бурггрен В. (1998). Эккерт. Физиология животных: механизмы и адаптации. Mc Graw-Hill Interamericana
2. Гутьеррес, AJ (2005). Персональное обучение: основы, основы и приложения. INDE.
3. Хикман, С.П., Робертс, Л.С., Ларсон, А., Обер, В.К., и Гаррисон, К. (2001). Интегрированные принципы зоологии (Том 15). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
4. Смит-Агреда, JM (2004). Анатомия органов речи, зрения и слуха. Panamerican Medical Ed.
5. Тейлор, Н. Б., и Бест, СН (1986). Физиологические основы врачебной практики. Панамериканский.
6. Вивед, А. М. (2005). Основы физиологии физической активности и спорта. Panamerican Medical Ed.