16.2: Будова і функції дихальної системи

Бачачи своє дихання

Чому можна «бачити дихання» в холодний день? Повітря, яке ви видихаєте через ніс і рот, тепле, як внутрішня частина вашого тіла. Повітря, що видихається, також містить багато водяної пари, оскільки він проходить по вологих поверхнях від легенів до носа або рота. Водяна пара у вашому диханні раптово охолоджується, коли він досягає набагато холоднішого зовнішнього повітря. Це призводить до того, що водяна пара конденсується в туман крихітних крапель рідкої води. Ви вивільняєте водяну пару та інші гази зі свого тіла через процес дихання.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Дихання в холодний день

Що таке дихання?

Дихання - це процес життєзабезпечення, при якому гази обмінюються між тілом і зовнішньою атмосферою. Зокрема, кисень рухається із зовнішнього повітря в організм; а водяна пара, вуглекислий газ та інші відпрацьовані гази рухаються зсередини тіла у зовнішнє повітря. Дихання здійснюється переважно дихальною системою. Важливо відзначити, що дихання дихальною системою - це не той самий процес, що і клітинне дихання, що відбувається всередині клітин, хоча два процеси тісно пов'язані між собою. Клітинне дихання - це метаболічний процес, при якому клітини отримують енергію, як правило, шляхом «спалювання» глюкози в присутності кисню. Коли клітинне дихання аеробне, воно використовує кисень і виділяє вуглекислий газ як продукт життєдіяльності. Дихання дихальною системою постачає кисень, необхідний клітинам для аеробного клітинного дихання, і видаляє вуглекислий газ, що виробляється клітинами під час клітинного дихання.

Дихання дихальною системою фактично включає в себе два допоміжних процесу. Одним з процесів є вентиляція або дихання. Це фізичний процес проведення повітря в легені і з них. Інший процес - газообмін. Це біохімічний процес, при якому кисень дифундує з повітря і в кров, тоді як вуглекислий газ та інші відпрацьовані гази дифундують з крові і в повітря. У диханні беруть участь всі органи дихальної системи, але в газообміні беруть участь тільки легені.

Органи дихання

Органи дихальної системи утворюють безперервну систему ходів, званих дихальними шляхами, по яких повітря надходить всередину і з організму. Дихальні шляхи мають два основних відділи: верхні дихальні шляхи і нижні дихальні шляхи. Органи в кожному відділі показані на малюнку\(\PageIndex{2}\). Окрім цих органів, певні м'язи грудної клітки (порожнина тіла, яка заповнює грудну клітку) також беруть участь у диханні, дозволяючи дихати. Найважливішим є великий м'яз під назвою діафрагма, яка лежить нижче легенів і відокремлює грудну клітку від живота. Менші м'язи між ребрами також відіграють певну роль у диханні. Ви можете дізнатися більше про дихальні м'язи в концепції Дихання.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Під час дихання вдихається повітря надходить в організм через ніс і проходить через глотку, гортань, трахею, бронхи, а потім потрапляє в легені. Повітря, що видихається, рухається від легенів у зворотному напрямку.

Верхні дихальні шляхи

Всі органи та інші структури верхніх дихальних шляхів беруть участь у проведенні або русі повітря всередину і з організму. Органи верхніх дихальних шляхів забезпечують шлях руху повітря між зовнішньою атмосферою і легенями. Вони також очищають, зволожують, і зігрівають повітря, що надходить. Однак ніякого газообміну в цих органах не відбувається.

Носова порожнина

Носова порожнина являє собою велике, наповнене повітрям простір в черепі над і позаду носа посередині обличчя. Вона є продовженням двох ніздрів. У міру того, як вдихається повітря надходить через носову порожнину, він прогрівається і зволожується. Волоски в носі допомагають затримувати більші сторонні частинки в повітрі, перш ніж вони заглиблюються в дихальні шляхи. Окрім дихальних функцій, носова порожнина також містить хеморецептори, необхідні для нюху і які сприяють важливому почуттю смаку.

Глотка

Глотка являє собою трубкоподібну структуру, яка з'єднує порожнину носа і задню частину рота з іншими структурами нижче в горлі, включаючи гортань. Глотка має подвійні функції: через нього проходять і повітря, і їжа (або інші проковтнуті речовини), тому він є частиною як дихальної, так і травної систем. Повітря проходить з носової порожнини через глотку в гортань (а також у зворотному напрямку). Їжа проходить з рота через глотку в стравохід.

гортань

Гортань з'єднує глотку і трахею і допомагає проводити повітря по дихальних шляхах. Гортань ще називають голосовою скринькою, оскільки вона містить голосові зв'язки, які вібрують, коли повітря протікає над ними, тим самим виробляючи звук. Ви можете побачити голосові зв'язки в гортані на малюнку\(\PageIndex{3}\). Певні м'язи гортані розсувають голосові зв'язки, щоб дозволити дихати. Інші м'язи гортані переміщують голосові зв'язки разом, щоб забезпечити вироблення голосових звуків. Останні м'язи також контролюють висоту звуків і допомагають контролювати їх гучність.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): гортань розглядається зверху. Відкриття трахеї закривається надгортанником при ковтанні. Також видно хрящі і голосові зв'язки.

Дуже важливою функцією гортані є захист трахеї від відсмоктуваної їжі. При ковтанні відбувається зворотний рух мови змушує закриватися над входом в гортань клапоть під назвою надгортанник. Побачити надгортанник можна на малюнку\(\PageIndex{3}\). Це запобігає потраплянню проковтнутого матеріалу в гортань і просуванню глибше в дихальні шляхи. Якщо проковтнутий матеріал дійсно починає потрапляти в гортань, це дратує гортань і стимулює сильний кашльовий рефлекс. Це, як правило, виганяє матеріал з гортані і в горло.

Нижні дихальні шляхи

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Ця діаграма ілюструє деревоподібне розгалуження проходів нижніх дихальних шляхів всередині легенів.

Трахея та інші ходи нижніх дихальних шляхів проводять повітря між верхніми дихальними шляхами і легенями. Ці ходи утворюють перевернуту деревоподібну форму (рис.\(\PageIndex{4}\)), з повторним розгалуженням, коли вони рухаються глибше в легені. Все сказане, є дивовижні 1500 миль дихальних шляхів, що проводять повітря через дихальні шляхи людини! Однак тільки в легенях відбувається газообмін між повітрям і кров'яним руслом.

Трахея

Трахея, або дихальна труба, - найширший прохід в дихальних шляхах. Він становить близько 2,5 см (1 дюйм.) в ширину і 10-15 см (4-6 дюймів) в довжину. Він утворений кільцями хряща, які роблять його відносно міцним і пружним. Трахея з'єднує гортань з легенями для проходження повітря по дихальних шляхах. Трахея розгалужується внизу, утворюючи два бронхи.

Бронхи і бронхіоли

Розрізняють два основних бронха, або бронхи (сингулярні, бронхи), звані правим і лівим бронхами. Бронхи переносять повітря між трахеєю і легенями. Кожен бронх розгалужується на менші вторинні бронхи; а вторинні бронхи розгалужуються на ще менші третинні бронхи. Найменші бронхи розгалужуються на дуже дрібні канальці, звані бронхіолами. Найдрібніші бронхіоли закінчуються в альвеолярних протоках, які закінчуються скупченнями мішкоподібних повітряних мішків, званих альвеолами (сингулярні, альвеоли), в легенях.

Легені

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Перетин легеневої тканини праворуч показує альвеоли, в яких відбувається газообмін з капілярною мережею, яка їх оточує. Нейроендокринні клітини, що вистилають бронхіоли, контролюють їх діаметр і потік повітря через них. ПАР - це рідина, яка покриває внутрішню частину альвеол і запобігає їх руйнуванню і злипанню, коли повітря випорожнюється з них під час видиху.

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Газоподібний обмін між кров'ю і зовнішнім повітрям всередині альвеол легенів.

Легкі - найбільші органи дихальних шляхів. Вони підвішені в межах плевральної порожнини грудної клітини. На малюнку можна побачити\(\PageIndex{5}\), що кожне з двох легких розділене на секції. Вони називаються частками, і вони відокремлені один від одного сполучними тканинами. Права легеня більша і містить три частки. Ліве легке менше і містить всього дві частки. Менша ліва легеня дозволяє простір для серця, яке знаходиться якраз зліва від центру грудної клітини.

Легенева тканина складається в основному з альвеол (рис.\(\PageIndex{6}\)). Ці крихітні повітряні мішечки є функціональними одиницями легенів, де відбувається газообмін. Два легені можуть містити до 700 мільйонів альвеол, забезпечуючи величезну загальну площу поверхні для газообміну. Насправді альвеоли в двох легенях забезпечують стільки ж площі поверхні, скільки половина тенісного корту! Кожен раз, коли ви вдихаєте, альвеоли наповнюються повітрям, змушуючи легені розширюватися. Кисень в повітрі всередині альвеол поглинається кров'ю в сітчастої мережі крихітних капілярів, яка оточує кожну альвеолу. Кров в цих капілярах також виділяє вуглекислий газ в повітря всередині альвеол. Кожен раз, коли ви видихаєте, повітря залишає альвеоли і спрямовується в зовнішню атмосферу, несучи з собою відпрацьовані гази.

Легені отримують кров з двох основних джерел. Вони отримують дезоксигенаційну кров з серця. Ця кров поглинає кисень в легенях і переносить його назад до серця, щоб перекачуватися до клітин по всьому тілу. Легкі також отримують насичену киснем кров від серця, яка забезпечує киснем клітини легенів для клітинного дихання.

Захист дихальної системи

Малюнок\(\PageIndex{7}\): Підмітаючий рух вій, що вистилає дихальні шляхи, допомагає утримувати їх від пилу, хвороботворних мікроорганізмів та інших шкідливих речовин.

Можливо, ви зможете вижити тижнями без їжі та днями без води, але ви можете вижити без кисню лише за лічені хвилини, за винятком виняткових обставин. Тому захист дихальної системи життєво необхідний. Ось чому переконатися, що у пацієнта відкриті дихальні шляхи є першим кроком у лікуванні багатьох надзвичайних медичних ситуацій. На щастя, дихальна система добре захищена грудною кліткою скелетної системи. Однак велика площа поверхні дихальної системи безпосередньо піддається впливу зовнішнього світу і всіх його потенційних небезпек у вдихуваному повітрі. Тому не повинно дивуватися, що дихальна система має безліч способів захистити себе від шкідливих речовин, таких як пил і хвороботворні мікроорганізми в повітрі.

Основний спосіб захисту дихальної системи називається мукоциліарний ескалатор. З носа через бронхи дихальні шляхи покриті епітелієм, який містить виділяють слиз келихоподібні клітини. Слиз затримує частинки і патогенні мікроорганізми в надходить повітрі. Епітелій дихальних шляхів також покритий крихітними клітинними проекціями, званими віями (сингулярні, війкові), як показано на малюнку\(\PageIndex{7}\). Вії постійно рухаються розмашистим рухом вгору до горла, переміщаючи слиз і захоплені частинки і патогени подалі від легенів і до зовнішньої частини тіла.

Що відбувається з матеріалом, який рухається вгору мукоциліарним ескалатором до горла? Зазвичай його видаляють з дихальних шляхів шляхом очищення горла або кашлю. Кашель - це багато в чому мимовільна реакція дихальної системи, яка виникає, коли нерви, що вистилають дихальні шляхи, дратуються. Відповідь призводить до силового вигнання повітря з трахеї, допомагаючи видаляти слиз та будь-яке сміття, яке воно містить (зване мокротою) з верхніх дихальних шляхів до рота. Мокрота може випльовуватися (відхаркуватися), а може бути проковтнута і знищена шлунковими кислотами.

Чхання - це подібна мимовільна реакція, яка виникає, коли нерви, що вистилають носовий прохід, дратуються. Це призводить до силового вигнання повітря з рота, який розпорошує мільйони крихітних крапель слизу та іншого сміття з рота і в повітря, як показано на малюнку\(\PageIndex{8}\). Це пояснює, чому так важливо чхати в рукав, а не повітря, щоб запобігти передачі респіраторних збудників.

Малюнок\(\PageIndex{8}\): Чхання призводить до того, що крихітні частинки з рота сильно викидаються в повітря.

Як дихальна система працює з іншими системами органів

Кількість кисню і вуглекислого газу в крові повинно підтримуватися в обмеженому діапазоні для виживання організму. Клітини не можуть довго вижити без кисню, а якщо в крові занадто багато вуглекислого газу, кров стає небезпечно кислою (рН занадто низький). І навпаки, якщо в крові занадто мало вуглекислого газу, кров стає занадто основною (рН занадто високий). Дихальна система працює рука об руку з нервовою та серцево-судинною системами для підтримки гомеостазу в газах крові та рН.

Саме рівень вуглекислого газу, а не рівень кисню, який найбільш ретельно контролюється для підтримки газу крові та pH гомеостазу. Рівень вуглекислого газу в крові виявляється клітинами головного мозку, які прискорюють або уповільнюють швидкість дихання через вегетативну нервову систему в міру необхідності для приведення рівня вуглекислого газу в межах норми. Більш швидке дихання знижує рівень вуглекислого газу (і підвищує рівень кисню та рН); уповільнення дихання має протилежні наслідки. Таким чином, рівні вуглекислого газу і кисню, а також рН підтримуються в межах норми.

Дихальна система також тісно співпрацює з серцево-судинною системою для підтримки гомеостазу. Дихальна система обмінюється газами між кров'ю та зовнішнім повітрям, але їй потрібна серцево-судинна система, щоб переносити їх до клітин організму та з них. Кисень поглинається кров'ю в легенях, а потім транспортується через велику мережу кровоносних судин до клітин по всьому тілу, де він необхідний для аеробного клітинного дихання. Ця ж система поглинає вуглекислий газ з клітин і переносить його в дихальну систему для виведення з організму.

Характеристика: Моє людське тіло

Задуха - це механічна перешкода потоку повітря з атмосфери в легені. Він перешкоджає диханню і може бути частковим або повним. Часткове задуха дозволяє деяким хоча недостатнім потоком повітря в легені - тривале або повне задуха призводить до асфіксії або задухи, що потенційно є смертельним.

Обструкція дихальних шляхів зазвичай виникає в глотці або трахеї. Маленькі діти більш схильні до задухи, ніж люди похилого віку, частково тому, що вони часто кладуть дрібні предмети в рот і не цінують ризик задухи, який вони позують. Маленькі діти можуть захлинутися маленькими іграшками або частинами іграшок або побутовими предметами крім їжі. Продукти, які можуть адаптувати свою форму до форми глотки, такі як банани та зефір, особливо небезпечні і можуть спричинити задуху у дорослих, а також дітей.

Як же зрозуміти, чи задихається кохана людина? Людина не може говорити або плакати або має великі труднощі при цьому. Дихання, по можливості, утруднене, виробляючи задихи або хрипи. Людина може відчайдушно стиснутися за його або її горло або рот. Якщо дихання не скоро відновиться, особа людини почне синіти від нестачі кисню. За цим послідує непритомність, якщо позбавлення кисню триватиме понад кілька хвилин.

Якщо немовля задихається, перевертаючи дитину догори дном і ляпаючи по спині, може вибити перешкоджає предмету. Щоб допомогти людині старшого віку, який задихається, по-перше, спонукайте людину до кашлю. Дайте їм кілька ляпасів у твердій обкладинці, щоб допомогти змусити розміщений об'єкт з дихальних шляхів. Якщо ці кроки не вдаються, виконайте маневр Геймліха на людину. Ви можете легко знайти навчальні відео в Інтернеті, щоб дізнатися, як це зробити. Якщо маневр Геймліха також не вдається, негайно викличте невідкладну медичну допомогу.

Малюнок\(\PageIndex{9}\): Маневр Геймліха може знадобитися, щоб допомогти вивести аспіраційний предмет з дихальних шляхів.

Рецензія

1. Що таке дихання, як здійснюється дихальною системою? Назвіть два допоміжні процеси, які він включає.
2. Опишіть дихальні шляхи.
3. Визначте органи верхніх дихальних шляхів, і станьте їх функції.
4. Перерахуйте органи нижніх дихальних шляхів. Які органи беруть участь тільки в провідності?
5. Де відбувається газообмін?
6. Як дихальна система захищає себе від потенційно шкідливих речовин в повітрі?
7. Поясніть, як контролюється швидкість дихання.
8. Навіщо дихальній системі необхідна серцево-судинна система, щоб допомогти їй виконувати свою основну функцію газообміну?
9. Помістіть наступні органи або структури дихальної системи в порядку того, коли вони стикаються з повітрям, що надходить в організм — від самого раннього до останнього.

   трахея; носова порожнина; альвеоли; бронхіоли; гортань; бронхи; глотка

10. Який орган входить до складу як травної, так і дихальної систем?

    A. Гортань

    B. трахея

    C. Глотка

    Бронх Д.

11. Опишіть два способи, за допомогою яких організм перешкоджає потраплянню їжі в легені.
12. Правда чи брехня. У легені надходить трохи насиченої киснем крові.
13. Правда чи брехня. Газообмін відбувається як у верхніх, так і в нижніх дихальних шляхах.
14. Кашель може вигнати ___________ з організму.

    А. слиз

    B. частинки їжі

    С. мокротиння

    D. все вищесказане

15. Який взаємозв'язок між диханням і клітинним диханням?

Дізнатися більше

https://bio.libretexts.org/link?16817#Explore_More

Атрибуції

1. Сноубордисти дихають в холодний день Ален Вонг через Unsplash ліцензії
2. Проведення уривків лорда Акрила, Jmarchn, публічне надбання через Wikimedia Commons
3. Гортань Алана Хофрінга, Національний інститут раку, публічне надбання через Wikimedia Commons
4. Діаграма легенів Патріка Джей Лінча; CC BY 2.5 через Wikimedia Commons
5. Структура легенів Національним інститутом серця, легенів та крові, публічне надбання через Вікісховище
6. Альвеоли від helix84 ліцензовані CC BY 2.5, через Wikimedia Commons
7. Миготливий епітелій співробітниками Blausen.com (2014). «Медична галерея Блаузена Медікал 2014». Вікіжурнал медицини 1 (2). Індекс корисної інформації: 10,15347/кв.м/2014.010. ІСН 2002-436. ліцензований CC BY 3.0 через Вікісховище
8. Чхання Джеймса Ґатані, CDC, публічне надбання через Wikimedia Commons
9. Черевні тяги Аманди М. Вудхед, публічне надбання через Wikimedia Commons
10. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0