Через эти сосуды совершается газообмен в легких и тканях
Строение легких
Легкие – парные органы, расположенные в грудной полости. Состоят из долей: правое легкое содержит три доли, левое – две.
Легочная ткань состоит из пузырьков – альвеол, в которых происходит жизненно важный процесс – газообмен между кровью и атмосферным воздухом.
Легкое покрыто оболочкой – плеврой, которая переходит с поверхности легких на внутренние стенки грудной клетки. Между двумя
листками плевры образуется плевральная полость, давление в которой отрицательное, что имеет принципиальное значения для акта
дыхания.
Газообмен в легких и тканях
Воздух перемещается по воздухоносным путям и, наконец, достигает мельчайшей структуры легкого – легочного пузырька, или альвеолы.
Стенка альвеолы оплетена густой сетью капилляров – сосудов с тонкой стенкой, через которую происходит диффузия газов: из
крови в альвеолу выходит углекислый газ, а в кровь из альвеолы поступает кислород.
Кислород, растворившийся в крови, по кровеносным сосудам достигает внутренних органов и тканей организма. Замечу, что
перемещаясь по крови, газы образуют соединения с гемоглобином эритроцитов:
- Кислород (O2) – оксигемоглобин
- Углекислый газ (CO2) – карбгемоглобин
- Угарный газ (CO) – карбоксигемоглобин
Соединение гемоглобина с угарным газом гораздо устойчивее, чем остальные: угарный газ легко выигрывает в конкуренции
с кислородом и занимает его место. Этим объясняются тяжелые последствия отравлений угарным газом, который быстро скапливается
при пожаре в замкнутом помещении.
По мере того, как кровь отдает углекислый газ и принимает кислород, из венозной крови (бедной кислородом) она превращается
в кровь артериальную. В тканях происходит обратный процесс: клетки нуждаются в кислороде, необходимом для тканевого дыхания,
а углекислый газ, побочный продукт обмена веществ, требует удаления из клетки в кровь.
Я часто спрашиваю учеников – “Что движет газом, что заставляет, к примеру, кислород перемещаться сначала из альвеолы в кровь,
а в тканях – из крови к клеткам?” Запомните, что этой движущей силой является разность парциальных давлений газов.
Парциальным давлением газа называют ту часть от общего объема газа, которая приходится на долю данного газа. Не рекомендую
вам заучивать таблицу, приведенную выше, но для понимания она весьма хороша.
Заметьте, парциальное давление кислорода в
альвеоле 100-110, а в венозной крови капилляра, оплетающего стенку альвеолы, давление кислорода 40. Таким образом, кислород
устремляется из области большего давления в область меньшего – из альвеолы в кровь.
Происходящие перемещения газов можно легко зафиксировать, измерив концентрацию газов во вдыхаемом и выдыхаемом человеком
воздухе. Вероятно, многие из этих данных вам не пригодятся, но призываю вас запомнить, что в окружающем воздухе 21% кислорода и 0,03% углекислого газа – это важная информация.
Важное значение в транспорте газов имеет жидкость, покрывающая стенки альвеол – сурфактант. Изначально кислород растворяется
в сурфактанте и только после этого диффундирует через стенку капилляра, попадая в кровь. Сурфактант также препятствует
слипанию (спаданию) стенок альвеол во время выдоха.
Жизненная емкость легких
Одним из физиологически важных показателей является жизненная емкость легких (ЖЕЛ). ЖЕЛ – максимальное количество воздуха, которое
человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха.
Этот показатель весьма вариабельный, в среднем ЖЕЛ взрослого человека около 3500 см3. У спортсменов ЖЕЛ
больше на 1000-1500 см3, а у пловцов может достигать 6500 см3. Чем больше ЖЕЛ, тем больше воздуха
поступает в легкие и кислорода – в кровеносную систему, что очень важно для клеток тканей во время занятий споротом.
ЖЕЛ легко измеряется с помощью специального прибора – спирометра (от лат. spirare – дышать).
Механизм легочного дыхания
Между наружной поверхностью легкого и стенками грудной клетки имеется плевральная полость, которая играет важнейшую
роль в процессе вдоха и выдоха, а также уменьшает трение легких при дыхательных движениях.
Давление в плевральной полости всегда ниже на 5-7 мм. рт. ст. атмосферного давления, поэтому легкие постоянно находятся
в расправленном состоянии, скреплены через плевру со стенками грудной полости.
Вообразите: легкое подтягивается к плевре, которая скреплена с грудной клеткой. А грудная клетка постоянно совершает
дыхательные движения, расширяясь и сужаясь, таким образом, легкое следует за дыхательными движениями грудной клетки.
Остается разобраться, как происходят эти дыхательные движения? Причина этому – сокращения и расслабления межреберных мышц,
в результате которых грудная клетка соответственно – поднимается и опускается. Сейчас мы детально обсудим механизм вдоха и
выдоха.
При вдохе межреберные мышцы сокращаются, при этом ребра поднимаются, и грудина отодвигается вперед – грудная клетка
расширяется в передне-заднем и фронтальном (в стороны) направлениях. Диафрагма – дыхательная мышца, во время вдоха
сокращается и опускается вниз: грудная клетка расширяется в вертикальном направлении.
При выдохе все происходит наоборот: межреберные мышцы расслабляются, при этом ребра опускаются, и грудина отодвигается назад – грудная клетка
сужается в передне-заднем и фронтальном (в стороны) направлениях. Диафрагма во время выдоха
расслабляется и поднимается вверх: грудная клетка сужается в вертикальном направлении. Благодаря этим движением осуществляется
вдох и выдох.
Можем ли мы брать под контроль свое дыхание? Легко. Но ведь мы далеко не всегда его контролируем даже в течение дня, не говоря
о ночи. Процессом дыхания управляет дыхательный центр, расположенный в продолговатом отделе головного мозга. Это центр обладает
автоматией – периодически импульсы сами поступают к дыхательным мышцам, к примеру – во время сна.
Состав крови сильно влияет на интенсивность дыхания. В многочисленных опытах было выявлено, что увеличение концентрации CO2
возбуждает дыхательный центр. Этим можно объяснить учащение дыхания во время физической нагрузки, к примеру, бега, когда в клетках мышц
ног идет активное образование CO2 и поступление его в кровь, дыхание учащается рефлекторно.
Рефлекторную регуляцию дыхания наиболее ярко доказывает опыт с перекрестным кровообращением, при котором соединены кровеносные
системы двух собак. При пережатии трахеи у первой собаки останавливается дыхание, и углекислый газ перестает удаляться из крови –
его концентрация в крови возрастает, что приводит к возникновению одышки (учащенного дыхания) у второй собаки.
Пневмоторакс
В норме давление в плевральной полости отрицательное, оно обеспечивает растяжение легких. Однако при ранениях грудной
клетки целостность плевральной полости может нарушаться: в таком случае давление в полости становится равным атмосферному.
Нарушение целостности плевральной полости называют – пневмоторакс (от др.-греч. πνεῦμα — дуновение, воздух и θώραξ — грудь).
При наступлении пневмоторакса легкие спадаются и перестают участвовать в дыхании.
Горная и кессонная болезни
Альпинисты и любители горных походов (особенно новички) часто сталкиваются с горной болезнью. Это состояние возникает из-за того,
что при подъеме на высоту парциальное давление кислорода падает, и его концентрация в крови не соответствует потребностям организма
– ниже, чем должна быть.
Поначалу горная болезнь проявляется эйфорией (беспричинной радостью) и учащением пульса. Если покорение горных вершин продолжается,
то к этим симптомам постепенно присоединяется апатия (состояние равнодушия), мышечная слабость, судороги и головная боль.
Что же делать,
спросите вы? Необходимо немедленно прекратить дальнейший подъем, при усилении симптомов – начать спуск. Лучше всего предупредить
горную болезнь, следуя правилу – не увеличивать высоты ночевки более чем на 300-600 метров.
Кессонная болезнь возникает у водолазов, связана с увеличением парциального давления газа – азота, которое возникает при погружении под
воду. Существует закономерность: чем глубже водолаз опускается, тем больше становится растворенного в крови азота. В чем же опасность того, что
азот растворяется в крови?
При резком быстром подъеме растворимость азота в крови понижается, и кровь буквально вскипает. Только представьте, в сосудах
возникают настоящие пузыри газа! Они могут закупорить сосуды легких, сердца, других внутренних органов, в результате чего кровообращение
остановится, и последствия могут быть самыми печальными, вплоть до летального исхода.
Как же предупредить кессонную болезнь? Можно использовать в дыхательной смеси вместо азота газ гелий, который не приводит к таким
последствиям. Также необходимо придерживаться правила постепенного подъема, с остановками, избегать резкого всплытия.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
Легкие человека – это парный губчатый орган. Строение легких изучалось еще в прошлом веке. Они состоят из правого и левого легкого, располагаются в грудной полости и заполняют собой ее основное пространство. Главное функциональное назначение легких – участие в газообмене человеческого организма с окружающей средой. Дыхательная функция осуществляется через дыхательные пути.
Строение легких
Каждое легкое – это орган, имеющий форму слегка уплощенного полуконуса с более широким основанием (базисом) и округлой верхушкой (апексом). Каждое легкое покрыто своей оболочкой – легочной (висцеральной) плеврой, а от грудной клетки легкие отделены плеврой париетальной (пристеночной), которая служит внутренним покрытием грудной полости. И в легочной, и в пристеночной плеврах находятся железистые клетки, который производят особую плевральную жидкость. Эта жидкость находится между двумя этими плевральными оболочками (листами) и «смазывает» их, делая возможными дыхательные движения. Эти оболочки составляют плевральный мешок.
Пространство между листками называется плевральной полостью. При воспалении плевральной полости (плеврите) плевральная жидкость выделяется в недостаточном количестве, что приводит к трению между листками, и при дыхании возникают болезненные ощущения. Легкие в плевральных мешках разделены между собой средостением, между ними находятся сердце и крупные сосуды.
Правое и левое легкое при одинаковом функциональном назначении несколько различаются по форме и размеру (объему). Средний объем взрослого человека составляет около 3 тысяч кубических сантиметров.
Различия между легкими в форме и объеме обусловлены анатомическими особенностями. Основание (более широкая часть) лежит на диафрагме – мышце, которая разделяет грудную полость от брюшной, и состоит из двух куполов: правого и левого. Правый купол диафрагмы находится над печенью, над правой его долей, которая более объемистая, и в силу этого он выше левого купола. Поэтому лежащее на нем правое легкое шире и короче, но в среднем на 1/10 больше по объему, чем левое. Левое же обладает меньшим объемом вследствие того, что в левой части грудной полости находится сердце.
Вернуться к оглавлению
Доли и ткани легких
Каждое легкое делится на доли и по сегментам. В правом три доли: верхняя, средняя и нижняя – и десять сегментов. Левое делится только на две доли: верхнюю и нижнюю – и состоит из девяти сегментов. Разделение на доли внешне обозначено пролеганием глубоких щелей: в правом их две, в левом только одна.
Сегменты, составляющие легочные доли, пронизаны бронхами, по которым поступает воздух из внешней среды. Сегментарное строение легких складывается из большого количества вторичных долей, которые складываются из ацинусов (в переводе с латыни «гроздь»). В каждой вторичной доле их находится от трех до пяти. Ацинусы представляют собой структуры очень маленького размера, в них и происходит процесс газообмена: кровь насыщается кислородом, поступающим в легкие с вдыхаемым воздухом, и отдает СО2, который при выдохе выводится наружу. Ацинусы являются функциональной единицей легких.
В строение легких входят следующие ткани:
- Висцеральная (легочная) плевра, отдельно окутывающая левое и правое легкое и обеспечивающая, благодаря выделяемой плевральной жидкости, плавное скольжение легкого при дыхательных движениях по пристеночной плевре внутри грудной полости.
- Строма (остов легких, складывающийся из перегородок, состоящих из соединительной ткани). Строма состоит из тонкой соединительной ткани, разделяющей легкие на легочные дольки. Внутри этих перегородок находится вся легочная «инфраструктура»: нервные волокна, сосуды кровеносной и лимфатической системы и пути, по которым входит и выходит воздух.
- Паренхима (мягкая ткань из клеток с тонкой оболочкой). Легочная паренхима представляет собой совокупность всех внутрилегочных бронхов и бронхиол, легочных долек, состоящих из ацинусов, альвеол и альвеолярных ходов.
Вернуться к оглавлению
Строение бронхов и сосудов
Бронхиальное дерево – это своеобразная разветвленная трубчатая вентиляционная система организма, начинающаяся в трахее, а заканчивающаяся в альвеолах. Визуально строение бронхов действительно напоминает дерево, где от основного ствола-трахеи расходятся главные бронхи, левый и правый, идущие соответственно в левое и правое легкие. Затем, согласно строению легких, бронхи разветвляются на долевые, сегментарные, субсегментарные и дольковые. Более тонкими веточками бронхиального дерева являются бронхиолы, которые делятся на концевые настоящие и концевые альвеолярные. В структуру бронхиального дерева входят альвеолярные ходы, мешочки и сами альвеолы. От наибольшего диаметра в точке бифуркации (разделения на две ветви) в трахее далее эти вентиляционные трубки постепенно сужаются, пока не становятся микроскопически тонкими в альвеолярных ходах.
Альвеолы, находящиеся в конце тончайшего дыхательного канала крошечные тонкостенные шарики с воздухом внутри, в совокупности составляют альвеолярный мешок. Именно в этом участке легких и происходит газообмен. Стенка альвеолы – это однослойная клеточная оболочка, обернутая тканевым слоем, функции которого – поддержка клеток и их отделение от альвеол.
Мембранная оболочка отделяет альвеолы и мельчайшие кровеносные сосуды – капилляры. Между внутренними оболочками альвеол и капилляров расстояние всего полтысячной доли миллиметра. Один кровеносный капилляр соседствует сразу с несколькими альвеолами.
У взрослого человека диаметр альвеолы составляет одну четвертую миллиметра. Эти микроскопические шарики плотно прижаты друг к другу.
Капилляры – это наименьшие кровеносные сосуды легких. В этом парном органе проходят сосуды обоих кругов кровообращения, малого и большого. В малом круге ответвления легочной артерии транспортируют венозную кровь, а по притокам вен артериальная кровь попадает в левое предсердие из легких. Бронхиальные артерии снабжают всем необходимым бронхи и легочную паренхиму.
Легкие пронизаны разветвленными сетями лимфатических сосудов.
Вернуться к оглавлению
Схема газообмена и здоровье легких
Газообмен – жизненно важный процесс, который происходит непрерывно. Клетки человеческого организма, не получая с кровью кислород, умирают. Особенно быстро сказывается кислородное голодание на клетках головного мозга. Если эритроциты не могут избавиться от углекислого газа, в организме развивается интоксикация.
Поэтому кислород и углекислый газ постоянно находятся в кровотоке человека, их молекулы сливаются с гемоглобином в составе эритроцитов и таким образом путешествуют по организму, всем его тканям и органам, в том числе попадают в легкие. Здесь углекислый газ высвобождается из крови и попадает в альвеолы, из которых идет дальше по дыхательным путям, пока не выходит наружу.
В эритроцитах освободившееся от углекислого газа место занимает кислород, который после вдоха свежего воздуха попадает в легкие и доходит до альвеол, где и происходит газообмен.
По сосудам кровь, содержащая кислород, из легких транспортируется в сердце, из которого уже доставляется в сосуды более мелкие, пока не доходит до капилляров. Там тоже происходит обмен: нужный тканям кислород покидает эритроциты, а вместо него к красным кровяным тельцам присоединяется углекислый газ. После чего кровь снова устремляется к легким, чтобы обменять углекислый газ на новую порцию кислорода. так выглядит схема газообмена.
Роль легких в нормальной жизнедеятельности человека бесценна, поэтому о их здоровье нужно заботиться.
Кроме того, патологические процессы в этом органе могут свидетельствовать о наличии серьезных заболеваний. Так, хронические пневмонии довольно часто сопровождают иммунодефицитные состояния, а острая пневмония у новорожденных – часть клинической картины при первичном иммунодефиците.
Чтобы здоровый организм постоянно получал достаточное количество кислорода, нужно давать ему физические нагрузки, постоянно бывать на свежем воздухе. Хорошая профилактика легочных заболеваний – плавание. У людей, занимающихся этим видом спорта, объем легких составляет почти 5 литров, против 3 литров у обычного человека.
Курение убивает легочный эпителий и сокращает жизнь человека в среднем на десять лет.
Источник
Газообмен в лёгких и тканях
Мы дышим атмосферным воздухом. Он содержит примерно 21% кислорода, 0,03% углекислого газа, почти 79% азота, пары воды. Воздух, который мы выдыхаем, отличается по составу от атмосферного. В нем уже 16% кислорода, около 4% углекислого газа, больше становится и паров воды. Количество азота не изменяется.
Виртуальная лабораторная работа: “Обнаружение углекислого газа в выдыхаемом воздухе”.
Газообмен в лёгких — это обмен газами между альвеолярным воздухом и кровью лёгочных капилляров путём диффузии. В легких кровь освобождается от углекислого газа и насыщается кислородом.
По артериям малого круга кровообращения в легкие поступает венозная кровь. В воздухе, который вдыхает человек, кислорода содержится значительно больше, чем в венозной крови. Поэтому он в результате диффузии свободно проходит через стенки альвеол и капилляров в кровь. Здесь кислород соединяется с гемоглобином – красным пигментом эритроцитов. Кровь насыщается кислородом и становится артериальной. Одновременно углекислый газ проникает в альвеолы. Благодаря легочному дыханию соотношение кислорода и углекислого газа в воздухе альвеол поддерживается на постоянном уровне, и газообмен между кровью и альвеолярным воздухом идет непрерывно, независимо от того, вдыхаем мы воздух в данный момент или на некоторое время задерживаем дыхание.
Газообмен в лёгких происходит благодаря существованию разницы парциального давления дыхательных газов. Парциальным (т. е. частичным) давлением называют часть общего давления, которая приходится на долю каждого газа в газовой смеси. Это давление измеряют в мм рт. ст. Парциальное давление зависит от процентного содержания газа в газовой смеси: чем выше процентное содержание, тем выше парциальное давление.
Парциальное давление можно высчитать по формуле Дальтона: р = (Р х а)/100, где р — парциальное давление данного газа, Р — общее давление газовой смеси в мм рт. ст., а — процентное содержание газа в газовой смеси. Например, парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе составляет: (760 х 20,94)/100 = 159 мм рт. ст. Парциальное давление углекислого газа во вдыхаемом воздухе составляет 0,2 мм рт. ст. В лёгочных альвеолах парциальное давление кислорода составляет 106 мм рт. ст., а углекислого газа — 40 мм рт. ст. Поэтому кислород и углекислый газ переходят из области большего давления в область меньшего давления.
Газообмен в тканях — это обмен газами между притекающей артериальной кровью, межклеточной жидкостью, клетками и оттекающей венозной кровью. Механизм этого обмена такой же, как и в лёгких. Это диффузия, связанная с разностью парциального давления газов в крови, межклеточной жидкости и клетках организма. В тканях кровь отдает кислород и насыщается углекислым газом.
Артериальная кровь по сосудам большого круга кровообращения направляется к органам тела. Содержание кислорода в артериальной крови больше, чем в клетках тканей. Поэтому кислород благодаря диффузии свободно проходит через тонкие стенки капилляров в клетки. Кислород используется для биологического окисления, а выделившаяся энергия идет на процессы жизнедеятельности клетки. При этом образуется углекислый газ, который поступает из клеток тканей в кровь. Кровь из артериальной превращается в венозную. Она возвращается к легким и здесь снова становится артериальной.
Известно, что газы плохо растворяются в теплой воде, еще хуже в теплой и соленой воде. Чем же объяснить, что кислород проникает в кровь, несмотря на то что кровь – теплая и соленая жидкость? Ответ на этот вопрос кроется в свойствах гемоглобина эритроцитов, которые переносят кислород от органов дыхания к тканям, а от них – углекислый газ к дыхательным органам. Его молекула химически взаимодействует с кислородом: она захватывает 8 атомов кислорода и доставляет их тканям.
Жизненная ёмкость лёгких
Жизненная ёмкость лёгких — это наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. Эта ёмкость равна сумме дыхательного объёма, резервного объёма вдоха и выдоха. Данный показатель колеблется в пределах от 3 500 до 4 700 мл. Для определения различных объёмов и ёмкостей лёгких применяют специальные приборы: спирометры, спирографы и др.
Если попросить человека сделать самый глубокий вдох, а затем выдохнуть весь воздух, то выдохнутый объем воздуха и составит жизненную емкость легких (ЖЕЛ). Понятно, что и после этого выдоха в легких останется еще некоторое количество воздуха – остаточный воздух – равное примерно 1000-1200 см3.
Жизненная емкость легких зависит от возраста, пола, роста, наконец от степени тренированности человека. Для того чтобы рассчитать, какой должна быть жизненная емкость воздуха, можно воспользоваться следующими формулами:
ЖЕЛ (л) мужчин = 2,5 x рост (м); ЖЕЛ (л) женщин = 1,9 x рост (м).
ЖЕЛ – это жизненная емкость легких (в литрах), рост надо выразить в метрах, а 2,5 и 1,9 – это коэффициенты, найденные экспериментальным путем. Если реальная жизненная емкость легких окажется равной или большей, чем вычисленные величины, результаты следует считать хорошими, если меньшей – плохими. Жизненную емкость легких измеряют специальным прибором – спирометром.
В чем преимущества людей с высокой жизненной емкостью легких? При тяжелой физической работе, например при беге, вентиляция легких достигается за счет большой глубины дыхания. Человеку, у которого жизненная емкость легких небольшая, да еще и дыхательные мышцы слабы, приходится дышать часто и поверхностно. Это приводит к тому, что свежий воздух остается в воздухоносных путях и лишь небольшая часть его доходит до легких. В результате ткани получают ничтожное количество кислорода, и человек не может продолжать работу.
В систему оздоровительной гимнастики обязательно входят дыхательные упражнения. Многие из них направлены на то, чтобы проветрить верхушки легких, которые, как правило, у большинства людей проветриваются плохо. Если поднять руки вверх, прогнуться назад и сделать вдох, мышцы оттягивают верхнюю часть грудной клетки вверх, и верхушки легких проветриваются. Осуществлять полноценное дыхание помогают хорошо развитые мышцы брюшного пресса. Значит, развивая дыхательные мышцы, мы можем увеличить объем грудной полости, а следовательно, и жизненную емкость.
< Предыдущая страница “Внешнее дыхание”
Следующая страница “Регуляция дыхания” >
Источник