Лабораторна робота №16 Тема. Дихання

Теоретична частина

До початку занять обов’язкова згадати

1. Будову дихальної системи різних видів с.-г. тварин

2. Еволюцію дихальної системи

3. Регуляцію процесів вдиху та видиху

Суть процесу дихання. Дихання в широкому розумінні - це сукупність реакцій біологічного окиснення органічних енергомістких речовин із виділенням енергії, необхідної для підтримання процесів життєдіяльності організму. Біологічне окиснення може відбуватись як за участі кисню (аеробне дихання), так і без нього (анаеробне дихання).

Дихання вищих безхребетних і хребетних - це сукупність процесів надходження кисню в організм і його споживання клітинами, а також утворення і виведення з організму вуглекислого газу. У здійсненні надходження газів беруть участь два різних механізми.

Перший з них - дифузія - пасивний процес переходу дихальних газів крізь біологічні мембрани за градієнтом концентрацій - відбувається на межі між зовнішнім середовищем і кров'ю чи гемолімфою. Цей самий процес відбувається у тканинах: кисень з крові дифундує у тканинну рідину і далі до клітин, а вуглекислий газ - із клітин через тканинну рідину у кров.

Другий механізм - конвекція - активне перенесення кисню і вуглекислого газу - полягає у підведенні до дихальних органів середовища (води чи повітря), що містить кисень, у перенесенні його кров'ю, гемолімфою чи целомічною рідиною від дихальних органів до тканин, а також СО₂ - у зворотному напрямку. Активний транспорт газів характерний для багатоклітинних організмів.

Легеневе дихання відбувається в декілька етапів.

1. Обмін повітрям між зовнішнім середовищем і альвеолами легень - атмосферне повітря при вдиху надходить в альвеоли, а частина альвеолярного повітря при видиху виділяється в зовнішнє середовище.

2. Власне легеневе дихання - газообмін між альвеолярним повітрям і кров'ю, що протікає через стінки альвеол і капілярів легень.

3. Зв'язування кисню гемоглобіном.

4. Транспорт кисню кров'ю.

5. Газообмін між кров'ю і тканинами організму.

6. Тканинне дихання.

7. Транспорт вуглекислого газу.

Повітря на шляху до легень проходить дихальні шляхи. Вони виконують в організмі ряд функцій:

1. Аналіз складу повітря, що надходить, (за рахунок наявних у носовій порожнині нюхових клітин).

2. Зігрівання або охолодження повітря (за рахунок розташованих у стінках дихальних шляхів кровоносних судин і щодо великої площі зіткнення повітря, що протікає, із поверхнями дихальних шляхів).

3. Зволоження повітря (за рахунок виділення слизу клітинами, що вистилають дихальні шляхи і секреторного епітелію дрібних залоз).

4. Очищення повітря від пилюки (за рахунок роботи миготливого епітелію і виділення слизу). Легень досягають тільки частки розміром 4 - 6 мкм. Частота биття війок складає 10 - 20 биттів у хвилину.

5. У верхніх дихальних шляхах знаходиться багато рецепторів, подразнення яких викликає захисні рефлекси – кашель, чхання, фиркання.

Механізм легеневого дихання

Рух повітря у легені та з легень у навколишнє середовище обумовлене зміною тиску у середині легень.

При вдиху атмосферне повітря надходить у повітряносні шляхи в легенях. При видиху повітря з підвищеним змістом СО₂ виводяться тим же шляхом у навколишнє середовище.

З трахеї повітря потрапляє до бронхів, що дихотомічно розгалужуються приблизно 23 рази. Площа поперечного перетину дихальних шляхів у міру розгалуження зростає більш ніж у 4,5 тис. разів.

У респіраторній зоні легень два середовища – газове і рідинне – розмежоване тканинами, що утворюють шляхи, по яких рухається повітря (дихальні шляхи, альвеоли) і кров (капіляри малого кола кровообігу). Легенева паренхіма і ендотелій капілярів утворюють поверхню газообміну, або альвеоло – капілярний бар'єр. Його загальна площа досягає в коня – 500 м², у корови – 400 м². Для порівняння, у людини вона складає 80 м².

Зміна вмісту кисню та інших газів в легенях обумовлюється вентиляцією легень за рахунок дихальних рухів. Поширення газів йде по градієнту парціального тиску – від більших значень до менших.

Для здійснення вентиляції легень у більшості тварин існують дихальні м'язи, що здійснюють акт вдиху – інспірацію, та видиху – експірацію.

Вдих (інспірація). Під час спокійного вдиху грудна клітина розширюється за рахунок скорочення дихальних м'язів: основних інспіраторних — діафрагми, зовнішніх міжребрових м'язів. Під час активного глибокого вдиху підключаються додаткові інспіраторні м'язи — деякі м'язи грудей, спини. М'язові волокна діафрагми скорочуються, купол діафрагми опускається, грудна порожнина збільшується і легені розширюються.

У ссавців вдих відбувається під негативним тиском, тобто у плевральній порожнині тиск є негативним, і в легені засмоктується повітря. Тиск повітря в альвеолах перед вдихом і на його початку дорівнює атмосферному, а зовні легень, у плевральній щілині під час вдиху, коли грудна клітина збільшується в об'ємі, тиск падає на 6-8 мм рт. ст. Цієї різниці тиску достатньо, щоб подолати опір еластичної тяги легень. Вони розтягуються, немовби присмоктуючись до внутрішньої поверхні грудної клітини. Об'єм легень при цьому зростає, а тиск у них стає нижчим від атмосферного, і повітря надходить у легені.

Видих (експірація). Поверхня розслабленої діафрагми майже вдвічі більша від площі поперечного перерізу грудної клітки, тому під час видиху вона під тиском органів черевної порожнини випнута в грудну порожнину. Спокійний видих відбувається пасивно значною мірою під впливом гравітаційної сили: зовнішні міжреброві м'язи і діафрагма розслаблюються, грудна клітина звужується, розслаблена діафрагма випинається в грудну порожнину, об'єм якої зменшується.

При активному видиху до його здійснення залучаються внутрішні міжреброві м'язи. Так само активний видих має місце і під час фізичних навантажень, коли до дихальних рухів залучаються допоміжні дихальні експіраторні м'язи: косий, прямий, поперечний м'язи живота, а також м'язи, що згинають хребет.

Еластичні волокна легеневої тканини, зменшуючи об'єм легень, відтягують їх разом з вісцеральною плеврою від пристінкової. Це й створює в герметичній плевральній порожнині у стані спокійного видиху негативний тиск 3-4 мм рт. ст., тобто він на 3-4 мм рт. ст. нижчий від альвеолярного, який у цей момент дорівнює атмосферному. Значення цієї негативності тиску і є мірою еластичної тяги легень.

Під час видиху об'єм грудної порожнини зменшується, що зумовлює зменшення негативності плеврального тиску і спадання легень під впливом їх еластичної тяги.

Глибина дихання – об’єм повітря, яке надходить до легенів при кожному вдиху. Глибина дихання оборотно пропорційна частоті дихання. Частота дихання – кількість вдихів за 1 хвилину.

При вдиху біля 70% повітря, що вдихається, безпосередньо надходить до легенів, а останні 25-30% не приймають участі у газообміні, тому що повітря залишається у верхніх дихальних шляхах.

Вентиляцією легень називають процес оновлення газового складу альвеолярного повітря під час вдиху і видиху. Інтенсивність вентиляції визначається глибиною вдиху і частотою дихальних рухів. Частота дихальних рухів у 4 – 5 разів менше за частоту скорочень серця.

При оцінці вентиляції використовують такі показники:

Хвилинний об’єм дихання (Хв_об)

Хв_об = Д_об * n, де

Д_об – дихальний об’єм, тобто об’єм повітря, яке надійшло до легень за один вдих

n – кількість дихальних рухів за хвилину

Ж иттєва ємність легенів (ЖЄЛ)

Дихальний об’єм вдиху (Доб)

Резервний (або додатковий) об’єм вдиху (Д дод.об. вд.)

Резервний (або додатковий) об’єм видиху (Д дод.об. вид)

Резервний (або додатковий) об’єм вдиху – після глибокого вдиху можна вдихнути ще деяку кількість повітря

Резервний (або додатковий) об’єм видиху – повітря, яке можна видихнути після спокійного видоху.

Д зал (залишковий об’єм) – повітря, яке залишається у легенях навіть після смерті (легені ніколи не спадаються (розтяжіння альвеол внаслідок негативного тиску у грудній клітині). Залишковий об’єм не входить до складу ЖЄЛ.

ЖЄЛ = Доб + Д дод.об. вд + Д дод.об. вид

Загальний об’єм легенів

(ЗОЛ) = ЖЄЛ + Д зал

Відношення повітря, що вдихається до альвеолярного повітря називається коефіцієнтом легеневої вентиляції.