Информация

22.1: Введение в дыхание - биология

22.1: Введение в дыхание - биология



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Опишите, как структуры дыхательной системы управляют механикой дыхания.

Легкие млекопитающих расположены в грудной полости, где они окружены и защищены грудной клеткой, межреберными мышцами и связаны грудной стенкой. Дыхание требует координации легких, грудной клетки и, что наиболее важно, диафрагмы.

Что вы научитесь делать

  • Определите распространенные типы дыхания, в том числе у млекопитающих и земноводных.
  • Опишите, как структуры легких и грудной полости контролируют механику дыхания.
  • Объясните важность податливости и сопротивления легких.
  • Обсудите проблемы, которые могут возникнуть из-за несоответствия V / Q

Учебные мероприятия

Учебные мероприятия для этого раздела включают следующее:

  • Типы дыхания
  • Механика человеческого дыхания
  • Работа дыхания
  • Мертвый космос
  • Самопроверка: дыхание

39.3 Дыхание

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Опишите, как структуры легких и грудной полости контролируют механику дыхания.
  • Объясните важность податливости и сопротивления легких.
  • Обсудите проблемы, которые могут возникнуть из-за несоответствия V / Q

Легкие млекопитающих расположены в грудной полости, где они окружены и защищены грудной клеткой, межреберными мышцами и связаны грудной стенкой. В нижней части легких находится диафрагма - скелетная мышца, облегчающая дыхание. Дыхание требует координации легких, грудной клетки и, что наиболее важно, диафрагмы.

Типы дыхания

У земноводных появилось несколько способов дыхания. Молодые земноводные, как и головастики, дышат жабрами и не покидают воду. У некоторых земноводных жабры сохраняются на всю жизнь. По мере роста головастика исчезают жабры и растут легкие. Эти легкие примитивны и не так развиты, как легкие млекопитающих. Взрослые амфибии лишены диафрагмы или имеют уменьшенную диафрагму, поэтому дыхание через легкие вынужденное. Другой способ дыхания земноводных - это распространение через кожу. Чтобы способствовать этой диффузии, кожа земноводных должна оставаться влажной.

Птицы сталкиваются с уникальной проблемой дыхания: они летают. Полет потребляет много энергии, поэтому птицам требуется много кислорода для поддержания метаболических процессов. Птицы развили дыхательную систему, которая снабжает их кислородом, необходимым для полета. Как и у млекопитающих, у птиц есть легкие - органы, специализирующиеся на газообмене. Кислородный воздух, вдыхаемый во время вдоха, диффундирует через поверхность легких в кровоток, а углекислый газ диффундирует из крови в легкие и выводится во время выдоха. Детали дыхания у птиц и млекопитающих существенно различаются.

Помимо легких, у птиц внутри тела есть воздушные мешочки. Воздух течет в одном направлении от задних воздушных мешков к легким и из передних воздушных мешков. Поток воздуха противоположен потоку крови, и газообмен происходит гораздо эффективнее. Этот тип дыхания позволяет птицам получать необходимый кислород даже на больших высотах, где концентрация кислорода низкая. Эта направленность воздушного потока требует двух циклов впуска и выдоха, чтобы полностью удалить воздух из легких.

Связь эволюции

Птичье дыхание

Птицы развили дыхательную систему, которая позволяет им летать. Полет - это высокоэнергетический процесс, требующий большого количества кислорода. Кроме того, многие птицы летают на больших высотах, где концентрация кислорода низкая. Как у птиц появилась такая уникальная дыхательная система?

Десятилетия исследований палеонтологов показали, что птицы произошли от тераподов, динозавров, питающихся мясом (рис. 39.14). Фактически, ископаемые свидетельства показывают, что динозавры-мясоеды, которые жили более 100 миллионов лет назад, имели аналогичную проточную дыхательную систему с легкими и воздушными мешками. Археоптерикс а также Сяотия, например, были летающими динозаврами и считаются ранними предшественниками птиц.

Большинство из нас считает, что динозавры вымерли. Однако современные птицы являются потомками птичьих динозавров. Дыхательная система современных птиц развивалась на протяжении сотен миллионов лет.

У всех млекопитающих есть легкие, которые являются основными органами дыхания. Емкость легких эволюционировала, чтобы поддерживать жизнедеятельность животного. Во время вдоха легкие расширяются за счет воздуха, а кислород диффундирует по поверхности легких и попадает в кровоток. Во время выдоха легкие вытесняют воздух, и объем легких уменьшается. В следующих нескольких разделах будет объяснен процесс человеческого дыхания.

Механика человеческого дыхания

Закон Бойля - это закон газа, который гласит, что в замкнутом пространстве давление и объем обратно пропорциональны. По мере уменьшения объема давление увеличивается и наоборот (рис. 39.15). Связь между давлением газа и объемом помогает объяснить механику дыхания.

В грудной полости всегда присутствует небольшое отрицательное давление, которое помогает держать дыхательные пути легких открытыми. Во время вдоха объем увеличивается в результате сжатия диафрагмы, а давление уменьшается (согласно закону Бойля). Это снижение давления в грудной полости относительно окружающей среды делает полость меньше атмосферы (рис. 39.16a). Из-за этого падения давления воздух устремляется в дыхательные пути. Для увеличения объема легких грудная стенка расширяется. Это происходит в результате сокращения межреберных мышц, мышц, связанных с грудной клеткой. Объем легких увеличивается за счет сокращения диафрагмы и сокращения межреберных мышц, расширяя грудную полость. Это увеличение объема грудной полости снижает давление по сравнению с атмосферным, поэтому воздух устремляется в легкие, увеличивая его объем. Результирующее увеличение объема в значительной степени объясняется увеличением альвеолярного пространства, потому что бронхиолы и бронхи представляют собой жесткие структуры, которые не меняются в размере.

Грудная стенка расширяется и удаляется от легких. Легкие эластичны, поэтому, когда воздух наполняет легкие, упругая отдача в тканях легких оказывает давление обратно во внутреннюю часть легких. Эти внешние и внутренние силы соревнуются в надувании и сдутии легкого при каждом вдохе. На выдохе легкие отскакивают, вытесняя воздух из легких, и межреберные мышцы расслабляются, возвращая грудную стенку в исходное положение (рис. 39.16b). Диафрагма также расслабляется и перемещается выше в грудную полость. Это увеличивает давление в грудной полости по сравнению с окружающей средой, и воздух устремляется из легких. Вытеснение воздуха из легких - пассивное явление. Ни одна мускулатура не сокращается, чтобы выпустить воздух.

Каждое легкое окружено инвагинированным мешком. Слой ткани, покрывающий легкое и впадающий в пространство, называется висцеральной плеврой. Второй слой париетальной плевры выстилает внутреннюю часть грудной клетки (рис. 39.17). Пространство между этими слоями, внутриплевральное пространство, содержит небольшое количество жидкости, которая защищает ткань и снижает трение, возникающее при трении слоев ткани друг с другом, когда легкие сокращаются и расслабляются. Плеврит возникает, когда эти слои ткани воспаляются, это болезненно, потому что воспаление увеличивает давление в грудной полости и уменьшает объем легкого.

Ссылка на обучение

Узнайте, как закон Бойля связан с дыханием, и посмотрите видео о законе Бойля.

Работа дыхания

Количество вдохов в минуту - это частота дыхания. В среднем, в условиях отсутствия нагрузки частота дыхания человека составляет 12–15 вдохов в минуту. Частота дыхания влияет на альвеолярную вентиляцию или количество воздуха, поступающего в альвеолы ​​и из них. Альвеолярная вентиляция предотвращает накопление углекислого газа в альвеолах. Есть два способа поддерживать постоянную альвеолярную вентиляцию: увеличивать частоту дыхания, уменьшая дыхательный объем воздуха на вдох (поверхностное дыхание), или уменьшать частоту дыхания, увеличивая дыхательный объем на вдох. В любом случае вентиляция остается прежней, но выполняемые и необходимые работы совершенно разные. И дыхательный объем, и частота дыхания строго регулируются при увеличении потребности в кислороде.

Во время дыхания выполняются два типа работы: работа с сопротивлением потоку и работа с упругостью. Сопротивление потоку относится к работе альвеол и тканей в легких, тогда как эластическая работа относится к работе межреберных мышц, грудной стенки и диафрагмы. Увеличение частоты дыхания увеличивает сопротивляемую потоку работу дыхательных путей и снижает эластичную работу мышц. Уменьшение частоты дыхания меняет требуемый вид работы.

Поверхностно-активное вещество

Граница раздела воздух-ткань / вода альвеол имеет высокое поверхностное натяжение. Это поверхностное натяжение аналогично поверхностному натяжению воды на границе раздела жидкость-воздух капли воды, которое приводит к связыванию молекул воды вместе. Поверхностно-активное вещество представляет собой сложную смесь фосфолипидов и липопротеинов, которая снижает поверхностное натяжение, которое существует между тканью альвеол и воздухом внутри альвеол. Снижая поверхностное натяжение альвеолярной жидкости, он снижает склонность альвеол к разрушению.

Поверхностно-активное вещество действует как моющее средство, снижая поверхностное натяжение и облегчая надувание дыхательных путей. Когда воздушный шар впервые надувается, требуется большое усилие, чтобы растянуть пластик и начать надувать воздушный шар. Если бы немного моющего средства было нанесено на внутреннюю часть воздушного шара, то количество усилий или работы, необходимых для начала надувания воздушного шара, уменьшилось бы, и стало бы намного легче начать надувать воздушный шар. Тот же принцип применим к дыхательным путям. Небольшое количество сурфактанта в тканях дыхательных путей снижает усилия или работу, необходимые для надувания этих дыхательных путей. Младенцы, рожденные недоношенными, иногда не производят достаточно сурфактанта. В результате они страдают респираторным дистресс-синдромом, потому что для того, чтобы надуть их легкие, требуется больше усилий. Поверхностно-активное вещество также важно для предотвращения коллапса небольших альвеол по сравнению с большими альвеолами.

Сопротивление легких и комплаентность

Легочные заболевания снижают скорость газообмена в легкие и из легких. Двумя основными причинами снижения газообмена являются податливость (степень эластичности легких) и сопротивление (степень обструкции дыхательных путей). Изменение любого из них может резко изменить дыхание и способность поглощать кислород и выделять углекислый газ.

Примерами рестриктивных заболеваний являются респираторный дистресс-синдром и фиброз легких. При обоих заболеваниях дыхательные пути менее эластичны, они жесткие или фиброзные. Происходит снижение податливости, потому что легочная ткань не может сгибаться и двигаться. При этих типах рестриктивных заболеваний внутриплевральное давление более положительное, и при выдохе дыхательные пути разрушаются, что приводит к задержке воздуха в легких. Форсированная или функциональная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), то есть количество воздуха, которое можно принудительно выдохнуть после максимально возможного глубокого вдоха, намного ниже, чем у нормальных пациентов, а время, необходимое для выдоха большей части воздуха, значительно увеличивается ( Рисунок 39.18). Пациент, страдающий этими заболеваниями, не может выдохнуть нормальное количество воздуха.

Обструктивные заболевания и состояния включают эмфизему, астму и отек легких. При эмфиземе, которая в основном возникает из-за курения табака, стенки альвеол разрушаются, уменьшая площадь поверхности для газообмена. Общая податливость легких увеличивается, поскольку при повреждении альвеолярных стенок упругая отдача легких уменьшается из-за потери эластичных волокон, и в конце выдоха в легких задерживается больше воздуха. Астма - это заболевание, при котором воспаление вызывается факторами окружающей среды. Воспаление препятствует прохождению дыхательных путей. Обструкция может быть вызвана отеком (скоплением жидкости), спазмами гладких мышц стенок бронхиол, повышенной секрецией слизи, повреждением эпителия дыхательных путей или сочетанием этих явлений. У людей с астмой или отеком наблюдается усиление окклюзии из-за повышенного воспаления дыхательных путей. Это имеет тенденцию блокировать дыхательные пути, препятствуя правильному движению газов (рис. 39.18). У людей с обструктивными заболеваниями после выдоха остается большой объем воздуха, и они дышат с очень большим объемом легких, чтобы компенсировать недостаточное количество воздуха в дыхательных путях.

Dead Space: несоответствие V / Q

Давление в малом круге кровообращения очень низкое по сравнению с давлением в большом круге кровообращения. Это также не зависит от сердечного выброса. Это происходит из-за явления, называемого рекрутингом, которое представляет собой процесс открытия дыхательных путей, которые обычно остаются закрытыми при увеличении сердечного выброса. По мере увеличения сердечного выброса увеличивается количество перфузируемых (наполненных кровью) капилляров и артерий. Эти капилляры и артерии не всегда используются, но при необходимости готовы. Однако иногда наблюдается несоответствие между количеством воздуха (вентиляция, V) и количеством крови (перфузия, Q) в легких. Это называется несоответствием вентиляции / перфузии (V / Q).

Существует два типа несоответствия V / Q. Оба образуют мертвое пространство, участки поврежденной или заблокированной легочной ткани. Мертвые пространства могут серьезно повлиять на дыхание, поскольку они уменьшают площадь поверхности, доступную для диффузии газа. В результате количество кислорода в крови уменьшается, а уровень углекислого газа увеличивается. Мертвое пространство создается при отсутствии вентиляции и / или перфузии. Анатомическое мертвое пространство или анатомический шунт возникает из-за анатомической недостаточности, в то время как физиологическое мертвое пространство или физиологический шунт возникает из-за функционального нарушения легкого или артерий.

Примером анатомического шунта является воздействие силы тяжести на легкие. Легкие особенно чувствительны к изменениям величины и направления гравитационных сил. Когда кто-то стоит или сидит прямо, градиент плеврального давления приводит к усилению вентиляции в легких. В результате внутриплевральное давление у основания легкого более отрицательное, чем вверху, и больше воздуха заполняет нижнюю часть легкого, чем верхнюю. Точно так же для перекачки крови в нижнюю часть легкого требуется меньше энергии, чем в верхнюю в положении лежа. Перфузия легкого неравномерна в положении стоя или сидя. Это результат действия гидростатических сил в сочетании с давлением в дыхательных путях. Анатомический шунт возникает из-за того, что вентиляция дыхательных путей не соответствует перфузии артерий, окружающих эти дыхательные пути. В результате скорость газообмена снижается. Обратите внимание, что этого не происходит в положении лежа, потому что в этом положении сила тяжести не предпочтительно тянет нижнюю часть легкого вниз.

Физиологический шунт может развиться, если в легком есть инфекция или отек, закрывающий какую-либо область. Это уменьшит вентиляцию, но не повлияет на перфузию, поэтому изменится соотношение V / Q и нарушится газообмен.

Легкие могут компенсировать эти несоответствия в вентиляции и перфузии. Если вентиляция больше, чем перфузия, артериолы расширяются, а бронхиолы сужаются. Это увеличивает перфузию и снижает вентиляцию. Аналогичным образом, если вентиляция меньше, чем перфузия, артериолы сужаются, а бронхиолы расширяются, чтобы исправить дисбаланс.


Механика человеческого дыхания

Закон Бойля - это закон газа, который гласит, что в замкнутом пространстве давление и объем обратно пропорциональны. По мере уменьшения объема давление увеличивается и наоборот ([ссылка]). Связь между давлением газа и объемом помогает объяснить механику дыхания.


В грудной полости всегда есть небольшое отрицательное давление, которое помогает держать дыхательные пути легких открытыми. Во время вдоха объем увеличивается в результате сжатия диафрагмы, а давление уменьшается (согласно закону Бойля). Это снижение давления в грудной полости по сравнению с окружающей средой делает полость меньше атмосферы ([ссылка]а). Из-за этого падения давления воздух устремляется в дыхательные пути. Для увеличения объема легких грудная стенка расширяется. Это происходит в результате сокращения межреберных мышц, мышц, связанных с грудной клеткой. Объем легких увеличивается за счет сокращения диафрагмы и сокращения межреберных мышц, расширяя грудную полость. Это увеличение объема грудной полости снижает давление по сравнению с атмосферным, поэтому воздух устремляется в легкие, увеличивая его объем. Возникающее в результате увеличение объема в значительной степени объясняется увеличением альвеолярного пространства, потому что бронхиолы и бронхи представляют собой жесткие структуры, которые не меняются в размере.


Грудная стенка расширяется и удаляется от легких. Легкие эластичны, поэтому, когда воздух наполняет легкие, упругая отдача в тканях легких оказывает давление обратно во внутреннюю часть легких. Эти внешние и внутренние силы соревнуются в надувании и сдутии легкого при каждом вдохе. При выдохе легкие отскакивают, вытесняя воздух из легких, и межреберные мышцы расслабляются, возвращая грудную стенку в исходное положение ([ссылка]б). Диафрагма также расслабляется и перемещается выше в грудную полость. Это увеличивает давление в грудной полости по сравнению с окружающей средой, и воздух устремляется из легких. Вытеснение воздуха из легких - пассивное событие. Ни одна мускулатура не сокращается, чтобы выпустить воздух.

Каждое легкое окружено инвагинированным мешком. Слой ткани, покрывающий легкое и впадающий в пространство, называется висцеральной плеврой. Второй слой париетальной плевры выстилает внутреннюю часть грудной клетки ([ссылка]). Пространство между этими слоями, внутриплевральное пространство, содержит небольшое количество жидкости, которая защищает ткань и снижает трение, возникающее при трении слоев ткани друг с другом, когда легкие сокращаются и расслабляются. Плеврит возникает, когда эти слои ткани воспаляются, это болезненно, потому что воспаление увеличивает давление в грудной полости и уменьшает объем легкого.



Узнайте, как закон Бойля связан с дыханием, и посмотрите видео о законе Бойля.


Резюме викторины

0 из 25 вопросов завершено

Информация

Вы уже проходили викторину раньше. Следовательно, вы не можете запустить его снова.

Вы должны войти или зарегистрироваться, чтобы начать викторину.

Сначала вы должны выполнить следующее:

Полученные результаты

Полученные результаты

0 из 25 вопросов ответил правильно

Вы набрали 0 из 0 баллов, (0)

Заработанные баллы: 0 из 0, (0)
0 Эссе на рассмотрении (Возможные баллы: 0)

Категории

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
  5. 5
  6. 6
  7. 7
  8. 8
  9. 9
  10. 10
  11. 11
  12. 12
  13. 13
  14. 14
  15. 15
  16. 16
  17. 17
  18. 18
  19. 19
  20. 20
  21. 21
  22. 22
  23. 23
  24. 24
  25. 25
1. Вопрос

Какой термин НЕ используется для описания дыхания человека?

2. Вопрос

Сжимается или расслабляется диафрагма во время вдоха?

3. Вопрос

Каков общий объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха за 2 минуты до тренировки?

4. Вопрос

Каков средний общий объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха через 2 минуты после тренировки?

5. Вопрос

Каково процентное изменение общего объема вдыхаемого и выдыхаемого воздуха за 2 минуты?

6. Вопрос
  • Объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха при обычном дыхании
  • Самый большой объем воздуха, вдыхаемого за один вдох
  • Объем дополнительного воздуха, который можно вдохнуть после нормального дыхания
7. Вопрос
  • Самый большой объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха за один вдох
  • Объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха при обычном дыхании
  • Объем дополнительного воздуха, который можно вдохнуть после нормального дыхания
8. Вопрос

Смещается ли диафрагма вверх или вниз во время вдоха?

  • Вниз для увеличения объема грудной клетки
  • Вверх для увеличения объема грудной клетки
  • Вниз для уменьшения объема грудной клетки
  • Вверх для уменьшения объема грудной клетки
9. Вопрос

Как влияет увеличение объема грудной клетки на давление в грудной клетке?

10. Вопрос

Какое оборудование используется для измерения объема легких?

11. Вопрос

В какую сторону двигаются ребра при выдохе?

12. Вопрос

В какую сторону двигаются ребра при вдохе?

13. Вопрос

Для чего нужна натронная известь в спирометре?

14. Вопрос

Что происходит во время A?

15. Вопрос

Какой термин описывает B?

  • Дыхательный объем
  • Жизненная емкость
  • Резервный объем вдоха
  • Резервный объем выдоха
16. Вопрос

Какой термин описывает C?

  • Жизненная емкость
  • Резервный объем вдоха
  • Резервный объем выдоха
  • Дыхательный объем
17. Вопрос

В D что делает диафрагма?

  • Расслабление и уменьшение объема грудной клетки
  • Сокращение и уменьшение объема грудной клетки
  • Сокращение и увеличение объема грудной клетки
  • Расслабление и увеличение объема грудной клетки
18. Вопрос

Верно или неверно при А давление в грудной клетке ниже давления воздуха?

19. Вопрос

Какая частота дыхания показана на этом графике?

20. Вопрос

Где на графике он отображается, когда грудная клетка находится в максимальном объеме?

21. Вопрос

Какова скорость потребления кислорода в эксперименте?

  • 1,2 д м ^ 3 мин [/ латекс] <-1> [/ латекс]
  • 0,6 д м ^ 3 мин [/ латекс] <-1> [/ латекс]
  • 3,2 д м ^ 3 мин [/ латекс] <-1> [/ латекс]
  • 1,6 д м ^ 3 мин [/ латекс] <-1> [/ латекс]
22. Вопрос

Что из следующего описывает выдох?

  • расслабляются наружные межреберные мышцы, грудная клетка движется вниз и внутрь, диафрагма расслабляется
  • расслабляются внутренние межреберные мышцы, грудная клетка движется вниз и внутрь, диафрагма расслабляется
  • расслабляются наружные межреберные мышцы, грудная клетка движется вниз и внутрь, диафрагма сокращается
  • расслабляются внутренние межреберные мышцы, грудная клетка движется вниз и внутрь, диафрагма сокращается
23. Вопрос

Истинный или ложный выдох - это пассивный процесс из-за эластичных свойств легких.

24. Вопрос

Какая часть мозга контролирует частоту дыхания?

25. Вопрос

Верно ли, что после максимального выдоха в легких всегда остается воздух?

Навигация по курсу

Теги продукта

Подписывайся

Обзор конфиденциальности

Необходимые файлы cookie абсолютно необходимы для правильной работы веб-сайта. В эту категорию входят только файлы cookie, которые обеспечивают основные функции и функции безопасности веб-сайта. Эти файлы cookie не хранят никакой личной информации.

Любые файлы cookie, которые могут не быть особенно необходимыми для работы веб-сайта и используются специально для сбора личных данных пользователей с помощью аналитики, рекламы и другого встроенного содержимого, называются ненужными файлами cookie. Перед запуском этих файлов cookie на вашем веб-сайте необходимо получить согласие пользователя.


Смотреть видео: Respirația diafragmatică (August 2022).