Przegląd podtypu kręgowców. Atmosfera i oddychanie żywej przyrody, w której przez skórę następuje wymiana gazowa zwierząt pomiędzy powietrzem atmosferycznym a krwią
Jednakże udział skóry w oddychaniu człowieka jest znikomy w porównaniu z płucami, gdyż całkowita powierzchnia ciała jest mniejsza niż 2 m2 i nie przekracza 3% całkowitej powierzchni pęcherzyków płucnych.
Głównymi elementami układu oddechowego są drogi oddechowe, płuca i mięśnie oddechowe, w tym przepona. Powietrze atmosferyczne dostające się do płuc człowieka jest mieszaniną gazów – azotu, tlenu, dwutlenku węgla i niektórych innych (ryc. 2).
Ryż. 2. Średnie wartości ciśnienia cząstkowego gazów (mm Hg) w stanie suchym
wdychanym powietrzu, pęcherzykach płucnych, w wydychanym powietrzu i we krwi podczas spoczynku mięśni (środkowa część figury). Ciśnienie cząstkowe gazów we krwi żylnej wypływającej z nerek i mięśni (dolna część rysunku)
Ciśnienie cząstkowe gazu w mieszaninie gazów to ciśnienie, jakie wytworzyłby ten gaz w przypadku braku innych składników mieszaniny. Zależy to od procentowej zawartości gazu w mieszaninie: im jest ona większa, tym wyższe jest ciśnienie cząstkowe tego gazu. Ciśnienie cząstkowe tlenu* w powietrzu pęcherzykowym wynosi 105 mm Hg. Art., a we krwi żylnej – 40 mm Hg. Art., więc tlen dyfunduje z pęcherzyków płucnych do krwi. Prawie cały tlen we krwi jest chemicznie związany z hemoglobiną. Ciśnienie parcjalne tlenu w tkankach jest stosunkowo niskie, dlatego dyfunduje on z naczyń włosowatych krwi do tkanki, zapewniając oddychanie tkanek i procesy konwersji energii.
Transport dwutlenku węgla, jednego z końcowych produktów metabolizmu, odbywa się w podobny sposób w przeciwnym kierunku. Dwutlenek węgla jest uwalniany z organizmu przez płuca. Azot nie jest wykorzystywany w organizmie. Ciśnienie cząstkowe tlenu, dwutlenku węgla, azotu w powietrzu atmosferycznym i na różnych poziomach schematu transportu tlenu przedstawiono na ryc. 2.
A– cylinder zewnętrzny, B– szklane okienko do odczytów, V– cylinder wewnętrzny, G– cylinder pneumatyczny do zrównoważenia cylindra wewnętrznego, D- woda
Dzięki dyfuzji skład powietrza pęcherzykowego ulega ciągłym zmianom: stężenie tlenu w nim maleje, a stężenie dwutlenku węgla wzrasta. Aby utrzymać proces oddychania, skład gazów w płucach musi być stale aktualizowany. Dzieje się tak podczas wentylacji płuc, tj. oddychanie w zwykłym tego słowa znaczeniu. Kiedy wdychamy, zwiększa się objętość płuc i powietrze dostaje się do nich z atmosfery. W tym samym czasie pęcherzyki rozszerzają się. W spoczynku z każdym oddechem do płuc dostaje się około 500 ml powietrza. Ta objętość powietrza nazywa się objętość oddechowa. Płuca człowieka mają pewną rezerwę pojemności, którą można wykorzystać podczas intensywnego oddychania. Po spokojnej inhalacji człowiek może wciągnąć około 1500 ml powietrza. Ta objętość nazywa się rezerwowa objętość wdechowa. Po spokojnym wydechu możesz z wysiłkiem wydychać około 1500 ml powietrza. Ten rezerwowa objętość wydechowa. Objętość oddechowa oraz rezerwowe objętości wdechowe i wydechowe sumują się do Pojemność życiowa(VEL). W tym przypadku jest to 3500 ml (500 + 1500 + 1500). Aby zmierzyć pojemność życiową, należy wziąć szczególnie głęboki wdech, a następnie maksymalnie wydychać powietrze do rurki specjalnego urządzenia – spirometru. Pomiarów dokonuje się w pozycji stojącej w spoczynku (ryc. 3). Wartość pojemności życiowej zależy od płci, wieku, wielkości ciała i sprawności fizycznej. Liczba ta jest bardzo zróżnicowana i wynosi średnio 2,5–4 litrów u kobiet i 3,5–5 litrów u mężczyzn. W niektórych przypadkach u bardzo wysokich osób, np. u koszykarzy, pojemność życiowa może osiągnąć 9 litrów. Pod wpływem treningu np. podczas wykonywania specjalnych ćwiczeń oddechowych wzrasta pojemność życiowa (czasami nawet o 30%).
Ryż. 4. Nomogram Millera do określania właściwej pojemności życiowej płuc
Pojemność życiową można określić za pomocą nomogramu Millera (ryc. 4). Aby to zrobić, musisz znaleźć swój wzrost na skali i połączyć go linią prostą ze swoim wiekiem (osobno dla kobiet i mężczyzn). Ta linia prosta przetnie skalę pojemności życiowej. Ważnym wskaźnikiem w badaniach sprawności fizycznej jest minutowa objętość oddechowa, Lub wentylacja. Wentylacja to rzeczywista ilość powietrza, która w różnych warunkach przechodzi przez płuca w ciągu 1 minuty. W spoczynku wentylacja płuc wynosi 5–8 l/min.
Osoba jest w stanie kontrolować swój oddech. Można go chwilowo opóźnić lub zintensyfikować. Zdolność do zwiększenia oddechu mierzy się wartością maksymalna wentylacja płuc(MLV). Wartość ta, podobnie jak pojemność życiowa, zależy od stopnia rozwoju mięśni oddechowych. Podczas pracy fizycznej wentylacja płuc wzrasta i osiąga 150–180 l/min. Im cięższa praca, tym lepsza wentylacja płuc.
Elastyczność płuc w dużej mierze zależy od sił napięcia powierzchniowego cieczy zwilżającej wewnętrzną powierzchnię pęcherzyków płucnych (s = 5 x 10–2 n/m). Natura sama zadbała o ułatwienie oddychania i stworzyła substancje obniżające napięcie powierzchniowe. Są syntetyzowane przez specjalne komórki znajdujące się w ścianach pęcherzyków płucnych. Synteza tych środków powierzchniowo czynnych trwa przez całe życie człowieka.
W tych rzadkich przypadkach, gdy noworodek nie ma w płucach komórek wytwarzających środki powierzchniowo czynne, dziecko nie może samodzielnie wziąć pierwszego oddechu i umiera. Z powodu braku lub braku środków powierzchniowo czynnych w pęcherzykach płucnych co roku na całym świecie około pół miliona noworodków umiera, nie biorąc pierwszego oddechu.
Jednak niektóre zwierzęta oddychające płucami mogą obejść się bez środków powierzchniowo czynnych. Przede wszystkim dotyczy to zwierząt zimnokrwistych - żab, węży, krokodyli. Ponieważ zwierzęta te nie muszą zużywać energii, aby się ogrzać, ich zapotrzebowanie na tlen nie jest tak wysokie jak u zwierząt ciepłokrwistych i dlatego mają mniejszą powierzchnię płuc. Jeśli w płucach człowieka powierzchnia styku 1 cm 3 powietrza z naczyniami krwionośnymi wynosi około 300 cm 2, to u żaby jest to tylko 20 cm 2.
Względne zmniejszenie powierzchni płuc na jednostkę objętości u zwierząt stałocieplnych wynika z faktu, że średnica ich pęcherzyków płucnych jest około 10 razy większa niż u zwierząt stałocieplnych. Oraz z prawa Laplace’a ( P= 4a/R) wynika, że dodatkowe ciśnienie, które należy pokonać podczas wdechu, jest odwrotnie proporcjonalne do promienia pęcherzyków płucnych. Duży promień pęcherzyków u zwierząt zimnokrwistych pozwala im łatwo wdychać nawet bez zmniejszania rozmiaru P ze względu na środki powierzchniowo czynne.
W płucach ptaków nie ma środków powierzchniowo czynnych. Ptaki są zwierzętami stałocieplnymi i prowadzą aktywny tryb życia. W spoczynku zapotrzebowanie ptaków na tlen jest większe niż u innych kręgowców, w tym ssaków, a w czasie lotu wzrasta wielokrotnie. Układ oddechowy ptaków jest w stanie nasycić krew tlenem nawet podczas lotu na dużych wysokościach, gdzie jego stężenie jest znacznie niższe niż na poziomie morza. Wszystkie ssaki (w tym ludzie) na takiej wysokości zaczynają odczuwać głód tlenu, gwałtownie zmniejszają aktywność motoryczną, a czasem nawet popadają w stan półomdlenia. Jak płuca ptaków, przy braku środków powierzchniowo czynnych, radzą sobie z tym trudnym zadaniem?
Oprócz normalnych płuc ptaki mają dodatkowy system składający się z pięciu lub więcej par cienkościennych worków powietrznych połączonych z płucami. Wnęki tych worków rozgałęziają się szeroko w ciele i sięgają do niektórych kości, czasem nawet do małych kości paliczków palców. W rezultacie układ oddechowy np. u kaczek zajmuje około 20% objętości ciała (2% płuc i 18% pęcherzyków powietrznych), podczas gdy u człowieka zaledwie 5%. Ściany worków powietrznych są ubogie w naczynia krwionośne i nie uczestniczą w wymianie gazowej. Poduszki powietrzne nie tylko pomagają wdmuchnąć powietrze przez płuca w jednym kierunku, ale także zmniejszają gęstość ciała, tarcie pomiędzy jego poszczególnymi częściami i przyczyniają się do skutecznego chłodzenia ciała.
Płuco ptaka zbudowane jest z równolegle połączonych cienkich rurek, otwartych z obu stron, otoczonych naczyniami krwionośnymi - kapilarami powietrznymi, wystającymi z parabronchi. Podczas wdechu zwiększa się objętość przedniego i tylnego worka powietrznego. Powietrze z tchawicy dostaje się bezpośrednio do worków tylnych. Worki przednie nie łączą się z oskrzelem głównym i są wypełnione powietrzem opuszczającym płuca (ryc. 5, A).
Ryż. 5. Ruch powietrza w układzie oddechowym ptaka: A- wdech, B– wydech
(K1 i K2 to zawory zmieniające ruch powietrza)
Podczas wydechu przywracana jest komunikacja między workami przednimi a oskrzelem głównym, a komunikacja między workami tylnymi zostaje przerwana. W rezultacie podczas wydechu powietrze przepływa przez płuca ptaka w tym samym kierunku, co podczas wdechu (ryc. 5, B). Podczas oddychania zmienia się tylko objętość worków powietrznych, a objętość płuc pozostaje prawie stała. Staje się jasne, dlaczego w płucach ptaków nie ma środków powierzchniowo czynnych: po prostu nie mają one żadnego zastosowania, ponieważ nie ma potrzeby nadmuchania płuc.
Niektóre organizmy wykorzystują powietrze do czegoś więcej niż tylko oddychania. Ciało rozdymki zamieszkującej Ocean Indyjski i Morze Śródziemne jest usiane licznymi igłami – zmodyfikowanymi łuskami. W stanie spokojnym igły mniej lub bardziej przylegają do ciała. W niebezpieczeństwie rozdymka wypływa na powierzchnię wody i wciągając powietrze do jelit zamienia się w napompowaną kulę. W tym przypadku igły unoszą się i wystają we wszystkich kierunkach. Ryba przebywa blisko powierzchni wody, z brzuchem odwróconym do góry nogami, a część ciała wystaje ponad wodę. W tej pozycji rozdymka jest chroniona przed drapieżnikami zarówno od dołu, jak i od góry. Kiedy niebezpieczeństwo minęło, rozdymka wypuszcza powietrze, a jej ciało przybiera normalne rozmiary.
Powłoka powietrzna Ziemi (atmosfera) utrzymywana jest blisko Ziemi pod wpływem sił grawitacji i wywiera nacisk na wszystkie ciała, z którymi się styka. Organizm ludzki jest przystosowany do ciśnienia atmosferycznego i źle znosi jego spadek. Podczas wspinaczki w górach (4 tysiące metrów, a czasem niżej) wiele osób źle się czuje i ma ataki „choroby górskiej”: trudno jest oddychać, często krwawi krew z uszu i nosa, możliwa jest utrata przytomności. Ponieważ powierzchnie stawowe ściśle do siebie przylegają (w torebce stawowej pokrywającej stawy ciśnienie ulega obniżeniu) pod wpływem ciśnienia atmosferycznego, wysoko w górach, gdzie ciśnienie atmosferyczne jest znacznie obniżone, działanie stawów zostaje zakłócone, dochodzi do ręce i nogi nie „słuchają” dobrze, łatwo pojawiają się zwichnięcia. Wspinacze i piloci, wspinając się na duże wysokości, zabierają ze sobą sprzęt tlenowy i specjalnie trenują przed wejściem.
Specjalny program szkolenia astronautów obejmuje obowiązkowe szkolenie w komorze ciśnieniowej, czyli hermetycznie zamkniętej stalowej komorze połączonej z potężną pompą, która wytwarza w niej wysokie lub niskie ciśnienie. We współczesnej medycynie komory ciśnieniowe wykorzystuje się w leczeniu wielu chorób. Do komory dostarczany jest czysty tlen i wytwarzane jest wysokie ciśnienie. W wyniku dyfuzji tlenu przez skórę i płuca jego napięcie w tkankach znacznie wzrasta. Ta metoda leczenia jest bardzo skuteczna np. w przypadku infekcji ran (zgorzel gazowa) wywołanych przez mikroorganizmy beztlenowe, dla których tlen jest silną trucizną.
Na wysokościach, na których latają nowoczesne statki kosmiczne, praktycznie nie ma powietrza, dlatego kabiny statków są hermetycznie zamknięte, a w nich wytwarzane i utrzymywane jest normalne ciśnienie i skład powietrza, wilgotność i temperatura. Naruszenie plomby kabinowej prowadzi do tragicznych konsekwencji.
Statek kosmiczny Sojuz-11 z trzema kosmonautami na pokładzie (G. Dobrowolskim, W. Wołkowem, W. Patsajewem) został wystrzelony na niską orbitę okołoziemską 6 czerwca 1971 r., a 30 czerwca po powrocie na Ziemię załoga zginęła w wyniku rozhermetyzowania modułu zniżania po rozdzieleniu przedziałów na wysokości 150 km.
Kilka informacji o oddychaniu
Osoba oddycha rytmicznie. Noworodek wykonuje ruchy oddechowe 60 razy na minutę, pięciolatek – 25 razy na minutę, w wieku 15–16 lat częstość oddechów spada do 16–18 na minutę i tak pozostaje aż do starości, kiedy znów stanie się częstsze.
Niektóre zwierzęta oddychają znacznie wolniej: kondor wykonuje jeden ruch oddechowy co 10 sekund, a kameleon co 30 minut. Płuca kameleona połączone są specjalnymi workami, do których pobiera powietrze i jednocześnie mocno się nadyma. Niska częstość oddechów sprawia, że kameleon przez długi czas nie wykrywa swojej obecności.
W spoczynku i w normalnej temperaturze człowiek zużywa około 250 ml tlenu na minutę, 15 litrów na godzinę, 360 litrów dziennie. Ilość tlenu zużywanego w spoczynku nie jest stała – w dzień jest większa niż w nocy, nawet jeśli w ciągu dnia człowiek śpi. Jest to prawdopodobnie przejaw rytmów dobowych w życiu organizmu. Osoba leżąca zużywa w ciągu 1 godziny około 15 litrów tlenu, stojąc – 20 litrów, idąc spokojnie – 50 litrów, idąc z prędkością 5 km/h – 150 litrów.
Pod ciśnieniem atmosferycznym człowiek może oddychać czystym tlenem przez około jeden dzień, po czym następuje zapalenie płuc zakończone śmiercią. Przy ciśnieniu 2-3 atm osoba może oddychać czystym tlenem nie dłużej niż 2 godziny, po czym następuje naruszenie koordynacji ruchów, uwagi i pamięci.
W ciągu 1 minuty przez płuca przechodzi zwykle 7–9 litrów powietrza, ale dla wytrenowanego biegacza - około 200 litrów.
Podczas intensywnej pracy narządy wewnętrzne wymagają zwiększonego dopływu tlenu. Podczas wysiłku fizycznego zużycie tlenu przez serce wzrasta 2-krotnie, przez wątrobę 4-krotnie, a przez nerki 10-krotnie.
Przy każdym wdechu osoba wykonuje pracę wystarczającą do podniesienia ładunku o masie 1 kg na wysokość 8 cm.Wykorzystując pracę wykonaną w ciągu 1 godziny, możliwe byłoby podniesienie tego ładunku na wysokość 86 m, a w ciągu nocy do 690 m. M.
Wiadomo, że ośrodek oddechowy ulega pobudzeniu, gdy wzrasta stężenie dwutlenku węgla we krwi. Jeśli stężenie dwutlenku węgla we krwi zmniejszy się, osoba może nie oddychać przez dłuższy czas niż zwykle. Można to osiągnąć poprzez szybkie oddychanie. Nurkowie stosują podobną technikę, a doświadczeni poławiacze pereł mogą przebywać pod wodą przez 5–7 minut.
Kurz jest wszędzie. Nawet na szczycie Alp 1 ml powietrza zawiera około 200 cząstek pyłu. W tej samej objętości powietrza miejskiego znajduje się ponad 500 tysięcy cząstek pyłu. Wiatr przenosi pył na bardzo duże odległości: na przykład w Norwegii odkryto pył z Sahary, a w Europie odkryto pył wulkaniczny z wysp Indonezji. Cząsteczki kurzu zatrzymują się w drogach oddechowych i mogą powodować różne choroby.
W Tokio, gdzie na każdego mieszkańca przypada 40 cm2 powierzchni ulicy, policjanci noszą maski tlenowe. W Paryżu dla przechodniów zainstalowano kabiny czystego powietrza. Patolodzy rozpoznają Paryżan podczas sekcji zwłok po czarnych płucach. W Los Angeles na ulicach ustawia się plastikowe palmy, ponieważ żywe wymierają z powodu dużego zanieczyszczenia powietrza.
Ciąg dalszy nastąpi
* Odnosi się to do ciśnienia cząstkowego tlenu w powietrzu, przy którym znajduje się on w równowadze z tlenem rozpuszczonym we krwi lub innym ośrodku, zwanym także prężnością tlenu w tym ośrodku.
Fizjologia oddychania 1.
1. Istota oddychania. Mechanizm wdechu i wydechu.
2. Pojawienie się podciśnienia w przestrzeni okołopłucnej. Odma opłucnowa, niedodma.
3. Rodzaje oddychania.
4. Pojemność życiowa płuc i ich wentylacja.
N 1. Istota oddychania. Mechanizm wdechu i wydechu.
n Nazywa się zespół procesów zapewniających wymianę tlenu i dwutlenku węgla pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a tkankami organizmu oddechowy , a zestaw narządów zapewniających oddychanie to Układ oddechowy.
N Rodzaje oddychania:
n Komórkowy – u organizmów jednokomórkowych na całej powierzchni komórki.
n Skórne – u organizmów wielokomórkowych (robaki) na całej powierzchni ciała.
n Tchawica – u owadów przez specjalne tchawice biegnące wzdłuż bocznej powierzchni ciała.
n Gill - u ryb przez skrzela.
n Płucne - u płazów przez płuca.
n U ssaków poprzez wyspecjalizowane narządy oddechowe: nosogardło, krtań, tchawicę, oskrzela, płuca, a także klatkę piersiową, przeponę i grupy mięśni: wdechy i wydechy.
n Płuca (0,6-1,4% masy ciała) - narządy parzyste, mają płaty (prawy - 3, lewy - 2), podzielone na zraziki (każdy z 12-20 gronami), oskrzela rozgałęziają się w oskrzeliki, kończąc na pęcherzykach płucnych.
n Jednostka morfologiczna i funkcjonalna płuc - acini (łac. acinus - jagoda winogronowa)- rozgałęzienie oskrzelików oddechowych w przewody pęcherzykowe zakończone 400-600 pęcherzykami pęcherzykowymi.
n Pęcherzyki są wypełnione powietrzem i nie zapadają się dzięki obecności środków powierzchniowo czynnych na ich ściankach - środki powierzchniowo czynne (fosfolipoproteiny lub lipopolisacharydy).
N Etapy oddychania:
n a) wentylacja płucna – wymiana gazowa pomiędzy płucami a środowiskiem zewnętrznym;
n b) wymiana gazów w płucach pomiędzy powietrzem pęcherzykowym a naczyniami włosowatymi krążenia płucnego;
n c) transport O2 i CO2 przez krew;
d) wymiana gazów pomiędzy krwią naczyń włosowatych krążenia ogólnoustrojowego a płynem tkankowym;
n e) oddychanie wewnątrzkomórkowe jest wieloetapowym enzymatycznym procesem utleniania substratów w komórkach.
n Głównym procesem fizycznym zapewniającym przepływ O2 ze środowiska zewnętrznego do komórek i CO2 w przeciwnym kierunku jest dyfuzja , tj. ruch gazu jako substancji rozpuszczonej wzdłuż gradientów stężeń.
N Wdychanie – inspiracja .
n Ruch powietrza do i z płuc do otoczenia jest spowodowany zmianami ciśnienia w płucach. Kiedy płuca się rozszerzają, ciśnienie w nich spada poniżej atmosferycznego (o 5-8 mm Hg) i powietrze zostaje zassane do płuc. Same płuca nie mają tkanki mięśniowej. Zmiana objętości płuc zależy od zmiany objętości klatki piersiowej, tj. płuca biernie podążają za zmianami w klatce piersiowej. Podczas wdechu klatka piersiowa rozszerza się w kierunku pionowym, strzałkowym i czołowym. Kiedy mięśnie wdechowe (inspiratory) – zewnętrzne mięśnie międzyżebrowe i przepona – kurczą się, żebra unoszą się w górę, a klatka piersiowa rozszerza się. Membrana przybiera kształt stożka. Wszystko to pomaga zmniejszyć ciśnienie w płucach i zassać powietrze. Grubość pęcherzyków płucnych jest niewielka, więc gazy łatwo dyfundują przez ścianę pęcherzyków.
N Wydech - wydech .
n Podczas wydechu mięśnie wdechowe rozluźniają się, a klatka piersiowa ze względu na ciężar i elastyczność chrząstek żebrowych powraca do pierwotnej pozycji. Membrana rozluźnia się i przyjmuje kształt kopuły. Zatem w spoczynku wydech następuje biernie, z powodu zakończenia wdechu.
n Przy wymuszonym oddychaniu wydech staje się aktywny - jest wzmagany przez skurcz mięśni wydechowych (wydechów) - mięśni międzyżebrowych wewnętrznych, mięśni brzucha - skośnych zewnętrznych i wewnętrznych, poprzecznych i prostych brzucha, grzbietowego wydechu zębatego. Zwiększa się ciśnienie w jamie brzusznej, co powoduje wypychanie przepony do jamy klatki piersiowej, żebra opadają i zbliżają się do siebie, co zmniejsza objętość klatki piersiowej.
n Kiedy płuca się zapadną, powietrze zostaje wyciśnięte, a ciśnienie w nich staje się wyższe od atmosferycznego (o 3-4 mm Hg).
N 2. Pojawienie się podciśnienia w przestrzeni okołopłucnej. Odma opłucnowa, niedodma
n Płuca w klatce piersiowej oddzielone są warstwami opłucnowymi: trzewną – przylegającą do płuc, ciemieniową – wyścielającą klatkę piersiową od wewnątrz. Pomiędzy liśćmi znajduje się jama opłucnowa. Jest wypełniony płynem opłucnowym. Ciśnienie w jamie opłucnej jest zawsze o 4-10 mm Hg niższe od ciśnienia atmosferycznego. Sztuka. (w płucach 760 mm Hg). Dzieje się tak na skutek: 1) szybszego wzrostu klatki piersiowej w porównaniu z płucami w ontogenezie poporodowej; 2) elastyczna przyczepność(napięcie sprężyste) płuc, czyli siła przeciwdziałająca ich rozciąganiu pod wpływem powietrza. Jama opłucnej jest odizolowana od środowiska.
n Kiedy powietrze przedostaje się do jamy opłucnej (np. podczas urazu), ciśnienie w jamie opłucnej wyrównuje się z ciśnieniem atmosferycznym - odma płucna podczas gdy płuco się zapada - niedodma i oddychanie może się zatrzymać.
n Przy urodzeniu powstaje podciśnienie w jamie opłucnej. Podczas pierwszego wdechu klatka piersiowa rozszerza się, płuca rozszerzają się, ponieważ są hermetycznie od siebie oddzielone – w jamie opłucnej powstaje podciśnienie. U płodu płuca są w stanie zapadniętym, klatka piersiowa spłaszczona, głowa żeber znajduje się poza dołem panewkowym. Po urodzeniu dwutlenek węgla gromadzi się we krwi płodu, co stymuluje ośrodek oddechowy. Stąd impulsy docierają do mięśni wdechowych, które kurczą się, głowy żeber wchodzą do dołu stawowego. Klatka piersiowa zwiększa objętość, płuca rozszerzają się.
n Zależność pomiędzy objętością klatki piersiowej a objętością płuc podczas oddychania zwykle ilustruje się za pomocą badania fizycznego Modele Dondersa:
n 1. Szklana pokrywa,
n 2. Na górze znajduje się korek z otworem,
n 3. Dół – folia elastyczna z pierścieniem,
n 4. Wewnątrz czapki znajdują się płuca królika.
n Kiedy objętość wewnątrz nasadki wzrasta w wyniku rozciągnięcia elastycznej folii, ciśnienie we wnęce nasadki maleje, powietrze dostaje się do płuc przez otwór w zatyczce, rozszerzają się i odwrotnie.
N 3. Rodzaje oddychania.
N 1. Klatka piersiowa lub żebrowa – zmiana objętości klatki piersiowej następuje głównie za sprawą mięśni międzyżebrowych (wydechowych i wdechowych). Charakterystyka psów i kobiet.
N 2. Brzuszny lub przeponowy – zmiana objętości klatki piersiowej następuje głównie za sprawą przepony i mięśni brzucha. Charakterystyczne dla mężczyzn.
N 3. Mieszane lub piersiowo-brzuszne – zmiany objętości klatki piersiowej występują jednocześnie przy skurczu mięśni międzyżebrowych, przepony i mięśni brzucha. Charakterystyka zwierząt hodowlanych.
n Rodzaje oddychania mają znaczenie diagnostyczne: w przypadku uszkodzenia narządów jamy brzusznej lub klatki piersiowej ulegają one zmianie.
N 4. Pojemność życiowa płuc i ich wentylacja.
N Pojemność życiowa płuc (VC) składa się z 3 objętości powietrza wchodzącego i wypływającego z płuc podczas oddychania:
N 1. Oddechowy - objętość powietrza podczas spokojnego wdechu i wydechu. Dla małych zwierząt (psy, małe zwierzęta) - 0,3-0,5 l, dla dużych zwierząt (bydło, konie) - 5-6 l.
N 2. Dodatkowa lub rezerwowa objętość wdechowa– objętość powietrza, która dostaje się do płuc podczas maksymalnego wdechu po spokojnym wdechu. 0,5-1 i 5-15 l.
N 3. Rezerwowa objętość wydechowa– objętość powietrza przy maksymalnym wydechu po cichym wydechu. 0,5-1 i 5-15 l.
n Pojemność życiową określa się poprzez pomiar objętości maksymalnego wydechu po poprzednim maksymalnym wdechu za pomocą spirometrii. U zwierząt określa się to poprzez wdychanie mieszaniny gazów o dużej zawartości dwutlenku węgla.
N Objętość zalegająca - objętość powietrza pozostająca w płucach nawet po maksymalnym wydechu.
N Powietrze „szkodliwej” lub „martwej” przestrzeni - objętość powietrza, która nie bierze udziału w wymianie gazowej i znajduje się w górnej części aparatu oddechowego - jama nosowa, gardło, tchawica (20-30%).
N Znaczenie „szkodliwej” przestrzeni:
n 1) powietrze nagrzewa się (obfite zaopatrzenie naczyń krwionośnych), co zapobiega hipotermii płuc;
n 2) powietrze jest oczyszczane i nawilżane (makrofagi pęcherzykowe, liczne gruczoły śluzowe);
n 3) gdy rzęski nabłonka rzęskowego są podrażnione, pojawia się kichanie - odruchowe usuwanie szkodliwych substancji;
n 4) receptory analizatora węchowego („labirynt węchowy”);
n 5) regulacja objętości wdychanego powietrza.
n Proces aktualizacji składu gazowego powietrza pęcherzykowego podczas wdechu i wydechu – wentylacja .
n Intensywność wentylacji zależy od głębokości wdechu i częstotliwości ruchów oddechowych.
N Głębokość inhalacji określana na podstawie amplitudy ruchów klatki piersiowej, a także pomiaru objętości płuc.
N Częstość oddechów liczona na podstawie liczby ruchów klatki piersiowej w określonym przedziale czasu (4-5 razy mniej niż tętno).
n Koń (na minutę) – 8-16; Bydło – 12-25; PANI – 12-16; świnia – 10-18; pies – 14-24 lata; królik – 15-30; futro - 18-40.
N Minutowa objętość oddechowa jest iloczynem objętości oddechowej powietrza i częstości oddechów na minutę.
n Np. koń: 5 l x 8 = 40 l
N Metody badania oddechu:
nr 1. Pneumografia– rejestracja ruchów oddechowych za pomocą pneumografu.
nr 2. Spirometria– pomiar objętości oddechowych za pomocą spirometrów.
Wykład 25.
Fizjologia oddychania 2.
1. Wymiana gazowa pomiędzy pęcherzykami płucnymi a krwią. Stan gazów krwi.
2. Transport gazów i czynniki go determinujące. Oddychanie tkanek.
3. Funkcje płuc niezwiązane z wymianą gazową.
4. Regulacja oddychania, ośrodek oddechowy i jego właściwości.
5. Specyfika oddychania u ptaków.
Wymiana gazowa pomiędzy pęcherzykami płucnymi a krwią. Stan gazów krwi.
W pęcherzykach płucnych O2 i CO2 podlegają wymianie pomiędzy powietrzem a krwią naczyń włosowatych krążenia płucnego.
Wydychane powietrze zawiera więcej O2 i mniej CO2 niż powietrze pęcherzykowe, ponieważ zmieszane jest z nim powietrze szkodliwej przestrzeni (7:1).
Wielkość dyfuzji gazu pomiędzy pęcherzykami płucnymi a krwią jest określona przez prawa czysto fizyczne działające w układzie gaz-ciecz oddzielonym półprzepuszczalną membraną.
Głównym czynnikiem determinującym dyfuzję gazów z pęcherzyków powietrza do krwi i z krwi do pęcherzyków płucnych jest różnica ciśnień parcjalnych, czyli gradient ciśnienia cząstkowego. Dyfuzja zachodzi z obszaru o wyższym ciśnieniu parcjalnym do obszaru o niższym ciśnieniu.
Skład gazowy powietrza
Ciśnienie cząstkowe(łac. częściowy – częściowy) - jest to ciśnienie gazu w mieszaninie gazów, jakie wywierałby w tej samej temperaturze, zajmując całą objętość
P = RA x a/100,
gdzie P jest ciśnieniem cząstkowym gazu, PA jest ciśnieniem atmosferycznym i jest objętością gazu zawartego w mieszaninie w %, 100 –%.
Wdychanie P O2 = 760 x 21 / 100 = 159,5 mm Hg. Sztuka.
Wdychanie CO2. = 760 x 0,03 / 100 = 0,23 mm Hg. Sztuka.
Wdech N2. = 760 x 79 / 100 = 600,7 mm Hg. Sztuka.
Równość P O2 lub P CO2 nigdy nie występuje w oddziałujących mediach. W płucach następuje stały dopływ świeżego powietrza w wyniku ruchów oddechowych klatki piersiowej, natomiast w tkankach różnica ciśnienia gazów jest utrzymywana w procesach utleniania.
Różnica pomiędzy ciśnieniem parcjalnym O2 w powietrzu pęcherzykowym i krwi żylnej płuc wynosi: 100 - 40 = 60 mmHg, co powoduje dyfuzję O2 do krwi. Gdy różnica napięcia O2 wynosi 1 mmHg. Sztuka. U krowy do krwi przedostaje się 100-200 ml O2 na minutę. Średnie zapotrzebowanie zwierzęcia na O2 w spoczynku wynosi 2000 ml na 1 minutę. Różnice ciśnień 60 ml Hg. Sztuka. więcej niż wystarczająco, aby nasycić krew O2 zarówno w spoczynku, jak i podczas wysiłku.
60 mmHg x 100-200 ml = 6000-12000 ml O2 na min
Co to jest wymiana gazowa? Prawie żadna żywa istota nie może się bez niego obejść. Wymiana gazowa w płucach i tkankach, a także we krwi, pomaga zaopatrywać komórki w składniki odżywcze. Dzięki niemu zyskujemy energię i witalność.
Co to jest wymiana gazowa?
Organizmy żywe potrzebują powietrza do życia. Jest mieszaniną wielu gazów, których głównymi udziałami są tlen i azot. Oba te gazy są niezbędnymi składnikami zapewniającymi normalne funkcjonowanie organizmów.
W trakcie ewolucji różne gatunki wykształciły własne przystosowania do ich pozyskiwania: niektóre rozwinęły płuca, inne skrzela, a jeszcze inne korzystają wyłącznie ze skóry. Za pomocą tych narządów następuje wymiana gazowa.
Co to jest wymiana gazowa? Jest to proces interakcji środowiska zewnętrznego z żywymi komórkami, podczas którego dochodzi do wymiany tlenu i dwutlenku węgla. Podczas oddychania tlen dostaje się do organizmu wraz z powietrzem. Nasycając wszystkie komórki i tkanki, bierze udział w reakcji oksydacyjnej, zamieniając się w dwutlenek węgla, który jest wydalany z organizmu wraz z innymi produktami przemiany materii.
Wymiana gazowa w płucach
Każdego dnia wdychamy ponad 12 kilogramów powietrza. Pomagają nam w tym płuca. Są to narządy o największej objętości, zdolne pomieścić do 3 litrów powietrza w jednym pełnym, głębokim wdechu. Wymiana gazowa w płucach odbywa się za pomocą pęcherzyków płucnych - licznych pęcherzyków splecionych z naczyniami krwionośnymi.
Powietrze dostaje się do nich przez górne drogi oddechowe, przechodząc przez tchawicę i oskrzela. Kapilary połączone z pęcherzykami płucnymi pobierają powietrze i rozprowadzają je po całym układzie krążenia. Jednocześnie uwalniają do pęcherzyków dwutlenek węgla, który wraz z wydechem opuszcza organizm.
Proces wymiany między pęcherzykami płucnymi a naczyniami krwionośnymi nazywany jest dyfuzją obustronną. Zachodzi on w ciągu zaledwie kilku sekund i przeprowadzany jest pod wpływem różnicy ciśnień. Powietrze atmosferyczne nasycone tlenem ma więcej tlenu, więc pędzi do naczyń włosowatych. Dwutlenek węgla ma mniejsze ciśnienie, dlatego jest wypychany do pęcherzyków płucnych.
Krążenie
Bez układu krążenia wymiana gazowa w płucach i tkankach byłaby niemożliwa. W naszym organizmie znajduje się wiele naczyń krwionośnych o różnej długości i średnicy. Reprezentują je tętnice, żyły, naczynia włosowate, żyłki itp. Krew krąży w naczyniach w sposób ciągły, ułatwiając wymianę gazów i substancji.
Wymiana gazowa we krwi odbywa się poprzez dwa obwody krążenia. Podczas oddychania powietrze zaczyna poruszać się po dużym kole. Jest przenoszony we krwi poprzez połączenie się ze specjalnym białkiem zwanym hemoglobiną, które występuje w czerwonych krwinkach.
Z pęcherzyków powietrze dostaje się do naczyń włosowatych, a następnie do tętnic, kierując się prosto do serca. W naszym organizmie pełni rolę potężnej pompy, pompującej natlenioną krew do tkanek i komórek. Te z kolei uwalniają krew wypełnioną dwutlenkiem węgla, wysyłając ją żyłami i żyłami z powrotem do serca.
Przechodząc przez prawy przedsionek, krew żylna zatacza duży okrąg. Rozpoczyna się w prawej komorze, przez którą pompowana jest krew. Następnie przechodzi przez tętnice, tętniczki i naczynia włosowate, gdzie wymienia powietrze z pęcherzykami płucnymi, rozpoczynając cykl od nowa.
Wymiana w tkankach
Wiemy więc, na czym polega wymiana gazowa między płucami a krwią. Obydwa systemy transportują i wymieniają gazy. Ale kluczowa rola należy do tkanin. Zachodzą w nich główne procesy zmieniające skład chemiczny powietrza.
Nasyca komórki tlenem, co wywołuje w nich szereg reakcji redoks. W biologii nazywane są one cyklem Krebsa. Do ich realizacji potrzebne są enzymy, które również pochodzą z krwi.
W procesie tym powstają kwasy cytrynowy, octowy i inne, produkty utleniania tłuszczów, aminokwasów i glukozy. Jest to jeden z najważniejszych etapów towarzyszących wymianie gazowej w tkankach. W jego trakcie uwalniana jest energia niezbędna do funkcjonowania wszystkich narządów i układów organizmu.
Do przeprowadzenia reakcji aktywnie wykorzystuje się tlen. Stopniowo utlenia się, zamieniając się w dwutlenek węgla – CO 2, który uwalniany jest z komórek i tkanek do krwi, a następnie do płuc i atmosfery.
Wymiana gazowa u zwierząt
Struktura układów ciała i narządów wielu zwierząt znacznie się różni. Ssaki są najbardziej podobne do ludzi. Małe zwierzęta, takie jak planarianie, nie mają skomplikowanych układów metabolicznych. Do oddychania używają zewnętrznej powłoki.
Płazy wykorzystują skórę, usta i płuca do oddychania. U większości zwierząt żyjących w wodzie wymiana gazowa odbywa się za pomocą skrzeli. Są to cienkie płytki połączone z kapilarami, które transportują do nich tlen z wody.
Stawonogi, takie jak krocionogi, wszy, pająki i owady, nie mają płuc. Mają tchawice na całej powierzchni ciała, które kierują powietrze bezpośrednio do komórek. System ten pozwala im na szybkie poruszanie się bez odczuwania duszności i zmęczenia, ponieważ proces tworzenia energii zachodzi szybciej.
Wymiana gazowa w roślinach
W przeciwieństwie do zwierząt, wymiana gazowa w tkankach roślin obejmuje zużycie zarówno tlenu, jak i dwutlenku węgla. Podczas oddychania zużywają tlen. Rośliny nie mają do tego specjalnych narządów, więc powietrze dostaje się do nich przez wszystkie części ciała.
Z reguły liście mają największą powierzchnię i spada na nie główna ilość powietrza. Tlen dostaje się do nich przez małe otwory między komórkami, zwane szparkami, jest przetwarzany i wydalany w postaci dwutlenku węgla, tak jak u zwierząt.
Charakterystyczną cechą roślin jest ich zdolność do fotosyntezy. W ten sposób mogą przekształcać składniki nieorganiczne w organiczne za pomocą światła i enzymów. Podczas fotosyntezy pochłaniany jest dwutlenek węgla i wytwarzany jest tlen, dzięki czemu rośliny są prawdziwymi „fabrykami” wzbogacania powietrza.
Osobliwości
Wymiana gazowa jest jedną z najważniejszych funkcji każdego żywego organizmu. Odbywa się poprzez oddychanie i krążenie krwi, promując uwalnianie energii i metabolizm. Specyfika wymiany gazowej polega na tym, że nie zawsze przebiega ona w ten sam sposób.
Przede wszystkim nie da się oddychać bez oddychania, jego zatrzymanie na 4 minuty może doprowadzić do zaburzeń w funkcjonowaniu komórek mózgowych. W rezultacie ciało umiera. Istnieje wiele chorób, w których wymiana gazowa jest zaburzona. Tkanki nie otrzymują wystarczającej ilości tlenu, co spowalnia ich rozwój i funkcjonowanie.
Nierówną wymianę gazową obserwuje się także u osób zdrowych. Zwiększa się znacząco wraz ze wzmożoną pracą mięśni. W ciągu zaledwie sześciu minut osiąga maksymalną moc i się jej trzyma. Jednak wraz ze wzrostem obciążenia ilość tlenu może zacząć się zwiększać, co również będzie miało nieprzyjemny wpływ na samopoczucie organizmu.
Testy
706-01. Do tej klasy zalicza się kręgowce o trójkomorowym sercu, których rozmnażanie jest ściśle związane z wodą
A) Koścista ryba
B) Ssaki
B) Gady
D) Płazy
Odpowiedź
706-02. Do jakiej klasy należą zwierzęta, których schemat budowy serca pokazano na rysunku?
A) Owady
B) Ryba chrzęstna
B) Płazy
D) Ptaki
Odpowiedź
706-03. Cechą odróżniającą płazy od ryb jest
A) zimnokrwistość
B) budowa serca
B) rozwój w wodzie
D) zamknięty układ krążenia
Odpowiedź
706-04. Płazy różnią się od ryb posiadaniem
Mózg
B) zamknięty układ krążenia
B) sparowane płuca u dorosłych
D) narządy zmysłów
Odpowiedź
706-05. Która cecha spośród wymienionych odróżnia większość zwierząt z klasy płazów od ssaków?
B) nawożenie zewnętrzne
B) rozmnażanie płciowe
D) wykorzystanie środowiska wodnego na siedliska
Odpowiedź
706-06. W procesie ewolucji gady nabyły, w przeciwieństwie do płazów,
A) zamknięty układ krążenia
B) wysoka płodność
B) duże jajo z błonami embrionalnymi
D) serce trójkomorowe
Odpowiedź
706-07. Jeżeli w procesie ewolucji u zwierzęcia uformowało się serce pokazane na rysunku, to narządy oddechowe zwierzęcia powinny być 
A) płuca
B) skóra
B) pęcherzyki płucne
D) skrzela
Odpowiedź
706-08. U której grupy zwierząt rozmnażanie nie wymaga wody?
A) bez czaszki (lancety)
B) ryba kostna
B) płazy
D) gady
Odpowiedź
706-09. U jakich zwierząt zarodek rozwija się całkowicie wewnątrz komórki jajowej?
A) ryba kostna
B) płazy ogoniaste
B) bezogonowe płazy
D) gady
Odpowiedź
706-10. Do tej klasy zalicza się kręgowce o trójkomorowym sercu, których rozmnażanie nie jest związane z wodą
A) Koścista ryba
B) Ssaki
B) Gady
D) Płazy
Odpowiedź
706-11. Kręgowce o niestabilnej temperaturze ciała, oddychaniu płucnym, trójkomorowym sercu z niepełną przegrodą w komorze zaliczane są do
A) ryba kostna
B) płazy
B) gady
D) ryby chrzęstne
Odpowiedź
706-12. Gady, w przeciwieństwie do płazów, mają taką tendencję
A) nawożenie zewnętrzne
B) zapłodnienie wewnętrzne
B) rozwój z utworzeniem larwy
D) podział ciała na głowę, tułów i ogon
Odpowiedź
706-13. Które z poniższych zwierząt jest zimnokrwiste?
A) szybka jaszczurka
B) Tygrys amurski
B) lis stepowy
D) zwykły wilk
Odpowiedź
706-14. Do jakiej klasy należą zwierzęta posiadające suchą skórę z rogowatymi łuskami i trójkomorowe serce z niepełną przegrodą?
A) Gady
B) Ssaki
B) Płazy
D) Ptaki
Odpowiedź
706-15. Ptaki różnią się od gadów tym, że mają
A) zapłodnienie wewnętrzne
B) centralny układ nerwowy
B) dwa koła krążenia krwi
D) stała temperatura ciała
Odpowiedź
706-15. Jaka cecha strukturalna jest podobna u współczesnych gadów i ptaków?
A) kości wypełnione powietrzem
B) skóra sucha, pozbawiona gruczołów
B) okolica ogonowa kręgosłupa
D) małe zęby w szczękach
Odpowiedź
706-16. U jakiego zwierzęcia wymiana gazowa między powietrzem atmosferycznym a krwią zachodzi przez skórę?
A) orka
B) tryton
B) krokodyl
D) różowy łosoś
Odpowiedź
706-17. Która grupa zwierząt ma serce składające się z dwóch komór?
Ryba
B) płazy
B) gady
D) ssaki
Odpowiedź
706-18. Rozwój dziecka w macicy następuje o godz
A) ptaki drapieżne
B) gady
B) płazy
D) ssaki
Odpowiedź
706-19. Przedstawiciele jakiej klasy strun charakteryzują się oddychaniem skórnym?
A) Płazy
B) Gady
B) Ptaki
D) Ssaki
Odpowiedź
706-20. Znakiem klasy płazów jest
A) osłona chitynowa
B) goła skóra
B) urodzenie na żywo
D) sparowane kończyny
Odpowiedź
706-21. Jakimi cechami przedstawiciele klasy płazów różnią się od innych kręgowców?
A) kręgosłup i wolne kończyny
B) oddychanie płucne i obecność kloaki
B) odsłonięta śluzówka i zapłodnienie zewnętrzne
D) zamknięty układ krążenia i serce dwukomorowe
Odpowiedź
706-22. Która cecha spośród wymienionych odróżnia zwierzęta z klasy Gady od zwierząt z klasy Ssaki?
A) zamknięty układ krążenia
B) niestabilna temperatura ciała
C) rozwój bez transformacji
D) wykorzystanie środowiska gruntowo-powietrznego na siedliska
WYKŁAD nr 15. Fizjologia oddychania.
1.
2. Oddychanie zewnętrzne (wentylacja płucna).
3.
4. Transport gazów (O2, CO2) przez krew.
5. Wymiana gazów pomiędzy krwią i płynem tkankowym. Oddychanie tkanek.
6. Regulacja oddychania.
1. Istota oddychania. Układ oddechowy.
Oddychanie jest funkcją fizjologiczną zapewniającą wymianę gazową pomiędzy organizmem a środowiskiem zewnętrznym, a układem narządów biorących udział w wymianie gazowej jest układ oddechowy.
Ewolucja układu oddechowego.
1.U organizmów jednokomórkowych oddychanie zachodzi przez powierzchnię (błonę) komórki.
2.U niższych zwierząt wielokomórkowych wymiana gazowa zachodzi całą powierzchnią zewnętrznych i wewnętrznych (jelitowych) komórek organizmu.
3.U owadów Ciało pokryte jest naskórkiem, w związku z czym pojawiają się specjalne rurki oddechowe (tchawice), które penetrują całe ciało.
4.W rybach Narządami oddechowymi są skrzela - liczne liście z naczyniami włosowatymi.
5.U płazów pojawiają się worki powietrzne (płuca), w których powietrze odnawia się za pomocą ruchów oddechowych. Jednak główna wymiana gazów odbywa się przez powierzchnię skóry i stanowi 2/3 jej całkowitej objętości.
6.U gadów, ptaków i ssaków płuca są już dobrze rozwinięte, a skóra staje się osłoną ochronną, a wymiana gazowa przez nią nie przekracza 1%. U koni poddanych dużej aktywności fizycznej oddychanie przez skórę wzrasta do 8%.
Układ oddechowy.
Aparat oddechowy ssaków to zespół narządów pełniących funkcje przewodzenia powietrza i wymiany gazowej.
Górne drogi oddechowe: jama nosowa, usta, nosogardło, krtań.
Dolne drogi oddechowe: tchawica, oskrzela, oskrzeliki.
Funkcja wymiany gazowej wykonywana przez porowatą tkankę oddechową - miąższ płuc. Struktura tej tkanki obejmuje pęcherzyki płucne - pęcherzyki.
ma ścianę dróg oddechowych szkielet chrzęstny a ich światło nigdy nie gaśnie. Błona śluzowa dróg oddechowych jest wyścielona nabłonek rzęskowy z rzęskami. Tchawica przed wejściem do płuc dychotomicznie dzieli się na dwa główne oskrzela (lewe i prawe), które dalej dzielą się i tworzą drzewo oskrzelowe. Podział kończy się na skończonym (końcowe) oskrzeliki (średnica do 0,5-0,7 mm).
Płuca zlokalizowane są w jamie klatki piersiowej i mają kształt ściętego stożka. Podstawa płuca jest skierowana do tyłu i przylega do przepony. Zewnętrzna część płuc pokryta jest błoną surowiczą - opłucna trzewna. Opłucna ciemieniowa (kość) wyściela jamę klatki piersiowej i ściśle łączy się ze ścianą żebra. Pomiędzy tymi warstwami opłucnej znajduje się szczelinowata przestrzeń (5-10 mikronów) - jama opłucnowa wypełniony surowiczym płynem. Nazywa się przestrzeń między prawym i lewym płucem śródpiersie. To tutaj znajduje się serce, tchawica, naczynia krwionośne i nerwy. Płuca dzielą się na płaty, segmenty i zraziki. Stopień nasilenia tego podziału jest różny u różnych zwierząt.
Jednostką morfologiczną i funkcjonalną płuc jest acinus (łac. acinus - jagoda winogronowa). Acinus obejmuje drogi oddechowe (oddechowe) oskrzeliki i przewody pęcherzykowe, który koniec pęcherzyki pęcherzykowe. Jeden acini zawiera 400-600 pęcherzyków płucnych; 12-20 gron tworzy płat płucny.
pęcherzyki – Są to pęcherzyki, których wewnętrzna powierzchnia jest wyłożona jednowarstwowym nabłonkiem płaskonabłonkowym. Wśród komórek nabłonkowych są : pęcherzyki płucne I rzędu, które wraz ze śródbłonkiem naczyń włosowatych tworzą się bariera powietrze-krew I alweocyty II rzędu pełnią funkcję wydzielniczą, uwalniając substancję biologicznie czynną surfaktan. Surfaktan (fosfolipoproteiny – środek powierzchniowo czynny) wyściela wewnętrzną powierzchnię pęcherzyków, zwiększa napięcie powierzchniowe i zapobiega zapadaniu się pęcherzyków.
Funkcje dróg oddechowych.
Drogi oddechowe(zatrzymuje się w nich do 30% wdychanego powietrza) nie biorą udziału w wymianie gazowej i nazywane są „szkodliwą” przestrzeń. Jednak górne i dolne drogi oddechowe odgrywają dużą rolę w życiu organizmu.
Tutaj wdychane powietrze jest podgrzewane, nawilżane i oczyszczane. Jest to możliwe dzięki dobrze rozwiniętej błonie śluzowej dróg oddechowych, której jest obficie unaczyniony, zawiera komórki kubkowe, gruczoły śluzowe i dużą liczbę rzęsek nabłonka rzęskowego. Ponadto istnieją receptory analizatora węchowego, receptory odruchów ochronnych kaszlu, kichania, parskania i receptory drażniące (podrażnienia). Znajdują się one w oskrzelikach i reagują na cząsteczki kurzu, śluzu i żrące opary. Kiedy receptory drażniące są podrażnione, pojawia się uczucie pieczenia, bolesność, pojawia się kaszel i przyspiesza oddech.
Wymianę gazową pomiędzy organizmem a środowiskiem zewnętrznym zapewnia zespół ściśle skoordynowanych procesów wchodzących w skład struktury oddechowej zwierząt wyższych.
2. Oddychanie zewnętrzne (wentylacja płucna) ciągły proces aktualizacji składu gazu w powietrzu pęcherzykowym, który odbywa się, gdy wdech i wydech.
Tkanka płucna nie posiada aktywnych elementów mięśniowych, dlatego też jej zwiększanie lub zmniejszanie objętości następuje biernie w czasie z ruchami klatki piersiowej (wdech, wydech). Jest to spowodowane ujemne ciśnienie śródopłucnowe(poniżej atmosfery: podczas wdychania o 15-30 mm Hg. Sztuka., podczas wydechu o 4-6 mm Hg. Sztuka.) w hermetycznie zamkniętej jamie klatki piersiowej.
Mechanizm oddychania zewnętrznego.
Akt wdechu (łac. inspiracja - inspiracja) przeprowadza się poprzez zwiększenie objętości klatki piersiowej. Mięśnie wdechowe (oddechowe) biorą w tym udział: zewnętrzne mięśnie międzyżebrowe i przepona. Podczas wymuszonego oddychania aktywowane są następujące mięśnie: żebra dźwigacze, pochyłe nadkostne, zębate grzbietowe. Objętość klatki piersiowej zwiększa się w trzech kierunkach - pionowym, strzałkowym (przednio-tylnym) i czołowym.
Akt wydechu (łac. wydech - wydech) w stanie spoczynku fizjologicznego ma przeważnie charakter bierny. Gdy tylko mięśnie wdechowe się rozluźnią, klatka piersiowa ze względu na swoją ciężkość i elastyczność chrząstek żebrowych powraca do pierwotnej pozycji. Przepona rozluźnia się, a jej kopuła staje się ponownie wypukła.
Podczas wymuszonego oddychania czynność wydechu ułatwiają mięśnie wydechowe: międzyżebrowe wewnętrzne, skośne zewnętrzne i wewnętrzne, poprzeczne i proste brzucha oraz mięsień zębaty grzbietowy wydechowy.
Rodzaje oddychania.
W zależności od transformacji niektórych mięśni biorących udział w ruchach oddechowych, istnieją trzy rodzaje oddychania:
1 - rodzaj oddychania klatki piersiowej (żebrowy). przeprowadzane przez skurcz zewnętrznych mięśni międzyżebrowych i mięśni obręczy piersiowej;
2 – oddychanie brzuszne (przeponowe).– dominują skurcze przepony i mięśni brzucha;
3 – mieszany (kostno-brzuszny) typ oddychania najczęściej u zwierząt hodowlanych.
W przypadku różnych chorób rodzaj oddychania może się zmieniać. W chorobach narządów klatki piersiowej dominuje oddychanie przeponowe, a w chorobach narządów jamy brzusznej dominuje oddychanie żebrowe.
Częstotliwość oddechowa.
Częstotliwość oddechowa odnosi się do liczby cykli oddechowych (wdech-wydech) na minutę.
Koń 8 - 12 Pies 10 - 30
Zad klakson. bydło 10 - 30 Króliki 50 - 60
Owce 8–20 Kurczaki 20–40
Świnia 8 - 18 Kaczki 50 - 75
Osoba 10 - 18 Mysz 200
Należy pamiętać, że tabela pokazuje wartości średnie. Częstotliwość ruchów oddechowych zależy od rodzaju zwierzęcia, rasy, produktywności, stanu funkcjonalnego, pory dnia, wieku, temperatury otoczenia itp.
Objętość płuc.
Rozróżnia się całkowitą i żywotną pojemność płuc. Pojemność życiowa płuc (VC) składa się z trzech objętości: oddechowe i rezerwowe objętości wdechu i wydechu.
1.Objętość oddechowa- to objętość powietrza, którą można spokojnie, bez wysiłku wdychać i wydychać.
2.Rezerwowa objętość wdechowa – To powietrze, które można dodatkowo wdychać po spokojnym wdechu.
3.Rezerwowa objętość wydechowa- jest to objętość powietrza, którą można maksymalnie wydychać po spokojnym wydechu.
Po pełnym, maksymalnie głębokim wydechu, w płucach pozostaje trochę powietrza - objętość zalegająca. Suma objętości płynu życiowego i zalegającego powietrza wynosi całkowita pojemność płuc.
Suma zalegającej objętości powietrza i rezerwowej objętości wydechowej nazywa się powietrze pęcherzykowe (funkcjonalna pojemność resztkowa).
Objętość płuc (w litrach).
Koń-Człowiek
1. Układ oddechowy V 5-6 0,5
2. Rezerwa V inhalacja 12 1.5
3. Rezerwa V wydechu 12 1.5
4. Resztkowe V 10 1
Wentylacja- Jest to odnowienie składu gazowego powietrza pęcherzykowego podczas wdechu i wydechu. Oceniając intensywność wentylacji płuc, należy zastosować minutowa objętość oddechowa(ilość powietrza przechodząca przez płuca w ciągu 1 minuty), która zależy od głębokości i częstotliwości ruchów oddechowych.
Objętość oddechowa konia w spoczynku 5-6 litrów , częstość oddechów 12 ruchów oddechowych na 1 minutę.
Stąd: 5 l.*12=60 litry minutowa objętość oddechu. dla lekkiej pracy jest równa 150-200 litrów, podczas ciężkiej pracy 400-500 litrów.
Podczas oddychania poszczególne części płuc nie są wentylowane i mają różną intensywność. Dlatego kalkulują współczynnik wentylacji pęcherzykowej jest stosunkiem wdychanego powietrza do objętości pęcherzyków płucnych. Należy wziąć pod uwagę, że gdy koń wdycha 5 litrów, 30% powietrza pozostaje w „przestrzeni szkodliwej” w drogach oddechowych.
W ten sposób do pęcherzyków płucnych dociera 3,5 litra wdychanego powietrza (70% z 5 litrów objętości oddechowej). Zatem współczynnik wentylacji pęcherzykowej wynosi 3,5 l.:22 l. lub 1:6. Oznacza to, że przy każdym cichym oddechu wentylowana jest 1/6 pęcherzyków płucnych.
3. Dyfuzja gazów (wymiana gazów pomiędzy powietrzem pęcherzykowym a krwią w naczyniach włosowatych krążenia płucnego).
Wymiana gazowa w płucach następuje w wyniku dyfuzji dwutlenek węgla (CO 2) z krwi do pęcherzyków płucnych i tlen (O 2) z pęcherzyków płucnych do krwi żylnej naczyń włosowatych krążenia płucnego. Obliczono, że w organizmie pozostaje około 5% tlenu zawartego w wdychanym powietrzu, a z organizmu wydalane jest około 4% dwutlenku węgla. Azot nie bierze udziału w wymianie gazowej.
Ruch gazów jest określany wyłącznie prawa fizyczne (osmoza i dyfuzja), pracujące w układzie gaz-ciecz oddzielonym półprzepuszczalną membraną. Prawa te opierają się na różnicy ciśnień cząstkowych lub gradiencie ciśnień cząstkowych gazów.
Ciśnienie cząstkowe (łac. Partialis - częściowe) jest ciśnieniem jednego gazu zawartego w mieszaninie gazów.
Dyfuzja gazów następuje z obszaru o wyższym ciśnieniu do obszaru o niższym ciśnieniu.
Ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu pęcherzykowym 102 mmrt. Art., dwutlenek węgla 40 mm Hg. Sztuka. Napięcie krwi żylnej naczyń włosowatych płuc O2 = 40 mm Hg. Art., CO2=46 mm Hg. Sztuka.
Zatem różnica ciśnień cząstkowych wynosi:
tlen (O2) 102 – 40 = 62 mm Hg. Sztuka.;
dwutlenek węgla (CO2) 46 – 40 = 6 mm Hg. Sztuka.
Tlen szybko przenika przez błony płucne i całkowicie łączy się z hemoglobiną, a krew staje się tętnicza. Dwutlenek węgla, pomimo niewielkiej różnicy ciśnień cząstkowych, ma większa szybkość dyfuzji (25 razy) z krwi żylnej do pęcherzyków płucnych.
4. Transport gazów (O 2, CO 2) przez krew.
Tlen przechodzący z pęcherzyków płucnych do krwi występuje w dwóch postaciach - około 3% rozpuszczone w osoczu i o 97% czerwonych krwinek łączy się z hemoglobiną (oksyhemoglobiną). Nazywa się nasycenie krwi tlenem dotlenienie.
W jednej cząsteczce hemoglobiny znajdują się 4 atomy żelaza, zatem 1 cząsteczka hemoglobiny może połączyć 4 cząsteczki tlenu.
NNB+ 4О 2 ↔ ННB(O2) 4
Oksyhemoglobina (HHb (O 2) 4) – wykazuje właściwość słaby, łatwo dysocjujący kwas.
Nazywa się ilość tlenu znajdującą się w 100 mm krwi, gdy hemoglobina całkowicie przekształci się w oksyhemoglobinę pojemność tlenowa krwi. Ustalono, że średnio 1 g hemoglobiny może się związać 1,34 mmtlen. Znając stężenie hemoglobiny we krwi, i to uśrednia 15 gr. / 100ml, Możesz obliczyć pojemność tlenu we krwi.
15 * 1,34 = 20,4% obj. (procent objętościowy).
Transport dwutlenku węgla we krwi.
Transport dwutlenku węgla we krwi jest złożonym procesem, który obejmuje czerwone krwinki (hemoglobina, enzym anhydraza węglanowa) i układy buforowe krwi.
Dwutlenek węgla występuje we krwi w trzech postaciach: 5% - w postaci fizycznie rozpuszczonej; 10% - w postaci karbohemoglobiny; 85% - w postaci wodorowęglanów potasu w erytrocytach i wodorowęglanów sodu w osoczu.
CO 2 dostający się do osocza krwi z tkanki natychmiast dyfunduje do czerwonych krwinek, gdzie zachodzi reakcja hydratacji z utworzeniem kwasu węglowego (H 2 CO 3) i jego dysocjacją. Obie reakcje są katalizowane przez enzym anhydraza węglanowa, który jest zawarty w czerwonych krwinkach.
H 2 O + CO 2 → H 2 CO 3
anhydraza węglanowa
↓
H 2 CO 3 → H + + HCO 3 -
Wraz ze wzrostem stężenia jonów wodorowęglanowych (NSO3 -) w czerwonych krwinkach jedna ich część dyfunduje do osocza krwi i łączy się z układami buforowymi, tworząc wodorowęglan sodu (NaHCO3). Pozostała część HCO 3 pozostaje w czerwonych krwinkach i łączy się z hemoglobiną (karbohemoglobiną) oraz z kationami potasu - wodorowęglanem potasu (KHCO 3).
W naczyniach włosowatych pęcherzyków płucnych hemoglobina łączy się z tlenem (oksyhemoglobiną) – jest to silniejszy kwas, który wypiera kwas węglowy ze wszystkich związków. Pod wpływem anhydrazy węglanowej następuje jej odwodnienie.
H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2
Zatem dwutlenek węgla rozpuszczony i uwolniony podczas dysocjacji karbohemoglobiny dyfunduje do powietrza pęcherzykowego.
5. Wymiana gazów pomiędzy krwią a płynem tkankowym. Oddychanie tkanek.
Wymiana gazów pomiędzy krwią i tkankami odbywa się w ten sam sposób z powodu różnicy ciśnienia cząstkowego gazów (zgodnie z prawami osmozy i dyfuzji). Dopływająca tutaj krew tętnicza jest nasycona tlenem, jej napięcie wynosi 100 mmrt. Sztuka. W płynie tkankowym ciśnienie tlenu wynosi 20 - 40 mm Hg. Sztuka., a w komórkach jego poziom spada do 0.
Odpowiednio: O 2 100 – 40 = 60 mm Hg. Sztuka.
60 – 0 = 60 mm Hg. Sztuka.
Dlatego oksyhemoglobina wychwytuje tlen, który szybko przechodzi do płynu tkankowego, a następnie do komórek tkankowych.
Oddychanie tkanek to proces biologicznego utleniania w komórkach i tkankach. Na dopływ tlenu do tkanki wpływa utlenianie tłuszczów, węglowodanów i białek. Energia uwolniona w tym przypadku gromadzi się w formie wiązania makroergiczne - ATP. Oprócz fosforylacji oksydacyjnej wykorzystuje się także tlen podczas utleniania mikrosomalnego - w mikrosomach retikulum endoplazmatycznego komórek. W tym przypadku końcowymi produktami reakcji utleniania stają się woda i dwutlenek węgla.
Dwutlenek węgla rozpuszczając się w płynie tkankowym wytwarza tam napięcie 60-70 mm Hg. Sztuka., czyli więcej niż we krwi (40 mmHg).
CO 2 70 - 40 = 30 mm Hg. Sztuka.
Zatem wysoki gradient prężności tlenu i różnica ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla w płynie tkankowym i krwi powodują jego dyfuzję z płynu tkankowego do krwi.
6. Regulacja oddychania.
Ośrodek oddechowy – jest to zespół neuronów zlokalizowanych we wszystkich częściach ośrodkowego układu nerwowego i biorących udział w regulacji oddychania.
Główna część „rdzenia” ośrodka oddechowego Misławskiego znajduje się w rdzeniu przedłużonym, w obszarze formacji siatkowej na dnie czwartej komory mózgowej. Wśród neuronów tego ośrodka występuje ścisła specjalizacja (rozkład funkcji). Niektóre neurony regulują akt wdechu, inne wydechu.
Opuszkowe drogi oddechowe tra ma unikalną funkcję – automatyczne, który utrzymuje się nawet przy całkowitym odfermentowaniu (po ustaniu wpływu różnych receptorów i nerwów).
W pobliżu pon usytuowany „ośrodek pneumotaktyczny”. Nie ma automatyzmu, ale wpływa na aktywność neuronów ośrodka oddechowego Misławskiego, na przemian stymulując aktywność neuronów podczas wdechu i wydechu.
Impulsy nerwowe docierają z ośrodka oddechowego do neuronów ruchowych jądra nerwu piersiowo-brzusznego(3-4 kręgi szyjne - środek mięśni przeponowych) i do neuronów ruchowych znajdujących się w rogi boczne piersiowego rdzenia kręgowego(unerwia mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne i wewnętrzne).
W płucach (pomiędzy mięśniami gładkimi dróg oddechowych i wokół naczyń włosowatych krążenia płucnego) znajdują się trzy grupy receptorów: wzdęcia i zapadnięcia, drażniące, okołonaczyniowe. Informacje z tych receptorów o stanie płuc (rozciągnięcie, zapadnięcie), ich wypełnieniu powietrzem, przedostaniu się substancji drażniących do dróg oddechowych (gazów, pyłów), zmianach ciśnienia krwi w naczyniach płucnych, wędrują nerwami doprowadzającymi do ośrodek oddechowy. Wpływa to na częstotliwość i głębokość ruchów oddechowych, przejaw odruchów ochronnych kaszlu i kichania.
Duże znaczenie w regulacji oddychania mają czynniki humoralne. Naczynia naczyniowe reagują na zmiany w składzie gazów krwi strefy odruchowe zatoki szyjnej, aorty i rdzenia przedłużonego.
Wzrost stężenia dwutlenku węgla we krwi prowadzi do pobudzenia ośrodka oddechowego. W rezultacie oddech staje się szybszy - duszność (duszność). Zmniejszony poziom dwutlenku węgla we krwi spowalnia rytm oddychania - bezdech.