Дыхательная система: строение органов дыхания, газообмен — тренажёр для 8 класса

Определение

Дыхательная система — это совокупность воздухоносных путей и лёгких, обеспечивающая организм человека кислородом и удаляющая углекислый газ. Работает она непрерывно: остановка дыхания на 4–5 минут вызывает гибель клеток коры головного мозга.

Дыхание включает три взаимосвязанных этапа. Внешнее дыхание — обмен газов между воздухом альвеол и кровью; транспорт газов кровью; тканевое (клеточное) дыхание — окисление органических веществ в митохондриях с освобождением энергии.

В курсе 8 класса тема связывает кровеносную и дыхательную системы: гемоглобин эритроцитов переносит O₂ от альвеол к тканям, а CO₂ — обратно. Без этой связки невозможно объяснить ни энергетический обмен, ни регуляцию дыхания.

Ключевые правила

Дыхательная система подчиняется четырём закономерностям, объясняющим её строение и работу.

1. Воздухоносные пути не спадаются благодаря костной и хрящевой основе. Носовая полость ограничена костями, гортань образована хрящами (крупнейший — щитовидный), трахея содержит 16–20 хрящевых полуколец, открытых назад, к пищеводу.
2. Газообмен идёт только в альвеолах. Стенка альвеолы — один слой плоского эпителия, снаружи оплетён капиллярами; общая площадь 60–120 м². В носу, гортани, трахее и бронхах кислород в кровь не поступает — это «мёртвое пространство» объёмом около 150 мл.
3. Вдох активен, спокойный выдох пассивен. Сокращение диафрагмы и наружных межрёберных мышц увеличивает объём грудной полости, давление в лёгких падает ниже атмосферного, воздух входит. Расслабление мышц возвращает рёбра и купол диафрагмы — воздух выходит.
4. Газы диффундируют от большего парциального давления к меньшему. Никакой «перекачки» нет: направление диффузии задаёт только разность давлений O₂ и CO₂ по обе стороны стенки альвеолы или капилляра.

Разбор примеров

Пример 1. Дыхание через нос и через рот. В носовой полости воздух проходит между извилистыми носовыми раковинами, согревается до 30–34 °C, увлажняется и очищается: слизь задерживает пыль, реснички мерцательного эпителия выносят её наружу. При дыхании ртом эти три этапа выпадают. Вывод: носовое дыхание — защитный барьер, а не привычка.

Пример 2. Проглатывание пищи. При глотании надгортанник закрывает вход в гортань, и пищевой комок идёт в пищевод. Разговор во время еды нарушает согласование рефлексов, и пища попадает в дыхательные пути. Вывод: гортань — перекрёсток дыхательного и пищеварительного путей.

Пример 3. Газообмен в лёгких. Парциальное давление O₂ в альвеолах 100–106 мм рт. ст., в венозной крови капилляров — 40 мм рт. ст. Кислород диффундирует в кровь и связывается с гемоглобином, образуя оксигемоглобин. CO₂ движется навстречу: 46 мм рт. ст. в крови против 40 в альвеолах. Вывод: кровь становится артериальной, алой.

Пример 4. Газообмен в тканях. В работающей мышце O₂ расходуется, его давление падает до 20 мм рт. ст. и ниже, а CO₂ накапливается до 60 мм рт. ст. Оксигемоглобин распадается, кислород уходит в клетки, углекислый газ входит в кровь. Вывод: направление диффузии в тканях противоположно лёгочному, кровь становится венозной.

Пример 5. Задержка дыхания. Через 30–60 секунд в крови накапливается CO₂, он раздражает дыхательный центр продолговатого мозга напрямую и через хеморецепторы сонных артерий. Возникает непреодолимый вдох. Вывод: сила дыхания определяется концентрацией CO₂, а не нехваткой O₂.

Таблица

Типичные ошибки

«Лёгкие сами всасывают воздух». Ошибка возникает из-за представления о лёгких как о насосе. Лёгкие лишены мышц. *Неправильно:* «лёгкие расширяются и втягивают воздух». *Правильно:* «сокращаются диафрагма и межрёберные мышцы, объём грудной полости растёт, лёгкие пассивно растягиваются вслед за плеврой».

Смешение внешнего и тканевого дыхания. Причина — слово «дыхание» в двух значениях. *Неправильно:* «в лёгких кислород сгорает». *Правильно:* «в лёгких кислород только переходит в кровь, а окисление веществ идёт в митохондриях клеток».

«Выдыхаемый воздух состоит из углекислого газа». Ошибка от преувеличения роли CO₂. Его в выдохе 4 %, кислорода — 16,3 %, поэтому искусственное дыхание «рот в рот» действенно.

«Дыхание учащается от нехватки кислорода». Хеморецепторы и нейроны продолговатого мозга реагируют прежде всего на избыток CO₂ и ионов H⁺. *Правильно:* «рост концентрации CO₂ усиливает и учащает дыхание».

Путаница регуляций. *Неправильно:* «попадание пылинки в гортань — гуморальная регуляция». *Правильно:* кашель, чихание, рефлекс Геринга–Брейера от рецепторов растяжения лёгких — рефлекторная регуляция по блуждающему нерву; влияние химического состава крови — гуморальная регуляция.

Пошаговый алгоритм

1. Определите этап дыхания в условии задачи: внешнее дыхание, транспорт газов или тканевое дыхание.
2. Назовите структуру, где происходит процесс (альвеола, капилляр большого круга, митохондрия).
3. Выпишите парциальные давления O₂ и CO₂ по обе стороны стенки.
4. Укажите направление диффузии каждого газа — от большего давления к меньшему.
5. Определите, какой становится кровь: артериальной (после лёгких) или венозной (после тканей).
6. Для расчётов примените формулы: ЖЁЛ = ДО + РО вдоха + РО выдоха; МОД = ДО × частота дыхания (500 мл × 16 = 8000 мл/мин).
7. Проверьте результат: сумма процентов газов равна 100 %, кислорода в выдохе меньше, чем во вдохе, CO₂ — больше, а направление диффузии совпадает с градиентом давления.

Как запомнить

• Порядок воздухоносных путей: «Нос — Глотка — Гортань — Трахея — Бронхи — Альвеолы», сокращённо «НоГГа ТБА» — путь сверху вниз, без пропусков.
• Вдох: «Диафрагма вниз — объём вверх — давление вниз — воздух внутрь» (цепочка из четырёх стрелок).
• Состав выдоха: «16 и 4» — 16 % кислорода, 4 % углекислого газа; во вдохе «21 и 0,03».
• Регуляция: «Нерв — рефлекс, кровь — гумор». Раздражение рецепторов даёт рефлекс, изменение состава крови — гуморальный ответ.
• Диффузия: «Газ бежит с горы» — от высокого парциального давления к низкому, в лёгких и тканях направления зеркальны.