Тема «Дыхание» входит в основные разделы подготовки к ЕНТ по биологии. Для выполнения заданий необходимо понимать строение дыхательной системы, механизм вдоха и выдоха, газообмен в лёгких и тканях, транспорт кислорода кровью и процессы клеточного дыхания.
Удобно запомнить общую последовательность:
вентиляция лёгких → газообмен в альвеолах → транспорт газов кровью → газообмен в тканях → клеточное дыхание.
Что нужно знать по теме «Дыхание» для ЕНТ
При подготовке обратите внимание на следующие вопросы:
- строение дыхательной системы человека;
- функции дыхательных путей;
- строение и значение альвеол;
- газообмен в лёгких и тканях;
- диффузию газов;
- механизм вдоха и выдоха;
- роль диафрагмы и межрёберных мышц;
- дыхательные объёмы и жизненную ёмкость лёгких;
- транспорт кислорода и углекислого газа;
- гемоглобин и оксигемоглобин;
- клеточное дыхание и роль митохондрий;
- образование АТФ;
- регуляцию дыхания;
- особенности дыхания растений и животных.
Дыхательная система человека
Дыхательная система обеспечивает поступление воздуха в лёгкие, газообмен и удаление углекислого газа из организма.
Путь воздуха можно представить так:
носовая полость → глотка → гортань → трахея → бронхи → лёгкие → альвеолы.
Носовая полость
Воздух, проходящий через носовую полость:
- очищается;
- согревается;
- увлажняется.
Это помогает подготовить воздух к дальнейшему продвижению по дыхательным путям.
Гортань
Гортань участвует в проведении воздуха и образовании звуков. В ней расположены голосовые связки.
Трахея и бронхи
Трахея проводит воздух к бронхам. Её стенки укреплены хрящевыми структурами, препятствующими спадению дыхательных путей.
Бронхи входят в лёгкие и многократно ветвятся, образуя систему более мелких дыхательных путей.
Лёгкие
Лёгкие — основные органы внешнего дыхания. Здесь происходит газообмен между воздухом и кровью.
Основное место газообмена — альвеолы.
Альвеолы и газообмен
Альвеолы — микроскопические воздушные структуры лёгких, приспособленные к эффективному обмену газов.
Этому способствуют:
- большая суммарная площадь поверхности;
- тонкие стенки;
- густая сеть капилляров;
- малое расстояние между воздухом и кровью.
Направление газообмена в лёгких
Кислород:
альвеолярный воздух → кровь.
Углекислый газ:
кровь → альвеолы.
Перемещение газов происходит вследствие различий их парциального давления по обе стороны дыхательной поверхности.
Диффузия
Диффузия — самопроизвольное перемещение частиц по градиенту концентрации. Для газообмена особенно важно направление движения газов, определяемое разницей их парциального давления.
Благодаря диффузии кислород поступает из альвеол в кровь, а затем из крови — в ткани.
Внешнее дыхание, тканевой газообмен и клеточное дыхание
Эти процессы важно различать.
Внешнее дыхание
Связано с вентиляцией лёгких и обменом газов между альвеолярным воздухом и кровью.
Газообмен в тканях
На уровне тканей направление движения газов меняется:
- кислород: кровь → клетки;
- углекислый газ: клетки → кровь.
Клеточное дыхание
Клеточное дыхание — совокупность процессов, в ходе которых энергия органических веществ становится доступной клетке.
Значительная часть этапов аэробного дыхания связана с митохондриями.
Механизм вдоха и выдоха
| Признак | Вдох | Спокойный выдох |
|---|---|---|
| Диафрагма | Сокращается | Расслабляется |
| Объём грудной полости | Увеличивается | Уменьшается |
| Давление в лёгких | Снижается | Повышается |
| Движение воздуха | В лёгкие | Из лёгких |
Роль диафрагмы
Диафрагма — одна из основных дыхательных мышц. При её сокращении объём грудной полости увеличивается, что способствует поступлению воздуха в лёгкие.
Межрёберные мышцы
Межрёберные мышцы участвуют в движении рёбер и изменении объёма грудной клетки.
Транспорт кислорода кровью
Основную роль в переносе кислорода выполняет гемоглобин эритроцитов.
Общую схему можно представить так:
лёгкие → гемоглобин → ткани.
Оксигемоглобин
При связывании гемоглобина с кислородом образуется оксигемоглобин.
В тканях кислород отделяется от гемоглобина и становится доступным клеткам.
Транспорт углекислого газа
Углекислый газ переносится кровью в нескольких формах.
Значительная его часть транспортируется после химических превращений в плазме крови, а часть связывается с компонентами крови.
Клеточное дыхание и АТФ
При клеточном дыхании энергия органических веществ используется для образования АТФ.
АТФ необходима для:
- мышечных сокращений;
- активного транспорта;
- синтеза веществ;
- деления клеток;
- других энергозависимых процессов.
Аэробное дыхание
При аэробном дыхании используется кислород.
В упрощённом виде процесс можно представить следующим образом:
органическое вещество + кислород → углекислый газ + вода + энергия.
Анаэробные процессы
При недостатке кислорода клетки могут получать энергию без полного аэробного окисления органических веществ.
Такой путь обычно обеспечивает значительно меньший энергетический выход.
Дыхание при физической нагрузке
Во время физической нагрузки:
- мышцы потребляют больше кислорода;
- увеличивается образование углекислого газа;
- учащается дыхание;
- возрастает частота сердечных сокращений;
- усиливается кровоснабжение работающих тканей.
Это связано с увеличением потребности клеток в энергии.
Регуляция дыхания
Работа дыхательной системы регулируется нервной системой.
Дыхательные центры получают информацию о состоянии внутренней среды и изменяют частоту и глубину дыхания.
Важную роль в регуляции вентиляции играет изменение содержания углекислого газа и связанных с ним показателей внутренней среды.
Частота дыхания и дыхательные объёмы
Частота дыхательных движений может зависеть от:
- возраста;
- физической нагрузки;
- эмоционального состояния;
- температуры;
- состояния организма.
Жизненная ёмкость лёгких
Жизненная ёмкость лёгких — максимальный объём воздуха, который человек может выдохнуть после максимально глубокого вдоха.
Она зависит от ряда факторов, включая возраст, размеры тела, физическую подготовку и состояние дыхательной системы.
Основные дыхательные объёмы
Полезно различать:
- дыхательный объём;
- резервный объём вдоха;
- резервный объём выдоха;
- остаточный объём.
Защитные механизмы дыхательных путей
Органы дыхания имеют несколько защитных механизмов:
- слизь;
- реснички эпителия;
- кашлевой рефлекс;
- чихание;
- фильтрацию воздуха в носовой полости.
Они помогают задерживать и удалять часть частиц, попадающих вместе с воздухом.
Влияние курения на дыхательную систему
Компоненты табачного дыма могут:
- повреждать эпителий дыхательных путей;
- нарушать защитные механизмы;
- снижать эффективность работы дыхательной системы;
- повышать риск заболеваний органов дыхания.
Дыхание у животных
У разных групп животных газообмен осуществляется с помощью различных структур:
- поверхности тела;
- жабр;
- трахей;
- лёгких.
Строение органов газообмена связано со средой обитания и особенностями организации животного.
Жабры
Жабры обеспечивают газообмен в водной среде и имеют большую площадь дыхательной поверхности.
Трахейная система
У ряда беспозвоночных воздух поступает по системе трахей непосредственно к тканям.
Дыхание у растений
Растения, как и другие живые организмы, осуществляют клеточное дыхание.
При аэробном клеточном дыхании они:
- используют кислород;
- расщепляют органические вещества;
- высвобождают энергию;
- образуют углекислый газ и воду.
Газообмен растений происходит через устьица, чечевички и другие поверхности.
Фотосинтез и клеточное дыхание
Эти процессы связаны с превращением веществ и энергии, но имеют разное биологическое значение.
| Признак | Фотосинтез | Клеточное дыхание |
|---|---|---|
| Энергия | Запасается в органических веществах | Высвобождается для использования клеткой |
| Органические вещества | Образуются | Используются |
| Кислород | Образуется при кислородном фотосинтезе | Используется при аэробном дыхании |
| Углекислый газ | Используется | Образуется |
Какие задания могут встретиться на ЕНТ
При подготовке полезно тренировать задания на:
- органы дыхательной системы;
- последовательность движения воздуха;
- строение альвеол;
- газообмен;
- диффузию;
- механизм вдоха и выдоха;
- роль диафрагмы;
- транспорт кислорода гемоглобином;
- газообмен в тканях;
- клеточное дыхание;
- митохондрии и АТФ;
- регуляцию дыхания;
- дыхание растений и животных.
Как работать со схемой дыхательной системы
- Определите носовую полость и верхние дыхательные пути.
- Найдите гортань и трахею.
- Определите бронхи.
- Найдите лёгкие.
- Определите альвеолы, если они представлены отдельно.
- Проследите направление движения воздуха.
Удобная последовательность:
нос → глотка → гортань → трахея → бронхи → лёгкие → альвеолы.
Как анализировать газообмен
Сначала определите, где происходит процесс.
В лёгких:
- кислород: альвеолы → кровь;
- углекислый газ: кровь → альвеолы.
В тканях:
- кислород: кровь → клетки;
- углекислый газ: клетки → кровь.
Типичные ошибки
- путаница вентиляции лёгких и газообмена;
- неправильное направление движения кислорода и углекислого газа;
- смешение процессов вдоха и выдоха;
- неверное понимание роли диафрагмы;
- смешение газообмена в лёгких и тканях;
- путаница внешнего и клеточного дыхания;
- смешение фотосинтеза и дыхания растений;
- неправильное определение функции гемоглобина.
Как подготовиться к теме «Дыхание»
Удобная последовательность повторения:
- Органы дыхательной системы.
- Путь воздуха.
- Строение лёгких и альвеол.
- Газообмен.
- Вдох и выдох.
- Дыхательные объёмы.
- Транспорт кислорода и углекислого газа.
- Газообмен в тканях.
- Клеточное дыхание.
- Митохондрии и АТФ.
- Регуляция дыхания.
- Дыхание животных и растений.
- Тренировочные задания.
Как анализировать ошибки после теста
- Органы дыхания — повторите путь воздуха.
- Альвеолы — свяжите особенности строения с эффективностью газообмена.
- Газообмен — повторите направление движения газов.
- Механика дыхания — сравните вдох и выдох.
- Транспорт газов — повторите роль гемоглобина.
- Клеточное дыхание — повторите значение митохондрий и АТФ.
Часто задаваемые вопросы
Где происходит основной газообмен в лёгких?
В альвеолах, поверхность которых тесно связана с сетью капилляров.
Что переносит основную часть кислорода в крови?
Кислород переносится преимущественно гемоглобином эритроцитов.
Что происходит с диафрагмой при вдохе?
Она сокращается, что способствует увеличению объёма грудной полости.
Почему кислород переходит из альвеол в кровь?
Из-за разницы парциального давления кислорода по обе стороны альвеолярно-капиллярной поверхности.
Где происходит клеточное дыхание?
Основные этапы аэробного получения энергии связаны с митохондриями, хотя начальные этапы расщепления органических веществ происходят в цитоплазме.
Чем вентиляция лёгких отличается от клеточного дыхания?
Вентиляция — это движение воздуха в лёгкие и из них, а клеточное дыхание — биохимические процессы получения энергии в клетках.
Повторите тему и проверьте себя
После изучения строения дыхательной системы, газообмена, механизма вдоха и выдоха, транспорта газов и клеточного дыхания вернитесь к тесту в начале страницы и проверьте, какие вопросы требуют дополнительного повторения.