ДИХАТЕЛНА СИСТЕМА: ФУНКЦИИ, ЧАСТИ, ФУНКЦИОНИРАНЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На дихателната система или дихателната система се състои от серия от специализирани органи медиират обмен газ, което включва поемането на кислород и отстраняване на въглероден диоксид.

Има поредица от стъпки, които позволяват пристигането на кислород в клетката и елиминирането на въглероден диоксид, включително обмяната на въздух между атмосферата и белите дробове (вентилация), последвана от дифузия и обмен на газове върху белодробната повърхност, транспорт на кислород и обмен на газ на клетъчно ниво.

От LadyofHats, Jmarchn, чрез Wikimedia Commons

Това е разнообразна система в животинското царство, съставена от различни структури в зависимост от родословието на изследване. Например рибите имат функционални структури във водна среда като хриле, бозайниците имат бели дробове, а повечето безгръбначни имат трахеи.

Едноклетъчните животни, като протозои, не изискват специални структури за дишане и газообменът става чрез проста дифузия.

При хората системата се състои от носните проходи, фаринкса, ларинкса, трахеята и белите дробове. Последните се разклоняват последователно в бронхи, бронхиоли и алвеоли. В алвеолите се осъществява пасивен обмен на молекули кислород и въглероден диоксид.

Определение за дишане

Терминът "дишане" може да бъде определен по два начина. Разговорно, когато използваме думата дишаме, описваме действието на поемането на кислород и елиминирането на въглеродния диоксид към външната среда.

Концепцията за дишане обаче обхваща по-широк процес от простото влизане и излизане на въздух в ребрата. Всички механизми, свързани с използването на кислород, пренасянето на кръв и производството на въглероден диоксид, се осъществяват на клетъчно ниво.

Втори начин за определяне на думата дишане е на клетъчно ниво и този процес се нарича клетъчно дишане, при което реакцията на кислород протича с неорганични молекули, които произвеждат енергия под формата на АТФ (аденозин трифосфат), вода и въглероден диоксид.

Следователно, по-точен начин да се отнесе към процеса на поемане и изхвърляне на въздух чрез гръдни движения е терминът "вентилация".

Характеристика

Основната функция на дихателната система е да организира процесите на поемане на кислород отвън чрез вентилация и клетъчни дихателни механизми. Един от отпадъците от процеса е въглеродният диоксид, който достига до кръвния поток, преминава в белите дробове и се извежда от тялото в атмосферата.

Дихателната система отговаря за посредничеството на всички тези функции. По-конкретно, той е отговорен за филтрирането и овлажняване на въздуха, който ще навлезе в тялото, в допълнение към филтрирането на нежелани молекули.

Той е отговорен и за регулирането на pH на телесните течности - косвено - за контролиране на концентрацията на CO ₂, или задържането му, или елиминирането му. От друга страна, той участва в регулирането на температурата, секрецията на хормони в белия дроб и подпомага обонятелната система при откриване на миризми.

Освен това всеки елемент от системата изпълнява специфична функция: ноздрите загряват въздуха и осигуряват защита на микробите, фаринкса, ларинкса и трахеята посредничат при преминаването на въздуха.

В допълнение, фаринксът участва в преминаването на храната и ларинкса в процеса на фонация. И накрая, в алвеолите протича процесът на обмен на газ.

Дихателни органи в животинското царство

При малки животни, по-малко от 1 mm, може да се наблюдава обмен на газ през кожата. Всъщност някои животински родове, като протозои, гъби, клони и други червеи, осъществяват процеса на обмен на газ чрез проста дифузия.

При по-големи животни, като риби и земноводни, също има дишане на кожата, за да се допълни дишането, извършвано от хрилете или белите дробове.

Например, жабите могат да осъществят целия процес на обмен на газове през кожата на етапите на хибернация, тъй като те са изцяло потопени в езера. В случай на саламандри има екземпляри, на които напълно липсват бели дробове и диша през кожата.

С увеличаването на сложността на животните обаче е необходимо наличието на специализирани органи за обмен на газ, за ​​да се отговори на високите енергийни нужди на многоклетъчните животни.

Анатомията на органите, които посредничат за обмен на газ в различни животински групи, ще бъде описана подробно по-долу:

Трахеите

От BruceBlaus. Когато използвате това изображение във външни източници, той може да бъде цитиран като: служители на Blausen.com (2014). „Медицинска галерия на Blausen Medical 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436., от Wikimedia Commons

Насекомите и някои членестоноги имат много ефикасна и директна дихателна система. Състои се от система от тръби, наречени трахеи, които се простират по цялото тяло на животното.

Трахеята се разклонява в по-тесни епруветки (приблизително 1 µm в диаметър), наречени трахеи. Те са заети от течност и завършват в пряка връзка с клетъчните мембрани.

От Indolences (Файл: Throat Diagram.svg), чрез Wikimedia Commons

Въздухът влиза в системата през серия отвори, подобни на клапани, наречени дупки. Те имат способността да се затворят в отговор на загуба на вода, за да се предотврати изсушаване. По същия начин има филтри, които предотвратяват навлизането на нежелани вещества.

Някои насекоми, като пчелите, могат да извършват движения на тялото, които са насочени към вентилация на системата на трахеята.

хриле

Хрилете, наричани още хриле, позволяват ефективно дишане във водна среда. При бодлокожите се състоят от удължаване на повърхността на телата им, докато при морските червеи и земноводните са туфи или туфи.

Най-ефективните са в рибата и се състои от система от вътрешни хриле. Те са нишковидни структури с адекватно кръвоснабдяване, което противоречи на течението на водата. С помощта на тази система "противоток" може да се осигури максимално извличане на кислород от водата.

Вентилацията на хрилете е свързана с движенията на животното и отварянето на устата. В земната среда хрилете губят плаващата опора на водата, те изсъхват и нишките се слепват, което води до колапс на цялата система.

По тази причина рибите се задушават, когато са извън водата, въпреки че имат голямо количество кислород около себе си.

Бели дробове

Белите дробове на гръбначните животни са вътрешни кухини, снабдени с обилни съдове, чиято функция е да посредничат обмен на газ с кръв. При някои безгръбначни говорим за „бели дробове“, въпреки че тези структури не са хомоложни една на друга и са много по-малко ефективни.

При земноводните дробовете са много прости, подобно на торбичка, която при някои жаби се подразделя. Площта на разположение за обмен се увеличава в белите дробове на не-птичи влечуги, които се подразделят на множество взаимосвързани чували.

В родословната птица ефективността на белите дробове се увеличава благодарение на наличието на въздушни торбички, които служат като резервно пространство за въздух в процеса на вентилация.

Белите дробове достигат максималната си сложност при бозайници (виж следващия раздел). Белите дробове са богати на съединителна тъкан и са заобиколени от тънък слой епител, наречен висцерална плевра, който продължава във висцералната плевра, подравнена със стените на гръдния кош.

Земноводните използват положително налягане за навлизане на въздух в белите дробове, докато не-птичи влечуги, птици и бозайници използват отрицателно налягане, където въздухът се изтласква в белите дробове чрез разширяване на ребрата.

Части (органи) на дихателната система при хората

При хората и в останалите бозайници дихателната система се състои от горната част, съставена от устата, носната кухина, фаринкса и ларинкса; долната част, съставена от трахеята и бронхите, и частта от белодробната тъкан.

Горна част или горни дихателни пътища

Ноздрите са структурите, през които навлиза въздух, те са последвани от носна камера, облицована от епител, който отделя лигавични вещества. Вътрешните ноздри се свързват с фаринкса (това, което обикновено наричаме гърлото), където се извършва кръстосването на два маршрута: храносмилателния и дихателния.

Въздухът навлиза през отвора на глотиса, докато храната проправя път през хранопровода.

Епиглотисът се намира на глотиса, за да се предотврати навлизането на храна в дихателните пътища, като се установи граница между орофаринкса - частта, разположена зад устата - и ларингофаринкса - най-ниския сегмент -. Глотисът се отваря в ларинкса ("гласова кутия") и това от своя страна отстъпва на трахеята.

Долна част или долен дихателен тракт

Трахеята е тръбовидна тръба с диаметър 15-20 мм и 11 сантиметра дължина. Стената му е подсилена с хрущялна тъкан, за да се избегне разпадането на структурата, благодарение на това тя е полу-гъвкава структура.

Хрущялът е разположен в форма на полумесец в 15 или 20 пръстена, тоест не обгражда напълно трахеята.

Tranquea се разклонява на два бронха, по един за всеки бял дроб. Дясната е по-вертикална в сравнение с лявата, както и по-къса и обемна. След това първо разделение следва последователни подразделения в белодробния паренхим.

Структурата на бронхите наподобява трахеята поради наличието на хрущял, мускул и лигавица, въпреки че хрущялните плочи намаляват, докато не изчезнат, когато бронхите достигнат диаметър 1 мм.

Вътре в тях всеки бронх се разделя на малки тръби, наречени бронхиоли, които водят към алвеоларния канал. Алвеолите имат единичен, много тънък клетъчен слой, който улеснява обмена на газ с капилярната система.

Белодробна тъкан

Макроскопски, белите дробове се разделят на лобове чрез фисури. Дясният бял дроб се състои от три лоба, а левият има само два. Функционалната единица на обмена на газ обаче не са белите дробове, а алвеолокапиларната единица.

Алвеолите са малки торбички, оформени като гроздове, които са разположени в края на бронхиолите и съответстват на най-малкото подразделение на дихателните пътища. Те са обхванати от два типа клетки, I и II.

Алвиолите

Клетките от тип I се характеризират с тънки и позволяват дифузия на газове. Тези от тип II са повече от малки от предишната група, по-малко тънки и тяхната функция е да секретират вещество от типа ПАВ, което улеснява разширяването на алвеолата при вентилация.

Клетките на епитела се преплитат с влакна от съединителна тъкан, така че белият дроб е еластичен. По подобен начин съществува обширна мрежа от белодробни капиляри, където се извършва обмен на газ.

Белите дробове са заобиколени от стена от мезотелиална тъкан, наречена плевра. Тази тъкан обикновено се нарича виртуално пространство, тъй като не съдържа въздух вътре и има само течност в минутни количества.

3D илюстрация на Larynx Trachea Bronchi, част от дихателната система.

Недостатъци на белите дробове

Недостатък на белите дробове е, че газообменът се извършва само в алвеолите и алвеоларния канал. Обемът на въздуха, който достига до белите дробове, но се намира в зона, където не се извършва обмен на газ, се нарича мъртво пространство.

Следователно процесът на вентилация при хората е силно неефективен. Нормалната вентилация може да замени само една шеста от въздуха, намиращ се в белите дробове. В случай на принудително дишане 20-30% от въздуха се улавя.

гръден кош

гръден кош

В ребрата се помещават белите дробове и се състои от набор от мускули и кости. Костният компонент е изграден от шийния и гръбния гръбнак, ребрата и гръдната кост. Диафрагмата е най-важният дихателен мускул, намира се в задната част на къщата.

В ребрата са поставени допълнителни мускули, наречени интеркостали. Други участват в респираторната механика като стерноклеидомастоида и скалите, които идват от главата и шията. Тези елементи се вкарват в гръдната кост и в първите ребра.

Как работи?

Поглъщането на кислород е жизненоважно за процесите на клетъчното дишане, където усвояването на тази молекула става за производството на АТФ, като се започне от хранителните вещества, получени в процеса на хранене чрез метаболитни процеси.

С други думи, кислородът служи за окисляване (изгаряне) на молекулите и по този начин произвежда енергия. Един от остатъците от този процес е въглеродният диоксид, който трябва да бъде изхвърлен от тялото. Дишането включва следните събития:

вентилация

Процесът започва с улавяне на кислород в атмосферата чрез процеса на вдъхновение. Въздухът навлиза в дихателната система през ноздрите, минавайки през целия описан тръби, докато стигне до белите дробове.

Поемането на въздух - дишане - е нормално неволен процес, но може да премине от автоматично до доброволно.

В мозъка невроните в гръбначния мозък са отговорни за нормалната регулация на дишането. Въпреки това, тялото е в състояние да регулира дишането в зависимост от нуждите от кислород.

Средностатистически човек в състояние на покой вдишва средно шест литра въздух всяка минута и тази цифра може да се увеличи до 75 литра в периоди на интензивни упражнения.

Газова борса

Кислородът в атмосферата представлява смес от газове, съставена от 71% азот, 20,9% кислород и малка част от други газове, като въглероден диоксид.

Когато въздухът навлезе в дихателните пътища, съставът се променя веднага. Процесът на вдъхновение насища въздуха с вода и когато въздухът достигне до алвеолите, той се смесва с остатъчния въздух от предишни вдъхновения. В този момент парциалното налягане на кислорода намалява и това на въглеродния диоксид се увеличава.

В дихателните тъкани газовете се движат след градиенти на концентрацията. Тъй като парциалните налягания на кислорода са по-високи в алвеолите (100 mm Hg), отколкото в кръвта на белодробните капиляри, (40 mm Hg) кислородът преминава в капилярите чрез дифузионен процес.

По същия начин концентрацията на въглероден диоксид е по-висока в белодробните капиляри (46 mm Hg), отколкото в алвеолите (40 mm Hg), следователно въглеродният диоксид дифундира в обратна посока: от кръвните капиляри, до алвеолите в бели дробове.

От Fluid-fill_alveolus2_ja.svg: user: delldot (модифициран от Hatsukari715) производна работа: OSH FPaD (Fluid-fill_alveolus2_ja.svg), чрез Wikimedia Commons

Транспорт на газ

Във водата разтворимостта на кислорода е толкова ниска, че трябва да съществува транспортно средство, което да отговаря на метаболитните изисквания. При някои малки безгръбначни, количеството кислород, разтворен в течностите им, е достатъчно, за да отговори на нуждите на индивида.

Въпреки това, при хората пренасяният кислород по този начин би бил достатъчен само за да отговори на 1% от изискванията.

Поради тази причина кислородът - и значително количество въглероден диоксид - се пренася от пигменти в кръвта. При всички гръбначни животни тези пигменти са ограничени до червените кръвни клетки.

В животинското царство най-често срещаният пигмент е хемоглобинът, протеинова молекула, която съдържа желязо в структурата си. Всяка молекула се състои от 5% хема, отговорен за червения цвят на кръвта и обратимото свързване с кислород, и 95% глобин.

Количеството кислород, което може да се свърже с хемоглобина, зависи от много фактори, включително концентрацията на кислород: когато е висока, както в капилярите, хемоглобинът се свързва с кислорода; когато концентрацията е ниска, протеинът отделя кислород.

Други дихателни пигменти

Въпреки че хемоглобинът е дихателният пигмент, присъстващ при всички гръбначни и някои безгръбначни, той не е единственият.

В някои ракообразни ракообразни, главоноги ракообразни и мекотели има син пигмент, наречен хемоцианин. Вместо желязо тази молекула има два медни атома.

В четири семейства полихети има пигментът хлорокруорин, протеин, който има желязо в структурата си и е зелен цвят. По структура и функция е подобен на хемоглобина, въпреки че не е ограничен до никаква клетъчна структура и е свободен в плазмата.

И накрая, има пигмент с кислородна носеща способност много по-ниска от тази на хемоглобина, наречен хемеритрин. Той е с червен цвят и присъства в различни групи морски безгръбначни.

Чести заболявания

астма

Това е патология, която засяга дихателните пътища, причинявайки нейното подуване. При астматичен пристъп мускулите около дихателните пътища се възпаляват и количеството въздух, което може да влезе в системата, драстично се намалява.

Атаката може да бъде предизвикана от поредица от вещества, наречени алергени, включително козина за домашни любимци, акари, студен климат, химикали в храната, плесен, прашец и др.

Белодробен оток

Белодробният оток се състои в натрупването на течност в белите дробове, което затруднява дишането на индивида. Причините обикновено са свързани с застойна сърдечна недостатъчност, при която сърцето не изпомпва достатъчно кръв.

Повишеното налягане в кръвоносните съдове изтласква течността във въздушните пространства вътре в белите дробове, като по този начин се намалява нормалното движение на кислорода в белите дробове.

Други причини за белодробен оток са бъбречна недостатъчност, наличието на тесни артерии, които пренасят кръв към бъбреците, миокардит, аритмии, прекомерно висока физическа активност, използване на определени лекарства, наред с други.

Най-честите симптоми са задух, задух, изплюване на пяна или кръв и повишена сърдечна честота.

Пневмония

Пневмонията е инфекция на белите дробове и може да бъде причинена от различни микроорганизми, включително бактерии като Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae и Chlamydias pneumoniae, вируси или гъбички като Pneumocystis jiroveci.

Представя се като възпаление на алвеоларните пространства. Това е силно заразна болест, тъй като причинителите могат да се разпространяват във въздуха и да се разпространяват бързо чрез кихане и кашлица.

Хората, най-податливи на тази патология, включват лица на възраст над 65 години и със здравословни проблеми. Симптомите включват висока температура, втрисане, кашлица на храчките, задух, задух и болка в гърдите.

Повечето случаи не изискват хоспитализация и болестта може да бъде лекувана с антибиотици (в случай на бактериална пневмония), прилагани през устата, в покой и пиене на течности.

бронхит

Бронхитът се проявява като възпалителен процес в тръбите, които пренасят кислород до белите дробове, причинен от инфекция или по други причини. Това заболяване се класифицира като остро и хронично.

Симптомите включват общо неразположение, кашлица слуз, задух и гръдно налягане.

За лечение на бронхит се препоръчва прием на аспирин или ацетаминофен за понижаване на температурата, пиене на големи количества течности и почивка. Ако е причинено от бактериален агент, се приемат антибиотици.

Препратки

1. French, K., Randall, D., & Burggren, W. (1998). Екерт. Физиология на животните: Механизми и адаптации. Mc Graw-Hill Interamericana
2. Gutiérrez, AJ (2005). Лично обучение: основи, основи и приложения. Неза.
3. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Интегрирани принципи на зоологията (том 15). Ню Йорк: McGraw-Hill.
4. Smith-Ágreda, JM (2004). Анатомия на органите на речта, зрението и слуха. Panamerican Medical Ed.
5. Тейлър, NB, & Best, CH (1986). Физиологична основа на медицинската практика. Панамерикански.
6. Извратен, À. М. (2005). Основи на физиологията на физическата активност и спорта. Panamerican Medical Ed.