Газообмен между воздухом и кровью происходит в: В каком органе происходит газообмен между воздухом и кровью

Регуляция дыхания — Биология — Презентации

Закончить мысль

Контролирует вход в гортань —
Вдоль трахеи проходит —
Функция ресничек в носовой полости —
Структурные единицы лёгких —
Перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной —

Закончить мысль

Контролирует вход в гортань — Надгортанник
Вдоль трахеи проходит —
Функция ресничек в носовой полости —
Структурные единицы лёгких —
Перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной —

Закончить мысль

Контролирует вход в гортань — Надгортанник
Вдоль трахеи проходит — Пищевод
Функция ресничек в носовой полости —
Структурные единицы лёгких —
Перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной —

Закончить мысль

Контролирует вход в гортань — Надгортанник
Вдоль трахеи проходит — Пищевод
Функция ресничек в носовой полости — Очищение
Структурные единицы лёгких —
Перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной —

Закончить мысль

Контролирует вход в гортань — Надгортанник
Вдоль трахеи проходит — Пищевод
Функция ресничек в носовой полости — Очищение
Структурные единицы лёгких — Альвеолы
Перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной —

Закончить мысль

Контролирует вход в гортань — Надгортанник
Вдоль трахеи проходит — Пищевод
Функция ресничек в носовой полости —
Очищение
Структурные единицы лёгких — Альвеолы
Перегородка, отделяющая грудную полость от брюшной — Диафрагма

Согласны ли вы с моим утверждением?

Газообмен между воздухом и кровью происходит в легких

Плевральная жидкость обеспечивает газообмен

Кровь, поступающая от сердца к легким, насыщена кислородом

Поддержание постоянства газового состава в альвеолах осуществляется благодаря дыхательным движениям.

Начальная часть воздухоносного пути – ротовая полость.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Газообмен между воздухом и кровью происходит в легких

Плевральная жидкость обеспечивает газообмен

Кровь, поступающая от сердца к легким, насыщена кислородом

Поддержание постоянства газового состава в альвеолах осуществляется благодаря дыхательным движениям.

Начальная часть воздухоносного пути – ротовая полость.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Газообмен между воздухом и кровью происходит в легких

Плевральная жидкость обеспечивает газообмен

Кровь, поступающая от сердца к легким, насыщена кислородом

Поддержание постоянства газового состава в альвеолах осуществляется благодаря дыхательным движениям.

Начальная часть воздухоносного пути – ротовая полость.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Газообмен между воздухом и кровью происходит в легких

Плевральная жидкость обеспечивает газообмен

Кровь, поступающая от сердца к легким, насыщена кислородом

Поддержание постоянства газового состава в альвеолах осуществляется благодаря дыхательным движениям.

Начальная часть воздухоносного пути – ротовая полость.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Газообмен между воздухом и кровью происходит в легких

Плевральная жидкость обеспечивает газообмен

Кровь, поступающая от сердца к легким, насыщена кислородом

Поддержание постоянства газового состава в альвеолах осуществляется благодаря дыхательным движениям.

Начальная часть воздухоносного пути – ротовая полость.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Газообмен между воздухом и кровью происходит в легких

Плевральная жидкость обеспечивает газообмен

Кровь, поступающая от сердца к легким, насыщена кислородом

Поддержание постоянства газового состава в альвеолах осуществляется благодаря дыхательным движениям.

Начальная часть воздухоносного пути – ротовая полость.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Хрящевые полукольца не дают трахее сужаться.

Эритроциты – клетки разносчики кислорода.

Плевральная полость – это пространство между плеврами.

Надгортанник прикрывает вход в пищевод.

Легкие образованы мышечной тканью.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Хрящевые полукольца не дают трахее сужаться.

Эритроциты – клетки разносчики кислорода.

Плевральная полость – это пространство между плеврами.

Надгортанник прикрывает вход в пищевод.

Легкие образованы мышечной тканью.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Хрящевые полукольца не дают трахее сужаться.

Эритроциты – клетки разносчики кислорода.

Плевральная полость – это пространство между плеврами.

Надгортанник прикрывает вход в пищевод.

Легкие образованы мышечной тканью.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Хрящевые полукольца не дают трахее сужаться.

Эритроциты – клетки разносчики кислорода.

Плевральная полость – это пространство между плеврами.

Надгортанник прикрывает вход в пищевод.

Легкие образованы мышечной тканью.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Хрящевые полукольца не дают трахее сужаться.

Эритроциты – клетки разносчики кислорода.

Плевральная полость – это пространство между плеврами.

Надгортанник прикрывает вход в пищевод.

Легкие образованы мышечной тканью.

Согласны ли вы с моим утверждением?

Хрящевые полукольца не дают трахее сужаться.

Эритроциты – клетки разносчики кислорода.

Плевральная полость – это пространство между плеврами.

Надгортанник прикрывает вход в пищевод.

Легкие образованы мышечной тканью.

Регуляция дыхания

Миславский Николай Александрович

Русский физиолог. Открыл дыхательный центр, который находится в продолговатом отделе мозга.

Механизм вдоха и выдоха

Сокращение дыхательных мышц

(межреберных и диафрагмы)

Увеличение грудной полости

Уменьшение давления в грудной полости

Засасывание воздуха в легкие

Способы регуляции дыхания

Нервная

Гуморальная

(Рефлекторная)

(углекислый газ)

Непроизвольная

(дыхательный центр прод. мозга)

Произвольная

(кора больших

полушарий)

Дыхательные движения

Вдох

Межрёберные мышцы

Выдох

Рёбра

Диафрагма

Объём грудной полости

Дыхательные движения

Вдох

Межрёберные мышцы

Выдох

Сокращаются

Рёбра

Диафрагма

Объём грудной полости

Дыхательные движения

Вдох

Межрёберные мышцы

Выдох

Сокращаются

Рёбра

Расслабляются

Диафрагма

Объём грудной полости

Дыхательные движения

Вдох

Межрёберные мышцы

Выдох

Сокращаются

Рёбра

Приподнимаются

Расслабляются

Диафрагма

Объём грудной полости

Дыхательные движения

Вдох

Межрёберные мышцы

Выдох

Сокращаются

Рёбра

Приподнимаются

Расслабляются

Диафрагма

Опускаются

Объём грудной полости

Дыхательные движения

Вдох

Межрёберные мышцы

Выдох

Сокращаются

Рёбра

Приподнимаются

Расслабляются

Диафрагма

Опускаются

Опускается, становится более плоской

Объём грудной полости

Дыхательные движения

Вдох

Межрёберные мышцы

Выдох

Сокращаются

Рёбра

Приподнимаются

Расслабляются

Диафрагма

Опускаются

Опускается, становится более плоской

Объём грудной полости

Занимает прежнее положение

Дыхательные движения

Вдох

Межрёберные мышцы

Выдох

Сокращаются

Рёбра

Приподнимаются

Расслабляются

Диафрагма

Опускаются

Опускается, становится более плоской

Объём грудной полости

Увеличивается

Занимает прежнее положение

Дыхательные движения

Вдох

Межрёберные мышцы

Выдох

Сокращаются

Рёбра

Приподнимаются

Расслабляются

Диафрагма

Опускаются

Опускается, становится более плоской

Объём грудной полости

Увеличивается

Занимает прежнее положение

Уменьшается

Чихание при раздражении рецепторов слизистой носа.
Задержка дыхания вследствие уменьшения концентрации углекислого газа в крови, возникающая после частого и глубокого дыхания в состоянии покоя.
Задержка дыхания при вхождении в холодную воду, действие на рецепторы кожи.
Задержка дыхания, происходящая в результате действия нашатырного спирта на органы обоняния.

Справка

В среднем человек делает за 1 минуту 18 вдохов-выдохов.

За сутки – более 25000 , прокачивая через лёгкие около 14200 литров воздуха.

Во вдыхаемом воздухе 21% кислорода, а в выдыхаемом – 16%.

Лёгкие. Большая российская энциклопедия

Лёгкие, органы воздушного дыхания у некоторых групп пресноводных костных рыб, наземных позвоночных и человека. В лёгких происходит газообмен между воздухом, находящимся в полости лёгких, и кровью в лёгочных капиллярах. Лёгкие располагаются в передней (грудной) части полости тела, которая у ряда групп высших наземных позвоночных (амниот) отделяется от брюшной полости грудобрюшной перегородкой, преобразующейся у млекопитающих в диафрагму. Внутренняя поверхность лёгких выстлана дыхательным (респираторным) эпителием; стенки обильно снабжены кровеносными капиллярами, тесно контактирующими с клетками эпителия; в местах контакта происходит обмен газами. Снаружи лёгкие покрыты плеврой.

В эмбриональном развитии лёгкие возникают как выросты дна пищеварительного тракта на границе глотки и пищевода. Парные мешковидные лёгкие имеются у многопёрых и двоякодышащих рыб (у австралийского цератода лёгкие непарные). У взрослых рыб лёгкие открываются снизу в заднюю часть глотки через гортанную щель; лёгочные артерии начинаются от четвёртой пары выносящих жаберных артерий. Лёгкие были развиты у древних пресноводных кистепёрых рыб; у современной морской кистепёрой рыбы – латимерии они заполнены жировой тканью. Для рыб лёгкие являются дополнительными (по отношению к жабрам) органами дыхания, позволяющими использовать кислород воздуха при дефиците кислорода, растворённого в воде.

У наземных позвоночных лёгкие становятся основными органами дыхания. У земноводных это парные мешковидные образования, связанные с задней частью ротоглоточной полости через гортанно-трахейную камеру (у некоторых хвостатых земноводных имеют вид короткой трахеи). У безлёгочных саламандр лёгкие утрачены. Внутренняя поверхность лёгких, обеспечивающая газообмен, у одних видов может быть почти гладкой, у других – увеличиваться за счёт ячеистой структуры, образованной складками первого, второго и третьего порядков, выступающими в просвет органа. У пресмыкающихся дополнительно образуются внутрилёгочные перегородки, разделяющие полость лёгких на сложную систему камер разных размеров и связывающих их воздушных ходов; наиболее сложное строение имеют лёгкие черепах и крокодилов. Лёгкие соединены с гортанью воздухоносными путями – длинной трахеей, разделяющейся перед впадением в лёгкие на два бронха. У большинства змей сохраняется лишь правое лёгкое, продолжающееся позади в тонкостенный воздушный мешок, лишённый дыхательного эпителия (газообмен не происходит) и используемый для вентиляции лёгких.

У птиц компактные и малоподвижные лёгкие имеют сложное строение. Трахея разделяется на два первичных бронха, входящих в лёгкие, где они формируют разное количество вторичных бронхов, связанных друг с другом более Схема ветвления бронхов в правом и левом лёгких.тонкими парабронхами. В стенках последних имеются кольцевые гладкие мышцы, сокращение которых может изменять их просвет. От парабронхов отходят и оплетают их воздушные капилляры диаметром 3–10 мкм, сплетающиеся с кровеносными капиллярами. Вентиляцию лёгких обеспечивает система воздушных мешков, связанных с разветвлениями бронхов и друг с другом. Они расположены в полости тела между различными органами и внутри некоторых полых костей.

У млекопитающих лёгкие дифференцировались совершенно иначе. В лёгких первичные бронхи дихотомически ветвятся 8–25 раз, образуя т. н. бронхиальное дерево, тонкие концевые веточки которого называются бронхиолами.Схема ветвления бронхов в правом и левом лёгких. В стенках бронхов и бронхиол имеются гладкие мышечные волокна. Концевые бронхиолы дают начало 3–6 альвеолярным ходам, заканчивающимся микроскопическими пузырьками – лёгочными альвеолами, оплетёнными кровеносными капиллярами. Лёгкие млекопитающих обычно не являются компактными структурами. Они разделены глубокими щелевидными вырезками на крупные доли, число которых различно у разных групп. У человека 3 доли в правом лёгком и 2 доли в левом лёгком. Диаметр лёгочных альвеол у взрослого человека в среднем 0,2–0,25 мм; в обоих лёгких свыше 700 млн альвеол; площадь дыхательной поверхности лёгких изменяется от 30 м² при выдохе до 100 м² при глубоком вдохе. К наиболее частым заболеваниям лёгких у человека относятся пневмония, эмфизема лёгких, опухоли (в том числе злокачественные) и туберкулёз.

Лёгкими называют также органы воздушного дыхания у некоторых беспозвоночных животных. У ряда паукообразных (пауки, скорпионы) полость лёгких образуется при срастании с телом брюшных конечностей; у некоторых наземных десятиногих раков лёгкие образованы мешковидными впячиваниями покровов, у лёгочных моллюсков – мантийной полостью.

Н. Н. Иорданский. Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2010.

Дата публикации: 4 октября 2022 г. в 15:18 (GMT+3)

Обмен кислорода и углекислого газа — Заболевания легких и дыхательных путей

Ребекка Дезубе

, доктор медицинских наук, MHS, Университет Джонса Хопкинса

Полный обзор/редакция, январь 2023 г.

ПОСМОТРЕТЬ ПРОФЕССИОНАЛЬНУЮ ВЕРСИЮ

Тематические ресурсы

Основная функция дыхательной системы Обзор дыхательной системы Для поддержания жизни организм должен производить достаточное количество энергии. Энергия вырабатывается путем сжигания молекул пищи, что осуществляется в процессе окисления (при котором молекулы пищи объединяются с… читать далее, чтобы поглощать кислород и выделять углекислый газ. Вдыхаемый кислород поступает в легкие и достигает альвеол. Слои клеток, выстилающие альвеолы и окружающие капилляры, имеют толщину всего в одну клетку и находятся в очень тесном контакте друг с другом.Этот барьер между воздухом и кровью составляет в среднем около 1 микрона (9).0018 1 / _{10 000} сантиметра или 0,000039 дюйма) в толщину. Кислород быстро проходит через этот воздушно-гематический барьер в кровь в капиллярах. Точно так же углекислый газ переходит из крови в альвеолы и затем выдыхается.

Насыщенная кислородом кровь проходит из легких через легочные вены в левую часть сердца, которая перекачивает кровь к остальным частям тела (см. Функция сердца Функция сердца Сердце и кровеносные сосуды составляют сердечно-сосудистую систему ( сердечно-сосудистая система. Сердце перекачивает кровь в легкие, чтобы оно могло насытиться кислородом, а затем перекачивает богатую кислородом кровь в организм…. читать далее ). Кровь с дефицитом кислорода и богатая углекислым газом возвращается в правую часть сердца через две крупные вены — верхнюю полую вену и нижнюю полую вену. Затем кровь перекачивается через легочную артерию в легкие, где она насыщается кислородом и выделяет углекислый газ.

ВИДЕО

Для поддержки поглощения кислорода и выделения углекислого газа в легкие вводится и выходит от 5 до 8 литров (примерно от 1,3 до 2,1 галлона) воздуха в минуту и около трех десятых литра ( около трех десятых кварты) кислорода переходит из альвеол в кровь каждую минуту, даже когда человек находится в состоянии покоя. При этом аналогичный объем углекислого газа перемещается из крови в альвеолы и выдыхается. Во время упражнений можно вдыхать и выдыхать более 100 литров (около 26 галлонов) воздуха в минуту и извлекать из этого воздуха 3 литра (чуть меньше 1 галлона) кислорода в минуту. Скорость, с которой кислород используется организмом, является одним из показателей скорости расхода энергии организмом. Вдох и выдох осуществляются дыхательными мышцами. Контроль дыхания Дыхание обычно автоматическое, подсознательно контролируемое дыхательным центром в основании мозга. Дыхание продолжается во время сна и обычно даже тогда, когда человек без сознания…. читать дальше .

Газообмен между альвеолярными пространствами и капиллярами

Функция дыхательной системы заключается в перемещении двух газов: кислорода и углекислого газа. Газообмен происходит в миллионах альвеол легких и окутывающих их капиллярах. Как показано ниже, вдыхаемый кислород перемещается из альвеол в кровь в капиллярах, а углекислый газ перемещается из крови в капиллярах в воздух в альвеолах.

Для переноса кислорода из наружного воздуха в кровь, протекающую через легкие, необходимы три процесса: вентиляция, диффузия и перфузия.

Вентиляция — это процесс, при котором воздух поступает в легкие и выходит из них.
Диффузия – это спонтанное движение газов без использования энергии или усилий со стороны тела между альвеолами и капиллярами в легких.
Перфузия — это процесс, посредством которого сердечно-сосудистая система перекачивает кровь через легкие.

Кровообращение в организме является важным связующим звеном между атмосферой, содержащей кислород, и клетками тела, потребляющими кислород. Например, доставка кислорода к мышечным клеткам по всему телу зависит не только от легких, но и от способности крови переносить кислород и от способности кровообращения доставлять кровь к мышцам. Кроме того, небольшая часть крови перекачивается из сердца. Функции сердца Сердце и сосуды составляют сердечно-сосудистую (кровеносную) систему. Сердце перекачивает кровь в легкие, чтобы оно могло насытиться кислородом, а затем перекачивает богатую кислородом кровь к телу… читать далее, попадает в бронхиальные артерии и питает дыхательные пути.

ПРИМЕЧАНИЕ: Это потребительская версия. ВРАЧИ: ПОСМОТРЕТЬ ПРОФЕССИОНАЛЬНУЮ ВЕРСИЮ

ПОСМОТРЕТЬ ПРОФЕССИОНАЛЬНУЮ ВЕРСИЮ

Проверьте свои знания

Пройди тест!

Газовая биржа | Анатомия и физиология II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Сравнивать состав атмосферного воздуха и альвеолярного воздуха
Опишите механизмы газообмена
Обсудите важность достаточной вентиляции и перфузии, а также то, как организм адаптируется, когда их недостаточно
Обсудить процесс внешнего дыхания
Опишите процесс внутреннего дыхания

Назначением дыхательной системы является газообмен. Легочная вентиляция подает воздух в альвеолы для этого процесса газообмена. В дыхательной мембране, где встречаются стенки альвеол и капилляров, газы проходят через мембраны, при этом кислород поступает в кровоток, а углекислый газ выходит. Именно благодаря этому механизму кровь насыщается кислородом, а углекислый газ, побочный продукт клеточного дыхания, удаляется из организма.

Газообмен

Чтобы понять механизмы газообмена в легких, важно понимать основные принципы газов и их поведение. В дополнение к закону Бойля, несколько других газовых законов помогают описать поведение газов.

Газовые законы и состав воздуха

Молекулы газа воздействуют на поверхности, с которыми они соприкасаются; эта сила называется давлением. В природных системах газы обычно присутствуют в виде смеси различных типов молекул. Например, атмосфера состоит из кислорода, азота, углекислого газа и других газообразных молекул, и эта газовая смесь создает определенное давление, называемое атмосферным давлением (табл. 1).

Таблица 1. Парциальные давления атмосферных газов
Газ	Процент от общего состава	Парциальное давление (мм рт.ст.)
Азот (N ₂ )	78,6	597,4
Кислород (O ₂ )	20,9	158,8
Вода (H ₂ O)	0,04	3,0
Углекислый газ (CO ₂ )	0,004	0,3
Прочие	0,0006	0,5
Общий состав/общее атмосферное давление	100%	760,0

Парциальное давление ( P _x ) — это давление одного типа газа в смеси газов. Например, в атмосфере кислород оказывает парциальное давление, а азот оказывает другое парциальное давление, независимое от парциального давления кислорода (рис. 1). Полное давление представляет собой сумму всех парциальных давлений газовой смеси. Закон Дальтона описывает поведение нереакционноспособных газов в газовой смеси и утверждает, что определенный тип газа в смеси оказывает свое собственное давление; таким образом, полное давление, создаваемое смесью газов, представляет собой сумму парциальных давлений газов в смеси.

Рис. 1. Парциальное давление — это сила, действующая на газ. Сумма парциальных давлений всех газов в смеси равна общему давлению.

Парциальное давление чрезвычайно важно для предсказания движения газов. Напомним, что газы имеют тенденцию выравнивать свое давление в двух областях, которые соединены. Газ будет перемещаться из области, где его парциальное давление выше, в область, где его парциальное давление ниже. Кроме того, чем больше разница парциальных давлений между двумя областями, тем быстрее происходит движение газов.

Растворимость газов в жидкостях

Закон Генри описывает поведение газов при контакте с жидкостью, например кровью. Закон Генри гласит, что концентрация газа в жидкости прямо пропорциональна растворимости и парциальному давлению этого газа. Чем больше парциальное давление газа, тем больше молекул газа растворится в жидкости. Концентрация газа в жидкости также зависит от растворимости газа в жидкости. Например, хотя азот присутствует в атмосфере, очень мало азота растворяется в крови, потому что растворимость азота в крови очень низкая. Исключение составляют аквалангисты; состав сжатого воздуха, которым дышат дайверы, приводит к тому, что парциальное давление азота выше нормального, в результате чего он растворяется в крови в большем количестве, чем обычно. Слишком много азота в кровотоке приводит к серьезному состоянию, которое может быть смертельным, если его не исправить. Молекулы газа устанавливают равновесие между молекулами, растворенными в жидкости, и молекулами в воздухе.

Состав воздуха в атмосфере и в альвеолах различается. В обоих случаях относительная концентрация газов азот > кислород > водяной пар > углекислый газ. Количество водяного пара в альвеолярном воздухе больше, чем в атмосферном (табл. 2). Напомним, что дыхательная система работает для увлажнения поступающего воздуха, в результате чего воздух, присутствующий в альвеолах, содержит большее количество водяного пара, чем атмосферный воздух. Кроме того, альвеолярный воздух содержит большее количество углекислого газа и меньше кислорода, чем атмосферный воздух. Это неудивительно, поскольку при газообмене кислород удаляется из альвеолярного воздуха и добавляется углекислый газ. И глубокое, и форсированное дыхание вызывают более быстрое изменение состава альвеолярного воздуха, чем при спокойном дыхании. В результате парциальные давления кислорода и углекислого газа изменяются, влияя на процесс диффузии, который перемещает эти материалы через мембрану. Это приведет к более быстрому поступлению кислорода и более быстрому выводу углекислого газа из крови.

Таблица 2. Состав и парциальное давление альвеолярного воздуха
Газ	Процент от общего состава	Парциальное давление (мм рт.ст.)
Азот (N ₂ )	74,9	569
Кислород (O ₂ )	13,7	104
Вода (H ₂ O)	6,2	40
Двуокись углерода (CO ₂ )	5,2	47
Общий состав/общее альвеолярное давление	100%	760,0

Вентиляция и перфузия

Двумя важными аспектами газообмена в легких являются вентиляция и перфузия. Вентиляция — движение воздуха в легкие и из них, а перфузия — кровоток в легочных капиллярах. Чтобы газообмен был эффективным, объемы, участвующие в вентиляции и перфузии, должны быть совместимы. Однако такие факторы, как региональное гравитационное воздействие на кровь, закупорка альвеолярных протоков или заболевание, могут привести к дисбалансу вентиляции и перфузии.

Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе составляет около 104 мм рт.ст., тогда как парциальное давление насыщенной кислородом легочной венозной крови составляет около 100 мм рт.ст. При достаточной вентиляции кислород поступает в альвеолы с высокой скоростью, и парциальное давление кислорода в альвеолах остается высоким. Напротив, при недостаточной вентиляции парциальное давление кислорода в альвеолах падает. Без большой разницы в парциальном давлении между альвеолами и кровью кислород не может эффективно диффундировать через дыхательную мембрану. В организме есть механизмы, которые противодействуют этой проблеме. В случаях, когда вентиляция альвеол недостаточна, организм перенаправляет кровоток в альвеолы, получающие достаточную вентиляцию. Это достигается сужением легочных артериол, обслуживающих дисфункциональную альвеолу, которая перенаправляет кровь в другие альвеолы с достаточной вентиляцией. В то же время легочные артериолы, которые обслуживают альвеолы, получающие достаточную вентиляцию, расширяют сосуды, что приводит к увеличению кровотока. Такие факторы, как углекислый газ, кислород и уровень pH, могут служить стимулами для регулирования кровотока в капиллярных сетях, связанных с альвеолами.

Вентиляция регулируется диаметром дыхательных путей, тогда как перфузия регулируется диаметром кровеносных сосудов. Диаметр бронхиол чувствителен к парциальному давлению углекислого газа в альвеолах. Повышенное парциальное давление углекислого газа в альвеолах приводит к увеличению диаметра бронхиол, а также к снижению уровня кислорода в кровоснабжении, что позволяет выдыхать углекислый газ из организма с большей скоростью. Как упоминалось выше, более высокое парциальное давление кислорода в альвеолах вызывает расширение легочных артериол, увеличивая приток крови.

Газообмен

Газообмен происходит в двух местах в организме: в легких, где поглощается кислород и выделяется углекислый газ через дыхательную мембрану, и в тканях, где выделяется кислород и поглощается углекислый газ . Внешнее дыхание представляет собой газообмен с внешней средой и происходит в альвеолах легких. Внутреннее дыхание представляет собой обмен газов с внутренней средой и происходит в тканях. Фактический газообмен происходит за счет простой диффузии. Энергия не требуется для перемещения кислорода или углекислого газа через мембраны. Вместо этого эти газы следуют градиентам давления, которые позволяют им диффундировать. Анатомия легких обеспечивает максимальную диффузию газов: дыхательная мембрана очень проницаема для газов; мембраны дыхательных и кровеносных капилляров очень тонкие; и во всех легких есть большая площадь поверхности.

Внешнее дыхание

Легочная артерия несет деоксигенированную кровь в легкие от сердца, где она разветвляется и в конечном итоге становится капиллярной сетью, состоящей из легочных капилляров. Эти легочные капилляры образуют дыхательную мембрану с альвеолами. Когда кровь прокачивается через эту капиллярную сеть, происходит газообмен. Хотя небольшое количество кислорода способно растворяться непосредственно в плазме из альвеол, большая часть кислорода поглощается эритроцитами (красными кровяными тельцами) и связывается с белком, называемым гемоглобином, процесс, описанный далее в этой главе. Насыщенный кислородом гемоглобин имеет красный цвет, что обусловливает общий вид насыщенной кислородом крови ярко-красного цвета, которая возвращается к сердцу через легочные вены. Углекислый газ выделяется в направлении, противоположном кислороду, из крови в альвеолы. Некоторая часть углекислого газа возвращается с гемоглобином, но также может быть растворена в плазме или присутствует в преобразованной форме, что также будет более подробно объяснено далее в этой главе.

Внешнее дыхание возникает как функция разности парциальных давлений кислорода и углекислого газа между альвеолами и кровью в легочных капиллярах.

Рис. 2. При внешнем дыхании кислород диффундирует через респираторную мембрану из альвеол в капилляры, тогда как углекислый газ диффундирует из капилляров в альвеолы.

Хотя растворимость кислорода в крови невысока, парциальное давление кислорода в альвеолах резко отличается от парциального давления кислорода в крови легочных капилляров. Эта разница составляет около 64 мм рт. ст.: парциальное давление кислорода в альвеолах составляет около 104 мм рт. ст., а его парциальное давление в крови капилляров — около 40 мм рт. ст. Эта большая разница в парциальном давлении создает очень сильный градиент давления, который заставляет кислород быстро пересекать дыхательную мембрану из альвеол в кровь.

Парциальное давление углекислого газа также различно между альвеолярным воздухом и капиллярной кровью. Однако перепад парциального давления меньше, чем у кислорода, около 5 мм рт. Парциальное давление углекислого газа в крови в капиллярах составляет около 45 мм рт. ст., тогда как его парциальное давление в альвеолах — около 40 мм рт. ст. Однако растворимость углекислого газа намного выше растворимости кислорода — примерно в 20 раз — как в крови, так и в альвеолярной жидкости. В результате относительные концентрации кислорода и углекислого газа, диффундирующие через дыхательную мембрану, одинаковы.

Внутреннее дыхание

Внутреннее дыхание — газообмен, происходящий на уровне тканей организма (рис. 3). Подобно внешнему дыханию, внутреннее дыхание также происходит как простая диффузия из-за градиента парциального давления. Однако градиенты парциального давления противоположны градиентам на дыхательной мембране. Парциальное давление кислорода в тканях низкое, около 40 мм рт. ст., поскольку кислород постоянно используется для клеточного дыхания. Напротив, парциальное давление кислорода в крови составляет около 100 мм рт. Это создает градиент давления, который заставляет кислород отделяться от гемоглобина, диффундировать из крови, пересекать интерстициальное пространство и поступать в ткани. Гемоглобин, с которым связано мало кислорода, теряет большую часть своей яркости, поэтому кровь, возвращающаяся к сердцу, имеет более бордовый цвет.

Рисунок 3. Кислород диффундирует из капилляра в клетки, тогда как углекислый газ диффундирует из клеток в капилляр.

Учитывая, что клеточное дыхание постоянно вырабатывает углекислый газ, парциальное давление углекислого газа в крови ниже, чем в тканях, в результате чего углекислый газ диффундирует из ткани, пересекает интерстициальную жидкость и попадает в кровь. Затем он возвращается в легкие либо в связанном с гемоглобином растворе в плазме, либо в преобразованной форме. К тому времени, когда кровь возвращается к сердцу, парциальное давление кислорода возвращается примерно к 40 мм рт.ст., а парциальное давление углекислого газа возвращается к примерно 45 мм рт.ст. Затем кровь перекачивается обратно в легкие, чтобы снова насыщаться кислородом во время внешнего дыхания.

Everyday Connections: лечение в барокамере

Тип устройства, используемого в некоторых областях медицины, который использует поведение газов, называется лечением в барокамере. Гипербарическая камера представляет собой устройство, которое может быть герметичным и подвергать пациента либо 100-процентному кислороду с повышенным давлением, либо смеси газов, которая включает более высокую концентрацию кислорода, чем обычный атмосферный воздух, а также при более высоком парциальном давлении, чем атмосферное. Есть два основных типа камер: одноместные и многоместные. Одноместные палаты, как правило, рассчитаны на одного пациента, и обслуживающий персонал наблюдает за пациентом снаружи палаты. В некоторых учреждениях есть специальные одноместные гипербарические камеры, которые позволяют одновременно лечить нескольких пациентов, обычно в сидячем или полулежачем положении, чтобы облегчить чувство изоляции или клаустрофобии. Многоместные палаты достаточно велики для одновременного лечения нескольких пациентов, и персонал, обслуживающий этих пациентов, находится внутри палаты. В многоместной палате пациенты часто обрабатывают воздухом через маску или капюшон, а камера находится под давлением.

Рисунок 4. Барокамера (кредит: «komunews»/flickr.com)

Лечение в барокамере основано на поведении газов. Как вы помните, газы перемещаются из области более высокого парциального давления в область более низкого парциального давления. В барокамере атмосферное давление повышается, в результате чего большее количество кислорода, чем обычно, диффундирует в кровоток пациента. Гипербарическая камерная терапия используется для лечения различных медицинских проблем, таких как заживление ран и трансплантатов, анаэробные бактериальные инфекции и отравление угарным газом. Воздействие и отравление угарным газом трудно обратить вспять, потому что сродство гемоглобина к угарному газу намного сильнее, чем его сродство к кислороду, в результате чего угарный газ замещает кислород в крови. Терапия в гипербарической камере может лечить отравление угарным газом, потому что повышенное атмосферное давление вызывает диффузию большего количества кислорода в кровоток. При этом повышенном давлении и повышенной концентрации кислорода монооксид углерода вытесняется из гемоглобина. Другим примером является лечение анаэробных бактериальных инфекций, которые вызываются бактериями, которые не могут или предпочитают не жить в присутствии кислорода. Повышение уровня кислорода в крови и тканях помогает убить анаэробные бактерии, ответственные за инфекцию, поскольку кислород токсичен для анаэробных бактерий. Для ран и трансплантатов камера стимулирует процесс заживления, увеличивая производство энергии, необходимой для восстановления. Увеличение транспорта кислорода позволяет клеткам увеличить клеточное дыхание и, таким образом, производство АТФ, энергии, необходимой для создания новых структур.

Обзор главы

Поведение газов можно объяснить принципами закона Дальтона и закона Генри, оба из которых описывают аспекты газообмена. Закон Дальтона гласит, что каждый конкретный газ в смеси газов оказывает силу (его парциальное давление) независимо от других газов в смеси. Закон Генри гласит, что количество определенного газа, растворенного в жидкости, зависит от его парциального давления. Чем выше парциальное давление газа, тем больше этого газа будет растворяться в жидкости по мере того, как газ движется к равновесию. Молекулы газа движутся по градиенту давления; другими словами, газ движется из области высокого давления в область низкого давления. Парциальное давление кислорода высокое в альвеолах и низкое в крови легочных капилляров. В результате кислород диффундирует через респираторную мембрану из альвеол в кровь. Напротив, парциальное давление углекислого газа высокое в легочных капиллярах и низкое в альвеолах. Поэтому углекислый газ диффундирует через респираторную мембрану из крови в альвеолы. Количество кислорода и углекислого газа, диффундирующих через дыхательную мембрану, одинаково.

Вентиляция — это процесс, при котором воздух поступает в альвеолы и выходит из них, а перфузия влияет на ток крови в капиллярах. Оба важны для газообмена, поскольку вентиляция должна быть достаточной для создания высокого парциального давления кислорода в альвеолах. При недостаточной вентиляции и падении парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе происходит сужение капилляра и перенаправление кровотока в альвеолы при достаточной вентиляции.

Регуляция дыхания — Биология — Презентации

Лёгкие. Большая российская энциклопедия