Газообмін в легенях і тканинах
МІНІСТЕРСВО ОВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА
БІОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра фізіології людини і тварин
Кафедра загальної та соціальної педагогіки
ПЛАН – КОНСПЕКТ
лекції з дисципліни «Порівняльна фізіологія»
на тему: «Газообмін і дихання»
проведеної в групі Блб – 51 м ‘‘______’’ __________ 20___ р.
магістром V курсу біологічного факультету
Драницькою І. І.
ОЦІНЮВАЛИ
проведення :
керівник практики, доц. / асист. кафедри
фізіології людини і тварин
______ __________ ________________
(бали) (підпис) (прізвище та ініціали викладача)
керівник практики, доц. / асист. кафедри
загальної та соціальної педагогіки
______ __________ ________________
(бали) (підпис) (прізвище та ініціали викладача)
|
|
|
конспект заняття :
керівник практики, доц. / асист. кафедри
фізіології людини і тварин
______ __________ ________________
(бали) (підпис) (прізвище та ініціали викладача)
керівник практики, доц. / асист. кафедри
загальної та соціальної педагогіки
______ __________ ________________
(бали) (підпис) (прізвище та ініціали викладача)
Львів – 2014
Тема: Газообмін і дихання
Навчальна мета: розширити, поглибити і систематизувати знання студентів про будову органів дихання, встановити їх зв'язок з функціями, показати значення газообміну у легенях і тканинах, звернути увагу на значення дихання для підтримання життєдіяльності, показати як відбувається ускладнення дихальної системи у тваринному світі – від найпростіших до вищих тварин і людини.
|
|
|
Розвиваюча мета: розвивати такі мисленнєві операції: вміння аналізувати, узагальнювати, робити висновки, порівнювати будову органів дихання тварин, логічно мислити.
Виховна мета: сформувати науковий світогляд студентів, формувати у студентів розуміння важливості знань процесів дихання та газообміну у людини і тварин.
Методи та прийоми навчання: розповідь, пояснення, активізація уваги та мислення, конкретизація і закріплення вже набутих знань.
Наочність: мультимедійна презентація.
Література:
Основна:
1. Сердюк В.О. Основи анатомії та фізіології тварин. Навчальний посібник для учнів та вчителів. - Київ, 2008. – 110 с.
2. Фізіологія людини і тварин: Підручник/Г. М. Чайченко, В. О. Цибенко, В. Д. Сокур; За ред. В. О. Цибенка. – К.: Вища шк., 2003. – 463с.
Додаткова :
3. КОВТУН М.Ф., МИКИТЮК О.М., ХАРЧЕНКО Л.П. Порівняльна анатомія хребетних: Підручник. — Харків: «ОВС», 2005. — 668 с.
4. І.П. Аносов, В.Х. Хоматов. Анатомія людини у схемах: Навч. наоч. посіб. — К.: Вища шк., 2002. — 191с.:іл.
5. Сапин М.Р., Билич Г.Л. Анатомия человека: Учеб. для студ. биол. спец. вузов. — М.:Высш. шк., 1989. — 544с.: цв. ил.
|
|
|
6. Проссер Л. Сравнительная физиология животых в 3-х томах. – М.: “Мир”, 1977. – 245 с. (том 1)
7. Щербак Г.Й. Зоологія безхребетних. Кн. 1-3. - К.: Либідь, 1995.
8. Кучеров І. С. Фізіологія людини і тварин. – К.: Вища школа, 1991. – 327 с.
Хід лекції
І. Вступна частина
1. Привітання зі студентами.
2. Мотивація та стимулювання навчальної діяльності студентів.
Дихання забезпечує газообмін, що є основною ланкою обміну речовин. Людина без дихання може прожити до 5 — 7 хвилин, навіть менше. Після такого проміжку часу відмирають невідновлювані клітини мозку. Тому дихання – це невід’ємна ознака життя. Система дихання є важливою системою організму. Вона забезпечує безперервний газообмін між організмом і зовнішнім середовищем.
3. Повідомлення теми та плану лекції.
На сьогоднішній лекції ми розглянемо як відбувається газообмін і дихання від найпростіших до вищих тварин і людини.
План
1. Еволюція дихання
2. Газообмін за рахунок дифузії
3. Дихання за допомогою зябер
4. Трахейне дихання
5. Легеневе дихання
6. Газообмін в легенях і тканинах
7. Основні показники дихання
8. Розвиток органів дихання у плода
ІІ. Основна частина
|
|
|
Еволюція дихання
Дихання (лат. respiratio) — складний безперервний біологічний процес, внаслідок якого живий організм із зовнішнього середовища споживає кисень, а виділяє вуглекислий газ та воду.
Дихання — сукупність реакцій біологічного окиснення органічних енерговмісних речовин з виділенням енергії, необхідної для підтримання життєдіяльності організму.
Диханням називають також і біохімічні процеси, які проходять у живих клітинах і полягають у послідовному розщепленні поживних речовин і перенесенні отриманої таким чином енергії до інших молекул. Ці не менш важливі процеси називають клітинним диханням.
Дихання виникло наприкінці докембрію, близько 2 млрд років тому, коли в атмосфері в результаті життєдіяльності фотосинтезуючих організмів з'явився вільний кисень. До цього живі істоти використовували анаеробні, безкисневі джерела енергії.
У процесі еволюції у тварин виникають спеціалізовані органи дихання, пристосовані до певних умов середовища існування - зябра характерні для риб, майже усіх пуголовків земноводних, у більшості молюсків, багатощетинкових кільчастих червів, личинок комах, які живуть у воді – бабок, поденок, веснянок; трахеї представлені розгалуженими трубочками, які пронизують все тіло і відкриваються назовні отворами, характерні для більшості членистоногих; легені притаманні наземним хребетним тваринам.
Але як би не був побудований орган дихання, він повинен відповідати ряду загальних вимог: 1) мати тонкі стінки, які не перешкоджатимуть дифузії газів; 2) завжди бути вологим, щоб не перешкоджати розчиненню кисню і вуглекислого газу у воді; 3) добре забезпечуватися кров’ю або мати контакт з позаклітинними рідинами, що омивають клітини. Тому слід пам’ятати про взаємозв’язок дихальної та кровоносної систем.
Газообмін за рахунок дифузії
Одноклітинні організми, або найпростіші (амеба, евглена зелена, інфузорія туфелька) не мають спеціальних органів дихання. Газообмін у них відбувається за рахунок дифузії внаслідок безпосереднього проникнення газів через оболонку клітини. В результаті процесу дихання, який відбувається у мітохондріях клітин, концентрація кисню у цитоплазмі знижується. Тому кисень проникає до клітини з навколишньої води, де його концентрація вища, цей процес і називають дифузією. Концентрація ж вуглекислоти у клітині, навпаки, стає вищою, і вона виходить назовні, у воду. Газообмін за рахунок дифузії притаманний також і для нижчих багатоклітинних тварин, наприклад для губок, кишковопорожнинних (гідра, медузи, корали), плоских (планарія молочно-біла) та круглих червів (аскарида, гострик, трихінела), а також для ембріонів та личинок.
3. Дихання за допомогою зябер
Багатоклітинні організми, які живуть у воді, у якості органів дихання використовують зябра - тонкостінні вирости або зморшки, вкриті тонкою шкірою, яка має проникність. Інші частини шкірних покривів, особливо у прісноводних тварин, повинні бути непроникні для води по тій причині, що склад рідин їх тіла відрізняється від складу зовнішнього середовища. Вперше справжні зябра з’являються у багатощетинкових кільчастих червів - поліхет у вигляді тонких ниткоподібних або гребінчастих виростів на голові або на примітивних кінцівках – параподіях. Ниткоподібні зябра частіше зустрічаються у морських червів (піскожил) , які живуть у нірках, у донному мулі, де кисню мало, або у трубчастих спорудах, з яких стирчить передній кінець тіла. Зябра, при цьому, виступають трохи над поверхнею мулу у збагачену киснем воду. Зовнішні зябра є також в окремих видів п’явок і малощетинкових червів, родичів дощового черв’яка. Серед хребетних тварин зовнішні зябра зустрічаються лише у деяких риб, хвостатих амфібій та пуголовків багатьох жаб і ропух. При відносно малорухомому існуванні ці пристосування у поєднанні з кровоносною системою можуть цілком забезпечити потреби організму у газообміні.
У більших за розмірами і більш рухливих водних тварин зябра заховані в особливій порожнині. Ця навколозяброва порожнина, як правило, має зв’язок з навколишнім водним середовищем і, крім того, має пристосування, які збільшують циркуляцію свіжої води навколо зябер, що також сприяє покращенню газообміну. Такі захищені зябра мають представники трьох великих груп високоорганізованих водних тварин: молюсків, ракоподібних і риб. І хоч зябра у всіх цих тварин виконують одні й ті ж функції, їх будова є різною.
У молюсків дихальна система представлена пірчастими шкірними адаптивними зябрами — ктенидіями. Також важливе значення має шкірне дихання, для деяких воно навіть є єдиним. У наземних молюсків (равликів, слимаків) замість ктенидіїв є особливий орган повітряного дихання — легеня, що являє собою видозмінену мантійну порожнину, стінки якої пронизані кровоносними судинами.
Для ракоподібних характерною є наявність зябер у вигляді придатків на кінцівках. Крупні зябра раків і крабів лежать по сторонах головогрудей і завжди прикриті пластинками зовнішнього хітинового скелету.
Личинки комах, які живуть у воді - бабок, поденок, веснянок, мають зябра у вигляді листоподібних або ниткоподібних виростів стінок тіла, які розташовані у найрізноманітних місцях. Оскільки вони не пов’язані з кінцівками, їх називають вторинними зябрами. Подібні утворення є і в інших безхребетних тварин.
Серед хребетних тварин зяброве дихання найкраще розвинуте у риб. Їх зябра розташовані по краях бічних отворів, що ведуть до глотки - ділянки травної системи, яка лежить відразу за ротовою порожниною. Таких отворів, або зябрових щілин, найчастіше буває чотири або п’ять по обидві сторони глотки. Спереду може знаходитись ще одна пара видозмінених зябрових щілин - бризкалець, які спеціалізовані на всмоктуванні води (особливо у придонних риб). В акул та скатів зяброві щілини відкриваються безпосередньо у зовнішнє середовище, тоді як у більшості кісткових риб вони відкриваються до особливих зовнішніх камер, які розташовані по боках глотки. Ці камери, як правило, цілком або частково прикриті спеціальною кістковою пластинкою, яку називають зябровою кришкою. Між сусідніми зябровими отворами з кожної сторони глотки розташовані скелетні зяброві дуги, які підтримують зяброві пелюстки, які власне і є органами дихання. Спереду від зябрових дуг відходять зяброві тичинки, які утворюють «сито», яке не дає частинкам їжі вийти за межі глотки.
Відкриваючи та закриваючи рот, риба набирає воду до ротової порожнини, а потім завдяки скороченням м’язів глотки, перекачує її через зяброві щілини назовні. Зворотному току води через рот запобігають м’які шкіряні зморшки, що оточують ротовий отвір. Тому вода рухається лише крізь зябра, віддаючи у кров розчинений у ній кисень. Ефективний обмін киснем і вуглекислим газом між кров’ю і водою забезпечується тим, що кров тече у поверхні зябер у напрямку, прямо протилежному току води, яка омиває зябра (це явище називають принципом противотоку). Цей принцип широко використовується у тваринному світі. Він відіграє важливу роль у фізіологічних процесах, які відбуваються в організмах тварин.
Трахейне дихання
У тварин, що вийшли на суходіл, зяброве дихання у сухому повітрі, яке містить мало вологи, виявилось неможливим і тому змінилось іншими типами – легеневим і трахейним.
Комахи та ряд інших членистоногих (наприклад, павуків) мають високо спеціалізований тип дихальної системи - трахейну. Її відмінність від інших систем полягає у тому, що кисень з повітря надходить по ній безпосередньо до клітин тіла, а не переноситься за допомогою крові. На декількох сегментах тіла (а точніше черевця) у комах є парні отвори, які називають дихальцями, по одному на кожному сегменті. Вони ведуть до заповнених повітрям порожнин, від яких вглибину тіла йдуть невеликі трубочки - трахеї. Вони багаторазово розгалужуються, їх розгалуження повторюється доти, поки кінцеві трубочки, які називають трахеолами, не досягнуть діаметра менше одного мікрона. Трахеї та трахеоли заповнені повітрям. Вони проникають до всіх частин тіла комахи, особливо густо оплітаючи найбільш активні органи і тканини. В деяких випадках трахеоли проникають навіть до окремих клітин. Кисень і вуглекислий газ переміщуються по трахеях і трахеолах за допомогою дифузії. Однак більші повітряні порожнини вентилюються за допомогою рухів м’язів, що їх оточують, і скелета. Дихальні отвори (дихальця) закриваються і відкриваються за допомогою клапанів. Кожне дихальце оточено по краях волосками, які запобігають потраплянню до трахеї пилу і паразитів.
Трахейна дихальна система комах забезпечує не лише прямий газообмін між повітрям і клітинами, але й у деякій мірі охолоджує органи, які працюють. Але ця цілком ефективна для комах система не може задовольнити потреб великої тварини. Трахейні трубочки вистелені кутикулою, яка разом із спіральною ниткою всередині забезпечує постійний розмір трахеї. Ця кутикула скидається під час кожної линьки комахи разом з рештками зовнішнього скелету. Ось така необхідність періодичних линьок і обмеження, які створюються малою швидкістю дифузії газів у тонких повітроносних трубочках, і ставлять межу розмірам комах.
Легеневе дихання
Широке розповсюдження легеневого дихання серед різноманітних і далеко віддалених груп наземних тварин говорить про те, що легені в них - утворення аналогічні, які виникли у процесі еволюції незалежно.
У хребетних тварин легені пов’язані своїм походженням з переднім відділом травної системи і являють собою результат подальшої спеціалізації плавального міхура кистеперих та дводишних риб.
Парні легені дорослих амфібій мають вигляд порожнистих мішків, внутрішні стінки яких мають комірчасті зморшки, які збільшують дихальну поверхню легень. До них ведуть два бронхи, які починаються від трахеї. Трахея ж через гортань зв’язана з глоткою. Тканина самих легень пронизана великою кількістю кровоносних судин. На стінках трахейно-гортаної камери розташовані у земноводних голосові зв’ язки, за допомогою яких вони, зокрема жаби і ропухи, видають звуки.
Механізм дихання амфібій є своєрідним. Повітря через ніздрі спочатку потрапляє до ротової порожнини, коли її дно опускається донизу. Потім під час підняття дна ротова порожнина зменшується в об’ємі і повітря нагнітається в легені через гортанну щілину. При цьому, ніздрі замикаються спеціальними клапанами. Потім ніздрі відкриваються і за допомогою скорочення черевних м’язів повітря з легень потрапляє спочатку до ротової порожнини, а потім вже назовні.
Однак, у амфібій газообмін здійснюється на 2/3 через шкіру і на 1/3 — через легені. Для покращення газообміну їх шкіра повинна бути постійно вологою, тому у ній розташовані чисельні залози, які виробляють слиз. При цьому, вони можуть отримувати через шкіру до 50 % кисню і видаляти з організму до 80 % вуглекислого газу. Це дозволяє їм усю зиму знаходитись у сплячці на дні водойм, жодного разу не піднімаючись до поверхні.
Легені плазунів також мають вигляд парних мішків, але їх внутрішня будова ускладнюється. У ящірок та змій внутрішні стінки легень мають зморшкувату, комірчасту будову. У черепах та крокодилів до внутрішньої порожнини легень глибоко вдається складна система перегородок - легені в них вже мають губчасту будову.
Та й механізм дихання в них інший - воно відбувається за рахунок періодичного розширення та стискання черевної порожнини. Рівень газообміну у плазунів невеликий і дозволяє їм розвивати енергійну дихальну активність лише на короткі проміжки часу.
Легені ссавців лежать у грудній порожнині і вкриті плеврою (сполучною тканиною). Вони набагато більші за розмірами і повністю складаються з багаточисельних комірок, трубочок, які розгалужуються, і зморшок. Тому в них немає будь-яких великих повітряних порожнин. Повітря в кінцевому випадку надходить до маленьких камер, так званих легеневих пухирців, або альвеол, які мають діаметр близько 1 мм. Вони розміщуються на кінчиках останніх розгалужень бронхів - бронхіолах. Альвеоли всередині вистелені дихальним епітелієм, який містить багаточисельні капіляри. Бронхіоли зливаються у трубочки більшого діаметру, а останні – у бронхи. Бронхи ж, в свою чергу, об’єднуючись переходять у трахею, яку підтримують напівкільця з хрящів. Трахея примикає до гортані, передню і бічні стінки якої утворює щитоподібний хрящ, який мають лише ссавці. До його краю примикає інший хрящ - надгортанник, який прикриває вхід до гортані під час проходження їжі через глотку. Між щитоподібним і черпаловидними хрящами в них натягнуті голосові зв ’язки.
Оскільки грудна порожнина у ссавців відділена від черевної порожнини за допомогою куполоподібного м’яза - діафрагми, то у процесі дихання в них приймають участь не лише грудна клітка, утворена ребрами та грудиною, а й діафрагма.
Дихальні рухи — вдих і видих відбуваються внаслідок ритмічного скорочення та розслаблення дихальних м'язів — міжреберних, діафрагми і м'язів передньої черевної стінки. Дихальні рухи регулюються дихальним центром, що розміщений в довгастому мозку, з двома вузлами — центром вдиху та центром видиху.
Приблизно кожні 4 секунди в дихальному центрі виникають збудження, які у спинному мозку проводяться до міжреберних дихальних м'язів і діафрагми. Зовнішні міжреберні м'язи скорочуються і піднімають ребра. При скороченні діафрагми, її купол, випнутий у бік грудної порожнини, стає плоскішим і опускається донизу. Завдяки цьому об'єм грудної порожнини збільшується. В плевральній щілині тиск завжди трохи нижчий від атмосферного, тому при збільшенні об'єму грудної порожнини легені немов присмоктуються до стінок грудної клітки і розтягуються. Легені заповнюються повітрям — відбувається вдих. При цьому нервові імпульси від м'язів та легень ідуть до дихального центру і включають його видихову частину.
При збудженні центру видиху одночасно гальмується центр вдиху і дихальні м'язи (міжреберні і діафрагма) розслаблюються, ребра опускаються донизу, а органи черевної порожнини випинають діафрагму куполом догори. Внаслідок цього об'єм грудної порожнини зменшується і відбувається спокійний пасивний видих без участі м'язів.
При глибокому вдиху відбувається одночасне скорочення міжреберних м'язів, діафрагми, а також деяких м'язів грудної клітки і плечового поясу, що піднімають ребра вище, ніж при спокійному вдихові. Глибокий видих зумовлюється, крім розслаблення зовнішніх міжреберних м'язів і діафрагми, скороченням внутрішніх міжреберних м'язів, а також м'язів черевної стінки, що призводить до сильнішого випинання діафрагми вбік грудної порожнини. Об'єм зменшується у вертикальному напрямі.
У порівнянні з амфібіями та плазунами дихальна поверхня легень у ссавців дуже велика. Якщо на 1 см3 об’єму повітря у жаби припадає 20 см2 поверхні легень, то у людини вже біля 300 см2. У зв’язку з цим різко збільшується й рівень газообміну.
Дихальна система птахів дуже відрізняється від дихальних систем інших наземних хребетних, і це не випадково. Птахи, як це добре відомо, є високо спеціалізованими наземними хребетними, добре пристосованими до польоту. Підвищені вимоги до рівня обміну речовин під час польоту призвели у птахів до утворення багатьох ефективних пристосувань, до числа яких відносяться і особливості будови їх органів дихання.
Птахи мають наступну будову дихальної системи. Повітря всмоктується до носової порожнини через ніздрі і переходить далі до ротової порожнини. Сюди вузькою щілиною відкривається гортань, яка підтримується за допомогою хрящів. За гортанню йде трахея, яка потім поділяється на два бронхи, кожен з яких входить до легень і там розгалужується. Нижня частина трахеї і початок бронхів утворюють тут характерну лише для птахів нижню гортань, де розташований голосовий апарат. Ось чому, коли птах співає, то здається що голос в нього виходить не з рота, а немов би з грудей. А іноді взагалі птахи можуть видавати звуки навіть не відкриваючи рота.
Самі ж легені відносно малі і розтягуються мало. В легенях бронхи розгалужуються на 15-20 вторинних бронхів, частина яких закінчується сліпо, а частина сполучається з повітряними мішками. Вторинні бронхи потім об’єднуються один з одним ще меншими парабронхами, від яких відходять багаточисельні бронхіоли - комірчасті вирости, які густо обплетені кровоносними капілярами. В них і йде насичення крові киснем.
З легенями у птахів пов’язані повітряні мішки - вирости слизової оболонки вторинних бронхів. Їхній об’єм у 10 разів більший від об’єму легень. Розташовані вони між внутрішніми органами, але їх відростки проникають під шкіру і навіть до великих кісток, роблячи останні більш легкими. Повітряні мішки не мають капілярної сітки і їх внутрішня поверхня позбавлена зморшок. Безпосередньої участі у газообміні вони не приймають. Це додаткові утворення, які сприяють роботі дихальної системи птахів. Завдяки повітряним мішкам повітря прокачується через легені як під час вдиху, так і під час видиху. При цьому, кров також збагачується киснем і під час вдиху і під час видиху (на відміну від ссавців, у яких кров збагачується киснем лише під час вдиху). Такий тип легеневого дихання у птахів отримав назву подвійного.
Слід також зазначити, що повітряні мішки ще й запобігають перегріву птахів під час інтенсивної роботи (при польоті), оскільки надлишок тепла видаляється разом з постійною зміною повітря в них.
Газообмін в легенях і тканинах
Дихання людини складається з таких процесів:
1. Зовнішнє дихання (вентиляція легень) — надходження повітря в повітроносні шляхи і газообмін між альвеолами та зовнішнім середовищем. До цього процесу належать дихальні рухи — вдих і видих, спрямовані на надхождення повітря в дихальні шляхи, а з них — до легенів і в зворотному напрямі.
2. Дифузія газів між альвеолами і кров'ю.
3. Транспортування газів кров'ю. Він полягає в рознесенні кисню до клітин усього організму та перенесенні вуглекислого газу, що утворюється в клітинах, до легенів.
4. Дифузія газів між кров'ю і тканинами в тканинних капілярах.
5. Внутрішнє (тканинне) — споживання кисню клітинами і виділення вуглекислого газу.
При чергуванні вдиху і видиху, вентилюються легені, підтримуюється в альвеолах відносно постійний газовий склад. Склад атмосферного повітря: 21 % О2, 79 % N2, 0,03 % СО2, невелика кількість водяної пари та інертних газів. Склад повітря, що видихається відрізняється збільшеним вмістом вуглекислого газу, збільшується вміст водяної пари. Альвеолярне повітря, що знаходиться в альвеолах відрізняється від вдихуваного і видихуваного. Це пояснюється тим, що під час вдиху в альвеоли надходить повітря повітроносних шляхів (видихуване), а при видиху, навпаки, до видихуваного (альвеолярного) домішується атмосферне з повітроносних шляхів (мертвий простір).
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 32; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!