Газообмен в легких и тканях: механизмы

Процесс передвижения газов по лабиринтам легких называется диффузией. При этом газы направляются из области более значительной их концентрации в область меньшей. Как идет данный процесс? При вдохе кислород по закону диффузии из полости альвеол переходит в капилляр, а при выдохе углекислый газ по тому же закону из капилляра выходит в полость альвеол (это важно запомнить для второй части ЕГЭ по биологии). Разница между давлением кислорода и углекислого газа в легочных пузырьках и его концентрацией в крови ведет к тому, что легочные пузырьки и кровь постоянно ведут обмен содержащимися в них газами. Интересно, что одна молекула гемоглобина может удержать четыре атома кислорода (так образуется оксигемоглобин), значит, примерно 100 миллилитров крови уносят с собой 20 миллилитров кислорода.

В чем причина диффузии газов?

1.      Причина ее — в разности парциального давления каждого газа.

2.      Парциальное давление — это давление всякого отдельного компонента в общей газовой смеси.

3.      Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе — 110 мм. рт. ст., в венозной крови намного ниже — всего 44 мм. рт. ст., поэтому кислород переходит в кровь.

4.      Парциальное давление углекислого газа в венозной крови — 46 мм. рт. ст., в альвеолярном воздухе ниже, хоть и ненамного — 40 мм. рт. ст., поэтому он выходит из крови.

Обмен газов в тканях

В лекции «Органы дыхания. Дыхание как процесс» мы уже описали принципы тканевого дыхания. Хочется подчеркнуть, что в тканях тоже имеет место диффузия газов. И о ней также нужно упоминать при ответе на открытые вопросы ЕГЭ по биологии.

Дыхательные движения и их регуляция

1.      Дыхательные движения, то есть весь комплекс мелких движений (мышц, ребер, диафрагмы), которые сопутствуют дыханию, являются важным маркером состояния человека. Их частота в минуту — а за одно движение принято считать вдох–выдох — зависит от возраста и разных факторов: например, при волнении, при ряде болезней (таких как пневмония или туберкулез) человек дышит чаще. Кроме того, дыхание зависит от положения тела — интервал между дыхательными движениями уменьшается в вертикальном положении.

2.      Наиболее частые дыхательные движения у новорожденных — до 50 в минуту. К годику частота движений снижается до 40, к десяти годам до 20.

3.      Взрослый человек, будучи неподвижным и спокойным, делает 16–18 движений.

4.      У мужчин вдох в основном происходит из-за сокращения диафрагмы. У женщин за счет движений наружных межреберных мышц.

Нервная регуляция дыхания

Непроизвольная регуляция ведется через особый центр в продолговатом мозге. Причем если представить себе этот центр как небольшое (но важное!) учреждение, то мы обнаружим в нем два отдела: отдел вдоха и отдел выдоха, деятельность которых плотно связана рефлекторной стимуляцией. Если человек, например, окунулся в очень холодную воду или укололся иголкой, дыхание его задерживается рефлекторно.

За произвольную регуляцию отвечает кора больших полушарий. Человек способен дышать поверхностно или глубоко, учащать и задерживать дыхание — максимально, после определенной тренировки, до четырех минут.

Гуморальная регуляция дыхания

Дыхание само по себе ускоряется и становится более глубоким при избытке углекислого газа, молочной кислоты в мышцах, адреналина в клетках.

Успокаивается и замедляется дыхание, становясь менее глубоким, при малом содержании углекислого газа. Кстати, тоска, грусть, подавленное настроение также замедляют дыхание.