Які органи дихання у скорпіона

0 Comments

§ 25. Система органів дихання

Основні поняття й ключові терміни: ДИХАЛЬНА СИСТЕМА. Повітроносні шляхи. Легені.

Пригадайте! Які етапи та основні процеси дихання?

Доведіть!

Йога – це найдавніший спосіб життя для досягнення повноцінного здоров’я. Йоги приділяють величезну увагу формуванню умінь правильного дихання. Існує розділ йоги (хатха-йога), що за допомогою різних поз (асан) та спеціальних дихальних вправ (пранаям) навчає, як розвивати й удосконалювати можливості всього організму. «Йога існує у світі, тому що все взаємопов’язано», – як висловився один із мудреців. Доведіть взаємозв’язок органів дихання з іншими органами людини.

ЗМІСТ

Які функції дихальної системи людини?

ДИХАЛЬНА СИСТЕМА – це сукупність органів, що забезпечують надходження кисню, газообмін і видалення вуглекислого газу. Ця фізіологічна система складається з повітроносних шляхів і легень, розташованих усередині тіла (іл. 44). Через те її основними функціями є проведення повітря з киснем, видалення повітря з вуглекислим газом та функція газообміну повітря з кров’ю. Усі ці процеси становлять етап зовнішнього дихання.

Іл. 44. Дихальна система людини

Тісний взаємозв’язок органів дихання з іншими органами забезпечує виконання додаткових функцій. Внутрішня слизова оболонка повітроносних шляхів містить слизові залози, секрет яких зволожує, обволікає та видаляє пилинки й мікроорганізми, що потрапляють із повітрям (захисна функція). Носова порожнина містить нюхові рецептори, що сприймають та передають інформацію до кори півкуль, де формуються нюхові відчуття (чуттєва функція). У гортані розташований голосовий апарат, який разом із язиком, губами, щоками забезпечує мову людини (звукоутворююча функція). А тісні контакти органів дихання з кровоносними судинами зумовлюють участь дихальної системи у терморегуляції організму.

Таблиця 30. ФУНКЦІЇ ДИХАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ЛЮДИНИ

Назва

Зміст

Проведення повітря для газообміну в легенях

Видалення з крові в процесі газообміну вуглекислого газу

Швидкий обмін киснем і вуглекислим газом між повітрям і кров’ю

Регуляція температури тіла через випаровування води з поверхні легень або зігрівання вдихуваного повітря

Слиз і війчастий епітелій дихальних шляхів, сурфактанти альвеол знешкоджують мікроорганізми, затримують пил, зволожують повітря

У носовій порожнині містяться нюхові хеморецептори, що є початковою ланкою у формуванні нюхових відчуттів

Гортань містить голосовий апарат, що забезпечує звуки при видиханні повітря

Отже, органи дихання, виконуючи свої функції, тісно взаємопов’язані з іншими органами й системами.

Яка будова та функції повітроносних шляхів?

Повітроносні шляхи – це органи дихальної системи, які переносять вдихуване й видихуване повітря. Ці шляхи поділяються на верхні (носова порожнина та глотка) і нижні (гортань, трахея та бронхи). Стінки органів утворені трьома оболонками: сполучнотканинною, м’язовою та слизовою. Для проведення повітря стінки повітроносних шляхів побудовані з хрящів, завдяки яким вони не спадають і повітря вільно циркулює під час видиху й вдиху.

Таблиця 31. БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ ПОВІТРОНОСНИХ ШЛЯХІВ

Назва

Будова

Функції

Початковий відділ системи з носовими ходами, приносовими пазухами. Слизова оболонка має нюхові рецептори, слизові залози, війковий епітелій і густу сітку капілярів. Слиз містить лізоцим

Зігрівання, зволоження, очищення, знешкодження повітря. Сприйняття запахів

Лійкоподібний утвір, має отвори (хоани), що з’єднують із носовою порожниною, та скупчення лімфатичних мигдаликів (кільце Пирогова-Вальдеєра)

Стінки утворені парними та непарними хрящами, що рухомо з’єднані зв’язками, містить голосовий апарат із голосовими зв’язками. Надгортанний хрящ закриває вхід у гортань під час ковтання їжі

Повітроносна, захисна, утворення звуків

Розташована спереду стравоходу, має вигляд трубки довжиною 8-15 см з 16-20 хрящових напівкілець. Внутрішню поверхню вистилає слизова оболонка з війковим епітелієм і лімфовузликами

Закінчення таблиці 31

Назва

Будова

Функції

Правий і лівий головні бронхи розгалужуються до бронхіол із утворенням бронхіального дерева. Стінки мають хрящові кільця

Отже, будова повітроносних шляхів пристосована до проведення, зволоження, зігрівання чи охолодження, очищення та знешкодження повітря, що має потрапити до легень.

Які особливості будови легень?

Легені – органи дихання, розташовані в грудній порожнині, що здійснюють функцію газообміну. Це парні органи: права легеня є більшою і складається з 3 часток, ліва – з 2 часток. Ззовні легені вкриті легеневою плеврою з 2 листків: внутрішній листок зрощений з легенями, а зовнішній – із стінками грудної порожнини. Між листками знаходиться вузька порожнина плеври з рідиною (полегшує ковзання листків плеври під час дихальних рухів); має негативний тиск (на 6-9 мм рт. ст. нижчий від атмосферного). На внутрішній поверхні легень розміщуються ворота легень, через які входять бронхи, легенева артерія та нерви, а виходять дві легеневі вени й лімфатичні судини. Легені в людини, як і у всіх ссавців, мають альвеолярну будову. Основною структурно-функціональною одиницею легень є ацинус, до якого належать дві дихальні бронхіоли, які відходять від однієї кінцевої бронхіоли, їхні альвеолярні протоки та альвеолярні мішечки з альвеолами (див. іл. 45). Альвеоли – це легеневі пухирці діаметром 0,15 мм. Стінки альвеол складаються з одношарового плоского епітелію і тонкого шару еластичних волокон, вкриті сіткою кровоносних капілярів. Внутрішня поверхня альвеол вистилається плівкою з особливих речовин, що полегшують дифузію газів, перешкоджають їх злипанню та захищають від мікроорганізмів. Кількість альвеол в обох легенях 500-700 млн, їхня загальна поверхня перевищує 100 м 2 , тобто в 50 разів більша за поверхню шкіри, що забезпечує дуже швидкий газообмін у легенях.

Іл. 45. Структурно-функціональна одиниця легень: 1 – легенева артерія; 2 – легенева вена; 3 – капілярна сітка; 4 – альвеола; 5 – альвеолярний мішечок; 6 – дихальні бронхіоли; 7 – кінцева бронхіола

Отже, легені у людини альвеолярної будови, пристосовані до швидкого газообміну між кров’ю і повітрям, що надходить ззовні.

ДІЯЛЬНІСТЬ

САМОСТІЙНА РОБОТА З ІЛЮСТРАЦІЄЮ

Будова й функції органів дихання

Визначте, якими цифрами позначено структурні компоненти дихальної системи людини: носову порожнину, трахею, гортань, глотку, бронхи, плевру, міжреберні м’язи, легені, діафрагму.

Заповніть таблицю, укажіть функції органів.

Увідповідніть позначені структури з їх латинськими назвами: cavitas nasi, pharynx, larinx, trachea, bronchos, pneumon (pulmones), pleura, diaphragma, intercostal muscles. Поясніть взаємозв’язок будови та функцій органів дихання людини.

Назва органа

Позначення

Функції

БІОЛОГІЯ + МУЗИКА

Особливості голосового апарату людини

Голосові зв’язки

Спів, вокальне мистецтво – передавання співацьким голосом змісту музичного твору. Людина, що займається співом, називається співаком, або вокалістом. Назвіть відомих українських та всесвітньовідомих співаків. Як ви думаєте, які особливості голосового апарату дозволили їм стати гарними співаками? Поясніть процес утворення голосу та звуків у людини.

БІОЛОГІЯ + ЗДОРОВ’Я

Хто їсть яблука, той легше дихає

В одній зі статей інформаційної агенції УНІАН йдеться про вплив їжі на дихання. «Дослідникам відомо, що багато хвороб виникають під впливом вільних радикалів. Їхньому впливу протистоять антиоксиданти, що здатні зв’язувати вільні радикали та виводити їх з організму. Проте захисна система людського організму не завжди здатна справитися з радикалами. Як наслідок цього – захворювання легень. Фахівці радять підтримувати легені основними антиоксидантами: вітамінами С і Е. Тому не забувайте урізноманітнювати свій раціон яблуками». (Детальніше читайте на УНІАН: https://www.unian.ua/health/country/301922-hto-jist-yabluka-toy-legshe-dihae.html).

Висловіть свої судження про взаємозв’язок дихання з харчуванням.

РЕЗУЛЬТАТ

1-6 балів • 1. Що таке дихальна система? 2. Яка будова дихальної системи? 3. Що таке повітроносні шляхи? 4. Назвіть функції повітроносних шляхів. 5. Що таке легені? 6. Яке значення мають легені?

7-9 балів • 7. Які функції дихальної системи людини? 8. Яка будова та функції повітроносних шляхів? 9. Які особливості будови легень?

10-12 балів • 10. Поясніть взаємозв’язок будови та функцій органів дихання.

Вступ до типів дихання

Дихання – це процес, під час якого організми обмінюються газами між клітинами свого тіла та навколишнім середовищем. Від прокаріотичних бактерій і архей до еукаріотичних протистів , грибів , рослин і тварин , усі живі організми зазнають дихання. Дихання може стосуватися будь-якого з трьох елементів процесу.

По- перше , дихання може означати зовнішнє дихання або процес дихання (вдих і видих), який також називають вентиляцією. По- друге , дихання може стосуватися внутрішнього дихання, яке є дифузією газів між рідинами організму ( кров’ю та міжтканинною рідиною) і тканинами . Нарешті , дихання може стосуватися метаболічних процесів перетворення енергії, що зберігається в біологічних молекулах , на придатну для використання енергію у формі АТФ. Цей процес може включати споживання кисню та виробництво вуглекислого газу, як це видно в аеробному клітинному диханні , або може не включати споживання кисню, як у випадку анаеробного дихання.

Ключові висновки: типи дихання

  • Дихання — процес газообміну між повітрям і клітинами організму.
  • Три види дихання включають внутрішнє, зовнішнє та клітинне дихання.
  • Зовнішнє дихання – це процес дихання. Він передбачає вдихання і видихання газів.
  • Внутрішнє дихання включає газообмін між кров’ю та клітинами організму.
  • Клітинне дихання включає перетворення їжі в енергію. Аеробне дихання – це клітинне дихання, яке потребує кисню, тоді як анаеробне дихання не вимагає.

Види дихання: зовнішнє і внутрішнє

При вдиху діафрагма стискається, а легені розширюються, штовхаючи грудну клітку вгору. При видиху діафрагма розслабляється, а легені скорочуються, повертаючи грудну клітку вниз.

wetcake/DigitalVision Vectors/Getty Images

Зовнішнє дихання

Одним із способів отримання кисню з навколишнього середовища є зовнішнє дихання. У тваринних організмах процес зовнішнього дихання здійснюється кількома різними способами. Тварини, які не мають спеціалізованих органів дихання, отримують кисень через дифузію через зовнішні поверхні тканин. Інші або мають органи, що спеціалізуються на газообміні, або мають повну дихальну систему . У таких організмів, як нематоди (круглі черви), гази та поживні речовини обмінюються із зовнішнім середовищем шляхом дифузії по поверхні тіла тварин. У комах і павуків є органи дихання , які називаються трахеями, у той час як у риб є зябра як місця газообміну.

Люди та інші ссавці мають дихальну систему зі спеціалізованими дихальними органами ( легенями ) і тканинами. В організмі людини кисень потрапляє в легені при вдиху, а вуглекислий газ виводиться з легенів при видиху. Зовнішнє дихання у ссавців охоплює механічні процеси, пов’язані з диханням. Це включає скорочення та розслаблення діафрагми та допоміжних м’язів , а також частоту дихання.

Внутрішнє дихання

Процеси зовнішнього дихання пояснюють, як отримується кисень, але як кисень потрапляє до клітин тіла ? Внутрішнє дихання включає транспортування газів між кров’ю та тканинами організму. Кисень у легенях дифундує через тонкий епітелій легеневих альвеол (повітряних мішків) у навколишні капіляри , що містять збіднену киснем кров. У той же час вуглекислий газ дифундує в зворотному напрямку (з крові в легеневі альвеоли) і виводиться назовні. Збагачена киснем кров транспортується системою кровообігу від легеневих капілярів до клітин і тканин організму. У той час як кисень потрапляє в клітини, вуглекислий газ збирається і транспортується з клітин тканини в легені.

Клітинне дихання

Три процеси виробництва АТФ або клітинного дихання включають гліколіз, цикл трикарбонових кислот і окисне фосфорилювання. Авторство: Encyclopaedia Britannica/UIG/Getty Images

Кисень, отриманий при внутрішньому диханні, використовується клітинами для клітинного дихання . Щоб отримати доступ до енергії, що зберігається в їжі, яку ми їмо, біологічні молекули, що входять до складу їжі ( вуглеводи , білки тощо), повинні бути розщеплені до форм, які організм може використовувати. Це досягається через процес травлення, коли їжа розщеплюється, а поживні речовини всмоктуються в кров. Коли кров циркулює по всьому тілу, поживні речовини транспортуються до клітин організму. При клітинному диханні глюкоза, отримана в результаті травлення, розщеплюється на складові частини для виробництва енергії. За допомогою низки етапів глюкоза та кисень перетворюються на вуглекислий газ (CO 2 ), воду (H 2 O) і високоенергетичну молекулу аденозинтрифосфату (АТФ). Утворені при цьому вуглекислий газ і вода дифундують в інтерстиціальну рідину, що оточує клітини. Звідти CO 2 дифундує в плазму крові та еритроцити . АТФ, що утворюється в процесі, забезпечує енергію, необхідну для виконання нормальних клітинних функцій, таких як синтез макромолекул, скорочення м’язів, рух війок і джгутиків і поділ клітин .

Аеробне дихання

Це діаграма аеробного клітинного дихання, включаючи гліколіз, цикл Кребса (цикл лимонної кислоти) і ланцюг транспортування електронів. RegisFrey/Wikimedia Commons/ CC BY-SA 3.0

Аеробне клітинне дихання складається з трьох стадій: гліколізу , циклу лимонної кислоти (цикл Кребса) і транспорту електронів з окисним фосфорилюванням.

  • Гліколіз відбувається в цитоплазмі і включає окислення або розщеплення глюкози до пірувату. У гліколізі також утворюються дві молекули АТФ і дві молекули високоенергетичного NADH. У присутності кисню піруват потрапляє у внутрішній матрикс клітинних мітохондрій і піддається подальшому окисленню в циклі Кребса.
  • Цикл Кребса : у цьому циклі утворюються дві додаткові молекули АТФ разом із CO 2 , додатковими протонами й електронами, а також високоенергетичними молекулами NADH і FADH 2 . Електрони, що утворюються в циклі Кребса, рухаються через складки внутрішньої мембрани (кристи), які відокремлюють мітохондріальний матрикс (внутрішній відділ) від міжмембранного простору (зовнішній відділ). Це створює електричний градієнт, який допомагає ланцюгу транспортування електронів викачувати протони водню з матриці в міжмембранний простір.
  • Електронтранспортний ланцюг — це серія білкових комплексів електроносіїв у внутрішній мембрані мітохондрій. NADH і FADH 2 , що утворюються в циклі Кребса, передають свою енергію в ланцюзі транспортування електронів для транспортування протонів і електронів у міжмембранний простір. Висока концентрація протонів водню в міжмембранному просторі використовується білковим комплексом АТФ-синтази для транспортування протонів назад у матрикс. Це забезпечує енергію для фосфорилювання АДФ до АТФ. Електронний транспорт і окисне фосфорилювання забезпечують утворення 34 молекул АТФ.

Загалом при окисленні однієї молекули глюкози прокаріоти утворюють 38 молекул АТФ . У еукаріот це число скорочується до 36 молекул АТФ, оскільки два АТФ витрачаються на перенесення НАДН до мітохондрій.

Ферментація

Процеси спиртового та лактатного бродіння. Vtvu/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

Аеробне дихання відбувається тільки в присутності кисню. Коли постачання киснем низьке, лише невелика кількість АТФ може утворюватися в цитоплазмі клітини шляхом гліколізу. Хоча піруват не може увійти в цикл Кребса або ланцюг транспортування електронів без кисню, він все ще може бути використаний для отримання додаткового АТФ шляхом бродіння. Ферментація – це інший тип клітинного дихання, хімічний процес розщеплення вуглеводів на менші сполуки для виробництва АТФ. У порівнянні з аеробним диханням, під час бродіння утворюється лише невелика кількість АТФ. Це тому, що глюкоза розщеплюється лише частково. Деякі організми є факультативними анаеробами і можуть використовувати як бродіння (коли кисню мало або його немає), так і аеробне дихання (коли кисень доступний). Двома поширеними типами бродіння є молочнокисле бродіння та спиртове (етанольне) бродіння. Гліколіз є першою стадією кожного процесу.

Молочнокисле бродіння

Під час молочнокислого бродіння NADH, піруват і АТФ утворюються шляхом гліколізу. NADH потім перетворюється на свою низькоенергетичну форму NAD + , тоді як піруват перетворюється на лактат. NAD + повертається назад у процес гліколізу для отримання додаткової кількості пірувату та АТФ. Молочнокисле бродіння зазвичай здійснюється м’язами клітин, коли рівень кисню вичерпується. Лактат перетворюється на молочну кислоту, яка може накопичуватися у великих кількостях у м’язових клітинах під час тренування. Молочна кислота підвищує кислотність м’язів і викликає відчуття печіння, яке виникає під час сильного навантаження. Коли нормальний рівень кисню відновлюється, піруват може входити в аеробне дихання, і може вироблятися набагато більше енергії, щоб допомогти у відновленні. Посилення кровотоку допомагає доставляти кисень до м’язових клітин і виводити з них молочну кислоту.

Спиртове бродіння

Під час спиртового бродіння піруват перетворюється на етанол і CO 2 . NAD + також утворюється під час перетворення та повертається назад у процес гліколізу для отримання більшої кількості молекул АТФ. Спиртове бродіння здійснюють рослини , дріжджі та деякі види бактерій. Цей процес використовується у виробництві алкогольних напоїв, палива, хлібобулочних виробів.

Анаеробне дихання

Біфідобактерії – це грампозитивні анаеробні бактерії, які мешкають у шлунково-кишковому тракті. КАТЕРИНА КОН/Наукова фототека/Getty Images

Як екстремофіли люблять деякі бактерії та археї вижити в середовищі без кисню? Відповідь – анаеробне дихання. Цей тип дихання відбувається без кисню і передбачає споживання іншої молекули (нітрату, сірки, заліза, вуглекислого газу тощо) замість кисню. На відміну від бродіння, анаеробне дихання передбачає утворення електрохімічного градієнта системою транспорту електронів, що призводить до виробництва ряду молекул АТФ. На відміну від аеробного дихання, кінцевим реципієнтом електронів є молекула, відмінна від кисню. Багато анаеробних організмів є облігатними анаеробами; вони не здійснюють окисного фосфорилювання і гинуть у присутності кисню. Інші є факультативними анаеробами і також можуть здійснювати аеробне дихання за наявності кисню.

Джерела

  • « Як працюють легені ». Національний інститут серця, легенів і крові , Департамент охорони здоров’я та соціальних служб США.
  • Лодіш, Харві. « Транспорт електронів і окисне фосфорилювання ». Current Neurology and Neuroscience Reports , Національна медична бібліотека США, 1 січня 1970 р., .
  • Орен, Аарон. « Анаеробне дихання ». Канадський журнал хімічної інженерії , Wiley-Blackwell, 15 вересня 2009 р.