Особенности строения и функции органов дыхания человека

Особенности строения и функции органов дыхания человека

Подумайте, в чем Вы на данный момент больше всего нуждаетесь ? Может в престижном образовании? Или в хорошей работе, деньгах и карьере? На самом деле каждый человек определит для себя свои первоочередные цели в жизни. Одни строят краткосрочные планы, другие - долгосрочные на всю жизнь. Однако точно можно сказать, что ни одна из этих целей по значимости не может сравниться с нашей потребностью ежесекундно дышать . В данной статье Вы узнаете, что же такое дыхание и какие чудеса совершают каждую секунду органы системы дыхания человека в нашем организме. Ведь миллионы людей даже не задумываются об этом процессе и воспринимают его в качестве не стоящего внимания рефлекса.

На самом деле каждой клетке нашего организма необходим кислород, который поступает к нам вместе с вдыхаемым воздухом. Движение мышц, биение сердца, мозговая деятельность деление клеток и т.д., всё это станет невозможным без кислорода . А ведь всего одного вдоха достаточно, чтобы достаточное количество кислорода поступило в наш организм для функционирования и жизни. Кислород , поступивший со вздохом, очень быстро достигает легких. В легких его погрузят на особые транспортировщики , которые распределят кислород по всем уголкам тела. И этот вдох принесет новую жизнь в 100 триллионов клеток, из которых состоит Ваше тело. А теперь давайте поближе познакомимся с совершенным механизмом, который начал работать внутри Вас, как только Вы родились. И который будет работать на протяжении всего срока, отпущенного Вам земной жизнью.

Нос

Изучение системы дыхания мы начнем с ее парадного входа - носа . Мы чаще ассоциируем нос с его свойством воспринимать запахи . Но у носа есть еще одна очень важная функция . Нос приводит вдыхаемый воздух в благоприятное состояние для легких. Нос обладает уникальным строением с точки зрения аэродинамики. Он работает как совершенный кондиционер , оснащенный особыми биоактивными фильтрами. Извилистое строение носа заставляет вдыхаемый воздух совершить внутри целый круг обращения. Благодаря этому воздух прогревается , а при помощи слизистой оболочки носа, еще и увлажняется . Волоски внутри носа исполняют функцию воздушного фильтра . Вся пыль, бактерии, пыльца растений, и еще примерно миллиард инородных субстанций при попадании в нос сталкиваются с этими волосками . Но если вредные для Вас вещества вдруг миновали этот заслон, то их останавливает вторая линия обороны - слизь .

Слизь и слизистая оболочка

Верхние дыхательные пути и трахея покрыты гелеобразной липкой жидкостью , именуемой мукусом или слизью . Слизь ответственна за постоянное увлажнение дыхательных путей. В тоже время она оберегает легкие от попадания в них инородных тел . Слизистая оболочка имеет верного помощника - реснички , расположенные в ней же. Реснички очень активны и как только на них нападает какое-либо инородное тело , они начинают толкать слизь с налипшей на ней грязью к глотке. Как только инородное тело достигает со слизью глотки , срабатывает глотательный рефлекс и народное тела заглатывается . Попадая в желудок, инородное тело уничтожается соляной кислотой желудка. Или же инородное тело, приблизившись к глотке, может вызвать кашель и тогда оно выведится из глотки во время кашля. Оказывается, при сильном кашле скорость выталкивания инородного тела достигает 960 км в час. Этот удивительный факт показывает нам, насколько серьезные меры безопасности предусмотрены в нашем организме для защиты дыхательной системы .

Обратите внимание, реснички , расположенные на слизистой оболочки трахеи, толкают слизь вверх , в сторону носа. Тогда, как реснички в слизистой оболочки носа наоборот, толкают слизь вниз , в сторону гортани. Следовательно, и в трохее и в верхних дыхательных путях инородные тела толкаются в сторону глотки . Миллиарды ресничных клеток в обеих частях дыхательной системы словно бы знают, в каком месте расположена глотка и в какую сторону им надо толкать слизь и налипшую на ней грязь . Удивительно, но ресничные клетки не имеют ни глаз, ни ушей, ни мозга. Но тогда откуда эти микроскопические глухие и слепые клетки знают, где находится глотка?

Ресничная клетка - это ведь живое существо. С момента Вашего рождения, всю Вашу жизнь она исполняет единственную, но архиважную функцию . Без устали, без сна и отдыха, каждая клетка двигает слизистую оболочку в сторону глотки. Эти удивительные клетки исполняют назначенную им функцию всю жизнь ради того, чтобы оберегать Ваши легкие от попадания в них инородных тел . Под микроскопом ресничка выглядит, как ничем не примечательный волосок . Но на самом деле, это чудо инженерного мастерства. Это микроскопическое тело обладает неповторимой сложности строением . Ресничка состоит из 9 различных белков - цепей образующих цилиндрическую форму. Белки денеин и нексин являются главными внутриклеточными моторами . Так вот, ученые и по сей день не могут объяснить, какой такой сложнейший механизм приводит в действие реснички внутри слизистой с невероятной скоростью 20 ударов в секунду . И не будем забывать еще и то, что одни только реснички ни на что не годны. Они могут работать и защищать дыхательные пути человека только при наличии слизистой оболочки . Иначе в них нет никакого смысла.

Строение слизистой оболочки также удивительно сложно . Слизистый слой довольно тонкий. Оказывается, толщина слизистого слоя, защищающего Ваше здоровье, составляет 1\600 долю миллиметра. Причем даже такая толщина состоит из двух разных слоев. Нижний слой очень скользкий, что помогает ресничкам двигать слизь в строго определенную сторону. Тогда как верхний слой, отвечающий за безопасность, наоборот очень липкий , благодаря чему он легко зацепляет и удерживает вредные инородные тела , попадающие в нос с дыханием. Эти два слоя никогда не перемешиваются друг с другом и не меняются местами.

Трахея

На пути воздуха к легким, нас встречает еще один орган - трахея . Трахея имеет форму трубки длиной от 9 до 12 сантиметров, и состоит из 18-22 не полностью замкнутых хрящевых колец . Хрящевая природа колец позволяет трохеи быть гибкой , но упругой . За счет этого она не опадает при выдохе. Ведь если бы трохея была из мягкой мышечной ткани, то она все время закупоривалась бы из-за излишней мягкости тканей. И тогда мы не смогли бы дышать и часто задыхались . Или же, если она была из кости или иного твердого материала, то это значительно осложнило бы нам жизнь, т.к. каждый вдох доставлял бы нам боль . Но хрящевое строение трахеи благоприятно для любых, даже самых резких движений. И в то же время, строение достаточно прочно для обеспечения постоянного открытого канала для дыхания . В верхней части трахеи расположен уникальный механизм, который спасает нашу жизнь всякий раз, как мы едим . Вы спросите как это?

Дело в том, что вдох в трохею и пищевод располагаются в гортани в одном месте. При таком анатомическом расположение существует опасность , что во время еды кусочек пищи попадет случайно не в пищевод, а в трохею , что приведет к гибели человека от удушья. Но такого никогда не происходит! Вы можете одновременно дышать, кушать и разговаривать, а пища при этом не попадает ошибочно в трохею . Так что же это за механизм , который оберегает нас от неправильного попадания пищи и удушья? Непосредственно при входе в трахею сотворен особый клапан , именуемый небной завесой . В тот момент, когда мы глотаем пищу, этот клапан автоматически закрывает вход в трахею. За свою жизнь Вы десятки тысяч раз принимали пищу. И во время еды сотни тысяч раз совершали глотательные движения. Но каждый раз , точно в нужный момент этот клапан закрывал вход в трахею. Вы быть может, до сего момента не знали о существовании этого клапана , а ведь он каждый раз, по сути, спасает Вам жизнь в тот миг, когда Вы посылаете в рот очередной кусочек пищи или глоток воды.

Легкие

Ткани организма в процессе жизнедеятельности каждый день вырабатывают углекислый газ . Кровь, обходя тысячу раз в день все клетки организма в цикле кровообращения , уносит с собой выработавшийся углекислый газ. Кровь , насыщенная углекислым газом, считается грязной . Для очищения крови необходимо, чтобы она вошла в контакт с воздухом . Тогда происходит удивительная химическая реакция. Молекулы кислорода в воздухе и молекулы углекислого газа в грязной крови меняются местами , т.е. кислород заменяет углекислый газ в крови. В организме взрослого человека циркулирует примерно 5 литров крови. Для того, чтобы проветрить воздухом и насытить кислородом 5 литров грязной крови, ее следует расстелить на площади в 100 квадратных метров. Эта поверхность равна примерно одному теннисному корту . Представьте себе, внутри Вашей грудной клетки находится поверхность , равная по площади теннисному корту - это Ваши легкие .

Легкие состоят из сотен ветвей бронхов . На конце каждого бронха расположены альвеолы , размеры каждой из которых не превышают булавочной головки . В здоровых легких располагается примерно 300 миллионов альвеол . Если собрать все альвеолы вместе, то они как раз покроют площадь теннисного корта. Воздух , проходящий через бронхи, направляется в альвеолы . Внутренняя поверхность альвеол покрыта сетью кровеносных капилляров . Зона, в которой капилляры соприкасаются друг с другом, состоит из очень тонкой ткани , благодаря которой здесь и происходит обмен . Молекулы кислорода из воздуха попадают в кровь , а молекулы углекислого газа из крови переходят в воздух . Так грязная кровь очищается в альвеолах. Система очистки крови с каждым глотком воздуха построена внутри этого маленького пузырька (альвеоле) размером с булавочную головку. В нашей грудной клетке 300 миллионов пузырьков (альвеол) ежесекундно исполняют для нас ту операцию , без которой наша жизнь невозможна.

Альвеолы расширяются всякий раз, как мы совершаем вдох. И сжимаются , когда мы выдыхаем. Внутренняя поверхность альвеол покрыта альвеолярной жидкостью . Молекулы воды в составе этой жидкости образуют поверхностное натяжение . Поверхностное натяжение воды - это сила, образующаяся в результате взаимного притяжения молекул воды. Так вот, поверхностное натяжение воды в альвеолярной жидкости по идее должно было притягивать к себе и стенки альвеол и крепко сжимать их изнутри. И тогда, каждый раз, делая вдох , нам потребовалось бы много сил, чтобы вновь расправить в груди сжавшиеся альвеолы. К тому же каждый вдох причинял бы нам сильную боль . Но такого не происходит! Дышать нам так легко, что мы забываем о дыхании. Но тогда, в чем же секрет?

Здесь исследователи столкнулись с еще одним поразительным фактом строения человеческого организма. В каждой из 300 миллионов альвеол размещен один агент , обязанность которого - служить человеку. Имя этого агента - клетка второго типа . Клетки второго типа вырабатывают уникальное вещество - сурфоткант . И распределяют его по всей внутренней поверхности альвеол. Сурфактант - это особое вещество, созданное для того, чтобы снизить силу поверхностного натяжения воды. Благодаря сурфактанту , находящемуся в альвеоле, на границе воздух-жидкость, альвеолы не сжимаются изнутри. Клетки второго типа существуют только в одном месте организма - в альвеолах , т.е. там, где необходимо производства сурфактанта. Ни в каком другом органе , ни в клетках сердца, ни в клетках пищевода и т.д., таких клеток нет . Число вопросов увеличивается по мере того, как мы изучаем строение альвеол . Потому что самоотверженно работают не только клетки второго типа , но и другие жизненно важные клетки. Ежесекундную службу ради нашей жизни здесь несут и макрофаги . Любые вирусы, миновавшие слизистую оболочку носа и трахеи, попадая в альвеолы, создают серьезную опасность . Макрофаги же сразу проглатывают эти инородные вирусы, тем самым защищая наше здоровье.

Гемоглобин у человека

Мы рассмотрели, как в легочных альвеолах происходит процесс очищение грязной крови и насыщение её чистым кислородом . Однако между альвеолами и остальными клетками организма, которым кислород жизненно необходим каждую секунду, лежит огромное расстояние. Кислород , пришедший в альвеолы вместе с воздухом и смешавшийся с кровью, поступает в распоряжение особых клеток - эритроцитов . Их задача - бережно нести молекулы кислорода каждой клетке организма. В структуре эритроцитов есть уникальный по структуре белок - гемоглобин . Внутри каждого эритроцита расположено примерно 250 миллионов белков гемоглобина .

Гемоглобин - это чудо химии и физики, спроектированные для того, чтобы ловить поступающий в кровь кислород. В составе гемоглобина есть 4 молекулы железа , они словно магниты захватывают и удерживают молекулы кислорода . Так кислород вместе с кровью начинает долгую дорогу по всему циклу кровообращения в организме. Когда кровь доходит до клетки организма, которая в данный момент нуждается в кислороде , происходит удивительное. Магнитная сила молекул железа слабеет и молекулы кислорода отрываются от гемоглобина и эритроцита и переходят в клетку , которая нуждается в кислороде. Углекислый газ , образовавшийся в клетках в процессе жизнедеятельности, также при помощи молекул железа захватывается гемоглобином и доставляется опять к легким через бронхи к альвеолам , где кровь опять очищается. Так завершается цикл кровообращения . Углекислый газ здесь выводится из организма, а чистый кислород наоборот забирается из воздуха, и всё повторяется.

Круговорот кислорода и углекислого газа на протяжении нашей жизни, ни на секунду не останавливаясь, работает ради того, чтобы мы дышали. Рассмотрим чуть ближе эту систему. Белковая молекула гемоглобина состоит из 564 . В средней её части расположены те самые 4 молекулы железа , которые отвечают за удержание кислорода . Малейшее изменение порядка расположения аминокислот приведет к тому, что гемоглобин не сможет захватывать и транспортировать кислород. Трехмерное строение гемоглобина и порядок расположения аминокислот в нем, словно бы, специально спроектированы для того, чтобы переносить кислород . Но важна не только форма гемоглобином , а еще четкая работа всех подсистем, работающих вместе с гемоглобином.

Например, гемоглобин и кислород образуют между собой сильнейшую связь . Но как только кровь доносит эту пару до клетки, которая нуждается в кислороде, эта связь тотчас слабеет и кислород отделяется от гемоглобина. Каждая деталь в системе тончайше продумана. Если бы гемоглобин не удерживал бы так сильно кислород, то кислород не смог бы доноситься с кровью до нуждающихся в нем клеток, и клетки начали бы отмирать от недостатка кислорода. А если бы гемоглобин наоборот удерживал кислород сильнее , чем сейчас, тогда кислород не смог бы отсоединиться от гемоглобина и перейти в клетки, которые в нем нуждаются. И опять-таки, клетки начали бы отмирать , потому что не получали бы кислород. Словом, малейшее изменение существующей системы приведет к смерти организма. Например, один из самых сильных ядов - цианистый калий , попадая в кровь, цепляется к молекуле гемоглобин и не дает ей выполнять свои функции . В результате чего человек умирает за несколько минут от гипоксии (недостатка кислорода в клетках организма).

Мозг

Каждый день мы делаем сотни разных дел, но чтобы мы ни делали за всю жизнь, мы верно и беспрестанно делаем одно дело. Каждую секунду мы дышим . И для того, чтобы дышать , мы не прикладываем никаких усилий. Нам не надо собирать волю в кулак, чтобы заставить себя дышать. Просто мы родились на свет и сразу же, как только нам перерезали пуповину, начали дышать. Мозг является командным центром всей системы дыхания . Группа нервов в стволе мозга и в спином мозге управляет системой дыхания . Нервы в спинном мозге каждые 2 секунды посылают мышцам, опоясывающим грудную клетку, команду расширяться . По мере расширения в легкие пропадает воздух . Потом через 3 секунды команда от спинного мозга прекращается, и мышцы грудной клетки расслабляются . Воздух, наполнивший легкие, по мере сжатия мышц выталкивается наружу. Команда на совершение вдоха и выдоха от спинного мозга длится 5 секунд : 2 секунды на вдох и 3 секунды для выдоха. Здоровый человек в спокойном состоянии делает 12 вдохов и выдохов в минуту. Но чем быстрее мы двигаемся , тем чаще становится наше дыхание.

Дыхание и движение

Дыхание человека находится вне его воли. Чем быстрее мы двигаемся , тем больше кислорода расходуют мышцы. Уровень кислорода в крови падает , а уровень углекислого газа растет . И тогда, напрягающиеся мышечные клетки, выделяют особую молочную кислоту . Размещенные в определенных участках организма человека рецепторы уровня кислорода, углекислого газа и молочной кислоты, почувствовав это изменение, немедленно посылают в дыхательный центр мозга сигнал тревоги . Мозг, услышав сигнал, тотчас посылает команду мышцам грудной клетки - работать быстрее . Но организм принимает и другие меры. Например, сердце начинает биться чаще. Также кожа раскрывает поры, чтобы уравновешивать теплоотдачу и выводить с потом через поры излишки воды , тем самым охлаждая организм. Как только нагрузка на мышцы уменьшается, все системы возвращаются в спокойное состояние. Теперь Вы знаете, что все системы в нашем организме работают вне нашего контроля и воли с одной лишь целью - служить нам и поддерживать в нас жизнь.