Для чего человеку углекислый газ? Дыхание.

Атмосферный воздух представляет собой физическую смесь азота, кислорода, углекислого газа (двуокиси углерода), аргона и других инертных газов. В сухом атмосферном воздухе содержатся: кислорода - 20,95%, азота - 78,09%, углекислого газа - 0,03%. В небольших количествах представлены аргон, гелий, неон, криптон, водород, ксенон и др. Кроме постоянных составных частей, в воздухе находятся некоторые примеси природного происхождения, а также загрязнения, вносимые в атмосферу за счет производственной деятельности человека.

Составные части воздушной среды по-разному воздействуют на организм животных.

Азот является наибольшей составной частью атмосферного воздуха, принадлежит к инертным газам, он не поддерживает дыхание и горение. В природе идет непрерывный процесс круговорота азота, в результате которого азот атмосферы превращается в органические соединения, а при разложении их он восстанавливается и вновь поступает в атмосферу и снова связывается с биологическими объектами. Азот для растений служит источником питания.

Атмосферный азот, кроме того, является разбавителем кислорода, дыхание чистым кислородом приводит к необратимым изменениям в организме.

Кислород - важнейший для жизни газ воздуха, так как он необходим для дыхания. Попадая в легкие, кислород поглощается кровью и разносится ею по всему организму - он поступает во все ее клетки и расходуется там на окисление питательных веществ, образуя углекислый газ и воду. Все химические процессы в животном организме, связанные с образованием различных веществ, с работой мышц и органов, с выделением тепла, происходят только при наличии кислорода.

Кислород в чистом виде обладает токсическим воздействием, что связывают с окислением ферментов.

Животные потребляют в среднем следующее количество кислорода (мл/кг массы): лошадь в состоянии покоя - 253, во время работы - 1780, корова - 328, овца - 343, свинья - 392, курица - 980. Количество потребляемого кислорода зависит также от возраста, пола и физиологического состояния организма. Содержание кислорода в воздухе закрытых помещений для животных при недостаточном обмене воздуха - вентиляции может снижаться, что при длительном воздействии сказывается на их здоровье и продуктивности. Наиболее чувствительны к этому птицы.

Углекислый газ (двуокись углерода, СО 2) играет большую роль в жизнедеятельности животных и человека, так как является физиологическим возбудителем дыхательного центра. Снижение концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе не представляет существенной опасности для организма, так как необходимый уровень парциального давления этого газа в крови обеспечивается регулированием кислотно-щелочного равновесия. Повышенное же содержание углекислого газа в атмосферном воздухе сказывается отрицательно на организме животных. При вдыхании больших концентраций углекислого газа в организме нарушаются окислительно-восстановительные процессы, происходит накопление двуокиси углерода в крови, что приводит к возбуждению дыхательного центра. При этом дыхание становится более частым и глубоким. У птиц накопление углекислого газа в Крови не учащает дыхания, а вызывает его замедление и даже остановку. Поэтому в помещениях для птиц предусматривается постоянный приток наружного воздуха в гораздо больших количествах (из расчета на 1 кг массы), чем для млекопитающих.

В гигиеническом отношении двуокись углерода является важным показателем, по которому судят о степени чистоты воздуха - эффективности работы вентиляции. Если в животноводческих помещениях плохо работает вентиляция, углекислый газ накапливаться в значительных количествах, так как в выдыхаемом воздухе его содержится до 4,2%. Много углекислого газа поступает в воздух помещения, если оно обогревается газовыми горелками. Поэтому в таких помещениях вентиляционные сооружения должны быть более мощными.

Максимально допустимое количество углекислого газа в воздухе животноводческих помещений не должно превышать 0,25% для животных и 0,1 — 0,2% для птиц.

Окись углерода (угарный газ) - в атмосферном воздухе отсутствует. Однако при работе в животноводческих помещениях техники - тракторов, кормораздатчиков, теплогенераторов и др. он выделяется с выхлопными газами. Выделение угарного газа наблюдается также при работе газовых горелок.

Окись углерода - сильный яд для животных и человека: соединяясь с гемоглобином крови, он лишает его способности переносить кислород из легких в ткани. При вдыхании этого газа животные погибают от удушья вследствие острого недостатка кислорода. Ядовитое действие начинает проявляться уже при накоплении 0,4% окиси углерода. Чтобы предупредить подобные отравления, следует хорошо проветривать помещения, где работают двигатели внутреннего сгорания, проводить регламентные работы теплогенераторов и других механизмов, выделяющих угарный газ.

При отравлении животных угарным газом в первую очередь их необходимо вывести из помещения на свежий воздух. Предельно допустимая концентрация этого газа - 2 мг/м3.

Аммиак (NH 3) - бесцветный газ с едким запахом. В атмосферном воздухе встречается редко и в небольших концентрациях. В животноводческих помещениях аммиак образуется при разложении мочи, навоза, подстилки. Особенно он накапливается в помещениях, где плохая вентиляция, не поддерживается чистота пола, животных содержат без подстилки или меняют её несвоевременно, а также в навозохранилищах, жомовых ямах сахарных заводов. Много аммиака образуется в свинарниках, телятниках, птичниках (особенно при напольном содержании птицы), если в этих помещениях сосредоточено большое количество животных. Над местами скопления жижи концентрация аммиака достигает 35 мг/м 3 и более. Поэтому при работах по перекачиванию жидкого навоза, очистке закрытых навозных каналов допускать людей к работе можно только после тщательного проветривания этой зоны.

В старых и холодных помещениях много аммиака скапливается на поверхности оборудования, в мокрой подстилке, так как он лучше растворяется холодной влажной средой. При повышении температуры и понижении атмосферного давления происходит обратное выделение аммиака в воздух помещения.

Постоянное вдыхание воздуха даже с небольшой примесью аммиака (10 мг/м 3) неблагоприятно отражается на здоровье животных. Аммиак, растворяясь на слизистых оболочках верхних дыхательных путей, глаз, раздражает их, кроме того, он рефлекторно уменьшает глубину дыхания, следовательно, и вентиляцию легких. В результате у животных появляется кашель, слезотечение, бронхит, отек легких и др. При воспалительных процессах дыхательных путей снижается и способность слизистых оболочек противостоять проникновению через них микроорганизмов, в т. ч. болезнетворных. При высоких концентрациях аммиака наступает паралич дыхания, животное погибает.

В крови аммиак соединяется с гемоглобином и превращает его в щелочный гематин, который не способен поглощать кислород при дыхании, т. е. наступает кислородное голодание. Сильная степень отравления характеризуется обморочным состоянием, судорогами. Аммиак с влагой образует агрессивную среду, которая приводит в негодность машины, механизмы, здание.

Предельно допустимая концентрация этого газа 20 мг/м 3 , для молодняка и птицы - 5-10 мг/м 3 .

Необходимо помнить, что аммиак действует отрицательно не только на животных, но и на обслуживающий персонал. Поэтому в целях охраны здоровья работающих в помещениях, а также для создания нормальных условий животным, следует оборудовать здания эффективной вентиляцией. Большое значение имеет исправная и бесперебойно действующая система навозоудаления. Уменьшить содержание аммиака можно рассыпанием на подстилке молотого суперфосфата из расчета 250 — 300 г/м 2 , применением кондиционной торфяной подстилки, а для быстрого снижения концентрации этого газа можно использовать аэрозоль формальдегида, для защиты машин и механизмов применяют антикоррозийное покрытие.

Сероводород (H 2 S) в свободной атмосфере отсутствует или содержится в незначительных количествах. Источником накопления сероводорода в воздухе животноводческих помещений служит гниение серосодержащих органических веществ и кишечные выделения животных, особенно при использовании богатых белком кормов или расстройствах пищеварения. Сероводород может поступать в воздух помещений из жижеприемников и навозных каналов.

Вдыхание этого газа в незначительных количествах (10 мг/м 3) вызывает воспаление слизистых оболочек, кислородное голодание, а в больших концентрациях - паралич дыхательного центра и центра, управляющего сокращением кровеносных сосудов. Всасываясь в кровь, сероводород блокирует активность ферментов, обеспечивающих процесс дыхания. Железо гемоглобина крови связывается с сероводородом в сульфид железа, поэтому гемоглобин не может участвовать в связывании и переносе кислорода. В слизистых оболочках он образует сульфид натрия, вызывающий их воспаление.

Содержание во вдыхаемом воздухе сероводорода свыше 10 мг/м 3 может вызвать быструю смерть животного и человека, а длительное воздействие незначительной его примеси - хроническое отравление, проявляющееся общей слабостью, нарушениями пищеварения, воспалением дыхательных путей, снижением продуктивности. У людей при хроническом отравлении сероводородом наступает слабость, исхудание, потливость, головные боли, расстройство сердечной деятельности, катар дыхательных путей, гастроэнтериты.

Допустимая концентрация сероводорода в воздухе помещений - 5 — 10 мг/м 3 . Запах сероводорода ощущается уже при концентрациях 1,4 мг/м 3 , четко выражен при 3,3 мг/м 3 , значительный - при 4 мг/м 3 , тягостный - при 7 мг/м 3 .

Для предупреждения образования сероводорода в помещениях необходимо следить за исправным состоянием канализационных сооружений, применять качественную газопоглощающую подстилку, соблюдать надлежащую гигиеническую и ветеринарно-санитарную культуру на фермах и комплексах, гарантировать своевременное удаление навоза.

Влияние других газов, обнаруживаемых в помещениях для животных (индол, скатол, меркаптан и др.), изучено еще слабо.

Для того чтобы знать пути зарождения жизни, необходимо сначала изучить признаки и свойства живых организмов. Знание химического состава, строения и различных процессов, протекающих в организме, дает возможность понять происхождение жизни. Для этого познакомимся с особенностями образования первых неорганических веществ в космическом пространстве и появления планетарной системы.

Атмосфера древней Земли. По последним данным ученых, исследователей космоса, небесные тела образовались 4,5-5 млрд. лет назад. На первых этапах формирования Земли в ее состав входили оксиды, карбонаты, карбиды металлов и газы, извергавшиеся из глубин вулканов. В результате уплотнения земной коры и действия гравитационных сил стало выделяться большое количество тепла. На повышение температуры Земли оказали влияние распад радиоактивных соединений и ультрафиолетовые излучения Солнца. В это время вода на Земле существовала в виде пара. В верхних слоях воздуха водяные пары собирались в облака, которые выпадали на поверхность горячих камней в виде ливневых дождей, затем вновь, испаряясь, поднимались в атмосферу. На Земле сверкали молнии, гремели раскаты грома. Это продолжалось долго. Постепенно поверхностные слои Земли стали остывать. Из-за ливневых дождей образовались небольшие водоемы. Потоки раскаленной лавы, которые текли с вулканов, и зола попадали в первичные водоемы и непрерывно изменяли условия окружающей среды. Такие непрерывные изменения окружающей среды способствовали возникновению реакций образования органических соединений.
В атмосфере Земли еще до возникновения жизни содержались метан, водород, аммиак и вода (1). В результате химической реакции соединения молекул сахарозы образовались крахмал и клетчатка, а из аминокислот - белки (2,3). Из сахарозы и соединений азота образовались саморегулирующие молекулы ДНК (4) (рис. 9).

Рис. 9. Приблизительно 3,8 млрд. лет назад путем химических реакций образовались первые сложные соединения

В составе первичной атмосферы Земли не было свободного кислорода. Кислород встречался в виде соединений железа, алюминия, кремния и участвовал в образовании различных минералов земной коры. Кроме того, кислород присутствовал в составе воды и некоторых газов (например, углекислого). Соединения водорода с другими элементами образовывали ядовитые газы на поверхности Земли. Ультрафиолетовые излучения Солнца явились одним из необходимых источников энергии для образования органических соединений. К широко распространенным в атмосфере Земли неорганическим соединениям относятся метан, аммиак и другие газы (рис. 10).

Рис. 10. Начальный этап возникновения жизни на Земле. Образование сложных органических соединений в первичном океане

Образование органических соединений абиогенным путем. Знание условий окружающей среды на начальных этапах развития Земли имело огромное значение для науки. Особое место в этой области занимают работы русского ученого А. И. Опарина (1894-1980). В 1924 г. он высказал предположение о возможности прохождения химической эволюции в начальные этапы развития Земли. Теория А. И. Опарина основывается на постепенном длительном усложнении химических соединений.
Американские ученые С. Миллер и Г. Юри в 1953 г. согласно теории А. И. Опарина поставили опыты. Пропуская электрический разряд через смесь метана, аммиака и воды, они получили различные органические соединения (мочевина, молочная кислота, различные аминокислоты). Позднее такие опыты повторили многие ученые. Полученные результаты опытов доказали правильность гипотезы А. И. Опарина.
Благодаря выводам названных выше опытов, было доказано, что в результате химической эволюции первобытной Земли образовались биологические мономеры.

Образование и эволюция биополимеров. Совокупность и состав органических соединений, образованных в различных водных пространствах первичной Земли, были разного уровня. Образование таких соединений абиогенным путем доказано экспериментально.
Американский ученый С. Фокс в 1957 г. высказал мнение о том, что аминокислоты могут образовывать, соединяясь между собой, пептидные связи без участия воды. Он заметил, что при нагревании, а затем охлаждении сухих смесей аминокислот их белковоподобные молекулы образуют связи. С. Фокс пришел к выводу, что на месте бывших водных пространств под действием тепла потоков лавы и солнечных излучений произошли самостоятельные соединения аминокислот, которые дали начало первичным полипептидам.

Роль ДНК и РНК в эволюции жизни. Главное отличие нуклеиновых кислот от белков - способность удваиваться и воспроизводить точные копии первоначальных молекул. В 1982 г. американский ученый Томас Чек открыл ферментативную (каталитическую) активность молекул РНК. В итоге он заключил, что молекулы РНК - самые первые полимеры на Земле. Молекулы ДНК по сравнению с РНК более устойчивы в процессах распада в слабощелочных водных растворах. А среда с такими растворами была в водах первичной Земли. В настоящее время это условие сохранено только в составе клетки. Молекулы ДНК и белки взаимосвязаны. Например, белки защищают молекулы ДНК от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей. Мы не можем назвать белки и молекулы ДНК живыми организмами, хотя им присущи некоторые признаки живых тел, потому что у них полностью не сформированы биологические мембраны.

Эволюция и образование биологических мембран. Параллельное существование белков и нуклеиновых кислот в пространстве, возможно, открыло путь для возникновения живых организмов. Это могло произойти только при наличии биологических мембран. Благодаря биологическим мембранам образуется связь между окружающей средой и белками, нуклеиновыми кислотами. Только через биологические мембраны идет процесс обмена веществ и энергии. На протяжении миллионов лет первичные биологические мембраны, постепенно усложняясь, присоединяли в состав различные белковые молекулы. Таким образом, путем постепенного усложнения появились первые живые организмы (протобионты). У протобионтов постепенно формировались системы саморегуляции, самовоспроизведения. Первые живые организмы приспособились к жизни в бескислородной среде. Все это соответствует мнению, высказанному А. И. Опариным. Гипотеза А. И. Опарина в науке называется коацерватной теорией. Эту теорию в 1929 г. поддержал английский ученый Д. Холдейн. Многомолекулярные комплексы с тонкой водной оболочкой снаружи называются коацерватами или коацерватной каплей. Некоторые белки в составе коацерватов выполняли роль ферментов, а нуклеиновые кислоты приобрели возможность передачи информации по наследству (рис. 11).

Рис. 11. Образование коацерватов - многомолекулярных комплексов с водной оболочкой

Постепенно у нуклеиновых кислот сформировалась способность к удвоению. Связь коацерватной капли с окружающей средой привела к осуществлению самого первого простого обмена веществ и энергии на Земле.
Таким образом, основные положения теории возникновения жизни по А. И. Опарину таковы:

1. в результате непосредственного влияния факторов окружающей среды из неорганических веществ образовались органические;
2. образованные органические вещества оказали влияние на образование сложных органических соединений (ферментов) и свободных самовоспроизводящих генов;
3. образованные свободные гены соединились с другими высокомолекулярными органическими веществами;
4. у высокомолекулярных веществ снаружи постепенно появились белково-липидные мембраны;
5. в результате названных процессов появились клетки.

Современный взгляд на возникновение жизни на Земле называется
теорией биопоэза (органические соединения образуются из живых организмов). В настоящее время она носит название биохимической эволюционной теории появления жизни на Земле. Эту теорию предложил в 1947 г. английский ученый Д. Бернал. Он различал три этапа биогенеза. Первый этап-это возникновение биологических мономеров абиогенным путем. Второй этап - образование биологических полимеров. Третий этап - возникновение мембранных структур и первых организмов (протобионтов). Группировка сложных органических соединений в составе коацерватов и их активное взаимодействие между собой создают условия для образования саморегулирующих простейших гетеротрофных организмов.
В процессе возникновения жизни произошли сложные эволюционные изменения - образование органических веществ из неорганических соединений. Сначала появились хемосинтезирующие, затем постепенно - фотосинтезирующие организмы. В появлении большего количества свободного кислорода в атмосфере Земли огромную роль сыграли фотосинтезирующие организмы.
Химическая эволюция и эволюция первых организмов (протобионтов) на Земле продлилась до 1-1,5 млрд. лет (рис. 12).

Рис. 12. Схема перехода химической эволюции в биологическую

Первичная атмосфера. Биологическая мембрана. Коацерват. Протобионт. Теория биопоэза.

1. Небесные тела, в том числе земной шар, появились 4,5-5 млрд. лет назад.
2. В период возникновения Земли было достаточно много водорода и его соединений, а свободного кислорода не было.
3. На начальном этапе развития Земли единственным источником энергии были ультрафиолетовые излучения Солнца.
4. А. И. Опарин высказал мнение, что в начальный период на Земле происходит только химическая эволюция.
5. На Земле впервые появились биологические мономеры, из которых постепенно образовались белки и нуклеиновые кислоты (РНК, ДНК).
6. Первые организмы, появившиеся на Земле, - протобионты.
7. Многомолекулярные комплексы, окруженные тонкой водной оболочкой, называются коацерватами.
1. Что такое коацерват?
2. В чем смысл теории А. И. Опарина?
3. Какие ядовитые газы были в первичной атмосфере?
1. Дайте характеристику состава первичной атмосферы.
2. Какую теорию об образовании аминокислот на поверхности Земли представил С. Фокс?
3. Какую роль выполняют нуклеиновые кислоты в эволюции жизни?

1. В чем сущность опытов С. Миллера и Г. Юри?
2. На чем основывался А. И. Опарин в своих гипотезах?
3. Назовите основные этапы появления жизни.

* Проверь знания!
Вопросы для повторения. Глава 1. Происхождение и начальные этапы развития жизни на Земле

1. Уровень организации жизни, на котором решаются глобальные проблемы.
2. Индивидуальное развитие отдельных особей организма.
3. Устойчивость внутренней среды организма.
4. Теория возникновения жизни путем химической эволюции неорганических веществ.
5. Историческое развитие организмов.
6. Уровень организации жизни, состоящий из клеток и межклеточных веществ.
7. Свойство живых организмов воспроизведения себе подобных.
8. Уровень жизни, характеризующийся единством сообщества живых организмов и окружающей среды.
9. Уровень жизни, характеризующийся наличием нуклеиновых кислот и других соединений.
10. Свойство изменения жизнедеятельности живых организмов соответственно годовым циклам.
11. Взгляд о занесении жизни из других планет.
12. Уровень организации жизни, представленный структурной и функциональной единицей всех живых организмов на Земле.
13. Свойство тесной связи живых организмов с окружающей средой.
14. Теория, связывающая возникновение жизни с действием "жизненных сил".
15. Свойство живых организмов обеспечивать передачу признаков своему потомству.
16. Ученый, доказавший с помощью простого опыта неправильность теории о самозарождении жизни.
17. Русский ученый, предложивший теорию возникновения жизни абиогенным путем.
18. Газ, необходимый для жизни, отсутствовавший в составе первичной атмосферы.
19. Ученый, высказавший мнение об образовании пептидной связи путем соединения между собой аминокислот без участия воды.
20. Самые первые живые организмы с биологической мембраной.
21. Высокомолекулярные комплексы, окруженные тонкой водной оболочкой.
22. Ученый, который впервые дал определение понятию жизнь.
23. Свойство живых организмов реагировать на различные влияния факторов окружающей среды.
24. Свойство изменения признаков наследственности живых организмов под влиянием различных факторов окружающей среды.
25. Уровень организации жизни, при котором заметны первые простые эволюционные изменения.

Всё живое на Земле существует за сёт солнечного тепла и энергии, достигающей поверхности нашей планеты. Все животные и человек приспособились добывать энергию из синтезированных растениями органических веществ. Чтобы использовать энергию Солнца, заключённую в молекулах органических веществ, её необходимо высвободить, окислив эти вещества. Чаще всего в качестве окислителя используют кислород воздуха, благо он составляет почти четверть объёма окружающей атмосферы.

Одноклеточные простейшие животные, кишечнополостные, свободноживущие плоские и круглые черви дышат всей поверхностью тела . Специальные органы дыхания - перистые жабры появляются у морских кольчатых червей и у водных членистоногих. Органами дыхания членистоногих являются трахеи, жабры, листовидные лёгкие расположенные в углублениях покрова тела. Система органов дыхания ланцетника представлена жаберными щелями , пронизывающими стенку переднего отдела кишечника - глотку. У рыб под жаберными крышками располагаются жабры , обильно пронизанными мельчайшими кровеносными сосудами. У наземных позвоночных органами дыхания являются лёгкие . Эволюция дыхания у позвоночных шла по пути увеличения площади легочных перегородок, участвующих в газообмене, совершенствования транспортных систем доставки кислорода к клеткам, расположенным внутри организма, и развития систем, обеспечивающих вентиляцию органов дыхания.

Строение и функции органов дыхания

Необходимым условием жизнедеятельности организма является постоянный газообмен между организмом и окружающей средой. Органы, по которым циркулируют вдыхаемый и выдыхаемый воздух, объединяются в дыхательный аппарат. Систему органов дыхания образуют носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и лёгкие. Большинство из них представляют собой воздухоносные пути и служат для проведения воздуха в лёгкие. В лёгких и происходят процессы газообмена. При дыхании организм получает из воздуха кислород, который разносится кровью по всему телу. Кислород участвует в сложных окислительных процессах органических веществ, при котором освобождается необходимая организму энергия. Конечные продукты распада - углекислота и частично вода - выводятся из организма в окружающую среду через органы дыхания.

Функции дыхательной системы

• Обеспечение клеток организма кислородом О 2 .
• Удаление из организма углекислого газа СО 2 , а также некоторых конечных продуктов обмена веществ (паров воды, аммиака, сероводорода).

Носовая полость

Воздухоносные пути начинаются с носовой полости , которая через ноздри соединяется с окружающей средой. От ноздрей воздух проходит по носовым ходам, выстланным слизистым, реснитчатым и чувствительным эпителием. Наружный нос состоит из костных и хрящевых образований и имеет форму неправильной пирамиды, которая изменяется в зависимости от особенностей строения человека. В состав костного скелета наружного носа входят носовые косточки и носовая часть лобной кости. Хрящевой скелет является продолжением костного скелета и состоит из гиалиновых хрящей различной формы. Полость носа имеет нижнюю, верхнюю и две боковые стенки. Нижняя стенка образована твёрдым нёбом, верхняя - решётчатой пластинкой решётчатой кости, боковая - верхней челюстью, слёзной костью, глазничной пластинкой решётчатой кости, нёбной костью и клиновидной костью. Носовой перегородкой полость носа разделена на правую и левую части. Перегородка носа образована сошником, перпендикулярной пластинкой решётчатой кости и спереди дополняется четырёхугольным хрящом носовой перегородки.

На боковых стенках полости носа располагаются носовые раковины - по три с каждой стороны, что увеличивает внутреннюю поверхность носа, с которой соприкасается вдыхаемый воздух.

Носовая полость образована двумя узкими и извилистыми носовыми ходами . Здесь воздух согревается, увлажняется и освобождается от частичек пыли и микробов. Оболочка, выстилающая носовые ходы, состоит из клеток, которые выделяют слизь, и клеток реснитчатого эпителия. Движением ресничек слизь вместе с пылью и микробами направляется из носовых ходов наружу.

Внутренняя поверхность носовых ходов богато снабжена кровеносными сосудами. Вдыхаемый воздух, попадает в полость носа, обогревается, увлажняется, очищается от пыли и частично обезвреживается. Из носовой полости он попадает в носоглотку. Затем воздух из носовой полости попадает в глотку, а из неё - в гортань.

Гортань

Гортань - один из отделов воздухоносных путей. Сюда из носовых ходов через глотку поступает воздух. В стенке гортани есть несколько хрящей: щитовидный, черпаловидный и др. В момент глотания пищи мышцы шеи поднимают гортань, а надгортанный хрящ опускается и закрывается гортань. Поэтому пища поступает только в пищевод и не попадает в трахею.

В узкой части гортани расположены голосовые связки , посредине между ними находится голосовая щель. При прохождении воздуха голосовые связки вибрируют, производя звук. Образование звука происходит на выдохе при управляемом человеком движении воздуха. В формировании речи участвуют: носовая полость, губы, язык, мягкое нёбо, мимические мышцы.

Трахея

Гортань переходит в трахею (дыхательное горло), которая имеет форму трубки длиной около 12 см, в стенках которого есть хрящевые полукольца, не позволяющие ей спадать. Задняя стенка её образована соединительнотканной перепонкой. Полость трахеи, как и полость других воздухоносных путей выстлана мерцательным эпителием, препятствующим проникновению в лёгкие пыли и других инородных тел. Трахея занимает серединное положение, сзади она прилежит к пищеводу, а по бокам от неё располагаются сосудисто-нервыне пучки. Спереди шейный отдел трахеи прикрывают мышцы, а вверху она охватывается ещё щитовидной железой. Грудной отдел трахеи прикрыт спереди рукояткой грудины, остатками вилочковой железы и сосудами. Изнутри трахея покрыта слизистой оболочкой, содержащей большое количество лимфоидной ткани и слизистых желёз. При дыхании мелкие частички пыли прилипают к увлажнённой слизистой оболочке трахеи, а реснички мерцательного эпителия продвигают их обратно к выходу из дыхательных путей.

Нижний конец трахеи делится на два бронха, которые затем многократно ветвятся, входят в правое и левое лёгкие, образуя в лёгких «бронхиальное дерево».

Бронхи

В грудной полости трахея делится на два бронха - левый и правый. Каждый бронх входит в лёгкое и там делится на бронхи меньшего диаметра, которые разветвляются на мельчайшие воздухоносные трубочки - бронхиолы. Бронхиолы в результате дальнейшего ветвления переходят в расширения - альвеолярные ходы, на стенках которых находятся микроскопические выпячивания, называемые легочными пузырьками, или альвеолами .

Стенки альвеол построены из особого тонкого однослойного эпителия и густо оплетены капиллярами. Общая толщина стенки альвеолы и стенки капилляра составляет 0,004 мм. Через эту тончайшую стенку происходит газообмен: в кровь из альвеолы поступает кислород, а обратно - углекислый газ. В лёгких насчитывается несколько сотен миллионов альвеол. Общая поверхность их у взрослого человека составляет 60–150 м 2 . благодаря этому в кровь поступает достаточное количество кислорода (до 500 литров в сутки).

Лёгкие

Лёгкие занимают почти всю полость грудной полости и представляют собой упругие губчатые органы. В центральной части лёгкого располагаются ворота, куда входят бронх, легочная артерия, нервы, а выходят легочные вены. Правое лёгкое делится бороздами на три доли, левое на две. Снаружи лёгкие покрыты тонкой соединительнотканной плёнкой - легочной плеврой, которая переходит на внутреннею поверхность стенки грудной полости и образует пристенную плевру. Между этими двумя плёнками находится плевральная щель, заполненная жидкостью, уменьшающей трение при дыхании.

На лёгком различают три поверхности: наружную, или рёберную, медиальную, обращённую в сторону другого лёгкого, и нижнюю, или диафрагмальную. Кроме того, в каждом лёгком различают два края: передний и нижний, отделяющие диафрагмальную и медиальную поверхности от рёберной. Сзади рёберная поверхность без резкой границы переходит в медиальную. Передний край левого лёгкого имеет сердечную вырезку. На медиальной поверхности лёгкого располагаются его ворота. В ворота каждого лёгкого входит главный бронх, легочная артерия, которая несёт в лёгкое венозную кровь, и нервы, иннервирующие лёгкое. Из ворот каждого лёгкого выходят две легочные вены, которые несут к сердцу артериальную кровь, и лимфатические сосуды.

Лёгкие имеют глубокие борозды, разделяющие их на доли - верхнюю, среднюю и нижнюю, а в левом две - верхнюю и нижнюю. Размеры лёгкого не одинаковы. Правое лёгкое несколько больше левого, при этом оно короче его и шире, что соответствует более высокому стоянию правого купола диафрагмы в связи с правосторонним расположением печени. Цвет нормальных лёгких в детском возрасте бледно-розовый, а у взрослых они приобретают тёмно-серую окраску с синеватым оттенком - следствие отложения в них попадающих с воздухом пылевых частиц. Ткань лёгкого мягкая, нежная и пористая.

Газообмен лёгких

В сложном процессе газообмена выделяют три основные фазы: внешнее дыхание, перенос газа кровью и внутреннее, или тканевое, дыхание. Внешнее дыхание объединяет все процессы, происходящие в лёгком. Оно осуществляется дыхательным аппаратом, к которому относятся грудная клетка с мышцами, приводящими её в движение, диафрагма и лёгкие с воздухоносными путями.

Воздух, поступивший в лёгкие при вдохе, изменяет свой состав. Воздух в лёгких отдаёт часть кислорода и обогащается углекислым газом. Содержание углекислого газа в венозной крови выше, чем в воздухе, находящемся в альвеолах. Поэтому углекислый газ выходит из крови в альвеолы и содержание его меньше, чем в воздухе. Сначала кислород растворяется в плазме крови, далее связывается с гемоглобином, а в плазму поступают новые порции кислорода.

Переход кислорода и углекислого газа из одной среды в другую проходит благодаря диффузии от большей концентрации к меньшей. Хотя диффузия протекает медленно, поверхность контакта крови с воздухом в лёгких настолько велика, что полностью обеспечивает нужный газообмен. Подсчитано, что полный газообмен между кровью и альвеолярным воздухом может происходить за время, которое втрое короче, чем время пребывания крови в капиллярах (т.е. в организме имеются значительные резервы обеспечения тканей кислородом).

Венозная кровь, попав в лёгкие, отдаёт углекислый газ, обогащается кислородом и превращается в артериальную. В большом круге эта кровь расходится по капиллярам во все ткани и отдаёт кислород клеткам тела, которые постоянно потребляют его. Углекислого газа, выделяющегося клетками в результате их жизнедеятельности, здесь больше, чем в крови, и он диффундирует из тканей в кровь. Таким образом, артериальная кровь, пройдя через капилляры большого круга кровообращения, становится венозной и правой половиной сердца направляется в лёгкие, здесь опять насыщается кислородом и отдаёт углекислый газ.

В организме дыхание осуществляется с помощью дополнительных механизмов. Жидкие среды, входящие в состав крови (её плазмы), обладают низкой растворимостью в них газов. Поэтому, для того чтобы человек мог существовать, ему нужно было бы иметь сердце мощнее в 25 раз, лёгкие - в 20 раз и за одну минуту перекачивать более 100 литров жидкости (а не пять литров крови). Природа нашла способ преодоления этой трудности, приспособив для переноса кислорода особое вещество - гемоглобин. Благодаря гемоглобину кровь способна связывать кислород в 70 раз, а углекислый газ - в 20 раз больше, чем жидкая часть крови - её плазма.

Альвеола - тонкостенный пузырёк диаметром 0,2 мм, заполненный воздухом. Стенка альвеолы образована одним слоем плоских клеток эпителия, по наружной поверхности которых разветвляется сетка капилляров. Таким образом, газообмен происходит через очень тонкую перегородку, образованную двумя слоями клеток: стенки капилляра и стенки альвеолы.

Обмен газов в тканях (тканевое дыхание)

Обмен газов в тканях осуществляется в капиллярах по тому же принципу, что и в лёгких. Кислород из тканевых капилляров, где его концентрация высока, переходит в тканевую жидкость с более низкой концентрацией кислорода. Из тканевой жидкости он проникает в клетки и сразу же вступает в реакции окисления, поэтому в клетках практически нет свободного кислорода.

Диоксид углерода по тем же законам поступает из клеток, через тканевую жидкость, в капилляры. Выделяющийся углекислый газ способствует диссоциации оксигемоглобина и сам вступает в соединение с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин , транспортируется в лёгкие и выделяется в атмосферу. В оттекающей от органов венозной крови углекислый газ находится как в связанном, так и в растворённом состоянии в виде угольной кислоты, которая в капиллярах лёгких легко распадается на воду и углекислый газ. Угольная кислота может также вступать в соединения с солями плазмы, образуя бикарбонаты.

В лёгких, куда поступает венозная кровь, кислород снова насыщает кровь, а углекислый газ из зоны высокой концентрации (легочных капилляров) переходит в зону низкой концентрации (альвеол). Для нормального газообмена воздух в лёгких постоянно сменяться, что достигается ритмическими атаками вдоха и выдоха, за счёт движений межрёберных мышц и диафрагмы.

Транспорт кислорода в организме

Значение дыхания.

Дыхание - это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих газообмен между организмом и внешней средой (внешнее дыхание ), и окислительных процессов в клетках, в результате которых выделяется энергия (внутреннее дыхание ). Обмен газов между кровью и атмосферным воздухом (газообмен ) - осуществляется органами дыхания.

Источником энергии в организме служат пищевые вещества. Основным процессом, освобождающим энергию этих веществ, является процесс окисления. Он сопровождается связыванием кислорода и образованием углекислого газа. Учитывая, что в организме человека нет запасов кислорода, непрерывное поступление его жизненно необходимо. Прекращение доступа кислорода в клетки организма ведёт к их гибели. С другой стороны, образованный в процессе окисления веществ углекислый газ должен быть удалён из организма, так как накопление значительного количества его опасно для жизни. Поглощение кислорода из воздуха и выделение углекислого газа осуществляется через систему органов дыхания.

Биологическое значение дыхания заключается в:

• обеспечении организма кислородом;
• удалении углекислого газа из организма;
• окислении органических соединений БЖУ с выделением энергии, необходимой человеку для жизнедеятельности;
• удалении конечных продуктов обмена веществ (пары воды, аммиака, сероводорода и т.д. ).

Воздухом называется смесь природных газов - азота, кислорода, аргона, углекислого газа, воды и водорода. Он является первоисточником энергии всех организмов и залогом здорового роста и долгой жизни. Благодаря воздуху в организмах происходит процесс метаболизма и развития.

Воздух в жизни растений и животных

Воздух играет огромную роль в жизни растений. Основополагающими компонентами необходимыми для роста и жизни растений являются кислород, углекислый газ, водные пары и почвенный воздух. Кислород необходим для дыхания, а углекислый газ для углеродного питания.

Кислород жизненно необходим для всего живого. Растения не могут прорастать без насыщения кислородом. В этом элементе нуждаются и корни и листья, и стебли растений.

Углекислый газ проникает в растение путем внедрения через его устьица в среду листа, попадая в клетки. Чем выше концентрация углекислого газа, тем лучше становится жизнь растений.

Воздух способствует осуществлению микробиологических процессов, происходящих в почве. Благодаря этим процессам в почве образуются элементы, необходимые для питания, роста и жизни растений - азот, фосфор, калий и другие.

Также воздух играет особую роль в формировании механических тканей у наземных растений. Он служит им окружающей средой, защищая от воздействия ультрафиолетовых лучей.

Движение воздуха немаловажно для благоприятного роста растений. Горизонтальное движение воздуха иссушает растения. А вертикальное способствует распространению пальцы, семян, а также регулирует тепловой режим на различных территориях.

Животные, как и растения, нуждаются в воздухе. Возраст, пол, размер и физическая активность напрямую связаны с потребляемым количеством воздуха.

Организм животных очень чувствителен к недостатку кислорода. Из-за пониженной кислородной концентрации у животных перестают окисляться потребляемые белки, жиры и углеводы. Это приводит к накоплению вредных токсических веществ в организме.

Кислород необходим для насыщения крови и тканей живого существа. Поэтому при нехватке этого элемента у животных учащается дыхание, ускоряется ток крови, снижаются окислительные процессы в организме, животное становится беспокойным. Длительное отсутствие кислородного насыщения вызывает: мышечную утомляемость, отсутствие болевого фактора, понижение температуры тела и смерть.

Воздух в жизни человека

Воздух является жизненно необходимым фактором для человека. Он разносится кровью по телу, насыщая каждый орган и каждую клетку организма.

Именно в воздухе происходит тепловой обмен человеческого организма с окружающей средой. Суть этого обмена заключается в конвекционной отдаче тепла и испарении влаги их легких человека.

Также воздух выполняет защитную для организма функцию: разбавляет химические загрязнители до безопасной концентрации. Это способствует снижению риска отравления организма химикатами.

С помощью дыхания человек насыщает организм энергией. Атмосферный воздух состоит из множества элементов, но его состав может меняться. Причиной этому служит производственная и техногенная деятельность человека.

Во время выдоха человек возвращает на четверть меньше вдыхаемого кислорода и в сто раз больше углекислого газа. Человеку необходимо ежедневно вдыхать 13-14 м3 воздуха. Содержание кислорода в организме здорового человека практически не меняется. Но если этого элемента не хватает, то в организме происходят сбои, учащается пульс.

Углекислый газ также важен для организма, но в определенных количествах. Повышение концентрации газа вызывает головную боль или шум в ушах.

Кислород способствует избавлению человеческого организма от углекислоты, в которой накоплены яды и токсины. Если человек редко выходит на свежий воздух, поверхностно дышит, или в воздухе содержится малая концентрация кислорода, человеческий организм переносит отравление, приводящее к различным заболеваниям.

Загрязнение окружающей среды атмосферы

В мире существует огромное количество веществ, загрязняющих атмосферу. Эти вещества вырабатываются как человеком, так и самой природой. Источниками, загрязнения атмосферы являются: тепловые электростанции и теплоцентрали, автотранспорт, цветная и черная металлургия, химической производство и другие.

Деятельность человека способствует выбросу золы, сажи, пыли. Также в атмосферу попадают минеральные кислоты, органические растворители.

Природные катаклизмы также выбрасывают в атмосферу различные вещества. При извержениях вулканов, пылевых бурях и лесных пожарах выделяются: пыль, диоксид серы, оксиды азота и углерода.

Искусство дыхания заключается в том, чтобы почти не выдыхать углекислый газ и терять его как можно меньше. Как пример, реакция биосинтеза растений — поглощение углекислого газа, утилизация углерода и выделение кислорода, и именно в те времена на планете существовала очень пышная растительность. Углекислый газ С02 постоянно образуется в клетках организма.

Дыхание — обмен газов, с одной стороны, между кровью и внешней средой (наружное дыхание), с другой — обмен газов между кровью и клетками тканей (внутреннее или тканевое дыхание).

Для чего человеку углекислый газ?

Кислород участвует в обмене веществ. Поэтому прекращение поступления кислорода приводит к гибели тканей и организма. Главной частью дыхательной системы организма человека являются лёгкие, которые выполняют основную функцию дыхания — обмен кислородом и углекислым газом между организмом и внешней средой обитания. Такой обмен возможен благодаря сочетанию вентиляции, диффузии газов через альвеолярно-капиллярную мембрану и лёгочного кровообращения.

Как углекислый газ распространяется в атмосфере Земли?

В процессе внешнего дыхания кислород из внешней среды доставляется в альвеолы лёгких. Процесс внешнего дыхания начинается с верхних дыхательных путей, которые очищают, согревают и увлажняют вдыхаемый воздух. Вентиляция лёгких зависит от дыхательного обмена и частоты дыхания. Диффузия кислорода осуществляется через ацинус — структурную единицу лёгкого, который состоит из дыхательной бронхиолы и альвеол.

Кислород необходим организмам для дыхания. Недостаток кислорода в воздухе отражается на жизнедеятельности живых организмов. Если в воздухе количество кислорода уменьшается до 1/3 его части, то у человека теряется сознание, а при уменьшении до 1/4 части - прекращается дыхание и наступает смерть.

Его вдувают в доменные печи для ускорения выплавки металлов. Углекислый газ образуется при горении (дров, торфа, каменного угля, нефти). Много его выделяют в воздух при дыхании организмы, в том числе и человек. Будучи тяжелее воздуха, углекислый газ в большем количестве находится в нижних слоях атмосферы, скапливается в понижениях Земли (пещерах, шахтах, ущельях).

Человек широко использует углекислый газ для газирования фруктовой и минеральной воды при разливе ее в бутылки. Углекислый газ, как и кислород, при сильном сжатии и низкой температуре из газообразного состояния переходит в жидкое и твердое состояния. Углекислый газ в твердом состоянии называют сухим льдом. Его применяют в холодильных камерах при сохранении мороженого, мяса и других продуктов.

Углекислый газ не поддерживает горение, тяжелее воздуха, и поэтому его используют при тушении пожаров. Почему без кислорода не могут жить люди и другие живые организмы? Благодаря чему в воздухе постоянно имеется кислород? Как получают и где применяют жидкий кислород?

Откуда в газировке пузырьки (углекислый газ)?

Воздухом называется смесь природных газов — азота, кислорода, аргона, углекислого газа, воды и водорода. Он является первоисточником энергии всех организмов и залогом здорового роста и долгой жизни. Благодаря воздуху в организмах происходит процесс метаболизма и развития. Основополагающими компонентами необходимыми для роста и жизни растений являются кислород, углекислый газ, водные пары и почвенный воздух. Кислород необходим для дыхания, а углекислый газ для углеродного питания.

В этом элементе нуждаются и корни и листья, и стебли растений. Углекислый газ проникает в растение путем внедрения через его устьица в среду листа, попадая в клетки. Чем выше концентрация углекислого газа, тем лучше становится жизнь растений. Также воздух играет особую роль в формировании механических тканей у наземных растений.

Возраст, пол, размер и физическая активность напрямую связаны с потребляемым количеством воздуха. Организм животных очень чувствителен к недостатку кислорода. Это приводит к накоплению вредных токсических веществ в организме. Кислород необходим для насыщения крови и тканей живого существа. Поэтому при нехватке этого элемента у животных учащается дыхание, ускоряется ток крови, снижаются окислительные процессы в организме, животное становится беспокойным.

Углекислый газ не виноват в глобальном потеплении

Воздух является жизненно необходимым фактором для человека. Он разносится кровью по телу, насыщая каждый орган и каждую клетку организма. Именно в воздухе происходит тепловой обмен человеческого организма с окружающей средой. Суть этого обмена заключается в конвекционной отдаче тепла и испарении влаги их легких человека. С помощью дыхания человек насыщает организм энергией. Причиной этому служит производственная и техногенная деятельность человека.

Взрослый человек, находясь в состоянии покоя, совершает в среднем 14 дыхательных движений в минуту, однако частота дыхания может претерпевать значительные колебания (от 10 до 18 за минуту). Взрослый человек делает 15-17 вдохов-выдохов в минуту, а новорождённый ребёнок делает 1 вдох в секунду. Обычный спокойный выдох происходит в большой степени пассивно, при этом активно работают внутренние межрёберные мышцы и некоторые мышцы живота.

Различают верхние и нижние дыхательные пути. Символический переход верхних дыхательных путей в нижние осуществляется в месте пересечения пищеварительной и дыхательной систем в верхней части гортани. Вдох и выдох осуществляется путём изменения размеров грудной клетки с помощью дыхательных мышц. В течение одного вдоха (в спокойном состоянии) в лёгкие поступает 400-500 мл воздуха. Этот объём воздуха называется дыхательным объёмом (ДО). Такое же количество воздуха поступает из лёгких в атмосферу в течение спокойного выдоха.

После максимального выдоха в лёгких остаётся воздух в количестве около 1 500 мл, называемый остаточным объёмом лёгких. Дыхание - одна из немногих функций организма, которая может контролироваться сознательно и неосознанно. Виды дыхания: глубокое и поверхностное, частое и редкое, верхнее, среднее (грудное) и нижнее (брюшное).

Лёгкие (лат.pulmo, др.-греч.πνεύμων) расположены в грудной полости в окружении костей и мышц грудной клетки. Кроме того, дыхательная система участвует в таких важных функциях, как терморегуляция, голосообразование, обоняние, увлажнение вдыхаемого воздуха.

При понижении температуры окружающей среды газообмен у теплокровных животных (особенно у мелких) увеличивается в результате увеличения теплопродукции. У человека при работе умеренной мощности он увеличивается, через 3-6 мин. после её начала достигает определённого уровня и затем удерживается в течение всего времени работы на этом уровне. Исследования изменений газообмена при стандартной физической работе применяются в физиологии труда и спорта, в клинике для оценки функционального состояния систем, участвующих в газообмене.

Какое применение находит кислород в промышленности? Оказалось, что углекислый газ до известного предела способствует более полному усвоению кислорода организмом. Углекислота так же участвует в биосинтезе животного белка, в этом некоторые ученые видят возможную причину существования много миллионов лет назад гигантских животных и растений.