Значение дыхание. Строение и функции органов дыхания. Голосовой аппарат
Дыхание - общая признак всех живых организмов. Это один из основных процессов обмена веществ и энергии, вследствие которого происходит поступление в организм В 2 и высвобождение СО 2 (внешнее дыхания ), а также использование В 2 клетками и тканями для окисления органических веществ с высвобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности (клеточное или тканевое дыхания ).
Верхний дыхательный тракт отделен от рта и глотки, а дорзальный пузырь соединяется через вестибулярную и насопалатиновую полости непосредственно в гортань. Зубчатые китообразные способны производить звуки на глубине, либо для обнаружения жертвы, либо для общения. Было высказано предположение, что во время погружений воздух из легких и верхних дыхательных путей может быть перемещен в вестибулярную и носовую полости, чтобы обеспечить продолжение звука, когда объем воздуха в этих полостях уменьшается по мере увеличения давления окружающей среды.
Дыхательная система осуществляет газообмен между организмом и окружающей средой, является важным фактором теплорегуляции, выполняет функцию выделения. Дыхательная система содержит голосовой аппарат (гортань).
Строение и функции органов дыхания
Систему органов дыхания человека составляют воздухоносные пути и легкие. К воздухоносных путей относятся: носовая полость , носоглотка , гортань , трахея и бронхи. Носовая полость разделяется костно-хрящевой перегородкой на правую и левую половины, в каждой из которых есть извилистые носовые ходы. Слизистая оболочка, выстилающая носовую полость, густо покрытая ресничками, пронизана кровеносными сосудами и железами. Воздух, поступает в носовую полость, очищается, согревается, увлажняется и обеззараживается.
Наше исследование незрелой женщины показывает, что верхние дыхательные пути очень асимметричны: трахея и бронхи чрезвычайно сжимаемы, тогда как гортань гораздо более жесткая. Установлены объемы гортани и трахеи. Это говорит о том, что для вокализации не будет присутствовать дыхательный воздух. Однако бронхи, трахея и часть гортани имеют толстую сосудистую оболочку с крупными тонкостенными сосудами. Мы предлагаем, чтобы эти сосуды могли расширяться во время погружений, чтобы уменьшить объем верхних дыхательных путей, что позволило перенести воздух через гортань.
С носовой полости воздух попадает в носоглотку , а затем в гортань. Гортань имеет вид воронки, стенки которой образованы несколькими хрящами. Между хрящами по обеим сторонам гортани являются слизистые складки - голосовые связи , между которыми образуется голосовая щель. Колебания связь при прохождении между ними воздуха обеспечивает образование звука. Его усиливают ротовая и носовая полости, а также глотка. Сверху вход в гортани прикрывается надгортанником , который препятствует попаданию пищи в гортань и дыхательные пути.
Дыхательные системы всех линий дыхательных позвоночных были ограничены характером структур, которые развивались прежде всего для земного существования. Они состоят из легких разной степени сложности, плюс верхняя дыхательная система: гортань и трахея вместе с бронхами, которые соединяют трахею с легкими. Легкие обладают небольшой устойчивостью к сжатию, в то время как трахеи и бронхи наземных рептилий, птиц и млекопитающих имеют общую структуру, предназначенную для поддержания патентной авиации, но при этом обеспечивают гибкость, особенно в области шеи.
С гортани вдыхаемый воздух проходит в трахею , имеет вид трубки. Ее передняя стенка образована хрящевыми полукольцами, соединенными между собой связками и мышцами. Задняя мягкая стенка трахеи прилегает к пищеводу и не мешает прохождению пищи. Трахея разветвляется на два бронхи , что входят в правое и левое легкие. В легких бронхи многократно делятся, образуя так называемое бронхиальное дерево . Самые тонкие бронхи - бронхиолы - заканчиваются альвеолярными ходами, на стенках которых расположены легочные пузырьки, или альвеолы. Альвеолы составляют дыхательную (газообмінну) часть легких, а бронхи - повітроносну. Легочные пузырьки образуют губчатую массу, которая формирует легкие. Легкие заполняют всю грудную полость, за исключением места, занятого сердцем, кровеносными сосудами, воздухоносными путями и пищеводом.
Все они состоят из серии круглых полужестких хрящевых колец, чередующихся с участками тонкой и растяжимой соединительной ткани. Впоследствии эта модель стала широко модифицированной, поскольку улучшилось понимание сложности физиологии дайвинга. Однако другие глубоководные дайверы, такие как кашалоты и кожаные черепахи, вдыхают перед погружением, по-видимому, для поддержания плавучести и задержки альвеолярного коллапса на большие глубины. Другие исследователи продемонстрировали, что трахея с гибкими, а не жесткими стенками вызывает повышенную глубину альвеолярного коллапса и постепенный, а не резкий коллапс верхних дыхательных путей.
Легкие - парный орган. Снаружи они покрыты соединительнотканной оболочкой - легочной плеврой. Внутреннюю стенку грудной полости выстилает пристінкова плевра. Герметичная плевральная полость между легкими и пристінковою плеврой увлажненная, и в ней нет воздуха. Основная функция легких - обеспечение газообмена между внешней средой и организмом.
«Верхние дыхательные пути китообразных» дополнительно ограничены другими факторами: во-первых, они практически безмозглые и, следовательно, имеют значительно укороченные трахеи. Во-вторых, верхний дыхательный путь полностью отделен от рта и глотки. Флюора соединяется через вестибулярную и назопалатиновую полости, непосредственно к гортани, которая удерживается круговыми мышцами в стенке насопалатиновой полости. Исследования структуры трахеи китообразных были редкими. Однако понятие жесткости Берзина просто основано на наблюдениях, что хрящевые трахеальные кольца сперматозоиды полны, частично перекрываются и имеют взаимозаменяющие процессы трахеального кольца, которые частично слиты с образованием хрящевой трубки; по-видимому, не было исследований механических свойств структуры.
Газообмен в легких происходит вследствие ритмических дыхательных движений - вдохе и выдохе. В легких отсутствует мышечная ткань; дыхательные движения осуществляются за помощью межреберных и грудных мышц и диафрагмы. Под время вдоха, благодаря поднятию ребер и опусканию диафрагмы, объем грудной полости увеличивается. Одновременно с увеличением объема грудной полости расширяются и легкие. Во время выдоха происходит расслабления наружных межреберных мышц, опускание ребер и поднятие купола диафрагмы; объем грудной клетки и легких уменьшается.
Обе стороны клапанов соединены с обширными мягкостенными мешками, и ясно, что в принципе звук может производиться воздухом, движущимся в любом направлении. Здесь мы представляем новую информацию о строении и функции гортани, трахеи и бронхов незрелого карликового кашалота. Исследование объединило макроскопические и микроскопические исследования с изучением механических свойств трахеи.
Изученный образец представлял собой незрелую женщину длиной 216 см, высаженную на юге Ирландии в Дунгарвоне и перенесенную в холодное хранилище вскоре после смерти. Китообразный был в хорошем состоянии, а желудок содержал цефалоподобные клювы и части ракообразных, что указывало на относительно недавнее кормление. Невозможно измерить его массу тела, поскольку вскрытие было проведено как можно скорее. Это дает прогнозируемую массу тела для образца 202 кг. Это указывает на то, что это было примерно две трети взрослого размера, и поэтому несколько лет.
Нейрогуморальная регуляция обеспечивает ритмичное чередование вдоха и выдоха, изменения частоты и глубины дыхательных движений. Нервные механизмы дыхания обеспечиваются дыхательным центром , что содержится в продолговатом мозгу и двигательными нервами, ядра которых размещены в спинном мозге. Основным гуморальным фактором регуляции дыхания является концентрация СО 2 в крови (повышенное содержание СО 2 вызывает увеличение глубины и частоты дыхания).
Последующая обработка материала
Верхние дыхательные пути собирали во время вскрытия, а грубое вскрытие трахеи выполнялось на свежем материале. Затем материал замораживали при -20 ° С для последующего исследования. Объем трахеи был рассчитан по внутренним диаметрам и длинам; объем гортани устанавливали путем наполнения ее водой. Через несколько недель материал был разморожен. Гистологические образцы и всю гортань первоначально фиксировали в 10% формалине и затем помещали в раствор для хранения. Сохраненная гортань подвергалась дальнейшему грубому рассечению и фотографии.
Заметь время и задержи дыхание. Долго ли ты сможешь не дышать? Некоторые тренированные люди могут задерживать дыхание на 3-4 и даже 6 мин, но не дольше. Более длительное кислородное голодание может привести к смерти. Ведь в нашем организме нет запасов кислорода - газа, необходимого для получения энергии из питательных веществ, а потребление его идет непрерывно. Поэтому кислород должен поступать в организм постоянно.
Позднее трахею и бронхи снова оттаивали, и два кольца трахеи, удаленные из гортанного конца трахеи, фиксировали, переносили в раствор для хранения и подвергали биомеханическому анализу. Остальная часть материала была заправлена. Замороженный материал снова оттаивали, и два дополнительных кольца подвергались биомеханическому анализу. Образцы трахеи и бронхов удаляли для гистологического обследования. Они дегидратировались, вставлялись в парафин и затем разрезались продольно и поперечно с толщиной 7 мкм.
Окрашивание проводилось с гематоксилином и эозином. Все испытания проводили при комнатной температуре 16 ° С и образцы выдерживали гидратированием по всему изотоническому солевому раствору. Испытание колец соответствовало всем стандартным биомеханическим стандартам и процедурам. Структура морфометрических параметров образца цилиндрического трахеи.
За сутки человек вдыхает до 10 тыс. литров воздуха. Поступление кислорода из воздуха в кровь и удаление из нее углекислого газа обеспечивают нормальное течение обменных процессов в органах и тканях.
К органам дыхательной системы относятся: носовая полость, носоглотка, гортань,трахея, бронхи и легкие.
Дыхательные пути начинаются ноздрями. Через них воздух попадает в носовую полость, которая образована костями лицевой части черепа и рядом хрящей. Внутри носовая полость разделена на две половины. В каждую половину вдаются три выступа (три носовые раковины), значительно увеличивающие поверхность слизистой оболочки полости носа. Между раковинами остаются для прохода воздуха лишь узкие носовые ходы.
Неразрушающие циклические испытания проводились на обоих кольцах трахеи, помещая каждое кольцо между плоскими пластинами на настольном тесте и применяя сжимающее смещение. Оба кольца подвергались 10 непрерывным циклам загрузки и разгрузки с постоянной скоростью 3 мм мин -1.
Те же самые два кольца трахеи были индивидуально размещены между двумя треугольными тонкими проводами, которые были зажаты в положении на рукоятках машины. Как и у других зубчатых китообразных, гортань пигмеев кисти удлиняется, а сама трахея коротка. показывает структуру изолированной трахеи, длиной около 60 мм. Он примерно эллипсоидальный в поперечном сечении, хотя и несколько асимметричный. В стенке трахеи преобладают тонкие хрящевые кольца, выложенные толстой сосудистой тканью, которая имеет гладкую поверхность просвета.
Внутри носовая полость выстлана слизистой оболочкой, пронизанной множеством капилляров. Кровь согревает воздух, который проходит через полость носа. Слизь, выделяемая слизистыми железами, увлажняет вдыхаемый воздух и задерживает пыль. Очищает от пыли воздух и мерцательный эпителий, покрывающий слизистую оболочку. Его клетки имеют тончайшие выросты - реснички, которые все время находятся в движении, колеблются, «мерцают». Благодаря колебаниям ресничек из носовой полости выводятся частицы слизи с прилипшей к ней пылью.
Сосудистая оболочка непрерывна с сосудистой оболочкой. Задний вид трахеи с гортанью и двумя основными бронхами удален. Трахеальные бронхи находятся с правой стороны. Очевидна непрерывная сосудистая оболочка трахеи. Кольца трахеи являются нерегулярными, перекрывающимися и с перекрестными процессами; между ними мало соединительной ткани. Все четыре бронхи имеют сходную основную структуру с трахеей, состоящую из плотно прилегающих хрящевых колец и с сосудистой оболочкой, непрерывной с трахеей.
Это исследование ограничено из-за его зависимости от одного образца, который был незрелым. Однако пигмейский кашалот редко прячется, поэтому перспектива появления других образцов для изучения была отдаленной. Изученный образец составлял приблизительно две трети взрослого размера, поэтому ему было несколько лет.
Из носовой полости согретый, увлажненный и очищенный воздух через носоглотку и ротовую часть глотки поступает в гортань.
Гортань расположена в передней части шеи на уровне IV-VI шейных позвонков. Она состоит из нескольких хрящей, соединенных суставами и связками. Наиболее крупный хрящ гортани - щитовидный, его можно прощупать у себя в передней области шеи.
Ожидалась асимметрия структуры трахеи пигментного кита и бронхов, как сообщалось из других видов китообразных. Очевидно, что у незрелого экземпляра пигмеевого сперматозоида здесь были два таких трахеальных бронха, но неизвестно, является ли это характерным признаком или аномалиями этого конкретного экземпляра. В этой асимметрии нет адаптивного значения; он зависит от эмбриологической истории.
Перекрывающиеся и нерегулярные кольца образуют трубчатую структуру без зазоров соединительной ткани. Результаты биомеханического тестирования двух трахеальных колец пигмеевого кашалота. Характерные значения параметров кривых напряжений-деформаций для пигмеев спермы и полосатого дельфина.
Гортань, являясь частью дыхательных путей, выполняет еще одну функцию: это голосовой аппарат - орган, в котором образуются звуки. В полости гортани имеются натянутые, как струны, складки слизистой оболочки - голосовые связки, пространство между ними называется голосовой щелью. Звук возникает на выдохе: струя выходящего воздуха заставляет связки вибрировать - возникает звук. Его сила зависит от скорости воздушной струи, натяжения голосовых связок и размаха их колебаний. Окончательное формирование звуков у человека происходит благодаря движениям языка, губ, присутствию в ротовой полости зубов. Именно в ротовой полости из отдельных звуков формируются слова, речь.
Такая подкладка не видна у наземных млекопитающих или у ластоногих. Птицы и наземные млекопитающие контролируют влажность и температуру вдохновенного воздуха, поступающего в легкие, посредством действия костных носовых турбин и связанных с ними сосудистых сетей, которые также регулируют потерю тепла и воды в истекшем воздухе. Другая водная эндотерма, которая не имеет турбин, - это кожаная черепаха, у которой толстая сосудистая гортани и трахеальная подкладка.
Также случается, что много тепла с вдохновенным воздухом, по-видимому, происходит в проходах между отверстием и гортанью. Хотя оба кольца были почти полными, наблюдались значительные изменения в толщине и высоте по периметру каждого кольца. Уравнения и формируют основы структурного анализа и используются во многих технических задачах для получения ориентировочных значений напряжения и деформации, действующих на однородную площадь. Это, следовательно, может привести к более низкому предельному значению напряжения, поскольку кольцо, вероятно, будет разрываться в этих местах.
Важную роль играет особый хрящ - эластичный, гибкий надгортанник. Он закрывает вход в гортань, когда мы глотаем пищу, предохраняя дыхательные пути от попадания в них пищевых частичек.
Гортань переходит в трахею. Это трубка длиной 8,5-15, чаще- 10-11 см. Она имеет твердый скелет в виде хрящевых полуколец. С одной стороны, благодаря этому ее стенки не спадаются, сохраняя просвет постоянно открытым. С другой стороны, мягкая задняя часть трахеи, примыкающая к пищеводу, позволяет пище свободно проходить по пищеводу.
Рассчитанные эффекты глубины на объем воздуха в элементах дыхательной системы пигмеевого спермы. Хотя биомеханический анализ подтверждает, что хрящевые кольца трахеи состоят из вязкоупругого материала, который может обеспечить степень жесткости, кольца имеют геометрию, которая способствует сжимаемости; они эффективно трубчатые, но очень тонкостенные. Чтобы сделать аналогию, широкая, тонкая доска дерева, ограниченная с обоих концов, будет иметь значительную нагрузку без значительных искажений, если эта нагрузка будет краевой.
Напротив, та же самая нагрузка, применяемая к широкой поверхности, заставит планку легко изгибаться; те же материальные характеристики, но с двумя разными результатами. Трахея и бронхи имеют геометрию, которая способствует повторному коллапсу; их эллиптический, а не круговой характер также способствует этому.
На уровне V грудного позвонка трахея разделяется на два главных бронха, которые входят соответственно в правое и левое легкие и имеют в своих стенках хрящи, как и трахея. В легких главные бронхи ветвятся, образуя бронхиальное дерево. Трахея и бронхи выстланы мерцательным эпителием, который за жизнь человека удаляет из органов дыхания до 5 кг пыли.
Трахея и бронхи расположены в передней части грудной полости, поэтому они не ограничены прикрепленными тканями. Напротив, гортань более жесткая и внедрена в поддерживающую мышечную ткань живого животного. Тем не менее, в своем исследовании они смогли лечить гортань-трахею-легкие как закрытую систему и делать выводы о глубине коллапса легкого и о глубине, с которой будет начато сжатие трахеи. Ситуация у карликового кашалота различна. Во время погружения есть возможность переноса воздуха между легкими и вокальным аппаратом через трахею, хотя верно и то, что устойчивое закрытие аритеноидных хрящей может обеспечить плотное уплотнение, чтобы предотвратить такую передачу.
Основной орган дыхательной системы - легкие. Они расположены в грудной полости, почти полностью занимая ее. Каждое легкон снаружи покрыто тонкой оболочкой - плеврой, которая состоит из двух листков. Один листок покрывает легкое, другой выстилает грудную полость, образуя замкнутое вместилище для этого легкого. Между этими листками находится щелевидная полость, в которой содержится немного жидкости, уменьшающей трение при движениях легких. Внешне легкие кажутся крупными, однако масса их всего около 1200 г. Отсюда и их название - легкие. Ткань легких состоит из тончайших разветвлений бронхов и тонкостенных легочных пузырьков - альвеол. В легких насчитывают до 700 млн альвеол, их общая поверхность составляет 60- 120 м 2 , что в 40-70 раз больше общей поверхности тела человека. Такая огромная поверхность легких обеспечивает более полный контакт кислорода с кровью.
Служат легкие и органами выделения. С поверхности альвеол постоянно выделяется С0 2 и испаряется вода, которая в виде пара поступает в легочные пузырьки, а затем по дыхательным путям выводится из организма.
В период полового созревания гортань у юношей разрастается больше, чем у девушек, и голосовые связки сильно удлиняются. В результате голос у мужчин снижается почти на октаву. Голос у девушек меняется гораздо меньше. Во время дыхания голосовые связки широко раздвигаются, а при создании звука почти полностью смыкаются. Голос человека обычно имеет диапазон в полторы октавы, а диапазон всех голосов вида людей составляет пять октав. В оптимальных условиях голос мужчины слышен на расстоянии 180 м.
Проверьте свои знания
- Каково значение дыхания?
- Как устроена носовая полость?
- Что происходит с воздухом в носовой полости?
- Какую функцию выполняет гортань?
- Как возникает и формируется звук?
- В какой орган продолжается гортань?
- Расскажите о строении трахеи.
- Как устроены легкие? Что такое легочные альвеолы?
- Какие дополнительные функции выполняют альвеолы?
Подумайте
- Почему нужно дышать через нос, а не через рот?
- Почему опущенный в воду кусочек легких не тонет?
Органы дыхания обеспечивают газообмен между внешней средой и организмом. Они состоят из носовой полости, носоглотки, гортани, трахеи, бронхов и легких. Гортань выполняет также функцию органа воспроизведения звуков (голосообразования).