Цель урока: показать разнообразие органов дыхания у животных. Выяснить значимость дыхания.
Задачи урока.
Оборудование.
Таблицы: “Тип простейшие”, “Тип кишечнополостные”, “Тип Членистоногие. Класс Насекомые. Класс паукообразные. Класс ракообразные (внутреннее строение рака)”, “Тип Хордовые. Внутреннее строение рыбы. Внутреннее строение лягушки. Внутреннее строение птицы. Внутреннее строение собаки”. Рисунки учебника (стр. 68-71).
Дидактический материал: Дидактический материал “Биологические лабиринты”, ключ правильных ответов.
Основные понятия и термины. Дыхальца, трахеи, наружные жабры, внутренние жабры, лёгкие, лёгочные мешки. Клеточное дыхание, дыхание всей поверхностью тела, кожное дыхание, лёгочное дыхание.
Тип урока: комбинированный.
I. Организационный момент (5 минут)
Здравствуйте, дорогие ребята. Вначале урока мы, как всегда, записываем домашнее задание. (Запись с доски в дневник). Стр. 68–71. Стр. 73 (проверь свои знания). Вопросы 1-6.
Мы продолжаем изучать тему “Дыхание”. На прошлом уроке мы выясняли значение этого процесса для растений. Сегодня мы будем говорить о животных.
Ребята, а как вы думаете, все ли живые существа на Земле дышат так же, как и растения, то есть поглощают кислород, а выделяют углекислый газ?
Учащиеся предполагают свои варианты ответа.
Целью сегодняшнего урока будет выяснение значимости дыхания и строения органов дыхания у животных.
Запись выходных данных урока на доске: “Дыхание у животных”.
II. Изучение нового материала
1. Учащиеся делятся на группы для работы с информационными листами. (Деление можно проводить по партам, по выбору листков с определённым цветом и т.д.)
Первая микрогруппа получает информационный лист 1 и таблицу “Тип Простейшие”, Тип “Кишечнополостные”.
Информационный лист 1. (Стр. учебника 68)
Тип дыхания: клеточное.
Организмы: одноклеточные животные (амёба, эвглена зелёная, инфузория туфелька); кишечнополостные (медузы, коралловые полипы); некоторые черви.
Механизм дыхания: Одноклеточные организмы и некоторые многоклеточные (тип Кишечнополостные, тип Кольчатые черви…) поглощают растворённый в воде кислород всей поверхностью тела.
Кислород участвует в расщеплении сложных органических веществ, в результате чего освобождается энергия, которая необходима для жизни животного.
Образующийся в результате дыхания углекислый газ выделяется наружу также через всю поверхность тела.
Ответ спикера по плану.
Вторая микрогруппа работает с информационным листом 2 и таблицей “Тип Членистоногие. Класс Насекомые”.
Информационный лист 2. (Стр. учебника 68)
Тип дыхания: трахейное.
Организмы: класс Насекомые (жуки, бабочки, кузнечики, мухи).
Механизм дыхания.
Брюшко насекомого разделено на 5–11 частей (сегментов). На каждом из них имеется пара небольших отверстий – дыхалец. От каждого дыхальца внутрь отходят ветвящиеся трубочки – трахеи, которые пронизывают всё тело насекомого. Наблюдая за майским жуком, можно заметить, как его брюшко то уменьшается в объёме, то увеличивается. Это дыхательные движения. При вдохе в организм через дыхальца поступает воздух, содержащий кислород, а при выдохе выходит воздух, насыщенный углекислым газом.
Ответ спикера по плану.
Третья микрогруппа работает с информационным листом 3 и таблицей “Тип Хордовые. Класс Рыбы. Внутреннее строение рыбы”, “Тип Членистоногие. Внутреннее строение рака”
Информационный лист 3. (Стр. учебника 70)
Тип дыхания: жаберное.
Организмы: многие водные обитатели (рыбы, раки, моллюски).
Механизм дыхания.
Рыбы дышат кислородом, растворённым в воде, с помощью особых разветвлённых кожных выростов, которые называются жабры. Рыбы постоянно заглатывают воду. Из ротовой полости вода проходит через жаберные щели, омывают жабры и из-под жаберных крышек выходит наружу. Жабры состоят из жаберных дуг и жаберных лепестков, которые пронизаны множеством кровеносных сосудов. Из воды, которая омывает жабры, в кровь поступает кислород, а из крови в воду удаляется углекислый газ. Жабры, находящиеся внутри тела, называются внутренними жабрами.
Ответ спикера по плану.
Четвёртая микрогруппа получает информационный лист 4 и таблицу “Тип Хордовые. Класс Земноводные”
Информационный лист 4.
Тип дыхания: кожное.
Организмы: земноводные (саламандры, лягушки …).
Механизм дыхания.
Лёгкие земноводных развиты слабо, поэтому дополнительный газообмен осуществляется через влажную кожу. В тонкой коже земноводных много желёз, которые выделяют слизь. Благодаря слизи на поверхности кожи создаётся жидкостная плёнка, в которой растворяется атмосферный кислород и, благодаря чему, возможно дыхание через кожу.
Лёгочное и кожное дыхание у земноводных развито не одинаково. У тех из них, кто большую часть жизни проводит в воде, слабее развиты лёгкие, а лучше – кожное дыхание. У земноводных, живущих вдали от водоёмов, более развиты лёгкие и менее – кожное дыхание.
Ответ спикера по плану.
Пятая микрогруппа получает информационный лист 4 и таблицы “Тип Хордовые. Класс Пресмыкающиеся. Класс птицы. Класс Млекопитающие.
Информационный лист 5. (Стр. учебника 71)
Тип дыхания: лёгочное.
Организмы: наземные позвоночные (земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие, человек)
Механизм дыхания.
Во время вдоха, воздух, содержащий кислород попадает в лёгкие. Лёгкие имеют вид ячеистых мешков. В каждом лёгком (левое и правое) очень сильно разветвляются бронхи, которые оканчиваются многочисленными лёгочными пузырьками. Каждый лёгочный пузырёк оплетён сетью кровеносных сосудов. Из лёгочного пузырька кислород воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови в воздух. После накопления углекислого газа в лёгочном пузырьке происходит выдох. Ячеистое строение лёгких позволяет увеличить их внутреннюю поверхность во много раз.
Ответ спикера по плану.
2. Защита групповой работы
Информацию докладывает спикер группы по плану, используя наглядное пособие. Второй ученик у доски записывает данные в таблицу, (учащиеся также заполняют таблицу в тетрадях, начиная, тем самым оформлять опорный конспект темы) После защиты групповой работы на доске и в тетрадях появляется опорный конспект темы.
Дыхание у животных
| Тип дыхания | Органы дахания | Организмы, для которых это характерно |
| 1. Клеточное | Вся поверхность тела | Одноклеточные, кишечнополостные, некоторые черви |
| 2. Трахейное | Дыхальца, трахеи | Насекомые |
| 3. Жаберное | Жабры | Рыбы, ракообразные, моллюски |
| 4. Кожное | Кожа | Земноводные |
| 5. Лёгочное | Лёгкие | Наземные позвоночные животные |
III. Физкультурная минутка
Упражнения на расслабление мышц конечностей, гимнастика для глаз.
IV. Закрепление изученного материала
1. После заполнения таблицы дети ещё раз называют типы дыхания, органы дыхания и организмы, для которых это характерно. (Не более 1 мин.)
2. Выполнение задания: Пройди лабиринт. (Учащиеся знакомы с такой формой работы. Для каждого ребёнка лежит на столе свой вариант лабиринта и инструктивная карточка к нему. (Приложение 1 , Приложение 2)
Верные ответы по лабиринту:
1 вариант
1-6-11-12-13-8-9-15-20
2 вариант
икчивечеч (чечевички)
Выставляют друг другу оценки и сдают работы учителю.
V. Итог урока
Ребята, что мы узнали сегодня на уроке?
Значение дыхания для живых организмов, особенности дыхательных систем у разных животных.
А кто скажет, что же такое дыхание?
- Дыхание – процесс поглощения кислорода и выделения углекислого газа и воды, а также энергии, обеспечивающей жизнедеятельность организма.
Каждый из вас за выполнение тестового задания получил оценку. Также за работу на уроке оценки получают... (оцениваются наиболее активные ребята) .
VI. Рефлексия
Учащиеся говорят, что им понравилось в уроке, что было самым интересным. При выходе из кабинета они прикрепляют на лист ватмана с нарисованным деревом листочки, выражающие их настроение.
Красный лист – настроение отличное, всё понравилось.
Зелёный лист – настроение так себе, неплохое.
Жёлтый лист – настроение плохое, урок не понравился.
Данная информация для размышления учителя над проведённым уроком.
Литература
Система дыхания
Оптимальный для метаболизма газовый состав организма - относительное постоянство диоксида углерода и кислорода в альвеолярном воздухе, крови и тканях - обеспечивает система дыхания. Системой дыхания называют исполнительные органы системы дыхания и механизмы регуляции поддержания оптимального для метаболизма газового состава организма. В процессе метаболизма в клетках тканей постоянно используется кислород и образуется диоксид углерода. Система дыхания обеспечивает снабжение тканей кислородом и удаление диоксида углерода.
Исполнительные органы системы дыхания следующие:
мышцы инспираторные - диафрагма, наружные косые межреберные мышцы и др.;
мышцы экспираторные - внутренние косые межреберные мышцы, мышцы брюшной стенки и др.;
грудная клетка;
бронхи и легкие;
трахея, гортань, носоглотка, носовые ходы - воздухоносные пути;
сердце и сосуды;
Воздухоносные пути. Обеспечивают прохождение воздуха в легкие из окружающей среды. Проходя через них, вдыхаемый воздух увлажняется, согревается или охлаждается, очищается от пыли и микроорганизмов. Слизистая оболочка стенки воздухоносных путей покрыта слизью; трахею и бронхи выстилает мерцательный эпителий. Поступающий воздух контактирует со слизью, к которой прилипают частицы из воздуха и микроорганизмы; движением мерцательного эпителия слизь продвигается по направлению к носоглотке.
Функциональной единицей легких является альвеола - легочный пузырек. Альвеола имеет полушаровидную форму, малую толщину стенки. Внутренняя поверхность альвеолы выстлана эпителием, находящимся на базальной мембране; снаружи она густо оплетена легочными капиллярами. Внутренняя поверхность альвеол покрыта пленкой сурфактанта, которая препятствует слипанию стенок их в период выдоха. Легочные пузырьки расположены на концах разветвленных бронхиол, переходящих в два бронха. Альвеолы образуют губчатую массу легких. Легкие обеспечивают газообмен между воздухом и кровью, т.е. обмен кислорода и диоксида углерода.
Дыхание - совокупность физиологических процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление диоксида углерода, т.е. поддержание относительного постоянства диоксида углерода и кислорода в альвеолярном воздухе, крови и тканях.
Дыхание включает в себя следующие физиологические процессы:
обмен газами между внешней средой и смесью газов в альвеолах;
обмен газами между альвеолярным воздухом и газами крови;
транспорт газов кровью;
обмен газами между кровью и тканями;
использование кислорода тканями и образование диоксида углерода.
Обмен газами между внешней средой и смесью газов в альвеолах. Процесс обмена газами между внешней средой и смесью газов в альвеолах называется легочной вентиляцией. Обмен газами обеспечивается за счет дыхательных движений - актов вдоха и выдоха. При вдохе происходит увеличение объема грудной клетки, понижение давления в плевральной полости и, как следствие, поступление воздуха из внешней среды в легкие. При выдохе объем грудной клетки уменьшается, давление воздуха в легких повышается, и в результате альвеолярный воздух вытесняется из легких наружу.
Механизм вдоха и выдоха. Вдох и выдох происходят потому, что объем грудной полости изменяется, то увеличиваясь, то уменьшаясь. Легкие - губчатая масса, состоящая из альвеол, не содержит мышечной ткани. Они не могут сокращаться. Дыхательные движения совершаются с помощью межреберных и других дыхательных мышц и диафрагмы.
При вдохе одновременно сокращаются наружные косые межреберные мышцы и другие мышцы груди и плечевого пояса, что обеспечивает поднятие или отведение ребер, а также диафрагма, которая смещается в сторону брюшной полости. В результате объем грудной клетки увеличивается, понижается давление в плевральной полости и в легких и, как следствие, воздух из окружающей среды поступает в легкие. Во вдыхаемом воздухе содержится 20,97% кислорода, 0,03% диоксида углерода и 79% азота.
При выдохе одновременно сокращаются экспираторные мышцы, что обеспечивает возвращение ребер в положение до вдоха. Диафрагма возвращается в положение до вдоха. При этом уменьшается объем грудной клетки, повышается давление в плевральной полости и в легких и часть альвеолярного воздуха вытесняется. В выдыхаемом воздухе содержится 16% кислорода, 4% диоксида углерода, 79% азота.
У животных различают три типа дыхания: реберный, или грудной, - при вдохе преобладает отведение ребер в стороны и вперед; диафрагмальный, или брюшной, - вдох происходит преимущественно за счет сокращения диафрагмы; ребернобрюшной - вдох за счет сокращения межреберных мышц, диафрагмы и брюшных мышц.
Обмен газами между альвеолярным воздухом и газами крови. Обмен газов в легких между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения осуществляется вследствие разности парциального давления этих газов. Концентрация кислорода в альвеолярном воздухе значительно выше, чем в венозной крови, движущейся по капиллярам. Кислород вследствие разности парциального давления по закону диффузии легко переходит из альвеол в кровь, обогащая ее. Кровь становится артериальной. Концентрация диоксида углерода гораздо выше в венозной крови, чем в альвеолярном воздухе. Диоксид углерода вследствие разности напряжения его в крови и парциального его давления в альвеолярном воздухе по закону диффузии проникает из крови в альвеолы. Состав альвеолярного воздуха постоянен: около 14,5% кислорода и 5,5% диоксида углерода.
Газообмену в легких способствует большая поверхность альвеол и тонкий слой мембраны из эндотелиальных клеток капилляров и плоского альвеолярного эпителия, разделяющей газовую среду и кровь. В течение суток из альвеол в кровь переходит у коровы около 5000 л кислорода и из крови в альвеолярный воздух поступает около 4300 л диоксида углерода.
Транспорт газов кровью. Кислород, проникнув в кровь, соединяется с гемоглобином эритроцитов и в виде оксигемоглобина транспортируется артериальной кровью до тканей. В артериальной крови содержится 16... 19 объемных процентов кислорода и 52...57 об. % диоксида углерода.
Диоксид углерода поступает из тканей в кровь, плазму и затем в эритроциты. Часть его образует химическое соединение с гемоглобином - карбогемоглобин, а другая под действием фермента карбоангидразы, который содержится в эритроцитах, образует соединение - угольную кислоту, которая быстро диссоциирует на ионы Н+ и НСО3". Из эритроцитов НСОз~ поступает в плазму крови, где соединяется с NaCl или КС1, образуя соли угольной кислоты: NaHC0 3 , КНС0 3 . Около 2,5 об. % СО2 находится в плазме в состоянии физического растворения. В виде этих соединений диоксид углерода транспортируется венозной кровью от тканей к легким. В венозной крови содержится 58...63 об. % диоксида углерода и 12 об. % кислорода.
Обмен газов между кровью и тканями. В тканях кислород освобождается из непрочного соединения с гемоглобином эритроцитов и по закону диффузии легко проникает в клетки, так как концентрация кислорода в артериальной крови значительно выше, чем в тканях. Здесь кислород используется на окисление органических соединений с образованием диоксида углерода. Концентрация диоксида углерода в тканях возрастает и становится значительно выше, чем в притекающей к ним крови. Напряжение диоксида углерода составляет 60 мм рт. ст. в тканях и 40 мм рт. ст. в артериальной крови, поэтому по закону диффузии он переходит из тканей в кровь. Она насыщается диоксидом углерода, т.е. становится венозной.
Деятельность системы дыхания характеризуют определенные внешние показатели.
Частота дыхательных движений за 1 мин. У лошади она составляет 8...16, крупного рогатого скота - 10...30, овцы - 10... 20, свиньи - 8...18, кролика - 15...30, собаки - 10...30, кошки - 20...30, птицы - 18...34, а у человека 12...18 движений в минуту. Четыре первичных легочных объема: дыхательный, резервный вдоха, резервный выдоха, остаточный объем. Соответственно у крупного рогатого скота и лошади приблизительно 5...6 л, 12...18,10...12, Ю...12л. Четыре емкости легких: общая, жизненная, вдоха, функциональная остаточная. Минутный объем. У крупного рогатого скота - 21...30 л и лошади - 40...60 л. Содержание кислорода и диоксида углерода в выдыхаемом воздухе. Напряжение кислорода и диоксида углерода в крови.
Под регуляцией дыхания понимают поддержание оптимального содержания кислорода и диоксида углерода в альвеолярном воздухе и в крови за счет изменения частоты и глубины дыхательных движений. Частота и глубина дыхательных движений обусловлены ритмом и силой генерации импульсов в дыхательном центре, расположенном в продолговатом мозге, в зависимости от его возбудимости. Возбудимость определяется напряжением диоксида углерода в крови и потоком импульсов с рецепторных зон сосудов, дыхательных путей, мышц.
Регуляция частоты дыхательных движений. Регуляция частоты дыхательных движений осуществляется центром дыхания, который включает в себя центры вдоха, выдоха и пневмотаксиса; центру вдоха принадлежит главная роль. В центре вдоха ритмически залпами рождаются импульсы в единицу времени, определяя частоту дыхания. Импульсы из центра вдоха поступают к вдыхательным мышцам и диафрагме, вызывая вдох такой продолжительности и глубины, который соответствует сложившимся условиям и характеризуется определенным объемом поступившего в легкие воздуха, силой сокращения вдыхательных мышц. Количество импульсов, рожденных в центре вдоха в единицу времени, зависит от его возбудимости: чем выше возбудимость, тем чаще рождаются импульсы, а значит, и чаще дыхательные движения.
Значение дыхания. Дыхание - жизненно необходимый процесс постоянного обмена газами между организмом и окружающей его внешней средой.
Без кислорода невозможны окислительные процессы, лежащие в основе обмена веществ, и для сохранения жизни необходимо его постоянное поступление в организм. Кислород поступает через органы дыхания в кровь и кровью доставляется к органам и тканям. В клетках и тканях в результате обмена веществ образуется углекислый газ. Он приносится кровью к органам дыхания и удаляется из организма.
Эволюция органов дыхания . По мере усложнения организации животных возникали различные системы дыхательных органов. Несмотря на появление таких специализированных органов, у многих животных сохраняется и кожный тип дыхания, т. е. газообмен через поверхность тела. Он выражен хорошо у многих эмбрионов и личинок. У личинок насекомых, обладающих трахейной системой, около 25% кислорода поглощается через кожные покровы. Наблюдается кожное дыхание и у рыб. может долго жить после удаления обоих легких, но погибает, если после операции исключить и кожное дыхание. Об участии кожи в дыхании лягушки можно судить по тому, что ее легко усыпить, приложив ватку с эфиром к коже брюшка. У высших позвоночных и человека кожное дыхание в связи с развитием легких не имеет существенного значения. Удалось, однако, заметить, что у лошади при усиленной мышечной нагрузке дыхание через кожу усиливается.
Обладают совершенно особой системой для доставки кислорода к клеткам. В каждом сегменте тела имеется пара отверстий, называемых дыхальцами, от которых внутрь тела идут трахеи - трубочки, многократно разветвляющиеся и подходящие ко всем клеткам организма. Стенки тела у насекомых пульсируют, втягивая воздух в трахеи при расширении тела и выжимая его при сжатии. У насекомых трахейная система проводит воздух вглубь организма, приближая его к каждой клетке настолько, что он может диффундировать в нее через стенки мельчайших разветвлений трахей.
Дыхание у большинства водных животных осуществляется при помощи жабр. , моллюски, многие членистоногие (креветки, крабы) имеют жабры. Каждое животное, обладающее жабрами, имеет то или иное приспособление, обеспечивающее омывание их водой. У рыб вода поступает в рот, проходит над жабрами и выходит наружу через жаберные щели. Жабры имеют тонкие стенки, большую поверхность и обильно снабжены кровеносными капиллярами. Кислород, растворенный в воде; диффундирует через жаберный эпителий в капилляры, а углекислый газ - в обратном направлении. В стоячих водоемах, где в воде растворено мало кислорода, рыбы задыхаются.
Легкие животных прошли длинный путь развития. Первый намек на легкие мы встречаем у некоторых ископаемых рыб. У них возник вырост на переднем конце пищеварительного тракта; впоследствии этот вырост развился в легкое. У некоторых рыб вырост превратился в плавательный пузырь, который иногда несет и дыхательную функцию. В плавательном пузыре имеются клетки, способные выделять во внутреннюю полость кислород, получаемый из крови. Другая группа клеток плавательного пузыря переносит кислород из пузыря в кровь.
Легкие большинства примитивных представляют собой два простых длинных мешка, покрытых снаружи капиллярами. У лягушек и жаб внутри легочного мешка имеются складки, увеличивающие дыхательную поверхность. У лягушек нет ни диафрагмы, ни дыхательных мышц. У них в связи с этим особый механизм дыхания. Он основан на действии клапанов в ноздрях и мышц в области дна ротовой полости. При открытых носовых клапанах дно ротовой полости опускается и в нее входит воздух. Затем носовые клапаны закрываются и мышцы горла, сокращаясь, вытесняют воздух в легкие. Лягушка не может дышать с открытым ртом.
Дальнейшая эволюция органов дыхания происходила в направлении постепенного расчленения легкого на все более мелкие полости. Легкие некоторых ящериц () снабжены придаточными воздушными мешками, которые могут наполняться воздухом, при этом животное раздувается и отпугивает хищников.
У птиц подобного рода мешки отходят в нескольких местах от легких и распространяются по всему телу. Наибольшего развития легкие достигли у теплокровных животных. Обилием легочных пузырьков и их ячеистым строением обеспечивается большая поверхность, через которую происходит интенсивный газообмен. У лошади дыхательная поверхность легких составляет 500 м 2 .
Дыхательные движения
. Благодаря ритмически совершающимся актам вдоха и выдоха происходит обмен между атмосферным и альвеолярным воздухом, находящимся в легочных пузырьках.
В легких нет мышечной ткани, и поэтому они не могут активно сокращаться или расслабляться. Активная роль в акте вдоха и выдоха принадлежит скелетным дыхательным мышцам. При параличе дыхательных мышц дыхание становится невозможным, хотя органы дыхания при этом не поражены.
При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и диафрагма. Межреберные мышцы приподнимают ребра и отводят их несколько в сторону. Объем грудной полости при этом увеличивается. Опускание диафрагмы вызывает увеличение объема грудной клетки в длину. При глубоком дыхании принимают участие и другие мышцы груди и шеи.
Легкие снаружи покрыты тоненькой пленкой, из соединительной ткани - лёгочной плеврой. Внутренняя стенка грудной полости выстлана пристенной плеврой. Узкая щель между ними герметична, т. е. не имеет сообщения с окружающим воздухом, и заполнена плевральной жидкостью, уменьшающей трение легких о стенки грудной полости при дыхании. Так как легкое находится в грудной клетке в растянутом состоянии, то давление в плевральной полости ниже атмосферного, т, е. отрицательное. За счет отрицательного, давления в плевральной полости легкие следуют за грудной клеткой. Легкие при этом растягиваются. В растянутом легком давление снижается, и за счет, разницы давления атмосферный воздух через дыхательные пути устремляется в легкие. Чем больше увеличивается при вдохе объем грудной клетки, тем больше растягиваются легкие, тем глубже вдох.
При расслаблении дыхательных мышц ребра опускаются до исходного положения, купол диафрагмы приподнимается, объем грудной клетки, а, следовательно, и легких уменьшается и воздух выдыхается наружу. В глубоком выдохе принимают участие мышцы живота, внутренние межреберные и другие мышцы. Частота и величина дыхания. Частота дыхания у различных животных различна и связана с интенсивностью обмена веществ. Она возрастает при повышении внешней температуры, увеличении физической нагрузки, заболевании животного.
Количество воздуха, которое животное вдыхает при спокойном дыхании, называется дыхательным, воздухом. У лошади или коровы он составляет 5-6 л. Величиной дыхания называют количество воздуха, вдыхаемого в течение 1 мин. Она меняется в зависимости от напряженности работы, кормления и других факторов. У лошадей в покое величина дыхания 40-50 л, при движении 80-90 л, а при перевозке тяжестей 400-450 л.
Газообмен в легких и тканях . Для уяснения механизма газообмена в легких и тканях сопоставим состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Производя попеременно вдох и выдох, животное вентилирует легкие, поддерживая в легочных пузырьках (альвеолах) относительно постоянный газовый состав. Животные дышат атмосферным воздухом с большим содержанием кислорода (20,9%) и низшим содержанием углекислого газа (0,03%), а выдыхают воздух, в котором кислорода 16,3%, а углекислого газа около 4%.
Состав альвеолярного воздуха значительно отличается от состава атмосферного, вдыхаемого воздуха. В нем значительно меньше кислорода (14,2%) и большое количество углекислого газа (5,2%).
Азот, входящий в состав воздуха, в дыхании участия не принимает, и его содержание во вдыхаемом, выдыхаемом и альвеолярном воздухе практически не меняется.
Почему в выдыхаемом воздухе кислорода содержится больше, чем в альвеолярном? Объясняется это тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух, который находится в органах дыхания, в воздухоносных путях.
Парциальное давление и напряжение газов. В легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови поступает в легкие. Переход газов из воздуха в жидкость и из жидкости в воздух происходит за счет разницы парциального давления этих газов в воздухе и жидкости. Парциальным давлением называется часть общего давления, которая приходится на долю данного газа в газовой смеси. Чем выше процентное содержание газа в смеси, тем соответственно выше его парциальное давление. Атмосферный воздух, как известно, является смесью газов. В этой смеси газов кислорода содержится 20,94%, углекислого газа - 0,03% и азота- 79-,03%. Эта смесь газов атмосферного воздуха имеет давление 760 мм рт. ст. Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет 20,94% от 760 мм рт. ст., т. е. 159 мм рт. ст., азота - 79,03% от 760 мм рт. ст., т. е. около 600 мм рт. ст., углекислого газа в атмосферном воздухе мало - 0,03%, поэтому и парциальное давление его составляет 0,03% от 760 мм рт. ст. - 0,2 мм рт. ст.
Для газов, растворенных в жидкости, употребляется термин напряжение, соответствующий термину парциальное давление для свободных газов. Напряжение тазов выражается в тех же единицах, что и давление (мм рт. ст.). Если парциальное давление газа в окружающей среде выше, чем напряжение этого газа в жидкости, то газ растворяется в жидкости.
Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе 100-110 мм рт. ст., а в притекающей к легким крови напряжение кислорода в среднем 60 мм рт. ст., поэтому в легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь.Движение газов происходит по законам диффузии, согласно которым газ распространяется из среды, где парциальное давление высокое, в среду с меньшим давлением.
Потребление кислорода путем дыхания – явление столь универсальное, что его нередко упускают из виду. Практически все животные обладают тем или иным механизмом, при помощи которого свежий воздух поступает в организм, а использованный выводится наружу.
Дыхание - совокупность физиологических процессов, обеспечивающих поступление
в организм кислорода и удаление диоксида углерода, т.е. поддержание
относительного постоянства диоксида углерода и кислорода в альвеолярном воздухе,
крови и тканях.
Дыхание включает в себя следующие физиологические процессы:
Обмен газами между внешней средой и смесью газов в альвеолах;
обмен газами между альвеолярным воздухом и газами крови;
транспорт газов кровью;
обмен газами между кровью и тканями;
использование кислорода тканями и образование диоксида углерода.
Обмен газами между внешней средой и смесью газов в альвеолах. Процесс обмена газами между внешней средой и смесью газов в альвеолах называется легочной вентиляцией. Обмен газами обеспечивается за счет дыхательных движений - актов вдоха и выдоха. При вдохе происходит увеличение объема грудной клетки, понижение давления в плевральной полости и, как следствие, поступление воздуха из внешней среды в легкие. При выдохе объем грудной клетки уменьшается, давление воздуха в легких повышается, и в результате альвеолярный воздух вытесняется из легких наружу.
Черепаха выниривает для вдоха. Фото: Ibrahim Iujaz
Механизм вдоха и выдоха. Вдох и выдох происходят потому, что объем грудной
полости изменяется, то увеличиваясь, то уменьшаясь. Легкие - губчатая масса,
состоящая из альвеол, не содержит мышечной ткани. Они не могут сокращаться.
Дыхательные движения совершаются с помощью межреберных и других дыхательных мышц
и диафрагмы.
При вдохе одновременно сокращаются наружные косые межреберные мышцы и другие
мышцы груди и плечевого пояса, что обеспечивает поднятие или отведение ребер, а
также диафрагма, которая смещается в сторону брюшной полости. В результате объем
грудной клетки увеличивается, понижается давление в плевральной полости и в
легких и, как следствие, воздух из окружающей среды поступает в легкие. Во
вдыхаемом воздухе содержится 20,97% кислорода, 0,03% диоксида углерода и 79%
азота.
При выдохе одновременно сокращаются экспираторные мышцы, что обеспечивает
возвращение ребер в положение до вдоха. Диафрагма возвращается в положение до
вдоха. При этом уменьшается объем грудной клетки, повышается давление в
плевральной полости и в легких и часть альвеолярного воздуха вытесняется. В
выдыхаемом воздухе содержится 16% кислорода, 4% диоксида углерода, 79% азота.
У животных различают три типа дыхания: реберный, или грудной, - при вдохе преобладает отведение ребер в стороны и вперед; диафрагмальный, или брюшной, - вдох происходит преимущественно за счет сокращения диафрагмы; ребернобрюшной - вдох за счет сокращения межреберных мышц, диафрагмы и брюшных мышц.
Дыхание становится проблемой первостепенной важности у водных млекопитающих. Дыхательные системы у них обладают удивительными приспособлениями, позволяющими этим животным нырять на большие глубины и оставаться под водой дольше, чем это могут другие млекопитающие. По имеющимся данным, ондатра и морской слон способны оставаться под водой в течение 12 минут, тогда как кит-бутылконос может погружаться на 120 минут.
Показатели дыхания
Деятельность системы дыхания характеризуют определенные внешние показатели.
Частота дыхательных движений за 1 мин. У лошади она составляет 8...16, крупного
рогатого скота - 10...30, овцы - 10... 20, свиньи - 8...18, кролика - 15...30,
собаки - 10...30, кошки - 20...30, птицы - 18...34, а у человека 12...18
движений в минуту. Четыре первичных легочных объема: дыхательный, резервный
вдоха, резервный выдоха, остаточный объем. Соответственно у крупного рогатого
скота и лошади приблизительно 5...6 л, 12...18, 10...12, 10...12л. Четыре
емкости легких: общая, жизненная, вдоха, функциональная остаточная. Минутный
объем. У крупного рогатого скота - 21...30 л. и лошади - 40...60 л. Содержание
кислорода и диоксида углерода в выдыхаемом воздухе. Напряжение кислорода и
диоксида углерода в крови.
Регуляция дыхания
Под регуляцией дыхания понимают поддержание оптимального содержания кислорода и
диоксида углерода в альвеолярном воздухе и в крови за счет изменения частоты и
глубины дыхательных движений. Частота и глубина дыхательных движений обусловлены
ритмом и силой генерации импульсов в дыхательном центре, расположенном в
продолговатом мозге, в зависимости от его возбудимости. Возбудимость
определяется напряжением диоксида углерода в крови и потоком импульсов с
рецепторных зон сосудов, дыхательных путей, мышц.
Регуляция частоты дыхательных движений. Регуляция частоты дыхательных движений
осуществляется центром дыхания, который включает в себя центры вдоха, выдоха и
пневмотаксиса; центру вдоха принадлежит главная роль. В центре вдоха ритмически
залпами рождаются импульсы в единицу времени, определяя частоту дыхания.
Импульсы из центра вдоха поступают к вдыхательным мышцам и диафрагме, вызывая
вдох такой продолжительности и глубины, который соответствует сложившимся
условиям и характеризуется определенным объемом поступившего в легкие воздуха,
силой сокращения вдыхательных мышц. Количество импульсов, рожденных в центре
вдоха в единицу времени, зависит от его возбудимости: чем выше возбудимость, тем
чаще рождаются импульсы, а значит, и чаще дыхательные движения.
Регуляция смены вдоха выдохом, выдоха вдохом. Регуляция смены вдоха выдохом,
выдоха вдохом осуществляется рефлекторно. Возбуждение, возникающее в центре
вдоха, обеспечивает акт вдоха, который сопровождается растяжением легких и
возбуждением механорецепторов легочных альвеол. Импульсы с рецепторов по
афферентным волокнам блуждающих нервов поступают уже в центр выдоха и возбуждают
его нейроны. Одновременно непосредственно через центр пневмотаксиса центр вдоха
также возбуждает центр выдоха. Нейроны центра выдоха, возбуждаясь, по законам
реципрокных отношений тормозят активность нейронов центра вдоха, и вдох
прекращается. Центр выдоха посылает информацию к мышцам экспираторам, вызывает
их сокращение, и осуществляется акт выдоха. Так происходит чередование вдоха и
выдоха. Количество залпов импульсов, поступающих из центра вдоха в единицу
времени, и сила этих залпов зависят от возбудимости нейронов центра дыхания,
специфики обмена веществ, особой чувствительности нейронов к окружающей их
гуморальной среде, к поступающей информации с хеморецепторов сосудов,
дыхательных путей и легких, мышц и пищеварительного аппарата. Избыток в крови и
альвеолярном воздухе диоксида углерода и недостаток кислорода, усиление
потребления кислорода и образования диоксида углерода в мышцах и других органах
при усилении их деятельности вызывают следующие реакции: повышение возбудимости
дыхательного центра, увеличение частоты рождения импульсов в центре вдоха,
учащение дыхания и, как следствие, восстановление оптимального содержания
кислорода и диоксида углерода в альвеолярном воздухе и крови. И наоборот,
избыток в крови и альвеолярном воздухе кислорода ведет к урежению дыхательных
движений и уменьшению вентиляции легких. В связи с приспособлением к
изменившимся условиям число дыхательных движений у животных может увеличиться в
4...5 раз, дыхательный объем воздуха в 4...8 раз, минутный объем дыхания в
10...25 раз.
Особенности системы дыхания у птиц
В отличие от млекопитающих система дыхания у птиц имеет структурные и функциональные особенности. Структурные особенности. Носовые отверстия у птиц расположены у основания клюва; носовые воздухоносные ходы короткие.
Под наружной ноздрей есть чешуйчатый неподвижный носовой клапан, а вокруг
ноздрей - венчик из перьев, предохраняющий носовые ходы от пыли и воды. У
водоплавающих птиц ноздри окружены восковой кожицей.
У птиц отсутствует надгортанник. Функцию надгортанника выполняет задняя часть
языка. Имеются две гортани - верхняя и нижняя. В верхней гортани нет голосовых
связок. Нижняя гортань расположена на конце трахеи в месте ее разветвления на
бронхи и служит как резонатор звука. В ней имеются особые мембраны и специальные
мышцы. Воздух, проходя через нижнюю гортань, вызывает колебания мембраны, что
приводит к возникновению звуков разной высоты. Эти звуки усиливаются в
резонаторе. Куры способны издавать 25 различных звуков, каждый из которых
отражает то или иное эмоциональное состояние.
Трахея у птиц длинная и имеет до 200 трахеальных колец. За нижней гортанью
трахея делится на два главных бронха, которые входят в правое и левое легкое.
Бронхи проходят через легкие и расширяются в брюшные воздухоносные мешки. Внутри
каждого легкого бронхи дают начало вторичным бронхам, которые идут в двух
направлениях - к вентральной поверхности легких и к дорсальной. Экто - и
эндобронхи делятся на большое количество мелких трубочек - парабронхов и
бронхиол, а последние уже переходят в множество альвеол. Парабронхи, бронхиолы и
альвеолы образуют дыхательную паренхиму легких - "паутинную сеть", где и
осуществляется газообмен.
Легкие вытянутой формы, малоэластичны, вдавлены между ребер и прочно соединены с ними. Так как они прикреплены к дорсальной стенке грудной клетки, расширяться так, как легкие млекопитающих, которые находятся свободными в грудной клетке, не могут. Масса легких у кур приблизительно 30 г.
У птиц имеются зачатки двух лепестков диафрагмы: легочной и грудобрюшной.
Диафрагма с помощью сухожилия прикреплена к позвоночному столбу и небольших
мышечных волокон - к ребрам. Она сокращается в связи с вдохом, но роль ее в
механизме вдоха и выдоха несущественна. У кур в акте вдоха и выдоха большое
участие принимают мышцы брюшного пресса.
Дыхание птиц связано с деятельностью больших воздухоносных мешков, которые
объединены с легкими и пневматическими костями.
У птиц 9 основных воздухоносных мешков - 4 парных, расположенных симметрично по
обеим сторонам, и один непарный. Самые большие - это брюшные воздухоносные
мешки. Кроме этих воздухоносных мешков имеются также воздухоносные мешки,
расположенные около хвоста, - заднетуловищные, или промежуточные.
Воздухоносные мешки - это тонкостенные образования, заполненные воздухом;
слизистая оболочка их выстлана мерцательным эпителием. Из некоторых
воздухоносных мешков идут отростки к костям, имеющим воздухоносные полости. В
стенке воздухоносных мешков имеется сеть капилляров.
Воздухоносные мешки выполняют ряд ролей:
1) участвуют в газообмене;
2) облегчают массу тела;
3) обеспечивают нормальное положение тела при полете;
4) способствуют охлаждению тела при полете;
5) служат резервуаром воздуха;
6) выполняют роль амортизатора для внутренних органов.
Пневматическими костями у птиц являются шейные и спинные кости, хвостовые позвонки, плечевая, грудная и крестцовая кости, позвоночные концы ребер.
Емкость легких у кур составляет 13 см 3 , уток - 20 см 3 , общая емкость легких и
воздухоносных мешков соответственно 160...170 см 3 , 315 см 3 ,12...15% ее
составляет дыхательный объем воздуха.
Функциональные особенности. Птицы, подобно насекомым, делают выдох, когда
дыхательные мышцы сокращаются; у млекопитающих же все наоборот - при сокращении
мышц вдыхателей они делают вдох.
У птиц относительно частое дыхание: у кур - 18...25 раз в минуту, уток -
20...40, гусей - 20...40, индеек - 15...20 раз в минуту. Система дыхания у птиц
имеет большие функциональные возможности - при нагрузках число дыхательных
движений может увеличиваться: у сельскохозяйственных птиц до 200 раз в минуту.
Воздух, поступающий в организм в течение вдоха, заполняет легкие и воздухоносные
мешки. Воздушные пространства - фактически запасные контейнеры для свежего
воздуха. В воздухоносных мешках из-за небольшого количества кровеносных сосудов
поглощение кислорода незначительно; в целом же воздух в мешках насыщен
кислородом.
У птиц в легочной ткани происходит так называемый двойной газообмен, который
осуществляется при вдохе и выдохе. Благодаря этому вдох и выдох сопровождаются
извлечением кислорода из воздуха и выделением диоксида углерода.
В целом дыхание у птиц происходит следующим образом.
Мышцы грудной стенки сокращаются так, чтобы грудина была поднята. Это означает,
что полость грудной клетки становится меньше и легкие сжимаются до такой
степени, что насыщенный диоксидом углерода воздух вытесняется из дыхательных
емкостей.
Поскольку воздух во время выдоха выходит из легких, новый воздух из воздушных
пространств проходит вперед через легкие. При выдохе воздух проходит
преимущественно через вентральные бронхи.
После того как мышцы грудной клетки сократились, свершился выдох и удален весь
использованный воздух, мышцы расслабляются, грудина смещается вниз, грудная
полость расширяется, становится большой, создается разность давлений воздуха
между внешней средой и легкими, осуществляется вдох. Он сопровождается движением
воздуха преимущественно через дорсальные бронхи.
Воздухоносные мешки упругие, подобно легким, поэтому, когда грудная полость
расширяется, они также расширяются. Эластичность воздушных мешков и легких
позволяет воздуху поступать в систему органов дыхания.
Так как расслабление мышц вызывает поступление воздуха в легкие из окружающей
среды, легкие мертвой птицы, дыхательные мышцы которой обычно расслаблены, будут
раздуты, или заполнены воздухом. У мертвых млекопитающих они спавшие.
Некоторые ныряющие птицы могут оставаться под водой значительное время, в
течение которого воздух циркулирует между легкими и воздухоносными мешками, а
большая часть кислорода переходит в кровь, поддерживая оптимальную концентрацию
кислорода.
Птицы очень чувствительны к диоксиду углерода и иначе реагируют на повышение его
содержания в воздухе. Максимально допустимое повышение не более 0,2%. Превышение
этого уровня вызывает торможение дыхания, что сопровождается гипоксией -
понижением содержания кислорода в крови, при этом снижается продуктивности L
естественная резистентность птиц. В полете дыхание урежается за счет улучшения
вентиляции легких даже на высоте 3000...4 00 м: в условиях пониженного
содержания кислорода птицы обеспечивают себя кислородом при редком дыхании. На
земле же птицы при этих условиях гибнут.
Какие животные дышат с помощью легких Вы узнаете в этой статье.
Легкими дышат — наземные позвоночные (земноводные, пресмыкающиеся, птицы, звери)
Звери и птицы дышат легкими, которые устроены примерно так же, как и у человека.
А вот морские млекопитающие имеют легкие, но, несмотря на это, могут находиться под водой очень долго. Например, кашалот может опускаться на глубину около 1000 метров и находиться под водой в течение 1 часа, потому что его гигантские легкие способны сделать запас воздуха в 1000 литров. Он также как и кит, при дыхании выбрасывает через носовое отверстие воздух и водяной пар, который конденсируется на холоде — в итоге получается большущий фонтан высотой от 4 до 5 метров в высоту.
В лёгких осуществляется газообмен между воздухом, находящимся в паренхиме лёгких, и кровью, протекающей по лёгочным капиллярам.
Лёгкими называют также органы дыхания у некоторых беспозвоночных животных (у некоторых моллюсков, голотурий, паукообразных).
Во время вдоха, воздух, содержащий кислород попадает в лёгкие. Лёгкие имеют вид ячеистых мешков. В каждом лёгком (левое и правое) очень сильно разветвляются бронхи, которые оканчиваются многочисленными лёгочными пузырьками. Каждый лёгочный пузырёк оплетён сетью кровеносных сосудов. Из лёгочного пузырька кислород воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови в воздух. После накопления углекислого газа в лёгочном пузырьке происходит выдох. Ячеистое строение лёгких позволяет увеличить их внутреннюю поверхность во много раз.
