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.
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.
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.
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.
Исследователи выяснили, как паразиты научились жить без кислорода
Около миллиарда людей на Земле заражены гельминтами — круглыми паразитами, которые живут в почве и попадают в организм человека через грязную воду. Гельминты известны своей способностью выживать в низкокислородной среде кишечника человека. Ученые из Центра исследований в области клеток и биомолекул имени Донелли объяснили это явление уникальным ферментом, который нашли в организме паразитов.
Оказалось, что в отличие от большинства животных, паразиты производят энергию иначе. К примеру, человек делает это посредством аэробного метаболизма — с помощью молекулы под названием убидекаренон, или кофермент Q. Но когда гельминты попадают в организм хозяина, у них происходит переключение на анаэробный метаболизм, при котором используется молекула родохинон.
Исследователи даже нашли переключатель между этими режимами. Например, черви C. elegans умеют определять, достаточно ли кислорода вокруг, чтобы использовать одну или другую молекулу. Несмотря на то, что C. elegans — не паразит, это близкий родственник гельминтов. Ученые обнаружили, что некоторые черви в процессе развития потеряли эту способность за ненадобностью.
Это открытие поможет лечить людей от воздействия паразитов, не затрагивая организм человека. В этом случае исследователи будут искать и поражать фермент, который помогает червям выживать в бескислородной среде.
Результаты помогут придумать новые методы лечения в условиях, когда паразиты становятся устойчивы к уже известным лекарствам. Инфекции широко распространены в менее развитых странах, где воздействие паразитов может повлечь за собой долговременные последствия для развития ребенка.
Читайте также:
— Посмотрите на 3D-карту Вселенной: ее составляли 20 лет и она уже удивила ученых
— Паразитов нужно спасать. Ученые даже придумали для этого специальный план
— Путин разрешил сплошную вырубку лесов на Байкале. Что теперь будет?
Малощетинковые, подготовка к егэ по биологии
С точки зрения систематики — подкласс Малощетинковые находится в составе класса поясковых червей. Их также называют олигохеты (от греч. ὀλίγος — «мало» и
греч. χαίτη — «волос»). У них много излюбленных места обитания — почва, морская и пресная вода, некоторые приспособлены к двум разным
средам.
Эти организмы играют колоссальную роль при формировании почвы — верхнего плодородного слоя земли. Типичным представителем класса малощетинковых
является дождевой червь — почвенная форма, встречаются также и водные формы — трубочник (излюбленный корм многих рыб).
Имеет типичную червеобразную форму, в длину достигает 15-30 см.
Специализированные органы движения отсутствуют, их тело снаружи покрыто немногочисленными хитинообразными выростами — щетинками (чему соответствует название
класса — малощетинковые). На каждом сегменте дождевого червя расположено по 8 щетинок попарно или поодиночке.
Щетинки играют важную роль при движении, они подобно рычагам, помогают найти червю точку опоры и способствуют его продвижению в почве.
Щетинки в прямом смысле «спасают» дождевого червя, выполняя защитную функцию — удерживая его в почве, если им захотят пообедать. Именно из-за них
дождевого червя так трудно вытащить из его норки.
Однослойный кожный эпителий образует на поверхности кожи эластичную кутикулу. Многочисленные слизистые клетки, расположенные в эпителии, выделяют секрет
— слизь, которая выполняет защитную функцию, препятствуя пересыханию тела, и способствует газообмену.
Под эпителием лежат кольцевые и продольные мышцы червя, образующие мышечную систему. Поверхность мышц и внутренних органов выстилается изнутри особым эпителием
мезодермального происхождения — целотелием.
В совокупности слой кутикулы, эпителия, кольцевых и продольных мышц составляет кожно-мускульный мешок. Между кожно-мускульным мешком и внутренними органами
находится пространство, вторичная полость тела, заполненная жидкостью и выполняющая ряд важнейших функций: опорную, транспортную, выделительную и защитную.
Состоит из трех отделов: переднего, среднего и заднего. Передний отдел начинается ротовым отверстием, расположенным на переднем конце тела. Далее
следует глотка, переходящая в узкий пищевод, в котором имеются 3 парных выпячивания — известковые железы. Эти железы выделяют в просвет пищевода
углекислый кальций — CaCO3, который нейтрализует находящиеся в почве гуминовые кислоты, таким образом, уменьшая кислотность почвы,
что повышает ее плодородие.
Передний отдел также включает в себя следующий после пищевода зоб — расширенную часть пищевода, которая служит для накопления, хранения и предварительной
обработки пищи и заканчивается мускулистым желудком (может быть один или несколько), где пища измельчается.
В среднем отделе — кишке, происходит переваривание и всасывание расщепленных веществ. Здесь имеется глубокое продольное выпячивание стенки кишки — тифлозоль,
которое значительно увеличивает поверхность всасывания. Такого выпячивания в заднем отделе нет, непереваренные остатки пищи выводятся из задней кишки
через анальное отверстие и попадают во внешнюю среду, значительно улучшая состав и свойства почвы.
За счет наличия анального отверстия пищеварительная система у дождевого червя сквозного типа, это означает, что для него возможно непрерывное питание.
Специализированные органы отсутствуют, дыхание осуществляется диффузно всей поверхностью тела. Интересно заметить, что известковые железы тоже участвуют в
процессах, связанных с дыханием, так как способствуют удалению углекислоты из крови в пищеварительный тракт в виде CaCO3.
Кровь движется только по сосудам, не изливаясь в полость тела, такой тип кровеносной системы называется — замкнутый. Выделяют спинной и брюшной сосуды,
соединенные кольцевыми перемычками. Настоящего сердца нет, его заменяют 5 крупных кольцевых сосуда — «сосуды-сердца», которые, сокращаясь, обеспечивают
ток крови.
В сосуды кишечного сплетения, оплетающего кишечник, попадают расщепленные питательные вещества, которые с током крови доставляются к органам и тканям организма.
Звездчатые клетки (соленоциты) у кольчатых червей исчезают. Их органы выделения представлены метанефридиями.
Метанефридии (от греч. meta — между, через и греч. nephros — почка) — парные органы выделения, имеющие вид извитых железистых трубок (эктодермального происхождения), которые
одним концом — мерцательной воронкой (нефростомой) открываются во вторичную полость тела — целомические мешки, а другим концом — нефридиопором — во внешнюю
среду. Эволюционно метанефридии образовались из протонефридиев.
Обращаю ваше пристальное внимание на следующую особенность: канал, идущий от нефростомы, пронизывает перегородку между двумя сегментами и заканчивается
в следующем сегменте выделительным отверстием (нефридиопорой), обращенным во внешнюю среду.
Парные надглоточные нервные узлы соединяясь коннективами (коннективы в отличие от комиссур соединяют разноименные ганглии) с
подглоточными нервными узлами вместе образуют единую
структуру — окологлоточное нервное кольцо.
Надглоточные ганглии развиты сильнее подглоточных, поэтому их часто называют головным мозгом. Он слаборазвит, но такое название, прежде всего, подчеркивает
цефализацию нервных структур — крайне важное эволюционное явление.
От окологлоточного нервного кольца отходит брюшная нервная цепочка, состоящая из нервных тяжей, на которых находятся ганглии по паре в каждом сегменте.
От нервных ганглиев отходят ветви, иннервирующие внутренние органы и ткани данного сегмента червя.
В целом у кольчатых червей половая система может быть как раздельнополой, так и гермафродитного плана. Развитие прямое (без личиночной стадии). В частности для дождевых червей характерен
гермафродитизм. Половые органы расположены в строго определенных сегментах тела.
В 10 и 11 сегментах расположено по паре семенников, с идущими от них
семявыносящими каналами и семяпроводами, открывающимися на брюшной стороне тела в 15 сегменте. В 9 и 10 сегментах имеются кожные выпячивания —
семяприемники, в которых накапливается семенная жидкость партнера во время копуляции.
В 13-м сегменте локализуются яичники с яйцеводами, которые пронизывают
перегородку между сегментами, и в следующем членике открывают половыми отверстиями на брюшной стороне.
Оплодотворение обычно перекрестное — участвуют две особи. Брюшные поверхности тела двух копулирующих особей сближаются, в это время железистые
клетки пояска начинают выделять быстрозатвердевающущю жидкость — образуется муфта. В ходе копуляции сперма попадает в семяприемники партнера,
ограниченные от женских гонад.
Таким образом, несмотря на копуляцию, внутреннее оплодотворение у дождевых червей отсутствует. Само оплодотворение произойдет позже.
Муфта постепенно смещается к концу тела, в момент, когда она оказывается напротив отверстий яйцевода, в нее выделяются яйца. Муфта спускается ниже, и оказывается
напротив семяприемников, сперматозоиды выходят наружу и оплодотворяют яйца. Муфта смещается к самому концу тела, после чего червь выползает из нее. Она
превращается в кокон, в котором в течение 2-4 недель развиваются яйца. После этого времени из кокона выходят достаточно хорошо сформированные молодые организмы.
По итогам можно сказать, что оплодотворение у дождевых червей протекает вне организма — по сути, является внешним (наружным). Но нельзя не отметить, что
совершается оно под надежной защитой оболочки кокона, в который превращается муфта после сползания ее с тела червя.
Дождевые черви оказывают на почву весьма благоприятный эффект — они способствуют ее перемешиванию, разрыхлению — улучшают ее аэрацию, что очень важно для
хорошего развития корней растений.
Уничтожая растительные остатки, содержащие множество гуминовых кислот, они снижают кислотность за счет секрета известковых желез, способствуют
ускорению минерализации органических веществ, стимулируют процессы нитрификации — повышают плодородие почвы.
Общая характеристика — урок. биология, 7 класс.
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.
| Название отдела | Особенности строения | Функции |
| Воздухоносные пути | ||
| Полость носа и носоглотка | Извилистые носовые ходы. Слизистая снабжена капиллярами, покрыта мерцательным эпителием и имеет много слизистых железок. Есть обонятельные рецепторы. В полости носа открываются воздухоносные пазухи костей. |
|
| Гортань | Непарные и парные хрящи. Между щитовидным и черпаловидными хрящами натянуты голосовые связки, образующие голосовую щель. Надгортанник прикреплён к щитовидному хрящу. Полость гортани выстлана слизистой оболочкой, покрытой мерцательным эпителием. |
|
| Трахея и бронхи | Трубка 10–13 см с хрящевыми полукольцами. Задняя стенка эластичная, граничит с пищеводом. В нижней части трахея разветвляется на два главных бронха. Изнутри трахея и бронхи выстланы слизистой оболочкой. | Обеспечивает свободное поступление воздуха в альвеолы лёгких. |
| Зона газообмена | ||
| Лёгкие | Парный орган — правое и левое. Мелкие бронхи, бронхиолы, легочные пузырьки (альвеолы). Стенки альвеол образованы однослойным эпителием и оплетены густой сетью капилляров. | Газообмен через альвеолярно-капилярную мембрану. |
| Плевра | Снаружи каждое лёгкое покрыто двумя листками соединительнотканной оболочки: легочная плевра прилегает к лёгким, пристеночная — к грудной полости. Между двумя листками плевры — полость (щель), заполненная плевральная жидкостью. |
|
Транспорт кислорода в организме
| Путь кислорода | Функции |
| Верхние дыхательные пути | |
| Носовая полость | Увлажнение, согревание, обеззараживание воздуха, удаление частиц пыли |
| Глотка | Проведение согретого и очищенного воздуха в гортань |
| Гортань | Проведение воздуха из глотки в трахею. Защита дыхательных путей от попадания пищи надгортанным хрящом. Образование звуков путём колебания голосовых связок, движения языка, губ, челюсти |
| Трахея | Свободное продвижение воздуха |
| Бронхи | Свободное продвижение воздуха |
| Лёгкие | Органы дыхания. Дыхательные движения осуществляются под контролем центральной нервной системы и гуморального фактора, содержащегося в крови, — СО2 |
| Альвеолы | Увеличивают площадь дыхательной поверхности, осуществляют газообмен между кровью и лёгкими |
| Кровеносная система | |
| Капилляры лёгких | Транспортируют венозную кровь из легочной артерии в лёгкие. По законам диффузии О2 поступает из мест большей концентрации (альвеолы) в места меньшей концентрации (капилляры), в то же время СО2 диффундирует в противоположном направлении. |
| Легочная вена | Транспортирует О2 от лёгких к сердцу. Кислород, попав в кровь, сначала растворяется в плазме, затем соединяется с гемоглобином, и кровь становится артериальной |
| Сердце | Проталкивает артериальную кровь по большому кругу кровообращения |
| Артерии | Обогащают кислородом все органы и ткани. Легочные артерии несут венозную кровь к лёгким |
| Капилляры тела | Осуществляют газообмен между кровью и тканевой жидкостью. О2 переходит в тканевую жидкость, а СО2 диффундирует в кровь. Кровь становится венозной |
| Клетка | |
| Митохондрии | Клеточное дыхание — усвоение О2 воздуха. Органические вещества благодаря О2 и дыхательным ферментам окисляются (диссимиляция) конечные продукты — Н2О, СО2 и энергия которая идёт на синтез АТФ. Н2О и СО2 выделяются в тканевую жидкость, из которой диффундируют в кровь. |
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.).