Органы дыхательной системы человека: перечень, расположение, строение и функции

На уроке биологии учитель может сказать ученикам: "Опишите дыхательную систему человека". Как мы дышим? Какие органы принимают в этом участие? Какие функции в процессе дыхания они выполняют? Как они устроены? Давайте рассмотрим подробные ответы на эти вопросы.

Нос и рот

Какие органы относятся к дыхательной системе? На лице располагаются нос и рот. Человек может вдыхать воздух посредством обоих этих органов. Однако система дыхания включает только нос. Рот отвечает за прием и пережевывание пищи.

Строение носа довольно сложное. Основу органа составляют костная и хрящевая ткани. Парные носовые кости и лобные отростки верхней челюсти формируют корень и спинку выступающего носа. Два верхних латеральных хряща также образуют спинку. Большой крыльный хрящ составляет соответственно крылья и верхушку носа. Мягкая часть крыльев состоит из жировой ткани.

Носовая перегородка включает сошник, решетчатую кость и хрящ. Она разделяет носовую полость на две ноздри.

Продолжая рассматривать строение органов дыхательной системы, следует сказать, что верхняя челюсть, решетчатая, носовая, слезная кости, а также выросты небной и клиновидной костей образуют носовую полость и множество пазух.

Это:

Гайморова. Расположена в передней части лица рядом с носом. Ее воспаление приводит к гаймориту.
Клиновидные и лобные пазухи. Расположены в клиновидной и лобной костях.
Решетчатые ячейки. Они находятся в решетчатой кости.

В пазухи попадает вдыхаемый воздух. Там он увлажняется и согревается. Также такие полости в черепе создают дополнительный резонанс голосу, облегчают вес головы и предохраняют от травм мозг.

Носовая полость покрыта слизистой оболочкой, состоящей из двух видов клеток - секреторных и с ресничками. Первые выделяют слизь для увлажнения и защиты полости от бактерий. Вторые создают постоянный ток этой слизи, выталкивая ее наружу. Также в носу находятся волоски для защиты легких от попадания крупных инородных частиц. Они задерживают пыль и множество микроорганизмов.

Нос является обонятельной структурой. Область с сенсорными клетками расположена в верхней части носовой полости. При быстром вдохе воздух направляется прямо в легкие, минуя сенсорные клетки. Чтобы почувствовать тонкий аромат, надо делать вход медленно. Обонятельные клетки обновляются примерно каждые 2 месяца.

Рот является дополнительным входом для воздуха. При этом он не успевает согреваться. Поэтому часто ротовое дыхание люди и животные осуществляют в жару или при выполнении физических нагрузок. Но при этом человек теряет много влаги и не защищен от микроорганизмов. Однако у собак не существует потоотделения, поэтому регуляция температуры тела происходит только с помощью ротового дыхания.

Учитель на уроке биологии может попросить: "Перечислите органы дыхательной системы, составляющие верхние дыхательные пути". Нос мы уже назвали. Ниже опишем другие важные органы.

Глотка и гортань

Какие органы дыхательной системы существуют у человека?

Один из них - глотка. Это небольшая трубка, соединяющая нос, рот, гортань и пищевод. Она делится на три области: носоглотку, ротоглотку и гортанную.

В области глотки располагаются миндалины. Это лимфатические образования, защищающие человека от инфекций. Они являются преградой на пути проникших в организм микробов. Поэтому заболевания легких (например, пневмония) являются редким явлением. Чаще человека сопровождают обычные насморк и кашель.

Миндалины расположены на небе, рядом с глоточным отверстием слуховых труб, на задней поверхности носоглотки, в задней части языка. Они образуют глоточное кольцо. Воспаление миндалин в обиходе называют ангиной. При возникновении хронического тонзиллита (медицинское название заболевания) в некоторых случаях удаляют миндалины. Такие действия могут помочь в лечении недуга, но после операции уже ничто не уберегает органы дыхательной системы от микробов.

Глотка является мышечным органом, способствующим глотанию. Она перекрывает носовую полость во время продвижения пищи. Именно в глотке происходит перекрещивание дыхательных путей с желудочно-кишечным трактом.

Гортань состоит из подъязычной кости и девяти хрящей:

трех непарных - перстневидного, щитовидного и надгортанного;
трех парных - черпаловидного, рожковидного и клиновидного.

Роль непарных хрящей:

щитовидный у мужчин образует кадык;
надгортанный — это основной хрящ для закрытия дыхательных путей от попадания пищи;
перстневидный составляет основу гортани и участвует в образовании двух суставов, необходимых для звукообразования.

Голосовые складки соединяются с черпаловидным и щитовидным хрящами. Также они связаны с мышцей, обеспечивающей их сужение и расширение. Голосовые складки могут в разной степени быть вовлеченными в колебания при звукообразовании (от полной вибрации до небольших колебательных движений).

Над гортанью расположена щитовидная железа.

Трахея

Продолжаем рассматривать, какие органы относятся к дыхательной системе.

Изучим, что представляет собой трахея. Этот орган имеет вид трубки длиной 11-13 сантиметров и состоит из 16-20 хрящей. Позади него тянется пищеварительный тракт. Полукольцевые хрящи дыхательной системы защищают и трахею, и пищевод.

Внутренняя поверхность трахеи выстлана мерцательным эпителием — клетками с ресничками, необходимыми для создания тока слизи из органов дыхательной системы. Так достигается удаление мелких частичек пищи, пыли и бактерий, попавших внутрь. Инородные частицы могут раздражать рецепторы, расположенные на всей поверхности дыхательных путей, вызывая врожденный рефлекс — кашель.

Трахея обеспечивает нагрев и увлажнение воздуха для защиты органов дыхания дыхательной системы от переохлаждения. Это особенно актуально в холодное время года. При различных заболеваниях слизистая оболочка органов дыхания воспаляется. В результате вырабатывается большое количество слизи, а у человека появляется кашель. Чем дольше длится воспаление, тем опаснее для больного. Именно поэтому своевременное лечение так необходимо.

Далее учитель может попросить своих учеников: "Перечислите органы дыхательной системы, составляющие нижние дыхательные пути".

Бронхи и бронхиолы

Разветвляясь, трахея образует бронхи. Они формируют более мелкие трубочки — бронхиолы. Главных бронхов у человека два. Они ветвятся на вторичные, третичные и так далее, пока не станут бронхиолами.

Как и трахея, бронхи являются органами, относящимися к дыхательной системе. Они защищены хрящевыми полукольцами, а внутри выстланы мерцательным эпителием.

Именно в этой части тела начинается физиологическая асимметрия, связанная с расположением сердца, сосудов, печени и других внутренних органов. Правый бронх немного короче и толще, чем левый.

Из перечисленных органов дыхательной системы все являются лишь воздухоносными путями. Рассмотрим орган, в котором происходит воздухообмен.

Легкие

Какие органы дыхательной системы есть еще? Это легкие. Их может назвать каждый, даже ребенок.

Конусообразные легкие — парные органы дыхательной системы человека. Они окружены ребрами, грудиной и позвоночником. Сверху легкие защищены ключицей и лопаткой. Снизу они поддерживаются диафрагмой.

Мышцы туловища расположены таким образом, чтобы совместно с выполнением функций движения тела и конечностей защищать важные органы, образующие дыхательную систему. Между ними расположено сердце с крупнейшими сосудами, а также проходит пищевод. Правое легкое состоит из 3 долей, а левое - из 2. Его размер несколько меньше за счет выемки для сердца.

Плевра — серозная оболочка легких, покрывающая также внутреннюю поверхность ребер, средостение и диафрагму. Два ее листка (внутренний и внешний) образуют плевральную полость, заполненную жидкостью, секретируемой специальными клетками, составляющими плевру.

Полость является своеобразным буфером. Она предохраняет легкие от ударов. За счет давления, которое более низкое, чем атмосферное, без воздуха легкие не спадают. Разница давления способствует наполнению их воздухом. Легкие как бы скользят вдоль внешнего плеврального листка при наполнении воздухом и избавлении от него.

Структурно-функциональной единицей органа является ацинус. Он включает в себя дыхательную бронхиолу, альвеолярный ход, альвеолярный мешочек, альвеолу и прилегающий капилляр. Альвеолярный ход является тоннелем между бронхиолой и альвеолами, а альвеолярный мешок — это отдельная гроздочка альвеол (крошечных пузырьков, увеличивающих дыхательную поверхность легких). Их число у взрослого человека достигает 700 миллионов.

Каждая альвеола покрыта изнутри альвеолоцитами — специализированными клетками легких, выполняющими роль промежуточного звена между кровью и воздухом. Существует три типа этих клеток:

плоские (респираторные);
большие (гранулярные);
щеточные.

Первых в легких больше всего — ими покрыта почти вся поверхность альвеол. Они очень тонкие и распластаны на поверхности, благодаря чему газообмен происходит легче. Именно респираторные клетки очень чувствительны к токсическим веществам, включая те, которые содержатся в табачном дыме.

Второй тип альвеолоцитов участвует в регуляции транспортировки воды и ионов, обезвреживании окислителей. Гранулярные клетки вырабатывают сурфактант — специфическое вещество легких. Оно обладает высокими поверхностно-активными свойствами, благодаря чему легче проходит кислород.

Также в составе сурфактанта находятся вещества, помогающие бороться с теми бактериями, которым удалось проникнуть в легкие. Он снижает поверхностное натяжение воды, благодаря чему для расширения легких во время вдоха затрачивается в 10 раз меньше усилий.

Сурфактант начинает вырабатываться у ребенка на 23-й неделе внутриутробного развития. Именно поэтому до этого срока плод считается нежизнеспособным вне тела матери. При курении и различных заболеваниях альвеолоциты легких начинают вырабатывать слишком много сурфактанта для выведения токсических веществ. В результате появляется грудной кашель.

Третий тип альвеолоцитов содержит микроворсинки, создающие ток жидкости.

Сразу за альвеолоцитами лежат кровеносные сосуды, поэтому молекулам кислорода необходимо пройти совсем небольшой барьер для присоединения к эритроцитам.

Капилляры, находящиеся рядом с альвеолами, настолько узкие, что в их просвете с трудом помещается один эритроцит, который проталкивается посредством тока крови. Благодаря такому устройству вся поверхность эритроцита обязательно касается стенок кровеносных сосудов, поэтому максимально напитывается кислородом.

А из-за медленного продвижения происходит обстоятельный газообмен. Когда клетка крови покидает легочные капилляры, она насыщена кислородом. При этом гемоглобин в эритроците переходит в состояние окисленного.

Физиология дыхания

Учитель может попросить: "Опишите дыхательную систему человека с точки зрения физиологии дыхания". Рассмотрим этот процесс.

Дыхание состоит из трех основных этапов:

Легочная вентиляция.
Газообмен в легких.
Газообмен в тканях.

Первый этап включает втягивание и выталкивание воздуха органами дыхательной системы. Второй — обмен кислородом и углекислым газом между альвеолами легких и капиллярами. Третий этап протекает вне дыхательной системы и заключается в обмене газами между клетками тела и кровью.

Легочная вентиляция начинается с попадания в полость носа (или рта) атмосферного воздуха. Там он увлажняется, частично очищается от пыли и микроорганизмов. В глотке, гортани, трахее и бронхах производится дальнейший нагрев и очистка воздуха.

При выдохе в гортани с помощью голосовых связок происходит создание звуковых колебаний, которые мы называем голосом. В легкие (главные органы дыхательной системы человека) воздух попадает благодаря мышцам груди, живота и спины. Они увеличивают грудную клетку в объеме и заставляют воздух втягиваться внутрь. После наполнения им альвеол начинается следующий этап — газообмен.

Поверхность, где возможен газообмен в легких, составляет 90 м². Это впечатляющая величина. Процесс происходит за счет диффузии. Когда кровь (прошедшая через органы и ткани, отдавшая им кислород и забравшая углекислый газ) подходит к альвеолам, возникает простой эффект. При этом газы, пытаясь уравновесить свое количество в крови и воздухе, проникают через альвеолярный барьер. Насыщенная CO₂ кровь отдает его воздуху. Молекулы кислорода прицепляются к гемоглобину эритроцитов, окисляя его. В результате в воздухе легких и в крови получается практически одинаковое количество углекислого газа и кислорода.

Газообмен в тканях протекает по тому же принципу, что и в легких. Кислород участвует в важнейших окислительных процессах организма, посредством которых протекает расщепление белков, жиров и углеводов. Он является важной частью химических веществ, например аминокислот или углеводов.

Параметры дыхательной системы

Человек делает примерно 16-20 вдохов в минуту, а средний объем легких составляет 3-4 литра. Известно, что способствуют увеличению легочного объема занятия спортом, особенно плавание. В высокогорных районах из-за пониженного уровня кислорода требуется учащенное дыхание и увеличенные легкие.

Рост и размер туловища (без учета жировых отложений) также влияет на легочный объем. В силу разного строения тела мужские легкие зачастую крупнее женских. Курение вызывает усиленную выработку секреторными клетками легких сурфактанта, что также сказывается на размерах органов дыхания.

Для оценки функционирования органов, входящих в дыхательную систему, нельзя использовать только объем легких. Нужно учитывать, что в процессе дыхания участвует не все легочное пространство.

Дополнительные факторы:

Наполняемость легких - это сумма дыхательного и остаточного объемов, а также резерва выдоха и вдоха.
Рабочий объем легких - определяется полным резким выдохом сразу после полного вдоха.
Резервный объем выдоха — параметр, определяемый количеством воздуха, который можно дополнительно выдохнуть сразу после спокойного выдоха.
Резервный объем вдоха — параметр, определяемый количеством воздуха, который можно дополнительно вдохнуть сразу после спокойного вдоха.
Остаточный объем легких — это воздух, оставшийся в органе после полного выдоха.
Функциональная остаточная емкость легких определяется объемом воздуха в органе после спокойного выдоха.
Анатомическое мертвое пространство — части дыхательной системы, в которых не происходит газообмен. Таковыми являются нос, глотка, трахея и бронхи.
Физиологическое мертвое пространство — часть альвеол, из которых не выходит воздух на выдохе.

Функции

Функции, выполняемые органами дыхательной системы, очевидны. Это:

Газообмен между телом человека и окружающей средой.
Экскреторная функция выполняется органами пищеварительной и дыхательной системы, где последняя выводит продукт обмена — углекислый газ.
Терморегулирующая функция. Посредством органов дыхания она у человека развита не так хорошо, как, например, у собак. Однако при дыхании через рот также происходит охлаждение и выведение небольшого количества влаги.
Звукообразование. Эта функция значительно развилась у человека в процессе социализации для поддержания контакта с другими особями и более активного взаимодействия.
Очищение, увлажнение и согревание атмосферного воздуха невозможно без участия верхних дыхательных путей.
Благодаря наличию в носовых пазухах специализированных рецепторных клеток, наш нос способен улавливать запахи.

Кровообращение и иннервация

К легким подходит малый круг кровообращения, выходящий из правого желудочка сердца. Кровь, богатая углекислым газом, течет от сердца по артериям и артериолам, а та, которая насыщена кислородом из воздуха, направляется к сердцу по венам и венулам. Принято называть артериями сосуды, проводящие кровь от сердца, а венами - к сердцу. Но в малом круге кровообращения все наоборот.

Легочные артерии и вены довольно короткие и тонкие, но их упругость очень велика, так как на их стенки приходится огромное давление кровотока, несущегося от сердца.

В правом желудочке сердца, к которому из правого предсердия приходит венозная кровь со всего организма, начинается легочная артерия. Она делится на правую и левую, а затем ветвится до капилляров, подходящих к альвеолам. Далее происходит газообмен, а насыщенная кислородом артериальная кровь течет по венулам к четырем венам, впадающим в левое предсердие.

Сердце толчками выбрасывает эту кровь в аорту, чтобы кислород попал к тканям.

Процесс дыхания регулируют центры вдоха и выдоха, которые находятся в продолговатом мозге. От рецепторов, находящихся на стенках кровеносных сосудов и бронхов, в дыхательный центр поступает информация о давлении воздуха и концентрации углекислого газа и кислорода.

Гормоны, реакции на окружающую среду и какие-либо механические воздействия (например, кусочек пищи) могут повлиять на дыхание, вызвав его учащение, углубление, чихание или кашель.

Типы дыхания

Человек может дышать посредством напряжения разных участков туловища. В зависимости от этого различают два типа дыхания:

Грудное. Этот тип характерен для женщин, так как их организм предназначен для вынашивания ребенка. Это препятствует свободному дыханию животом. При грудном дыхании расширение легких возникает за счет расширения и поднятия грудной клетки. Эти движения вызываются сокращением межреберных мышц.
Брюшное. Этот тип больше свойственен детям и мужчинам. При этом наблюдается сокращение мышц диафрагмы и выпячивание брюшной полости. Диафрагма при вдохе выпрямляется, что увеличивает давление на внутренние органы живота. Мышцы пресса расслабляются, давая животу выдвинуться вперед. Диафрагма становится куполообразной, сжимая легкие и снижая давление на брюшную полость. Одновременно с этим пресс напрягается, втягивая живот.

Также существует смешанный тип дыхания, при котором можно наблюдать и расширение грудной клетки, и выпячивание живота. Очень часто это можно наблюдать у спортсменов.