Дыхание — это совокупность
процессов, обеспечивающих поступление в организм человека энергии,
распределение и использование этой энергии клетками организма и вывод
отходов этого процесса. На химическом языке это означает поступление в
организм кислорода, его использование в окислительных процессах и удаление
из организма углекислого газа. Эти процессы почти аналогичны с
энергетической точки зрения процессам обогрева путем сжигания топлива.
Здесь также органическое топливо окисляется кислородом атмосферного
воздуха, в результате чего происходит выделение энергии. Образовавшиеся
при этом углекислый газ и вода отводятся в атмосферу. Эти процессы
показаны на следующем рисунке. (Рисунок будет опубликован на сайте чуть
позже – прим.ред.). Здесь показана идентичность процесса дыхания и
горения. При горении дров с участием кислорода получается углекислый т аз
и вода и выделяется тепло. При дыхании сгорают пищевые продукты с
выделением углекислого газа и воды, и получается энергия для совершения
механической работы, например, по поднятию тяжести
штангистом.
При дыхании также происходит сгорание
органического топлива, поступающею в организм с продуктами
питания.
Это "сгорание" происходит в результате окислительных
процессов с участием кислорода, при этом образовавшийся углекислый газ
выводится из организма. Таким образом, все три процесса: поступление
кислорода (1), удаление углекислого газа (2), осуществляемые за счет
дыхания, питание организма (3), осуществляемое за счет процессов
пищеварения, теснейшим образом связаны друг с другом, однако доминирующим
является процесс дыхания.
Все живое на земле существует за
счет энергии солнца, химических веществ атмосферы и земной коры.
Растительный мир, используя энергию солнца, углекислый газ и воду
атмосферы и земной коры, синтезирует молекулы органических веществ и самую
главную молекулу — молекулу белка. Для своего питания живые организмы
используют именно эти органические вещества растительного мира. С помощью
кислорода воздуха в организме человека происходят процессы переработки
органических веществ при получении энергии для жизнедеятельности. На
рисунке показаны процессы кругооборота кислорода, воды, углекислого газа
при дыхании человека и растений. Растения за счет реакции фотосинтеза из
углекислого газа и воды синтезируют органические вещества и выделяют
кислород, которые используются человеком для получения энергии
жизни.
Сам процесс возникновения живых существ на земле в
существенной степени зависел от разработки внутри организма способов
добывания энергии из атмосферного кислорода и органических веществ,
синтезированных растениями.
В настоящее время количество
кислорода в атмосфере достаточно высокое и составляет 21% объема
атмосферного воздуха. Однако состав атмосферы за всю историю происхождения
земли менялся. Более 600 миллионов лет назад кислорода в атмосфере почти
не было, и она состояла в основном из азота и углекислого газа. В связи с
появлением растительного мира 350 миллионов лет назад начинает
увеличиваться содержание в атмосфере кислорода, и уменьшается содержание
углекислого газа. За все это время растения "надышали" в атмосферу земли
большое количество кислорода и поглотили огромное количество углекислого
газа. Современный состав атмосферы сформировался около 140 миллионов лет
назад. Поэтому начало зарождения биологического мира, а это происходило
около 600 миллионов лет назад, проходило в атмосфере с малым содержанием
кислорода, и так продолжалось почти 400 миллионов лет биологической
эволюции. Энергетическое обеспечение биологических процессов в этот период
происходило не за счет окислительных процессов с участием кислорода или,
другими словами, не за счет горения в кислороде.
Однако мы
знаем, что существует другой механизм — бескислородное горение или
медленное горение без доступа воздуха (кстати, этот механизм является
наиболее экономичным, без больших потерь энергии). В тот период
биологического развития именно такой тип бескислородного дыхания был
основным.
Бескислородный способ дыхания заключался в том, что
молекулы органических веществ расщепляются и окисляются за счет кислорода,
содержащегося в самих молекулах. Этот способ дыхания называется
анаэробным. С появлением в атмосфере кислорода стал реализовываться
аэробный способ дыхания с использованием кислорода атмосферы. Этот способ
дыхания был более интенсивным и смог обеспечивать энергией организмы,
испытывающие большие физические нагрузки. Аэробный способ дыхания в
настоящее время является основным.
Вместе с тем сохранились
еще организмы, которые используют анаэробный метод дыхания. Так, например,
человеческий зародыш на самых ранних стадиях своего утробного развития
использует анаэробное дыхание. Этот же тип дыхания включается у человека
при больших физических нагрузках, когда кислородного дыхания не хватает.
При анаэробном дыхании окисление глюкозы происходит не полностью, а только
до молочной кислоты. Поэтому появление боли в мышцах при больших
физических нагрузках — это сигнал организма о накоплении молочной кислоты
и недостаточности окислительных процессов. Как следствие этого появляется
одышка, которая необходима организму, чтобы увеличить поступление
кислорода для удаления накопившейся молочной кислоты.
Клетки
некоторых опухолей также используют анаэробное дыхание. Человеческий
организм использует симбиоз аэробного и анаэробного дыхания, но включает
последний, когда аэробный механизм не может обеспечивать энергоснабжение
организма полностью. Таким образом, можно заключить, что реликтовый,
анаэробный механизм дыхания человека существует, однако используется как
резервный.
Энергетику дыхания человека кратко можно
представить следующим образом: к каждой клетке необходимо подводить
энергию или кислород и обеспечить удаление образовавшегося в процессе
энергообмена углекислого газа. Энергообеспечение каждой клетки организма
должно проходить синхронно с процессами жизнедеятельности, и эта
энергетическая система должна работать четко и безотказно. Любое нарушение
режима работы энергетической системы приводит к образованию болезней и
старению.
Поэтому очень важное значение имеет система
транспортировки энергии по организму.
У насекомых и многих
членистоногих транспорт энергии осуществляется непосредственно через
систему воздуховодных трубок. Однако производительность такого механизма
энергообеспечения невелика.
Более производителен "химический"
способ переноса: от специализированного органа дыхания (легкие, жабры у
рыб и т.д.) потоком крови энергия передается в ткани организма, и обратным
током крови отводятся продукты энергообмена, при этом в начале и конце
процесса из окружающей среды поглощается кислород и выделяются обратно
углекислый газ и пары воды.
Таким образом, дыхание у человека
включает несколько этапов газо- и энергообмена: между атмосферой и
альвеолами легких, между альвеолярным воздухом и кровью, между кровью и
клетками, обмен при работе механизма клеточного дыхания.
В
организме человека существует функциональная саморегулирующаяся система
дыхания, которая, исходя из потребности организма, определяет частоту и
глубину дыхания. В покое человек вдыхает и выдыхает 6-9 литров в минуту.
За это же время через капиллярные сосуды легких проходит 5 литров
крови.
"Организм и среда его обитания представляют
неразрывное единство" — эта фраза И.М.Сеченова показывает, что воздушная
среда, из которой человек забирает воздух для дыхания, является начальным
звеном системы дыхания, в которой происходит потребление кислорода (С2) из
окружающей среды и выделение в окружающую среду двуокиси углерода
(СО2).
В обычных условиях концентрация кислорода в атмосфере
больше, чем в крови, и поэтому кислород воздуха через тонкий слой альвеол
переходит в кровь. Это происходит ввиду того, что поверхность легких
необычайно большая для сравнительно малого объема легких. На рисунке
показано сравнение общей поверхности легочной ткани с поверхностью крыши
дома 5x10 метров.
И наоборот, концентрация углекислого газа в
атмосфере всегда ниже, чем в крови, и поэтому ток углекислого газа
противоположен току кислорода — из легких в атмосферу. Эти факты не
требуют доказательств, поскольку проверяются простым измерением составов
вдыхаемого и выдыхаемого газов. То, что происходит внутри организма,
является более сложным для адекватного объяснения одним каким-то
механизмом.
Наиболее просто основные изменения, которые
происходят в организме при дыхании, объясняет физико-химический механизм
дыхания. Вот как этот процесс объясняется в Медицинской энциклопедии. На
всем пути энергообмена происходит движение молекул кислорода и углекислого
газа из области более высокой концентрации в области более низкой
концентрации. Обогащенная кислородом кровь переносит его к клеткам тканей.
Вследствие постоянного функционирования и жизнедеятельности клеток они
потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Концентрация кислорода в
клетках всегда ниже, чем в притекающей крови, а концентрация углекислого
газа выше. Поэтому происходит газовый обмен между клетками и кровью.
Кислород переходит из крови в клетки, а углекислый газ из клеток в
кровь.
Каков механизм связывания кислорода кровью? С каждым
ударом сердца возникает импульс передвижения крови в легочных капиллярах,
и кислород входит в плазму крови. В альвеолярном воздухе парциальное
давление кислорода составляет 105 мм рт.ст., в капиллярах крови — 40 мм
рт. ст. Давление окиси углерода в альвеолярном воздухе и крови составляет
40 и 45 мм рт. ст. соответственно. Содержащиеся в эритроцитах крови
молекулы гемоглобина соединяются с кислородом и образуют оксигемоглобин.
При связывании кислорода гемоглобином концентрация кислорода в эритроцитах
уменьшается, и это обеспечивает дальнейшее поступление кислорода в
эритроциты из плазмы. Процесс соединения кислорода с гемоглобином
эритроцитов зависит от концентрации кислорода в крови. В легких, где
концентрация кислорода высока, образуется оксигемоглобин. В тканях, где
концентрация кислорода низка, оксигемоглобин расщепляется и освобождает
кислород для процесса энергоснабжения тканей. Углекислый газ, образующийся
в результате жизнедеятельности клеток, переходит в кровь и поступает в
эритроциты. Часть углекислого газа соединяется с гемоглобином, образует
карбогемоглобин и доставляется в легкие. Другая, большая часть углекислого
газа, превращается в бикарбонаты и током крови доставляется в легкие и в
атмосферу.
Химическими методами определены количества
кислорода и углекислого газа в виде парциальных давлений рО2, рСО2 (мм рт.
ст.) в различных участках функциональной системы дыхания. Для нормальной
жизнедеятельности организма потребность кислорода можно оценить как
250-300 миллилитров в минуту. Соотношение между парциальными давлениями
кислорода и углекислого газа меняется существенно. В альвеолярном воздухе
давления кислорода и углекислого газа 105 и 40, далее в артериальной крови
это соотношение меняется незначительно 100 и 40, в тканях это уже 20 и 60,
в обратном токе венозной крови 40 и 46-48. (Судаков
К.В.).
Каким же образом происходит регулировка процесса
дыхания, как организм узнает о потребностях в энергии различных его
частей? В сосудистой стенке практически любых тканей находятся так
называемые хеморецепторы. Они измеряют газовые характеристики и выдают
сигналы, которые через сложную функциональную систему попадают в мозг,
откуда выдаются команды для вдоха.
Все системы регуляции
дыхания нацелены на то, чтобы поддерживать постоянным состав альвеолярною
воздуха: 14% О2, 5,5%СО2 (остальное азот). Это соотношение поддерживается
за счет легочной вентиляции. Параметр, который регулирует легочную
вентиляцию,— парциальное давление СО2 в альвеолярном воздухе. Регуляция
поступления кислорода и выделения двуокиси углерода происходит за счет
изменения частоты и глубины
дыхания.
Наш партнер Интернет банк „RUPAY”.
Система электронных платежей „RUPAY” - самый надежный и удобный способ осуществления расчетов в интернете.
Зарегистрируйся в „RUPAY” и чувствуй себя уверенно!
|
Подробно о наших партнерах и их деятельности смотри на соответствующих страничках сайта.
Данный проект является абсолютно открытым - любой желающий может разместить свои материалы, касающиеся тематики сайта, абсолютно бесплатно. Вы можете использовать, во вне комерческих целях, любую информацию размещенную на сайте с условием ссылки на наш сайт. Вы можете бесплатно разместить у нас свою рекламу если она связана с тематикой сайта, тематикой здорового образа жизни или оздоровительных методик.
