Методические особенности изучения темы "Дыхание" в школьном курсе анатомии

ВВЕДЕНИЕ

Человек может обойтись без пищи несколько недель, без воды -- несколько суток, без воздуха -- всего несколько минут. Питательные вещества в организме запасаются, как и вода, запас же свежего воздуха ограничен объемом легких. Вот почему необходимо непрерывное его обновление. Благодаря вентиляции легких в них поддерживается более или менее постоянный газовый состав, который необходим для поступления в кровь кислорода и удаления из крови углекислого газа, других газообразных продуктов распада, а также паров воды. Дыхание в физиологии рассматривают как сложный биологический процесс, обеспечивающий доставку кислорода тканям, использование его в процессе метаболизма и удаление образующегося СО₂ из организма.

ГЛАВА 1. ЗНАЧЕНИЕ ДЫХАНИЯ. ОРГАНЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ, ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ПУТИ

Из предыдущих глав мы знаем, что происходит с тканями, когда к ним поступает недостаточное количество кислорода: функция ткани нарушается, потому что прекращается распад и окисление органических веществ, энергия перестает выделяться, и клетки, лишенные энергетического обеспечения, погибают.

Дыханием называют обмен газов между клетками и окружающей средой. У человека газообмен состоит из четырех этапов: 1) обмен газов между воздушной средой и легкими; 2) обмен газов между легкими и кровью; 3) транспортировка газов кровью; 4) газообмен в тканях.

Система органов дыхания выполняет лишь первую часть газообмена. Остальное выполняет система органов кровообращения.

Между дыхательной и кровеносной системами существует глубокая взаимосвязь. Различают легочное дыхание, обеспечивающее газообмен между воздухом и кровью, и тканевое дыхание, осуществляющее газообмен между кровью и клетками тканей.

Кроме обеспечения газообмена, органы дыхания выполняют еще две важные функции: участвуют в теплорегуляции и голосообразовании. При дыхании с поверхности легких испаряется вода, что ведет к охлаждению крови и всего организма. Кроме того, легкие создают воздушные потоки, приводящие в колебание голосовые связки гортани.

Строение и функция органов дыхания у человека (рис. 1). Органы, которые подводят воздух к альвеолам легких, называются дыхательными путями. Верхние дыхательные пути: носовая и ротовая полости, носоглотка, глотка. Нижние дыхательные пути: гортань, трахея, бронхи.

Рис. 1. Органы дыхания человека:

А - верхние дыхательные пути (слева - при дыхании, справа -при глотании): 1 - язычок; 2 - надгортанник; 3 - пищевод, 4-гортань;.5 - язык; 6 - верхнее нёбо; 7 - носовая полость; Б - нижние дыхательные пути: 1 - трахея; 2 - главные бронхи; 3 - бронхиальное дерево; 4 - альвеолы (снизу слева - альвеолы в увеличенном виде)

Бронхи многократно ветвятся, образуя бронхиальное дерево. По ним воздух достигает альвеол, где и происходит газообмен. Каждое из легких занимает герметически замкнутую часть грудной полости. Между ними расположено сердце. Легкие покрыты оболочкой, которая называется легочной плеврой.

Носовая полость состоит из нескольких извилистых ходов, разделенных сплошной перегородкой на левую и правую части (рис. 1). Внутренняя поверхность носовой полости выстлана мерцательным эпителием. Он выделяет слизь, увлажняющую поступающий воздух и задерживающую пыль. Слизь содержит вещества, губительно действующие на микроорганизмы. Реснички мерцательного эпителия изгоняют слизь из носовой полости.

В стенках носовой полости проходит густая сеть кровеносных сосудов. Горячая артериальная кровь движется в них навстречу вдыхаемому холодному воздуху и согревает его.

На верхней стенке носовой полости много фагоцитов и лимфоцитов, а также антител (см. § 18). В задней части носовой полости наверху находятся обонятельные клетки, воспринимающие запахи. Появление резкого запаха ведет к рефлекторной задержке дыхания.

Таким образом, верхние дыхательные пути выполняют важные функции: согревания, увлажнения и очищения воздуха, а также защиты организма от вредных воздействий через воздух.

Из носовой полости воздух попадает в носоглотку, а затем в глотку, с которой сообщается и ротовая полость. Поэтому человек может дышать и носом и ртом. При дыхании носом воздух в носовой полости прогревается, очищается от пыли и частично обеззараживается, чего не происходит при дыхании ртом. Но через рот дышать легче, и потому уставшие люди инстинктивно дышат через рот.

Из глотки воздух попадает в гортань.

Гортань -- орган голосообразования. Вход в трахею начинается через гортань (рис. 2). Она представляет собой широкую трубку, суженную посередине и напоминающую песочные часы. Гортань состоит из хрящей. Спереди и с боков ее прикрывает щитовидный хрящ. У мужчин он несколько выступает вперед, образуя кадык.

В узкой части гортани находятся голосовые связки. Их две пары, но в голосообразовании участвует лишь одна, нижняя пара. Связки могут сближаться и натягиваться, то есть изменять форму щели, которая образуется между ними. Когда человек спокойно дышит, связки разведены. При глубоком дыхании они разводятся еще дальше, при пении и речи они смыкаются, остается лишь узкая щель, края которой вибрируют. Они-то и являются источником звуковых колебаний, от которых зависит высота голоса. У мужчин связки длиннее и толще, их звуковые колебания ниже по частоте, поэтому и мужской голос более низкий. У детей и женщин связки тоньше и короче, а потому их голос более высокий.

Рис. 2. Околоносовые пазухи:

1 - лобные пазухи; 2 - верхние миндалины - аденоиды челюстные пазухи

Звуки, образующиеся в гортани, усиливаются резонаторами -- околоносовыми пазухами -- полостями, находящимися в лицевых костях, заполненных воздухом (рис. 2). Под влиянием воздушной струи стенки этих полостей немного вибрируют, вследствие чего звук усиливается и приобретает дополнительные оттенки. Они определяют тембр голоса.

Звуки, издаваемые голосовыми связками, еще не речь. Членораздельные звуки речи формируются в ротовой и носовой полостях в зависимости от положения языка, губ, челюстей и распределения звуковых потоков. Работа перечисленных органов при произнесении членораздельных звуков называется артикуляцией.

Правильная артикуляция формируется особенно легко в возрасте от года до 5 лет, когда ребенок овладевает родным языком. При общении с маленькими детьми не надо шепелявить, копировать их неправильное произношение, так как это ведет к закреплению ошибок и нарушению речевого развития.

Трахея и главные бронхи. Из гортани воздух попадает в трахею. Это довольно широкая трубка, которая состоит из хрящевых полуколец с мягкой стороной, обращенной к пищеводу, который примыкает к трахее сзади (см. рис. 1, А).

Внутренняя стенка трахеи покрыта мерцательным эпителием. Колебания его ресничек выводят пылевые частицы из легких в глотку. Это называется процессом самоочищения легких. Внизу трахея ветвится на два главных бронха -- правый и левый. Бронхи имеют хрящевые кольца, которые защищают их от спадения во время вдоха. У мелких бронхов вместо колец остаются небольшие хрящевые пластинки, а в мельчайших бронхах -- бронхиолах отсутствуют и они.

Инфекционные и хронические заболевания дыхательных путей. Околоносовые пазухи. Некоторые кости черепа имеют воздушные полости -- пазухи. В лобной кости есть фронтальная пазуха, в верхнечелюстной -- гайморова пазуха (рис. 2).

Грипп, ангина, ОРЗ (острое респираторное заболевание) могут вызвать воспаление слизистой оболочки околоносовых пазух. Чаще страдают гайморовы пазухи. Их воспаление -- гайморит. Нередко бывает и воспаление лобной пазухи -- фронтит. При гайморите и фронтите наблюдается нарушение носового дыхания, выделение из полости носа слизи, нередко гнойной. Иногда повышается температура. Работоспособность человека снижается. Необходимо лечение у оториноларинголога -- специалиста, занимающегося лечением людей с заболеваниями уха,горла и носа.

Миндалины. Из носовой полости воздух попадает в носоглотку, потом в глотку и гортань. За мягким нёбом, а также у входа в пищевод и гортань находятся миндалины. Они состоят из лимфоидной ткани, подобной той, которая находится в лимфатических узлах. Миндалины содержат множество лимфоцитов и фагоцитов, задерживающих и уничтожающих микробов, но при этом иногда они сами воспаляются, становятся отечными и болезненными. Возникает хроническое заболевание -- тонзиллит.

Аденоиды -- опухолевидное разрастание лимфоидной ткани у выхода из носовой полости в носоглотку. Иногда (рис. 63) увеличенные аденоиды перекрывают проход воздуха и носовое дыхание затрудняется.

Тонзиллит и разросшиеся аденоиды необходимо своевременно лечить: оперативно или консервативно (т. е. без операции).

Дифтерия -- инфекционное заболевание, распространяющееся воздушно-капельным путем. Чаще дифтерия поражает детей, но болеют ею и взрослые. Начинается она как обычная ангина. Повышается температура тела, на миндалинах появляются серовато-белые налеты. Шея опухает из-за воспаления лимфатических желез (рис. 64, Б).

Возбудитель дифтерии -- дифтерийная палочка. Продуктом ее жизнедеятельности является ядовитое вещество -- дифтерийный токсин, который поражает проводящую систему сердца и сердечную мышцу. Возникает тяжелое и опасное заболевание сердца -- миокардит.

Для профилактики дифтерии здоровым людям вводят противодифтерийную вакцину. Она создает активный искусственный иммунитет, который может сохраняться несколько лет.

Механизм вдоха и выдоха:

Рис. 3. Положение грудной клетки и диафрагмы при выдохе (слева) и вдохе (справа):

Акт вдоха обеспечивается сокращением межреберных мышц и диафрагмы (рис. 3). Межреберные мышцы, сокращаясь, приподнимают ребра, несколько поворачивают их вокруг своей оси и отводят в стороны, а грудину -- вперед. В результате объем грудной полости увеличивается в переднезаднем и боковых направлениях. Одновременно сокращается диафрагма; при этом меняется ее форма: из куполообразной она становится плоской, за счет чего увеличивается объем грудной полости в продольном направлении.

Поступление воздуха в легкие является пассивным процессом и обусловлено разностью его давления в легких и окружающей среде. При вдохе объем грудной полости увеличивается, давление в плевральной полости становится более отрицательным (9--8 мм рт. ст). Вследствие этого сопротивление в легких к растяжению уменьшается и они растягиваются. Разность давлений воздуха в атмосфере и в альвеолах легких является не-' посредственной причиной движения воздуха из окружающей среды в легкие -- происходит вдох. В конце вдоха эластическая тяга грудной клетки начинает противодействовать вдоху. Ее направление совпадает с направлением эластической тяги легких, что препятствует продолжению вдоха.

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ: «ДЫХАНИЕ»

2.1 Лабораторная работа. Влияние физической нагрузки на частоту дыхания

Дыхательная и сердечнососудистая системы обеспечивают обмен газов. С их помощью молекулы кислорода доставляются во все ткани тела, а оттуда выносится углекислый газ. Газы легко проникают сквозь клеточные мембраны. В результате клетки тела получают необходимый им кислород и освобождаются от углекислого газа. В этом заключается сущность дыхательной функции. В организме сохраняется оптимальное соотношение кислорода и углекислого газа благодаря увеличению или уменьшению частоты дыхания. Наличие углекислого газа можно обнаружить в присутствии индикатора бромтимолового синего. Изменение цвета раствора является показателем наличия углекислого газа.

Цель: установить зависимость частоты дыхания от физической нагрузки.

Оборудование: 200 мл бромтимолового синего, 2 колбы по 500 мл, стеклянные палочки, 8 соломинок, градуированный цилиндр на 100 мл, 65 мл 4% водного раствора аммиака, пипетка, часы с секундной стрелкой.

Техника безопасности: опыт с раствором бромтимолового синего проводить в лабораторном халате. Будьте осторожны со стеклянной посудой. С химическими реагентами нужно обращаться очень осторожно, чтобы избежать попадания на одежду, кожу, в глаза, рот. Если при выполнении физических упражнений вы почувствуйте себя плохо, сядьте и обратитесь к учителю.

Ход работы

I. Частота дыхания в спокойном состоянии

1. Сядьте и расслабьтесь в течение нескольких минут.

2. Работая в паре, подсчитайте количество вдохов в течение одной минуты. Данные внесите в табл. 9.

3 Повторите тоже самое еще 2 раза, подсчитайте среднее количество вдохов и данные внесите в табл. 9.

Примечание: после каждого подсчета нужно расслабиться и отдохнуть.

II. Частота дыхания после физической нагрузки

1. Бег на месте в течение 1 мин.

Примечание. Если вы во время упражнения почувствовали себя плохо, сядьте и обратитесь к учителю.

2. Сядьте и сразу же подсчитайте в течение 1 мин. количество вдохов. Данные внесите в табл. 9.

3. Повторите это упражнение еще 2 раза, каждый раз отдыхая до восстановления дыхания. Данные внесите в табл. 9.

III. Количество углекислого газа (диоксида углерода) в выдыхаемом воздухе в спокойном состоянии

1. Влейте 100 мл раствора бромтимолового синего в колбу.

2. Один из учащихся через соломинку спокойно выдыхает воздух в колбу с раствором в течение 1 мин.

Примечание. Будьте осторожны, чтобы раствор не попал на губы.

Через минуту раствор должен окраситься в желтый цвет.

3. В колбу начинайте по каплям, считая их, добавлять с помощью пипетки раствор аммиака, перемешивая время от времени содержимое колбы стеклянной палочкой.

4. Добавлять по капле аммиак, считая капли, следует до тех пор пока раствор не станет снова синим. Внесите это количество капель аммиака в табл. 10.

5. Опыт повторите еще 2 раза, используя тот же раствор бромтимолового синего. Высчитайте среднее и данные внесите в табл. 10.

IV. Количество углекислого газа в выдыхаемом воздухе после физической нагрузки

1. Влейте 100 мл раствора бромтимолового синего во вторую колбу.

2. Тот же самый ученик, что и в предыдущем опыте, пусть проделает упражнение «бег на месте».

3. Сразу же, используя чистую соломинку, в течение 1 мин выдыхать в колбу.

4. Пипеткой добавлять по каплям аммиак к содержимому колбы (подсчитывая количество, пока раствор снова не станет синим).

5. В табл. 10 внесите количество капель аммиака, пошедших на восстановление цвета.

6. Опыт повторите еще 2 раза. Высчитайте среднее и данные внесите в табл. 10.

Вывод

1. Сравните количество вдохов в спокойном состоянии и после физической нагрузки.

2. Почему увеличивается количество вдохов после физической нагрузки?

3. У всех в классе одинаковые результаты? Почему?

4. Чем является аммиак в 3- и 4-й части работы?

5. Одинаково ли среднее количество капель аммиака при выполнении 3- и 4-й частей задания. Если нет, то почему?

Проблемные вопросы

1. Почему некоторые спортсмены вдыхают чистый кислород после напряженных упражнений?

2.Назовите преимущества человека тренированного.

3. Никотин из сигарет, попадая в ток крови, сужает сосуды. Как это отражается на частоте дыхания?

2.2 Кроссворд "Дыхание"

По вертикали: 2. Совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление из него углекислого газа.

По горизонтали: 1. Необходимый для дыхания компонент воздуха. 3. Самый крупный хрящ гортани, защищающий ее спереди. 4. Дыхательная трубка, состоящая из хрящевых полуколец. 5. Отдел воздухоносного пути, участвующий в формировании звука. 6. Участок воздухоносных путей, входящих в правое и левое легкое. 7. Парный орган, в котором происходит газообмен. 8. Плотная оболочка, покрывающая легкие.

Ответы

По вертикали. 2. Дыхание.

По горизонтали. 1. Кислород. 3. Щитовидный. 4. Трахея. 5. Гортань. 6. Бронхи. 7. Легкие. 8. Плевра.

2.3 Тестовые задания по теме «Дыхание»

1.Отдел дыхательной системы, имеющий вид воронки:

а) бронхи;

б) трахея;

в) гортань;

г) носоглотка.

Вид дыхательных путей:

Вверху - на загрязненном воздухе; внизу

2. Отдел дыхательной системы, следующий за гортанью:

а) бронхи;

б) трахея;

в) гортань;

г) носоглотка.

3. Отношение площади поверхности легочных пузырьков, равной 100 м2, к площади поверхности тела человека:

а) 10;

б) 20;

в) 40;

г) 50.

4. Гладкая блестящая оболочка из соединительной ткани, покрывающая каждое легкое снаружи:

а) пристеночная плевра;

б) легочная плевра;

в) грудная плевра.

5. Выстилка внутренней стенки грудной полости:

а) пристеночная плевра;

б) легочная плевра;

в) грудная плевра.

6. Плевральная полость между легочной плеврой и пристеночной плеврой заполнена:

а) кислородом;

б) углекислым газом;

в) не содержит воздуха;

г) смесью всех газов.

7. Отдел головного мозга, в котором расположен дыхательный центр:

а) мозжечок;

б) средний мозг;

в) продолговатый мозг;

г) промежуточный мозг.