Белите дробове: строеж, функция и газообмен при гръбначните животни

Строеж, функция и газообмен в белите дробове на гръбначните животни — алвеоли, кислородна обмяна и кръвен поток. Научи повече с ясни обяснения и примери.

Белият дроб е орган при много гръбначни животни (животни с гръбначен стълб или грънак). Той поема кислород от въздуха и изхвърля въглероден диоксид. Повечето гръбначни животни с бели дробове имат по два такива.

При животните белите дробове са зоната, в която се осъществява газообменът. Без газова обмяна кислородът не би преминал в кръвта от белите дробове, така че клетките на тялото не биха могли да получават кислорода, необходим за дишането.

Алвеолите са влажни, за да може кислородът да се придвижва от белия дроб през алвеолите към кръвоносните съдове и червените кръвни телца. Въглеродният диоксид преминава от кръвта в алвеолите. Напълнената с кислород кръв се връща обратно към сърцето, а въглеродният диоксид в алвеолите се изтласква от белите дробове и се включва във въздуха, който издишваме.

Строеж на белия дроб

Белите дробове при повечето бозайници са разделени на лобове и са свързани с дихателните пътища: носна кухина → гълтач → ларинкс → трахея → бронхи → бронхиоли → алвеоли. Трахеята се разклонява на два главни бронха, които влизат в белите дробове и продължават да се разклоняват в по-дребни разклонения (бронхиоли). Крайните разклонения завършват с милиони алвеоли — тънкостенни мехурчета, където реално се случва газообменът.

Алвеолите са обградени от капиляри, които образуват огромна обща повърхност за обмен. Вътрешната повърхност на алвеолите е покрита с тънък филм вода и с вещество, наречено сурфактант, което намалява повърхностното напрежение и не позволява алвеолите да се спукат или да колабират при издишване.

Белите дробове са обвити в две листа на плеврата — висцерална (покрива дроба) и париетална (покрива гръдната кухина). Между тях има малко количество плеврален серозен флуид, който позволява плъзгане при дишане и помага да се създава отрицателно налягане, необходимо за разширяване на дробовете.

Функция и механизъм на газообмен

Газообменът в алвеолите се осъществява по принципа на дифузия — газовете преминават по градиент на парциално налягане (от област с по-високо към област с по-ниско налягане). Кислородът преминава от въздуха в алвеолите в капилярната кръв, а въглеродният диоксид — в обратната посока.

Кислородът в кръвта се пренася основно свързан с хемоглобина в червените кръвни клетки; малка част остава разтворена в плазмата. Въглеродният диоксид се пренася като разтворен газ, свързан с белтъци и най-вече като бикарбонат (HCO3-) след реакция, катализирана от ензима карбоангидраза в еритроцитите.

Механизъм на вентилация (вдишване и издишване)

При бозайниците най-важната дихателна мускулатура е диафрагмата — при нейното съкращаване гръдната кухина се разширява и налягането вътре пада, което води до вдишване на въздух. Междуребрените (интеркостални) мускули подпомагат разширяването и свиването на гръдната клетка. При издишване мускулите се отпускат и еластичните сили на белия дроб избутват въздуха навън.

Важно е съотношението между вентилацията и кръвотока (V/Q — ventilation/perfusion). Добрата доставка на кислород зависи от това вентилираните участъци на белия дроб да са и добре перфузирани с кръв.

Разлики между групите гръбначни

Не всички гръбначни имат еднакви бели дробове или механизъм на дишане:

• Амфибии: много видове използват и кожата за газообмен (кутинно дишане), а белите дробове са прости сакообразни образувания.
• Влечуги: белите дробове са по-прости от тези на бозайниците, дишането често е по-неефикасно (особено при влечуги без диафрагма), но при крокодили има специални структури, които подобряват ефективността.
• Птици: имат уникална система с твърди дробни тъкани и въздушни торбички (сакуси), позволяващи еднопосочен поток на въздуха през дроба и много ефективен газообмен — това е предимство при полет и при ниски парциални налягания на кислорода.
• Бозайници: имат разклонени бронхиоли и алвеоли с голяма повърхност и ефективен вдишващ механизъм, управляван от диафрагмата.
• Риби: не разполагат с бели дробове, а с хриле, където газообменът става между вода и кръв.

Контрол на дишането

Дихателният център в продълговатия мозък (медула облонгата) контролира ритъма и дълбочината на вдишванията. Химорецептори в артериите (каротидни и аортни тела) и в мозъчната течност реагират на повишаване на въглеродния диоксид, понижаване на pH и ниски нива на кислород и изпращат сигнали към дихателния център да регулира дишането.

Клинично значение и чести заболявания

Здравето на белите дробове е от ключово значение за окислителния метаболизъм. Някои често срещани проблеми:

• Пневмония — инфекция, която засяга алвеолите и води до възпаление и попълване с течност.
• Астма — обструкция и свръхреактивност на дихателните пътища, причиняваща задух и хрипове.
• Хронична обструктивна белодробна болест (ХОББ) — включва емфизем и хроничен бронхит; води до влошено обменяне на газове и понижаване на белодробната функция.
• Белодробна емболия — блокиране на кръвоносен съд в белия дроб от пристигнал тромб, което рязко намалява кръвоснабдяването и газообмена.

Разбирането на строежа и функцията на белия дроб е важно както за биологията и екологията на видовете, така и за медицинската диагноза и лечение при хората.

Въпроси и отговори

В: Каква е функцията на белия дроб при гръбначните животни?

В: Колко бели дроба имат повечето гръбначни животни?

В: Какво се случва в белите дробове по време на газообмена?

В: Какво представляват алвеолите?

В: Каква е функцията на въглеродния диоксид в белите дробове?

В: Къде отива пълната с кислород кръв, след като напусне белите дробове?

В: Къде отива въглеродният диоксид, след като напусне белите дробове?

Търсене по буква