Розділ і Огляд літератури

1.1. Особливості дихальної системи людини.

Дихання в широкому розумінні — це сукупність реакцій біологічного окиснення органічних енерговмісних речовин з виділенням енергії, необхідної для підтримання процесів життєдіяльності організму. Біологічне окиснення може відбуватись як за участю кисню (аеробне дихання), так і без нього (анаеробне дихання) [20].

Незважаючи на те що серед перших живих організмів були ціанобактерії, які здійснювали фотоліз води з виділенням кисню, життя на планеті, як свідчать палеобіологічні відомості, розвивалося в майже безкисневому середовищі. Живі організми (переважно хемосинтезуючі бактерії та сапрофіти), що існували на той час, використовували для своїх життєвих процесів енергію анаеробного окиснення (гліколіз, бродіння). З появою зелених рослин і фотосинтезу в атмосфері Землі зростає вміст кисню, а з ним з'являється і аеробне дихання. Останнє менш універсальне, але набагато ефективніше, ніж анаеробне. Разом з тим для живих організмів кисень виявився токсичною речовиною. Під виливом молекулярного кисню в тканинах утворюються вільні радикали, які спричинюють пероксидне окиснення ліпідів. Продукти цього окиснення призводять до руйнування білків і ліпідів клітинних мембран, що загрожує життю.

Для виживання в умовах кисневої атмосфери в організмах розвинулась антиоксидантна система, до якої належать токофероли (віт. Е), аскорбінова кислота (віт. С), ретинол (віт. А), філохінон (віт. К), піридоксип (віт. В), стерини, фосфоліпіди, серотонін та ін. Молекули антиоксидантів вмонтовані в мембрану клітини і гальмують пероксидне окиснення ліпідів біомембран у результаті зв'язування та інактивації вільних радикалів, зменшення доступу кисню до ліпідів тощо.

Організми з аеробним типом дихання поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ. Дихальні гази здатні дифундувати крізь будь-які біологічні мембрани, а рушійною силою дифузії є різниця парціального тиску цих газів. Проте в здійсненні газообміну лише шляхом дифузії має місце істотний лімітуючий чинник — розміри тіла? Тобто зі збільшенням розмірів тіла його об'єм і відповідно споживання кисню зростають швидше, ніж поверхня тіла і надходження кисню шляхом дифузії. Таким чином, можна говорити про певний критичний радіус (R_кр), при якому надходження і споживання кисню зрівнюються і при подальшому збільшенні якого життя організму без додаткових засобів надходження кисню стає неможливим [29].

Дихання вищих безхребетних і хребетних — це сукупність процесів надходження кисню в організм і його споживання клітинами, а також утворення і виведення з організму вуглекислого газу. У здійсненні надходження газів беруть участь два різних механізми.

Перший з них — дифузія — пасивний процес переходу дихальних газів крізь біологічні мембрани за градієнтом концентрацій — відбувається на межі між зовнішнім середовищем і кров'ю чи гемолімфою. Цей самий процес відбувається у тканинах: кисень з крові дифундує у тканинну рідину і далі до клітин, а вуглекислий газ — із клітин через тканинну рідину у кров.

Другий механізм — конвекція — активне перенесення кисню і вуглекислого газу — полягає у підведенні до дихальних органів середовища (води чи повітря), що містить кисень, у перенесенні його кров'ю, гемолімфою чи целомічною рідиною від дихальних органів до тканин, а також СО₂ — у зворотному напрямку. Активний транспорт газів характерний для багатоклітинних організмів, розміри тіла яких перевищують 2R_kp.

У процесі дихання більшості багатоклітинних тварин виділяють три послідовних етапи: 1) зовнішнє дихання; 2) транспорт газів кров'ю; 3) внутрішнє, або тканинне, дихання.

Зовнішнє дихання, що є процесом надходження кисню із зовнішнього середовища до організму — у кров, гемолімфу або безпосередньо в тканинну чи целомічну рідину — і виведення з організму вуглекислого газу, характерне для всіх аеробних організмів. У одноклітинних організмів і нижчих багатоклітинних газообмін із зовнішнім середовищем здійснюється шляхом прямої дифузії газів через поверхню тіла. Спеціалізовані дихальні органи з'являються на досить пізніх етапах розвитку тваринного світу. До речі, дихальні рухи виникають раніше, ніж спеціалізовані дихальні органи. У тварин із шкірним диханням, наприклад у багатьох кільчастих червів, у яких немає органів дихання, спостерігаються коливні рухи тіла, не пов'язані з локомоцією. їх функція полягає у переміщенні, оновленні водного середовища навколо тіла тварини [32].

Шкірне дихання — це єдиний шлях газообміну у багатьох безхребетних: губок, кишковопорожнинних, більшості червів, погонофор та найпримітивніших представників різних типів тварин.

Трахейне дихання здійснюється спе­ціалізованою дихальною системою, яка доставляє кисень повітря до кожного органа, тканини, клітини без участі крові чи гемолімфи та їхніх кров'яних пігментів.