Дыхательная и выделительная системы

Дыхательная система обеспечивает газообмен между атмосферным воздухом и кровью. Воздухоносные пути: нос (полость носа) → глотка → гортань → трахея → бронхи → бронхиолы. Дыхательный отдел: альвеолы — пузырьки с тонкими стенками, где происходит газообмен. Функции верхних дыхательных путей: первое — очистка воздуха: реснитчатый эпителий задерживает пыль; слизь улавливает частицы; второе — увлажнение воздуха; третье — согревание воздуха до температуры тела; четвёртое — обоняние (полость носа). Гортань: хрящевой орган; содержит голосовые связки; образование звуков. Трахея: длина около 12 см; укреплена полукольцами хряща; разветвляется на два главных бронха.

Лёгкие — парные органы в грудной полости; окружены плеврой (двуслойная серозная оболочка). Строение: правое лёгкое — три доли; левое — две доли. Альвеолы: мельчайшие пузырьки диаметром около 0,2 мм; стенка — однослойный плоский эпителий; покрыты сурфактантом (снижает поверхностное натяжение, предотвращает спадение); оплетены капиллярами. Суммарная площадь альвеол — около 100–150 квадратных метров. Газообмен в лёгких: кислород из воздуха альвеол диффундирует в капилляры (в кровь); углекислый газ из крови диффундирует в альвеолы; движущая сила — разница парциальных давлений. В тканях: кислород из крови диффундирует в клетки; углекислый газ — из клеток в кровь.

Дыхание — активный процесс с участием мышц. Вдох — активный: диафрагма (главная дыхательная мышца) сокращается и уплощается; наружные межрёберные мышцы сокращаются, рёбра поднимаются и раздвигаются; объём грудной полости увеличивается; давление в лёгких падает ниже атмосферного; воздух засасывается в лёгкие. Выдох — пассивный (в покое): диафрагма расслабляется и поднимается; внутренние межрёберные мышцы расслабляются; объём грудной полости уменьшается; давление повышается; воздух выходит. При форсированном выдохе: внутренние межрёберные мышцы и мышцы живота активно сокращаются. Частота дыхания в покое: 14–18 вдохов в минуту. Дыхательный объём (при спокойном дыхании): около 500 мл. Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ): 3,5–5 литров.

Регуляция дыхания — нервная и гуморальная. Дыхательный центр: расположен в продолговатом мозге; задаёт ритм дыхания; контролируется корой больших полушарий (произвольная задержка дыхания). Главный стимул дыхания — избыток углекислого газа в крови (повышение концентрации CO₂ и снижение pH): хеморецепторы в продолговатом мозге и сонных артериях улавливают рост CO₂; нервные импульсы → дыхательный центр → усиление и учащение дыхания. Внимание! Главный стимул дыхания — не дефицит кислорода, а избыток углекислого газа. Гипервентиляция (учащённое глубокое дыхание) снижает CO₂ в крови → может привести к головокружению и обмороку. Рефлекс Геринга-Брейера: растяжение лёгких при вдохе тормозит вдох (защита от перерастяжения).

Перенос кислорода. Гемоглобин (Hb) в эритроцитах: четыре субъединицы, каждая с гемом; один атом железа (Fe²+) в геме связывает одну молекулу O₂; оксигемоглобин (HbO₂) — ярко-красный; присоединение O₂ в лёгких, отдача в тканях; 97–98% кислорода переносится гемоглобином; 2–3% растворено в плазме. Перенос углекислого газа. Первое — в виде бикарбоната (гидрокарбоната, HCO₃⁻) в плазме: около 70%; CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ (катализируется карбоангидразой в эритроцитах). Второе — карбогемоглобин (связан с гемоглобином): около 20%. Третье — растворённый CO₂ в плазме: около 10%. Угарный газ (CO): связывается с гемоглобином в 200–300 раз прочнее кислорода → карбоксигемоглобин → блокирует перенос O₂ → отравление.

Пневмония: воспаление лёгочной ткани; возбудители: бактерии (пневмококк), вирусы, грибы; воспалительный экссудат заполняет альвеолы → нарушение газообмена. Бронхиальная астма: хроническое воспаление и спазм бронхов; приступы удушья; аллергическая или неаллергическая форма; лечение: бронходилататоры, ингаляционные кортикостероиды. Туберкулёз: Mycobacterium tuberculosis (микобактерия туберкулёза); образует гранулёмы (туберкулы) в лёгких; внутриклеточный паразит макрофагов; воздушно-капельный путь передачи; устойчивость к кислоте — основа диагностики (окраска по Цилю-Нильсену). Хроническая обструктивная болезнь лёгких (ХОБЛ): разрушение альвеолярных перегородок (эмфизема) + хронический бронхит; главная причина — курение. Рак лёгких: ведущая причина — курение (80–90% случаев).

Выделение — удаление из организма конечных продуктов обмена веществ (мочевины, мочевой кислоты, CO₂, воды, избытка солей). Органы выделения. Почки: основной орган выделения; удаляют мочевину, мочевую кислоту, избыток воды и солей; регулируют состав крови. Лёгкие: выделяют CO₂ и воду (около 300 мл в сутки). Кожа: потовые железы выделяют воду, соли, мочевину (около 1% от почечного выделения). Кишечник: выделяет непереваренные вещества, желчные пигменты, некоторые соли. Центральный орган — почки. Мочевыводящие пути: почечные лоханки → мочеточники (два, длиной около 30 см) → мочевой пузырь (ёмкость 300–500 мл) → мочеиспускательный канал.

Почка — парный орган бобовидной формы; масса около 150 граммов; расположена в забрюшинном пространстве. Строение почки: корковое вещество (наружный слой); мозговое вещество (внутренний слой, 10–15 почечных пирамид); почечная лоханка (коллектор мочи). Нефрон — структурная и функциональная единица почки; в каждой почке около 1 миллиона нефронов. Строение нефрона. Почечное тельце (клубочек): клубочек капилляров (гломерула) + капсула Боумена-Шумлянского; здесь происходит фильтрация. Проксимальный каналец: реабсорбция глюкозы, аминокислот, воды, солей. Петля Генле: концентрирование мочи. Дистальный каналец: дополнительная реабсорбция, секреция ионов водорода и калия. Собирательная трубочка: окончательное концентрирование мочи под действием АДГ.

Первичная моча (ультрафильтрат): в клубочке под давлением кровь фильтруется через поры капилляров в капсулу Боумена; в фильтрат проходит: вода, глюкоза, аминокислоты, мочевина, соли — всё, кроме крупных белков и клеток крови; объём первичной мочи: около 180 литров в сутки. Реабсорбция: обратное всасывание нужных веществ в кровь по мере прохождения через каналец; возвращается 99% воды, вся глюкоза, все аминокислоты, большинство солей; остаётся мочевина, избыток солей, токсины. Секреция: в канальцах из крови активно секретируются некоторые вещества (аммиак, ионы водорода, ионы калия, некоторые лекарства). Вторичная моча: около 1,5–2 литров в сутки; содержит мочевину (2%), мочевую кислоту, соли, воду; не содержит глюкозы и белков в норме. Внимание! Глюкоза в моче (глюкозурия) — признак диабета или почечной патологии.

АДГ (антидиуретический гормон, вазопрессин) — вырабатывается в гипоталамусе, хранится и выделяется задней долей гипофиза. Механизм действия: АДГ повышает проницаемость собирательных трубочек для воды → больше воды реабсорбируется → моча концентрируется → выделяется меньше мочи. Регуляция выработки АДГ: осморецепторы гипоталамуса реагируют на повышение осмолярности плазмы (обезвоживание) → выделяют больше АДГ → почки удерживают воду. Снижение объёма крови (барорецепторы) → выделение АДГ → удержание воды. Алкоголь подавляет выработку АДГ → обильное мочеиспускание, обезвоживание. Несахарный диабет: дефицит АДГ или нечувствительность к нему → до 20 литров мочи в сутки (полиурия), жажда (полидипсия). Внимание! Несахарный диабет не связан с поджелудочной железой и инсулином.

Белки содержат азот; при их катаболизме образуются азотсодержащие отходы — «азотистые шлаки». У человека и млекопитающих основной азотистый продукт — мочевина (карбамид). Синтез мочевины: в печени в цикле мочевины; аммиак (ядовит) → мочевина (относительно нетоксична) → выводится почками. Пуриновые основания (аденин, гуанин) расщепляются до мочевой кислоты: у человека мочевая кислота — конечный продукт пуринового обмена; у большинства других млекопитающих мочевая кислота превращается в аллантоин. Гиперурикемия (повышенная мочевая кислота в крови): подагра — отложение кристаллов уратов в суставах (особенно большого пальца ноги); почечнокаменная болезнь. Крейтинин: конечный продукт распада крейтинфосфата в мышцах; выводится почками; уровень в крови — маркер функции почек.

Острая почечная недостаточность: резкое снижение фильтрации; задержка токсинов в крови (уремия); причины: отравления, шок, тяжёлые инфекции, обструкция; может быть обратимой при лечении. Хроническая почечная недостаточность: прогрессирующее уменьшение числа нефронов; конечная стадия — требует гемодиализа или трансплантации почки. Гемодиализ — «искусственная почка»: кровь пациента прогоняется через полупроницаемую мембрану, которая удаляет токсины методом диффузии; пациент на гемодиализе 3 раза в неделю. Мочекаменная болезнь: образование камней (оксалат кальция, ураты) в лоханках почек; боли (почечная колика) при прохождении камней по мочеточнику. Пиелонефрит: воспаление почечной лоханки и паренхимы почки; чаще у женщин; возбудитель — E. coli.

Внимание! Первая ошибка — думать, что главный стимул дыхания — дефицит кислорода. Нет: главный стимул — избыток углекислого газа в крови; именно повышение CO₂ стимулирует дыхательный центр. Вторая ошибка — путать первичную и вторичную мочу. Первичная моча образуется при фильтрации (180 л/сутки) и содержит глюкозу и аминокислоты; вторичная — после реабсорбции (1,5 л/сутки), глюкозы нет в норме. Третья ошибка — считать, что CO₂ переносится только кровью растворённым. Основная форма переноса CO₂ — бикарбонат в плазме (около 70%), не растворённый газ. Четвёртая ошибка — думать, что лёгкие не участвуют в выделении. Лёгкие выделяют CO₂ и воду — это тоже выделение. Пятая ошибка — путать несахарный и сахарный диабет. Сахарный — нарушение обмена глюкозы (инсулин); несахарный — дефицит АДГ, нарушение концентрирования мочи.