Дыхательные движения. Жизненная емкость лёгких. 8-й класс

Разделы: Биология

Класс: 8

Образовательные и развивающие задачи урока: сформировать понятие «жизненная емкость легких», разъяснить механизм вдоха и выдоха, роль дыхательного центра в ритмичном чередовании вдоха и выдоха, раскрыть механизм нейрогуморальной регуляции дыхания.

Оборудование: таблица «Органы дыхания», диафильм «Регуляция дыхательных движений. Приемы искусственного дыхания», модель, поясняющая механизм вдоха и выдоха, раздаточный материал.

Ход урока 

I. Организационный момент.

П. Актуализация опорных знаний.

1. Индивидуальная работа по карточкам

2. Фронтальный опрос

Примеры вопросов и заданий обязательного уровня.

  1. Какую роль в организме человека изучает кислород?
  2. В чем заключается основная функция дыхательной системы?
  3. Какими органами она образована?
  4. В каком органе дыхательной системы происходит газообмен? Каковы особенности строения этого органа?
  5. Как изменяется воздух в дыхательных путях? Почему надо дышать носом, а не ртом?

Примеры вопросов и заданий повышенного уровня.

  1. В чем сущность дыхания? Из каких этапов состоит этот процесс у человека?
  2. Расположите последовательно органы, образующие воздухоносные пути, начиная с носовой полости.
    A. Носовая полость
    Б. Трахея
    B. Гортань
    Г. Носоглотка
    Д. Бронхи
    Е. Бронхиолы
  3. Как образуется звук в гортани? От чего зависят его сила и высота? Какие органы участвуют в формировании членораздельной речи?
  4. В чем проявляется связь строения и функции органов дыхания?
  5. Почему обычно пища не попадает в гортань? Дайте физиологическое обоснование поговорки «Когда я ем, я глух и нем».

III. Изучение новой темы

Учитель сообщает тему урока и акцентирует внимание учащихся на доску, где записан план занятия.

  1. Механизм легочной вентиляции:
    1. вдох;
    2. выдох.
  2. Жизненная емкость легких.
  3. Регуляция дыхания. Роль дыхательного центра в ритмическом чередовании вдоха и выдоха.
  4. Влияние гуморальной регуляции на дыхательный центр.
  5. Искусственное дыхание.

После ознакомления с планом работы учитель просит сформулировать основные задачи урока.

«Дыхание – значит жизнь». Эта фраза бесспорна.

►Обычно дыхание ассоциируется с вдохом и выдохом, т.е. дыхательными движениями, необходимыми для вентиляции легких у человека. Издавна интересовала ученых и врачей и причина вдоха и выдоха. В свое время было предложено несколько гипотез, объясняющих это явление: а) воздух самотеком входит, раздувает легкие и расширяет грудную клетку; б) легкие в грудной полости расширяются и засасывают (втягивают) атмосферный воздух внутрь (вдох), а, сжимаясь, выталкивают его (выдох).

– С какой гипотезой вы согласны? Ответ свой объясните.

Действительно, воздух поступает в легкие, потому что они способны менять свой объем благодаря высокой эластичности альвеол.

Но легкие – орган дыхания – не имеют мышц, однако при дыхании они расширяются и сжимаются. Благодаря чему легкие обладают такой способностью?

Легкие самостоятельно никогда не растягиваются и не сокращаются, они пассивно следуют за грудной клеткой.

Полость же грудной клетки расширяется благодаря сокращению дыхательных мышц, к которым в первую очередь относятся диафрагма и межреберные мышцы. Диафрагма при вдохе опускается на 3-4 см. Опускание ее на 1 см увеличивает объем грудной клетки на 250-300 мл. Таким образом, только за счет сокращения диафрагмы объем грудной клетки увеличивается на 1000-1200 мл. На прошлом занятии мы с вами говорили о плевральной щели, которая образуется между двумя листками плевры и герметически закрыта. Давление в ней ниже атмосферного, за счет отрицательного давления в плевральной полости легкие следуют за расширившейся грудной клеткой, растягиваются. В растянутых легких давление становится ниже атмосферного, и в результате разности давления атмосферный воздух устремляете через дыхательные пути в легкие. Происходит вдох. Кроме того, активное участие в дыхании принимают и межреберные мышцы, которые при их сокращении приподнимают ребра за счет чего, также увеличивается объем грудной полости.

За вдохом наступает выдох. При обычном выдохе диафрагма и межреберные мышцы расслабляются, грудная клетка спадается и ее объем уменьшается. При этом объем легких уменьшается, и воздух выходит наружу.

Поступление воздуха в легкие и его изгнание из легких можно пронаблюдать на модели, носящей имя своего изобретателя, физиолога Дондерса.

Учитель демонстрирует механизмы вдоха и выдоха на модели.

В сильном выдохе участвует брюшной пресс, который, напрягаясь, давит на внутрибрюшные органы. Они, в свою очередь, давят на диафрагму, которая еще более выпячивается в полость грудной клетки.

Будут ли работать легкие, если нарушится герметичность грудной клетки? Ответ отрицательный.

Учитель подтверждает ответ на модели. (Если вставить спичку между наружной стенкой воронки и шариком, изображающим диафрагму, в месте их соприкосновения так, чтобы воздух внутри воронки соединялся с наружным, то модель работать не будет.)

Поступление воздуха в плевральную щель (или в полость плевры) при нарушении целостности ее стенок называется пневмотораксом. Частичный пневмоторакс с успехом применяется при лечении туберкулеза легких. Врач специальной иглой прокалывает грудную клетку и впускает в плевральную щель определенное количество газа. Давление в ней искусственно повышается, и движение легких значительно ограничивается, а это создает покой больному органу. Клетки плевры обладают способностью поглощать воздух, поэтому чрез некоторое время они полностью удаляют газ из плевральной щели и в ней опять устанавливается пониженное давление.

Давайте подведем итоги этой части урока.

1. Механизм вдоха

  • сокращение дыхательных мышц (межреберных и диафрагмы)
  • увеличение объема грудной полости
  • уменьшение давления в грудной полости и в полости легких
  • засасывание атмосферного воздуха через воздухоносные пути

2. Механизм выдоха

  • опускание ребер и расслабление диафрагмы
  • уменьшение объема грудной полости и полости легких
  • увеличение давления в легких
  • выталкивание части воздуха наружу

3. Поступление воздуха во время вдоха в легкие и выталкивание воздуха из легких из воздуха являются физическими процессами. Доказать это положение мы можем тем, что нам удалось смоделировать этот процесс на неживом объекте. Следовательно, законы физики едины для органического и неорганического мира.

Следует отметить, что у человека в дыхании принимают участие не только легкие, но и вся поверхность тела - кожа от пяток до головы. Особенно усиленно дышит кожа на груди, спине и животе. Интересно, что по интенсивности дыхания эти участки кожи значительно превосходят легкие. Так, например, с единицы поверхности такой кожи может поглощаться на 28 % больше О2, а выделяться на 54 % больше СО2, чем в легких. Это превосходство кожи над легкими обусловлено тем, что кожа «дышит» чистым воздухом, а свои легкие мы проветриваем плохо. Чем плохи наши легкие?

Не весь вдыхаемый воздух участвует в газообмене с кровью. А именно, воздух, оказавшийся в конце вдоха в трахее и бронхах, не сможет отдать кислород в кровь и взять оттуда углекислый газ, так как в этих местах почти нет кровеносных сосудов. Поэтому часть объема легких, занимаемую трахеей и бронхами (вместе с объемом верхних дыхательных путей), принято называть «мертвым пространством». Обычно мертвое пространство в легких человека имеет объем около 150 см3. Наличие этого пространства не только не позволяет соответствующему количеству свежего воздуха достичь внутренней поверхности альвеол, богатой кровеносными сосудами, но и уменьшает среднюю концентрацию кислорода в той части воздуха, которая достигла альвеол. Это происходит из-за того, что в начале каждого вдоха в альвеолы поступает воздух из мертвого пространства, который представляет собой последнюю концентрацию только что выдохнутого воздуха. Поэтому концентрация кислорода в воздухе, поступающем в альвеолы в начале вдоха, низка и не отличается от таковой в выдыхаемом воздухе. Движение воздуха в легких меняет свое направление при переходе от вдоха к выдоху. Поэтому почти половину времени легкие практически бездействуют, т. к. свежий воздух в фазу выдоха в легкие не поступает. В результате этого к концу выдоха концентрация кислорода в альвеолярном воздухе уменьшается в полтора раза по сравнению с его концентрацией в атмосфере. Так как во время богатый кислородом вдыхаемый воздух перемешивается в альвеолах с воздухом, находившемся там ранее, то получившаяся смесь, которая и обменивается газами с кровью, содержит кислород в меньшей концентрации, чем атмосфера.

У человека легкие занимают около 6% объема тела независимо от его веса. Но объем легкого меняется при вдохе не всюду одинаково. 

Учитель вешает на доску схему легочных объемов.

Измеряя дыхание, мы можем судить об интенсивности обмена веществ в организме.

Объем воздуха, вдыхаемый при обычном (неизменном) вдохе и вдыхаемый при обычном (неусиленном) выдохе, называется дыхательным объемом.

Объем максимального выдоха после предшествовавшего максимального вдоха называется жизненной емкостью легких (ЖЕЛ).

Равна ли ЖЕЛ всему объему легких? Нет.

Это связано с тем, что легкие никогда не спадают, в них содержится так называемый остаточный объем.

Воздух, который вдыхается максимальным усилием после нормального вдоха, называется резервным объемом выдоха. Функциональная остаточная емкость состоит из резервного объема выдоха и остаточного объема. Это тот находящийся в легких воздух, в котором разбавляется нормальный дыхательный воздух. Вследствие этого состав газа в легких после одного дыхательного движения обычно резко не меняется.

Интенсивность вентиляции зависит от физической нагрузки, т. к. работающая ткань быстрее поглощает кислород.

Во время сна человек за 1 час поглощает от 15 до 20 л О2; когда он бодрствует, но лежит, потребление О2 увеличивается на 1/3, при ходьбе – вдвое, при легкой работе – втрое, при тяжелой в шесть и более раз.

Активность газообмена влияет на жизненную емкость легких.

Проанализируйте средние показатели ЖЕЛ спортсменов, занимающихся разными видами спорта. Почему отличаются средние показатели ЖЕЛ у спортсменов?

Сделайте выводы:

  1. как влияет мышечная активность на легочную вентиляцию?
  2. Как спорт и физическая нагрузка способствуют развитию мышц, участвующих в дыхательных движениях?

Человек дышит ритмично. С первого и до последнего дня жизни ритм дыхания у него не нарушается, изменяется лишь его частота. Новорожденный ребенок 60 раз в мин совершает дыхательное движение, пятилетний – 25, с 15-16 лет частота дыхания устанавливается 16-18 раз в мин. и сохраняется такой до старости, а в старости вновь учащается.

Спортсмен Показатели ЖЕЛ, мл
Штангист 4000
Футболист 4200
Гимнаст 4300
Пловец 4900
Гребец 5500

Регуляция дыхания

– Чем же определяется ритм дыхания? От чего он зависит?

1. Чтобы ответить на эти вопросы, мы с вами просмотрим диафильм. Обратите внимание на схему регуляции движения, которая висит на доске. После просмотра диафильма вам предстоит работа с этой схемой. Демонстрируется 1 фрагмент «Регуляция дыхательных движений».

2. Работа с текстом учебника.

Учитель просит рассказать о том, как происходит вдох по предложенной схеме.

Учащиеся объясняют рефлекторный механизм выдоха с опорой на схему.

– Какое влияние оказывает на работу дыхательного центра углекислый газ?

IV. Общие выводы урока

  1. Воздух поступает в легкие благодаря дыхательным движениям, в которых участвуют межреберные мышцы и диафрагма.
  2. Дыхательные движения происходят автоматически благодаря нервным импульсам, возникающим каждые 4 с в дыхательном центре продолговатого мозга. Вдох рефлекторно вызывает выдох, а выдох вызывает вдох.
  3. На работу дыхательного центра оказывает влияние кора больших полушарий.
  4. Большое значение для поддержания постоянной концентрации углекислого газа и кислорода в крови имеет гуморальная регуляция дыхания.

Закрепление изученного материала

Решите задачи.

  1. Сколько воздуха проходит чрез легкие человека при спокойном дыхании в минуту, в 1 ч, в сутки, если дыхательный объем воздуха равен 500 мл, а частота дыхания – 18 раз в минуту?
  2. Зная, что во вдыхаемом воздухе содержится около 20% кислорода, определите, сколько О2 человек пропускает чрез легкие в сутки при спокойном дыхании.
  3. Зная, что выдыхаемый воздух содержит 4% углекислого газа, определите, сколько ученик выделяет СО2 в 1 минуту, в 1 ч, сколько – все учащиеся класса в 1 ч.

Работа с криптограммой (использование игрового момента)

Домашнее задание:

Изучить текст учебника, с. 143-144, выполнить задание к тексту, с. 146-147, работа со словариком, выполнить задание №111 в рабочей тетради.

Индивидуальное задание: подготовить сообщения к следующему занятию.

Сообщение 1. «Дыхание на Эльбрусе». 

Дополнительная литература:

  1. Источник. Детская энциклопедия. Человек. Т. 7 — М.: «Педагогика», 1975. Биология. 9 класс. Сборник рефератов. Часть 2. - М.: «ЭКСМО», 2003. Сообщение 2. «Ныряем!»
  2. Источник. Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986 - (Б-чка «Квант». Вып. 49).
  3. Биология. 9 класс. Сборник рефератов. Часть 2. - М.: ЭКСМО, 2003.

Презентация.