Ahogy lélegezni
másolat
1 Hogyan lélegezni? K. Bogdanov Mi azt mondja az EKG? Denevérek a sötétben, hogy utolérjék a szúnyogok? Mint postagalambok megtalálni a hazafelé? Válaszokat ezekre és sok más kérdésre biofizika kutató tudomány fizikai jelenségek az élő szervezetekben, ami fekszik a kereszteződésekben a fizika és a biológia, a legújabb eredmények a fizika biológiai kutatásokban. Tegyen próbára minket, felfegyverkezve ismeretek iskolai fizika, hogy válaszoljon egy látszólag egyszerű kérdés: hogyan lélegezni? A légúti rendszer normál légzés során a szervezetünkben fogyaszt napi mintegy 0,5 kg oxigén és kiosztja közel azonos mennyiségű szén-dioxidot. És az oxigénellátást és a szén-dioxid-végzik a tüdőn keresztül. A belső tér a tüdő keresztül az atmoszférába jut a légutak. Airways állnak az orrüreg, ahol a belélegzett levegő nedvesített és melegítjük, garat, gége, légcső, és a két fő hörgők légbevezető jobbra illetve a bal tüdőben. Minden bronchus zúzott kisebb hörgők (apró hörgők), és véget ér a mikroszkopikus buborékok pulmonális alveolusok, körül minden oldalról sűrű érhálózat. Alveolusok, amely mintegy 700 millionov a felnőtt, a összekapcsolt buborékok levegővel töltött. Az átmérője a léghólyagok átlagosan 0,1 mm, falvastagság 0,4 mm. A teljes felülete az alveolusok a felnőtt körülbelül 100 m 2. Minden egyes alkalommal a vérerek, Entangling alveolusok körülbelül 70 ml vért, amely az alveolusok diffundál a szén-dioxid és az oxigén a fordított irányban. A hatalmas felülete alveolusok lehetővé teszi kevesebb mint egy másodperc, hogy telítse a vért oxigénnel és felszabadulását a felesleges szén-dioxid. A légzés és a buborékok könnyű, ha veszünk egy mély levegőt? Ami a levegő nyomását a tüdő (alveolusok belső) belégzés alatt meghaladja a nyomás kívül (és a mellüreget)? Ha azt feltételezzük, hogy minden egyes alveolus egy üreges labda készült rugalmas membrán, majd a nyomást fenntartásához szükséges ez a golyó a felfújt állapotban, amikor egy adott külső nyomást kell meghatározni teljesen labda átmérője és rugalmas tulajdonságait a membránon. Igaz ez? 1429-ben egy svájci tudós Karl von Niirgard találtuk, hogy a szükséges nyomást a lélegeztetés, jelentősen csökkenthető, ha a tüdő megtelik sós. Ez nem egyezik azzal a gondolattal, az alveolusok rugalmas üreges golyó: ha a belégzési kellett legyőzni csak a rugalmas erő, akkor erőfeszítéseink nem lesznek attól függ, hogy tele vagy nem egyszerű megoldás, mert a rugalmas erő e nem függ. Nyert adatok Niirgardom érthetővé válik, amikor azt találtuk, hogy egyes alveoluszt belsejében borított vékony réteg folyékony. Ez a tény jelentősen befolyásolja a mechanikai tulajdonságait az alveolusok. Különösen a szükséges nyomást felfújja alveolusok, nagyobb, mint abban az esetben az üreges labdát a tüdőszövetben. Itt van miért. Ismeretes, hogy a felület a folyadék úgy viselkedik, mint egy kifeszített fólia felületi feszültsége. Ahhoz, hogy értékelje a szerepe a felületi feszültség az alveolusokban mechanika, tekintsünk egy folyékony film, amelynek gömb alakú, a legegyszerűbb példa egy ilyen film buborék. A levegő nyomását a buborék belsejében miatt a felületi feszültség a folyadék mindig nagyobb, mint a külső nyomás. Nagysága a túlnyomás belsejében egy R sugarú gömbben által meghatározott Laplace kapcsolat p = 2σ R, ahol σ a felületi feszültség a film. Ez a túlnyomás nagyobb 1
2 kisebb, mint a gömb sugara. A filmben buborék, és a belső és külső felületek a levegővel érintkezve, és a σ értéke a film kétszeresével egyenlő felületi feszültség a folyadék. A alveolusok levegő folyadék érintkeztetéssel végzik csak egy oldalról, belülről. Ábra. Nézzük becsüli 1 p. Az intersticiális folyadék σ = N / m; Mi ez az érték és a folyékony bélés belső felületén alveolusok. Feltételezve, R = 50 m = m, megkapjuk p = n / m 2. Az 1. ábra mutatja a tüdő térfogata a nyomás bennük (pontosabban,, hogy mennyi nyomás nagyobb, mint a külső). A grafikonok azt mutatják, hogy, ha nem az összes, akkor legalább egy jelentős részét a nyomás, nyújtás a tüdő inhalálás során, az, hogy legyőzzük a felületi feszültség erők. Amikor a tüdőt fiziológiás sóoldattal töltött, csak a további nyomást leküzdéséhez szükséges a rugalmas tulajdonságait tüdőszövet. Nyilvánvaló, hogy a különbség a két görbe az 1. ábrán, és képviseli a hozzájárulását a felületi feszültség erők a tüdő rugalmasságának. Normál humán tüdő belégzési térfogat mintegy 50% -a a maximális térfogatukat. Amint az az 1. ábrán, ebben a tartományban a hozzájárulást a felületi feszültség több mint 30%. Nem olyan egyszerű Engaging felületi feszültség erők megmagyarázni a mechanikai tulajdonságait a tüdő vezet a következő „paradoxon” a magyarázata közötti kölcsönhatás a szomszédos alveolusok. A 2. ábra vázlatosan két szomszédos alveolusok, amelynek különböző méretű. Tegyük fel először, hogy az alveoláris levegő terek nem kommunikálnak egymással (2a ábra). A levegő nyomása a P 1 a bal alveolus nagyobb, mint a nyomás p 2 a jobb (R 1 if ($ this-> show_pages_images $ PAGE_NUM doc [ 'images_node_id']) 
4 még mindig sok a csecsemők világszerte meghal, és nem teszi az első lélegzetet, hiánya miatt, vagy a felületaktív anyagot nem a saját alveolusok. Ábra. 3. A kivétel a szabály alól azonban számos állat lélegezni könnyű, nem szenved az a tény, hogy nincs felületaktív saját alveolusok. Először is érinti a hidegvérű békák, gyíkok, kígyók, krokodilok, és így tovább. D. Mivel ezek az állatok nem kell energiát pazarolni a fűtés saját test, az oxigént igények átlagosan tízszer kisebb, mint a melegvérű állatok. Ezért a felszínen a tüdő, amelyen keresztül a gázcsere zajlik a vér és a levegő hideg kevesebb, mint meleg. A relatív csökkenése a felülete a fény egységnyi térfogatának, hideg társított növekedés mintegy tízszer átmérőjének alveolusok képest melegvérű alveolusokba. A viszonylag nagy sugara az alveolusok segítségével könnyedén fújja őket, még távollétében felületaktív belső felület (p
1 / R). A második állatcsoportban, a tüdő amelyben nem felületaktív anyag és a madarak. A madarak melegvérű és meglehetősen élénk életmód. Az energiaköltségek madarakat és emlősöket az azonos súlyú közel egymáshoz. Nagy és a madarak szükséges oxigént. Továbbá tüdejében madarak egy egyedülálló képessége, hogy telítse a vér oxigén nagy magasságban repülési (kb 6000 m), ahol a koncentráció a levegőben esik kétszeresen koncentráció tengerszinten. Bármilyen emlős (beleértve az embert is) magasságban kezdi érezni az oxigénhiány, súlyosan korlátozza a motoros aktivitást, és néha még beleesik egy félájult állapotban. Olyan egyszerű, mint lehetséges, hogy egy madár, aki nem rendelkezik a felületaktív lélegezni, és telített a vér oxigénnel? Miért nem működik az emlősök? Nézzük önkritika. Mi a baj a tüdőben? Először is, nem minden belélegzett levegő is részt vesz a gázcsere a vér: beszorult levegő a belégzés vége a légcső és a hörgők, nem lesz képes, hogy az oxigént a vér, és vegye ki a szén-dioxidot, mert ezeken a területeken gyakorlatilag nincs tüdő ereket. Ezért része a tüdő által elfoglalt térfogat légcső és a hörgők, az úgynevezett „holt tér”. Jellemzően a „holt tér” az emberi tüdő kapacitása körülbelül 150 cm 3. Lehetőség van, hogy mesterségesen növelje a „holt tér” kényszeríteni magát, ha a légzés egy hosszú cső. Aki már próbálta megtenni, valószínűleg észrevette, hogy amikor szükség van, hogy növelje a mély légzés (légzési térfogat). Nyilvánvaló, hogy ha az összeg a „holt tér” egyenlőre a lehető legnagyobb belélegzés (körülbelül 4,5 dm 3), akkor az a személy elkezdi megfojtani, mert a friss levegő egyáltalán nem lesz többé lépnek az alveolusok. Így a létezését „holt tér” a légzőrendszer emlősök „hiba” a természet. Fény létrehozására emlősök, természet, a mi véleményünk, és egy második „hiba”. Ez a hátrány annak a ténynek köszönhető, hogy a mozgás a levegő a tüdőben változtatja 4
5 irányba való átmenetnél belégzésről lejárati. Ezért szinte a fele időben fény gyakorlatilag inaktív kilégzéskor friss levegőt, hogy az alveolusok nem érkezik. De a madarak természet ismét elérte a tökéletességet. Eltekintve a hagyományos könnyű, a madarak egy további rendszerrel, amely öt vagy több pár légzsákok az fény. Az üregek ezek a táskák széles ága a szervezetben, és bemegy néhány csontot, néha még a kis csontok a ujjperceket. Ennek eredményeként, a légzőrendszer kacsák, például körülbelül 20% -a mennyiség a test (2% és 18% a tüdő légzsákokat), míg egy személy csak 5%. Egyszerű madarak, ellentétben a tüdő egy emlős, egy sor párhuzamos kapcsolódik a két nyitott oldalán vékony cső körül ereket. Vegyület zsákok fényt úgy, hogy az inhalálás során a levegő átáramlik a tüdő madarak ugyanabba az irányba, mint a kilégzés során. Így, az alatt az légzés csak a térfogata léghólyagocskáinak madarak változhat, és a fénymennyiség közel állandó marad. És mivel nincs szükség felfújni a tüdőben, nem szükséges, és a felületaktív anyagot a madár tüdejébe. Itt van, hogyan lehet mondani egy csomó érdekes dolgot válaszul egy látszólag egyszerű kérdést, hogy hogyan lélegzik. 5