35. Етапи дихання. Газообмін у легенях і тканинах

• Назад до змісту

🔍🧪 БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Шлях молекули кисню від носової порожнини до нейрона мозку.

1. Носова порожнина: Кисень надходить із повітря через ніздрі в носову порожнину. Тут повітря зігрівається, зволожується та очищається.

2. Дихальні шляхи: Повітря проходить через носоглотку, гортань, трахею та бронхи.

3. Легені: Повітря досягає легень, а потім альвеол, які вкриті густою сіткою капілярів.

4. Газообмін у легенях: У альвеолах кисень потрапляє шляхом дифузії крізь стінки альвеол і капілярів у кров.

5. Транспорт кров’ю: У крові кисень переважно зв’язується з гемоглобіном в еритроцитах, утворюючи оксигемоглобін. Ця кров стає артеріальною.

6. Система кровообігу: Артеріальна кров виштовхується лівим шлуночком у велике коло кровообігу, проходячи через аорту та артерії до всіх органів.

7. Газообмін у тканинах: Кров надходить у капіляри мозку. Там кисень потрапляє шляхом дифузії з капілярів, де його концентрація більша, через тканинну рідину до нейронів.

8. Нейрон: Кисень використовується нейроном у мітохондріях для клітинного дихання, щоб окиснити органічні речовини й отримати енергію (АТФ).

🧠 ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. Чому часто чуємо помилкове твердження, що в легенях кисень перетворюється на вуглекислий газ. Аргументовано спростуй його.

Кисень не перетворюється на вуглекислий газ у легенях. У легенях відбувається газообмін завдяки дифузії. Кисень надходить з альвеол у кров, а вуглекислий газ надходить із крові до альвеол. Вуглекислий газ утворюється в клітинах організму (у тому числі в нейронах) під час окиснення органічних сполук у мітохондріях, що є внутрішнім диханням.

2. Для порятунку людини, що зазнала отруєння чадним газом, використовують барокамери, у яких створюється підвищений тиск повітря, насиченого киснем. Як такі пристрої допомагають доправити кисень до клітин?

При отруєнні чадним газом (CO) гемоглобін утворює з ним стійку сполуку — карбоксигемоглобін, і через це втрачає здатність переносити кисень.

У барокамері створюється високий тиск повітря, збагаченого киснем. Завдяки цьому тиску кисень починає розчинятися безпосередньо в плазмі крові. Саме плазма, а не еритроцити, доставляє цей розчинений кисень до клітин, забезпечуючи їхні потреби в обхід заблокованого гемоглобіну.

❓ ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Назви етапи дихання і коротко схарактеризуй їх.

• Вентиляція легень (зовнішнє дихання): Це процес надходження повітря в легені під час вдиху та його виведення під час видиху.
• Газообмін у легенях: В альвеолах кисень з повітря переходить у кров, а вуглекислий газ — з крові у повітря. Це відбувається завдяки різниці тисків газів.
• Транспорт газів кров’ю: Кров переносить кисень від легень до всіх клітин тіла, а вуглекислий газ — у зворотному напрямку, від клітин до легень.
• Газообмін у тканинах: Кисень із крові надходить у клітини, а вуглекислий газ із клітин переходить у кров.
• Клітинне дихання (внутрішнє дихання): Клітини використовують кисень для розщеплення органічних речовин, унаслідок чого виділяється енергія для життєдіяльності.

2. Як будова легень пристосована до здійснення газообміну?

• Велика площа поверхні: Легені складаються з мільйонів дрібних пухирців — альвеол, що значно збільшує загальну площу контакту повітря з кров’ю.
• Тонкі стінки: Стінки альвеол та капілярів, що їх обплітають, складаються лише з одного шару клітин. Це дозволяє газам (кисню та вуглекислому газу) легко проникати крізь них.
• Густа сітка капілярів: Альвеоли густо обплетені кровоносними капілярами, що забезпечує постійний та тісний контакт крові з повітрям, яке знаходиться в легенях.

3. Порівняй газообмін у легенях і тканинах.

4. Унаслідок окиснення глюкози у клітинах утворюється вуглекислий газ. Опиши ланцюжок подій, що описує його шлях по організму людини.

Вуглекислий газ утворюється в клітинах, наприклад, нейронах, під час окиснення органічних речовин у мітохондріях. Вуглекислий газ завдяки дифузії потрапляє з клітин через тканинну рідину в капіляри. У крові частина CO2 зв’язується з гемоглобіном, утворюючи карбгемоглобін, а більшість транспортується в розчиненому стані в плазмі та еритроцитах. Ця венозна кров повертається венами великого кола кровообігу до правого передсердя, а потім до правого шлуночка. Правий шлуночок виштовхує венозну кров у легеневі артерії. Кров надходить у капіляри легень, де CO2 через явище дифузії потрапляє з крові в альвеоли. CO2 виводиться з організму з видихуваним повітрям.

А ось захоплива історія)

Я народилася у клітині м’яза, коли та отримувала енергію. Звідти мене одразу виштовхнуло у кров’яну річку. Більшість моїх сестер-молекул для зручності перетворилися на гідрокарбонат-іони й попливли з плазмою, інші причепилися до гемоглобіну, а я просто розчинилася у воді плазми.

Течія пронесла нас через гуркотливе серце і доправила до легень. Тут я відчула, що мене тягне назовні. Я вискочила з крові в повітряний мішечок-альвеолу, і потужний потік повітря під час видиху виніс мене у світ. Моя подорож закінчилася.

5. Робота з медіаресурсами. Доведи, що отруєння чадним газом смертельно небезпечне. Скористайся матеріалами в додатку (завдання 35.4). Розкажи, як запобігти отруєнню.

Отруєння чадним газом (CO) смертельно небезпечне, тому що цей газ утворює з гемоглобіном дуже стійку сполуку — карбоксигемоглобін. Цей зв’язок набагато міцніший за зв’язок гемоглобіну з киснем. У результаті гемоглобін “блокується” і не може транспортувати кисень до клітин. Виникає гостре кисневе голодування, від якого насамперед страждають мозок і серце, що може швидко призвести до смерті.

Щоб запобігти отруєнню, потрібно:

• Регулярно перевіряти справність газових приладів, печей та димоходів.
• Забезпечити хорошу вентиляцію у приміщеннях, де використовуються опалювальні прилади.
• Не використовувати газові плити для обігріву квартири.
• Не заводити двигун автомобіля у закритому гаражі.

6. Поміркуй, як змінюється насичення крові киснем із підйомом у гори. Досліди це в додатку (завдання 35.4) за допомогою віртуальної симуляції.

З підйомом у гори атмосферний тиск знижується, а разом з ним падає і парціальний тиск кисню в повітрі. Через це зменшується різниця тисків між повітрям в альвеолах і кров’ю. Внаслідок цього кисню важче проникати в кров, і насичення крові киснем (сатурація) знижується. Це може викликати симптоми гірської хвороби: запаморочення, головний біль та слабкість.

Парціальний тиск кисню

Парціальний тиск кисню — це тиск, який створює кисень відповідно до його частки у газовій суміші, наприклад, в атмосферному або альвеолярному повітрі. Дифузія газів відбувається завдяки різниці парціальних тисків.

Насичення крові киснем (киснева сатурація)

Насичення крові киснем (киснева сатурація) — це відсоток гемоглобіну, що зв’язаний із киснем, від загальної кількості гемоглобіну.

Завдання 1. Досліди, як змінилося б насичення крові киснем із підйомом у гори, якби не працювали компенсаторні механізми організму людини.

1-2. Результати симуляції:

Висновки

Як змінюється парціальний тиск кисню з підйомом в гори і як це впливає на насичення крові киснем.

З підйомом у гори парціальний тиск кисню знижується в атмосфері та всіх ділянках кровообігу (альвеоли, артерії, вени). На висоті 5000 м рівень насичення киснем артеріальної крові знижується до 73,2 %, що є загрозливим рівнем. Зниження насичення крові киснем спричиняє кисневе голодування (гіпоксію), що може викликати головний біль, запаморочення або непритомність.

Завдання 2. Досліди, як певні фізіологічні зміни можуть частково компенсувати зниження парціального тиску кисню в повітрі.

1. Розглянь варіанти: прискорення дихання (збільшення частоти), збільшення хвилинного серцевого викиду (за рахунок збільшення ЧСС), підвищення концентрації гемоглобіну.
2. Поекспериментуй, запиши результати.

Зроби висновки.

Зменшення концентрації кисню в крові (гіпоксія) активує компенсаторні механізми. Організм підвищує інтенсивність легеневої вентиляції (прискорення дихання). Також збільшується частота і сила серцевих скорочень, що посилює кровообіг. Ці механізми потрібні для поліпшення транспортування кисню до тканин.

🧩 СКЛАДАЮ РЕФЛЕКСИВНУ МОЗАЇКУ

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

Після опрацювання параграфа я дізнався, що дихання складається з п’яти етапів: вентиляції легень, газообміну в легенях, транспорту газів кров’ю, газообміну в тканинах та клітинного дихання. Також я тепер знаю, що кисень переноситься кров’ю переважно у вигляді сполуки з гемоглобіном — оксигемоглобіну, а більша частина вуглекислого газу транспортується у вигляді розчинених у плазмі солей. Третій факт — чадний газ (CO) дуже небезпечний, бо утворює з гемоглобіном стійку сполуку, яка блокує перенесення кисню.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо…

Я став більш обізнаним щодо того, наскільки складним є процес транспортування газів кров’ю і чому отруєння чадним газом є смертельно небезпечним.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?

Спочатку було складно запам’ятати нові терміни, наприклад, “оксигемоглобін” та “карбгемоглобін”. Щоб їх зрозуміти, я кілька разів перечитав визначення у підручнику та розглянув малюнок, що показує транспорт газів кров’ю. Це допомогло мені розібратися, чим відрізняються ці сполуки.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?

Ці знання я можу використати в повсякденному житті для власної безпеки. Розуміючи небезпеку чадного газу, я буду обережніше поводитися з газовими приладами та нагадуватиму батькам про необхідність провітрювати приміщення. Також я зможу пояснити друзям, чому не можна довго перебувати у гаражі, де працює двигун автомобіля.