Процессы газообмена в легких и тканях
- 23-11-2021, 00:52
- 382
8 Клас , Биология 8 класс Матяш (новая программа)
§ 14. ПРОЦЕССЫ ГАЗООБМЕНА В ЛЕГКИХ И ТКАНЯХ
Вспомните строение кровеносной системы млекопитающих. Какие кровеносные сосуды называют венами, а какие - артериями? Какие вы знаете законы диффузии? Что такое гомеостаз?
Как происходит обмен газов в легких? Вы уже знаете, что основная функция легких - это обеспечение газообмена между атмосферным воздухом и кровью. При вдохе атмосферный воздух поступает в легкие и в альвеолах смешивается с воздухом, оставшимся в них после выдоха.
По артериям малого круга кровообращения венозная кровь попадает в легкие (вспомните, какой путь проходит кровь по малому кругу кровообращения у млекопитающих). В венозной крови содержится значительный процент углекислого газа. Через стенки капилляров и альвеол происходит газообмен между воздухом из альвеол (альвеолярный воздух) и кровью: кровь отдает углекислый газ и получает кислород, то есть превращается в артериальную. Артериальная кровь выходит из легких через легочные вены и направляется к сердцу.
АКТИВИЗИРУЙТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Вспомните: атмосферный воздух - это смесь разных газов, но основными его составляющими являются кислород, углекислый газ и азот. Каждый из них в этой газовой смеси составляет определенную часть, точно такую же часть составляет в общем атмосферном давлении. Измеряют эту часть давления в миллиметрах ртутного столба (сокращенно мм рт. ст.). Например, в воздухе 20,9 % кислорода. Давление этого газа в общем атмосферном - 153 мм рт. ст., потому что именно столько составляет 20,9 % от 760 мм рт. ст. (вспомните, что такую величину имеет атмосферное давление при нормальных условиях, о чем мы узнаем из прогнозов погоды). Концентрация газов в жидкостях характеризуется термином напряжение. Он означает силу, с которой растворенный газ пытается оставить жидкость.
Во вдыхаемом воздухе кислорода значительно больше, чем в венозной крови. Поскольку давление кислорода в альвеолярном воздухе выше (102 мм рт. ст.), чем в венозной крови (40 мм рт. ст.), то по закону диффузии кислород из альвеолярного воздуха проникает сквозь стенки альвеол и стенки капилляров в кровь.
Диффузия - это проникновение газообразного или растворенного вещества в другое через проницаемую для них перегородку (например, клеточную мембрану) при наличии разницы давления или напряжения между ними. Направление и скорость диффузии определяются парциальным давлением.
Углекислый газ переходит в альвеолярный воздух благодаря разнице между его напряжением в венозной крови (47 мм рт. ст.) и давлением в альвеолярном воздухе (40 мм рт. ст.). Как видим, эта разница незначительна, однако поскольку скорость диффузии углекислого газа из крови приблизительно в 25 раз больше, чем кислорода, то и этого достаточно для перехода углекислого газа из крови в альвеолярный воздух.
ИНТЕРЕСНО ЗНАТЬ! Чтобы представить масштабы газообмена, происходящего в легких, следует помнить, что за сутки у каждого человека при условии покоя из альвеолярного воздуха в кровь поступает около 500 л кислорода, а с выдыхаемым воздухом выделяется около 450 л углекислого газа. Понятно, что при напряженной деятельности организма эти показатели резко возрастают.
Таким образом, благодаря интенсивному обмену газов в легких состав альвеолярного воздуха постоянный.
Как происходит газообмен в тканях? Обогащенная кислородом артериальная кровь по большому кругу кровообращения от сердца поступает в капилляры всех тканей. Там артериальная кровь превращается в венозную (лишенную кислорода и обогащенную углекислым газом). Она возвращается в сердце, а оттуда - в легкие. Такое перемещение газов в результате кровообращения называется транспорт газов кровью. Значительная часть кислорода и углекислого газа переносится в химически связанном состоянии с белком гемоглобином, который содержится в эритроцитах (1 г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода). Кровь приносит к тканям кислород в виде окисленного гемоглобина (оксигемоглобина НbO2) - неустойчивого соединения, которое легко распадается и высвобождает кислород (рис. 63).
Газообмен в тканях также происходит по основному закону диффузии. В артериальной крови капилляров содержание кислорода выше, чем в клетках. Благодаря диффузии кислород сквозь стенки капилляров легко проходит в тканевую жидкость, из которой проникает в клетки. Там он сразу вступает в реакции окисления органических веществ (белков, жиров, углеводов).
Вследствие процессов окисления в клетках увеличивается содержание углекислого газа. Он также благодаря диффузии из клеток через тканевую
жидкость поступает в капилляры, в которых часть (около 25 %) углекислого газа связывается с гемоглобином, образуя неустойчивое соединение (карбгемоглобин).
Так артериальная кровь превращается в венозную, которая по венам большого круга кровообращения поступает в сердце, а оттуда - в легкие. В легких карбгемоглобин распадается, углекислый газ высвобождается и выводится из организма.
Остальной (около 75 %) углекислый газ растворяется в плазме крови, образуя карбонатную кислоту (Н2СO3).
Рис. 63. Молекула гемоглобина способна присоединять и отдавать кислород
Изменяется ли состав воздуха в легких? Вспомните состав атмосферного воздуха (таблица 5). Именно такой состав вдыхаемого воздуха, поступающего в наш организм. Благодаря изменениям частоты и глубины дыхания в альвеолах поддерживается относительно стабильный состав газов. Воздух, который выдыхается, называют выдыхаемым. Его состав по сравнению с вдыхаемым иной: количество кислорода в нем снижается, а углекислого газа увеличивается (см. таблицу 5).
Таблица 5
Состав атмосферного воздуха и воздуха после выдоха
Задание. Сравните состав вдыхаемого и альвеолярного; вдыхаемого и выдыхаемого воздуха; выдыхаемого и альвеолярного. Объясните, почему изменяется в них содержание разных компонентов. За счет чего поддерживается относительно постоянный состав альвеолярного воздуха? Какое это имеет значение для организма?
Чистота атмосферного воздуха имеет важное значение для здоровья человека. В связи с развитием промышленности и транспорта атмосферный воздух загрязняется. Загрязнителем воздуха является также табачный дым.
Здоровье человека. Не загрязняйте свои органы дыхания табачным дымом. Для насыщения органов дыхания кислородом чаще гуляйте на свежем воздухе: в лесу, скверах, парке и т. п. Если приходится некоторое время находиться в запыленном помещении, защищайте свои органы дыхания с помощью респираторов.
Дыхание зависит от парциального давления кислорода в атмосфере. Это хорошо знают альпинисты и аквалангисты. Альпинисты, поднимаясь на горные вершины, ощущают изменения в самочувствии: дыхание становится поверхностным, периодически прерывается; из-за уменьшения концентрации кислорода в крови появляется потребность дышать чаще. Так возникает гипоксия (кислородное голодание), которая сопровождается удушьем. Возможно кровотечение из носа, головокружение, тошнота, сердечная недостаточность и т. п. Это признаки горной (высотной) болезни.
Аквалангисты, опускаясь на каждые 10 м в глубину, чувствуют изменение давления среды, которое возрастает на 1 атм. Также меняется их самочувствие: в крови и тканях увеличивается парциальное давление кислорода и растворяется азот. Последствиями отравления кислородом являются судороги, галлюцинации. Чтобы этого не произошло, нужно азот в газовой смеси заменить гелием и уменьшить концентрацию кислорода. Если аквалангиста поднять быстро, азот «закипает» (его пузырьки закупоривают сосуды и разрывают ткани) и наступает паралич рук и ног, общая слабость. Поэтому аквалангиста следует поднимать с глубины медленно. В таких условиях излишек газа выводится без образования пузырьков.
Ключевые термины и понятия: газообмен, вдыхаемый, альвеолярный и выдыхаемый воздух.
ОБОБЩИМ ЗНАНИЯ
• Дыхание - совокупность процессов, которые обеспечивают поступление в организм кислорода, окисление органических соединений с высвобождением необходимой для жизнедеятельности энергии, выведение из организма углекислого газа. Оно происходит с помощью диффузии газов из атмосферного воздуха в кровь, транспорта их кровью и газообмена в тканях. Выдыхаемый воздух содержит гораздо меньше кислорода и значительно больше углекислого газа, чем атмосферный.
ПРОВЕРЬТЕ И ПРИМЕНИТЕ ПОЛУЧЕННЫЕ ЗНАНИЯ
Ответьте на вопросы
1. Каково значение дыхания для обеспечения процессов жизнедеятельности организма? 2. Чем отличаются содержание кислорода и углекислого газа в артериальной и венозной крови? 3. Благодаря чему кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь? 4. Как отличается состав газов в вдыхаемом и выдыхаемом воздухе?
Выберите один правильный ответ
1. Определите, где более высокое содержание кислорода: а) во вдыхаемом воздухе; б) в выдыхаемом воздухе; в) в альвеолярном воздухе.
2. Определите процент углекислого газа, который способен связывать гемоглобин: а) 10 %; б) 25 %; в) 45 %; г) 75 %.
Установите правильную последовательность процессов, при которых кровь насыщается кислородом: а) человек вдыхает атмосферный воздух; б) кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь; в) в легких атмосферный воздух смешивается с альвеолярным; г) воздух по воздухоносным путям попадает в альвеолы; д) кислород связывается с гемоглобином, и кровь становится артериальной.
ОБСУДИТЕ В ГРУППАХ. Охарактеризуйте основные этапы газообмена в организме человека. Сравните состав вдыхаемого, альвеолярного и выдыхаемого воздуха. Объясните значение соблюдения чистоты воздуха.
ПОДУМАЙТЕ. 1. Почему в воздухе альвеол кислорода всегда меньше, чем в атмосфере? 2. Объясните значение проветривания классных комнат после каждого урока.
Коментарі (0)