Підручник з Біології. 8 клас. Соболь - Нова програма

Кисень - це вісь, навколо якої обертається вся земна хімія.

Й. Я. Берцеліус

§ 15. ПРОЦЕСИ ДИХАННЯ

Основні поняття й ключові терміни: Вентиляція легень. Газообмін у легенях. Транспорт газів кров'ю. Газообмін у тканинах.

Пригадайте!

Що таке дихання та дихальна система?

Поміркуйте!

Повітря - природна суміш газів, з яких складається атмосфера Землі. Основними компонентами повітря є азот (78,09 % за об’ємом) і кисень (20,95 %), а також вуглекислий газ, водяна пара та інертні гази (аргон, неон тощо). Чому саме кисень використовується у невеликій кількості для дихання, а не азот, якого в повітрі набагато більше?

ЗМІСТ

Як відбувається вентиляція легень?

Вентиляція легень - обмін повітря між зовнішнім середовищем і альвеолами легень, що відбувається за допомогою ритмічних дихальних рухів — вдиху та видиху. Оскільки легені людини не мають власних м’язів, то їхню вентиляцію здійснюють: а) грудна клітка із зовнішніми й внутрішніми міжреберними м’язами, що надають їй руху; б) діафрагма; в) допоміжні вдихальні м’язи (грудні, трапецієподібні); г) допоміжні видихальні м’язи (черевні). В альвеоли легень атмосферне повітря потрапляє завдяки вдиху, а виходить із них із зміненим складом за допомогою видиху.

Іл. 32. Дихальні рухи людини: 1 - вдих; 2 - видих

Вдих — активний процес, що забезпечує збільшення грудної клітки. Під час спокійного вдиху міжреберні зовнішні м’язи скорочуються й піднімають ребра, діафрагма скорочується, стає плоскішою й опускається донизу. При цьому об’єм грудної порожнини збільшується, тиск у легенях стає меншим за атмосферний, і повітря потрапляє до легень. Під час глибокого вдиху відбувається одночасне скорочення міжреберних м’язів, діафрагми, а також деяких м’язів грудної клітки та плечового поясу.

Видих — пасивний процес, під час якого зменшується грудна клітка. Під час спокійного видиху міжреберні зовнішні м’язи розслаблюються і ребра опускаються донизу, діафрагма розслаблюється та стає опуклою. Завдяки цьому об’єм грудної клітки зменшується, тиск у легенях стає більшим за атмосферний і повітря виходить з легень. Під час глибокого видиху відбувається скорочення внутрішніх міжреберних м’язів і м’язів черевної стінки.

Отже, вентиляція легень здійснюється завдяки дихальним рухам - вдиху і видиху, що постійно й ритмічно змінюють один одного.

Чим відрізняється обмін газів у легенях від газообміну в тканинах?

Вдихуване повітря містить майже 21 % кисню, приблизно 0,03 % вуглекислого газу й близько 79 % азоту, води та інертних газів. Після газообміну в легенях склад видихуваного повітря є іншим: кисню - 16,3 %, вуглекислого газу - 4 % і 79,7 % азоту, води та інертних газів. Різний вміст кисню та вуглекислого газу у вдихуваному й видихуваному повітрі пояснюється обміном газів у легенях.

Газообмін у легенях - обмін О2 і СО2 шляхом дифузії між альвеолярним повітрям і венозною кров’ю. Ці процеси відбуваються в альвеолах і найближчих до них бронхіолах і альвеолярних мішечках. У повітрі, що його вдихає людина, кисню міститься більше, ніж у венозній крові, що надійшла в легеневі капіляри. Тому кисень у результаті дифузії вільно проникає крізь стінки альвеол і капілярів у кров. Водночас вуглекислий газ у результаті дифузії проникає із венозної крові в альвеолярне повітря й під час видиху виводиться з організму.

Іл. 33. Газообмін в альвеолах легень і в клітинах тіла

Отже, в процесі газообміну в легенях венозна кров позбавляється вуглекислого газу й насичується киснем, перетворюючись із венозної на артеріальну.

Газообмін у тканинах - обмін О2 і СО2 шляхом дифузії між артеріальною кров’ю капілярів і тканинною рідиною. Він відбувається у тканинах також унаслідок дифузії. У артеріальній крові капілярів кров містить більше кисню, ніж тканинна рідина. Тому кисень у результаті дифузії вільно проникає крізь стінки капілярів у рідину, з якої потрапляє до клітин й одразу вступає в реакції окиснення. Водночас вуглекислий газ, що при цьому утворюється, у результаті дифузії проникає з клітин у тканинну рідину і далі в кров.

Отже, в процесі газообміну в тканинах артеріальна кров постачає киснем клітини і позбавляє їх від вуглекислого газу, перетворюючись на венозну.

Які особливості транспорту дихальних газів кров'ю?

Транспорт газів кров’ю - перенесення кров’ю О2 від легень до клітин і СО2 від клітин до легень. Здійснюється цей етап кровоносною системою в такій послідовності. По легеневих артеріях до легень надходить венозна кров з вуглекислим газом, а від легень уже тече артеріальна кров, насичена киснем. Вона надходить до серця, звідти переноситься до тканин. У тканинах кров віддає кисень, вбирає вуглекислий газ, перетворюючись на венозну. Ця кров надходить до серця й спрямовується знову до легень.

Транспорт кисню від легень до тканин здійснюється переважно гемоглобіном еритроцитів крові, що є основним транспортувальником кисню. Незначна частка О2 (близько 1%) транспортується в плазмі у розчиненому стані, оскільки розчинність кисню у воді невелика. Гемоглобін містить атом двовалентного Феруму, що зв’язує кисень, і перетворюється на оксигемоглобін (HbO2). Один грам гемоглобіну може приєднати 1,34 мл кисню.

Транспорт вуглекислого газу від тканин до легень здійснюється трьома способами: 1) у розчиненому стані (10 %); 2) у вигляді карбгемоглобіну (10 %); 3) у вигляді карбонатів (80 %). Розчинність СО2 у воді більша за розчинність кисню, тому й більша частка вуглекислого газу переноситься плазмою крові. Частина вуглекислого газу зв’язується з гемоглобіном з утворенням карбгемоглобіну (HbCO2). Ця сполука є нестійкою й легко розкладається в легеневих капілярах. Решта СО2 взаємодіє з водою плазми крові, утворюючи карбонатну кислоту (Н2СО3). Ця кислота одразу розкладається з утворенням гідрогенкарбонатів (NaHCО3 і КНСО3). У легенях ці солі дисоціюють, і звільнений вуглекислий газ надходить в альвеоли.

Отже, кисень і вуглекислий газ транспортуються кров'ю по-різному, оскільки розчинність цих дихальних газів є різною.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Навчаємося пізнавати

Завдання на застосування знань

Вправа 1. Порівняйте склад вдихуваного та видихуваного повітря і дайте відповідь на запитання.

- Чому вміст кисню у видихуваному повітрі зменшився?

- Чому вміст вуглекислого газу у видихуваному повітрі збільшився?

- Чому вміст азоту у видихуваному повітрі майже не змінився?

Повітря

Вміст газів, %

кисень

вуглекислий газ

азот, вода, інертні гази

Вдихуване

21,00

0,03

79,03

Видихуване

16,30

4,00

79,70

Вправа 2. Під час спокійного вдиху до легенів надійшло 0,5 л повітря. Визначте, скільки кисню (у мілілітрах) при цьому надійшло з легень у венозну кров легеневих артерій і скільки вуглекислого газу надійшло з венозної крові легеневих артерій у легені.

Вправа 3. Укажіть правильну послідовність процесів, що характеризують переміщення кисню в організмі: с - вдих атмосферного повітря; ч - утворення оксигемоглобіну й розчинення в плазмі; н - дифузія кисню в тканинну рідину; о - пасивний транспорт кисню за допомогою клітинних мембран; в - участь кисню в реакціях окиснення з вивільненням енергії, потрібної для життя; є - дифузія кисню з альвеол у кров; е - переміщення артеріальної крові до тканин.

1

2

3

4

5

6

7

Якщо правильно визначите послідовність, прочитаєте в таблиці прізвище науковця, який відкрив карбгемоглобін.

Біологія + Хімія

Елемент Оксиген за поширеністю посідає 3-тє місце після Гідрогену та Гелію. Це найпоширеніший хімічний елемент. На його частку припадає 47 % маси земної кори, 85,7 % маси гідросфери, 23,15 % маси атмосфери та 25,6 % у живій природі. Запропонував назву «оксиген» і пояснив його роль у процесах горіння й дихання відомий французький учений, один із засновників сучасної хімії Антуан Лоран де Лавуазьє (1743-1794). Що являє собою Оксиген з погляду хімії?

Біологія + Медицина

Атмосферний тиск - важливий кліматичний чинник, що діє на живі організми. Одним із проявів впливу зниженого атмосферного тиску на людину є гірська, або висотна, хвороба. Великі та швидкі перепади атмосферного тиску можуть спричинити кесонну хворобу, пов’язану з різкими змінами тиску газів у крові. Кесонна хвороба найчастіше розвивається в аквалангістів і водолазів, які порушують правила підйому на поверхню. Що ж таке гірська і кесонна хвороби?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Запитання для самоконтролю

1-6

1. Що таке вентиляція легень? 2. Назвіть дихальні рухи людини. 3. Що таке газообмін у легенях? 4. Що таке газообмін у тканинах? 5. Як відбувається транспорт газів кров'ю? 6. Назвіть сполуку крові, що є основним переносником кисню.

7-9

7. Як відбувається вентиляція легень? 8. Чим відрізняється обмін газів у легенях від газообміну в тканинах? 9. У чому полягають особливості транспорту дихальних газів кров'ю?

10-12

10. Доведіть на конкретних прикладах уплив навколишнього середовища на дихання й дихальну систему.