Подробное решение § 21 по биологии для учащихся 8 класса, авторов В. В. Пасечник, А. А. Каменский, Г. Г. Швецов 2016
ВСПОМНИТЕ
Вопрос 1. Чем отличаются дыхательные движения у земноводных (лягушки) от движений у млекопитающих животных? Чем это объясняется?
В отсутствие грудной клетки и межрёберной мускулатуры механизм дыхания у лягушки нагнетательного типа – с помощью движения ротоглоточной полости. Механизм дыхания млекопитающих обусловлен изменением объема грудной клетки за счет движения ребер и свойственной млекопитающим особой мышцы — диафрагмы.
Вопрос 2. Как осуществляется транспорт газов кровью? Какие форменные элементы отвечают за этот процесс?
Переносчиком кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким является кровь. В свободном (растворенном) состоянии переносится настолько малое количество этих газов, что им смело можно пренебречь при оценке потребностей организм.
Кислород транспортируется в виде оксигемоглобина. Оксигемоглобин — это комплекс гемоглобина и молекулярного кислорода.
Гемоглобин содержится в красных кровяных тельцах — эритроцитах. Эритроциты под микроскопом похожи на слегка приплюснутый бублик, дырку в котором забыли проткнуть до конца. Такая необычная форма позволяет эритроцитам взаимодействовать с окружающей кровью большей площадью, чем шарообразным. А кроме того, эритроцит способен сворачиваться в трубочку, протискиваясь в узкий капилляр и добираясь в самые отдаленные уголки организма.
В 100 мл крови при температуре тела растворяется лишь 0,3 мл кислорода. Кислород, растворяющийся в плазме крови капилляров малого круга кровообращения, диффундирует в эритроциты, сразу же связывается гемоглобином, образуя оксигемоглобин, в котором кислорода 190 мл/л.
ВОПРОСЫ К ПАРАГРАФУ
Вопрос 1. Каков механизм дыхательных движений, обеспечивающих у человека вдох и выдох?
Вдох заключается в том, что диафрагма опускается вниз, отодвигая органы брюшной полости, а межреберные мышцы поднимают грудную клетку вверх, вперед и в стороны. Объем грудной полости увеличивается, и легкие следуют этим увеличением, поскольку содержащиеся в легких газы прижимают их к пристеночной плевре.
Выдох начинается с того, что межреберные мышцы расслабляются. Под действием силы тяжести грудная стенка опускается вниз, а диафрагма поднимается вверх, поскольку растянутая стенка живота давит на внутренние органы брюшной полости, а они — на диафрагму. Объем грудной полости уменьшается, легкие сдавливаются, давление воздуха в альвеолах становится выше атмосферного, и часть его выходит наружу. Все это происходит при спокойном дыхании.
Вопрос 2. Что такое жизненная ёмкость лёгких и от чего она зависит?
Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) — максимальное количество воздуха, которое может быть забрано в легкие после максимального выдоха.
Среднее значение ЖЕЛ составляет 3500 см3 и сильно зависит от возраста, пола, тренированности человека. От рождения до взросления этот показатель увеличивается примерно в 45 раз и может достигать у тренированного человека более 5000 см3.
Вопрос 3. Охарактеризуйте особенности транспорта газов кровеносной системой как важнейшего этапа дыхания.
При вдохе лёгкие заполняются воздухом, который в основном содержит кислород, углекислый газ, азот и пары воды.
В альвеолах кислород переходит из альвеолярного воздуха в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолярный воздух. Это происходит благодаря тому, что кровь, поступающая в лёгкие по сосудам малого круга кровообращения из правого желудочка сердца, содержит много углекислого газа. В лёгких углекислый газ переходит из кровеносных сосудов в альвеолы и выдыхается в окружающую среду. Кислород из воздуха, заполняющего альвеолы при вдохе, наоборот, переходит в кровь, находящуюся в капиллярах малого круга. В крови кислород связывается гемоглобином эритроцитов, и кровь, ставшая теперь артериальной, устремляется по сосудам к сердцу.
В тканях других органов наблюдается обратная картина. В межклеточной жидкости и в клетках кислорода значительно меньше, чем в крови, приносимой по сосудам большого круга кровообращения из левого желудочка сердца. Гемоглобин отдаёт кислород, который выходит в тканевую жидкость, окружающую кровеносные капилляры, а затем попадает в клетки. В клетках кислород используется для окисления органических соединений, что приводит к освобождению энергии и образованию основного конечного продукта распада органических соединений — углекислого газа.
Вопрос 4. Как изменяется состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха?
Человек дышит атмосферным воздухом, который имеет следующий состав: 20,94% кислорода, 0,03% углекислого газа, 79,03% азота. В выдыхаемом воздухе обнаруживается 16,3% кислорода, 4% углекислого газа, 79,7% азота.
Состав выдыхаемого воздуха непостоянен и зависит от интенсивности обмена веществ, а также от частоты и глубины дыхания. Стоит задержать дыхание или сделать несколько глубоких дыхательных движений, как состав выдыхаемого воздуха изменяется.
Вопрос 5. Как происходит газообмен в лёгких и в других органах?
Обмен газов в легких происходит благодаря диффузии. Кровь, поступившая от сердца в капилляры, оплетающие легочные альвеолы, содержит много углекислого газа. В воздухе легочных альвеол его мало, поэтому он покидает кровеносные сосуды и переходит в альвеолы. Кислород поступает в кровь тоже благодаря диффузии. В крови свободного кислорода мало, потому что его непрерывно связывает находящийся в эритроцитах гемоглобин, превращаясь в оксигемоглобин. Ставшая артериальной кровь покидает альвеолы и по легочной вене направляется к сердцу. Но чтобы этот газообмен мог идти непрерывно, необходимо, чтобы состав газов в легочных альвеолах был постоянным.
На основании анализа и обобщения имеющихся у вас знаний установите взаимосвязь кровеносной и дыхательной систем человека. Отобразите эту взаимосвязь в виде карты понятий. Обсудите свои варианты в классе.
Система органов дыхания и кровеносная система объединяются в единую функциональную систему для выполнения общей функции – обеспечение организма кислородом и вывода углекислого газа.
Газообмен в организме человека происходит в легких. Место обогащения крови кислородом называется альвеола. Стенка альвеолы состоит из одного слоя плоского эпителия и тонкого слоя эластичных волокон. Альвеолы покрыты густой сетью кровеносных капилляров, в которых осуществляется газообмен.
В легочные капилляры по малому кругу кровообращения поступает венозная кровь. Она бедна кислородом и насыщена углекислым газом. Воздух в легочных альвеолах, наоборот, богат кислородом, а углекислого газа в нем значительно меньше. Поэтому в соответствии с законами осмоса и диффузии кислород из легочных альвеол устремляется в кровь, где соединяется с гемоглобином эритроцитов. Углекислый газ из крови, где он содержится в избытке, проникает в легочные альвеолы. Вдыхаемый и выдыхаемый воздух сильно отличаются по составу. В атмосферном воздухе содержание кислорода доходит до 21%, углекислого газа – 0,03-0,04%. В выдыхаемом воздухе количество кислорода снижается до 16%, содержание углекислого газа увеличивается до 4-4,5%.
Из капилляров большого круга кровообращения кислород поступает в ткани. В артериальной крови кислорода больше, чем в клетках, поэтому он легко диффундирует в них. Углекислый газ из клеток поступает в кровь. В тканях артериальная кровь преобразуется в венозную. По венам большого круга кровообращения венозная кровь поступает в сердце, а оттуда опять в легкие.
ПОДУМАЙТЕ!
Почему в выдыхаемом воздухе больше кислорода и меньше углекислого газа, чем в альвеолярном воздухе?
Состав альвеолярного воздуха значительно отличается от состава атмосферного, вдыхаемого воздуха. В нем меньше кислорода (14,2%) и большое количество углекислого газа (5,2%).
В выдыхаемом воздухе кислорода содержится больше, чем в альвеолярном. Объясняется это тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух, который находится в органах дыхания, в воздухоносных путях.