Урок 41. Газообмен в легких и тканях. Влияние окружающей среды на дыхание

Цели урока: дать представления о легочном дыхании и обмене газов между кровью и тканями.

Оборудование: прибор для сравнения содержания углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе, карточки для индивидуального опроса, карточки-задания для игры «Бумеранг».

Ход урока

Организационный момент

Проверка пройденного материала

Индивидуальный опрос по карточкам:

№ 2. Вставьте пропущенные слова:

При вдохе … межреберные мышцы. Ребра …. Диафрагма … и становится более … Это приводит к … объема грудной полости. Давление в ней …. Легкие при этом …. Воздух … в легкие и попадает в… Происходит вдох. Затем диафрагма и межре­берные мышцы …, грудная клетка…, ее объем … Давление в легких … и воздух из них …. Происходит выдох.

Для остальных учащихся, не задействованных в индивидуальной работе по карто­чкам, организуется решение задач.

«Заморочки из бочки»

Для преодоления стометровой дистанции бегуну нужно 125-150 л воздуха. За 10-15 с его легкие не могут пропустить через себя такое количество воздуха. Каким образом возмещается его дефицит у бегуна?

В 1956 г. в одном из научных журналов появилась сенсационная статья с подзаголовком «Жизнь без крови». В ней ученый описывает эксперимент, в котором он заменял жи­вотным кровь на жидкий синтетический полимер или на обычный физиологический раствор. Животные в этой ситуации продолжали жить, как ни в чем не бывало. Какие условия должен был соблюдать ученый в экспериментах?

Перед тем как нырнуть в воду, нужно набрать в легкие как можно больше воздуха или сделать ряд быстрых глубоких вдохов и выдохов. В каком случае человек дольше про­держится под водой? Ответ поясните.

В больницу был доставлен человек, грудная клетка которого была пробита с двух сто­рон. Легкие при этом остались неповрежденными. Через некоторое время больной умер от удушья. Почему это произошло?

Из романов Ф. Купера мы знаем, что индейцы, прячась от врагов в водоемах, дышали при этом при помощи пустотелых стеблей камыша. Однако дышать таким способом, находясь под водой, можно лишь тогда, когда глубина погружения не превышает 1,5 м. С какими особенностями дыхания связано такое ограничение?

Актуализация опорных знаний

Учитель просит выполнить учащихся следующее задание.

Вспомните состав атмосферного воздуха и подумайте:

1) чем отличается состав выдыхаемого воздуха от атмосферного, вдыхаемого; 2) как это можно доказать экспериментально. Выскажите свои предположения.

Опыт. После коллективного обсуждения задания учитель организует проведение опыта с прибором для сравнения содержания углекислого газа во вдыхаемом и вы­дыхаемом воздухе, на основании результатов которого учащиеся убеждаются экспе­риментально в том, что содержание углекислого газа в выдыхаемом воздухе более высокое, чем во вдыхаемом.

Изучение новой темы

У высших животных и человека процесс дыхания осуществляется благодаря ряду последовательных процессов:

обмену газов между средой и легкими, что обычно обозначают как «легочную вентиляцию» (этот процесс мы с вами изучали на прошлом занятии);

обмену газом между альвеолами легких и кровью (легочное дыхание);

обмену газов между кровью и тканями;

транспорту газов внутри ткани к местам потребления (для СЬ) и от мест обра­зования (для С0₂) (клеточное дыхание).

► Сегодня мы с вами поговорим о легочном дыхании и обмене газов между кровью и тканями. Мы уже выяснили, что мы вдыхаем атмосферный воздух, содержащий 20,94 % 0₂,79,03 % N2 и 0,03 % углекислого газа, а также инертные газы. Состав выдыхаемого воздуха уже иной; кислорода в нем 16,3 %, углекислого газа 4 %, азота и инертных газов – 79,7 %. Сопоставляя эти цифры, мы видим, что количество кислорода уменьшается, а углекислоты – увеличивается. Кислород из воздуха, находящегося в альвеолах, пере­ходит в кровь, а углекислота покидает кровь и переходит в альвеолярный воздух.

Почему это происходит? И снова мы сегодня на уроке должны обратиться к физике, потому что переход газов из окружающей среды в жидкость и из жидкости в воздух подчиняется физическим законам.

Каждый газ растворяется в жидкости в зависимости от своего парциального дав­ления (от лат. «парц» – часть).

Атмосферное давление равно 760 мм рт.ст. Следовательно, если воздух оказыва­ет давление, равное 760 мм рт.ст., то парциальное давление 0₂ составит 20,94 % от общего давления и будет равно 159 мм рт.ст. Парциальное давление азота и других инертных газов составит 79,03 % атмосферного давления и будет равно 600,6 мм рт.ст. Углекислого газа содержится мало (0,03 %), поэтому и его парциальное давле­ние будет приблизительно 0,2 мм рт.ст.

Если парциальное давление газа в окружающей среде выше, чем его давление (на­пряжение) в жидкости, то газ будет растворяться в жидкости, пока не установится равновесие.

Обратимся к рис. 55 на с. 86 учебника (Батуев А.С.).

Парциальное давление 0₂ в альвеолярном воздухе составляет 110 мм рт.ст., а ве­нозной крови – 44 мм рт.ст.; этого достаточно, чтобы 0₂ мог переходить из альвео­лярного воздуха в кровь.

Потребность человека в О2 равна 350 мл/мин; при физической работе она дохо­дит до 5000 мл/мин. Ее можно полностью удовлетворить, если учесть, что разно­сти в парциальном давлении в 1 мм рт.ст. достаточны, чтобы в кровь перешло 250 мл О2.

Между тем разность между величиной парциального давления 0₂ в альвеолярном воздухе и его напряжением в крови составляет 70 мм рт.ст. Это вполне удовлетворяет максимальные потребности организма.

Когда напряжение газа в жидкости выше, чем его парциальное давление в возду­хе, газ из жидкости будет выходить в окружающий воздух, пока не установится рав­новесие. Поэтому, когда напряжение С0₂ в венозной крови будет выше, чем в альве­олярном воздухе, С0₂ будет переходить из венозной крови в альвеолярный воздух.

В напряжении С0₂ в крови и его парциальным давлением в альвеолярном воздухе тоже есть достаточная разность. Она составляет 6-7 мм рт.ст., что обеспечивает пе­реход С0₂ из крови в альвеолярный воздух.

Кровь, поступив через легочную артерию в легкие, растекается в капиллярах по огромной площади альвеол тонким слоем, что способствует газообмену.

Кислород, переходя из альвеолярного воздуха в кровь, вступает в химическую связь с гемоглобином, образуя непрочное соединение – оксигемоглобин. В виде оксигемоглобина кислород от легких кровью переносится к тканям. Здесь пар­циальное давление кислорода низкое, и оксигемоглобин диссоциирует, высво­бождая кислород. Так обеспечивается снабжение тканей кислорода. Углекислый газ переносится кровью в химически связанном виде – в виде гидрокарбоната натрия и гидрокарбоната калия. Часть его транспортируется гемоглобином (око­ло 25-30 %).

Химическая связь гемоглобина с кислорода очень непрочная. Она легко образует­ся и легко разрушается. Исключительно прочна связь гемоглобина с угарным газом. Этой прочностью и объясняется отравляющее действие угарного газа. Окись угле­рода так прочно соединяется с гемоглобином, что кислород уже не может вступить с ним в связи и не поступает к клеткам и тканям, пострадавший погибает от удушья, если его не вынести на свежий воздух.