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.
