Газообмін у легенях і тканинах

Ви дізнаєтесь про всі мандри 0₂ і СО, у власному тілі — це важливо!

Якщо я зроблю сильний видих, чи повністю спустошаться мої легені? Що відбувається з повітрям у тілі людини між вдихом і видихом? Який мій орган споживає найбільшу кількість кисню?

Для чого саме ми дихаємо? Етапи і процеси дихання

Ми вдихаємо повітря, щоб кожна клітинка нашого тіла змогла отримати 0₂, а видихаємо повітря, щоб позбутися одного з відходів життєдіяльності — С0₂. Ці дві основні функції дихання — постачання 0₂ і виведення з організму С0₂ — стають очевидними, якщо порівняти склад повітря, яке ми вдихаємо і видихаємо. Чисте повітря містить 21 % 0₂ і лише 0,04 % СО_г, тоді як видихуване повітря містить 16 % О, і 4 % СО_г. Різниця у вмісті цих газів яскраво демонструє споживання 0₂ і виведення СО_г з організму через органи дихання.

Куди поділася частина 0₂ і звідки взявся С0₂ ми вже добре знаємо, але як саме відбувся цей обмін газами? Тонкий процес забезпечує дихальна система в тісній співпраці з кровоносною системою, за допомогою якої ці гази транспортуються в організмі. Якщо ви зробите глибокий вдих, то відчуєте, як повітря наповнює ваші легені, а грудна клітка розширюється. Ця, здавалось би, проста дія дихання насправді включає три основні етапи (мал. 3.8):

•    зовнішнє дихання — це обмін газами між повітрям і кров’ю, що відбувається в легенях в процесі їх постійної вентиляції за рахунок дихальних рухів — поперемінних вдихів і видихів;

•    транспортування газів кров'ю, що включає доставку 0₂ від легенів до клітин і транспорт С0₂ у зворотному напрямку;

•    внутрішнє дихання — це обмін газів між кров’ю і клітинами для забезпечення вже знайомих нам процесів клітинного дихання.

Вуглекислий газ розчиняється у воді у 20 разів краще, ніж 0₂, за рахунок утворення вугільної кислоти (Н₂СО.,). Саме у формі солей вугільної кислоти (точніше, бікарбонату НСО_и ) він в основному (на 70-80 %) і переноситься кров’ю. Для транспорту ж гірш розчинного у воді кисню природою було створено спеціальний залізовмісний білок гемоглобін (скорочено НЬ), який міститься в червоних кров'яних тільцях крові, або еритроцитах (від грец. erythros — червоний і cyte — клітина). Гемоглобін легко приєднує кисень з утворенням нестійкої сполуки — оксигемоглобіну (позначається НЬ0₂) там, де його вміст високий, тобто в легенях, і легко віддає там, де його вміст нижчий (за рахунок постійного споживання) — тобто в тканинах. 99 % 0₂ транспортується у формі НЬ0₂, і лише 1 % — у розчиненому в плазмі крові вигляді. Крім того, гемоглобін може приєднувати і С0₂ з утворенням карбгемоглобіну (НЬС0₂), але лише 20-30 % С0₂ транспортується у такий спосіб.

Червоні клітини крові працюють як вантажівки, які доставляють свій вантаж — 0₂ — розгалуженими мережами шляхів (кровоносними судинами) до кожної клітини нашого тіла. Але де вони отримують свій вантаж? Насичення гемоглобіну киснем

відбувається в легенях, а саме в капілярах — крихітних судинках, що густою сіткою оточують грона альвеол. Саме тут виникає найбільш тісний контакт між дихальною і кровоносною системами (мал. 3.9). Стінки альвеол побудовані з плоского епітелію, що забезпечує мінімальну відстань між повітрям в альвеолах і кров’ю в капілярах: це сприяє швидкій дифузії газів.

Насичена киснем кров артеріями великого кола кровообігу розноситься всім тілом, де капілярами тканин вона досягає всіх клітин організму (мал. 3.10, а). Клітини споживають 0₂, а натомість виділяють С0₂, тому кількість 0₂ в цитоплазмі клітин нижча, а С0₂ — вища, порівняно з плазмою крові. Через різницю у вмісті цих газів 0₂ просочується в цитоплазму клітин, а С0₂ — у протилежному напрямку (мал. 3.10, а, справа). Далі кров збирається у вени, які доставляють її до серця, а звідти вже легеневими артеріями вона знову потрапляє до легенів — на цьому завершується повне коло процесів газообміну в легенях і тканинах (мал. 3.10. а). Підкреслимо, що газобмін відбувається шляхом дифузії - молекули 02 і С02 завжди рухаються із зон вищої, до зон нижчої їх концентрації, або напруження газів (мал. 3.10, б).

Різні органи споживають різну кількість 0₂. Цю кількість вимірюють в мілілітрах 0₂ за хвилину на 100 г тканини. Рекордсменом за цим показником є наше серце, що споживає 8,4 мл/хв 0₂ на 100 г тканини. Тому серцевий м’яз є таким чутливим до нестачі кисню. Поширене захворювання атеросклероз порушує кровопостачання серця через ураження судин, що живлять серце, і веде до ішемічної хвороби серця (ішемія буквально означає порушення кровопостачання — від грец. іясНо — затримую, зупиняю і Ні та — кров).

1.    Дихання починається з вентиляції легенів — зовнішнього дихання.

2.    Насичена киснем кров з легенів розноситься до всіх клітин, де вона віддає частину кисню, а натомість забирає СО,.

3.    Кисень переважно транспортується кров'ю у зв'язаному з гемоглобіном стані (у вигляді оксигемоглобіну), ТОДІ як СО, — у вигляді сполук, розчинених у плазмі крові.

4.    Останній етап дихання — внутрішнє дихання — включає обмін газів між кров'ю І клітинами для підтримання клітинного дихання.

5.    Кисень І СО, проникають Із зони вищого вмісту у зону з нижчим вмістом. Так, кисень у легенях проникає з альвеол в кров, а в тканинах Із крові — у клітини.

Зовнішнє дихання, вентиляція легенів, транспортування газів кров'ю, внутрішнє дихання, гемоглобін, оксигемоглобін, карбгемоглобін, Ішемія.

1.    Які відмінності у складі вдихуваного І видихуваного повітря? Чим вони зумовлені?

2.    Які процеси дихання відбуваються у легенях? Які — у крові? А які — у тканинах?

3.    У якому вигляді кисень І вуглекислий газ транспортуються кров'ю?

4.    Опиши весь шлях 0> в організмі людини, починаючи з надходження у носову порожнину

5.    Яка причина дифузії газів у легенях (скористайтесь мал. 3.10)?

1.    Вчимося застосовувати свої знання в життєвих ситуаціях.

Олімпійські змагання з бігу по пересіченій місцевості (крос) є дуже виснажливими. Відомі приклади, коли спортсмени під час таких змагань переставали добре орієнтуватися, сходили з дистанції, стикалися один з одним, та Інколи навіть починали бігти у зворотному напрямку! Проведіть власне дослідження цієї проблеми за допомогою ресурсів Інтернету, зокрема довідайтесь, чому учасники цих змагань готуються до них за умов високогір’я.

2.    Розташуйте процеси дихання у послідовності їх перебігу (скористайтеся мал. 3.8, 3.10):

3. Вчимося розуміти мудрість природних рішень: як будова легенів забезпечує ефективне виконання функцій?

Як би ви побудували легені, які б забезпечували максимальну ефективність газообміну між атмосферним повітрям I кров'ю? Зробили б ви великі чи маленькі повітряні мішки? І як багато?

Візьміть прямокутний пакет для зберігання харчових продуктів, заміряйте його розміри (х — довжина, у — ширина) та розрахуйте загальну площу його поверхні ($, = 2 ■ х ■ у). Максимально наповніть пакетик горошинками та порахуйте їхню кількість (№)• Виміряйте діаметр горошинки середнього розміру (О) та порахуйте сумарну поверхню всіх горошинок, що містяться у пакеті (5, = 3,14 • О* • А/). Порівняйте 5, І 5, та зробіть висновки.

Артерій-венозна різниця кисню

У стані спокою артеріальна кров людини містить 200 мл О, в 1 л крові, а венозна — 130-140 мл/л (1 л = 1000 мл). Різниця в 60-70 мл/л показує кількість О*, яку споживають усі клітини організму. Це так звана артерій-венозна різниця кисню. Під час фізичного навантаження артеріальна кров містить таку саму кількість О* (200 мл/л), а от його вміст у венозній крові зменшується до 60-70 мл/л. Отримуємо значно більшу артерій-венозну різницю О, — 130-140 мл/л на 1 л крові. Неважко здогадатися, що вона зумовлена Інтенсивнішим споживанням О, клітинами під час фізичного навантаження, адже їм потрібно більше енергії.

Це матеріал з підручника Біологія 8 клас Жолос