"Биология. Человек и его здоровье", Никишов А.И., Богданов Н.А.
Газообмен обеспечивает клетки кислородом и удаляет углекислый газ. В лёгких газы обмениваются между альвеолярным воздухом и кровью, а в тканях — между кровью и клетками. Направление их движения определяется диффузией: молекулы переходят туда, где их концентрация ниже. Тонкие стенки альвеол и капилляров, а также постоянное движение крови делают этот обмен быстрым и непрерывным.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Газообмен — обмен кислорода и углекислого газа между воздухом, кровью и тканями. Он происходит в лёгких и в органах, связывая дыхательную и кровеносную системы. Благодаря ему клетки получают нужный для работы кислород, а углекислый газ удаляется.
Диффузия — переход молекул газа из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией. Так газы проходят через тонкие стенки альвеол и капилляров без специального «насоса». Разность концентраций определяет направление движения кислорода и углекислого газа.
Альвеолы — мельчайшие пузырьки лёгких, через стенки которых происходит обмен газами между воздухом и кровью. Их многочисленность создаёт большую поверхность, а близкое расположение капилляров сокращает путь диффузии. Поэтому кровь быстро насыщается кислородом.
Тканевое дыхание — использование клетками кислорода и образование углекислого газа. Кислород нужен клеткам для получения энергии из питательных веществ. Образовавшийся углекислый газ должен попасть в кровь и быть доставлен к лёгким.
Стенки альвеол и прилегающих капилляров очень тонкие, поэтому молекулам газов приходится проходить короткое расстояние. Большая поверхность множества альвеол позволяет одновременно обмениваться газами в большом объёме. Густая сеть капилляров подводит кровь почти к каждой альвеоле и быстро уносит поступивший кислород.
Направление диффузии определяется не самим газом, а разностью его концентраций по разные стороны мембраны. Если по одну сторону кислорода больше, он движется к стороне, где его меньше. Постоянное обновление воздуха при вдохе и движение крови помогают сохранять такую разность.
В лёгких альвеолярный воздух содержит больше кислорода, чем венозная кровь, пришедшая от тканей. Поэтому кислород проходит через стенку альвеолы в капилляр и соединяется с кровью. Углекислого газа, наоборот, больше в венозной крови, поэтому он диффундирует в альвеолу и удаляется с выдохом.
В тканях ситуация меняется из-за работы клеток. Клетки постоянно расходуют кислород, поэтому его концентрация внутри и рядом с ними ниже, чем в артериальной крови. Углекислый газ образуется в клетках, накапливается там и переходит в кровь, где его концентрация ниже.
Газообмен нельзя отделить от движения крови и клеточного дыхания. Кровь после лёгких становится артериальной и по большому кругу кровообращения доставляет кислород к органам. Отдав кислород и приняв углекислый газ, она становится венозной, возвращается к лёгким и снова участвует в обмене.
| Место газообмена | Куда движется кислород | Куда движется углекислый газ | Причина движения газов | Результат |
|---|---|---|---|---|
| Лёгкие: альвеолы и капилляры | Из альвеол в кровь | Из крови в альвеолы | Разная концентрация газов в альвеолярном воздухе и венозной крови | Кровь насыщается кислородом и отдаёт углекислый газ |
| Ткани: капилляры и клетки | Из крови к клеткам | От клеток в кровь | Клетки расходуют кислород и образуют углекислый газ | Клетки получают кислород, а кровь уносит углекислый газ |
Таблицу удобно читать построчно: сначала определить место обмена, затем проследить пути обоих газов. Сравнение строк показывает, что в лёгких и тканях направления движения кислорода и углекислого газа противоположны. Причина в обоих случаях одна — разность концентраций.
Определите направление движения кислорода и углекислого газа между альвеолярным воздухом и кровью. К альвеолам подходит венозная кровь, в которой мало кислорода и много углекислого газа. Нужно применить правило диффузии к каждому газу отдельно.
Ответ: кислород движется из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы. Оба направления объясняются разностью концентраций. После этого кровь становится насыщенной кислородом.
Объясните, почему кровь после капилляров лёгких становится артериальной, а в капиллярах тканей — венозной. Здесь нужно проследить не только сам обмен, но и путь крови между лёгкими и органами. Название крови связано с её составом и направлением движения по кругу кровообращения.
Ответ: превращение происходит из-за последовательного газообмена в лёгких и тканях. Лёгкие обогащают кровь кислородом, а клетки забирают его и добавляют углекислый газ. Затем венозная кровь снова направляется к лёгким.
После повреждения части альвеол у человека снизилось насыщение крови кислородом. Объясните причину и назовите возможное последствие для клеток. Нужно связать строение альвеол с площадью газообмена и работой клеток.
Ответ: насыщение крови снижается из-за уменьшения поверхности и эффективности диффузии. Возможное последствие — кислородное голодание клеток, особенно заметное при нагрузке. Работа органов при этом может ухудшиться.
Ошибка: считать, что кислород и углекислый газ движутся в одном направлении. Её допускают, когда запоминают только общий перенос газов кровью, не разделяя два вещества. Проверка проста: для каждого газа отдельно сравните его концентрацию по обе стороны мембраны.
Ошибка: путать газообмен в лёгких с тканевым дыханием. В лёгких обмениваются воздух и кровь, а тканевое дыхание происходит в клетках, использующих кислород и образующих углекислый газ. Чтобы проверить себя, назовите участников обмена: альвеолы и кровь либо кровь и клетки.
Ошибка: утверждать, что кровь отдаёт кислород в лёгких. На самом деле к лёгким приходит венозная кровь, которая получает кислород и отдаёт углекислый газ. Полезная проверка — вспомнить, какой газ преобладает в альвеолах, а какой накопился в крови после тканей.
Ошибка: объяснять газообмен только вдохом и выдохом. Дыхательные движения обновляют воздух, но переход молекул через стенки происходит благодаря диффузии. Проверьте ответ вопросом: названо ли различие концентраций по обе стороны мембраны?
Для понимания газообмена нужны знания о строении дыхательной системы, составе вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, а также о движении крови по малому и большому кругам. Эти темы объясняют, откуда берутся газы и как они перемещаются по организму. Без них трудно проследить полный путь кислорода.
Газообмен напрямую связан с клеточным дыханием и получением энергии. Клетки используют доставленный кислород при расщеплении питательных веществ, а углекислый газ становится одним из продуктов этого процесса. Поэтому нарушение газообмена отражается на работе тканей.
Знания пригодятся при изучении влияния физических нагрузок, заболеваний лёгких и первой помощи при нарушении дыхания. При нагрузке потребность в кислороде возрастает, а болезни могут уменьшать поверхность обмена. Понимание причин помогает объяснить признаки нехватки кислорода.
Почему кислород не остаётся в альвеолах, а переходит в кровь?
В альвеолярном воздухе кислорода больше, чем в венозной крови, поступившей к лёгким. Поэтому по законам диффузии кислород проходит через тонкую стенку альвеолы в кровь.
Почему углекислый газ движется из тканей в кровь?
Клетки постоянно образуют углекислый газ при тканевом дыхании, поэтому его концентрация около клеток выше, чем в крови. Газ диффундирует в капилляры, а затем переносится кровью к лёгким.
Чем газообмен в лёгких отличается от газообмена в тканях?
В лёгких кровь получает кислород из альвеол и отдаёт углекислый газ в альвеолярный воздух. В тканях происходит обратный обмен: кислород выходит из крови к клеткам, а углекислый газ поступает в кровь.
Как физическая нагрузка влияет на потребность организма в кислороде?
При нагрузке мышцы работают активнее и расходуют больше кислорода для получения энергии. Одновременно они образуют больше углекислого газа, поэтому усиливаются дыхание и кровообращение.
Почему повреждение альвеол приводит к недостатку кислорода в организме?
Повреждение уменьшает площадь поверхности, через которую кислород может переходить в кровь. Кровь хуже насыщается кислородом, поэтому клетки получают его меньше и работают менее эффективно.
31. Газообмен в легких и тканях
