"Биология (изд. «Просвещение»)", Сухорукова Л.Н., Кучменко B.C. и др.
Дыхание — не только вдох и выдох, а последовательность процессов, которая снабжает клетки кислородом и помогает удалять углекислый газ. Воздух обновляется в лёгких, газы переходят между альвеолами и кровью, а кровь переносит их между лёгкими и тканями. В клетках кислород участвует в окислении органических веществ, при котором высвобождается энергия. Каждый этап связан с другими, поэтому сбой в одном из них может помешать нормальной работе всего организма.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Внешнее дыхание — поступление воздуха в лёгкие и удаление его из организма. Это происходит благодаря вентиляции лёгких: при вдохе воздух входит в дыхательные пути, а при выдохе выходит. Вентиляция обновляет воздух в альвеолах, где возможен обмен газами.
Газообмен — обмен кислорода и углекислого газа между воздухом, кровью и тканями. Газы переходят через тонкие поверхности из области, где их больше, туда, где их меньше. Поэтому газообмен обеспечивает поступление кислорода в кровь и клетки и удаление углекислого газа.
Транспорт газов — перенос кровью кислорода от лёгких к тканям и углекислого газа от тканей к лёгким. Кровь связывает эти удалённые друг от друга участки в единую систему. Благодаря переносу газы могут попасть туда, где они нужны, или быть выведены из организма.
Клеточное дыхание — использование кислорода клетками для окисления органических веществ с выделением энергии. Окисление — это химическое превращение вещества, при котором высвобождается энергия. Она запасается в молекулах АТФ и используется клеткой для её работы.
Этапы дыхания идут последовательно: вентиляция лёгких, газообмен в лёгких, перенос газов кровью, газообмен в тканях и клеточное дыхание. Такая последовательность нужна, потому что кислород сначала должен попасть из внешней среды в лёгкие, а затем — в кровь и клетки. Углекислый газ проходит обратный путь и удаляется при выдохе. Если один этап нарушен, остальные не смогут полностью обеспечить клетки кислородом.
Газообмен в лёгких происходит в альвеолах — маленьких воздушных пузырьках. Их стенки тонкие, а снаружи альвеолы оплетены множеством капилляров, то есть мельчайших кровеносных сосудов. Короткий путь через стенки облегчает переход газов, а густая сеть капилляров позволяет обмениваться ими сразу с большим объёмом крови. Поэтому кислород и углекислый газ могут быстро переходить между воздухом и кровью.
Направление перехода газов зависит от их количества по разные стороны стенки альвеолы и капилляра. В альвеолярном воздухе кислорода больше, чем в крови, пришедшей от тканей, поэтому он перемещается в кровь. В этой крови углекислого газа больше, чем в воздухе альвеол, поэтому углекислый газ выходит из неё в альвеолы. Затем он покидает организм с выдыхаемым воздухом.
Кровь переносит кислород к тканям и возвращает углекислый газ к лёгким. Большая часть кислорода связывается с гемоглобином — белком эритроцитов; это позволяет крови переносить больше кислорода, чем могло бы раствориться в ней. В тканях кислород отделяется от гемоглобина и переходит в клетки, где его меньше. Так кровь служит связующим звеном между лёгкими, где кислород поступает в неё, и тканями, где он используется.
В клетках кислород участвует в окислении органических веществ, например глюкозы. Этот процесс называют клеточным дыханием, и главным образом он происходит в митохондриях — структурах клетки, где высвобождается энергия. Часть энергии запасается в молекулах АТФ, а также образуются вода и углекислый газ. Углекислый газ переходит из клеток в кровь и далее переносится к лёгким.
| Этап | Где происходит | Что происходит | Направление движения кислорода | Направление движения углекислого газа | Результат |
|---|---|---|---|---|---|
| Внешнее дыхание | Полость носа, дыхательные пути, лёгкие | Воздух поступает в лёгкие и удаляется из них | Из внешней среды в альвеолы | Из альвеол во внешнюю среду | Обновление воздуха в альвеолах |
| Газообмен в лёгких | Альвеолы и капилляры лёгких | Газы переходят через тонкие стенки альвеол и капилляров | Из альвеол в кровь | Из крови в альвеолы | Насыщение крови кислородом |
| Транспорт газов | Кровь и кровеносные сосуды | Кислород и углекислый газ переносятся между лёгкими и тканями | От лёгких к тканям | От тканей к лёгким | Доставка кислорода и удаление углекислого газа |
| Тканевой газообмен | Капилляры и клетки тканей | Газы переходят между кровью и клетками | Из крови в клетки | Из клеток в кровь | Обеспечение клеток кислородом |
| Клеточное дыхание | Клетки, главным образом митохондрии | Органические вещества окисляются с участием кислорода | Поступает в клетки и используется при окислении | Образуется и удаляется из клеток | Выделение энергии, образование воды и углекислого газа |
Читайте таблицу слева направо: так виден путь от поступления воздуха до использования кислорода в клетках. Сравнение двух столбцов о движении газов помогает не перепутать их направления в лёгких и тканях. Последний столбец показывает результат каждого этапа.
Задача 1. Расположите этапы дыхания в правильной последовательности: клеточное дыхание, транспорт газов, внешнее дыхание, газообмен в лёгких. Нужно проследить путь кислорода от внешней среды до клетки, а не просто перечислить названия. После поступления воздуха кислород должен перейти в кровь и добраться до тканей. Только затем он может быть использован клетками.
Ответ: внешнее дыхание → газообмен в лёгких → транспорт газов → клеточное дыхание. При полном описании пути между транспортом и клеточным дыханием также указывают газообмен между кровью и тканями. Такой порядок следует из того, что кислород не может использоваться клеткой, пока не попадёт туда из воздуха.
Задача 2. Объясните, в каком направлении перемещаются кислород и углекислый газ в альвеолах и тканях. Для решения сравните количество каждого газа по разные стороны поверхностей газообмена. Газ перемещается из области, где его больше, в область, где его меньше. Учитывайте, что состав крови меняется, когда она проходит через лёгкие и ткани.
Ответ: в лёгких кислород движется из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы. В тканях кислород идёт из крови в клетки, а углекислый газ — из клеток в кровь. Различие направлений объясняется неодинаковым количеством газов в воздухе, крови и клетках.
Задача 3. Кровь нормально насыщается кислородом в лёгких, но клетки тканей получают его недостаточно. Определите, на каком этапе могло возникнуть нарушение. Условие показывает, что вентиляция лёгких и газообмен в лёгких обеспечивают поступление кислорода в кровь. Значит, следует проверить дальнейший путь кислорода от крови к клеткам.
Ответ: вероятное нарушение связано с транспортом газов кровью или с переходом кислорода из капилляров в клетки. По одному условию нельзя выбрать между этими этапами: нужно выяснить, достигает ли кровь тканей с достаточным количеством кислорода. Если достигает, но клетки всё равно его не получают, проверяют тканевой газообмен.
Считать дыханием только вдох и выдох. Так думают, потому что именно движения грудной клетки заметны человеку. Но вентиляция лишь обновляет воздух, а газообмен, перенос кровью и клеточное дыхание происходят без видимых движений. Проверьте себя: можете ли вы проследить путь кислорода от альвеолы до клетки?
Путать газообмен в лёгких и тканях. В обоих случаях участвуют кровь и тонкие стенки, поэтому направления легко смешать. Запомните, что в лёгких кислород поступает в кровь, а в тканях выходит из неё в клетки. Для проверки назовите место процесса и проследите, куда направлен кислород.
Думать, что гемоглобин создаёт кислород или превращает его в энергию. Такая ошибка возникает из-за того, что гемоглобин называют переносчиком кислорода. Он только связывает и переносит кислород, а энергия высвобождается при окислении органических веществ в клетках. Проверьте себя: гемоглобин не заменяет ни лёгкие, ни клеточные процессы.
Считать, что энергия образуется непосредственно в лёгких. Лёгкие обеспечивают газообмен, но не используют кислород для получения энергии клетками. Энергия высвобождается при клеточном дыхании, главным образом в митохондриях. Чтобы не ошибиться, разделяйте доставку кислорода и его использование.
Чтобы разобраться в этапах дыхания, полезно знать строение органов дыхания, состав воздуха, свойства крови и роль гемоглобина. Перенос газов связывает дыхательную систему с кровообращением, а использование кислорода — с обменом веществ и работой митохондрий. При физической нагрузке мышцы тратят больше энергии, поэтому им требуется усиленное снабжение кислородом. Эти знания помогают также объяснять влияние высоты, загрязнения воздуха и заболеваний органов дыхания.
Почему дыхание нельзя свести только к вдоху и выдоху?
Вдох и выдох обновляют воздух в лёгких, но сами по себе не доставляют кислород к клеткам. Для этого нужны также газообмен в лёгких, перенос газов кровью и их обмен между кровью и тканями. Завершается путь кислорода его использованием в клетках.
За счёт чего кислород переходит из альвеол в кровь?
Кислород перемещается через тонкие стенки альвеол и капилляров туда, где его меньше. В альвеолярном воздухе кислорода больше, чем в крови, поступившей из тканей. Поэтому кислород диффундирует из альвеол в кровь.
Как гемоглобин участвует в переносе газов?
Гемоглобин — белок эритроцитов, который связывает кислород в лёгких и переносит его к тканям. Там кислород отделяется и поступает в клетки. Углекислый газ переносится кровью к лёгким несколькими способами, в том числе в растворённом виде и в составе соединений.
Чем газообмен в лёгких отличается от газообмена в тканях?
В лёгких кислород переходит из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы. В тканях направления обратны для кислорода: он идёт из крови в клетки. Углекислый газ, образующийся в клетках, поступает в кровь.
Где и как клетка получает энергию при дыхании?
Клеточное дыхание происходит в клетках, главным образом в митохондриях. При нём органические вещества окисляются с участием кислорода, а энергия высвобождается и запасается в молекулах АТФ. Также образуются вода и углекислый газ.
29. Этапы дыхания
