"Биология", Сивоглазов В.И., Каменский А.А., Сарычева Н.Ю.
Газообмен обеспечивает клетки кислородом и помогает удалять углекислый газ. В лёгких кислород переходит из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы. В тканях направления меняются: кислород попадает из крови в клетки, углекислый газ — из клеток в кровь. Воздух движется в лёгкие и обратно благодаря дыхательным движениям: при вдохе объём грудной полости растёт, а при выдохе уменьшается.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Газообмен в лёгких — переход кислорода из воздуха альвеол в кровь и углекислого газа из крови в альвеолы. Альвеолы — маленькие воздушные пузырьки в лёгких, оплетённые капиллярами. Именно через их стенки кровь получает кислород и освобождается от углекислого газа.
Газообмен в тканях — переход кислорода из крови в клетки, а углекислого газа — из клеток в кровь. Клеткам кислород нужен для процессов, при которых они получают энергию. Образовавшийся углекислый газ кровь уносит к лёгким, чтобы затем удалить из организма.
Вдох — дыхательное движение, при котором воздух поступает в лёгкие вследствие увеличения объёма грудной полости. Движения диафрагмы и рёбер меняют размер этой полости. Так возникает условие, при котором воздух входит в лёгкие.
Выдох — дыхательное движение, при котором воздух выходит из лёгких вследствие уменьшения объёма грудной полости. После этого в лёгких становится меньше воздуха, богатого углекислым газом. Выдох нужен для удаления этого газа и подготовки к следующему вдоху.
Альвеолы окружены сетью мельчайших кровеносных сосудов — капилляров. Между воздухом и кровью находится тонкая влажная стенка, через которую могут проходить молекулы газов. Такая граница достаточно мала, поэтому газам не приходится преодолевать большой путь. Большая площадь множества альвеол позволяет обменивать газы во многих местах лёгких одновременно.
В альвеолярном воздухе кислорода больше, чем в крови, которая приходит к лёгким, поэтому кислород движется в кровь. В этой крови, напротив, больше углекислого газа, чем в воздухе альвеол, и он переходит в альвеолы. Такое движение называют диффузией: частицы перемещаются из области, где их больше, туда, где их меньше. Разница в концентрации газов задаёт направление их перехода.
В тканях кислород нужен клеткам, а углекислый газ появляется в них в ходе жизненных процессов. Поэтому в окружающей клетки крови кислорода меньше, чем в крови, а углекислого газа — больше. Кислород диффундирует из крови в тканевую жидкость и клетки, а углекислый газ проходит в обратную сторону. Так кровь доставляет клеткам нужный газ и забирает продукт их работы.
При вдохе диафрагма сокращается, становится более плоской и опускается, а наружные межрёберные мышцы поднимают рёбра. Грудная полость расширяется, вслед за ней увеличивается объём лёгких, и давление в них становится ниже наружного. Воздух движется туда, где давление ниже, поэтому входит в лёгкие. Получается, что воздух не втягивается лёгкими самостоятельно: движение создают дыхательные мышцы и изменение объёма грудной полости.
При спокойном выдохе диафрагма и межрёберные мышцы расслабляются, рёбра опускаются, а объём грудной полости уменьшается. Лёгкие тоже уменьшаются в объёме, давление внутри них повышается, и воздух выходит наружу. При усиленном выдохе сокращаются дополнительные мышцы, которые помогают сильнее уменьшить объём грудной полости. Поэтому интенсивное дыхание отличается от спокойного участием дополнительных мышц.
| Признак | В лёгких | В тканях |
|---|---|---|
| Где происходит | В альвеолах и окружающих их капиллярах | Между капиллярами и клетками тканей |
| Направление движения кислорода | Из альвеол в кровь | Из крови в клетки |
| Направление движения углекислого газа | Из крови в альвеолы | Из клеток в кровь |
| Причина перехода газов | Разница концентраций газов в альвеолярном воздухе и крови | Потребление кислорода и образование углекислого газа клетками |
| Изменение состава крови | Кровь получает кислород и отдаёт углекислый газ | Кровь отдаёт кислород и получает углекислый газ |
Сначала определите, где происходит обмен: в альвеолах или рядом с клетками. Затем проследите отдельно путь кислорода и углекислого газа, не меняя их местами. Последняя строка показывает, как в каждом месте меняется состав крови.
Условие. Укажите, в каком направлении перемещаются кислород и углекислый газ между альвеолами и кровью. Чтобы ответить, нужно рассмотреть газообмен именно в лёгких, а не в тканях. Направление перехода каждого газа определяется разницей его концентрации по обе стороны стенки.
Сначала сравним содержание кислорода: в воздухе альвеол его больше, чем в крови, поступившей к лёгким. Значит, кислород будет двигаться туда, где его меньше. Это направление — из альвеол в кровь.
Теперь сравним содержание углекислого газа: в крови его больше, чем в альвеолярном воздухе. При диффузии он переходит из области большей концентрации в область меньшей. Поэтому углекислый газ движется из крови в альвеолы.
Ответ. Кислород переходит из альвеол в кровь, а углекислый газ — из крови в альвеолы. Кровь, проходя через капилляры лёгких, получает кислород и отдаёт углекислый газ.
Условие. Объясните, почему кислород переходит из крови в работающую мышцу, а углекислый газ — из мышцы в кровь. Здесь речь идёт об обмене между капиллярами и клетками ткани. Для объяснения нужно учесть, что происходит с газами в работающих клетках.
Клетки мышцы активно используют кислород, поэтому рядом с ними его становится меньше, чем в крови. Газ перемещается по направлению к меньшей концентрации. Так кислород покидает кровь и поступает в клетки.
В ходе работы клеток образуется углекислый газ, поэтому в ткани его больше, чем в крови. По той же причине — из области большей концентрации в область меньшей — углекислый газ уходит из мышцы в кровь. Затем кровь переносит его к лёгким.
Ответ. Кислород движется из крови в мышцу, потому что клетки его расходуют. Углекислый газ движется из мышцы в кровь, потому что образуется в клетках.
Условие. Проследите, что происходит с диафрагмой, рёбрами, объёмом грудной полости и движением воздуха при вдохе и выдохе. Чтобы не перепутать причины и следствия, идите по цепочке от мышц к воздуху. Ключевое звено цепочки — изменение объёма лёгких и давления в них.
При вдохе диафрагма сокращается и опускается, а наружные межрёберные мышцы поднимают рёбра. Объём грудной полости и лёгких увеличивается, давление в лёгких снижается. Воздух входит в лёгкие из-за разницы давления.
При спокойном выдохе дыхательные мышцы расслабляются, рёбра опускаются, а объём грудной полости и лёгких уменьшается. Давление в лёгких повышается, поэтому воздух выходит наружу. Если выдох усиленный, к расслаблению одних мышц добавляется работа других мышц.
Ответ. Вдох связан с расширением грудной полости и поступлением воздуха, а спокойный выдох — с её уменьшением и выходом воздуха. Движение воздуха возникает вследствие изменений объёма и давления.
Ошибочно считать, что основной газообмен происходит в бронхах: в них воздух главным образом проводится к лёгким. Путаница возникает потому, что бронхи входят в состав дыхательных путей и связаны с лёгкими. Проверьте себя вопросом, где находятся многочисленные тонкие стенки, окружённые капиллярами: это альвеолы.
Если поменять местами направления газов, получится, что кислород покидает кровь в лёгких или поступает в неё в тканях. Такую ошибку легко допустить, не уточнив, о какой части организма идёт речь. Проверка проста: в лёгких кровь получает кислород, а клетки тканей его расходуют.
Вдох не происходит потому, что лёгкие активно втягивают воздух. Воздух входит из-за увеличения объёма грудной полости и снижения давления в лёгких. Чтобы проверить объяснение, проследите причинную цепочку: мышцы меняют положение рёбер и диафрагмы, затем меняются объём и давление.
При выдохе грудная полость не расширяется, а уменьшается в объёме. Эту ошибку допускают, если представляют дыхание как один и тот же процесс в обе стороны. Сверьте движения: при вдохе рёбра поднимаются и объём растёт, при спокойном выдохе рёбра опускаются и объём уменьшается.
Для понимания газообмена нужно знать строение органов дыхания, особенно лёгких, альвеол и капилляров. Их расположение объясняет, где именно кровь соприкасается с воздухом и через какие стенки проходят газы. Без этой основы трудно проследить путь кислорода.
Тема связана с кровообращением: кровь переносит газы от лёгких к тканям и обратно. В лёгких она получает кислород, а в тканях отдаёт его клеткам. Одновременно кровь забирает углекислый газ и доставляет его к лёгким.
Газообмен помогает понять клеточное дыхание и обмен веществ. Клетки используют кислород и выделяют углекислый газ, поэтому дыхание связано с получением энергии и работой организма. Эти знания пригодятся при изучении того, как вещества превращаются в клетках.
Почему кислород не остаётся в альвеолах, а переходит в кровь?
В альвеолярном воздухе кислорода больше, чем в крови, поступившей к лёгким. Поэтому кислород проходит через тонкую влажную стенку альвеолы и капилляра в кровь.
Почему направления газообмена в лёгких и тканях противоположны?
В лёгких кровь получает кислород из воздуха альвеол и отдаёт туда углекислый газ. В клетках кислород расходуется, а углекислый газ образуется, поэтому в тканях оба газа движутся в обратных направлениях.
Как движение диафрагмы помогает вдохнуть?
При вдохе диафрагма сокращается и опускается. Грудная полость становится больше, давление в лёгких снижается, и воздух входит в них.
Почему при выдохе воздух покидает лёгкие?
При спокойном выдохе дыхательные мышцы расслабляются, и объём грудной полости уменьшается. Давление в лёгких повышается, поэтому воздух выходит наружу.
Всегда ли выдох происходит только за счёт расслабления мышц?
Нет. При спокойном выдохе обычно достаточно расслабления дыхательных мышц. При усиленном выдохе дополнительно сокращаются мышцы, которые помогают уменьшить объём грудной полости.
§ 31. Газообмен в лёгких и тканях. Дыхательные движения
