Газообмен в легких и тканях. Диффузия в газах и жидкостях

Газообмен в легких и тканях.
Диффузия в газах и жидкостях
Интегрированный урок «биология
– физика-химия»
•
•
•
•
•
•
•
Dum spiro, spero.
(Пока дышу, надеюсь.)
Цели урока
Овидий
Образовательные. Организовать деятельность учащихся по
восприятию, осмыслению и запоминанию:
– основных представлений о физиологии дыхания;
– взаимосвязи строения и функций дыхательной и кровеносной
систем;
– биологических, физических и знаний по химии, необходимых для
понимания единства органического мира.
Развивающие. Обеспечить развитие умений и навыков:
– целеполагания и планирования учебной деятельности;
– проведения сравнений, анализа, обобщений с выводами;
– монологической речи.
Воспитательные:
– развитие коммуникативных способностей;
– расширение кругозора школьников и формирование интереса к
предмету.
Примеры вопросов и заданий
повышенного уровня
1. Чем состав вдыхаемого воздуха отличается от состава
выдыхаемого воздуха?
2. На какие процессы в клетках расходуется кислород?
3. Каким образом происходит газообмен в легких?
4. Каким образом кислород попадает в ткани?
5. Как происходит газообмен в тканях?
6. Откуда в выдыхаемом воздухе берется углекислый газ?
7. Почему в атмосферном воздухе количество кислорода и
углекислого газа практически не изменяется?
8. Как определить увеличение процентного содержания
углекислого газа в закрытых помещениях, на дне
колодца, силосной ямы?
Примеры вопросов и заданий
повышенного уровня
1. Чем легочное дыхание отличается от тканевого?
2. Почему кислород переносится кровью в значительно
больших количествах, чем это можно объяснить
законами диффузии?
3. Какое значение имеют постоянство состава и
концентрация газов во внутренней среде организма?
4. Почему в крови не увеличивается количество азота после
вдоха и выдоха?
5. Каков механизм возникновения кесонной болезни?
6. Какое влияние на тканевый газообмен оказывают
давление и скорость движения крови?
Таблица. Изменение состава
вдыхаемого и выдыхаемого воздуха
•
О2
Вдыхае
мый
воздух
Выдыха
емый
воздух
N2
CО2
21%
79%
0,03%
16%
79%
4%
Инерт
Водяно
ные
й пар
газы
Неболь Неболь
шое шое
кол-во кол-во
Неболь Увеличе
шое нное
кол-во кол-во
Вывод: в выдыхаемом воздухе увеличивается
количество углекислого газа на 4% и водяных
паров, используется 5% кислорода
• выполните лабораторную работу (с. 105).
Лабораторная работа. Состав
вдыхаемого и выдыхаемого воздуха
• Цель: исследовать состав выдыхаемого
воздуха.
• Оборудование: прибор для сравнения
содержания углекислого газа во вдыхаемом и
выдыхаемом воздухе, известковая вода.
• Вывод: известковая вода под действием
углекислого газа выдыхаемого воздуха
мутнеет, и образуется осадок в соответствии с
реакцией:
• Са (ОН)2 + СО2 ––> СаСО3 + Н2О
У человека дыхание осуществляется
благодаря следующей
последовательности процессов
Сегодня мы рассмотрим легочное и
тканевое дыхание
• При дыхании количество кислорода в легких
уменьшается, а углекислого газа увеличивается.
• Кислород из воздуха, находящегося в альвеолах,
переходит в кровь, а углекислота переходит из
крови в альвеолярный воздух.
• Почему и как это происходит?
• Чтобы объяснить этот процесс, мы должны
обратиться к физике, потому что переход газов из
окружающей среды в жидкость и из жидкости в
воздух подчиняется физическим законам
Воздух представляет собой смесь газов, в которую
входят азот, кислород, углекислый газ, аргон и
другие газы. Воздушная масса атмосферы оказывает
на нас давление, равное примерно 760 мм рт. с
• В смеси газов каждый газ оказывает
независимое давление, которое называют
парциальным давлением данного газа.
Парциальное давление каждого газа в
атмосферном воздухе легко подсчитать.
Например, кислород на любой высоте
составляет по объему 20,9% воздуха, поэтому
его парциальное давление на уровне моря
при полном (барометрическом) давлении 760
мм рт. ст. будет равно:
Расчет парциального давления
• Р(О2) = (760 х 20,9) : 100 = 159 мм рт. ст.
• Так же рассчитывается и давление других
газов:
• P(N2) = 600,8 мм рт. ст.; Р(СО2) = 0,2 мм рт.
ст.
• На схеме 1 изображен каскад процессов с
участием дыхательных газов в соответствии
с их парциальными давлениями.
Ключевыми для дыхания в этом каскаде,
несомненно, являются переходы газов из
легких в кровь и из крови в ткани
Согласно законам физики, если над жидкостью находится
смесь газов или две жидкости разделены проницаемой для
газов мембраной, то газы будут диффундировать от места
большего давления к месту меньшего до тех пор, пока не
установится динамическое равновесие – равенство прямого
и обратного потоков газов
.
• Поскольку парциальное давление кислорода в альвеолах
больше, чем в венозной крови, то кислород диффундирует из
альвеолы в капилляры. Напротив, напряжение углекислого
газа больше в венозной крови, чем в альвеолярном воздухе,
поэтому углекислый газ диффундирует в альвеолы. Условия
для газообмена в легких настолько благоприятны, что данный
процесс приводит к равновесному состоянию примерно за 1 с.
Беседа с использованием схемы 2.
• Второй этап дыхания человека – перенос газа
кровью. В состоянии покоя за 1 мин мы в
среднем потребляем 250 мл кислорода и
выделяем 200 мл углекислого газа. Газы,
входящие в состав воздуха, очень слабо
растворяются в жидкостях. Однако в крови
имеется удивительное вещество – гемоглобин,
– которое способно химически связывать
кислород и углекислый газ, а также
поддерживать постоянную реакцию крови.
Химические процессы,
протекающие при дыхании
• Кровь, поступив через легочную артерию в
легкие, растекается по капиллярам альвеол,
образующих густую сеть, что обеспечивает
хороший газообмен. Кислород, переходя из
альвеолярного воздуха в кровь, вступает в
непрочное соединение с гемоглобином,
образуя оксигемоглобин. В виде
оксигемоглобина кислород от легких
кровью переносится к тканям.
• Связывание кислорода в гемоглобине
осуществляется с помощью иона железа.
Одна молекула гемоглобина присоединяет
четыре молекулы кислорода. При этом
гемоглобин превращается в
оксигемоглобин, а кровь из вишневой
венозной становится алой артериальной.
Эта реакция обратима. Прямой перенос
кислорода плазмой крови незначителен: в
100 мл артериальной крови растворено 3
мл свободного кислорода и 19 мл связано
гемоглобином.
• Перенос углекислого газа также связан с
гемоглобином. Примерно 10% газа
соединяется с этим белком и образует
непрочное химическое соединение
карбогемоглобин. Остальная часть
соединяется с водой и превращается в
угольную кислоту. Далее кислота реагирует
с ионами натрия и калия в плазме крови.
. Газообмен в тканях протекает по
тем же физическим законам
• Ткани поглощают О2 и отдают СО2, при этом
газы переходят из области большего
напряжения в область меньшего напряжения:
Р(О2) в тканях составляет 20–40 мм рт. ст, а
P(СО2) – около 60 мм рт. ст.
• На интенсивность газообмена влияют длина
капилляров, разность напряжений,
химический состав крови, скорость кровотока
и т.д. Чем интенсивнее энергетический обмен
в какой-либо ткани, органе или системе
органов, тем больше требуется кислорода
Как происходит диффузия газов в
организме человека?
• Перенос газов в легких осуществляется за
счет разности между их парциальными
давлениями в альвеолах и в крови. Газы
переходят из области высокого напряжения
в область низкого напряжения. Кислорода
много в альвеолах и мало в капиллярах;
углекислого газа, наоборот, мало в
альвеолах и много в капиллярах
Выберите правильные утверждения
• 1. Растения дышат только днем, используя СО2.
2. Дыхание проходит в два этапа: внешнее и внутреннее.
3. Причина газообмена в легких – разность между
напряжениями и парциальными давлениями газов.
4. Жидкости и газы в природе движутся из области низкого
давления в область высокого давления.
5. Перенос кислорода в организме осуществляется только
плазмой крови.
6. Вся углекислота переносится эритроцитами.
7. Соединение гемоглобина (Hb) с О2 – карбогемоглобин, а Hb с
СО2 – оксигемоглобин.
8. В большом круге кровообращения кровь из венозной
превращается в артериальную, а в малом круге – из
артериальной в венозную.
9. В большом круге кровообращение происходит газообмен в
легких, а в малом круге – в тканях.
V. Первичный контроль знаний
•
•
•
•
•
1 вариант
Указанные процессы распределите по группам.
А. Газообмен в тканях.
Б. Физические процессы при газообмене.
В. Процессы в большом круге кровообращения.
1. Переход О2 из легких в кровь.
2. Переход О2 из крови в ткани.
3. Переход СО2 из тканей в кровь.
4. Переход СО2 из крови в легкие.
5. Присоединение О2 к эритроциту.
6. Отделение О2 от эритроцита.
7. Превращение артериальной крови в венозную.
8. Превращение венозной крови в артериальную.
9. Разрыв химической связи О2 с гемоглобином.
10. Химическое связывание О2 гемоглобином.
11. Капилляры в тканях.
12. Легочные капилляры.
Взаимопроверка по ключу.
2-вариант
• Указанные процессы распределите по группам.
• А. Газообмен в легких.
Б. Химические процессы при газообмене.
В. Процессы в малом круге кровообращения.
• 1. Переход О2 из легких в кровь.
2. Переход О2 из крови в ткани.
3. Переход СО2 из тканей в кровь.
4. Переход СО2 из крови в легкие.
5. Присоединение О2 к эритроциту.
6. Отделение О2 от эритроцита.
7. Превращение артериальной крови в венозную.
8. Превращение венозной крови в артериальную.
9. Разрыв химической связи О2 с гемоглобином.
10. Химическое связывание О2 гемоглобином.
11. Капилляры в тканях.
12. Легочные капилляры. Взаимопроверка по ключу.
•
VI. Домашнее задание
• § 24. Творческое задание по выбору:
• – составить синквейн (пятистрочное
стихотворение) «Газообмен»;
– подготовить сообщение «Первый вдох
новорожденного»;