1.36. Wymiana gazowa i oddychanie Opracowała Bożena Smolik Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska

Oddychanie jest bardzo ważnym procesem, bez którego człowiek (i każdy inny organizm) nie mógłby funkcjonować. Oddychanie kojarzymy tylko z wdechem i wydechem, ale najistotniejsze w tym procesie jest to pomiędzy nimi. Istota oddychania bowiem polega na uwalnianiu energii niezbędnej do życia.

Etapy oddychania wymiana gazowa zewnętrzna, transport gazów przez krew na drodze pomiędzy płucami a komórką, wymiana gazowa wewnętrzna pomiędzy płynami ustrojowymi a komórkami (przekazanie tlenu z krwi do komórek organizmu, odebranie dwutlenku węgla), oddychanie komórkowe (wewnątrzkomórkowe) – nazywane również utlenianiem biologicznym.

Budowa układu oddechowego człowieka Drogi oddechowe: budowa 1-jama nosowa (2 ustna) 6-gardło 3- krtań 7-tchawica 4-oskrzela 5-oskrzeliki funkcje Transport powietrza Oczyszczanie powietrza Ogrzewanie powietrza Nawilżanie powietrza 8-Płuca budowa 5 - oskrzeliki - pęcherzyki płucne funkcja - Wymiana gazowa

Wspólna droga Krtań, poza tym, że jest odcinkiem drogi oddechowej, jest narządem głosu. Czynność głosowa jest wynikiem drgania więzadeł głosowych zwanych fałdami głosowymi. Wysokość głosu zależy od długości fałdów głosowych, ich napięcia, częstości drgań i ciśnienia wydechowego powietrza. Barwa głosu uzależniona jest od budowy gardła, jamy nosowej i częściowo zatok przynosowych. Nagłośnia zamyka wejście do krtani, chroniąc nas przed zakrztuszeniem, ponieważ jama ustna i gardło są odcinkiem wspólnym dla układu oddechowego i pokarmowego.

Funkcje krtani Powstanie głosu uwarunkowane jest każdorazowo drganiem więzadeł głosowych na skutek impulsów nerwowych. Drgania te polegają na rytmicznych, bardzo szybkich ruchach oddalania i zbliżania się więzadeł do siebie, przecinają słup powietrza nagromadzonego pod zwartymi więzadłami głosowymi i dają początek fali głosowej. Ruchy krtani, które możemy świadomie regulować, wiążą się z ruchami żuchwy, języka i miękkiego podniebienia. Czynnikiem warunkującym prawidłowe wydobycie głosu jest właściwa praca mięśni nie tylko krtaniowych, ale także tych, które łączą krtań z językiem, żuchwą, gardłem itd. Cały narząd głosu jest podporządkowany i uzależniony od systemu nerwowego. Lekki niedowład któregoś z nerwu od razu wpływa na brzmienie głosu, gdyż od nerwów zależy praca mięśni, a one nigdy nie działają oddzielnie.  

Powstawanie głosu Do powstania głosu przyczyniają się trzy główne ośrodki: płuca, krtań i nasada. Płuca - dostarczają powietrza niezbędnego do powstania dźwięku, mowy lub śpiewu i wraz z mięśniami oddechowymi klatki piersiowej i brzucha biorą udział w czynności oddechowej. Krtań - to właściwy instrument głosowy, przy czym pełni również funkcję oddechową. Nasadą nazywamy zespół komór rezonacyjnych leżących ponad krtanią. Jest ona ośrodkiem formułującym w sposób ostateczny głos powstały w krtani tzn. nadającym mu barwę i ostateczny kształt głoski. Spełnia ona funkcję oddechową, rezonansową i artykulacyjną .

Wdech i wydech Wymianę gazową umożliwiają wdech i wydech. Wdech i wydech odbywa się przy udziale: mięśni międzyżebrowych klatki piersiowej przepony Mięśnie oddechowe: Mięśnie międzyżebrowe położone są pomiędzy żebrami w klatce piersiowej. Pomagają rozciągnąć żebra podczas wdechu. – pracują tylko przy wdechu lub głębokim wydechu, swobodny wydech nie wymaga pracy mięśni. Przepona jest to silny mięsień - przegroda w kształcie kopuły, która oddziela jamę klatki piersiowej od jamy brzusznej, jest głównym mięśniem jakiego używamy kiedy wdychamy powietrze. Wdech jest fazą czynną w procesie oddychania-ponieważ następuje skurcz mięśni oddechowych. Wydech jest fazą bierną- ponieważ nie wymaga pracy mięśni. Zwróć uwagę na położenie żeber i ruchy przepony podczas wdechu i wydechu

Porównanie składu powietrza wdychanego i wydychanego Wnioski z analizy zamieszczonego wykresu: 1. W procesie oddychania zużywany jest tlen. 2. W procesie oddychania produkowany jest dwutlenek węgla i para wodna. 3. Azot i gazy szlachetne nie biorą udziału w procesie oddychania.

Wdech i wydech Uruchom pokaz slajdów

Wymiana gazowa zewnętrzna Wymiana gazowa zewnętrzna (oddychanie płucne) – zachodzi w pęcherzykach płucnych. Tlen z pęcherzyka przechodzi do krwi, a dwutlenek węgla z krwi do pęcherzyka płucnego. Wymiana gazów odbywa się na drodze dyfuzji. Dyfuzja jest to przenikanie cząsteczek ze środowiska o większym stężeniu do środowiska o mniejszym stężeniu. Zarówno tlen jak i dwutlenek węgla jest transportowany przez erytrocyty. Gazy te wchodzą w reakcję z hemoglobiną: hemoglobina + O2 - oksyhemoglobina hemoglobina + CO2 - karboksyhemoglobina a - pęcherzyk płucny, b - włosowate naczynie krwionośne, c - erytrocyt z dwutlenkiem węgla, d - dwutlenek węgla, e - tlen, f - erytrocyt z tlenem.

Wymiana gazowa wewnętrzna Wymiana gazowa wewnętrzna (oddychanie tkankowe) – zachodzi w komórkach ciała. Tlen z krwi przenika na drodze dyfuzji do komórki, a dwutlenek węgla z komórki do krwi.

Proces oddychania komórkowego można zapisać za pomocą równania: Oddychanie komórkowe Do każdej komórki ciała dostarczany jest tlen i substancje pokarmowe. W obecności tlenu następuje utlenianie (spalanie) glukozy. W procesie spalania uwalnia się energia niezbędna do życia. Proces oddychania komórkowego można zapisać za pomocą równania: Komórka magazynuje energię w postaci energii wiązań chemicznych ATP. Zmagazynowana energia chemiczna jest przetwarzana na energię mechaniczną, cieplną, elektryczną- w zależności od potrzeb organizmu. Podczas utleniania glukozy powstają również produkty uboczne, które organizm musi wydalić. Są to dwutlenek węgla, woda i mocznik

Oddychanie beztlenowe W przypadku niedoboru tlenu, w komórce może zajść proces oddychania beztlenowego. W jego wyniku również uwalniana jest energia z glukozy, ale produktem ubocznym jest kwas mlekowy. Zjawisko takie obserwujemy np. podczas intensywnych ćwiczeń fizycznych prowadzących do powstawania tzw. zakwasów w mięśniach.

Mitochondria Oddychanie wewnątrzkomórkowe zachodzi w każdej żywej komórce naszego organizmu w organellum zwanym mitochondrium. Szczególnie dużo mitichondriów posiadają tkanki o dużym zapotrzebowaniu energetycznym np. tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana.

Współpraca układów Proces oddychania komórkowego jest doskonałym przykładem współpracy różnych układów w organizmie człowieka: tlen pobierany jest przez układ oddechowy i dociera do komórki za pośrednictwem krwi, związki organiczne pochodzą z pokarmów trawionych w układzie pokarmowym i roznoszone są przez krew, dwutlenek węgla, również transportowany przez układ krwionośny, jest usuwany poprzez układ oddechowy. mocznik usuwany jest przez układ moczowy, a jego transportem zajmuje się krew, nadmiar wody usuwany jest przez układ moczowy, oddechowy (para wodna) i skórę.

Zadania Podaj nazwy produktów oddychania wewnątrzkomórkowego i wypisz obok ich oznaczenia literowe.

Zadania 2. Uzupełnij poniższy schemat, podając do zamieszczonych numerów odpowiednie określenia.

Zadania 3. Podaj nazwę związku chemicznego, w którym zgromadzona jest energia uwolniona w procesie oddychania wewnątrzkomórkowego.

Zadania 1. X < Y 2. X >Y 3. W > Z 4. W< Z 4. Przyporządkuj do schematu A i B odpowiednie zależności stężenia gazów, wiedząc, że X – stężenie tlenu w pęcherzyku płucnym W – stężenie dwutlenku węgla w pęcherzyku płucnym Y – stężenie tlenu we krwi Z – stężenie dwutlenku węgla we krwi Zależność między stężeniami gazów 1. X < Y 2. X >Y 3. W > Z 4. W< Z

Zadania Przeprowadzono doświadczenie, polegające na przepuszczaniu przez bezbarwny i przezroczysty roztwór wodorotlenku wapnia Ca(OH)2 powietrza wydychanego przez człowieka. Po pewnym czasie zaobserwowano zmętnienie roztworu. Powstałe zmętnienie świadczy o pojawieniu się w roztworze nierozpuszczalnego węglanu wapnia, powstającego w przebiegu następującej reakcji: Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O 5. Sformułuj i zapisz problem badawczy do tego doświadczenia.

Zadanie dla chętnych Zaznacz parę wykresów przedstawiających zmiany, jakie zaszły w organizmie człowieka, który po 10-minutowym spacerze, zaczął biec. A. Para A i X. B. Para A i Y. C. Para B i X D. Para B i Y.

Źródła W.Lewiński,J.Prokop, Biologia1, OPERON 2004r. B.Klimuszko, Biologia I, ŻAK,2000r. D.Cichy,I.Żeber-Dzikowska,DEBIT 2000r. B.Potocka,W.Górski, Biologia, MAC Edukacja 2003r. J.Loritz-Dobrowolska i wsp., Biologia, OPERON 2007r. materiały „Puls życia 2”, Nowa Era 2009r. www.szkolnictwo.pl