Где происходит газообмен между кровью и клетками

4. Обмен газов между кровью и тканями

Где происходит газообмен между кровью и клетками

ГазообменО2 иСО2 междукровью капилляров большого круга иклетками тканей осу­ществляется путемпростой диффузии. Перенос дыхательныхгазов (О2 —из крови в ткани, СО2 —в обратном направлении) проис­ходитпод действием концентрационногоградиента этих газов между кровью вкапиллярах иинтерстициальнойжидкостью.

 Разностьнапряжения О2пообе стороны стенки кровеносногокапилляра, обес­печивающая его диффузиюиз крови в интерстициальную жидкость,составляет от 30 до 80 мм рт.ст. (4.0-10.7 кПа).Напряжение СО2 винтерстициальной жидкости у стенкикровеносного капилляра на 20-40 мм рт.ст.(2.7-5.3 кПа) больше, чем в крови.

ПосколькуСО2 диффундируетпримерно в 20 раз быстрее, чем кислород,удаление СО2 происходитгораздо легче,  чем снабжение кислородом.

Нагазообмен в тканях влияют не толькоградиенты напряжения дыхательных газовмежду кровью и интерстициальнойжидкостью, но также площадь обменнойповерхности, величина диффузионногорасстояния и коэффициенты диффузии техсред, через которые осуществляетсяперенос газов. Диффузионный путь газовтем коро­че, чем больше плотностькапиллярной сети.

В расчете на 1мм3 суммарнаяповерхность капиллярного русла достигает,например, в скелетной мышце 60 м2,а в миокарде — 100 м2.Площадь диффузии определяет такжеколичество эритроцитов, протекающихпо капил­лярам в единицу времени взависимости от распределения кровотокав микроциркуляторном русле.

На выходО2 изкрови в ткань влияет конвекция плазмыи интерстициальной жидкости, а такжецитоплазмы в эритроцитах и клеткахткани. Диффундирующий в тканиО2 потребляетсяклетками в процессе тканевого дыхания,поэтому разность его напряжения междукровью, интерстициальной жидкостью иклетками существует постоянно, обеспечиваядиффу­зию в этом направлении.

Приувеличении потребления тканью кис­лородаего напряжение в крови уменьшается, чтооблегчает диссо­циацию  оксигемоглобина.

Количествокислорода, которое потребляют ткани, впроцентах от общего содержания его вартериальной крови называетсякоэффи­циентом утилизации кислорода.В покое для всего организма коэф­фициентутилизации кислородаравенпримерно 30-40%.

Однако, при этом потреблениекислорода в различных тканях существенноотличается, и коэффициент его утилизации,например, в миокарде, сером веществемозга, печени, составляет 40-60%.

В состояниипокоя серым веществом головного мозга(в частности, корой боль­ших полушарий)потребляется в минуту от 0.08 до 0.1 млО2 на1 г ткани, а в белом веществе мозга — в8-10 раз меньше.

В кор­ковом веществепочки среднее потребление О2примернов 20 раз больше, чем во внутренних участкахмозгового вещества почки. При тяжелойфизической нагрузке коэффициентутилизации О2 работа­ющимискелетными  мышцами и  миокардомдостигает  90%.

Кислород,поступающий в ткани, используется вклеточных окис­лительных процессах,которые протекают на субклеточномуровне с участием специфическихферментов, расположенных группами встрогой последовательности на внутреннейстороне мембран мито­хондрий.

Длянормального хода окислительных обменныхпроцессов в клетках необходимо, чтобынапряжение О2 вобласти митохондрий было не меньше0.1-1 мм рт.ст. (13.3-133.3 кПа).Этавеличина называется критическимнапряжением кислорода в митохондриях.

 Посколькуединственных резервом О2 вбольшинстве тканей служит его физическирастворенная фракция, снижение поступленияО2 изкрови приводит к тому, что потребноститканей в О2 перестаютудовлетворяться, развивается кислородноеголоданиеиокислительные обменные  процессы замедляются.

Единственнойтканью, в которой имеется депо О2,является мы­шечная. Роль депо О2 вмышечной ткани играет пигмент миоглобин, близкийпо строению к гемоглобину и способныйобратимо связы­вать О2.Однако, содержание миоглобина в мышцахчеловека неве­лико, и поэтому количествозапасенного О, не может обеспечить ихнормальное функционирование в течениедлительного промежутка времени.

Сродствомиоглобина к кислороду выше, чем угемогло­бина: уже при напряжении О,3-4 мм рт.ст. 50% миоглобина пере­ходитв оксимиоглобин, а при 40 мм рт.ст. миоглобиннасыщен О2 до95%.

Во время сокращения мышцы, с однойстороны, увеличи­ваются потребностиклеток в энергии и усиливаютсяокислительные процессы, с другой —резко ухудшаются условия доставкикислоро­да,   поскольку  при   сокращении   мышца  сдавливает   капилляры  и доступ крови по ним может прекращаться.Во время сокращения расходуется О2,запасенный в миоглобине за времярасслабления мышцы.

Особое значениеэто имеет для постоянно активнорабо­тающей мышцы сердца, посколькуее снабжение кислородом из крови носитпериодический характер. Во время систолыв результате повышения интрамуральногодавления кровоток в бассейне левойкоронарной артерии снижается и вовнутренних слоях миокарда левогожелудочка может на короткое времяполностью прекратиться.

Когда напряжениеО2 вмышечных клетках падает ниже 10-15 ммрт.ст. (1.3-2.0 кПа), миоглобин начинаетотдавать О,, запасенный в виде оксимиоглобиназа время диастолы. Среднее содержаниемио глобина в сердце составляет 4 мг/г.Поскольку 1 г миоглобина может связатьпримерно до 1.34 мл кислорода, вфизиологических условиях запасыкислорода в миокарде составляют около0.005 мл на 1 г ткани.

Этого количествакислорода достаточного для того, чтобыв условиях полного прекращения егодоставки кровью под­держивать вмиокарде окислительные процессы лишьв течение 3-4 с. Однако, длительностьсистолы намного короче, поэтомумиог­лобин, выполняющий функциюкратковременного депо О2,предо­храняет  миокард  откислородного  голодания.

Источник: https://studfile.net/preview/3560762/page:4/

Биология в лицее

Где происходит газообмен между кровью и клетками

Газообмен в лёгких и тканях

Мы дышим атмосферным воздухом. Он содержит примерно 21% кислорода, 0,03% углекислого газа, почти 79% азота, пары воды. Воздух, который мы выдыхаем, отличается по составу от атмосферного. В нем уже 16% кислорода, около 4% углекислого газа, больше становится и паров воды. Количество азота не изменяется.

Виртуальная лабораторная работа: “Обнаружение углекислого газа в выдыхаемом воздухе”.

Газообмен в лёгких — это обмен газами между альвеолярным воздухом и кровью лёгочных капилляров путём диффузии. В легких кровь освобождается от углекислого газа и насыщается кислородом.

По артериям малого круга кровообращения в легкие поступает венозная кровь. В воздухе, который вдыхает человек, кислорода содержится значительно больше, чем в венозной крови. Поэтому он в результате диффузии свободно проходит через стенки альвеол и капилляров в кровь. Здесь кислород соединяется с гемоглобином – красным пигментом эритроцитов.

Кровь насыщается кислородом и становится артериальной. Одновременно углекислый газ проникает в альвеолы.

Благодаря легочному дыханию соотношение кислорода и углекислого газа в воздухе альвеол поддерживается на постоянном уровне, и газообмен между кровью и альвеолярным воздухом идет непрерывно, независимо от того, вдыхаем мы воздух в данный момент или на некоторое время задерживаем дыхание. 

Газообмен в лёгких происходит благодаря существованию разницы парциального давления дыхательных газов. Парциальным (т. е.

частичным) давлением называют часть общего давления, которая приходится на долю каждого газа в газовой смеси. Это давление измеряют в мм рт. ст.

Парциальное давление зависит от процентного содержания газа в газовой смеси: чем выше процентное содержание, тем выше парциальное давление.

Парциальное давление можно высчитать по формуле Дальтона: р = (Р х а)/100, где р — парциальное давление данного газа, Р — общее давление газовой смеси в мм рт. ст., а — процентное содержание газа в газовой смеси.

Например, парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе составляет: (760 х 20,94)/100 = 159 мм рт. ст. Парциальное давление углекислого газа во вдыхаемом воздухе составляет 0,2 мм рт. ст. В лёгочных альвеолах парциальное давление кислорода составляет 106 мм рт. ст., а углекислого газа — 40 мм рт. ст.

Поэтому кислород и углекислый газ переходят из области большего давления в область меньшего давления.

Газообмен в тканях — это обмен газами между притекающей артериальной кровью, межклеточной жидкостью, клетками и оттекающей венозной кровью. Механизм этого обмена такой же, как и в лёгких. Это диффузия, связанная с разностью парциального давления газов в крови, межклеточной жидкости и клетках организма. В тканях кровь отдает кислород и насыщается углекислым газом.

Артериальная кровь по сосудам большого круга кровообращения направляется к органам тела. кислорода в артериальной крови больше, чем в клетках тканей. Поэтому кислород благодаря диффузии свободно проходит через тонкие стенки капилляров в клетки.

Кислород используется для биологического окисления, а выделившаяся энергия идет на процессы жизнедеятельности клетки. При этом образуется углекислый газ, который поступает из клеток тканей в кровь. Кровь из артериальной превращается в венозную.

Она возвращается к легким и здесь снова становится артериальной.

Известно, что газы плохо растворяются в теплой воде, еще хуже в теплой и соленой воде.

Чем же объяснить, что кислород проникает в кровь, несмотря на то что кровь – теплая и соленая жидкость? Ответ на этот вопрос кроется в свойствах гемоглобина эритроцитов, которые переносят кислород от органов дыхания к тканям, а от них – углекислый газ к дыхательным органам. Его молекула химически взаимодействует с кислородом: она захватывает 8 атомов кислорода и доставляет их тканям.

Жизненная ёмкость лёгких — это наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха.

Эта ёмкость равна сумме дыхательного объёма, резервного объёма вдоха и выдоха. Данный показатель колеблется в пределах от 3 500 до 4 700 мл.

Для определения различных объёмов и ёмкостей лёгких применяют специальные приборы: спирометры, спирографы и др.

Если попросить человека сделать самый глубокий вдох, а затем выдохнуть весь воздух, то выдохнутый объем воздуха и составит жизненную емкость легких (ЖЕЛ). Понятно, что и после этого выдоха в легких останется еще некоторое количество воздуха – остаточный воздух – равное примерно 1000-1200 см3.

Жизненная емкость легких зависит от возраста, пола, роста, наконец от степени тренированности человека. Для того чтобы рассчитать, какой должна быть жизненная емкость воздуха, можно воспользоваться следующими формулами:

ЖЕЛ (л) мужчин = 2,5 x рост (м);   ЖЕЛ (л) женщин = 1,9 x рост (м).

ЖЕЛ – это жизненная емкость легких (в литрах), рост надо выразить в метрах, а 2,5 и 1,9 – это коэффициенты, найденные экспериментальным путем. Если реальная жизненная емкость легких окажется равной или большей, чем вычисленные величины, результаты следует считать хорошими, если меньшей – плохими. Жизненную емкость легких измеряют специальным прибором – спирометром.

В чем преимущества людей с высокой жизненной емкостью легких? При тяжелой физической работе, например при беге, вентиляция легких достигается за счет большой глубины дыхания.

Человеку, у которого жизненная емкость легких небольшая, да еще и дыхательные мышцы слабы, приходится дышать часто и поверхностно. Это приводит к тому, что свежий воздух остается в воздухоносных путях и лишь небольшая часть его доходит до легких.

В результате ткани получают ничтожное количество кислорода, и человек не может продолжать работу.

В систему оздоровительной гимнастики обязательно входят дыхательные упражнения. Многие из них направлены на то, чтобы проветрить верхушки легких, которые, как правило, у большинства людей проветриваются плохо.

Если поднять руки вверх, прогнуться назад и сделать вдох, мышцы оттягивают верхнюю часть грудной клетки вверх, и верхушки легких проветриваются. Осуществлять полноценное дыхание помогают хорошо развитые мышцы брюшного пресса.

Значит, развивая дыхательные мышцы, мы можем увеличить объем грудной полости, а следовательно, и жизненную емкость.

< Предыдущая страница "Внешнее дыхание"

Следующая страница “Регуляция дыхания” >

Источник: http://biolicey2vrn.ru/index/gazoobmen_v_ljogkikh_i_tkanjakh/0-370

Строение легких. Газообмен в легких и тканях. урок. Биология 8 Класс

Где происходит газообмен между кровью и клетками

В ходе этого урока мы узнаем о том, каким образом устроены наши легкие и как происходит газообмен между атмосферным воздухом и кровью и между кровью и тканями организма.

Тема: Дыхательная система

Урок: Строение легких. Газообмен в легких и тканях

Легкие человека – это парный орган конусовидной формы (см. Рис. 1). Снаружи они покрыты легочной плеврой, грудная полость покрыта пристеночной плеврой. Между 2 листками плевры находится плевральная жидкость, которая снижает силу трения при вдохе и выдохе.

Рис. 1.

За 1 минуту легкие прокачивают 100 литров воздуха.

Бронхи ветвятся, образуя бронхиолы, на концах которых находятся тонкостенные легочные пузырьки – альвеолы (см. Рис. 2).

Рис. 2.

Стенки альвеол и капилляров однослойные, что облегчает газообмен. Они образованы эпителием. Они выделяют сурфактант, который препятствует слипанию альвеол, и вещества, убивающие микроорганизмы. Отработанные БАВ перевариваются фагоцитами или выделяются в виде мокроты.

Рис. 3.

Кислород из воздуха альвеол переходит в кровь, а углекислый газ из крови переходит в альвеолярный воздух (см. Рис. 3).

Это происходит благодаря парциальному давлению, так как каждый газ растворяется в жидкости именно благодаря своему парциальному давлению.

Если парциальное давление газа в окружающей среде выше, чем его давление в жидкости, то газ будет растворяться в жидкости, пока не образуется равновесие.

Парциальное давление кислорода составляет 159 мм. рт. ст. в атмосфере, а в венозной крови – 44 мм. рт. ст. Это позволяет кислороду из атмосферы переходить в кровь.

Кровь попадает в легкие по легочным артериям и растекается по капиллярам альвеол тонким слоем, что способствует газообмену (см. Рис. 4).

Кислород, переходя из альвеолярного воздуха в кровь, вступает во взаимодействие с гемоглобином с образованием оксигемоглобина. В этом виде кислород разносится кровью от легких к тканям.

Там парциальное давление низкое, и оксигемоглобин диссоциирует, освобождая кислород.

Рис. 4.

Механизмы выделения углекислого газа сходны с механизмами поступления кислорода. Углекислый газ образует нестойкое соединение с гемоглобином – карбогемоглобин, диссоциация которого происходит в легких.

Рис. 5.

Угарный газ образует стойкое соединение с гемоглобином, диссоциация которого не происходит. И такой гемоглобин уже не может выполнять свою функцию – разносить кислород по организму. В результате этого человек может погибнуть от удушья даже при нормальной работе легких. Поэтому опасно находиться в закрытом, непроветриваемом помещении, в котором работает автомобиль или топится печь.

Дополнительная информация

Очень много людей дышит часто (более 16 раз в минуту), при этом совершая неглубокие дыхательные движения. В результате такого дыхания воздух попадает только в верхние части легких, а в нижних частях происходит застой воздуха. В такой среде происходит интенсивное размножение бактерий и вирусов.

Для самостоятельной проверки правильности дыхания понадобится секундомер. Необходимо будет определить, сколько дыхательных движений человек делает в минуту. При этом необходимо следить за процессом вдоха и вдоха.

Если при дыхании напрягаются мышцы брюшного пресса, это брюшной тип дыхания. Если изменяется объем грудной клетки, это грудной тип дыхания. Если используются оба эти механизма, то у человека смешанный тип дыхания.

Если человек совершает до 14 дыхательных движений в минуту – это отличный результат. Если человек совершает 15 – 18 движений – это хороший результат. А если более 18 движений – это плохой результат.

Список литературы

1. Колесов Д.В., Маш Р.Д., Беляев И.Н. Биология. 8. – М.: Дрофа.

2. Пасечник В.В., Каменский А.А., Швецов Г.Г. / Под ред. Пасечника В.В. Биология. 8. –  М.: Дрофа.

3. Драгомилов А.Г., Маш Р.Д. Биология. 8. – М.: Вентана-Граф.

Рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. School6.tgl.ru (Источник).

2. Зоошкола (Источник).

3. Атлас анатомии человека (Источник).

Домашнее задание

1. Колесов Д.В., Маш Р.Д., Беляев И.Н. Биология. 8. – М.: Дрофа. – С. 141, задания и вопрос 1, 3, 4.

2. Какую роль в газообмене имеет парциальное давление?

3. Какое строение имеют легкие?

4. Подготовьте небольшое сообщение, в котором объясните, почему в кровь при вдохе не попадают азот, углекислый газ и другие составляющие воздуха.

Источник: https://interneturok.ru/lesson/biology/8-klass/btema-6-dyhanieb/stroenie-legkih-gazoobmen-v-legkih-i-tkanyah

Что такое газообмен в крови, в легких и тканях? Особенности газообмена

Где происходит газообмен между кровью и клетками

Что такое газообмен? Без него не сможет обойтись практически ни одно живое существо. Газообмен в легких и тканях, а также крови помогает насыщать клетки питательными веществами. Благодаря ему мы получаем энергию и жизненные силы.

Что такое газообмен?

Для существования живым организмам необходим воздух. Он представляет собой смесь из множества газов, основную долю которых составляют кислород и азот. Оба эти газа являются важнейшими компонентами для обеспечения нормальной жизнедеятельности организмов.

В ходе эволюции разные виды выработали свои приспособления для их получения, у одних развились легкие, у других – жабры, а третьи используют только кожные покровы. При помощи этих органов осуществляется газообмен.

Что такое газообмен? Это процесс взаимодействия внешней среды и живых клеток, в ходе которого происходит обмен кислорода и углекислого газа. Во время дыхания вместе с воздухом в организм поступает кислород. Насыщая все клетки и ткани, он участвует в окислительной реакции, превращаясь в углекислый газ, который выводится из организма вместе с другими продуктами метаболизма.

Газообмен в легких

Каждый день мы вдыхаем больше 12 килограмм воздуха. В этом нам помогают легкие. Они являются самым объемным органом, способным вместить до 3 литров воздуха за один полный глубокий вдох. Газообмен в легких происходит при помощи альвеол – многочисленных пузырьков, которые переплетены с кровеносными сосудами.

Воздух попадает в них через верхние дыхательные пути, проходя трахею и бронхи. Соединенные с альвеолами капилляры забирают воздух и разносят его по кровеносной системе. В то же время они отдают альвеолам углекислый газ, который покидает организм вместе с выдохом.

Процесс обмена между альвеолами и сосудами называется двусторонней диффузией. Он происходит всего за несколько секунд и осуществляется благодаря разнице в давлении. У насыщенного кислородом атмосферного воздуха оно больше, поэтому он устремляется к капиллярам. Углекислый газ имеет меньшее давление, отчего и выталкивается в альвеолы.

Кровообращение

Без кровеносной системы газообмен в легких и тканях был бы невозможен. Наше тело пронизано множеством кровеносных сосудов различной длины и диаметра. Они представлены артериями, венами, капиллярами, венулами и т. д. В сосудах кровь непрерывно циркулирует, способствуя обмену газов и веществ.

Газообмен в крови осуществляется при помощи двух кругов кровообращения. При дыхании воздух начинается двигаться по большому кругу. В крови он переносится, прикрепляясь к специальному белку гемоглобину, который содержится в эритроцитах.

Из альвеол воздух попадает в капилляры, а затем в артерии, направляясь прямо к сердцу. В нашем организме оно исполняет роль мощного насоса, перекачивая насыщенную кислородом кровь к тканям и клеткам. Они, в свою очередь, отдают кровь, наполненную углекислым газом, направляя её по венулам и венам обратно к сердцу.

Проходя через правое предсердие, венозная кровь завершает большой круг. В правом желудочке начинается малый круг кровообращения. По нему кровь перегоняется в легочный ствол. Она движется по артериям, артериолам и капиллярам, где совершает обмен воздухом с альвеолами, чтобы начать цикл заново.

Обмен в тканях

Итак, мы знаем, что такое газообмен легких и крови. Обе системы переносят газы и обмениваются ими. Но ключевая роль принадлежит тканям. В них происходят главные процессы, изменяющие химический состав воздуха.

Артериальная кровь насыщает клетки кислородом, который запускает в них целый ряд окислительно-восстановительных реакций. В биологии они называются циклом Кребса. Для их осуществления необходимы ферменты, которые также приходят вместе с кровью.

В ходе цикла Кребса образуются лимонная, уксусная и другие кислоты, продукты для окисления жиров, аминокислот и глюкозы. Это один из важнейших этапов, который сопровождает газообмен в тканях. Во время его протекания освобождается энергия, необходимая для работы всех органов и систем организма.

Для осуществления реакции активно используется кислород. Постепенно он окисляется, превращаясь в углекислый газ – СО2, который выделяется из клеток и тканей в кровь, потом в легкие и атмосферу.

Газообмен у животных

Строение организма и систем органов у многих животных значительно варьируется. Наиболее схожими с человеком являются млекопитающие. Небольшие животные, например планарии, не имеют сложных систем для обмена веществами. Для дыхания они используют внешние покровы.

Амфибии для дыхания используют кожные покровы, а также рот и легкие. У большинства животных, обитающих в воде, газообмен осуществляется при помощи жабр. Они представляют собой тонкие пластины, соединенные с капиллярами и переправляющие в них кислород из воды.

Членистоногие, например многоножки, мокрицы, пауки, насекомые, не обладают легкими. По всей поверхности тела у них расположены трахеи, которые направляют воздух прямо к клеткам. Такая система позволяет им быстро передвигаться, не испытывая одышки и усталости, ведь процесс образования энергии происходит быстрее.

Обмен газов у растений

В отличие от животных, у растений газообмен в тканях включает потребление и кислорода, и углекислого газа. Кислород они потребляют в процессе дыхания. Растения не обладают для этого специальными органами, поэтому воздух поступает в них через все части тела.

Как правило, листья имеют наибольшую площадь, и основное количество воздуха приходится именно на них. Кислород поступает в них через небольшие отверстия между клетками, называемые устьицами, перерабатывается и выводится уже в виде углекислого газа, как и у животных.

Отличительной особенностью растений является способность к фотосинтезу. Так, они могут преобразовывать неорганические компоненты в органические при помощи света и ферментов. Во время фотосинтеза поглощается углекислый газ и производится кислород, поэтому растения являются настоящими «фабриками» по обогащению воздуха.

Особенности

Газообмен является одной из важнейших функций любого живого организма. Он осуществляется при помощи дыхания и кровообращения, способствуя освобождению энергии и обмену веществ. Особенности газообмена заключаются в том, что он не всегда протекает одинаково.

В первую очередь он невозможен без дыхания, его остановка в течение 4 минут способна привести к нарушениям работы клеток мозга. В результате этого организм умирает. Существует множество заболеваний, при которых наблюдается нарушение газообмена. Ткани не получают достаточно кислорода, что замедляет их развитие и функции.

Неравномерность газообмена наблюдается и у здоровых людей. Он значительно увеличивается при усиленной работе мышц. Буквально за шесть минут он достигает предельной мощности и придерживается её. Однако при усилении нагрузки количество кислорода может начать увеличиваться, что также неприятно скажется на самочувствии организма.

Источник: https://FB.ru/article/293243/chto-takoe-gazoobmen-v-krovi-v-legkih-i-tkanyah-osobennosti-gazoobmena

Журнал Врача
Добавить комментарий