Лекция "Газообмен в легких и тканях"

Урок. Газообмен в легких и тканях.

1. Обмен газов в легких и тканях.

Обмен газов в легких. Во время вдоха наружный воздух засасывается в легкие и заполняет легочные пузырьки. Состав воздуха внутри пузырьков будет всегда немного отличаться от состава наружного воздуха. Это объясняется тем, что, проходя по воздухоносным путям, воздух становится влажным и смешивается с остатками находящегося там уже использованного для дыхания воздуха. В результате в воздухе легочных пузырьков будет чуть меньше кислорода и чуть больше углекислого газа, чем в наружном, и много водяных паров (см. таблицу). Чем глубже дыхание, тем лучше вентилируются легкие и тем ближе состав воздуха в пузырьках приблизится к составу наружного воздуха. Кровь, поступающая в легкие по системе малого круга кровообращения, содержит мало кислорода и много углекислого газа.

В легких происходит обмен газов между кровью и воздухом. Этот процесс осуществляется с помощью диффузии. Ее сущность состоит в том, что молекулы любого газа, если их концентрация велика, стремятся проникнуть сквозь проницаемые для них оболочки туда, где их мало. В этом случае диффузия газа продолжается до тех пор, пока концентрация его молекул по обе стороны оболочки не станет одинаковой. Для диффузии кислорода и углекислого газа тонкие стенки легочных пузырьков и кровеносных сосудов не представляют серьезных препятствий. Газы легко проникают через эти оболочки.

В насыщении крови кислородом имеется одна важная особенность. Кислород, растворившийся в крови, благодаря диффузии проникает внутрь эритроцитов и вступает там в соединение с гемоглобином. В результате образуется оксигемоглобин. Каждая его молекула способна удержать четыре атома кислорода – Hb(О₂)₄.

Благодаря этому каждые 100 мл крови, прошедшие через легкие, уносят с собой 20 мл кислорода. Обогащенная кислородом кровь возвращается в сердце, а оттуда направляется во все органы и ткани.

О

бмен газов в тканях. Соотношение газов в тканях прямо противоположно тому, что наблюдается в легких. В приходящей сюда артериальной крови много кислорода и очень мало углекислого газа. Зато углекислого газа много в самих тканях, а кислород там интенсивно расходуется, и поэтому его часто необходимо добавлять. Обмен газов осуществляется здесь тоже за счет диффузии, только теперь кислород покидает кровь, переходя в ткани, а углекислый газ из тканей переходит в кровь и его концентрация в тканях снижается.

Как вы уже знаете, свободного кислорода в крови немного. Основная его часть входит в состав молекул оксигемоглобина. Оксигемоглобин — вещество непрочное. Он способен сохраняться только когда в окружающей среде много свободного кислорода. Поэтому во время движения крови по

крупным сосудам оксигемоглобин не разрушается. Но, как только кровь достигнет капилляров и растворенный в ней кислород станет переходить в ткани, начинается распад оксигемоглобина на гемоглобин и кислород. Этот процесс идет тем сильнее, чем быстрее кислород покидает капилляры, и продолжается до полного распада всех молекул оксигемоглобина.

Около 10% углекислого газа транспортируется эритроцитами в форме карбгемоглобина НbСО₂; большая часть растворяется в воде и образует Н₂СО₃, которая реагирует с солями К⁺ и Na⁺, превращаясь в гидрокарбонаты. Оказавшись в легочных капиллярах, эти вещества распадаются, и образовавшийся при этом углекислый газ покидает кровяное русло, а затем удаляется из организма.

Если в результате случайных загрязнений в воздухе оказываются посторонние вещества, то, попав в легкие, они разносятся кровью по всему организму. Вредные вещества способны образовывать в организме химические соединения. Поэтому они могут накапливаться в значительных количествах. Вот почему тяжесть отравления зависит не только от количества вредных веществ в атмосфере, но и от продолжительности пребывания в ней человека. Если образующиеся при этом соединения оказываются прочными, они надолго задерживаются в тканях организма. Чтобы от таких веществ избавиться, бывает недостаточно просто покинуть опасную зону. Приходится использовать лекарства, чтобы разрушить эти вещества и удалить их из организма.

Источником загрязнения воздуха могут явиться выбросы промышленных предприятий, выхлопные газы автотранспорта, в быту — летучие вещества, содержащиеся в лаках и красках, бытовой и угарный газы.

2. Влияние окружающей среды на дыхание.

В связи с развитием промышленности и с естественными процессами, происходящими в природе, воздух постоянно загрязняется. Несмотря на систематическое загрязнение, все же сохраняется относительное постоянство состава и чистоты воздуха. Это происходит благодаря самоочищению атмосферы. Дождь и снег промывают атмосферу, удаляя из нее пыль и растворимые в воде вещества. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Кислород окисляет органические примеси. Ультрафиолетовые лучи солнца убивают микроорганизмы. Однако размах хозяйственной деятельности человека достиг таких масштабов, что естественных сил самоочищения стало недостаточно для сохранения чистоты атмосферы. Поэтому во всех странах проводятся мероприятия по предотвращению загрязнения воздушного бассейна промышленными предприятиями.

Кислород — необходимый для дыхания компонент воздуха. Его содержание в воздушной среде уменьшается в связи с дыханием человека и животных, процессами горения и окисления. Единственным источником возобновления кислорода являются зеленые растения. Количество кислорода в атмосфере весьма постоянно. Даже в больших городах, где потребление кислорода особенно велико, его содержание не падает ниже 20,6%. Такое уменьшение содержания кислорода не оказывает отрицательного влияния на человеческий организм.

В воздухе жилых и общественных помещений уменьшения содержания кислорода ниже 20%, как правило, не происходит, так как его запасы постоянно возобновляются за счет проникновения наружного воздуха. Недостаток кислорода может возникнуть лишь в герметически закрытых помещениях, например при авариях на подводных лодках, а также в шахтах, колодцах, подземельях, пещерах, откуда кислород бывает вытеснен другими газами.

При необходимости усилить снабжение организма кислородом используют газовые смеси с содержанием кислорода до 40—60% или непродолжительное дыхание одним кислородом. К этому прибегают, когда требуется резко увеличить работоспособность человека для оказания неотложной помощи при больших кровопотерях, отравлениях угарным газом и другими ядовитыми веществами, расстройствах кровообращения и при лечении некоторых особо опасных инфекционных заболеваний.

Углекислый газ образуется при дыхании людей и животных, брожении, гниении органических веществ, сгорании топлива. Это бесцветный газ, не имеющий запаха. Углекислый газ поступает в атмосферу непрерывно, но его содержание в воздухе поддерживается на постоянном уровне. Это происходит благодаря тому, что углекислый газ в больших количествах усваивается растениями, вымывается из воздуха дождями, поглощается морями, океанами и пресноводными водоемами. Лишь в промышленных центрах содержание углекислого газа может возрасти до 0,05—0,06%. В воздухе, выдыхаемом человеком, содержится около 4% углекислого газа. Поэтому в помещениях, где много людей, его концентрация может достигать 0,1%. Сама по себе такая концентрация углекислого газа не оказывает на человека вредного воздействия. Однако в плохо вентилируемых помещениях наравне с углекислым газом в воздухе резко увеличивается содержание других продуктов жизнедеятельности человека. Поэтому врачи пользуются данными о содержании углекислого газа в воздушной среде, так как повышение его концентрации служит косвенным показателем загрязнения воздуха.

Благодаря тому что углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха, он может накапливаться в нижней части замкнутых пространств, где идет интенсивное разложение органических веществ: в силосных ямах, бродильных чанах. В воздухе герметически закрытых помещений содержание углекислого газа тоже может возрастать до величин, опасных для человека. Этот газ возбуждает дыхательный центр. Поэтому при повышении концентрации углекислого газа до 2—3% у человека углубляется и учащается дыхание, а при 4—5% появляются первые признаки отравления. При достижении концентрации 10—12% наступает быстрая потеря сознания и смерть. Так как углекислый газ не имеет запаха, не вызывает раздражения дыхательных путей и вообще никак не ощущается, места его скоплений являются коварными ловушками для всего живого.

Азот составляет основную часть атмосферного воздуха. По своим свойствам он является инертным газом. В растворенном виде азот постоянно находится в крови и тканевых жидкостях организма, но ни в какие химические реакции не вступает. Его значение для дыхания состоит в том, что он разбавляет кислород. Жизнь в чистом кислороде была бы невозможна. Растворенный в крови азот может стать причиной серьезного заболевания человека, находящегося в условиях высокого атмосферного давления. При быстром падении давления избыток азота не успевает удаляться из организма человека через легкие. В крови образуются пузырьки азота, которые закупоривают мелкие кровеносные сосуды, вызывая кессонную болезнь. Поэтому водолазы, работающие на больших глубинах, поднимаются на поверхность медленно, с 1—2 остановками, чтобы дать возможность излишкам азота постепенно покинуть организм.

Основные термины и понятия:

Состав вдыхаемого воздуха. Состав выдыхаемого воздуха. Транспорт кислорода. Транспорт углекислого газа. Кессонная болезнь.

Карточка у доски:

1. Сколько кислорода во вдыхаемом воздухе?

2. Сколько кислорода в выдыхаемом воздухе?

3. Сколько углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе?

4. В каком виде транспортируется кислород кровью?

5. В каком виде транспортируется углекислый газ кровью?

6. Что тяжелее – воздух или углекислый газ? Во сколько раз?

7. При какой концентрации углекислого газа появляются первые признаки отравления?

8. При какой концентрации углекислого газа наступает быстрая потеря сознания и смерть?

9. Какой запах имеет углекислый газ?

10. Какое заболевание развивается при быстром подъеме водолаза с большой глубины?

Карточки для письменной работы:

1. Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха?

2. Газообмен в легких и тканях.

3. Транспорт газов кровью.

4. Дайте определения или раскройте понятия: Состав вдыхаемого воздуха. Состав выдыхаемого воздуха. Транспорт кислорода. Транспорт углекислого газа. Кессонная болезнь.

Компьютерное тестирование:

Тест 1. Сколько кислорода во вдыхаемом воздухе?

1. 100%.

2. 50%.

3. 21%.

4. 16%.

Тест 2. Сколько кислорода в выдыхаемом воздухе?

1. 21%.

2. 16%.

3. 8%.

4. 0%.

Тест 3. Сколько углекислого газа во вдыхаемом воздухе?

1. 4%.

2. 0,5%.

3. 0,3%.

4. 0,03%.

Тест 4. Сколько углекислого газа в выдыхаемом воздухе?

1. 4%.

2. 0,5%.

3. 0,3%.

4. 0,03%.

Тест 5. В каком виде в основном транспортируется кислород кровью?

1. В форме карбогемоглобина.

2. В форме карбоксигемоглобина.

3. В форме оксигемоглобина.

4. В растворенном состоянии.

**Тест 6. В каком виде транспортируется углекислый газ кровью?

1. В форме карбогемоглобина.

2. В форме карбоксигемоглобина.

3. В растворенном состоянии.

4. В форме гидрокарбонатов.

Тест 7. Что тяжелее – воздух или углекислый газ? Во сколько раз?

1. Воздух, в 1,5 раза.

2. Воздух, в 2 раза.

3. Углекислый газ, в 1,5 раза.

4. Углекислый газ, в 2 раза.

Тест 8. При какой концентрации углекислого газа появляются первые признаки отравления?

1. 1%.

2. 2-3%.

3. 4-5%.

4. 10-12%.

Тест 9. При какой концентрации углекислого газа наступает быстрая потеря сознания и смерть?

1. 2-3%.

2. 4-5%.

3. 10-12%.

4. 18-20%.

Тест 10. Какое заболевание развивается при быстром подъеме водолаза с большой глубины?

1. Гиподинамия.

2. Асфиксия.

3. Синдром Клайнфельтера.

4. Кессонная болезнь.