Занятие № 7.
Тема: Внешнее дыхание. Структура дыхательного цикла.
Дыхание - совокупность процессов, в результате которых происходит потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа.
Дыхание у человека и высших животных включает следующие процессы:
1. Обмен воздуха между внешней средой и альвеолами легких.
2. Обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью, протекающей через легочные капилляры.
3. Транспорт газов кровью.
4. Обмен газов между кровью и тканями в тканевых капиллярах.
5. Потребление клетками кислорода и выделение ими углекислого газа.
У одноклеточных организмов газообмен происходит через всю поверхность тела, у насекомых – через трахеи, которые пронизывают все тело, у рыб – в жабрах. У земноводных 2/3 газообмена осуществляется через кожу и 1/3 – через легкие. У млекопитающих животных газообмен почти полностью совершается в легких и незначительно через кожу и пищеварительный тракт.
Внешнее дыхание.
Легкие у сельскохозяйственных животных расположены в герметически закрытой грудной полости, где давление отрицательное (ниже атмосферного). Изнутри грудная полость выстлана плеврой, один из листков которой (париетальный) прилегает к грудной клетке, а другой (висцеральный) покрывает легкие. Между ними есть щель, заполненная серозной жидкостью для уменьшения трения легких во время вдоха и выдоха. Легкие лишены мускулатуры и пассивно следуют за движением грудной клетки: при расширении последней – расширяются и засасывают воздух (вдох), при спадении – спадаются (выдох). Дыхательная мускулатура грудной клетки и диафрагмы сокращается за счет импульсов, поступающих из дыхательного центра, обеспечивающего нормальное дыхание. Если вскрыть грудную клетку, воздух поступает в плевральную полость (пневмоторакс) и давление в ней станет – равным атмосферному, в результате легкие спадутся (ателектаз).
Отрицательное давление в плевральной полости.
У плодов животных легкие заполняют всю грудную полость. Газообмен происходит через плаценту. Легкие плода в дыхании не участвуют.
После рождения при первом вдохе ребра поднимаются, но в исходное положение вернуться не могут, так как фиксируются в позвонках.
Эластичная ткань легких стремится к спадению, между легкими и грудной клеткой образуется щель, в которой давление ниже атмосферного. Так, в альвеолах легких давление равно атмосферному –760, в плевральной полости – 745-754 мм рт.ст. Эти 10-30 мм и обеспечивают расширение легких. При вдохе объем грудной полости увеличивается, давление понижается воздух поступает в легкие. При спадении грудной клетки грудная полость уменьшается, в ней повышается давление и воздух вытесняется наружу – происходит выдох.
Под частотой дыхания понимают количество дыхательных циклов (вдох- выдох) в 1 мин. Частота дыхательных движений у животных зависит от интенсивности обмена веществ, температуры окружающей среды, продуктивности животных и т.д.
Крупные животные дышат реже, чем мелкие, молодые чаще, чем взрослые. Высокопродуктивные коровы дышат чаще, чем низкопродуктивные. Физическая работа, прием корма, возбуждение учащают дыхание.
Частота дыхательных движений
У животных в 1 мин
| Вид животного | Частота |
| Лошадь Крупный рогатый скот Свинья Собака Курица | 8-12 10-30 8-18 10-30 22-25 |
В акте дыхания принимают участие наружные и внутренние межреберные мышцы, мышцы диафрагмы. В зависимости от того, какие мышцы в больше степени участвуют в расширении грудной клетки, различают три типа дыхания: реберный, или грудной (при вдохе в основном сокращаются наружные межреберные мышцы); брюшной, или диафрагмальный (за счет сокращения диафрагмы); реберно-брюшной, когда в дыхании участвуют мышцы грудной клетки и диафрагмы. При беременности, заболеваниях брюшных органов тип дыхания изменяется на грудной, так как животные «оберегают» больные органы.
При дыхании происходит расширение и спадение грудной клетки. Запись дыхательных движений носит название пневмограммы, по которой можно определить частоту и глубину дыхания.
К защитным дыхательным рефлексам относят кашель, чихание, остановка, увеличение или учащение дыхания.
Кашель, чихание возникают вследствие раздражения рецепторов верхних дыхательных путей механическими частицами, слизью. Во время кашля, чихания происходит резкий выдох при закрытой голосовой щели, в результате чего раздражающие вещества удаляются.
Защитной реакцией организма является остановка дыхания. Если животному дать вдыхать нашатырный спирт, эфир, хлор или другие остро пахнущие вещества, происходит остановка дыхания, что препятствует проникновению в легкие раздражающих веществ.
Болевое раздражение вначале вызывает задержку, а затем усиление дыхания.
Перенос газов кровью.
При вдохе воздух поступает в альвеолы легких, где происходит газообмен протекающий через капилляры. Вдыхаемый воздух – это смесь газов: кислород – 20,82%, углекислый газ – 0,03 и азот – 79,15% . Газообмен в легких происходит в результате диффузии углекислого газа из крови в альвеолярный воздух и кислорода из альвеолярного воздуха в кровь в силу разности парциального давления газов в альвеолярном воздухе и крови.
Парциальное давление – это часть общего давления газовой смеси, приходящегося на долю того или иного газа в смеси. Так, напряжение углекислого газа в венозной крови равняется 46 мм рт. ст., а в альвеолярном воздухе – 40, кислорода в альвеолах легких – 100 мм рт. ст., а венозной крови – 90.
Поступивший в кровь кислород растворяется в плазме в количестве 0,3 об.%, а остальной связывается с гемоглобином, в результате чего образуется оксигемоглобин, который распадается в тканях. Количество кислорода, которое может связать 100 мл крови, называется кислородной емкостью крови . Освободившийся гемоглобин связывается с углекислотой (образуя карбогемоглобин), 2,5 об.% углекислоты растворяется в плазме крови. Из легких углекислый газ выделяется с выдыхаемым воздухом.
Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха
Человек дышит атмосферным воздухом , который имеет следующий состав: 20,94% кислорода, 0,03% углекислого газа, 79,03% азота. В выдыхаемом воздухе обнаруживается 16,3% кислорода, 4% углекислого газа, 79,7% азота.
Альвеолярный воздух по составу отличается от атмосферного. В альвеолярном воздухе резко уменьшается содержание кислорода и возрастает количество углекислого газа. Процентное содержание отдельных газов в альвеолярном воздухе: 14,2-14,6% кислорода, 5,2-5,7% углекислого газа , 79,7-80% азота.
СТРОЕНИЕ ЛЕГКИХ.
Легкие - парные дыхательные органы, расположенные в герметически замкнутой грудной полости. Ихвоздухоносные пути представлены носоглоткой, гортанью, трахеей. Трахея в грудной полости делится на два бронха - правый и левый, каждый из которых, многократно разветвляясь, образует так называемое бронхиальное дерево. Мельчайшие бронхи - бронхиолы на концах расширяются в слепые пузырьки - легочные альвеолы.
В дыхательных путях газообмен не происходит, и состав воздуха не меняется. Пространство, заключенное в дыхательных путях называется мертвым, или вредным. При спокойном дыхании объем воздуха в мертвом пространстве составляет 140-150 мл .
Строение легких обеспечивает выполнение ими дыхательной функции. Тонкая стенка альвеол состоит из однослойного эпителия, легко проходимого для газов. Наличие эластических элементов и гладких мышечных волокон обеспечивает быстрое и легкое растяжение альвеол, благодаря чему они могут вмещать большие количества воздуха. Каждая альвеола покрыта густой сетью капилляров, на которые разветвляется легочная артерия.
Каждое легкое покрыто снаружи серозной оболочкой -плеврой , состоящей из двух листков: пристеночного и легочного (висцерального). Между листками плевры имеется узкая щель, заполненная серозной жидкостью - плевральная полость .
Расправление и спадение легочных альвеол, а также движение воздуха по воздухоносным путям сопровождается возникновением дыхательных шумов, которые можно исследовать методом выслушивания(аускультации).
Давление в плевральной полости и в средостении в норме всегда отрицательное . За счет этого альвеолы всегда находятся в растянутом состоянии. Отрицательное внутригрудное давление играет значительную роль в гемодинамике, обеспечивая венозный возврат крови к сердцу и улучшая кровообращение в легочном круге, особенно в фазу вдоха.
ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ.
Дыхательный цикл состоит из вдоха, выдоха и дыхательной паузы. Длительность вдоха у взрослого человека от 0,9 до 4,7 с , длительность выдоха - 1,2-6 с . Дыхательная пауза различна по величине и даже может отсутствовать.
Дыхательные движения совершаются с определенным ритмом и частотой , которые определяют по числу экскурсий грудной клетки в 1 мин. У взрослого человека частота дыхательных движений составляет 12-18 в 1 мин.
Глубину дыхательных движений определяют по амплитуде экскурсий грудной клетки и с помощью специальных методов, позволяющих исследовать легочные объемы.
Механизм вдоха. Вдох обеспечивается расширением грудной клетки вследствие сокращения дыхательных мышц – наружных межреберных и диафрагмы. Поступление воздуха в легкие в значительной степени зависит от отрицательного давления в плевральной полости.
Механизм выдоха. Выдох (экспирация) осуществляется в результате расслабления дыхательной мускулатуры, а также вследствие эластической тяги легких, стремящихся занять исходное положение. Эластические силы легких представлены тканевым компонентом и силами поверхностного натяжения, которые стремятся сократить альвеолярную сферическую поверхность до минимума. Однако альвеолы в норме никогда не спадаются. Причина этого – наличие в стенках альвеол поверхностно-активного стабилизирующего вещества – сурфактанта , вырабатываемого альвеолоцитами.
ЛЕГОЧНЫЕ ОБЪЕМЫ. ЛЕГОЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ.
Дыхательный объем - количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании. Его объем составляет 300 - 700 мл.
Резервный объем вдоха - количество воздуха, которое может быть введено в легкие, если вслед за спокойным вдохом произвести максимальный вдох. Резервный объем вдоха равняется 1500-2000 мл .
Резервный объем выдоха - тот объем воздуха, который удаляется из легких, если вслед за спокойным вдохом и выдохом произвести максимальный выдох. Он составляет 1500-2000 мл.
Остаточный объем - это объем воздуха, который остается в легких после максимально глубокого выдоха. Остаточный объем равняется 1000-1500 мл воздуха.
Дыхательный объем, резервные объемы вдоха и выдоха
составляют так называемую жизненную емкость легких
.
Жизненная емкость легких у мужчин
молодого возраста
составляет 3,5-4,8 л, у женщин - 3-3,5 л.
Общая емкость легких состоит из жизненной емкости легких и остаточного объема воздуха.
Легочная вентиляция - количество воздуха, обмениваемое в 1 мин.
Легочную вентиляцию определяют путем умножения дыхательного объема на число дыханий в 1 мин(минутный объем дыхания). У взрослого человека в состоянии относительного физиологического покоя легочная вентиляция составляет 6-8 л в 1 мин.
Легочные объемы могут быть определены с помощью специальных приборов - спирометра и спирографа .
ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ.
Кровь доставляет тканям кислород и уносит углекислый газ.
Движение газов из окружающей среды в жидкость и из жидкости в окружающую среду осуществляется благодаря разности их парциального давления. Газ всегда диффундирует из среды, где имеется высокое давление, в среду с меньшим давлением.
Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе 21,1 кПа (158 мм рт. ст .), в альвеолярном воздухе - 14,4-14,7 кПа (108-110 мм рт. ст .) и в венозной крови, притекающей к легким,-5,33 кПа (40 мм рт. ст .). В артериальной крови капилляров большого круга кровообращения напряжение кислорода составляет 13,6-13,9 кПа (102-104 мм рт. ст.), в межтканевой жидкости - 5,33 кПа (40 мм рт. ст.), в тканях - 2,67 кПа (20 мм рт. ст.) . Таким образом, на всех этапах движения кислорода имеется разность его парциального давления, что способствует диффузии газа.
Движение углекислого газа происходит в противоположном направлении. Напряжение углекислого газа в тканях - 8,0 кПа и более (60 и более мм рт. ст.), в венозной крови - 6,13 кПа (46 мм рт. ст.), в альвеолярном воздухе - 0,04 кПа (0,3 мм рт. ст.). Следовательно, разность напряжения углекислого газа по пути его следования является причиной диффузии газа от тканей в окружающую среду.
Транспорт кислорода кровью. Кислород в крови находится в двух состояниях: физическом растворении и в химической связи с гемоглобином. Гемоглобин образует с кислородом очень непрочное, легко диссоциирующее соединение - оксигемоглобин : 1г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. Максимальное количество кислорода, которое может быть связано 100 мл крови, -кислородная емкость крови (18,76 мл или 19 об%).
Насыщение гемоглобина кислородом колеблется от 96 до 98%. Степень насыщения гемоглобина кислородом и диссоциация оксигемоглобина (образование восстановленного гемоглобина) не находятся в прямой пропорциональной зависимости от напряжения кислорода. Эти два процесса не являются линейными, а совершаются по кривой, которая получила название кривой связывания или диссоциации оксигемоглобина.
Рис. 25. Кривые диссоциации оксигемоглобина в водном растворе (I) и в крови (II) при напряжении углекислого газа 5,33 кПа (40 мм рт. ст.) (по Баркрофту).
При нулевом напряжении кислорода оксигемоглобина в крови нет. При низких значениях парциального давления кислорода скорость образования оксигемоглобина невелика. Максимальное количество гемоглобина (45- 80%) связывается с кислородом при его напряжении 3,47-6,13 кПа (26-46 мм рт. ст.). Дальнейшее повышение напряжения кислорода приводит к снижению скорости образования оксигемоглобина (рис. 25).
Сродство гемоглобина к кислороду значительно понижается при сдвиге реакции крови в кислую сторону , что наблюдается в тканях и клетках организма вследствие образования углекислого газа
Переход гемоглобина в оксигемоглобин и из него в восстановленный зависит и от температуры . При одном и том же парциальном давлении кислорода в окружающей среде при температуре 37-38° С в восстановленную форму переходит наибольшее количество оксигемоглобина,
Транспорт углекислого газа кровью. Углекислый газ переносится к легким в форме бикарбонатов и в состоянии химической связи с гемоглобином (карбогемоглобин ).
ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР.
Ритмическая последовательность вдоха и выдоха, а также изменение характера дыхательных движений в зависимости от состояния организма регулируются дыхательным центром , расположенным в продолговатом мозге.
В дыхательном центре имеются две группы нейронов:инспираторные и экспираторные. При возбуждении инспираторных нейронов, обеспечивающих вдох, деятельность экспираторных нервных клеток заторможена, и наоборот.
В верхней части моста головного мозга (варолиев мост ) находится пневмотаксический центр , который контролирует деятельность расположенных ниже центров вдоха и выдоха и обеспечивает правильное чередование циклов дыхательных движений.
Дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге, посылает импульсы к мотонейронам спинного мозга , иннервирующим дыхательные мышцы. Диафрагма иннервируется аксонами мотонейронов, расположенных на уровне III-IV шейных сегментов спинного мозга. Мотонейроны, отростки которых образуют межреберные нервы, иннервирующие межреберные мышцы, расположены в передних рогах (III-XII) грудных сегментов спинного мозга.
Значение дыхания
Дыхание - жизненно необходимый процесс постоянного обмена газами между организмом и окружающей его внешней средой. В процессе дыхания человек поглощает из окружающей среды кислород и выделяет углекислый газ.
Почти все сложные реакции превращения веществ в организме идут с обязательным участием кислорода. Без кислорода невозможен обмен веществ, и для сохранения жизни необходимо постоянное поступление кислорода. В клетках и тканях в результате обмена веществ образуется углекислый газ, который должен быть удален из организма. Накопление значительного количества углекислого газа внутри организма опасно. Углекислый газ выносится кровью к органам дыхания и выдыхается. Кислород, поступающий в органы дыхания при вдохе, диффундирует в кровь и кровью доставляется к органам и тканям.
В организме человека и животных нет запасов кислорода, и поэтому непрерывное поступление его в организм является жизненной необходимостью. Если человек в необходимых случаях может прожить без пищи более месяца, без воды до 10 дней, то при отсутствии кислорода необратимые изменения наступают уже через 5-7 мин.
Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха
Производя попеременно вдох и выдох, человек вентилирует легкие, поддерживая в легочных пузырьках (альвеолах) относительно постоянный газовый состав. Человек дышит атмосферным воздухом с большим содержанием кислорода (20,9%) и низким содержанием углекислого газа (0,03%), а выдыхает воздух, в котором кислорода 16,3%, углекислого газа 4% (табл. 8).
Состав альвеолярного воздуха значительно отличается от состава атмосферного, вдыхаемого воздуха. В нем меньше кислорода (14,2%) и большое количество углекислого газа (5,2%).
Азот и инертные газы, входящие в состав воздуха, в дыхании участия не принимают, и их содержание во вдыхаемом, выдыхаемом и альвеолярном воздухе практически одинаково.
Почему в выдыхаемом воздухе кислорода содержится больше, чем в альвеолярном? Объясняется это тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух, который находится в органах дыхания, в воздухоносных путях.
Парциальное давление и напряжение газов
В легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови поступает в легкие. Переход газов из воздуха в жидкость и из жидкости в воздух происходит за счет разницы парциального давления этих газов в воздухе и жидкости. Парциальным давлением называют часть общего давления, которая приходится на долю данного газа в газовой смеси. Чем выше процентное содержание газа в смеси, тем соответственно выше его парциальное давление. Атмосферный воздух, как известно, является смесью газов. Давление атмосферного воздуха 760 мм рт. ст. Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет 20,94% от 760 мм, т. е. 159 мм; азота - 79,03% от 760 мм, т. е. около 600 мм; углекислого газа в атмосферном воздухе мало - 0,03%, поэтому и парциальное давление его составляет 0,03% от 760 мм - 0,2 мм рт. ст.
Для газов, растворенных в жидкости, употребляют термин "напряжение", соответствующий термину "парциальное давление", применяемому для свободных газов. Напряжение газов выражается в тех же единицах, что и давление (в мм рт. ст.). Если парциальное давление газа в окружающей среде выше, чем напряжение этого газа в жидкости, то газ растворяется в жидкости.
Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе 100-105 мм рт. ст., а в притекающей к легким крови напряжение кислорода в среднем 60 мм рт. ст., поэтому в легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь.
Движение газов происходит по законам диффузии, согласно которым газ распространяется из среды с высоким парциальным давлением в среду с меньшим давлением.
Газообмен в легких
Переход в легких кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и поступление углекислого газа из крови в легкие подчиняются описанным выше закономерностям.
Благодаря работам великого русского физиолога Ивана Михайловича Сеченова стало возможно изучение газового состава крови и условий газообмена в легких и тканях.
Газообмен в легких совершается между альвеолярным воздухом и кровью путем диффузии. Альвеолы легких оплетены густой сетью капилляров. Стенки альвеол и капилляров очень тонкие, что способствует проникновению газов из легких в кровь и наоборот. Газообмен зависит от величины поверхности, через которую осуществляется диффузия газов, и разности парциального давления (напряжения) диффундирующих газов. При глубоком вдохе альвеолы растягиваются, и их поверхность достигает 100-105 м 2 . Так же велика и поверхность капилляров в легких. Есть, и достаточная, разница между парциальным давлением газов в альвеолярном воздухе и напряжением этих газов в венозной крови (табл. 9).
Из таблицы 9 следует, что разность между напряжением газов в венозной крови и их парциальным давлением в альвеолярном воздухе составляет для кислорода 110 - 40 = 70 мм рт. ст., а для углекислого газа 47 - 40 = 7 мм рт. ст.
Опытным путем удалось установить, что при разнице напряжения кислорода в 1 мм рт. ст. у взрослого человека, находящегося в покое, в кровь может поступить 25-60 мл кислорода в 1 мин. Человеку в покое нужно примерно 25-30 мл кислорода в 1 мин. Следовательно, разность давлений кислорода в 70 мм рт. ст, достаточна для обеспечения организма кислородом при разных условиях его деятельности: при физической работе, спортивных упражнениях и др.
Скорость диффузии углекислого газа из крови в 25 раз больше, чем кислорода, поэтому при разности давлений в 7 мм рт. ст., углекислый газ успевает выделиться из крови.
Перенос газов кровью
Кровь переносит кислород и углекислый газ. В крови, как и во всякой жидкости, газы могут находиться в двух состояниях: в физически растворенном и химически связанном. И кислород и углекислый газ в очень небольшом количестве растворяются в плазме крови. Большая часть кислорода и углекислого газа переносится в химически связанном виде.
Основной переносчик кислорода - гемоглобин крови. 1 г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. Гемоглобин обладает способностью вступать в соединение с кислородом, образуя оксигемоглобин. Чем выше парциальное давление кислорода, тем больше образуется оксигемоглобина. В альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода 100-110 мм рт. ст. При таких условиях 97% гемоглобина крови связывается с кислородом. Кровь приносит к тканям кислород в виде оксигемоглобина. Здесь парциальное давление кислорода низкое, и оксигемоглобин - соединение непрочное - высвобождает кислород, который используется тканями. На связывание кислорода гемоглобином оказывает влияние и напряжение углекислого газа. Углекислый газ уменьшает способность гемоглобина связывать кислород и способствует диссоциации оксигемоглобина. Повышение температуры также уменьшает возможности связывания гемоглобином кислорода. Известно, что температура в тканях выше, чем в легких. Все эти условия помогают диссоциации оксигемоглобина, в результате чего кровь отдает высвободившийся из химического соединения кислород в тканевую жидкость.
Свойство гемоглобина связывать кислород имеет жизненно важное значение для организма. Иногда люди гибнут от недостатка кислорода в организме, окруженные самым чистым воздухом. Это может случиться с человеком, оказавшимся в условиях пониженного давления (на больших высотах), где в разреженной атмосфере очень низкое парциальное давление кислорода. 15 апреля 1875 г. воздушный шар "Зенит", на борту которого находились три воздухоплавателя, достиг высоты 8000 м. Когда шар приземлился, то в живых остался только один человек. Причиной гибели людей было резкое снижение парциального давления кислорода на большой высоте. На больших высотах (7-8 км) артериальная кровь по своему газовому составу приближается к венозной; все ткани тела начинают испытывать острый недостаток в кислороде, что и приводит к тяжелым последствиям. Подъем на высоту более 5000 м обычно требует пользования особыми кислородными приборами.
При специальной тренировке организм может приспосабливаться к пониженному содержанию кислорода в атмосферном воздухе. У тренированного человека углубляется дыхание, увеличивается количество эритроцитов в крови за счет усиленного образования их в кроветворных органах и поступления из депо крови. Кроме того, усиливаются сердечные сокращения, что приводит к увеличению минутного объема крови.
Для тренировки широко применяют барокамеры.
Углекислый газ переносится кровью в виде химических соединений - бикарбонатов натрия и калия. Связывание углекислого газа и отдача его кровью зависят от его напряжения в тканях и крови.
Кроме того, в переносе углекислого газа участвует гемоглобин крови. В капиллярах тканей гемоглобин вступает в химическое соединение с углекислым газом. В легких это соединение распадается с освобождением углекислого газа. Около 25-30% выделяемого в легких углекислого газа переносит гемоглобин.
Цель: усвоение умений самостоятельно в комплексе применять знания, умения и навыки, осуществлять их перенос в новые условия практической и исследовательской деятельности
Задачи:
Образовательные : освоение содержания экологического образования, смысл которого заключается в понимании естественных законов природы и их соотнесение с «искусственными законами» развития социума.
Развивающие : развитие ключевых компетентностей школьников на примере содержания экологического образования; развитие исследовательских умений учащихся по оценке состояния различных компонентов окружающей среды.
Воспитательные: формирование системы базовых ценностей (жизнь, здоровье, человек, сохранение биологического разнообразия, культурного наследия и др.), создание условий для творческой самореализации и саморазвития школьников.
Регулятивные: организовывать своё рабочее место под руководством учителя; определять план выполнения заданий на уроке, оценивать результат своей деятельности.
Коммуникативные: выработанные умения и навыки экологически грамотного поведения в окружающей среде, с другими людьми, гармоничное взаимодействие и устойчивое развитие в системе « Природа - Общество».
Планируемые результаты
Познавательные: осмысление учащимися ценностей феномена жизни, ценности каждой формы существования жизни; ценности существования человека, его здоровья, социо-космической значимости; формирование ключевых компетентностей на содержании экологического образования;
Предметные: формирование природосообразного стиля поведения человека в окружающей среде, базирующегося на знании законов взаимодействия человека с окружающей средой; развитие экологического мышления -предполагающего способность к установлению причинно-следственных связей, системному анализу действительности, моделированию и прогнозированию развития окружающей среды;
Личностные: развитие экологического мышления - гибкого вероятностного мышления, предполагающего способность к установлению причинно-следственных связей, системному анализу действительности, моделированию и прогнозированию развития, окружающей среды; развитие исследовательских умений по оценке и системному анализу состояния окружающей среды.
Метапредметные : связи с такими учебными дисциплинами как биология, химия, физика, география - будут способствовать более высокому уровню владения навыками по данному курсу и реализации задач пред профильной подготовки школьников.
Тип урока - - демонстрация, на котором экспери-мент служит наглядным пособием
Форма - форм практико-ориентированной деятельности учащихся
Методы: , частично-поисковый, исследовательский, проведении учащимися экспериментов.
Определение состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха
Цель работы: изучение относительного содержания углеки-слого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.
Информация. Определение углекислого газа проводится по помутнению известковой воды с целью сравнения содержания данного компонента воздуха до и после дыхания учащегося. Так записывается уравнение химической реакции, которое объясняет помутнение известковой воды от воздействия воздуха, содержаще-го углекислый газ.
Помутнение объясняется образованием взвеси нерастворимого карбоната кальция (СаС0 3 ). При дальнейшем пропускании возду-ха происходит реакция растворения карбоната кальция с образова-нием соответствующего гидрокарбоната:
Таким образом, помутнение исчезает быстрее (или исчезает вообще) в той колбе, через которую проходит выдыхаемый воздух.
Оборудование из комплекта: колбы конические на 50 мл с пробками и Г-образными газоотводными трубками - 2 шт., мунд-штук стеклянный, отрезки резиновой трубки - 3 шт., Т-образный стеклянный тройник.
Реактивы и материалы: известковая вода, тампон, дезин-фицирующий раствор (приготовление растворов см. в п. 3.3).
Ход работы
1.Соберите прибор, как показано на рисунке.
2.Налейте в каждую колбу на 74 объема известковой воды.
3.Тщательно протрите мундштук тампоном, смоченным дезин-фицирующим раствором.
4.Выдохните воздух, затем возьмите в рот мундштук прибора и медленно, чтобы жидкость не попала в рот, втяните через мундштук воздух. Через какую колбу воздух поступает в прибор?
5.Вдохните и затем так же медленно выдохните воздух в мундштук. Через какую колбу выдыхаемый воздух выходит из прибора?
6.Сделайте подряд несколько вдохов и выдохов через мунд-штук. В каком сосуде известковая вода помутнела?
Прибор для определения состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха:
Обработка результатов и выводы
1.Зафиксируйте результаты экспериментов в тетради.
2.Сделайте вывод из опыта и напишите уравнение химической реакции, которая объясняет помутнение известковой воды
Индикаторные трубки ЗАО « Крисмас +»
Физиология дыхания.
Организм существует за счет энергии, которая поступает вместе с питательными веществами. В организме эти питательные вещества окисляются, и выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Кислород необходим для организма постоянно, и углекислый газ должен выделяться из организма тоже постоянно. Поэтому дыхание является жизненно необходимым процессом жизнедеятельности. Без пищи человек может прожить 60 дней, без воды 2-3 дня, а без воздуха 3 мин. Различают несколько этапов дыхания:
1. Транспорт воздуха из внешней среды в легкие, а из легких во внешнюю среду – называется вентиляция легких.
2. Обмен газов между альвеолами и кровью малого круга кровообращения.
3. Транспорт газов кровью
4. Обмен газов в тканях.
5. Клеточное или тканевое дыхание.
Система дыхания состоит из воздухоносных путей и легких.
1. К дыхательным или воздухоносным путям относится полость носа, носоглотка, гортань, трахея, брони.
3. Дыхательные мышцы
4. Дыхательные центры
5. Дыхательные нервы, которые выходят из дыхательных центров и иннервируют дыхательные мышцы.
Морфофункциональной единицей легких является Ацинус. Объем воздуха в легких 150 мл3. Этот воздух воздухоносных путей не участвует в газообмене и поэтому их называют мертвым пространством. Но здесь происходит:
1. Очищение воздуха, за счет ворсинок задерживаются частички пыли.
2. Согревание за счет густой сети капилляров
3. Увлажнение за счет слизи
4. Обезвреживание за счет лизоцима. Объем воздухоносных путей можно определить на трупе путем заливки воздухоносных путей гипсом, затем этот слепок погружают в воду, и по объему вытесненной воды определяют объем мёртвого пространства.
Внешнее дыхание. В среднем человек делает 16-20 дыхательных движений в мин., у новорожденных от30до70. Легкие покрыты пленкой, которая называется плеврой.
Давление в плевральной полости. В плевральной полости находится жидкость, которая по составу сходна с лимфой, но там отсутствуют белки, т.к. белки притягивают воду. И поэтому воды в плевральной полости очень мало. В плевральной щели давление всегда отрицательное, это отриц. давление обеспечено эластической тягой легких. При спокойном выдохе давление равно 3 мм рт.ст., при спокойном вдохе -6мм рт.ст.; при глубоком вдохе -20мм рт.ст. На легкие действует сила давления и эластическое сопротивление легких связано с поверхностно активным веществом Сурфанктантом. Он выстилает поверхность альвеол тонким слоем. Функция сурфанктанта препятствовать перерастяжению и спадению легких. Сила поверхностного натяжения обеспечивает эластическую тягу легких, она обусловлена 3-мя факторами:
1. Наличие эластических волокон
2. Тонус бронхиальных мышц
3. Наличие сурфа ктанта.
Сурфактант образован пневмоцитами второго типа и синтез контролируется блуждающим нервом. Перерезка вагуса угнетает продукцию сурфакнтанта. Это может быть причиной слипания легких и может повлечь за собой летальный исход. Если нарушить целостность плевральной полости, то в плевральную полость может попасть воздух – это называется пневмоторакс. Он бывает односторонний или двухсторонний. Двухсторонний пневмоторакс не совместим с жизнью, а если туда попадет кровь – это называется гемоторакс.
Механизм вдоха и выдоха. Вдох и выдох – это дыхательный цикл. Вдох – это инспирация, выдох – экспирация. Во время дыхательного цикла происходит передвижение воздуха, что сопровождается попеременным увеличением и уменьшением объема грудной клетки. В акте дыхания легкие принимают пассивную роль, активными являются дыхательные мышцы. Пассивную роль легких доказал ученый Дондерс.
Механизм вдоха. Он бывает спокойный и глубокий. Спокойный вдох – в нем принимает участие основные дыхательные мышцы:
1. Диафрагма . Во время спокойного вдоха диафрагма уплощается, т.е. становится плоской
2. Межреберные мышцы. Они приподнимают ребра.
3. Наружные межхрящевые мышцы. Они тоже участвуют в приподнимании ребер. Давление в плевральной полости становится -6мм рт.ст. Кол-во воздуха, которое попадает в легкие в среднем 500мл.
Спокойный выдох – основные дыхательные мышцы: диафрагма, наружные межреберные и наружные межхрящевые мышцы – расслабляются. Происходит спокойный выдох, давление в плевральной щели становится -3мм рт.ст.
Глубокий вдох. В механизме глубокого вдоха принимает участие:
1. Основные мышцы: диафрагма. Во время глубокого вдоха диафрагма опускается вниз на 1-1,5 см. наружные межреберные и межхрящевые мышцы сокращаясь, придают ребрам горизонтальное положение.
2. Дополнительные мышцы: мышцы груди и спины: большая и малая грудная оттягивают грудину вперед, а мышцы спины, такие как лестничная, ромбовидная, трапециевидная, поднимающая лопатку оттягивают ребра назад. Объем грудной полости увеличивается в передне-заднем и боковых направлениях. При этом в легкие может попасть до 4-5 литров воздуха. А в плевральной щели давление становится более отрицательным до -20 мм рт.ст.
3. Глубокий выдох . В нем принимает участие основные мышцы: диафрагма. Во время глубокого выдоха диафрагма прогибается во внутрь на 1-1,5 см т.к. мышцы брюшной стенки сокращаясь давят на внутренние органы, а они давят на диафрагму, поэтому диафрагма прогибается во внутрь. Наружные межреберные и межхрящевые мышцы сокращаясь опускают ребра и придают им более вертикальное положение. Дополнительные мышцы: большая и малая мышцы сокращаясь втягивают грудину вовнутрь. Мышцы спины сокращаясь также учувствуют в уменьшении объема грудной полости и происходит глубокий выдох. Дыхания обеспечивается за счет работы мышц. Различают брюшной тип дыхания – он в основном у мужчин, за счет изменения диафрагмы, и грудной тип дыхания, он в основном у женщин за счет сокращения дыхательных мышц. Нормальное дыхания называется эйпноэ, учащение дыхания – тахипноэ, урежение – брадипноэ, отдышка – диспноэ. Частота дыхания за 1 мин – 16 дыхательных движений. Важным показателем является объем легочной вентиляции.
Дыхательные объемы:
1. ЖЕЛ (жизненная емкость легких) – то кол-во воздуха, которое можно максимально выдохнуть после самого глубокого вдоха. У мужчин 4-5л, у женщин 3-4л. ЖЕЛ зависит от пола, возраста, и роста, тогда это будет называться должное ЖЕЛ. ЖЕЛ состоит из 3-х объемов:
1) дыхательный объем(ДО) – то кол-во воздуха, которое можно спокойно выдохнуть, после спокойного вдоха. Он равен 300-800мл(в среднем 500).
2) резервный объем вдоха – это то кол-во воздуха, которое можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха. Он равен 2-2500 мл.
3) резервный объем выдоха – это то кол-во воздуха, которое можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха, он равен 1500мл.
ЖЕЛ=ДО + резервный объем вдоха + резервный объем выдоха
4) остаточный объем – это то кол-во воздуха, которое остается в легких после глубокого выдоха, он равен 1000-1200мл.
5) общая емкость легких. Определяется по формуле ЖЕЛ+ остаточный объем.
6) минутный объем дыхания(МОД). Определяется по формуле:
Частота дыханий(16) *ДО(600)=9600. МОД увеличивается при физической нагрузке за счет глубины и частоты дыхания. У детей за счет частоты. МОД отражает легочную вентиляцию, но существует и альвеолярная вентиляция. Это альвеолярная вентиляция есть разность между легочной вентиляцией и вентиляцией мертвого пространства. Чтобы обмен газов в альвеолах был достаточным для организма, необходимо чтобы альвеолярная вентиляция соответствовала кровотоку в малом кругу кровообращения. Тогда обмен газов будет нормальным и коэффициент называется вентиляционный перфузионный коэффициент, он равен 0,8. Существует альвеолы с недостаточным кровообращением, тогда газообмен будет нарушен.
Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха.
Как видно из таблицы, разница идет у выдыхаемого воздуха и альвеолярного по СО2. Альвеолярный воздух – это и есть внутренняя газовая среда организма и от состава альвеолярного воздуха зависит состав артериальной крови и состояние целого организма. Газообмен в легких осуществляется в результате разницы парциального давления в газах и в крови. Парциальное давление – это сила, с которой газ стремиться пройти через полупроницаемую мембрану из области высокого показателя в область низкого показателя. Газ находится в газовой смеси. Газовая смесь – это О2, СО2, Азот и др. газы. Сила движения газа зависит от его напряжения, т.е. кол-ва газов в газовой смеси. Если напряжение газа пропорционально давлению, это говорит о том что растворенный в жидкости газ находится в равновесии с газом над жидкостью. А если напряжение газа в газовой смеси выше, то этот газ по показателю парциального давления будет стремиться из газовой смеси в жидкость, т.е. в кровь, и газ будет растворяться в крови. Известно, что газы в крови находятся в 2-х состояниях, в химически связанном и в свободном. В диффузии участвуют газы, находящиеся в состоянии простого физического растворения. Основная сила перехода О2 и СО2 – это разность парциального давления в альвеолах воздуха и в крови. Причины диффузии:
1. Проницаемость тканей
2. Скорость кровотока. Если напряжение увеличивается, то происходит движение, т.е. диффузия.
Парциальное давление
