Газообмен в легких и тканях. Диффузия в газах и жидкостях Интегрированный урок «биология – физика-химия»

Dum spiro, spero. (Пока дышу, надеюсь.) Овидий Цели урока 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 О2О2 N2N2 CО 2 Инерт ные газы Водяно й пар Вдыхае мый воздух Выдыха емый воздух 21% 16% 79% 0,03% 4% Неболь шое кол-во Увеличе нное 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 + СО 2 ––> СаСО 3 + Н 2 О

У человека дыхание осуществляется благодаря следующей последовательности процессов 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(О 2 ) = (760 х 20,9) : 100 = 159 мм рт. ст. Так же рассчитывается и давление других газов: P(N 2 ) = 600,8 мм рт. ст.; Р(СО 2 ) = 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 О 2 и отдают СО 2, при этом газы переходят из области большего напряжения в область меньшего напряжения: Р(О 2 ) в тканях составляет 20–40 мм рт. ст, а P(СО 2 ) – 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 СО 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 О 2 – карбогемоглобин, а Hb с СО 2 – 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 О 2 из легких в кровь. 2. Переход О 2 из крови в ткани. 3. Переход СО 2 из тканей в кровь. 4. Переход СО 2 из крови в легкие. 5. Присоединение О 2 к эритроциту. 6. Отделение О 2 от эритроцита. 7. Превращение артериальной крови в венозную. 8. Превращение венозной крови в артериальную. 9. Разрыв химической связи О 2 с гемоглобином. 10. Химическое связывание О 2 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 О 2 из легких в кровь. 2. Переход О 2 из крови в ткани. 3. Переход СО 2 из тканей в кровь. 4. Переход СО 2 из крови в легкие. 5. Присоединение О 2 к эритроциту. 6. Отделение О 2 от эритроцита. 7. Превращение артериальной крови в венозную. 8. Превращение венозной крови в артериальную. 9. Разрыв химической связи О 2 с гемоглобином. 10. Химическое связывание О 2 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»;