Газообмен в клетке

Газообмен в органах и клетках. | Открытый класс

Данные об авторе Ханова Альфия Ильдустровна

Муслюмовская средняя общеобразовательная школа №2, учитель биологии.

Республика Татарстан Характеристики ресурса основное общее образование Учитель (преподаватель) конспект урока (занятия) Краткое описание ресурса: 

Урок по теме " Газообмен в органах и клетках" представлен в форме презентации и конспекта . На уроке преобладает изучение новых  терминов

       Тема:  Газообмен в органах и клетках.

       Класс: 8

        Цель урока: разъяснить механизм вдоха и выдоха, роль дыхательного центра в рит­мичном чередовании вдоха и выдоха, сформировать понятие «жизненная емкость легких»,  дать представления о легочном дыхании и обмене газов между кровью итканями; формировать умения анализировать, выделять главное, сравнивать; содействовать формированию основных этических норм, вести здоровый образ жизни.

Оборудование: таблица «Органы дыхания», модель, поясняющая ме­ханизм вдоха и выдоха, самодельный модель для определения ЖЕЛ, карточки для индивидуального опроса, тестовое задание для закрепления знаний, компьютер.

Ход урока

I.  Организационный момент

II.  Актуализация опорных знаний

–   Индивидуальная работа по карточкам:

Карточка №1

1. Определите по ым связкам, кто из них молчит, кто разговаривает в полный голос, а кто – шепотом?

2.  Объясните, почему у мужчин голос более низкий, чем у женщин? Какие особенности гортани мужчин отразились на тембре их голоса? Почему у детей голос более высокий, чем у взрослых?

Карточка №2

           1. Каковы функции гортани?

           2.Почему нельзя громко кричать, особенно мальчикам 13-16 лет?

 Карточка №3

      Установите, последовательность органов дыхания?

    1. Бронхи.

    2. Гортань.

    3. Легкое.

    4.Трахея.

    5. Альвеолы.

     6. Носоглотка.

    Запишите названия газов, которыми насыщена кровь при поступлении в капилляры легочных пузырьков и при выходе из них. Чем объяснить, что кровь за короткое время пребы­вания в капиллярах легочных пузырьков (менее 1 с) успевает насытиться кислородом и отдать углекислый газ в воздух ле­гочных пузырьков?

 –   Фронтальный опрос .

1.     Какую роль в организме человека играет кислород?

2.      В чем заключается основная функция дыхательной системы?

3.      Какими органами она образована?

4.      В каком органе дыхательной системы происходит газообмен? Каковы особен­ности строения этого органа?

5.      Как изменяется воздух в дыхательных путях? Почему надо дышать носом, а не ртом?

6.Почему обычно пища не попадает в гортань? Дайте физиологическое обосно­вание поговорки «Когда я ем, я глух и  нем».

III. Изучение новой темы

Учительсообщает тему урока и акцентирует внимание учащихся на доску, где за­писан план занятия.

1.Механизм легочной вентиляции:  вдох-выдох

   2.Жизненная емкость легких.          

3.Газообмен в легких

4.Газообмен в тканях

5.Процесс  дыхания в клетках.

После ознакомления с планом работы учитель просит сформулировать основные задачи урока.

            1). Вентиляция легких. «Дыхание – значит жизнь». Эта фраза бесспорна. Обычно дыхание ассоциируется с вдохом и выдохом, т. е. дыхательными движени­ями, необходимыми для вентиляции легких у человека.

Действительно, воздух поступает в легкие, потому что они способны менять свой объем благодаря высокой эластичности альвеол. Но легкие — орган дыхания — не имеют мышц, однако при дыхании они расширя­ются и сжимаются.         Благодаря чему легкие обладают такой способностью?

Легкие самостоятельно никогда не растягиваются и не сокращаются, они пассив­но следуют за грудной клеткой.

Полость же грудной клетки расширяется благодаря сокращению дыхательных мышц, к которым в первую очередь относятся диафрагма и межреберные мышцы. Диафрагма при вдохе опускается на 3-4 см. Опускание ее на 1 см увеличивает объем грудной клетки на 250-300 мл.

Таким образом, только за счет сокращения диафраг­мы объем грудной клетки увеличивается на 1000-1200 мл. На прошлом занятии мы с вами говорили о плевральной щели, которая образуется между двумя листками плевры и герметически закрыта.

Давление в ней ниже атмосферного, за счет от­рицательного давления в плевральной полости легкие следуют за расширившейся грудной клеткой, растягиваются. В растянутых легких давление становится ниже атмосферного, и в результате разности давления атмосферный воздух устремляете через дыхательные пути в легкие. Происходит вдох.

Кроме того, активное участие в дыхании принимают и межреберные мышцы, которые при их сокращении припод­нимают ребра за счет чего,  также увеличивается объем грудной полости.

За вдохом наступает выдох. При обычном выдохе диафрагма и межреберные мышцы расслабляются, грудная клетка спадается и ее объем уменьшается. При этом объем легких уменьшается, и воздух выходит наружу.

      Поступление воздуха в легкие и его изгнание из легких можно пронаблюдать на модели. (Учитель демонстрирует механизмы вдоха и выдоха на модели).  

   В сильном выдохе участвует брюшной пресс, который, напрягаясь, давит на внутрибрюшные органы. Они, в свою очередь, давят на диафрагму, которая еще более выпячивается в полость грудной клетки.

Давайте подведем итоги этой части урока.

Механизм вдоха

сокращение дыхательных мышц (межреберных и диафрагмы)

↓

увеличение объема грудной полости

  ↓

уменьшение давления в грудной полости и в полости легких

↓

засасывание атмосферного воздуха через воздухоносные пути

                         Механизм выдоха

           опускание ребер и расслабление диафрагмы

↓

         уменьшение объема грудной полости и полости легких

↓

                       увеличение давления в легких

↓

                 выталкивание части  воздуха наружу

2). Не весь вдыхаемый воздух участвует в газообмене с кровью. А именно, воздух, оказавшийся в конце вдоха в трахее и бронхах, не сможет отдать кислород в кровь и взять оттуда углекислый газ, так как в этих местах почти нет кровеносных сосудов.

Поэтому часть объема легких, занимаемую трахеей и бронхами (вместе с объемом верхних дыхательных путей), принято называть «мертвым пространством». Обычно мертвое пространство в легких человека имеет объем около 150 куб.см.

Наличие этого пространства не только не позволяет соответствующему количеству свежего возду­ха достичь внутренней поверхности альвеол, богатой кровеносными сосудами, но и уменьшает среднюю концентрацию кислорода в той части воздуха, которая достиг­ла альвеол.

У человека легкие занимают около 6 % объема тела независимо от его веса. Но объем легкого меняется при вдохе не всюду одинаково.

Измеряя дыхание, мы можем судить об интенсивности обмена вещества организме. Объем максимального вы­доха после предшествовавшего максимального вдоха называ­ется жизненной емкостью легких (ЖЕЛ).

             ЖЕЛ  = Дыхательный          Резерв             Резерв        

                  объем          +   выдоха      +           вдоха               

Общая        Дыхательный    Резерв          Резерв         Остаточный

емкость =   объем           +  выдоха  +      вдоха      +    объем

легких        0,5 л                1,0-1,5 л        1,5-2,5 л      1,0-1,5 л

                      Объем,                Объем,             Объем,             Объем,

                      который           который         который   который

                      можно                можно             можно      остается

                      вдохнуть          дополни-         дополни-          после

                      после                  тельно             тельно        интенсив-

                спокойного       выдохнуть     вдохнуть         ного

                      выдоха               после                 после                 выдоха

                          спокойного      спокойного

                          выдоха              вдоха     

  Равна ли ЖЕЛ всему объему легких? Нет.  Это связано с тем, что легкие никогда не спадают, в них содержится так называемый остаточный объем.

Функциональная остаточная емкость состо­ит из резервного объема выдоха и остаточного объема. Это тот находящийся в лег­ких воздух, в котором разбавляется нормальный дыхательный воздух. Вследствие этого состав газа в легких после одного дыхательного движения обычно резко не меняется.

Интенсивность вентиляции зависит от физической нагрузки, т. к. работающая ткань быстрее поглощает кислород.

Во время сна человек за 1 час поглощает от 15 до 20 л О2; когда он бодрствует, но лежит, потребление О2 увеличивается на 1/3, при ходьбе – вдвое, при легкой работе — втрое, при тяжелой в шесть и более раз.

Активность газообмена влияет на жизненную емкость легких.

Проанализируйте средние показатели ЖЕЛ спортсменов, занимающихся разны­ми видами спорта. Почему отличаются средние показатели ЖЕЛ у спортсменов?

Спортсмен	Показатели  ЖЕЛ, мл
Штангист	4000
Футболист	4200
Гимнаст	4300
Пловец	4900
Гребец	5500

     Учитель предлагает выйти к доске  нескольким  ученикам для  определения  ЖЕЛ при помощи воздушных шаров и для сравнения показателей. Учитель также сообщает информацию, что ЖЕЛ измеряется при помощи прибора спирометра.

    Сделайте выводы:

1)Как влияет мышечная активность на легочную вентиляцию?

2)Как спорт и физическая нагрузка способствуют развитию мышц, участвую­щих в дыхательных движениях?

Человек дышит ритмично. С первого и до последнего дня жизни ритм дыхания у него не нарушается, изменяется лишь его частота. старости вновь учащается. Новорожденный ребенок 60 раз в минуту  совершает дыхательное движение, пятилетний — 25, с 15-16 лет частота дыха­ния устанавливается 16-18 раз в минуту  и сохраняется такой до старости, а в старости вновь учащается.

3.  Газообмен в легких.

За счет разницы парциального давления идет диффузия газов из области большего в область меньшего давления. Венозная кровь превращается в артериальную

1.    Образуется обратимое присое­динение О2 и СО2 к гемоглобину

О 2 + гемоглобин   оксигемоглобин

СО 2+ гемоглобин карбоксигемоглобин

2.    75% СО2 передается кровью в виде солей угольной кислоты (бикарбонаты Naи К).

4.Газообмен в тканях.

За счет разницы давления: О2поступает из крови в тканевую жидкость, затем в клетки; СО2-из клеток тела в тканевую жидкость и кровь.

Артериальная кровь превращается в венозную.

5. Клеточное дыхание.

               1)Аэробное (кислородное) дыхание:

С6Н12О6+6О2––>6СО2+6Н2О+Е (38 АТФ)  ­­

глюкоза                                           энергия

Энергия запасается в молекулах АТФ и используется для жизненных процессов, часть энергии выделяет­ся в виде тепла.

               2) Анаэробное (бескислородное) дыхание:

С 6Н 12О 6 –––>2С2 Н 6 О 3+ Е (2 АТФ)

   глюкоза         молочная         энергия

                                кислота

Благодаря этому процессу мы можем короткое время обходиться без О2.

V.Закрепление изученного материала

Из перечня (А-Д) выберите правильные ответы на вопросы (1-13)

А. Вдох.

Б. Выдох.

В. Жизненная емкость.

Г. Сокращение дыхательных мышц.

Д. Расслабление дыхательных мышц.

1.      Обеспечиввает вентиляцию легких.

2.      Следствие сокращения мышц диафрагмы.

3.      Следствие расслабления мышц диафрагмы.

4.      Следствие опускания ребер.

5.      Следствие поднятия ребер.

6.      Измеряется спирометром.

7.      Причина увеличения грудной полости.

8.      Причина уменьшения грудной полости.

9.      Причина повышения давления в легких.

10.  Причина понижения давления в легких.

11.  Следствие повышения давления в легких.

12.  Следствие понижения давления в легких.

13.  Показатель физического развития человека.

       Ответы: 1 А, Б  2А  3Б   4Б   5А   6В   7Г   8Д   9Д   10Г   11Б   12А  13В

        Домашнее задание:  § 25, 26, ответить на вопросы к параграфу. Провести самонаблюдение: поло­жить руку на грудь и сосчитать число дыхательных движений в 1 мин в положении лежа, сидя, после 10 резких приседаний. Записать результаты.

Индивидуальное задание:     Решите задачи.

1.Сколько воздуха проходит через легкие человека при спокойном дыхании в минуту, в 1 ч, в сутки, если дыхательный объем воздуха равен 500 мл, а частота дыхания – 18 раз в минуту?

2.Зная, что во вдыхаемом воздухе содержится около 20 % кислорода, опреде­лите, сколько 02 человек пропускает через легкие в сутки при спокойном ды­хании.

3.  Зная, что выдыхаемый воздух содержит 4 % углекислого газа, определите, сколько ученик выделяет СО2 в 1 минуту, в 1 час, сколько – все учащиеся класса в 1 ч.

Источник: http://www.openclass.ru/node/217903

ДЫХАНИЕ

Физиология дыхания изучает в основном механизмы именно газообмена, т.е. поглощения кислорода и выделения углекислого газа через дыхательные поверхности, например в легких, а клеточным дыханием занимается биохимия.

Окислением называется процесс потери атомом или молекулой электрона. Обратная реакция, т.е.

присоединение электрона, определяется как восстановление. Электроны, теряемые в ходе окисления их «донором», присоединяются к «акцептору», восстанавливая его, поэтому в любом случае правильнее говорить об окислительно-восстановительных реакциях. Акцептор должен обладать высоким сродством к электронам.

Таким свойством обладает кислород, который и выступает в роли окислителя питательных веществ, или, точнее, «дыхательных субстратов», у большинства организмов, хотя в принципе его может заменить другое вещество, например сульфат или нитрат у ряда бактерий.

Атом водорода состоит из протона и электрона, поэтому в биологических системах окисление часто подразумевает потерю этого атома (с электроном), а восстановление – его присоединение.

Основатель современной химии Антуан Лавуазье (1743–1794) первым понял, что принципиальных различий между окислением углеводов в клетке и горением дров в печке нет. В обоих случаях органические вещества разрушаются при участии кислорода до углекислого газа и воды с выделением энергии.

В клетке окисление идет поэтапно и строго контролируется, поэтому часть энергии не выделяется сразу в виде тепла, а запасается в форме молекул АТФ, которые затем организм использует в качестве топлива для самых разнообразных процессов, включая перенос ионов через мембраны, сокращение мышц, деление клетки, синтез жизненно важных веществ и т.п. Клеточное дыхание включает в себя последовательность биохимических реакций, объединяемых в т.н. «метаболические пути», например гликолиз, окисление пировиноградной кислоты, цикл трикарбоновых кислот, электронтранспортную цепь и др. Гликолиз протекает в цитозоле, т.е. жидкой внутренней среде клетки, не оформленной в определенные структуры. Другие названные выше реакции происходят у всех эукариот внутри митохондрий. Это микроскопические, окруженные мембранами, способные к самовоспроизведению тельца, плавающие в цитозоле и обычно называемые энергетическими станциями клетки. Полное окисление глюкозы до диоксида углерода приводит к образованию 32 молекул АТФ. Превращение глюкозы в две молекулы пирувата дает только две из этих 32 молекул АТФ и не требует участия молекулярного кислорода. Остальная часть АТФ может затем образовываться при окислении пировиноградной кислоты в цикле трикарбоновых кислот и в процессе электронов по электронтранспортной цепи – уже с использованием кислорода.

В отсутствие кислорода пировиноградная кислота может восстанавливаться до молочной или ацетальдегида, а последний – превращаться в этанол с выделением углекислого газа, например при брожении.

Молочная кислота образуется при дефиците кислорода в тканях большинства животных, а этанол дают некоторые рыбы, но главным образом бактерии и дрожжи. Расщепление углеводов (глюкозы) с образованием этих веществ нередко называют анаэробным дыханием.

Присутствие кислорода подавляет его в большинстве клеток – в таких условиях пировиноградная кислота окисляется дальше.

Это явление – ингибирование кислородом анаэробного использования глюкозы (при этом эффективность использования глюкозы обычно возрастает, поскольку одна ее молекула начинает давать больше АТФ) – называется эффектом Пастера в честь французского химика и биолога, основателя бактериологии Луи Пастера (1822–1895).

Дыхательный коэффициент (ДК) – это отношение объема

в ней намного ниже, а диффузия газов гораздо медленнее. В таких условиях периодически заполняемая и опорожняемая структура типа легких потребовала бы для обеспечения достаточной скорости газообмена слишком много энергии и места.

Перфузия дыхательной поверхности, т.е. омывание ее кровью, уносит диффундировавший

, образующийся при неполном сгорании топлива, например в двигателе автомобиля, чрезвычайно токсичен.

Кислород, поступивший в кровь в легких или жабрах, должен быть отдан тканям. Потребление

, осуществляемого кровью.

Дыхательный пигмент беспозвоночных

в эритроцитах вместе с карбоангидразой.

Скорость переноса газов через дыхательную поверхность зависит от т.н. вентиляционно-перфузионного отношения (соотношения интенсивностей вентиляции и перфузии этой поверхности), а также от абсолютных минутных значений объема вентиляции и сердечного выброса.

Вентиляционно-перфузионное отношение регулируется организмом таким образом, чтобы скорость газообмена соответствовала потребностям тканей. Системы этой регуляции лучше всего изучены у млекопитающих.

Центральный генератор ритма, расположенный в стволе головного мозга, поддерживает ритм дыхания и стимулирует центральную интегративную область – дыхательный центр в продолговатом мозге.

В состав этого центра входят инспираторные нейроны, активирующие мотонейроны, ответственные за вдох, и экспираторные нейроны, которые также посредством соответствующих мотонейронов вызывают выдох. Дыхательный центр получает информацию от нескольких типов механо- и хеморецепторов, включая рецепторы растяжения легочной ткани, реагирующие на раздувание легких, и расположенные в области разветвления сонных артерий каротидные тельца, реагирующие на повышение концентрации

азота, эндотелинов и простациклина.

Для поддержания нормальных функций организма животные

Источник: http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/95a786c8-1f08-571a-1d2b-204ccf7d3909/1000339A.htm

7.2. Газообмен в легких

В обычных условиях состав атмосферного воздуха относи­тельно постоянен. В сухом воздухе содержится 20,93 % кислорода, 0,03 — диоксида углерода, 79,04 % азота и инертных газов. В про­мышленных городах, крупных животноводческих помещениях со­став воздуха может изменяться: в нем увеличивается концентра­ция диоксида углерода, появляются вредные примеси.

300

301

В выдыхаемом воздухе меньше кислорода (до 16 %) и больше диоксида углерода (до 4,5 %), а содержание азота немного боль­ше, чем в атмосферном (79,5 %). Это не означает, что азот уча­ствует в газообмене.

Дело в том, что объем выдыхаемого воздуха несколько меньше, чем вдыхаемого.

Часть кислорода в организ­ме, превращаясь в воду, удаляется с мочой, калом и потом, а тот же самый объем азота, попавший в легкие, распределяется в меньшем объеме воздуха.

Если выдыхаемый воздух разделить на порции, то окажется, что их состав будет изменяться от первой порции к последней. Первые порции выдыхаемого воздуха будут похожи на атмосфер­ный, это воздух из воздухоносных путей, где не совершается га­зообмен.

В последующих порциях постепенно уменьшается со­держание кислорода и увеличивается диоксида углерода. Послед­ние же порции уже содержат 14 % кислорода, 5,5 — углекислого газа, 80,5 % азота и инертных газов.

Состав выдыхаемого воздуха подобен альвеолярному.

Альвеолярный воздух является как бы внутренней газовой средой организма, и от его состава зависит газообмен между аль­веолами легких и кровью. В состоянии покоя состав альвеоляр­ного воздуха мало зависит от фазы дыхания, поэтому газообмен между альвеолярным воздухом и кровью совершается непрерыв­но—и при вдохе, и при выдохе.

Это обстоятельство играет боль­шую роль в механизмах регуляции внешнего дыхания. Собствен­но говоря, значение внешнего дыхания и заключается в поддер­жании постоянного газового состава альвеолярного воздуха, что составляет основу постоянного содержания кислорода и диокси­да углерода в артериальной крови.

Изменения в содержании га­зов в артериальной крови имеют ключевое значение в регуляции внешнего дыхания.

Состав альвеолярного воздуха зависит только от существенных изменений дыхательных движений.

Так, при задержке дыхания (апноэ) или удушении (асфиксия) в альвеолярном воздухе накап­ливается диоксид углерода и уменьшается содержание кислорода, а при одышке (гиперпноэ, гипервентиляция легких), напротив, уровень кислорода увеличивается, а диоксида углерода уменьша­ется. И в том и в другом случае изменения в частоте или глубине дыхания сказываются на газовом составе крови.

В легочные капилляры поступает венозная кровь из сосудов малого круга кровообращения. По сосудам большого круга крово­обращения (бронхиальная артерия) артериальная кровь поступает для питания легочной ткани.

Из альвеолярного воздуха кислород переходит в венозную кровь, а диоксид углерода — из венозной кро­ви в альвеолярный воздух.

Кислород из альвеолярного воздуха сначала растворяется в сурфактанте, затем диффундирует через эндотелиальные клетки альвеол, две основные мембраны, аль­веолярную и сосудистую, и через эндотелиальные клетки крове-

носных капилляров поступает в кровь. Диоксид углерода дви­жется в противоположном направлении. Площадь соприкоснове­ния легочных капилляров со стенкой альвеол велика. Так, у овец общая поверхность альвеол, где происходит газообмен, в 100 раз и более превышает поверхность тела.

Газообмен между альвеолярным воздухом и кровью происходит по физическим законам осмоса и диффузии, т. е. газы переходят через полупроницаемые мембраны из области более высокого дав­ления в область более низкого давления. Активный транспорт га­зов через мембраны не обнаружен.

Давление одного газа в смеси газов называется парциаль­ным. Оно зависит от общего давления и концентрации данного газа и показывает, какая часть давления приходится на тот или иной газ. Например, если при атмосферном давлении 760 мм рт. ст.

содержание кислорода составляет 20,9 %, то парциальное давле­ние кислорода будет равно 158,9 мм рт. ст., а парциальное давление диоксида углерода, если его содержится 0,03 %, — 0,22 мм рт. ст.

При более высоком атмосферном давлении парциальное давление кислорода и диоксида углерода повышается, а в высокогорных местностях — понижается.

Парциальное давление газов в альвеолярном воздухе ниже, чем в атмосферном, из-за того, что в альвеолах присутствуют водя­ные пары. В среднем давление водяных паров при нормальной температуре тела около 47 мм рт. ст.

, поэтому на долю других га­зов приходится меньшее давление. Так, если атмосферное давле­ние 760 мм рт. ст., то давление в альвеолах будет на 47 мм меньше, т. е. составит 713 мм рт. ст. Тогда парциальное давление кислорода будет равно 100 мм рт. ст.

, углекислого газа — 40, а азота вместе с инертными газами — 573 мм рт. ст.

В крови растворенные газы создают парциальное давление, или напряжение (для воздушной смеси обычно используют по­нятие «парциальное давление», а для жидкостей — «напряжение газов»). Оно зависит от общего давления крови и содержания в ней данного газа.

Венозная кровь, поступающая в легкие, содержит 12 об.% кисло­рода (т. е. 12 мл кислорода в 100 мл крови), 55…58 — диоксида угле­рода и около 1 об.% азота.

При том уровне гидростатического давле­ния крови, которое имеется в капиллярах, примыкающих к альве­олам, напряжение кислорода составляет 40 мм рт. ст., а диоксида уг­лерода — 46 мм рт. ст.

Таким образом, между альвеолярным воздухом и венозной кровью создаются условия, при которых кислород из аль­веол под давлением 100 мм рт. ст. диффундирует в кровь, где его давление 40 мм рт. ст. (рис. 7.6). Одновременно диоксид углерода из крови под давлением 46 мм рт. ст.

диффундирует в альвеолярный воздух, где его давление 40 мм рт. ст. Каждый газ перемещается из одной области в другую только под воздействием собственного дав­ления, независимо один от другого, как бы в пустоту.

302

303

Альвеола

легкого

Р0 = 102 мм рт.ст.

Рсо =40 мм рт.ст.

Р0 =40 мм рт.ст. Рсо =47 мм рт.ст.

Р0 =95 мм рт.ст.

В

А В

Рсо=40мм рт.ст.

Рис. 7.6. Обмен газов между альвеолярным возду­хом, кровью и тканями:

А — артериальная кровь; В — венозная кровь; стрелки показывают направление тока крови

Большое значение в газообмене имеет процесс растворения га­зов в крови. Коэффициент растворимости кислорода при темпе­ратуре тела составляет 0,022, диоксида углерода —0,5116, а азо­та — 0,011. Поскольку азот и инертные газы при обычных колеба­ниях атмосферного давления в крови не растворяются, то, несмот­ря на высокое парциальное давление, они не попадают в кровь.

Растворимость газов в крови увеличивается при повышении барометрического давления. Поэтому для лучшей насыщаемости крови кислородом за счет увеличения растворения его в плазме крови пациента помещают в камеру, где создается повышенное давление воздуха. Такой метод лечения называется гипербаричес­кой оксигенацией. Однако при этом азот также может раство­ряться в крови.

Аналогичная ситуация создается при глубоководных погруже­ниях.

Опасность заключается в том, что при быстром снижении атмосферного давления до нормального уровня азот из растворен­ного состояния переходит в газообразное и кровь «вскипает» пу­зырьками азота, что может привести к тяжелой патологии.

Поэто­му при поднятии водолаза с глубины на поверхность и при выве­дении пациента из барометрической камеры необходимо давление снижать постепенно. Тогда и азот постепенно выводится из кро­ви, не превращаясь в пузырьки.

Источник: https://studfile.net/preview/10433370/page:70/

Пластик для культур клеток

Пластик для культур клеток предназначен для успешного культивирования клеток in vitro, так как максимально воспроизводит окружение клеток данного типа in vivo.

Основные направления использования клеточных культур: научные исследования; тестирование различных фарм. субстанций на живых клетках; культивирование вирусов; получение антигенов и антител, в т.ч.

с заданными свойствами (гибридомы); получение пептидов с заданными свойствами; изучение дифференцировки клеток in vitro.

Пластик для культур клеток предназначен для успешного культивирования клеток in vitro, так как максимально воспроизводит окружение клеток данного типа in vivo. Основные направления использования клеточных культур: научные исследования; тестирование различных фарм. субстанций на живых клетках; культивирование вирусов; получение антигенов и антител, в т.ч. с заданными свойствами (гибридомы); получение пептидов с заданными свойствами; изучение дифференцировки клеток in vitro. Формат пластика: Пробирки — рабочий объем от 3 до 15 мл; чашки Петри — диаметр от 35 до 150 мм, выпускаются с вентилируемой и невентилируемой крышкой, доступный формат — круглая, квадратная форма, существуют чашки Петри со стеклянным дном для удобства при микроскопии, с обработанной или необработанной поверхностью;

планшеты — количество лунок от 6 до 384 штук;

флаконы (матрасы) — площадь культуральной поверхности от 25 до 500 см², со скошенным горлом для удобства пользователя и с прямым горлом для автоматизации процесса. Деления на боковой части флаконов помогают легко измерить объем среды роста, насечки помогают удобно захватить флакон, ножки для укладки на верхней части флакона обеспечивают удобство укладывания флаконов в термостате;

ситечки/вставки в культуральный планшет, выпускаются для изучения адгезивных клеток, помогают молекулам и клеткам мигрировать и активно перемещаться;

скребки — длина лезвия от 1,7 до 7,5 см;

биореакторы — объем от 125 мл до 36 л;

многоуровневые планшеты для масскультивирования — от 1 до 40 уровней увеличение объемов клеточной культуры без увеличения площади основания флакона, приводит к экономии пространства в термостате/инкубатора; специальные флаконы для роботизированных станций.

Для выбора наиболее подходящего пластика необходимо учитывать, растут ли клетки в монослое или в суспензии, масштабирование, допустим ли газовый обмен с атмосферой. Основная часть ассортимента культурального пластика предназначена для клеток, растущих в монослое, поэтому решающее значение имеет поверхность культурального сосуда — необработанная поверхность или поверхность, обработанная различными способами в зависимости от задач:

• поверхность для адгезивных клеточных культур;
• поверхность, покрытая лизином или коллагеном для первичных и чувствительных клеток;
• поверхность для адгезивных клеток для снятия без использования химических агентов;
• для культивирования сфероидов и т.д.

Преимущества работы в монослое:

• более эффективное выделение секретируемого продукта;
• возможность более быстрой и легкой замены питательной среды;
• гибкость исследования, так как в монослой можно ввести любые типы клеток;
• высокая плотность клеток.

Недостатки:

• сложность масштабирования;
• сложность информативности визуального анализа;
• трудности с определением и поддержанием таких параметров как кислотность и содержание кислорода;
• пространство в лаборатории.

Для полноценного культивирования клеток в лаборатории должна быть обеспечена стерилизация питательных сред и всех манипуляций при работе с клеточными культурами, что достигается ламинарными боксами; для изготовления культуральной среды нужны системы высокой очистки воды, аппараты для стерилизации и мытья, дозирующие устройства. Для термостатирования используют лабораторные воздушные термостаты. Если необходимо поддерживать постоянную величину рН в питательной среде и минимальное испарение ее в период инкубации клеток, то необходимо термостатировать клетки в СО₂-инкубаторе. Для повышения газообмена в суспензионных культурах рекомендуется использовать встряхиватели или роллерные установки.

Для массового суспензионного или глубинного культивирования клеточных и бактериальных культур используют биореакторы.

Источник: https://www.dia-m.ru/catalog/plastic/plastik-i-steklo-dlya-kultur-kletok/

Научный атеизм

Подписывайтесь на нас в соцсетях

.com/scientificatheism.org

Уголок науки / Происхождение жизни
Эволюция дыхательной системы

Мелкие растения и животные, обитающие в воде, получают кислород и выделяют углекислоту путем диффузии.

При дыхании, происходящем в митохондриях, концентрация кислорода в цитоплазме снижается, поэтому кислород диффундирует в клетку из окружающей воды, где его концентрация выше, поскольку она поддерживается диффузией кислорода из воздуха и выделением его фотосинтезирующими организмами, обитающими в воде.

Углекислота, образующаяся в результате обменных процессов, диффундирует по градиенту концентрации в окружающую среду. У простых растительных и животных организмов отношение поверхности тела к его объему достаточно велико, поэтому скорость диффузии газов через поверхность тела не является фактором, лимитирующим интенсивность дыхания или фотосинтеза.

У более крупных животных отношение поверхности тела к объему меньше, и глубоко расположенные клетки уже не могут достаточно быстро обмениваться с окружающей средой газами путем диффузии. Поэтому глубоко лежащие клетки получают кислород и выделяют углекислый газ через внеклеточную жидкость, которая обменивается ими с окружающей средой.

Высшие растения не имеют специальных органов газообмена. Каждая клетка растения (корня, стебля, листа) самостоятельно обменивается с окружающим воздухом углекислым газом и кислородом путем диффузии. Интенсивность клеточного дыхания у растений обычно значительно ниже, чем у животных.

Кислород легко диффундирует из воздуха в промежутки между мелкими частицами почвы, в окружающую их пленку воды и в корневые волоски, далее в клетки коры и, наконец, в клетки центрального цилиндра.

Образующаяся в клетках углекислота также диффундирует в обратном направлении и выходит из корня наружу через корневые волоски. Кроме того, газы легко диффундируют через чечевички на корнях и стволах старых деревьев и кустарников. В листьях газообмен осуществляется через устьица по градиенту концентрации.

Листья наземных растений сталкиваются с той же проблемой, что и клетки дыхательных поверхностей наземных животных: они должны обеспечивать достаточный газообмен, не теряя при этом слишком много воды.

Растения этого достигают тем, что их листья (например у растений засушливых мест обитания), более толстые и мясистые, имеют толстую кутикулу с устьицами, расположенными в углублениях (толстая кутикула с погруженными устьицами имеется и у хвойных).

Внешнее дыхание у большинства водных животных осуществляется при помощи специализированных структур, называемых жабрами. Специализированные жабры впервые появились у кольчатых червей. У губок и кишечнополостных газообмен осуществляется путем диффузии через поверхность тела.

Дождевые черви, находясь в подземных ходах, получают достаточное количество кислорода, путем его диффузии через влажную кожу.

Морские черви, обитающие в песке или трубочках из песка, совершают волнообразные движения, чтобы создавать вокруг себя ток воды, иначе им не хватает растворенного в морской воде кислорода (в литре морской воды содержится около 5 мл кислорода, пресной – около 7 мл, воздуха – около 210 мл).

Поэтому у морских червей (полихет) развивились жабры – специализированные органы дыхания (выросты покровного эпителия). У ракообразных также появились жабры, обеспечивающие процесс дыхания в водной среде. Зеленый краб, способный жить в воде и на суше, имеет жабры, расположенные в полости тела на границе карапакса и места прикрепления ног.

В этом месте движется скафогнатит (веслообразная часть второй максиллы), обеспечивающий непрерывный ток воды к жабрам. Если скафогнатит не будет гнать воду, то краб быстро погибнет в морской воде, тогда как в воздушной среде он может жить неопределенно долго, поскольку скорость диффузии кислорода из воздуха достаточна для удовлетворения всех потребностей его организма.

Жабры имеются также у моллюсков, рыб и некоторых амфибий. Газы диффундируют через тонкий жаберный эпителий в кровь и разносятся по всему организму. Каждое животное, дышащее при помощи жабр, имеет какое-либо приспособление, обеспечивающее непрерывное омывание их током воды (открывание рта рыбами, движение жаберных крышек, постоянное движение всего тела и др.).

У двустворчатых моллюсков движение воды обеспечивается работой жаберных тычинок. Членистоногие решают проблему снабжения кислородом клеток организма иным путем: в каждом сегменте тела у них имеется пара дыхалец – отверстий, ведущих в разветвленную систему трубочек – трахей, по которым воздух доставляется ко всем внутренним органам.

Трахеи заканчиваются микроскопическими разветвлениями – трахеолами, наполненными жидкостью, через их стенки кислород диффундирует в соседние клетки, а углекислый газ – в обратном направлении. Работа мышц брюшка обеспечивает продувку трахей воздухом.

Трахейная система насекомых и паукообразных обеспечивает поступление кислорода и выделение углекислого газа, поэтому они обходятся без быстрого течения крови, необходимого позвоночным для снабжения их клеток кислородом.

Развитие легочного дыхания имеет свою длительную эволюцию. Примитивные легочные мешки появляются у паукообразных. Развиваются они (простые мешки) и у наземных брюхоногих моллюсков (легочные мешки образованы мантией). Развитие легких намечается у некоторых рыб, у ископаемых предков которых был вырост на переднем конце пищеварительного тракта.

У той ветви рыб, которая впоследствии дала начало наземным позвоночным животным, из этого выроста развилось легкое. У других рыб он превратился в плавательный пузырь, т.е. в орган, который в основном служит для облегчения плавания, хотя иногда несет и дыхательную функцию.

Некоторые рыбы обладают даже рядом костей, соединяющих этот орган с внутренним ухом и играющих, по-видимому, роль прибора для определения глубины. Кроме того, плавательный пузырь служит для издавания звуков.

Близкими родичами той группы рыб, от которых произошли наземные позвоночные, являются двоякодышащие рыбы: они имеют жабры, с помощью которых дышат в воде. Поскольку эти рыбы живут в периодически пересыхающих водоемах, в засушливое время года они остаются в иле пересохшего русла, где дышат при помощи плавательных пузырей и имеют легочную артерию.

Легкие большинства примитивных амфибий – тритонов, амбистом и др. – имеют вид простых мешков, покрытых снаружи капиллярами. Легкие лягушек и жаб имеют внутри складки, увеличивающие дыхательную поверхность.

Лягушки и жабы не обладают грудной клеткой и у них нет межреберных мышц, поэтому у них существует нагнетательный тип дыхания, основанный на действии клапанов в ноздрях и мышц в области горла. Когда открыты носовые клапаны, дно ротовой полости опускается (рот закрыт) и в нее входит воздух. Затем носовые клапаны закрываются и мышцы горла, сокращаясь, уменьшают размеры ротовой полости и вытесняют воздух в легкие.

Эволюция дыхательной системы происходила в направлении постепенного расчленения легкого на более мелкие полости, так что строение легких у рептилий, птиц и млекопитающих постепенно усложняется.

У ряда рептилий (например у хамелеона) легкие снабжены придаточными воздушными мешками, которые раздуваются при наполнении воздухом. Животные принимают угрожающий вид – это играет роль защитного приспособления для отпугивания хищников.

Легкие птиц также имеют воздушные мешки, распространяющиеся по всему телу. Благодаря им воздух может проходить через легкое и полностью обновляться при каждом вдохе. У птиц при полете существует двойное дыхание, когда воздух в легких насыщается кислородом при вдохе и выдохе.

Кроме того, воздушные мешки играют роль мехов, продувающих воздух через легкие за счет сокращения летательных мышц.

Легкие млекопитающих и человека имеют более сложное и совершенное строение, обеспечивающие достаточное насыщение кислородом всех клеток тела, и тем самым, обеспечивают высокий обмен веществ.

Поверхность их органов дыхания во много раз превышает площадь поверхности тела.

Совершенный газообмен поддерживает постоянство внутренней среды организма, что дает возможность млекопитающим и человеку обитать в различных климатических условиях.

Источник: Сайт “Теория эволюции как она есть”111

Источник: http://www.atheism.ru/science/science.phtml?id=417

ГАЗООБМЕ́Н

Авторы: Г. Г. Исаев (Газообмен у животных), Г. А. Дмитриева (Газообмен у растений)

ГАЗООБМЕ́Н (био­ло­гич.), об­мен га­зов ме­ж­ду ор­га­низ­мом и внеш­ней сре­дой в про­цес­се ды­ха­ния.

В ор­га­низ­мы по­сту­па­ет ки­сло­род (O2), ко­то­рый за­тем ис­поль­зу­ет­ся для окис­ле­ния со­еди­не­ний, во­вле­кае­мых в об­мен ве­ществ; в ре­зуль­та­те ос­во­бо­ж­да­ет­ся энер­гия, не­об­хо­ди­мая для жиз­не­дея­тель­но­сти, и об­ра­зу­ют­ся ко­неч­ные про­дук­ты об­ме­на, в т. ч. ди­ок­сид уг­ле­ро­да (CO2) и не­зна­чит. ко­ли­че­ст­во др.

га­зо­об­раз­ных со­еди­не­ний. Ор­га­низ­мы по­лу­ча­ют не­об­хо­ди­мый им O2 ли­бо из ат­мо­сфе­ры, ли­бо из во­ды, в ко­то­рой он рас­тво­рён. Г. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пу­тём диф­фу­зии га­зов не­по­сред­ст­вен­но че­рез по­верх­ность кле­ток.

Газообмен у животных

У про­стей­ших, ки­шеч­но­по­ло­ст­ных и чер­вей Г. про­ис­хо­дит че­рез по­кро­вы те­ла.

У на­се­ко­мых и пау­ко­об­раз­ных по­яв­ля­ет­ся сис­те­ма тру­бо­чек (тра­хей), с по­мо­щью ко­то­рых O2 по­сту­па­ет не­по­сред­ст­вен­но к тка­ням те­ла. У ра­ко­об­раз­ных, рыб и не­ко­то­рых др. ор­га­низ­мов для Г.

слу­жат жаб­ры, а у боль­шин­ст­ва по­зво­ноч­ных – лёг­кие. У зем­но­вод­ных по­ми­мо лёг­ких в Г. уча­ст­ву­ют ко­жа и эпи­те­лий, вы­сти­лаю­щий ро­то­вую по­лость.

У мн. жи­вот­ных и че­ло­ве­ка Г. осу­щест­в­ля­ет­ся при уча­стии ды­ха­тель­ных пиг­мен­тов (ме­тал­ло­про­теи­нов кро­ви или ге­мо­лим­фы), спо­соб­ных об­ра­ти­мо свя­зы­вать­ся с $\ce{O_2}$ и слу­жить его пе­ре­нос­чи­ка­ми. При вы­со­ких кон­цен­тра­ци­ях $\ce{O_2}$ пиг­мент лег­ко его при­сое­ди­ня­ет, а при низ­ких – от­да­ёт (в свя­зы­ва­нии $\ce{O_2}$ уча­ст­ву­ют гл. обр.

ио­ны же­ле­за или ме­ди). У по­зво­ноч­ных и мн. бес­по­зво­ноч­ных жи­вот­ных та­ким пиг­мен­том яв­ля­ет­ся ге­мо­гло­бин, у ря­да бес­по­зво­ноч­ных – ге­мо­циа­нин, ге­мо­эрит­рин и хло­ро­куо­рин. Лишь не­зна­чит. до­ля (ок. 5%) все­го по­сту­паю­ще­го из кле­ток в кровь $\ce{CO_2}$ на­хо­дит­ся в рас­тво­рён­ном со­стоя­нии; осн. его часть (ок.

80%) при уча­стии фер­мен­та кар­бо­ан­гид­ра­зы пре­вра­ща­ет­ся в уголь­ную ки­сло­ту, ко­то­рая дис­со­ции­ру­ет на кар­бо­нат­ные и гид­ро­кар­бо­нат­ные ио­ны; т. о., су­ще­ст­ву­ет рав­но­ве­сие ме­ж­ду рас­тво­рён­ны­ми $\ce{CO_2, H_2CO_3, HCO_3-}$ и $\ce{CO_3{2-}}$. Кро­ме то­го, 6–7% $\ce{CO_2}$ мо­жет взаи­мо­дей­ст­во­вать так­же с ами­но­груп­па­ми бел­ков (в т. ч.

ге­мо­гло­би­на) с об­ра­зо­ва­ни­ем кар­ба­ми­но­вых со­еди­не­ний. От­но­ше­ние уда­ляе­мо­го из ор­га­низ­ма $\ce{СО_2}$ к по­гло­щён­но­му за то же вре­мя О2 на­зы­ва­ет­ся ды­ха­тель­ным ко­эф­фи­ци­ен­том, ко­то­рый ра­вен при­мер­но 0,7 при окис­ле­нии жи­ров, 0,8 при окис­ле­нии бел­ков и 1,0 при окис­ле­нии уг­ле­во­дов.

Ко­ли­че­ст­во энер­гии, ос­во­бо­ж­даю­щей­ся при по­треб­ле­нии 1 л $\ce{O_2}$, со­став­ля­ет 20,9 кДж (5 ккал) при окис­ле­нии уг­ле­во­дов и 19,7 кДж (4,7 ккал) при окис­ле­нии жи­ров. Т. о.

, по по­треб­ле­нию $\ce{O_2}$ в еди­ни­цу вре­ме­ни и по ды­ха­тель­ному ко­эф­фи­ци­ен­ту мож­но рас­счи­тать ко­ли­че­ст­во ос­во­бо­див­шей­ся в ор­га­низ­ме энер­гии, оце­нить ин­тен­сив­ность окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ных про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих во всех ор­га­нах и тка­нях.

Г. у жи­вот­ных уменьша­ет­ся с по­ни­же­ни­ем темп-ры те­ла, а при её по­вы­шении – уве­ли­чи­ва­ет­ся. У че­ло­ве­ка по­треб­ле­ние $\ce{O_2}$ мо­жет воз­рас­тать с 200–300 мл/мин в со­стоя­нии по­коя до 2000–3000 мл/мин при фи­зич. ра­бо­те, а у хо­ро­шо тре­ни­ро­ван­ных спорт­сме­нов – до 5000 мл/мин.

Со­от­вет­ст­вен­но уве­ли­чи­ва­ют­ся вы­де­ле­ние $\ce{CO_2}$ и рас­ход энер­гии; про­ис­хо­дят сдви­ги ды­ха­тель­но­го ко­эф­фи­ци­ен­та. Срав­нит. по­сто­ян­ст­во Г. обес­пе­чи­ва­ет­ся при­спо­со­би­тель­ны­ми (ком­пен­са­тор­ны­ми) ре­ак­ция­ми сис­тем ор­га­низ­ма, уча­ст­вую­щих в Г.

и ре­гу­ли­руе­мых нерв­ной сис­те­мой как не­по­сред­ст­вен­но, так и че­рез эн­док­рин­ную сис­те­му. Г. у че­ло­ве­ка и жи­вот­ных ис­сле­ду­ют в ус­ло­ви­ях пол­но­го по­коя, на­то­щак, при темп-ре 18–22 °С. При ис­сле­до­ва­ни­ях Г.

оп­ре­де­ля­ют объ­ём вды­хае­мо­го и вы­ды­хае­мо­го воз­ду­ха и его со­став (при по­мо­щи га­зовых ана­ли­за­то­ров), что по­зво­ля­ет вы­чис­лять ко­ли­че­ст­ва по­треб­ляе­мо­го $\ce{O_2}$ и вы­де­ляе­мо­го $\ce{O_2}$. См. так­же Ды­ха­ние, Ды­ха­ния ор­га­ны.

Газообмен у растений

Газообмен у растений со­про­во­ж­да­ет как ды­ха­ние, так и фо­то­син­тез: во вре­мя фо­то­син­те­за по­гло­ща­ет­ся $\ce{CO_2}$, вы­де­ля­ет­ся $\ce{O_2}$, а при ды­ха­нии – на­оборот. Как все жи­вые ор­га­низ­мы, рас­те­ния ды­шат 24 ч в су­тки, фо­то­син­тез же идёт толь­ко на све­ту.

Днём, как пра­ви­ло, фо­то­син­тез идёт бы­ст­рее ды­ха­ния, к ве­че­ру ско­рость его сни­жа­ет­ся и в оп­ре­де­лён­ный мо­мент ста­но­вит­ся рав­ной ско­ро­сти про­ис­хо­дя­ще­го од­но­вре­мен­но ды­ха­ния. При этом Г. не ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся (со­стоя­ние ком­пен­са­ции).

При даль­ней­шем умень­ше­нии ос­ве­щён­но­сти ды­ха­ние на­чи­на­ет пре­об­ла­дать, а в тем­но­те про­ис­хо­дит толь­ко вы­де­ле­ние $\ce{CO_2}$, об­ра­зую­ще­го­ся в ре­зуль­та­те ды­ха­ния.

Г. ли­сть­ев, мо­ло­дых стеб­лей, цвет­ков про­ис­хо­дит че­рез усть­ица (с по­мо­щью от­кры­ва­ния и за­кры­ва­ния по­след­них рас­те­ние ре­гу­ли­ру­ет ско­рость Г.). На ста­рых стеб­лях усть­ица за­ме­ня­ют­ся все­гда от­кры­ты­ми че­че­вич­ка­ми (от­вер­стия­ми в проб­ке), по­это­му Г. ста­рых стеб­лей рас­те­ние ре­гу­ли­ро­вать не мо­жет.

Ско­рость Г. раз­лич­на у рас­те­ний раз­ных ви­дов, в раз­ных ор­га­нах и тка­нях од­ного рас­те­ния. Она за­ви­сит от внеш­них фак­то­ров и фи­зио­ло­гич. со­стоя­ния кле­ток.

По ко­ли­че­ст­ву вы­де­лен­но­го или по­гло­щён­но­го $\ce{O_2}$ или $\ce{CO_2}$ оп­ре­де­ля­ют ско­рость фо­то­син­те­за или ды­ха­ния то­го или ино­го рас­те­ния или ор­га­на.

Источник: https://bigenc.ru/biology/text/2339975