Учитель: Валиева Зиля Шамшатовна
Тема урока: Газообмен в легких и тканях. Диффузия в газах и жидкостях.

Цели урока:

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.
Обеспечить развитие умений и навыков:
целеполагания и планирования учебной деятельности;
проведения сравнений, анализа, обобщений с выводами;
монологической речи.
развитие коммуникативных способностей;
Расширение кругозора школьников и формирование интереса к предмету.

Оборудование и материалы:

м/м проектор
текст с рисунками «Дыхание в горах»;, «Дыхание под водой»;
презентация;
«Газообмен в легких и тканях», «Перенос газов кровью», «Дыхание в горах и под водой»;
дидактические карточки для актуализации опорных знаний, закрепления и первичного контроля;
учебник: Драгомилов А.Г., Маш Р.Д. Биология: Человек. Для 8-х классов. – М.: Вентана-Граф, 2004.

Базовые понятия и термины: альвеолы; газообмен; диффузия; парциальное давление; кессонная болезнь; гемоглобин; оксигемоглобин; карбогемоглобин; гипоксия; тканевое дыхание.

План урока

Ход урока

I. Организационный момент

Приветствие. Обращение внимания учащихся к теме предыдущего урока «Значение дыхания. Органы дыхательной системы, ЖЕЛ, тканевое и легочное дыхание».

II. Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности

С целью актуализации опорных знаний проводим проверку изученного материала.

1. Индивидуальная работа.

2. Письменная работа по карточкам-заданиям. Самопроверка по ключу (работа над ошибками).

3. Обсуждение устных ответов.

III. Изучение нового материала

Учитель биологии. Дыхание – свойство и признак всех живых организмов. И сегодня мы продолжим изучение этого процесса, который как и все процессы в живых организмах, подчинен физическим законам и законам химии.

Дыхательная система состоит из воздухоносных путей и легких. Изучение особенностей строения и функций легких проведем в виде самостоятельной работы с ПЕЧАТНЫМ МАТЕРИАЛОМ!!! «Дыхание в горах», «Дыхание под водой»

Прочитайте материалы и выделите:

– знакомую информацию;

– новую информацию;

– «хочу спросить».

После выполнения работы проводится ее обсуждение.

Учитель биологии. Человек дышит атмосферным воздухом, представляющим собой смесь газов. Проанализируйте данные таблицы, сравните, сделайте вывод о составе вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Таблица. Изменение состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха

	О₂	N₂	CО₂	инертные газы	водяной пар
вдыхаемый воздух	21%	79%	0,03%	небольшое количество	небольшое количество
выдыхаемый воздух	16%	79%	4%	инертные газы	водяной пар

Вывод: в выдыхаемом воздухе увеличивается количество углекислого газа на 4% и водяных паров, используется 5% кислорода.

Для экспериментальной проверки результатов сравнения выполните лабораторную работу (с. 105).

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. ст.

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:

Р(О₂) = (760 х 20,9) : 100 = 159 мм рт. ст.

Так же рассчитывается и давление других газов:

P(N₂) = 600,8 мм рт. ст.; Р(СО₂) = 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.

Стенки легочных альвеол человека состоят из однослойного плоского эпителия, покрытого слизью – сурфактантом. Сурфактант снижает поверхностное натяжение в альвеолах, что позволяет с меньшими усилиями увеличивать объем легких при вдохе. Перенос газов через стенки альвеол происходит согласно закону диффузии. Направление и скорость этого процесса определяются разностью парциальных давлений газа, или его напряжений. В притекающей к капиллярам легких венозной крови напряжение кислорода составляет 40 мм рт. ст., а углекислого газа – 47 мм рт. ст. 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. Потребность человека в кислороде в состоянии покоя составляет 350 мл/мин; при физической работе она доходит до 5000 мл/мин. Ее можно полностью удовлетворить, поскольку при разности парциальных давлений в 1 мм рт. ст. в кровь переходит 250 мл кислорода, а разность между напряжениями О2 в воздухе и в крови составляет не менее 70 мм рт. ст. что позволяет удовлетворять максимальные потребности организма. 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.

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.

ФИЗИКА: Газообмен в тканях протекает по тем же физическим законам. Ткани поглощают О2 и отдают СО2, при этом газы переходят из области большего напряжения в область меньшего напряжения: Р(О2) в тканях составляет 20–40 мм рт. ст, а P(СО2) – 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. Вопрос классу. Как происходит диффузия газов в организме человека? Ответ. 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. Обязательным условием нормального дыхания являются определенные концентрация кислорода в воздухе и величина атмосферного давления. Эти показатели меняются, если человек поднимается в горы или опускается под воду.

IV. Закрепление изученного материала

Работа в группах 1. У здорового жителя высокогорья обнаружено повышенное содержание эритроцитов в крови. Можете ли вы объяснить причину этого и оценить, на какой примерно высоте живет данный человек?

2. Чемпионы по глубоководному нырянию погружаются на глубину до 100 м без акваланга и возвращаются на поверхность за 4–5 мин. Почему у них не возникает кессонная болезнь?

3. При глубоководных погружениях водолазы используют для дыхания специальные газовые смеси, в которых азот заменяется гелием. Объясните, с чем связана такая замена?

Исправьте ошибки в тексте. Работа в парах

Растения дышат только днем, используя СО2.

2. 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 О2 – карбогемоглобин, а Hb с СО2 – 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. Взаимопроверка по ключу.

А. Газообмен в тканях.

Б. Физические процессы при газообмене.

В. Процессы в большом круге кровообращения.

1. Переход О2 из легких в кровь.

2. Переход О2 из крови в ткани.

3. Переход СО2 из тканей в кровь.

4. Переход СО2 из крови в легкие.

5. Присоединение О2 к эритроциту.

6. Отделение О2 от эритроцита.

7. Превращение артериальной крови в венозную.

8. Превращение венозной крови в артериальную.

9. Разрыв химической связи О2 с гемоглобином.

10. Химическое связывание О2 гемоглобином.

11. Капилляры в тканях.

12. Легочные капилляры.

2 вариант Указанные процессы распределите по группам.

А. Газообмен в легких.

Б. Химические процессы при газообмене.

В. Процессы в малом круге кровообращения.