Pokaż spis treści
Wróć do informacji o e-podręczniku

Prawie połowa procesów zachodzących w komórkach nie może się obejść bez udziału tlenu. Niestety, organizm nie potrafi go magazynować. W związku z tym układ oddechowy musi stale zaopatrywać komórki w ten życiodajny gaz.

Już wiesz
  • organizmy mogą oddychać tlenowo i beztlenowo;

  • aktywne organizmy potrzebują dużo tlenu, a więc i dużych powierzchni wymiany gazowej;

  • u takich organizmów, jak dżdżownica, tlen przenika do wszystkich części ciała na drodze dyfuzji, a u zwierzat większych od niej (lub pokrytych szkieletem zewnętrznym) musi być doprowadzany przez tchawki lub krew;

  • krew transportuje gazy oddechowe.

Nauczysz się
  • wskazywać na sobie położenie narządów układu oddechowego;

  • opisywać przystosowania w budowie płuc do sprawnej wymiany gazowej;

  • omawiać mechanizm wentylacji płuc;

  • przedstawiać proces wymiany gazowej w pęcherzykach płucnych i komórkach ciała;

  • wykazywać rolę krwi w transporcie gazów oddechowych.

1. Górne drogi oddechowe

Układ oddechowy zapewnia sprawne pobieranie i transport gazów oddechowych – tlenu i dwutlenku węgla, a także wymianę gazową. Składa się z górnych i dolnych dróg oddechowych oraz narządu wymiany gazowej – płuc. Do górnych dróg oddechowych należą jama nosowa oraz gardło. Dolne drogi oddechowe tworzą: krtań, tchawica i oskrzela.

Wprowadzane do organizmu powietrze musi zostać najpierw ogrzane i nawilżone, a także oczyszczone z pyłów. Drogi oddechowe mają liczne przystosowania do pełnienia tych funkcji:

  • oczyszczanie powietrza – drogi oddechowe wyścielone są nabłonkiem zaopatrzonym w rzęski i gruczoły śluzowe; do śluzu pokrywającego nabłonek przylegają drobiny kurzu i zostają sklejone; ruch rzęsek przesuwa je do gardła, skąd zanieczyszczenia zostają wykrztuszone, lub po połknięciu trafiają do przewodu pokarmowego; dodatkowo wnętrze jamy nosowej porastają włoski stanowiące barierę dla pyłów; kaszel i kichanie to sposoby na pozbycie się nadmiaru śluzu i zanieczyszczeń; drażniące substancje są usuwane przez powietrze, które wydobywa się z płuc pod dużym ciśnieniem z prędkością nawet 160 km/h;

  • nawilżanie powietrza – woda zawarta w śluzie paruje i nawilża powietrze, dzięki czemu ułatwia przenikanie tlenu do krwi w końcowym odcinku dróg oddechowych;

  • ogrzewanie powietrza – wnętrze nosa i drogi oddechowe są dobrze ukrwione; krew oddaje ciepło powietrzu wypełniającemu drogi oddechowe.

Z jamy nosowej powietrze jest transportowane przez gardło do tchawicy. W gardle krzyżują się drogi układu oddechowego i pokarmowego – pokarm z jamy ustnej przez gardło przesuwany jest do przełyku.

Polecenie 1

Wyjaśnij, dlaczego powinniśmy oddychać nosem, a nie ustami. W jakiej porze roku jest to szczególnie ważne?

Warto wiedzieć

Kształt nosa jest efektem przystosowania do życia w różnych warunkach klimatycznych. Ludy pochodzące z tropików, gdzie powietrze jest wilgotne i ciepłe, mają duże otwory nosowe i płaskie nosy. Przedstawiciele ludów górskich mają duże, wąskie nosy o wąskich otworach. Powietrze przez taki nos przechodzi nieco dłużej niż przez płaski i może się ogrzać.

2. Dolne drogi oddechowe

Powietrze z górnych dróg oddechowych dostaje się do krtani, narządu głosu zbudowanego z chrząstek połączonych ze sobą ruchomo za pomocą więzadeł i mięśni. Między gardłem i krtanią znajduje się ruchoma chrząstka – nagłośnia. Działa ona jak zastawka, która podczas oddychania i mówienia uniesiona jest do góry, co umożliwia transport wdychanego powietrza do krtani i tchawicy. Podczas przełykania nagłośnia opada i zamyka wejście do krtani, zabezpieczając drogi oddechowe przed dostaniem się do nich cząstek pokarmu. Czasem, gdy podczas przełykania zrobimy głęboki wdech (chcąc np. coś głośniej powiedzieć), nagłośnia nie zdąży się zamknąć i pokarm razem ze strumieniem powietrza trafia do krtani. Powoduje to podrażnienie receptorów mechanicznych we wnętrzu krtani i odruch kaszlu.

Polecenie 2

Dotknij palcami przedniej części szyi tuż pod brodą. Przełknij ślinę. Narząd, który unosi się i opuszcza podczas przełykania, to krtań.

Ciekawostka

U mężczyzn, na przedniej stronie szyi pod skórą, można zauważyć jedną z chrząstek krtani, zwaną jabłkiem Adama. Jej kształt należy do drugorzędowych cech płciowych.

Najwęższy odcinek krtani to głośnia, w której powstają dźwięki. Błona śluzowa tworzy w niej poprzeczne fałdy – struny głosowe, między którymi znajduje się szpara głosowa. Podczas mówienia struny głosowe napinają się, a szpara ulega zmniejszeniu. Wychodzące z płuc powietrze wprawia w drgania struny, co powoduje wydawanie głosu. Dźwięki ludzkiej mowy powstają przy współudziale krtani, języka, podniebienia, policzków, warg i zębów.

Z krtani powietrze przechodzi do tchawicy. Ma ona kształt rury wzmocnionej z przedniej strony chrząstkami w kształcie półpierścieni, co zabezpiecza jej ściany przed zapadaniem się. W górnej części klatki piersiowej tchawica rozgałęzia się na dwa oskrzela prowadzące powietrze do płuc.

Doświadczenie 1
Problem badawczy

Od czego zależy natężenie dźwięku?

Hipoteza

Na natężenie dźwięku ma wpływ siła, z jaką powietrze jest wydychane.

Co będzie potrzebne
  • twoja osoba.

Instrukcja
  1. Weź szybki, głęboki wdech i głośno wypowiedz (wykrzycz) swoje imię.

  2. Weź normalny, spokojny wdech i wypowiedz swoje imię.

  3. Wypowiedz swoje imię szeptem.

  4. Podczas wydawania dźwięku skup uwagę na mięśniach krtani i zaobserwuj siłę, z jaką powietrze wydostaje się podczas krzyku oraz mówienia szeptem.

  5. Zrób spokojny wydech i bezpośrednio po nim, nie nabierając kolejnej porcji powietrza, spróbuj głośno wykrzyczeć swoje imię. Udało ci się? Było trudno? Dlaczego?

Podsumowanie

Jeśli podczas wydawania dźwięku przez krtań płynie dużo powietrza, będzie on głośny. Gdy w płucach brakuje powietrza, trudno jest wydać głośny dźwięk.

3. Płuca

Płuca to narządy wymiany gazowej znajdujące się w klatce piersiowej. Z zewnątrz ochrania je cienka podwójna błona, zwana opłucną, wypełniona niewielką ilością płynu. Zapobiega ona uszkodzeniu płuc wskutek tarcia o żebra i inne kości klatki piersiowej w czasie ruchów oddechowych.

Wewnątrz płuc oskrzela rozgałęziają się drzewiasto, formując system coraz drobniejszych kanalików zwanych oskrzelikami. Na ich końcach znajdują się pęcherzyki płucne. Jest ich ok. 600 mln i łącznie mają powierzchnię 90 m2. Skupione blisko siebie pęcherzyki tworzą strukturę podobną do grona winogron. Pęcherzyki płucne otoczone są gęstą siecią naczyń włosowatych. Pomiędzy nimi a powietrzem z pęcherzyka płucnego odbywa się na drodze dyfuzji wymiana gazowa. Przenikanie tlenu do krwi i dwutlenku węgla z krwi do pęcherzyka odbywa się bardzo szybko i sprawnie dzięki temu, że:

  • ściany pęcherzyka i włosowatych naczyń krwionośnych zbudowane są z cienkiego nabłonka jednowarstwowego płaskiego;

  • sieć naczyń włosowatych pokrywających pęcherzyki jest bardzo gęsta;

  • pęcherzyki płucne tworzą bardzo dużą powierzchnię wymiany gazowej.

Polecenie 3

Wyjaśnij, dlaczego u człowieka głównym narządem wymiany gazowej nie jest skóra, lecz pęcherzykowate płuca.

Wskazówka

Porównaj powierzchnię skóry oraz łączną powierzchnię pęcherzyków płucnych i na tej podstawie wyciągnij wniosek dotyczący intensywności wymiany gazowej przeprowadzanej przez oba narządy.

Ciekawostka

Płuca noworodka prawie zupełnie nie mają pęcherzyków płucnych, a wymiana gazowa odbywa się w oskrzelikach. Proces wykształcania pęcherzyków zachodzi bardzo intensywnie do 2 roku życia.

4. Wentylacja płuc

Jednym z najważniejszych przejawów życia jest oddychanie. U człowieka składają się na nie procesy wentylacji płuc, wymiany gazowej oraz oddychania wewnątrzkomórkowego. Podczas wentylacji odbywa się pobieranie i usuwanie powietrza z płuc. Powietrze bogate w tlen dostaje się do płuc podczas wdechu, a następnie, zubożone o część tlenu, w czasie wydechu usuwane jest na zewnątrz. Za wentylację płuc odpowiadają:

  • mięśnie międzyżebrowe, rozszerzające i zwężające klatkę piersiową;

  • przepona – płaski mięsień oddechowy oddzielający klatkę piersiową od jamy brzusznej.

Podczas wdechu przepona kurczy się i obniża, natomiast zewnętrzne mięśnie międzyżebrowe kurczą się i podnoszą żebra do góry. Dzięki temu objętość klatki piersiowej zwiększa się, pęcherzyki płucne rozszerzają i następuje zassanie powietrza do płuc. Przy wydechu przepona rozluźnia się i unosi się biernie do góry, mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne również się rozluźniają. Równocześnie kurczą się mięśnie wewnętrzne, dlatego żebra opadają, a powietrze wypychane jest na zewnątrz. Ruchy przepony są automatyczne, ale w pewnym zakresie mogą być świadomie modyfikowane, np. podczas nurkowania i śpiewu.

Wdech widok z boku i z przodu. Przepona obniża się, klatka piersiowa (żebra i mostek) unosi się do góry. Wydech widok z boku i z przodu. Przepona unosi się do góry, klatka piersiowa (żebra i mostek) opada w dół.

Wentylacja płuc oparta na rytmicznych wdechach i wydechach to proces zachodzący bez udziału świadomości. Jej tempo zależy od zawartości dwutlenku węgla we krwi – wzrost jego stężenia zwiększa częstość oddechów. W czasie spoczynku człowiek wykonuje ok. 12‑16 oddechów na minutę, pobierając i usuwając za każdym razem ok. 0,5 l powietrza. Ilość powietrza, jaką są w stanie zmieścić płuca dorosłego człowieka, wynosi zwykle 4500 ml u mężczyzn i 3200 ml u kobiet. Pojemność płuc jest wskaźnikiem wydolności organizmu i zależy od wieku, płci, sprawności fizycznej, palenia papierosów.

Warto wiedzieć

U palaczy tytoniu dochodzi do zanikania ścianek pomiędzy sąsiednimi pęcherzykami płucnymi. Z tego powodu pojemność płuc rośnie, ale zmniejsza się powierzchnia wymiany gazowej.

Polecenie 4

Wyjaśnij, dlaczego wdech jest aktem czynnym a wydech – biernym.

Obserwacja 1

Porównanie obwodu klatki piersiowej podczas wdechu i wydechu.

Co będzie potrzebne
  • twoja osoba,

  • centymetr krawiecki.

Instrukcja
  1. Zmierz na tej samej wysokości obwód klatki piersiowej po nabraniu powietrza i po wydechu.

  2. Połóż dłoń na mostku i obserwuj, jak zmienia się jego położenie podczas wdechu i wydechu.

  3. Połóż dłoń na żebrach po lewej stronie klatki piersiowej i obserwuj, jak zachowują się podczas wdechu i wydechu.

  4. Wyniki zanotuj w tabeli. Uwzględnij następujące elementy obserwacji: obwód klatki piersiowej, ruch żeber, ruch mostka.

Podsumowanie

Jeśli podczas wdechu obwód klatki piersiowej się zwiększa, wzrasta też objętość klatki piersiowej.

Obserwacja 2

Ustalenie roli przepony na podstawie obserwacji działania modelu klatki piersiowej.

Co będzie potrzebne
  • plastikowa butelka typu PET,

  • nożyczki,

  • balon,

  • słomka,

  • 2 gumki,

  • plastelina,

  • cienka gumowa rękawiczka.

Instrukcja
  1. Przetnij butelkę w połowie wysokości.

  2. Zrób model tchawicy i płuc: przymocuj balon do końca słomki, używając do tego gumki.

  3. Drugi koniec słomki wsuń od dołu przez szyjkę butelki.

  4. Przymocuj plasteliną słomkę wystającą ponad szyjkę butelki, aby układ był szczelny.

  5. Zrób model przepony: załóż rękawiczkę na dół przeciętej butelki, umocuj ja gumką i zawiąż jej palce.

  6. Pociągnij za rękawiczkę, a potem puść ją. Obserwuj balon znajdujący się w środku butelki.

    Model ilustrujący mechanizm wentylacji płuc przy użyciu takich przedmiotów jak: plastikowa butelka po wodzie typu PET; nożyczki; balon; słomka; gumki do wiązania; plastelina; Gumowa, cienka rękawica, jest zawiązana tuż pod butelką. Dłoń pociąga za rękawiczkę , objętość balonika wewnątrz się zmienia.

Podsumowanie

Kiedy ciągniemy za rękawiczkę, ciśnienie w butelce zmniejsza się, a balonik wypełnia się powietrzem. Kiedy puszczamy rękawiczkę, ciśnienie powoduje wypchnięcie powietrza z balonu.

5. Wymiana gazowa

Krew transportuje gazy oddechowe pomiędzy płucami a tkankami. Przenikanie tlenu z płuc do krwi, a dwutlenku węgla z krwi do płuc nosi nazwę wymiany gazowej zewnętrznej. Po wdechu w pęcherzykach płucnych stężenie tlenu jest wyższe niż w krwi dopływającej do płuc. To powoduje, że zgodnie z różnicą stężeń tlen na drodze dyfuzji przechodzi przez ściany pęcherzyków płucnych i naczyń włosowatych do osocza, a następnie do erytrocytów. Na tej samej zasadzie odbywa się dyfuzja dwutlenku węgla do pęcherzyków płucnych. Tlen, dostając się do erytrocytu, tworzy nietrwałe połączenie z hemoglobiną i powstaje oksyhemoglobina. W tej postaci tlen transportowany jest do komórek ciała. Tam zachodzi wymiana gazowa wewnętrzna. W naczyniach włosowatych docierający do komórek ciała tlen odłącza się od oksyhemoglobiny i dyfunduje do komórek. Dwutlenek węgla przenika z komórek ciała do osocza krwi, w którym się rozpuszcza. Część dwutlenku węgla nietrwale łączy się z hemoglobiną. Z krwią jest transportowany do pęcherzyków płucnych.

Doświadczenie 2

Porównanie ilości CO2 w powietrzu wdychanym i wydychanym.

Co będzie potrzebne
  • 2 probówki,

  • słomka,

  • woda wapienna,

  • gumowa gruszka.

Instrukcja
  1. Do obu probówek wlej taką samą objętość wody wapiennej.

  2. Wdmuchuj przez słomkę powietrze do wody wapiennej w pierwszej probówce.

  3. Obserwuj, po jakim czasie roztwór zmętnieje.

  4. Za pomocą gruszki pompuj powietrze do wody wapiennej w drugiej probówce.

  5. Obserwuj, po jakim czasie roztwór zmętnieje.

  6. Wskaż, w której probówce szybciej nastąpiło zmętnienie roztworu.

Podsumowanie

Jeśli w pierwszej probówce roztwór zmętniał szybciej, oznacza to, że powietrze zawarte w płucach zawiera więcej dwutlenku węgla niż powietrze atmosferyczne.

Polecenie 5

Osobie, która nie oddycha, udziela się pomocy, wdmuchując do jej ust powietrze. Wyjaśnij, dlaczego ten zabieg jest skuteczny, skoro powietrze pochodzące z ust ratownika jest zużyte.

Wskazówka

Czy powietrze wydychane z płuc jest całkowicie pozbawione tlenu?

Ciekawostka

Pęcherzyki płucne od środka powleka substancja tłuszczowa, która zapobiega zapadaniu ścian pęcherzyków podczas wydechu i uławia rozszerzanie podczas wydechu.

Podsumowanie

  • Układ oddechowy składa się z górnych i dolnych dróg oddechowych oraz płuc.

  • W drogach oddechowych znajduje się orzęsiony, produkujący śluz nabłonek, dzięki któremu powietrze jest oczyszczane, nawilżane i ogrzewane.

  • Głośnia jest miejscem powstawania głosu.

  • Parzyste płuca stanowią narząd wymiany gazowej.

  • Na proces oddychania u człowieka i innych organizmów płucodysznych składają się: wentylacja płuc, wymiana gazowa, oddychanie wewnątrzkomórkowe.

  • W wentylację płuc zaangażowane są m.in. mięśnie międzyżebrowe i przepona.

  • Wymiana gazowa w płucach i tkankach odbywa się na drodze dyfuzji zgodnie z różnicą stężeń.

  • Wymiana gazowa zewnętrzna zachodzi między pęcherzykiem płucnym a krwią.

  • Wymiana gazowa wewnętrzna zachodzi między krwią a komórkami ciała.

  • Tlen transportowany jest w postaci oksyhemoglobiny, dwutlenek węgla głównie w postaci rozpuszczonej w osoczu.

Praca domowa
Polecenie 6.1

Wykaż, że budowa płuc jest przystosowaniem do prowadzenia wymiany gazowej.

Polecenie 6.2

Wyjaśnij, na czym polega rola przepony i mięśni międzyżebrowych w wentylacji płuc.

Polecenie 6.3

Opisz rolę krwi w transporcie gazów oddechowych.

Słowniczek

głośnia

najwęższy odcinek krtani zaopatrzony w struny głosowe, stanowi miejsce powstawania głosu

nagłośnia

ruchoma chrząstka zamykająca wejście z gardła do krtani podczas połykania pokarmów

oksyhemoglobina

forma hemoglobiny nietrwale związana z tlenem

opłucna

podwójna błona łącznotkankowa pokrywająca płuca

struny głosowe

2 fałdy błony śluzowej przyczepione do chrząstek krtani (głośni), ograniczające szparę głosową

wentylacja płuc

rytmiczne usuwanie powietrza z płuc podczas wydechu i napełnianie ich powietrzem podczas wdechu

wymiana gazowa wewnętrzna

wymiana gazów oddechowych między krwią z naczyń włosowatych a komórkami ciała

wymiana gazowa zewnętrzna

wymiana gazów oddechowych między powietrzem zawartym w pęcherzyku płucnym a krwią naczyń włosowatych oplatających pęcherzyk

Zadania

Ćwiczenie 1
Ćwiczenie 2
Ćwiczenie 3
Ćwiczenie 4