Дишане и газообмен — урок по биология

1. Защо дишаме

Клетките получават енергия от : окисляват глюкоза и мазнини с кислород и отделят CO₂ (виж Клетъчно дишане). Възрастен човек в покой изразходва около 250 mL O₂ и отделя около 200 mL CO₂ в минута, а при тежка работа – над десет пъти повече. Дишането в смисъла на този урок е външното дишане: да се внесе O₂ от въздуха в кръвта и да се изнесе CO₂ навън. Газовете минават през всяка преграда само с – никоя клетка не изпомпва кислород.

Т

Закон на Фик за дифузията

Количеството газ, което минава за единица време през преграда, е J ~ A·Δp / d: пропорционално на площта A и на разликата в парциалното налягане Δp и обратно пропорционално на дебелината d. Затова всяка дихателна повърхност е голяма, тънка, влажна и от двете ѝ страни се поддържа разлика в налягането (вентилация от едната страна, кръвоток от другата).

Едноклетъчните и малките животни като плоските червеи се справят само с дифузия през повърхността на тялото. Но обемът расте с куба на размера, а повърхността – с квадрата му (както при агаровите кубчета в Строеж на клетката). При големите животни са нужни специални органи – хриле, трахеи или бели дробове – и кръв, която да пренася газовете.

Пример

Площта на алвеолите на възрастен човек е около 70 m², а преградата между въздуха и кръвта е дебела около 0,5 µm. При белодробен оток течността удебелява преградата 3 пъти, а част от алвеолите се пълни и площта пада до 50 m². Колко пъти намалява дифузията на O₂ при същата разлика в налягането?

По закона на Фик $J \sim \frac{A}{d}$ .
$\frac{J_2}{J_1} = \frac{50}{70} \cdot \frac{1}{3} \approx 0{,}24$
Дифузията пада до около една четвърт – затова болните задъхват дори в покой.

2. Дихателната система

Въздухът минава през носната кухина, където се затопля, овлажнява и пречиства, после през гълтача (общ с храносмилателната система) и гръкляна с гласните връзки. Когато гълтаме, мъничето (епиглотисът) затваря входа на гръкляна. Следва трахеята – тръба, укрепена с хрущялни полупръстени (C-образни, отзад отворени към хранопровода), която се дели на двата главни бронха. Те се разклоняват около 23 пъти: бронхи, бронхиоли (без хрущял, с гладка мускулатура) и накрая алвеоларни торбички с алвеоли. Двата бели дроба имат около 300–500 милиона алвеоли.

Пътищата до бронхиолите са покрити с ресничест епител с бокаловидни клетки: слузта улавя прах и , а ресничките я изтласкват нагоре към гълтача като „ескалатор“. Цигареният дим парализира ресничките – затова пушачите кашлят. Стената на алвеолата е от плоски пневмоцити I тип (през тях става газообменът) и по-малко пневмоцити II тип, които отделят сърфактант – смес от и , която намалява на влажния слой и пречи на малките алвеоли да колабират. Недоносените бебета често още нямат достатъчно сърфактант.

О

Дихателна мембрана

Преградата между въздуха в алвеолата и кръвта в капиляра: течен слой със сърфактант, пневмоцит I тип, обща базална мембрана и ендотел на капиляра. Дебела е около 0,2–0,6 µm. Всяка алвеола е обвита от гъста мрежа капиляри, така че кръвта се разстила като тънък слой върху огромна площ.

3. Как влиза и излиза въздухът

Белите дробове нямат мускули – те следват гръдния кош. Обвити са от двуслойна плевра; между двата листа има тънък слой течност, а налягането там е малко по-ниско от атмосферното. Затова еластичните бели дробове, които „искат“ да се свият, остават опънати към стената на гръдния кош.

Т

Вдишване и издишване

При вдишване диафрагмата се свива и сплесква, а външните междуребрени мускули повдигат ребрата – обемът на гръдния кош расте. По закона на Бойл–Мариот (pV = const при постоянна температура) налягането в алвеолите пада малко под атмосферното и въздухът влиза. Спокойното издишване е пасивно: мускулите се отпускат, еластичните влакна свиват белите дробове, налягането става малко по-високо от атмосферното и въздухът излиза. При силно издишване (кашлица, свирене) работят и вътрешните междуребрени и коремните мускули.

Повече за закона на Бойл–Мариот и виж в Идеален газ. Ако въздух проникне между листата на плеврата (при рана или спукана алвеола – пневмоторакс), разликата в налягането изчезва и белият дроб колабира, макар че дихателните пътища са свободни.

Пример

Представи си, че при затворена глотис гръдният кош се разширява и обемът на белите дробове расте от 2,5 L до 3,0 L при постоянна температура. До какво налягане би паднало налягането в тях, ако в началото е 101,3 kPa?

По закона на Бойл–Мариот $p_1 V_1 = p_2 V_2$ .
$p_2 = \frac{101{,}3 \cdot 2{,}5}{3{,}0} \approx 84{,}4\ \mathrm{kPa}$
При отворени дихателни пътища въздухът нахлува веднага, затова при спокойно вдишване налягането пада само с около 0,1–0,2 kPa – стига за поток от половин литър.

4. Белодробни обеми

Обемите се мерят със спирометър: човек диша в уред, който записва колко въздух влиза и излиза. Записът се нарича спирограма.

О

Белодробни обеми и капацитети

Дихателен обем (ДО) – въздухът при спокоен дъх, около 0,5 L. Резервен вдишван обем (РВО) – колко още може да се вдиша след спокойно вдишване. Резервен издишван обем (РИО) – колко още може да се издиша след спокойно издишване. Остатъчен обем (ОО) – остава след най-силно издишване. Жизнен капацитет ЖК = ДО + РВО + РИО; общ белодробен капацитет ОБК = ЖК + ОО; функционален остатъчен капацитет ФОК = РИО + ОО.

ДО, L0,5f, /min12

белодробна вентилация6,0 L/minалвеоларна вентилация4,2 L/minстига до алвеолите70 %ЖК / ОБК4,6 / 5,8 L

V̇A = (ДО − МП) · f = (0,50 − 0,15) · 12 ≈ 4,2 L/min

При спокойно дишане около 150 mL от всеки дъх (мъртвото пространство) не стигат до алвеолите – това е около 30 % от дихателния обем.

💡 ДО – дихателен обем, РВО – резервен вдишван обем, РИО – резервен издишван обем, ОО – остатъчен обем, ЖК – жизнен капацитет (ДО + РВО + РИО), ФОК – функционален остатъчен капацитет (РИО + ОО), ОБК – общ белодробен капацитет, МП – мъртво пространство (около 150 mL). Стойностите са приблизителни за млади възрастни – те зависят от ръста, възрастта и тренираността. Сравни „плитко и бързо“ с „покой“: белодробната вентилация е почти еднаква, а алвеоларната – не.

Не целият вдишан въздух стига до алвеолите. Последната част от всеки дъх остава в носа, трахеята и бронхите, където няма газообмен – това е анатомичното мъртво пространство, около 150 mL при възрастен (грубо 2 mL на kg тегло). При издишване то пък излиза първо – без да е бил в алвеолите.

Т

Белодробна и алвеоларна вентилация

Белодробна (минутна) вентилация: V̇E = ДО · f, в покой около 6–8 L/min, при тежка работа – над 100 L/min. Алвеоларна вентилация: V̇A = (ДО − МП) · f – само тази част от въздуха участва в газообмена.

Пример

Ана диша с дихателен обем 600 mL по 10 пъти в минута, а Борис – с 300 mL по 20 пъти. Мъртвото пространство и на двамата е 150 mL. Сравни белодробната и алвеоларната им вентилация.

Белодробна: Ана $0{,}6 \cdot 10 = 6\ \mathrm{L/min}$ , Борис $0{,}3 \cdot 20 = 6\ \mathrm{L/min}$ – еднакво.
Алвеоларна: Ана $(0{,}6 - 0{,}15) \cdot 10 = 4{,}5\ \mathrm{L/min}$ , Борис $(0{,}3 - 0{,}15) \cdot 20 = 3\ \mathrm{L/min}$ .
Бавното дълбоко дишане проветрява алвеолите с 50 % повече.

5. Парциални налягания и газообмен

Във всяка газова смес всеки газ има свое – налягането, което би имал, ако сам заемаше целия обем. По закона на Далтон то е делът на газа (по молове) по общото налягане. Сухият въздух съдържа около 20,95 % O₂, 78 % N₂ и 0,04 % CO₂. Газовете дифундират всеки поотделно – от по-високото към по-ниското собствено парциално налягане.

kPa	въздух	алвеоли		()
PO₂	21,2	13,3	≈ 13	5,3
PCO₂	0,04	5,3	5,3	6,1

Защо в алвеолите PO₂ е само 13,3 kPa, а не 21? Въздухът в трахеята се насища с водни пари (6,3 kPa при 37 °C), а в алвеолите се смесва с останалия въздух (ФОК е около 2,5 L, а всеки дъх носи само 0,35 L свеж въздух) и CO₂ от кръвта заема място. Така съставът в алвеолите е почти постоянен между вдишванията. Кръвта минава през алвеоларния капиляр за около 0,75 s, а се изравнява с алвеолите още за първата третина от това време – има резерв за натоварване.

Разликата за CO₂ (6,1 → 5,3 kPa) е много по-малка, отколкото за O₂ (5,3 → 13,3 kPa), но CO₂ се разтваря във вода около 20 пъти по-добре и дифундира почти толкова пъти по-лесно. Затова и малката разлика стига.

Пример

Колко е парциалното налягане на кислорода в сух въздух на морското равнище и във въздуха в трахеята (наситен с водни пари, 6,3 kPa)?

Сух въздух: $p_{O_2} = 0{,}21 \cdot 101{,}3 \approx 21{,}3\ \mathrm{kPa}$
В трахеята водните пари заемат 6,3 kPa: $p_{O_2} = 0{,}21 \cdot (101{,}3 - 6{,}3) \approx 20{,}0\ \mathrm{kPa}$
В алвеолите CO₂ (5,3 kPa) „разрежда“ кислорода още: $20{,}0 - \frac{5{,}3}{0{,}8} \approx 13{,}3\ \mathrm{kPa}$ (0,8 е дихателният коефициент).

6. Хемоглобинът пренася кислорода

Кислородът се разтваря слабо във вода: при 13,3 kPa в 1 L плазма има само около 3 mL O₂, а тялото в покой изразходва 250 mL в минута. Почти целият кислород (около 98 %) се носи свързан с хемоглобина в . Хемоглобинът е белтък от четири вериги (при възрастния две α и две β); всяка носи по един хем – пръстен с Fe²⁺ в средата, който свързва една молекула O₂. Така една молекула хемоглобин носи до 4 O₂.

Т

Кислороден капацитет и съдържание

1 g хемоглобин свързва до 1,34 mL O₂. При 150 g/L хемоглобин и насищане S: C(O₂) ≈ 1,34 · [Hb] · S + 0,225 · PO₂ (mL/L, PO₂ в kPa; вторият член е разтвореният кислород). Артериалната кръв (S ≈ 97 %) носи около 200 mL O₂ на литър.

Свързването е кооперативно: когато една верига свърже O₂, формата на цялата молекула се променя и другите вериги свързват по-лесно (същото, както при алостеричните в Ензими). Затова кривата на насищането спрямо PO₂ – кислородната дисоциационна крива – е S-образна. Плоската ѝ горна част значи, че дори при PO₂ 8–9 kPa кръвта в белите дробове се насища почти напълно. Стръмната средна част е точно при PO₂ в тъканите – малък спад на PO₂ освобождава много кислород.

Т

Уравнение на Хил и измествания на кривата

S = PO₂ⁿ / (PO₂ⁿ + P50ⁿ). P50 е PO₂ при 50 % насищане (около 3,5 kPa за възрастен), а n ≈ 2,7 мери кооперативността. Изместване надясно (по-голямо P50, по-слабо свързване): повече CO₂ и H⁺ (ефект на Бор), по-висока температура, повече 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ). Изместване наляво: обратното, както и феталният хемоглобин, миоглобинът и въглеродният оксид.

PO₂5,3PCO₂6,1T, °C372,3-БФГ5COHb, %0

pH в тъканта7,33в артериите97 % · 199 mL O₂/Lв тъканта72 % · 145 mL O₂/Lотдадени54 mL O₂ на L кръв

S = PO₂ⁿ / (PO₂ⁿ + P50ⁿ), n = 2,7; C = 1,34 · 150 g/L · S + 0,225 · PO₂

В покой кръвта отдава около една четвърт от кислорода си. Стръмната част на S-кривата е точно в областта на PO₂ в тъканите: малък спад на PO₂ освобождава много O₂.

💡 Моделът: уравнение на Хил с P50 = 3,5 kPa за възрастен (около 27 mmHg), 2,5 kPa за фетален хемоглобин и 0,37 kPa за миоглобин. В белите дробове условията са нормални (червената пунктирна крива), в тъканта – избраните: pH се смята от PCO₂, а P50 расте при по-ниско pH, по-висока температура и повече 2,3-БФГ. Сивите криви са другите два белтъка. Числата са приблизителни; в истинския опит влиянието на CO и 2,3-БФГ е по-сложно.

Ефектът на Бор е много удобен: работещият мускул отделя CO₂, млечна и топлина – и точно там хемоглобинът отдава повече кислород. Миоглобинът в мускулите има само една верига, кривата му е и е силно вляво – той пази запас от O₂ и го отдава чак когато мускулът остане почти без кислород (затова тюлените и китовете имат много миоглобин). Феталният хемоглобин (две α и две γ вериги) свързва по-слабо 2,3-БФГ и е вляво от хемоглобина на майката – така кислородът минава от майката към плода в .

Въглеродният оксид (CO) се свързва с хема около 200–250 пъти по-здраво от кислорода. Той не само заема местата за O₂, но и измества кривата наляво – останалият хемоглобин отдава кислорода по-трудно. CO е без цвят и мирис и отравянията от печки, камини и пожари са опасни, защото човек не ги усеща.

Пример

Артериалната кръв е наситена на 97 %, а венозната кръв от мускул в покой – на 75 %. Колко mL O₂ отдава всеки литър кръв (150 g/L Hb)? А ако при работа насищането във вената падне до 25 %?

В покой: $1{,}34 \cdot 150 \cdot (0{,}97 - 0{,}75) \approx 44\ \mathrm{mL/L}$ (плюс около 2 mL разтворен) – около една четвърт от кислорода.
При работа: $1{,}34 \cdot 150 \cdot (0{,}97 - 0{,}25) \approx 145\ \mathrm{mL/L}$ – над три пъти повече от същата кръв.
Заедно с по-големия кръвоток мускулът може да получи десетки пъти повече кислород.

7. Пренос на въглеродния диоксид

CO₂ се пренася по три начина: около 70 % като бикарбонатни йони HCO₃⁻, около 20–23 % свързан с аминогрупите на хемоглобина (карбаминохемоглобин – не с хема!) и около 7–10 % разтворен.

Т

Карбоанхидраза и хлориден обмен

В еритроцитите ензимът карбоанхидраза ускорява милиони пъти реакцията CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻. Хемоглобинът поема H⁺ (буфер), а HCO₃⁻ излиза в плазмата в замяна на Cl⁻ (хлориден обмен, ефект на Хамбургер). В белите дробове всичко тече обратно и CO₂ се издишва. Дезоксигенираният хемоглобин свързва по-добре H⁺ и CO₂ (ефект на Холдейн) – в тъканите това помага да се поеме CO₂, а в белите дробове кислородът го изтласква.

Двойката CO₂/HCO₃⁻ е и главният на кръвта. По уравнението на Хендерсън–Хаселбалх $\mathrm{pH} = 6{,}1 + \lg \frac{[\mathrm{HCO_3^-}]}{0{,}23 \cdot P_{CO_2}}$ (HCO₃⁻ в mmol/L, PCO₂ в kPa). Белите дробове управляват , – (виж Киселини и основи).

Пример

Нормално [HCO₃⁻] = 24 mmol/L и PCO₂ = 5,3 kPa. Колко е pH? Какво става с pH, ако човек хипервентилира и PCO₂ падне до 3,3 kPa?

$\mathrm{pH} = 6{,}1 + \lg \frac{24}{0{,}23 \cdot 5{,}3} = 6{,}1 + \lg 19{,}7 \approx 7{,}39$
$\mathrm{pH} = 6{,}1 + \lg \frac{24}{0{,}23 \cdot 3{,}3} = 6{,}1 + \lg 31{,}6 \approx 7{,}60$
Кръвта става алкална (дихателна алкалоза) – оттам изтръпването и световъртежът при хипервентилация.

8. Как се управлява дишането

Ритъмът на дишането се създава от групи в продълговатия мозък (дихателен център); мостът го изглажда. Дълбочината и се нагласяват по сигнали от хеморецептори:

централни – в ; усещат H⁺ в гръбначномозъчната течност. CO₂ минава лесно през кръвно-мозъчната бариера и там понижава . Това е главният подтик за дишане при здрав човек.
периферни – в каротидните и аортните телца; усещат спад на PO₂ (силно чак под около 8 kPa), а също повишено PCO₂ и H⁺.

Тялото пази по-строго PCO₂, отколкото PO₂. Едно увеличение на PCO₂ с 0,1–0,2 kPa вече забележимо усилва дишането, докато PO₂ може да падне от 13 до 8 kPa почти без реакция – насищането почти не се променя (плоската част на кривата). При натоварване дишането се учестява още преди химичните промени – заради сигнали от и рецепторите в ставите и мускулите. Това е пример за с .

Пример

Защо е опасно преди гмуркане да се дишат дълбоко и бързо десетина пъти, „за да се събере повече кислород“?

Хипервентилацията почти не добавя кислород – хемоглобинът е наситен и без нея. Но тя изхвърля CO₂ и PCO₂ пада.
Под водата подтикът за вдишване идва от натрупания CO₂. Започвайки от ниско PCO₂, той закъснява.
Междувременно PO₂ пада и гмуркачът може да загуби съзнание под водата, преди изобщо да усети нужда от въздух. Затова хипервентилацията преди гмуркане е забранена в обучението по плуване.

9. Дишане на височина

С височината делът на кислорода във въздуха остава около 21 %, но атмосферното налягане пада – и с него парциалното налягане на O₂. Тялото отговаря на няколко етапа: веднага – хипервентилация (периферните хеморецептори усещат ниското PO₂); след часове и дни – бъбреците изхвърлят повече HCO₃⁻, за да компенсират алкалозата, и расте 2,3-БФГ; след седмици – бъбреците отделят повече еритропоетин и костният мозък прави повече еритроцити. Това е аклиматизацията.

h, m2925

налягане70,3 kPaPCO₂ в алвеолите4,2 kPaPO₂ в артериите7,6 kPaO₂ в кръвта181 mL/L (91 %)

PAO₂ = 0,21 · (p − 6,3) − PACO₂ / 0,8 = 0,21 · (70,3 − 6,3) − 4,2 / 0,8 ≈ 8,1 kPa

Над около 2500 m някои хора развиват височинна болест: главоболие, гадене, безсъние. Изкачването на етапи дава време за аклиматизация.

💡 Моделът: налягането пада експоненциално с височината (около 8 km скала); въздухът в трахеята е наситен с водни пари (6,3 kPa при 37 °C); в алвеолите CO₂ заема част от мястото (уравнение на алвеоларния газ); артериите – с 0,5 kPa по-малко от алвеолите. Делът на кислорода (около 21 %) е еднакъв на всяка височина – пада само налягането. При аклиматизация хемоглобинът расте от 150 на около 180 g/L. Числата са приблизителни; през 2007 г. в кръв, взета от катерачи на 8400 m, докато дишат въздух без бутилка, е измерено средно артериално PO₂ около 3,3 kPa.

Твърде бързото изкачване може да доведе до височинна болест (главоболие, гадене, безсъние), а в тежки случаи – до на белите дробове или на мозъка. Правилото „изкачвай се бавно, спи по-ниско“ дава време на тялото да се нагоди. Затова спортистите тренират на височина, а дългото излагане на ниско PO₂ е и причината някои народи (тибетци, андски индианци, етиопски планинци) да имат наследствени .

10. Как дишат другите животни

Водата съдържа около 30 пъти по-малко кислород в литър от въздуха и е много по-гъста и вискозна. Затова рибите прекарват водата еднопосочно през хрилете (през устата навътре, през хрилните цепки навън), а не напред-назад като ние. В хрилните листчета кръвта тече срещу водата – противоток.

Т

Противоток срещу правоток

При правоток (кръвта и водата в една посока) разликата в PO₂ бързо намалява и кръвта не може да надмине средното между двете начални стойности. При противоток кръвта по цялата дължина среща вода с малко по-високо PO₂ – разликата остава и кръвта може да се доближи до PO₂ на входящата вода. Рибите извличат така до около 80 % от кислорода във водата.

Пример

Водата влиза в хрилете с PO₂ = 20 kPa, а кръвта – с 2 kPa; потоците им носят еднакво „количество кислород на kPa“. Колко най-много може да стане PO₂ на кръвта при правоток? А при противоток, ако разликата по цялата дължина е 3 kPa?

Правоток: в най-добрия случай двете се изравняват при средното $\frac{20 + 2}{2} = 11\ \mathrm{kPa}$ .
Противоток: на изхода кръвта среща входящата вода, $20 - 3 = 17\ \mathrm{kPa}$ .
Водата отдава $\frac{20 - 5}{20 - 2} \approx 83\ \%$ от възможното срещу 50 % при правоток.

Насекомите дишат с трахеи – разклонени тръбички, които започват с отвори (дихалца) отстрани на тялото и носят въздуха направо до клетките; кръвта им почти не участва в преноса на O₂. Дифузията по тръбичките е бавна на големи разстояния – една от причините днешните насекоми да са малки. Птиците имат въздушни торбички и тънки тръбички (парабронхи), през които въздухът тече в една посока и при вдишване, и при издишване – затова белите им дробове извличат кислорода по-добре от нашите. Земноводните дишат и с кожата си, която трябва да е влажна.

11. Тренажор

Белодробна и алвеоларна вентилация, парциално налягане, съдържание на O₂, жизнен капацитет, закон на Фик и поемане на кислород.

✅ Решени: 0🔥 Серия: 0🏆 Рекорд: 0

V_T = 575\ \mathrm{mL},\ f = 24\ \mathrm{min^{-1}}

Дихателният обем е 575 mL, а честотата – 24 вдишвания в минута. Каква е белодробната вентилация в L/min?

12. Дишането в числа

0 / 6

🫁 Колко въздух вдишваме за ден

В покой ученик вдишва по 500 mL въздух 14 пъти в минута. Каква е белодробната му вентилация в L/min и колко кубични метра въздух вдишва за денонощие?

🤿 Шнорхел

Плувец диша с дихателен обем 500 mL по 12 пъти в минута; мъртвото му пространство е 150 mL. Каква е алвеоларната му вентилация без шнорхел и с шнорхел с вътрешен обем 200 mL, ако дишането не се промени?

🏔️ На Мусала

На връх Мусала (2925 m) атмосферното налягане е около 72 kPa. Колко е парциалното налягане на кислорода в сухия въздух там (21 % O₂)? Колко процента е то от това на морското равнище (101,3 kPa)?

❤️ Колко кислород изразходваме

В покой сърцето изпомпва 5 L кръв в минута. Всеки литър артериална кръв носи 200 mL O₂, а всеки литър венозна – 150 mL. Колко mL кислород поема тялото за минута?

🩸 Целият запас

Възрастен има 5 L кръв със 150 g хемоглобин на литър, наситен на 97 %. Колко mL кислород носи хемоглобинът в цялата кръв (1 g Hb свързва 1,34 mL O₂)? За колко минути би стигнал при потребление 250 mL/min?

🐠 Водолаз на 20 m

На дълбочина 20 m в морето налягането е атмосферното (101,3 kPa) плюс това на водния стълб (ρ = 1000 kg/m³, g = 9,8 m/s²). Какво е парциалното налягане на кислорода във въздуха от бутилката (21 % O₂), който водолазът диша там?

Зелено – решена сам(а), жълто – с решението. Десетичните числа може да пишеш със запетая.

13. ⚠️ Чести грешки

Дишане и дишане

✗ Дишането е вдишване и издишване.

✓ Външното дишане е обмяната на газове; клетъчното дишане е окисляването на храната в митохондриите. Двете са свързани, но различни.

Белите дробове

✗ Белите дробове сами се разширяват и всмукват въздуха.

✓ Те нямат мускули: разширява се гръдният кош (диафрагмата и междуребрените мускули), налягането пада и въздухът влиза.

Издишаният въздух

✗ Издишваме само CO₂.

✓ Издишаният въздух има около 16 % O₂ и около 4 % CO₂ – затова изкуственото дишане „уста в уста“ помага.

Венозната кръв

✗ Във вените кръвта е без кислород.

✓ В покой венозната кръв е наситена на около 75 % – тя е резерв, който се използва при работа.

CO₂ и хемоглобинът

✗ CO₂ се свързва с хема като кислорода.

✓ CO₂ се свързва с аминогрупите на белтъка, а повечето се носи като HCO₃⁻. С хема се свързва въглеродният оксид CO.

Кое ни кара да вдишаме

✗ Вдишваме, защото ни свършва кислородът.

✓ При здрав човек главният подтик е натрупаният CO₂ (и H⁺). Ниското PO₂ действа силно чак при голям спад – например на височина.

14. 🎯 Бърз тест

1 / 9

✓ 0

Как става вдишването в покой?

Избери отговор (или натисни 1–4)

15. 📝 Задачи за упражнение

0 / 0

Ниво А· Областен кръг

Ниво В· Национален кръг

Ниво С· Международна олимпиада

16. Обобщение

✓ Газовете минават само с дифузия; закон на Фик $J \sim A\,\Delta p / d$ – голяма, тънка, влажна повърхност
✓ Нос → гълтач → гръклян → трахея → бронхи → бронхиоли → алвеоли; ресничест епител, сърфактант, пневмоцити I и II тип
✓ Вдишването е активно (диафрагма, външни междуребрени мускули, ); спокойното издишване е пасивно
✓ ЖК = ДО + РВО + РИО; ОБК = ЖК + ОО; остатъчният обем не се мери със спирометър
✓ $\dot V_A = (V_T - V_D) \cdot f$ – мъртвото пространство (около 150 mL) не участва в газообмена
✓ Всеки газ дифундира по своето парциално налягане: PO₂ 13,3 kPa в алвеолите и 5,3 kPa във вените
✓ Хемоглобин: 4 вериги, 4 хема с Fe²⁺; 1,34 mL O₂ на g; кооперативност → S-крива; ефект на Бор; фетален Hb и миоглобин вляво; CO
✓ CO₂: 70 % като HCO₃⁻ (карбоанхидраза, хлориден обмен), около 20 % карбамино, около 10 % разтворен
✓ Дишането се управлява от продълговатия мозък главно по PCO₂/H⁺; на височина – хипервентилация, после
✓ Хриле с противоток, трахеи на насекомите, еднопосочен поток при птиците

💡 Интересен факт

Индийските гъски прелитат Хималаите два пъти в годината. С датчици по време на полет някои от тях са проследени на височина над 7000 m, където въздухът има по-малко от половината от кислорода на морското равнище – и то докато махат с крила, което е едно от най-изтощителните движения в природата. Една от тайните им е в хемоглобина: една-единствена замяна на в α-веригата прави свързването на кислорода по-силно, така че кривата им е изместена наляво. Тази молекулярна подробност е един от най-изучените примери за приспособяване към височина.