جلسه 5 از 8

درسنامهٔ فصل سوم: تبادلات گازی

پرش به متن درس زیست‌شناسی (۱) | دهم تجربی فصل سوم صفحات چاپی ۳۳ تا ۴۶ کنکور و امتحان پایان سال تبادلات گازی درسنامهٔ صفحه‌به‌صفحه دربارهٔ سازوکار دستگاه تنفس انسان،…

متن و HTML 1 ساعت

محتوای آموزشی

زیست‌شناسی (۱) | دهم تجربی فصل سوم صفحات چاپی ۳۳ تا ۴۶ کنکور و امتحان پایان سال

تبادلات گازی

درسنامهٔ صفحه‌به‌صفحه دربارهٔ سازوکار دستگاه تنفس انسان، تبادل گازها، تهویۀ ششی، حمل اکسیژن و کربن‌دی‌اکسید و تنوع تنفس در جانوران.

پیشرفت این جلسه۰ از ۱۴ صفحه کامل شده
مقدمهٔ فصل

صفحهٔ چاپی ۳۳ | چرا تبادل گازها حیاتی است؟

اکسیژن برای یاخته، کربن‌دی‌اکسید برای بدن خطرناک

ایدهٔ مرکزی

یاخته‌ها انرژی مواد مغذی مانند گلوکز را با تنفس یاخته‌ای به ATP تبدیل می‌کنند. اکسیژن در این فرایند مصرف می‌شود و کربن‌دی‌اکسید پدید می‌آید؛ بنابراین دستگاه تنفس باید اکسیژن را برساند و کربن‌دی‌اکسید را دور کند.

تنفس در جانوران شکل‌های گوناگون دارد، اما همۀ آن‌ها باید سطحی مرطوب و مناسب برای انتشار گازها فراهم کنند.

رابطۀ سه دستگاه

  • دستگاه تنفس: تبادل هوا با خون
  • دستگاه گردش خون: جابه‌جایی گازها بین شش و یاخته
  • یاخته: مصرف اکسیژن و تولید کربن‌دی‌اکسید
قورباغه در حال دم و بازدم
نفس کشیدن یک ویژگی آشکار در بسیاری از جانوران است؛ راه انجام آن در جانوران یکسان نیست.

واکنش خلاصه

گلوکز + اکسیژن ← کربن‌دی‌اکسید + آب + ATP. افزایش کربن‌دی‌اکسید با تشکیل اسید کربنیک می‌تواند pH را کاهش دهد و ساختار پروتئین‌ها را مختل کند.

منبع اصلی: کتاب زیست‌شناسی (۱)، فصل ۳، صفحهٔ چاپی ۳۳.

شروع فصل
گفتار ۱ | سازوکار دستگاه تنفس در انسان

صفحهٔ چاپی ۳۴ | هوای دمی و بازدمی

هوا در شش‌ها با خون تبادل می‌کند

هوای دمی اکسیژن بیشتری دارد، اما در هوای بازدمی مقدار کربن‌دی‌اکسید بیشتر است. خون تیره‌ای که از اندام‌ها به شش می‌رسد، اکسیژن کمتر و کربن‌دی‌اکسید بیشتری دارد؛ در شش‌ها به خون روشن تبدیل می‌شود.

مبادلهٔ گازها بین یاخته‌ها، خون و شش‌ها
اکسیژن از هوا به خون و سپس به یاخته‌ها می‌رود؛ کربن‌دی‌اکسید مسیر برعکس را طی می‌کند.
فعالیت ۱ | مقایسۀ هوای دمی و بازدمی
طرح آزمایش: هوای دمی و بازدمی را جداگانه از محلول آب آهک یا برم‌تیمول‌بلو عبور دهید. آب آهک با کربن‌دی‌اکسید شیری و برم‌تیمول‌بلو زرد می‌شود.

تفسیر

در بازدم تغییر رنگ زودتر رخ می‌دهد، چون کربن‌دی‌اکسید آن بیشتر است. پس از ادامهٔ دم و بازدم، هر دو ظرف ممکن است تغییر کنند؛ این نشان می‌دهد هوای دمی نیز مقدار اندکی کربن‌دی‌اکسید دارد.

دام آزمونی

خون روشن و تیره بر اساس مقدار نسبی اکسیژن و کربن‌دی‌اکسید نام‌گذاری می‌شوند، نه بر اساس رنگ واقعی خون در همۀ شرایط.

مبنای آموزشی: صفحهٔ چاپی ۳۴ و فعالیت ۱.

گفتار ۱

صفحهٔ چاپی ۳۵ | بخش هادی؛ آماده‌سازی هوا

بینی، حلق، حنجره و مخاط مژک‌دار

دو بخش عملکردی

  • بخش هادی: هوا را هدایت، پاک‌سازی، گرم و مرطوب می‌کند؛ از بینی تا نایژک انتهایی.
  • بخش مبادله‌ای: از نایژک‌های مبادله‌ای و حبابک‌ها تشکیل می‌شود و محل تبادل گاز با خون است.
حلق و حنجره
حلق مسیر مشترک هوا و غذاست؛ حنجره در بالای نای قرار دارد.

موهای بینی ذرات درشت را می‌گیرند. مخاط مژک‌دار، ذرات و میکروب‌ها را در ترشحات خود به دام می‌اندازد و مژک‌ها آن را به سمت حلق می‌رانند تا بلعیده یا خارج شود. مرطوب بودن هوا برای حل شدن گازهای تنفسی و انتشار آن‌ها ضروری است.

حنجره و برچاکنای

حنجره مجرای هوا را باز نگه می‌دارد و برچاکنای هنگام بلع راه نای را می‌پوشاند تا غذا وارد دستگاه تنفس نشود.

نای

حلقه‌های غضروفی C شکل نای را باز نگه می‌دارند. دهانۀ C به سوی مری است و حرکت لقمه‌های بزرگ را آسان می‌کند.

آلودگی هوا و مژک‌ها

دود سیگار، قلیان و بعضی آلاینده‌ها می‌توانند یاخته‌های مژک‌دار را از بین ببرند؛ در نتیجه پاک‌سازی مخاطی ضعیف و سرفه بیشتر می‌شود.

مبنای آموزشی: صفحات چاپی ۳۵ و ۳۶، شکل‌های ۲ تا ۵.

گفتار ۱

صفحهٔ چاپی ۳۶ | نایژه‌ها، نایژک‌ها و حبابک‌ها

از هدایت هوا تا سطح تبادل

انشعابات نای و نایژک‌ها
با حرکت از نایژۀ اصلی به شاخه‌های باریک‌تر، مقدار غضروف کم می‌شود؛ شاخهٔ بدون غضروف نایژک است.

نای در انتها به دو نایژۀ اصلی تقسیم می‌شود. نایژک‌ها به علت نداشتن غضروف می‌توانند تنگ و گشاد شوند و مقدار هوای ورودی و خروجی را تنظیم کنند. نایژک انتهایی آخرین بخش هادی است؛ با وجود حبابک، نایژک مبادله‌ای نامیده می‌شود.

حبابک

حبابک‌ها در انتهای نایژک مبادله‌ای به شکل خوشه‌ای قرار دارند. مخاط مژک‌دار در محل حبابک پایان می‌یابد و مویرگ‌های فراوان اطراف آن را احاطه می‌کنند.

درشت‌خوار

در کیسه‌های حبابکی یاخته‌های ایمنی درشت‌خوار قرار دارند و باکتری‌ها و ذراتی را که از مخاط مژک‌دار گریخته‌اند، بیگانه‌خواری می‌کنند.

سورفاکتانت

لایۀ نازک آب روی سطح حبابک نیروی کشش سطحی ایجاد می‌کند. عامل سطح فعال یا سورفاکتانت این نیرو را کم می‌کند و باز شدن حبابک‌ها را آسان‌تر می‌سازد؛ کمبود آن در نوزاد نارس تنفس را دشوار می‌کند.

مبنای آموزشی: صفحات چاپی ۳۶ و ۳۷، شکل‌های ۶ تا ۹.

گفتار ۱

صفحهٔ چاپی ۳۷ | دیوارۀ حبابک و انتشار گازها

کوتاه‌ترین مسیر، بیشترین سطح تماس

درشت‌خوار در حبابک
درشت‌خوارها بخشی از دفاع حبابک‌اند؛ دیوارۀ حبابک برای انتشار گاز بسیار نازک است.

دیوارۀ حبابک و دیوارۀ مویرگ هر دو از بافت پوششی سنگفرشی یک‌لایه ساخته شده‌اند. در نقاطی غشای پایهٔ آن‌ها مشترک است؛ در نتیجه فاصلهٔ انتشار اکسیژن و کربن‌دی‌اکسید حداقل می‌شود.

سطح زیادحبابک‌های فراوان و مویرگ‌های گسترده
فاصلۀ کمدیواره‌های بسیار نازک و غشای پایۀ مشترک
سطح مرطوبحل شدن مولکول‌های گازی پیش از انتشار

جهت انتشار

اکسیژن به علت غلظت بیشتر در هوای حبابک از حبابک وارد خون می‌شود. کربن‌دی‌اکسید که در خون تیره غلظت بیشتری دارد، از خون به هوای حبابک و سپس به بیرون منتشر می‌شود.

نکتهٔ ترکیبی

اختلال در هر کدام از سه عاملِ سطح تبادل، نازکی دیواره و مرطوب بودن سطح می‌تواند تبادل گازها را کاهش دهد.

مبنای آموزشی: صفحات چاپی ۳۷ و ۳۸، شکل‌های ۸ تا ۱۱.

گفتار ۱

صفحهٔ چاپی ۳۸ | حمل گازها در خون

هموگلوبین، بیکربنات و کربن‌مونوکسید

اکسیژن

گویچۀ قرمز سرشار از هموگلوبین است. در شش‌ها، غلظت اکسیژن بیشتر است و اکسیژن به هموگلوبین می‌پیوندد؛ در بافت‌ها به علت مصرف اکسیژن، از هموگلوبین جدا می‌شود.

کربن‌دی‌اکسید

بخش عمدۀ کربن‌دی‌اکسید به شکل یون بیکربنات در خون حمل می‌شود. آنزیم کربنیک‌انیدراز در گویچۀ قرمز تشکیل کربنیک‌اسید و سپس بیکربنات را سریع می‌کند.

در بافت‌ها کربن‌دی‌اکسید به هموگلوبین متصل می‌شود یا به بیکربنات تبدیل می‌گردد؛ در شش‌ها از هموگلوبین جدا و از بیکربنات آزاد می‌شود و به هوای حبابک انتشار می‌یابد.

کربن‌مونوکسید؛ قاتل خاموش

کربن‌مونوکسید بی‌رنگ و بی‌بوست و با همان جایگاه اکسیژن به هموگلوبین متصل می‌شود، اما به آسانی جدا نمی‌شود. بنابراین ظرفیت حمل اکسیژن خون کاهش می‌یابد و مسمومیت شدید می‌تواند مرگبار باشد.

سنجش فهم

چرا افزایش کربن‌دی‌اکسید می‌تواند از کاهش اکسیژن خطرناک‌تر باشد؟ چون با آب اسید کربنیک می‌سازد، pH را پایین می‌آورد و عملکرد پروتئین‌های فراوانی را مختل می‌کند.

مبنای آموزشی: صفحات چاپی ۳۸ و ۳۹.

گفتار ۱ | جمع‌بندی

صفحهٔ چاپی ۳۹ | از شش تا یاخته

تنفس یاخته‌ای در خود یاخته رخ می‌دهد، نه در شش

مسیر تبادل گازها از شش تا یاخته
شش محل تبادل با هواست؛ گردش خون واسطۀ انتقال است؛ مصرف اکسیژن در یاخته انجام می‌شود.
در ششاکسیژن به خون، کربن‌دی‌اکسید به حبابک
در خونهموگلوبین و بیکربنات، حامل‌های اصلی
در یاختهتنفس یاخته‌ای و ساخت ATP

نگاه تاریخی

الوازیه تنفس را مانند سوختن می‌دانست، اما محل آن را شش فرض می‌کرد. اسپالانزانی نشان داد فرایند در بافت جانوری هم رخ می‌دهد و فلوگر سرانجام نشان داد سوختن مواد در یاخته‌هاست، نه در شش‌ها.

زنجیرۀ علت و معلول

کاهش تهویه یا سطح تبادل ← کاهش اکسیژن خون ← کاهش تولید ATP؛ افزایش کربن‌دی‌اکسید ← کاهش pH ← اختلال عملکرد پروتئین‌ها.

مبنای آموزشی: صفحهٔ چاپی ۳۹ و بخش «بیشتر بدانید».

گفتار ۲ | تهویۀ ششی

صفحهٔ چاپی ۴۰ | شش‌ها، قفسۀ سینه و پردۀ جنب

شش‌ها از حرکات قفسۀ سینه پیروی می‌کنند

ویژگی شش‌ها

  • شش چپ به علت مجاورت با قلب کمی کوچک‌تر از شش راست است.
  • حبابک‌های فراوان، ساختاری اسفنج‌گونه ایجاد می‌کنند.
  • شش‌ها کشسان‌اند و تمایل دارند پس از کشیده شدن به حالت نخست برگردند.
حرکت قفسۀ سینه و میان‌بند در دم و بازدم
افزایش حجم قفسۀ سینه شش‌ها را باز می‌کند؛ کاهش حجم، هوا را بیرون می‌راند.

هر شش درون پردۀ جنب دولایه قرار دارد. یک لایه به سطح شش و لایهٔ دیگر به دیوارۀ درونی قفسۀ سینه چسبیده است. مایع جنب و فشار کمتر از جو کمک می‌کنند شش‌ها در بازدم کاملاً جمع نشوند.

آسیب قفسۀ سینه

اگر قفسۀ سینه سوراخ شود، فشار منفی فضای جنب از بین می‌رود و شش می‌تواند جمع شود؛ این نکته رابطۀ ساختار و عملکرد را نشان می‌دهد.

مبنای آموزشی: صفحۀ چاپی ۴۰ و شکل ۱۲.

گفتار ۲

صفحهٔ چاپی ۴۱ | دم و بازدم

تغییر حجم، تغییر فشار، جابه‌جایی هوا

دم

  • میان‌بند منقبض و از حالت گنبدی به حالت مسطح درمی‌آید.
  • ماهیچه‌های بین‌دنده‌ای خارجی منقبض می‌شوند و دنده‌ها را بالا و جلو می‌برند.
  • حجم قفسۀ سینه افزایش و فشار هوای شش کاهش می‌یابد؛ هوا وارد می‌شود.

بازدم آرام

  • میان‌بند و ماهیچه‌های بین‌دنده‌ای خارجی استراحت می‌کنند.
  • کشسانی شش‌ها حجم قفسه و شش را کم می‌کند.
  • فشار درون شش افزایش می‌یابد و هوا بیرون می‌رود.

در دم عمیق، ماهیچه‌های ناحیۀ گردن هم کمک می‌کنند. در بازدم عمیق، ماهیچه‌های بین‌دنده‌ای داخلی و ماهیچه‌های شکمی فعال می‌شوند.

فعالیت ۲ | تشریح شش گوسفند
مشاهده: ظاهر اسفنجی شش، تفاوت اندازهٔ شش راست و چپ، حلقه‌های C شکل نای، نایژه‌ها، رگ‌ها و کشسانی شش را بررسی کنید.

پاسخ و استدلال

شش راست بزرگ‌تر و سه‌لوبی و شش چپ کوچک‌تر و دولوبی است. غضروف دهانۀ C در پشت نای، محل اتصال مری را مشخص می‌کند. شش بریده‌شده روی آب می‌ماند، چون در حبابک‌ها و مجاری آن هوا وجود دارد.

مبنای آموزشی: صفحۀ چاپی ۴۱، شکل ۱۳ و فعالیت ۲.

گفتار ۲

صفحهٔ چاپی ۴۲ | حجم‌های تنفسی

اسپیرومتر، حجم جاری و هوای مرده

دَم‌سنج یا اسپیرومتر حجم هوای وارد و خارج‌شده را اندازه می‌گیرد و نمودار آن دم‌نگاره یا اسپیروگرام نام دارد. مقدارها با سن و جنسیت تفاوت دارند.

واژه‌های عددی مهم

حجمتعریفمقدار تقریبی
حجم جاریهوای یک دم یا بازدم عادیحدود ۵۰۰ میلی‌لیتر
حجم ذخیرۀ دمیهوای قابل ورود پس از دم معمولیبیشتر از حجم جاری
حجم ذخیرۀ بازدمیهوای قابل خروج پس از بازدم معمولیبیشتر از حجم جاری
حجم باقی‌ماندههوای باقی‌مانده پس از بازدم عمیقحبابک‌ها را باز نگه می‌دارد

هوای مرده

حدود ۱۵۰ میلی‌لیتر از هوای دمی در بخش هادی می‌ماند و به بخش مبادله‌ای نمی‌رسد؛ به این مقدار هوای مرده می‌گویند.

مبنای آموزشی: صفحۀ چاپی ۴۲ و شکل ۱۴.

گفتار ۲

صفحهٔ چاپی ۴۳ | ظرفیت‌ها و تحلیل تنفس

جمع چند حجم تنفسی

ظرفیت حیاتی

بیشترین هوایی که پس از یک دم عمیق می‌توان با یک بازدم عمیق خارج کرد:

ظرفیت حیاتی = حجم جاری + حجم ذخیرۀ دمی + حجم ذخیرۀ بازدمی

ظرفیت تام

حداکثر هوایی که شش‌ها می‌توانند در خود جای دهند:

ظرفیت تام = ظرفیت حیاتی + حجم باقی‌مانده

فعالیت ۳ | اندازه‌گیری گنجایش شش
روش: ظرف وارونهٔ دست‌کم پنج‌لیتری را از آب پر کنید و با فوت کردن در لولۀ آن، حجم آب جابه‌جاشده را بخوانید.

تفسیر

این عدد ظرفیت واقعی شش نیست؛ زیرا دستگاه، هوا در بخش هادی و شرایط تلاش فرد را جدا نمی‌کند و ممکن است محدودیت ظرف یا نشت وجود داشته باشد. برای حجم جاری باید در حالت تنفس عادی اندازه‌گیری و برای حجم‌های دیگر دم یا بازدم عمیق انجام شود.

مبنای آموزشی: صفحۀ چاپی ۴۳، فعالیت ۳ و نمودار ظرفیت‌ها.

گفتار ۲

صفحهٔ چاپی ۴۴ | اعمال دیگر و تنظیم تنفس

تکلم، سرفه، عطسه و مرکزهای عصبی

تکلم و دفاع

  • حنجره محل پرده‌های صوتی است و چین‌خوردگی مخاطی صدا تولید می‌کند.
  • سرفه هوا را با فشار از دهان و عطسه هوا را از بینی و دهان خارج می‌کند.
  • مصرف دخانیات با آسیب مژک‌ها، سرفه‌های مکرر را بیشتر می‌کند.
عطسه و بیرون راندن ذرات خارجی
عطسه یکی از سازوکارهای بیرون راندن مواد خارجی از راه‌های تنفسی است.

تنظیم عصبی و شیمیایی

مرکز تنفس در بصل‌النخاع پیام انقباض میان‌بند و ماهیچه‌های بین‌دنده‌ای خارجی را صادر می‌کند. مرکز دیگری در پل مغز با اثر بر آن، مدت دم را تنظیم می‌کند. افزایش کربن‌دی‌اکسید و کاهش اکسیژن خون نیز بر تنظیم تنفس اثر دارند.

سکسکه و خمیازه

سکسکه دم عمیق ناشی از انقباض ناگهانی میان‌بند است. خمیازه دم بسیار عمیقی است که با باز شدن آرواره همراه می‌شود و می‌تواند حبابک‌ها را بهتر تهویه کند.

مبنای آموزشی: صفحۀ چاپی ۴۴، شکل‌های ۱۵ و ۱۶.

گفتار ۳ | تنوع تبادلات گازی

صفحهٔ چاپی ۴۵ | تنفس نایدیسی و پوستی

چهار راه اصلی برای پیوند یاخته با محیط

در تک‌یاخته‌ای‌ها و جانورانی مانند هیدر، ساختار تنفسی ویژه لازم نیست و یاخته‌ها با محیط تبادل دارند. در جانوران دیگر، ساختارهای تنفسی چهار الگوی اصلی دارند: نایدیسی، پوستی، آبششی و ششی.

تنفس نایدیسی

نایدیس‌ها لوله‌های منشعبی هستند که از منافذ تنفسی به خارج راه دارند. انشعابات پایانی در کنار یاخته‌ها قرار می‌گیرند و گازها را تقریباً مستقیم جابه‌جا می‌کنند؛ بنابراین دستگاه گردش مواد نقشی در انتقال گازهای تنفسی حشرات ندارد.

تنفس نایدیسی در حشره
نایدیس‌های منشعب در حشره، هوا را تا نزدیکی یاخته‌ها می‌برند.

تنفس پوستی

پوست باید مرطوب بماند و زیر آن شبکهٔ مویرگی فراوان وجود داشته باشد. کرم خاکی و دوزیستان بخشی از تبادل گازی را از پوست انجام می‌دهند.

تنفس پوستی در قورباغه
گازها از سطح مرطوب پوست و از راه مویرگ‌های زیرپوستی مبادله می‌شوند.

مبنای آموزشی: صفحۀ چاپی ۴۵، شکل‌های ۱۷ تا ۱۹.

گفتار ۳

صفحهٔ چاپی ۴۶ | تنفس آبششی و ششی

از جریان مخالف در ماهی تا کیسه‌های هوادار پرندگان

تنفس آبششی

ماهی و نوزاد دوزیستان آبشش دارند. آب از یک سو و خون مویرگ‌های تیغهٔ آبششی از سوی دیگر، خلاف جهت هم حرکت می‌کنند؛ این جریان مخالف تبادل را کارآمد می‌کند.

جریان مخالف آب و خون در آبشش ماهی
تفاوت جهت حرکت آب و خون در آبشش، شیب انتشار را در طول تیغه حفظ می‌کند.

تنفس ششی

حلزون از بی‌مهرگان خشکی‌زیِ شش‌دار است. در مهره‌داران شش‌دار باید جریان هوای تازه در مجاورت بخش مبادله‌ای برقرار شود.

دو سازوکار تهویه

  • قورباغه: پمپ فشار مثبت؛ هوا با حرکت دهان و حلق به شش رانده می‌شود.
  • انسان: فشار منفی؛ مکش حاصل از افزایش حجم قفسهٔ سینه هوا را وارد می‌کند.
  • پرندگان: کیسه‌های هوادار دارند و با نیاز زیاد پرواز، تهویۀ کارآمدتری ایجاد می‌کنند.
پمپ فشار مثبت در قورباغه
در قورباغه، حرکت دهان و حلق هوا را با فشار مثبت به شش می‌راند.
کیسۀ هوادار در قورباغه
وجود کیسه‌های هوادار در پرندگان، کارایی تنفس را نسبت به پستانداران افزایش می‌دهد.

جمع‌بندی فصل

سطح تنفسی باید مرطوب، گسترده و نازک باشد؛ تهویه، انتشار و گردش مواد باید هماهنگ عمل کنند. تفاوت جانوران در ساختار و سازوکار رسیدن هوا یا آب به سطح تبادل است.

مبنای آموزشی: صفحۀ چاپی ۴۶، شکل‌های ۲۰ تا ۲۳.

پایان درسنامه

پیشرفت این جلسه را ذخیره کنید

برای ثبت زمان مطالعه و تکمیل جلسه، ابتدا وارد حساب کاربری شوید.

ورود به حساب کاربری