فصل سوم زیست دهم تجربی
زیست دهم فصل 3
فصل 3 زیست دهم در مورد تبادلات گازی میباشد که شامل گفتار های : ساز و کار و دستگاه تنفس در انسان , تهویه ششی , تنوع تبادلات گازات میباشد.
گفتار اول فصل سوم زیست دهم
ساختمان و کار دستگاه تنفس در انسان زیست دهم
چرا نفس می کشیم؟
تنفس فرآیندی است که همه موجودات زنده برای ایجاد انرژی مورد نیاز برای زندگی طی می کنند. معمولاً شامل تبادل دو گاز – اکسیژن و دی اکسید کربن است. یاخته ها اکسیژن می گیرند و دی اکسید کربن آزاد می کنند.
هوای معمولی حاوی 21 درصد اکسیژن است که ما آن را به ریه های خود تنفس می کنیم تا بتواند وارد جریان خون ما شود تا به عملکرد مناسب بافت ها و اندام ها کمک کند.
ما همچنین به عنوان راهی برای بیرون راندن گاز دی اکسید کربن، که نوعی زباله است، نفس می کشیم.
همه سلول های بدن ما برای تولید انرژی به طور موثر به اکسیژن نیاز دارند. با این حال، وقتی سلول ها انرژی تولید می کنند، دی اکسید کربن می سازند. ما با تنفس هوای تازه اکسیژن دریافت می کنیم و با تنفس هوای کهنه، دی اکسید کربن را از بدن خارج می کنیم.
اما مکانیسم تنفس چگونه کار می کند؟
هوا از طریق دهان یا بینی ما جریان می یابد. سپس هوا به دنبال نای می آید که ابتدا به دو نایژه ( برونش ) تقسیم می شود: برونش راست و برونش چپ. سپس برونشها به لولههای کوچکتر و کوچکتری تقسیم میشوند که در انتهای خود کیسههای هوای کوچکی به نام آلوئول دارند. ما میلیون ها آلوئول در ریه هایمان داریم! این کیسهها دارای دیوارههای نازکی هستند ( به قدری نازک که اکسیژن و دیاکسید کربن میتوانند از آنها عبور کرده و وارد خون یا خارج شوند). خون , اکسیژن را تقریباً به هر قسمت از بدن منتقل می کند. خون همچنین دی اکسید کربن را به ریه ها باز می گرداند.
هوای دمی
استنشاق ( هوای دمی ) بخشی از تنفس است که در آن هوا با ایجاد فشار منفی با انقباض عضلات تنفسی و دیافراگم وارد ریه ها می شود.
هوای باز دمی
بازدم بخشی از تنفس است که در آن هوا با شل شدن عضلات تنفسی از ریه ها خارج می شود.
هنگام بازدم، ترکیب هوا تقریباً مانند هوایی است که استنشاق می کنیم، فقط درصد دی اکسید کربن و اکسیژن تغییر می کند. مقدار هوای استنشاقی حاوی 21 درصد اکسیژن و 0.04 درصد دی اکسید کربن است، در حالی که هوایی که ما بیرون می دهیم حاوی 16.4 درصد اکسیژن و 4.4 درصد دی اکسید کربن است.
یعنی در هوای بازدمی مقدار دی اکسید کربن نسبت به هوای دمی بیشتر است.
تنفس یاخته ای زیست دهم
عملی که در آن یاخته ها از مواد غذایی انرژی تهیه می نمایند , بنام تنفس یاخته ای یاد میشود.
تنفس یاخته ای در موجودیت انزایم های مختلف صورت میگیرد.
تنفس یاخته ای در داخل یاخته ها، در سیتوپلاسم و میتوکندری انجام می شود. همه سلول ها به انرژی نیاز دارند، بنابراین همه سلول ها تنفس سلولی را انجام می دهند، هم سلول های گیاهی و هم سلول های حیوانی.
تنفس یاخته ای یک واکنش شیمیایی است که در آن گلوکز در موجودیت اکسیژن تجزیه می شود و انرژی شیمیایی آزاد می شود و دی اکسید کربن و آب به عنوان مواد زائد تولید می شود.
دستگاه تنفسی
از نظر عملکرد، می توان دستگاه تنفسی را به دو بخش اصلی به نام های بخش هادی و بخش مبادله ای تقسیم کرد.
بخش هادی دستگاه تنفسی
ناحیه هادی دستگاه تنفسی از بینی، حلق، حنجره، نای، برونش ها، برونشیول ها و برونشیول های انتهایی تشکیل شده است.
کارکردهای اصلی بخش هادی فراهم کردن مسیری برای هوای ورودی و خروجی، حذف زباله ها و عوامل بیماری زا از هوای ورودی و گرم کردن و مرطوب کردن هوای ورودی است. چندین ساختمان در ناحیه هادی دستگاه تنقسی وظایف دیگری را نیز انجام می دهند. به عنوان مثال، اپیتلیوم مجاری بینی برای حس کردن بوها ضروری است و اپیتلیوم برونش که ریه ها را می پوشاند می تواند برخی از مواد سرطان زا در هوا را متابولیزه کند.
بخش مبادله ای دستگاه تنفسی
بر خلاف بخش هادی، که فقط در انتقال هوا نقش دارد , بخش تنفسی شامل ساختارهایی است که مستقیماً در تبادل گاز دخالت دارند.
نواحی تنفسی راه های هوایی شامل برونشیول ها و آلوئول های تنفسی است. دیواره راه هوایی در نواحی تنفسی راههای هوایی بسیار نازکتر است، بنابراین تبادل گازی بین هوای دمیده شده با اکسیژن و گاز محلول در مویرگهای ریوی به حداکثر میرسد.
حمل گاز ها در خون
هوا از طریق دهان یا بینی وارد بدن می شود و به سرعت به سمت حلق یا گلو حرکت می کند. از آنجا از حنجره یا جعبه صوتی عبور کرده و وارد نای می شود. نای یک لوله قوی میباشد که حاوی حلقه هایی از غضروف است که از فروپاشی آن جلوگیری می کند.
در داخل ریه ها، نای به یک برونش چپ و راست منشعب می شود. اینها بیشتر به شاخه های کوچکتر و کوچکتر به نام برونشیول تقسیم می شوند.
کوچکترین برونشیول ها به کیسه های هوایی ریز ختم می شوند. به این آلوئول ها می گویند.
در طی تبادل گاز، اکسیژن از ریه ها به جریان خون حرکت می کند. در همان زمان دی اکسید کربن از خون به ریه ها می رسد. این اتفاق در ریه ها بین آلوئول ها و شبکه ای از رگ های خونی ریز به نام مویرگ ها که در دیواره آلوئول ها قرار دارند اتفاق می افتد.
در اینجا گلبول های قرمز را می بینید که از طریق مویرگ ها حرکت می کنند. دیواره آلوئول ها با مویرگ ها غشایی مشترک دارند. اینقدر به هم نزدیک هستند.
این اجازه می دهد تا اکسیژن و دی اکسید کربن بین سیستم تنفسی و جریان خون پخش شود یا آزادانه حرکت کند.
مولکولهای اکسیژن به گلبولهای قرمز متصل میشوند که به قلب بازمیگردند. در همان زمان، مولکول های دی اکسید کربن موجود در آلوئول ها دفعه بعد که شخص بازدم می کند از بدن خارج می شود.
تبادل گاز به بدن اجازه می دهد تا اکسیژن را دوباره پر کند و دی اکسید کربن را از بین ببرد. انجام هر دو برای بقا ضروری است.
گفتار دوم فصل سوم زیست دهم
تهویه ششی زیست دهم
شش ها
شش ها اندام مرکزی دستگاه تنفسی انسان و برخی حیوانات دیگر هستند.
انسان دو ریه دارد یکی سمت راست و دیگری در سمت چپ . ریه راست بزرگتر و سنگین تر از ریه چپ است.
ریه ها در دو طرف ستون فقرات و در عقب دنده ها قرار گرفته است. ریه راست دارای سه لوب و ریه چپ دارای دو لوب میباشد. ریه ها تقریبا مخروطی شکل هستند و و راس آنها رو به بالا , و پایه های مقعر شکل آن به سمت پایین , به دیافراگم متصل هستند.
هر ریه توسط یک غشا بنام پلورای ریوی دولایه پوشانیده شده است.
پلورا که نازک، صاف و مرطوب هستند برای کاهش اصطکاک بین ریه ها و دیواره قفسه سینه در هنگام تنفس عمل می کنند و امکان حرکات آسان و بی دردسر ریه ها را فراهم می کنند. فضای بین دو لایه این غشا با مایع پلور پر شده است .
وظیفه اصلی ریه ها تبادل گاز بین ریه و خون است. نقش اصلی آن دریافت اکسیژن از محیط بیرون و انتقال آن به جریان خون میباشد.
خون بدون اکسیژن از قلب از طریق شریان ریوی به ریه ها می رود تا در مویرگ های آلوئول اکسیژن دار شود. پس از اینکه خون اکسیژن دار شد، از طریق ورید ریوی به قلب باز می گردد تا به بقیه بدن فرستاده شود.
دیافراگم (Diaphragm)عبارت از ماهیچهای است که در بخش بالایی خود حالت گنبدی دارد و در زیر ریهها قرار گرفته است. بیشتر انرژی مورد نیاز برای مکانیسم تنفس توسط این ماهیچه تامین میشود. زمانی که دیافراگم منقبض میشود، به سمت پایین حرکت میکند و در این حالت فضای بیشتری در حفره قفسه سینه ایجاد شده و ظرفیت ریهها را افزایش میدهد. با افزایش حجم حفره قفسه سینه، فشار داخل آن کاهش پیدا میکند و هوا از طریق بینی یا دهان و نای وارد ریهها میشود.
زمانی که دیافراگم منبسط میشود و به حالت استراحت خود باز میگردد، حجم ریه کاهش مییابد، زیرا فشار داخل حفره قفسه سینه بالا میرود و ریهها هوا را خارج میکنند.
حجم های تنفسی
حجم های تنفسی به عنوان حجم های ریوی نیز شناخته می شود. این به حجم گاز در ریه ها در یک زمان معین در طول چرخه تنفسی اشاره دارد. ظرفیت های ریه از مجموع حجم های مختلف ریه به دست می آید. میانگین کل ظرفیت ریه یک انسان بالغ نر حدود 6 لیتر هوا است.
به مقدار هوایی که در یک دم عادی وارد یا در یک بازدم عادی خارج می شود حجم جاری یاد میکنند. حجم جاری حدود 500 mlاست. از حاصل ضرب حجم جاری در تعداد تنفس در دقیقه، mL حجم تنفسی در دقیقه به دست می آید.
اسپیرومتر
اسپیرومتر دستگاهی است که حجم و سرعت جریان هوای دمیده شده و بازدم شده توسط ریه ها را اندازه گیری می کند. پیکربندی کلی تر اسپیرومتر شامل یک مخزن برای جمع آوری هوا است که با استفاده از یک لوله به یک دهانی که از طریق آن از بیمار خواسته می شود نفس بکشد، همراه با یک گیره بینی که برای جلوگیری از تنفس بینی استفاده می شود. این لوله به طور کلی مجهز به یک سنسور فشار تفاضلی است که جریان هوا را به سیگنال فشار تبدیل می کند که به سیگنال الکتریکی آنالوگ تبدیل می شود و در نهایت دیجیتالی می شود.
اسپیروگرام
اسپیروگرام ثبت گرافیکی ظرفیت و حجم ریه با استفاده از اسپیرومتر است.
ظرفیت تنفسی
ظرفیت تنفسی , مجموع دو یا چند حجم تنفسی است.
فرق بین حجم و ظرفیت تنفسی
تفاوت فاحشی بین این دو اصطلاح وجود دارد. حجم تنفسی نشان دهنده تنفس به داخل یا خارج ریه میباشد. ظرفیت تنفسی، حداکثر مقدار هوایی را که ریه ها می توانند در خود نگه دارند، می گوید. به عنوان مثال، مجموع دو یا چند حجم ریه است.
گفتار سوم فصل سوم زیست دهم
تنوع تبادلات گازی زیست دهم
تنوع تبادلات گازی در جانوران
یکی از اساسیترین نیازهای همهٔ موجودات زنده، دریافت اکسیژن و دفع دیاکسیدکربن است. این کار را «تبادلات گازی» مینامیم. جالب است بدانید که جانوران مختلف با توجه به شرایط زندگی خود، راههای گوناگونی برای انجام این تبادلات پیدا کردهاند. چهار روش اصلی تبادل گاز در جانوران عبارتند از: تنفس نایدیسی، تنفس پوستی، تنفس آبششی و تنفس ششی. در ادامه هر کدام از این روشها را به زبانی ساده توضیح میدهیم.
تنفس نایدیسی
بسیاری از جانوران کوچک و ساده مثل اسفنجها، کیسهتنان (مانند عروس دریایی) و کرمهای تخت، اندام ویژهای برای تنفس ندارند. در این موجودات، تبادل گازها بهوسیلهٔ انتشار ساده و از راه تمام سطح بدن انجام میشود. به این نوع تبادل گازی، تنفس نایدیسی میگویند.
چون این جانوران بدن نازک و مرطوب دارند و فاصلهٔ سلولها تا محیط بیرون خیلی کم است، اکسیژن بهراحتی وارد و دیاکسیدکربن خارج میشود. البته این روش فقط در جانوران کوچک و ساده کارآمد است، چون در بدنهای بزرگتر سرعت انتشار کافی نیست.
تنفس پوستی
در بعضی جانوران مثل کرمهای خاکی، دوزیستان (مانند قورباغه) و برخی ماهیها، پوست نقش اصلی در تبادلات گازی دارد. این نوع تنفس را تنفس پوستی مینامیم.
برای اینکه تبادلات از راه پوست بهخوبی انجام شود، پوست باید مرطوب، نازک و دارای مویرگهای فراوان باشد. قورباغهها حتی در زمانی که شُش دارند، بخش بزرگی از اکسیژن مورد نیاز خود را از راه پوست دریافت میکنند. البته وجود پوست خشک یا پوشش ضخیم مثل فلس در خزندگان، باعث میشود این جانوران نتوانند از تنفس پوستی استفاده کنند.
تنفس آبششی
آبششها اندامهای تخصصیافته برای تنفس در محیطهای آبی هستند. ماهیها و بسیاری از بیمهرگان دریایی مانند سختپوستان از این روش استفاده میکنند. آبششها سطح وسیع و پر از مویرگ دارند و معمولاً لایهای نازک از آب دائماً از روی آنها عبور میکند.
در این فرایند، اکسیژن محلول در آب وارد مویرگها شده و دیاکسیدکربن به آب پس داده میشود. یکی از نکات جالب در ماهیها، وجود «جریان مخالف» است؛ یعنی خون و آب در جهتهای مخالف از کنار هم حرکت میکنند تا جذب اکسیژن حداکثر شود. این روش به ماهی کمک میکند حتی در آبهایی که اکسیژن کمی دارند هم زنده بماند.
تنفس ششی
در جانوران خشکیزی بزرگتر مثل خزندگان، پرندگان، پستانداران و حتی برخی دوزیستان، شُش اندام اصلی تبادل گاز است. شُشها سطح داخلی بسیار وسیع و مرطوبی دارند و با مویرگهای خونی فراوان پوشیده شدهاند.
در این نوع تنفس، هوا از طریق راههای تنفسی (بینی، نای و نایژهها) وارد ششها میشود و در کیسههای هوایی (آلوئولها) با خون مویرگها تبادل میکند. این روش باعث میشود مقدار زیادی اکسیژن در زمان کوتاه جذب شود و برای بدنهای بزرگ و پرانرژی مناسب است. پرندگان حتی یک سیستم تنفسی پیشرفتهتر از پستانداران دارند که باعث میشود در پروازهای طولانی دچار کمبود اکسیژن نشوند.
جمعبندی
تنوع تبادلات گازی در جانوران نشان میدهد که هر موجود زنده با توجه به محیط زندگی و نیازهای خود، بهترین روش را برای دریافت اکسیژن انتخاب کرده است. از انتشار ساده در جانوران کوچک گرفته تا تنفس شُشی در پستانداران، همهٔ این راهکارها نمونهای از سازگاریهای شگفتانگیز طبیعت هستند.
جواب فعالیت های فصل سوم زیست دهم
جواب فعالیت صفحه 35 زیست دهم
۱) دستگاه را مطابق شکل سوار کنید. انتهای لوله بلند را درون محلول و انتهای لوله کوتاه را در بالای محلول قرار دهید.
۲) به آرامی از طریق لوله مرکزی، عمل دم و بازدم را انجام دهید. هنگام دم، در کدام ظرف حباب هوا مشاهده میشود؟ هنگام بازدم چه تغییری رخ میدهد؟
جواب:
در هنگام دم، هوا از انتهای لوله بلند وارد ظرف ب میشود و حبابهای هوا در آن مشاهده میگردد.
در هنگام بازدم، هوا از لوله بلند وارد ظرف الف میشود و حبابها در آن شکل میگیرند.
۳) دم و بازدم را ادامه دهید تا رنگ معرف در یکی از ظرفها تغییر کند. آن را یادداشت کنید.
جواب:
تغییر رنگ ابتدا در ظرف الف مشاهده میشود، جایی که هوای بازدم وارد شده است.
۴) چند دقیقه دیگر نیز به دم و بازدم ادامه دهید و تغییرات بعدی رنگ را در هر دو ظرف یادداشت کنید.
جواب:
با گذشت زمان، تغییر رنگ در ظرف ب نیز مشاهده میشود، زیرا مقداری از هوای بازدمی به تدریج وارد این ظرف میشود.
۵) اکنون به پرسشهای زیر پاسخ دهید:
الف) چرا هوای دمی به یک ظرف و هوای بازدمی به ظرف دیگر وارد میشود؟
جواب:
انتهای لوله بلند متصل به لوله مرکزی، داخل مایع ظرف الف قرار دارد. هنگام دم، مکش ایجاد شده باعث میشود مایع در لوله حرکت کند و هوا از لوله کوتاه وارد شود، اما بیشتر هوا از طریق لوله بلند ظرف ب به آن وارد میشود. هنگام بازدم، هوای ظرف ب راهی برای خروج ندارد، بنابراین هوا به مقدار بیشتری وارد ظرف الف شده و از لوله کوتاه ظرف ب خارج میشود.
ب) نخست در کدام ظرف تغییر رنگ مشاهده شد؟
جواب:
تغییر رنگ ابتدا در ظرف الف که هوای بازدم از آن خارج میشود، مشاهده شد.
پ) آیا معرف در هر دو ظرف سرانجام تغییر رنگ داد؟ این موضوع چه چیزی را نشان میدهد؟
جواب:
بله، در نهایت هوای بازدم به ظرف ب نیز وارد شد، اما به مقدار کم و به آرامی. این موضوع نشان میدهد که هوا به طور مستقیم وارد مایع نمیشود و تنها با سطح آن تماس دارد، بنابراین تغییر رنگ در این ظرف کندتر و تدریجی رخ میدهد.
جواب فعالیت صفحه 41 و 42 زیست دهم
تشریح شش گوسفند
اگر تکهای از شش را ببرید و در ظرفی پر از آب بیندازید خواهید دید که روی سطح آب شناور میماند. چرا؟
جواب:
به دلیل وجود حبابهای هوای فراوان در ششها، مقداری هوا در داخل آنها محبوس میشود. این هوا باعث میگردد که ششها نسبت به آب سبکتر از آب باشند و به همین دلیل روی سطح آب شناور باقی بمانند. به عبارت دیگر، این حبابهای هوا نقش بالا برنده را دارند و مانع از غرق شدن ششها میشوند.
جواب فعالیت صفحه 43 زیست دهم
۱) آیا عددی که در اینجا نشان داده میشود، ظرفیت واقعی ششهای شماست؟ دلیل بیاورید.
جواب: خیر، عدد نمایش داده شده ظرفیت واقعی ششها را نشان نمیدهد. زیرا همیشه مقداری هوا بین نیم تا یک لیتر در ششها باقی میماند که اندازهگیری نمیشود و به همین دلیل حجم واقعی ششها کمی بیشتر از عدد ثبت شده است.
۲) چگونه میتوانید به کمک این دستگاه، مقدار هوای دم و بازدم خود را نیز اندازه بگیرید؟
جواب: برای اندازهگیری، کافی است از طریق لوله عمل دم انجام دهید و میزان جابجایی هوا را مشاهده کنید. عمل بازدم نیز به همان میزان هوا را جابجا میکند و با مقایسه دم و بازدم میتوان مقدار هوای وارد و خارج شده را محاسبه کرد.