Sống trong nước chưa chắc lấy oxygen bằng mang
Động vật có thể trao đổi khí qua da, mang, hệ thống ống khí hoặc phổi. Môi trường sống không tự quyết định cơ quan trao đổi khí; cần xét cấu tạo của loài.
Thông khí và hô hấp tế bào là những bước khác nhau
| Khâu | Việc xảy ra |
|---|---|
| Thông khí | Đưa môi trường hô hấp qua bề mặt trao đổi khí |
| Trao đổi khí | O₂ và CO₂ khuếch tán qua bề mặt theo chênh lệch áp suất riêng phần |
| Vận chuyển | Máu hoặc hệ ống khí đưa khí đến, rời tế bào |
| Hô hấp tế bào | Tế bào dùng O₂ trong quá trình giải phóng năng lượng từ chất hữu cơ |
Hít vào là thông khí, không phải hô hấp tế bào.
Bề mặt trao đổi khí cần những đặc điểm gì?
Bề mặt trao đổi khí hiệu quả thường rộng, mỏng, ẩm và được duy trì chênh lệch áp suất riêng phần. Khi xét chiều khuếch tán, chỉ so sánh áp suất riêng phần của **cùng một khí** ở hai phía.
Qua da và qua hệ thống ống khí
| Hình thức | Đường đi chính |
|---|---|
| Qua da | Khí khuếch tán qua da ẩm rồi được hệ tuần hoàn vận chuyển |
| Hệ thống ống khí ở côn trùng | Không khí đi trong ống khí đến gần tế bào; máu không phải đường vận chuyển O₂ chính |
Hai hình thức đều cần bề mặt phù hợp nhưng khác vai trò của hệ tuần hoàn.
Mang cá có lợi thế ở cấu tạo và hướng dòng chảy
Phiến mang tạo diện tích lớn và khoảng khuếch tán ngắn. Nước và máu chảy ngược chiều giúp duy trì chênh lệch O₂ dọc phiến mang, nên O₂ tiếp tục khuếch tán từ nước vào máu ở nhiều vị trí. Lợi thế nằm ở việc duy trì gradient, không phải hai dòng có nồng độ bằng nhau suốt chiều dài.
Phổi người và phổi chim không có cấu tạo giống hệt
| Nhóm | Điểm cần nhớ |
|---|---|
| Người | Phế nang là bề mặt trao đổi khí; không khí ra và vào theo đường dẫn khí |
| Chim | Túi khí hỗ trợ thông khí; trao đổi khí chủ yếu ở phổi, với dòng khí qua phổi gần một chiều |
| Côn trùng | Dùng hệ thống ống khí, không dùng phổi kiểu người |
Túi khí của chim không phải nơi trao đổi khí chính.
Xác định chiều khuếch tán từng khí
**Ví dụ.** Nếu áp suất riêng phần O₂ ở phế nang lớn hơn trong máu đến phổi, O₂ khuếch tán vào máu. Nếu áp suất riêng phần CO₂ trong máu lớn hơn ở phế nang, CO₂ khuếch tán theo chiều ngược lại. Mỗi kết luận dùng một cặp giá trị của cùng loại khí.
Tính thông khí hữu ích theo công thức
Theo mô hình của đề, thể tích khí tới vùng trao đổi trong mỗi nhịp bằng thể tích khí lưu thông trừ thể tích khoảng chết. Với 500 mL/nhịp, khoảng chết 150 mL và 12 nhịp/phút, giá trị theo phút là bao nhiêu?
Đây là $150\times12$, tức phần khoảng chết theo mô hình, không phải phần tới vùng trao đổi.
Đúng. Trừ khoảng chết theo từng nhịp rồi mới nhân tần số.
Đây là $500\times12$, chưa trừ thể tích khoảng chết.
Không cộng thể tích khoảng chết vào thể tích khí lưu thông.
Lời giải
Thể tích hữu ích mỗi nhịp là $500-150=350$ mL. Trong một phút:
$$(500-150)\times12=4200\,\mathrm{mL/phút}.$$
$$4200\,\mathrm{mL/phút}=4{,}2\,\mathrm{L/phút}.$$
Đây là kết quả theo công thức và số liệu của mô hình, không phải chỉ số để tự đánh giá chức năng hô hấp cá nhân. Chọn B.
Giải thích việc sục khí khi nuôi cá
Sục khí và thay nước phù hợp giúp duy trì O₂ hòa tan cho cá; mật độ quá cao làm nhu cầu O₂ tăng. Cá vẫn dùng mang để trao đổi khí, không lấy bọt khí trực tiếp như phổi.
**Hai đại lượng thông khí.** Với thể tích khí lưu thông $V_T$, nhịp thở $f$ và phần mỗi lần thở không đến vùng trao đổi $V_D$:
$$\dot V_E=V_Tf,$$
$$\dot V_A=(V_T-V_D)f.$$
Nếu $V_T=500$ mL, $V_D=150$ mL và $f=12$ lần/phút:
$$\dot V_A=(500-150)\times12=4200\text{ mL/phút}.$$
$$4200\text{ mL/phút}=4{,}2\text{ L/phút}.$$
Phải trừ phần không tham gia trao đổi trước khi nhân nhịp thở. Đây là mô hình theo dữ kiện đề, không dùng một giá trị để tự đánh giá bệnh.
Phân biệt cơ quan thông khí và trao đổi khí
Nhận định nào đúng khi so sánh hô hấp ở chim và châu chấu?
Túi khí chủ yếu hỗ trợ dòng khí; ở côn trùng, hệ ống khí đảm nhận phần lớn việc đưa O₂.
Đúng. Hai nhóm có cách tổ chức hệ hô hấp khác nhau.
Chim trao đổi khí chủ yếu ở phổi; châu chấu dùng hệ ống khí.
Mô hình phổi–máu của người không áp dụng nguyên vẹn cho mọi động vật.
Lời giải
Ở chim, phổi là bề mặt trao đổi khí chính và túi khí hỗ trợ thông khí. Ở châu chấu, hệ ống khí phân nhánh đưa khí tới gần tế bào, nên dịch tuần hoàn không vận chuyển O₂ chủ yếu như máu ở người. Chọn B.
Liên hệ bảo vệ hệ hô hấp
Không khí sạch, tránh khói thuốc, vận động phù hợp và phòng bệnh theo khuyến cáo giúp bảo vệ hệ hô hấp. Một chỉ số thông khí riêng lẻ chưa đủ để kết luận sức khỏe.
Kiến thức cần nhớ
Phân biệt thông khí, trao đổi khí, vận chuyển khí và hô hấp tế bào. Khí khuếch tán theo chênh lệch áp suất riêng phần của chính khí đó; cấu tạo mang, phổi hoặc ống khí quyết định đường trao đổi.
Đang học