Bài giảng sinh học động vật chương 6 hệ hô hấp

Cần phân biệt hô hấp ngoài với hô hấp tế bào: Hô hấp ngoài là quá trình trao đổi khí liên tục giữa môi trường và cơ thể  Hô hấp tế bào xãy ra trong ty thể của tế bào động vật cần được

Chương VI

Hệ hô hấp

III Hệ hô hấp ở người

IV Sự trao đổi và vận chuyển khí

1 Sự trao đổi khí ở phổi

2 Sự trao đổi khí ở mô

3 Sự vận chuyển O 2

4 Sự vận chuyển CO 2

V Điều hòa hoạt động hô hấp

Khái quát về hệ hô hấp

thường xuyên được cung cấp năng lượng qua sự oxy hóa các chất dinh dưỡng

được đào thải ra ngoài

Cần phân biệt hô hấp ngoài với hô hấp tế bào:

 Hô hấp ngoài là quá trình trao đổi khí liên tục giữa môi trường và cơ thể

 Hô hấp tế bào xãy ra trong ty thể của tế bào động vật cần được cung cấp

O2, sản phẩm cuối cùng của quá trình hô hấp là CO2 cần được đào thải ra

Sự trao đổi và vận chuyển khí

trong không khí (khoảng 21%) đối với động

khoảng 40 lần) đối với động vật ở nước

hô hấp của cơ quan hô hấp thông qua sự khuếch tán

 Da

 Ống khí

 Mang

 Có nhiều mao mạch và máu có sắc tố hô hấp

 Có sự lưu thông khí tạo ra sự chênh lệch về nồng độkhí O2 và CO2 để các khí đó dễ dàng khuếch tán qua bềmặt trao đổi khí

Hô hấp qua bề mặt cơ thể

đa bào đơn giản (hải miên, ruột khoang, giun dẹt), giun đất hoặc ếch nhái

trình khuếch tán khí trực tiếp qua bề mặt cơ thể ẩm ướt

tốc độ trao đổi chất xãy ra chậm

Hô hấp qua bề mặt cơ thể

nhỏ, xuyên sâu vào

trong cơ thể sinh vật,

phân phối khí trực tiếp

tới các tế bào, các ống

này mở ra ngoài qua

lỗ thở nằm dọc theo 2

bên bụng

Hô hấp bằng mang

 Đại diện: Ốc, cua, trai, cá…

 Môi trường sống: dưới nước

 Mang có cả bề mặt rộng lẫn khoảng cách ngắn

để O2 và CO2 có thể khuếch tán giữa nước bao quanh và máu.

 Mang là những màng mỏng có nhiều mao mạch

và đính vào các cung màng bằng sụn hay xương, thường nằm ở vùng phía trước ống tiêu hóa.

 Nhóm chân đốt, cấu tạo còn đơn giản gọi là các

lá mang ngoài hình cành cây.

 Ở nòng nọc của ếch nhái, giai đoạn đầu mang mọc từ thành cơ thể ra ngoài nên gọi là “mang ngoài” Về sau có lớp da phát triển bọc lại gần kín

Vị trí mang của một số động vật

Mang Mang

cơ thể

Mang dài và mềm như tơ được phủ bởi lớp xương ngoài

Hô hấp bằng mang ở cá

để nước chảy qua và có nắp đậy kín

nước được ép qua các lá mang

dòng máu chảy theo các hướng ngược nhau

Hô hấp bằng mang ở cáCung mang

Dòng máu qua mao mạch trong phiến mang

O 2

 Phổi cấu tạobởi hệ thốngống khí đượcbao quanh bởimột hệ thốngmao mạch dàyđặc.

 Có thêm hệthống túi khí

nhiều phếnang, diệntích bề mặttrao đổi khírất lớn (hơn

40 lần tổngdiện tích da)

Hô hấp của chim

phổi, tim còn có 8 hoặc 10 túi khí

mạch bao quanh Nhờ hệ thống túi khí nên khi hít vào và thở ra đều có không khí giàu

chiều nhất định → không có khí đọng trong

cao

Hô hấp của chim

HÍT VÀO Túi khí đầy

THỞ RA Túi khí rỗng, phổi đầy

Hô hấp kép của chim

 Hít vào: không khí từ phổi đến các túi khí trước

 Thở ra: không khí từ túi khí trước đi ra qua khí quản

Chu kỳ thở của chim

Cơ quan hô hấp của người

 Gồm 2 phần:

 Đường dẫn khí: khoang mũi, hầu, thanh quản, khíquản, phế quản

 2 lá phổi

Khoang mũi (Nasal cavity)

bằng xương và sụn

xương sàng và xương lá mía, được bổ sung thêm sụn

năng khứu giác, có nhiều tế bào thần kinh thụ cảm khứu giác; vùng phía dưới có chức

Thanh quản (Larynx)

đường hô hấp, có liên

phát âm

hầu, phía dưới nối

liền với khí quản

Thanh quản

Sụn giáp Khí quản

Nắp thanh môn

Thanh quản (Larynx)

 Thanh quản gồm có các sụn: sụn giáp, sụn nhẫn, sụn phểu, sụn thanh môn; nối với nhau bằng các cơ

Dây chằng giáp nhẫn

Nếp gấp tiền đình (Dây thanh âm giả)

Nếp gấp thanh âm (Dây thanh âm thật) Sụn giáp

Màng móng giáp

Màng móng giáp Xương móng

Thanh quản (Larynx)

trong thanh quản có

Thanh quản (Larynx)

 Phát âm là do khi thở ra, luồng không khí vượt qua

khe thanh môn làm rung dây thanh âm Mức độ căng

của dây làm tần số rung của dây thay đổi, tạo thành âm

cao hay thấp Dây càng căng, âm càng cao

 Sự phát âm còn có sự tham gia của cử động má,

lưỡi, môi

Amidan

Nắp thanh quản Dây thanh âm giả Dây thanh âm thật Khe thanh môn

Sụn phểu Dây thanh âm giả

Lớp trong của thực quản

Khí quản (Trache)

khí quản dài 10 – 11cm, đường kính 2cm, nằm phía trước thực quản.

vòng sụn hở ở phía sau sát thực quản và được nối bằng một cơ trơn mềm.

liên kết đàn hồi.

Khí quản (Trache)

Phế quản (Bronchus)

 Khí quản xuống đến khoảng ngang đốt sống ngực IV – V thì chia đôi thành phế quản trái và phải

 Phế quản trái dài và hẹp hơn phế quản phải

 Đến rốn phổi: phế quản phải chia 3, chạy vào 3 thùy phổi; phế quản trái chia 2, chạy vào 2 thùy phổi

Phế nang (Alveoli)

 Phế nang là phần tận cùng của đường hô hấp Ở đây thựchiện sự trao đổi khí với mao mạch thông qua một màngmỏng (0,7µm) gọi là màng hô hấp

 Lá phổi trái có khối

lượng nhỏ hơn lá phổi

phải

Chức năng hô hấp của phổi

 Các cử động hô hấp bao gồm động tác hít vào và độngtác thở ra, trong đó hít vào được coi là quá trình tích cực, chủ động, còn thở ra là quá trình thụ động

 Hít vào: làm tăng thể tích lồng ngực

 Thở ra: làm giảm thể tích lồng ngực

Cơ hoành Phổi

Thể tích lồng

ngực tăng khi

các cơ liên sườn co

Lồng ngực trở lại ban đầu khi các

cơ liên sườn giãn

Khi hít vào

Thể tích lồng ngực tăng lên theo 3 chiều:

hoành co Cơ hoành hình vòm, có đỉnh

quay lên phía trên, ngăn cách lồng ngực

với ổ bụng Do đó, khi hít vào, thể tích lồng

ngực tăng, đồng thời bụng phình ra do các

nội quan trong ổ bụng bị dồn ép Cơ hoành

co cũng ảnh hưởng đến xương sườn và

xương ức

Hít vào

ngoài co vừa nâng xương sườn ra phía trước, vừa giãn rộngsang 2 bên, làm cho thể tích lồng ngực tăng lên ở cả 2 chiều

 Khi hít vào, thể tích lồng ngực tăng và phổi cũng căng ratheo, tạo điều kiện cho lượng không khí đi vào các phế nang

Các cơ tham gia động tác hít vào

 Khi hít vào bình thường, các cơ tham gia gồm có:

cơ trên sườn, cơ bậc thang, cơ răng cưa sau và trên Các cơ này có điểm tựa là cột sống lưng (đoạn cổ và ngực)

 Khi hít vào cố sức, các cơ tham gia gồm có: cơ

ức – đòn – chũm nâng xương ức, cơ răng cưa lớn,

cơ ngực lớn, cơ ngực bé Các cơ này thường lấy điểm tựa ở đầu và chi trên

Khi thở ra

 Các cơ hít vào giãn ra, lồng

ngực trở lại thế nghỉ ngơi ban

đầu Thở ra là động tác thụ động,

nhưng có thể được tăng cường

bởi sự co giãn của các cơ liên

Các cơ tham gia động tác thở ra

 Nếu thở ra cố sức, một số cơ tham gia làm hạ thấp thêm xương sườn và đẩy cơ hoành lên cao hơn.

 Gồm có: Cơ răng cưa bé trước – sau, cơ tam giác của xương ức, cơ vuông thắt lưng, các cơ thành bụng như cơ tréo to, tréo bé, cơ ngang, cơ thẳng to.

 Nhịp thở còn thay đổi theo:

 Trạng thái hoạt động: hoạt động mạnh nhịp thởnhanh

 Trạng thái sinh lý: xúc cảm, nhiệt độ tăng … làmtăng nhịp thở

Sự thông khí ở phổi

Các thể tích hô hấp

bình thường, ở người trưởng thành, mỗi lần hít vào, thở rakhoảng 0,5 lít

sau một lần hít vào bình thường (chưa thở ra), mỗi ngườicòn có thể hít vào cố sức thêm khoảng 2,5 lít

sau một lần thở ra bình thường (chưa hít vào), mỗi ngườicòn có khả năng thở ra cố sức thêm khoảng 1,5 lít

phổi sau mỗi lần thở ra cố sức

Sự thông khí ở phổi

Các thể tích hô hấp

(TLC) (VC)

Máu giàu CO2, nghèo O2

Mao mạch

ở mô

Không khí vào Không khí ra

Tim

Dịch mô

Máu giàu O2, nghèo CO2

Máu giàu CO2, nghèo O2

Mao mạch

ở mô

Không khí vào Không khí ra

Tim

Dịch mô

Sự trao đổi khí ở phổi

 Sự trao đổi khí ở phổi còn gọi là hô hấp ngoài, đây là quá trình trao đổi khí giữa các phế nang và máu trong hệ thống mao mạch phân bố dày đặc trên màng các phế nang

 Sự trao đổi này được thực hiện theo nguyên tắc khuếch tán Chiều khuếch tán phụ thuộc vào phân

áp của từng loại khí, chúng đi từ nơi có phân áp cao đến nơi có phân áp thấp.

Sự trao đổi khí ở phổi

Bão hòa79,70

416,30

Khí thở ra

6,274,9

5,313,6

N 2

ít0,03

20,44Khí hít vào

0,50,04

20,84Khí trời

Sự trao đổi khí ở phổi

 Một chất khí ở thể tự do hay hòa tan trong chất dịch đều

có áp suất riêng gọi là phân áp (P), nồng độ khí càng đậmđặc thì phân áp càng cao

 Trong không khí vào đến phế nang:

PO2 = 104 - 105mmHgPCO2 = 40mmHg

 Trong máu đến phổi:

PO2 = 40mmHgPCO2 = 46mmHgNhư vậy, theo quy luật khuếch tán thì O2 từ phế nang vàomáu, CO2 từ máu ra phế nang

Sự trao đổi khí ở mô

 Nhờ tim co bóp, máu được vận chuyển đến mô Ở đây lạidiễn ra quá trình trao đổi khí giữa máu trong mao mạch và mô

 Quá trình trao đổi khí ở mô cũng theo nguyên tắc khuếch tándựa vào phân áp của O2 và CO2 trong máu và mô

 Các phản ứng sinh học xãy ra trong mô tiêu thụ rất nhiều O2, đồng thời thải ra khí CO2 làm cho phân áp O2 giảm thấp vàphân áp CO2 tăng lên

 Trong mô:

PO2 = 40mmHgPCO2 = 46mmHg

 Trong máu đến mô

PO2 = 100mmHgPCO = 40mmHg

theo chiều ngược lại

Sự trao đổi khí ở phổi và mô

 O2 được vận chuyển bằng cách liên kết với một loạiprotein được gọi là “sắc tố hô hấp”

 Nhờ có sắc tố hô hấp mà O2 được vận chuyển trongdòng máu tăng cao (khoảng 200ml O2/1 lít máu ở động vật

có vú)  Đối với người tập thể dục nêu trên, hiệu suất tiêuthụ O2 là 80% thì tim chỉ cần bơm với tốc độ 12,5 lítmáu/phút

Sắc tố hô hấp

khớp và thân mềm, là protein có chứa Cu2+ là thành phầnliên kết với O2

có chứa Fe2+, thường có màu đỏ

Vận chuyển O2

 Khí O2 được vận chuyển theo máu thông qua 2 dạng: hòa tan và kết hợp với Hb

trong máu rất nhỏ và phụ thuộc vào phân áp của O2

Ở nhiệt độ bình thường và phân áp O2 khoảng104mmHg, khí O2 hòa tan là 3ml/1 lít máu Khi phân

áp còn 40mmHg thì chỉ hòa tan được 1,2ml/1 lít máu

 1 lít máu vận chuyển đến mô thì chỉ có 1,8ml O2

máu ở dạng kết hợp là kết quả của một loạt các phảnứng thuận nghịch xãy ra giữa O2 và Hb để tạo thànhHbO2 (oxyhemoglobin)

Vận chuyển O2

 Phân tử Hb được cấu tạo gồm 4 chuỗi polypeptid: 2 chuỗi

 và 2 chuỗi  , liên kết với 4 nhân hem chứa 4 nguyên tửsắt Mỗi nguyên tử Fe2+liên kết với 1 phân tử O2,nghĩa làmỗi phân tử Hb kết hợp với 4 phân tử O2

Thu nhận O2

ở phổi

Giải phóng O2

ở mô Nguyên tử Fe 2+

Vận chuyển CO2

 Khí CO2 được vận chuyển trong máu cũng thông qua 2 dạng: hòa tan và kết hợp

chất của tế bào và mô được khuếch tán vào mao mạchthông qua sự trao đổi khí ở mô Một phần CO2 vào máuđược giữ lại trong huyết tương dưới dạng hòa tan vàvận chuyển đến phổi Trong 1 lít máu có 2 ml CO2 đượchòa tan

Hb + CO2  HbCO2 (cacbohemoglobin) Trong 1 lít máu có khoảng 15ml CO2 vận

Vận chuyển CO2

máu có khoảng 30ml CO2 vận chuyển theo dạng này

H + + Hb  HHb (Hemoglobinic)

Điều hòa hô hấp

 Chu kỳ thở theo nhịp bình thường ở người là

Cầu Varol

Trung khu điều hòa

hô hấp nhạy cảm

pH máu Hành tủy

Sự thay đổi PCO 2 và PO 2

ở động mạch cảnh

Xung thần kinh gây

co cơ

Sự thay đổi PCO 2 và PO 2

từ đầu mút thần kinh hóa thụ quan trên các thể thuộc động mạch chủ ở thành động mạch

Các trung khu hô hấp

 Khi pH máu quá

Cầu Varol

Trung khu điều hòa

hô hấp nhạy cảm

pH máu Hành tủy

Sự thay đổi PCO 2 và PO 2

ở động mạch cảnh

Xung thần kinh gây

co cơ

Sự thay đổi PCO 2 và PO 2

từ đầu mút thần kinh hóa thụ quan trên các thể thuộc động mạch

Cơ chế điều hòa hóa học

Trung khu hô hấp rất nhạy cảm đối với sự thay đổi của PCO2 Bản chất hóa học của điều tiết cân bằng acid - base trong máu có thể tóm tắt:

CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3

- Khi PCO2 trong máu tăng: bù đắp bằng kích thích trung tâm hô hấp làm tăng thông khí phổi, làm nhịp thở nhanh lên Nếu PCO2 trong máu quá cao, gây ức chế trung tâm hô hấp, làm ngừng thở

 Khi PCO2 trong máu giảm: bù đắp bằng giảm thông khí phổi, làm nhịp thở chậm lại Nếu PCO2 giảm quá nhiều có thể gây ngừng thở.

Điều hòa của vỏ não

 Vỏ não có ảnh hưởng thường xuyên đến hô hấp, làm thay đổi tần số và độ sâu của nhịp thở

 Ta có thể tự ý thở nhanh, chậm, nông, sâu hoặc nín thở trong một thời gian ngắn hoặc điều hòa hơi thở dài ngắn khi nói, khi hát…

 Những kích thích tâm lý, vui – buồn – xúc động… thường làm thay đổi hô hấp, có khi nghẹn thở

Vai trò của dây thần kinh phế vị

 Khi hít vào: các phế nang giãn ra, kích thích dây thần kinh phế vị (X) làm hưng phấn trung tâm thở ra, đồng thời ức chế trung tâm hít vào làm các cơ hô hấp giãn ra, lồng ngực xẹp xuống, gây nên động tác thở ra

 Khi thở ra: các phế nang co lại, không kích thích dây thần kinh phế vị nữa thì trung tâm thở ra bị ức chế và trung tâm hít vào lại hưng phấn và có thể tiếp tục điều khiển nhịp thở đều đặn

Điều hòa các phản xạ ngoại biên

đau, nóng, lạnh, điện giật nhẹ… thường làm cho thở nhanh lên, nếu kích thích quá mạnh có thể làm ngừng thở.

ngột Ngửi thấy mùi thơm gây thở nhanh, các mùi thối gây ức chế thở.