Mục lục bài họcĐang ở d05-b1
Gas exchange in humans
Breathing is not respiration
| breathing (ventilation) | respiration | |
| what it is | a physical movement of air | a chemical reaction |
| where | in the lungs only | in every living cell |
| purpose | to bring air in and out | to release energy from glucose |
The two words are used interchangeably in everyday speech and never in an exam. Breathing supplies the oxygen that respiration uses — that is the whole relationship between them.
The alveoli
Gas exchange happens in the alveoli, tiny air sacs at the end of the bronchioles. Their adaptations are the same four that appear at every exchange surface in the syllabus:
- there are millions of them → very large surface area;
- the wall is one cell thick → short diffusion distance;
- a dense network of capillaries → carries gases away, maintaining the concentration gradient;
- the surface is moist → gases dissolve before diffusing.
Oxygen diffuses from the alveolus into the blood; carbon dioxide diffuses the other way. Both move down their own concentration gradients.
Breathing in and breathing out
Inspiration (breathing in):
- the external intercostal muscles contract, pulling the ribs up and out;
- the diaphragm contracts and flattens, moving down;
- the volume of the thorax increases;
- the pressure inside decreases, below atmospheric pressure;
- air is pushed in from outside.
Expiration (breathing out) is the reverse: the intercostal muscles and diaphragm relax, the diaphragm returns to its domed shape, volume decreases, pressure increases, and air is forced out.
The diaphragm is a muscle, and muscles can only pull, never push. It flattens when it contracts and domes upward when it relaxes — the opposite of what many candidates write.
Inspired and expired air
| inspired | expired | |
| oxygen | about 21% | about 16% |
| carbon dioxide | about 0.04% | about 4% |
| water vapour | variable | saturated |
| temperature | variable | body temperature |
Expired air still contains a lot of oxygen — about 16%, which is why mouth-to-mouth resuscitation works. Carbon dioxide is tested with limewater, which turns milky.
Thở không phải là hô hấp.
- Thở (thông khí) là chuyển động cơ học đưa không khí ra vào phổi. Mục đích: đưa không khí vào và ra.
- Hô hấp là phản ứng hoá học diễn ra trong mọi tế bào sống. Mục đích: giải phóng năng lượng từ glucozơ.
Hai từ này được dùng thay nhau trong lời nói hằng ngày và không bao giờ được dùng thay nhau trong bài thi. Thở cung cấp oxy cho hô hấp sử dụng — đó là toàn bộ mối quan hệ giữa chúng.
Phế nang. Trao đổi khí diễn ra ở phế nang, những túi khí nhỏ ở cuối các tiểu phế quản. Chúng thích nghi bằng đúng bốn đặc điểm xuất hiện ở mọi bề mặt trao đổi trong chương trình:
- có hàng triệu phế nang → diện tích bề mặt rất lớn;
- thành dày một lớp tế bào → quãng đường khuếch tán ngắn;
- mạng mao mạch dày đặc → mang khí đi, duy trì chênh lệch nồng độ;
- bề mặt ẩm → khí hoà tan được trước khi khuếch tán.
Oxy khuếch tán từ phế nang vào máu; cacbon đioxit khuếch tán theo chiều ngược lại. Cả hai đều đi theo chiều chênh lệch nồng độ của chính nó.
Hít vào và thở ra.
Hít vào:
- cơ liên sườn ngoài co, kéo xương sườn lên và ra ngoài;
- cơ hoành co và hạ xuống thành phẳng;
- thể tích lồng ngực tăng;
- áp suất bên trong giảm, thấp hơn áp suất khí quyển;
- không khí bị đẩy vào từ bên ngoài.
Thở ra là quá trình ngược lại: cơ liên sườn và cơ hoành giãn, cơ hoành trở lại hình vòm, thể tích giảm, áp suất tăng, và không khí bị đẩy ra.
Cơ hoành là một cơ, mà cơ chỉ kéo được chứ không đẩy được. Nó hạ xuống thành phẳng khi co và cong vòm lên khi giãn — ngược với điều nhiều bài làm viết.
Khí hít vào và khí thở ra.
- oxy: hít vào khoảng $21\%$ → thở ra khoảng $16\%$;
- cacbon đioxit: hít vào khoảng $0{,}04\%$ → thở ra khoảng $4\%$;
- hơi nước: hít vào thay đổi → thở ra bão hoà;
- nhiệt độ: hít vào thay đổi → thở ra bằng nhiệt độ cơ thể.
Khí thở ra vẫn còn nhiều oxy — khoảng $16\%$, và đó chính là lý do hô hấp nhân tạo miệng-miệng có tác dụng. Cacbon đioxit được thử bằng nước vôi trong, chất này chuyển đục.
Mô tả đầy đủ các bước xảy ra khi hít vào, và giải thích vì sao không khí đi vào phổi.
Bước 1 — cơ liên sườn ngoài co. Việc này kéo xương sườn lên và ra ngoài, làm lồng ngực nở rộng theo chiều ngang.
Bước 2 — cơ hoành co. Cơ hoành lúc bình thường cong vòm lên trên. Khi co, nó hạ xuống và dẹt lại thành phẳng, làm lồng ngực dài thêm theo chiều dọc.
Chú ý đây là chỗ nhiều bài làm viết ngược. Cơ hoành là một cơ, mà cơ chỉ kéo được chứ không đẩy được — nên khi co nó phải kéo mình phẳng ra, không thể tự cong vòm lên.
Bước 3 — thể tích lồng ngực tăng. Cả hai chuyển động trên cộng lại làm khoang ngực rộng ra.
Bước 4 — áp suất bên trong giảm. Cùng một lượng khí nay chiếm thể tích lớn hơn, nên áp suất trong phổi giảm xuống thấp hơn áp suất khí quyển bên ngoài.
Bước 5 — không khí đi vào. Không khí bị đẩy từ nơi áp suất cao vào nơi áp suất thấp, tức từ ngoài vào phổi.
Cách diễn đạt được điểm và cách bị mất điểm. Câu trả lời viết “phổi hút không khí vào” không được điểm, vì phổi không có cơ nào cả — nó hoàn toàn thụ động.
Câu trả lời đúng phải nêu chênh lệch áp suất: cơ thể thay đổi thể tích, thể tích đổi làm áp suất đổi, và chính chênh lệch áp suất mới đẩy không khí đi.
Thở ra là toàn bộ chuỗi trên chạy ngược: cơ liên sườn và cơ hoành giãn, cơ hoành trở lại hình vòm, thể tích giảm, áp suất tăng, không khí bị đẩy ra ngoài.
Khí thở ra chứa khoảng $16\%$ oxy, trong khi khí hít vào chứa khoảng $21\%$. Giải thích vì sao cơ thể không lấy hết oxy, và nêu một hệ quả thực tế của việc này.
Vì sao chỉ lấy được một phần. Oxy đi từ phế nang vào máu bằng khuếch tán, và khuếch tán chỉ diễn ra khi có chênh lệch nồng độ.
Máu tới phổi không hề trống rỗng oxy — nó vẫn còn khoảng ba phần tư lượng oxy mà nó chở đi lúc trước, vì các mô chỉ lấy đi một phần.
Khi nồng độ oxy trong phế nang giảm xuống gần bằng nồng độ trong máu, chênh lệch biến mất và khuếch tán dừng lại — dù trong phế nang vẫn còn rất nhiều oxy.
Ngoài ra không khí chỉ ở lại trong phổi một thời gian rất ngắn trước khi bị thở ra, nên không có đủ thời gian để cân bằng hoàn toàn.
Một lý do nữa. Không phải toàn bộ không khí hít vào đều tới được phế nang. Một phần nằm lại ở khí quản và phế quản — nơi không có trao đổi khí — rồi bị thở ra nguyên vẹn với đủ $21\%$ oxy, kéo trung bình lên.
Hệ quả thực tế. Vì khí thở ra vẫn còn khoảng $16\%$ oxy, hô hấp nhân tạo miệng-miệng có tác dụng: người cứu hộ thổi vào phổi nạn nhân thứ không khí vẫn thừa oxy cho nhu cầu tối thiểu.
Đây là một chi tiết mà đề thi thích hỏi, vì nó buộc học viên hiểu rằng trao đổi khí là khuếch tán theo chênh lệch chứ không phải một cỗ máy hút cạn.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Gas Exchange and Respiration gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.