Hệ hô hấp · 02/04 · Cơ chế thông khí · Hiểu vì sao khí ra vào
Hệ hô hấp · Cơ hoành, xương sườn, áp suất và điều chỉnh khi vận động: xây lời giải từ từng mắt xích của cơ chế.
LUKATO · BIOLOGY STUDIO
SINH HỌC · HỆ HÔ HẤP Ở NGƯỜI · BÀI 02
Cơ chế thông khí · Hiểu vì sao khí ra vào
Cơ hoành, xương sườn, áp suất và điều chỉnh khi vận động: xây lời giải từ từng mắt xích của cơ chế.
- Hiểu cấu trúc
- Giải thích cơ chế
- Vận dụng có căn cứ
01
Sinh học · Cấu trúc, cơ chế, vận dụng
Một nhịp thở chưa phải toàn bộ hô hấp
Nhìn thấy lồng ngực di chuyển là điểm khởi đầu. Muốn hiểu cơ chế, cần biết điều gì đang chuyển động, điều gì đang trao đổi và điều gì đang xảy ra trong tế bào.
Thông khí
Không khí đi vào rồi đi ra khỏi phổi. Đây là chuyển động của một hỗn hợp khí qua đường dẫn khí, được tạo ra nhờ hoạt động của cơ hô hấp và sự thay đổi áp suất.
Trao đổi khí
Khí di chuyển qua bề mặt trao đổi giữa phế nang với máu, hoặc giữa máu với mô. Việc lồng ngực nở không đồng nghĩa với việc mọi khí đều đã được trao đổi hiệu quả.
Hô hấp tế bào
Tế bào chuyển hóa chất dinh dưỡng để tạo năng lượng sử dụng được. Hoạt động này diễn ra trong tế bào; nó không phải động tác nâng xương sườn hay hạ cơ hoành.
Trong cách mô tả ở mức phổ thông, hoạt động hô hấp thường được chia thành ba chặng: thông khí ở phổi, trao đổi khí ở phổi và trao đổi khí ở tế bào. Cách chia này giúp theo dõi đường đi của khí. Để diễn đạt chính xác hơn, máu còn vận chuyển khí giữa phổi và mô, còn hô hấp tế bào là quá trình chuyển hóa sử dụng oxygen. Không nên gộp vận chuyển khí vào khuếch tán, cũng không nên dùng từ “thở” để thay cho mọi quá trình.
Đề bài gốc
Các giai đoạn chủ yếu
Hô hấp gồm những giai đoạn chủ yếu nào?
Lời giải từng bước
Trả lời theo cấu trúc phổ thông: thông khí ở phổi; trao đổi khí ở phổi; trao đổi khí ở tế bào. Thông khí thường xuyên đổi mới không khí phế nang. Ở phổi, đi từ phế nang vào máu và đi theo chiều ngược lại. Ở mô, oxygen đi từ máu đến tế bào, carbon dioxide đi từ tế bào đến máu.
Nối các chặng: hệ tuần hoàn vận chuyển khí giữa hai nơi trao đổi; tế bào dùng oxygen trong chuyển hóa hiếu khí. Như vậy, cơ quan hô hấp đảm nhiệm thông khí và trao đổi khí tại phổi, nhưng toàn bộ chuỗi còn cần tim, mạch máu và tế bào.
Bẫy cần tránh
Đừng kết luận chỉ có ba động tác cơ học. Hai chặng trao đổi khí không phải hai lần hít thở; chúng diễn ra qua những bề mặt khác nhau.
Đề bài gốc
Đếm đúng một cử động hô hấp
Ở người, một cử động hô hấp được tính bằng
- hai lần hít vào và một lần thở ra.
- một lần hít vào và một lần thở ra.
- một lần hít vào hoặc một lần thở ra.
- một lần hít vào và hai lần thở ra.
Lời giải từng bước
Chọn B. Một chu kì hoàn chỉnh gồm một lần hít vào và một lần thở ra. Nếu đếm cả mỗi pha là một nhịp, số nhịp bị tăng gấp đôi. A và D có số lần của hai pha không cân bằng; C chỉ nói đến một pha nên chưa tạo thành một chu kì đầy đủ.
Tần số thở là số chu kì trong một khoảng thời gian, thường quy về một phút. Hai người có cùng tần số vẫn có thể lấy lượng khí khác nhau ở mỗi nhịp. Vì vậy, tần số cho biết “bao nhiêu lần”, không tự trả lời “bao nhiêu khí”.
Bẫy cần tránh
Trong đề này “cử động hô hấp” là chu kì hít vào và thở ra; không đếm mỗi lần ngực di chuyển như một chu kì riêng.
Tự giải thích trước khi đọc tiếp
Nếu phổi nhận được khí mới nhưng máu không đưa khí đến mô, chuỗi cung cấp oxygen vẫn bị gián đoạn. Nếu tim vẫn bơm máu nhưng thông khí không đổi mới khí phế nang, nguồn oxygen cũng không được bổ sung bình thường. Mỗi bộ phận làm một việc; phối hợp mới tạo nên kết quả.
02
Sinh học · Cấu trúc, cơ chế, vận dụng
Cơ co, lồng ngực nở, phổi đi theo
Phổi có tính đàn hồi nhưng không phải một khối cơ có thể tự co bóp để kéo khí vào. Động lực của hít vào bình thường chủ yếu đến từ cơ hoành và sự tham gia của cơ liên sườn ngoài.
Cơ hoành là một tấm cơ có dạng vòm, nằm dưới phổi và ngăn khoang ngực với khoang bụng. Khi co, các sợi cơ ngắn lại, làm vòm cơ hoành thấp xuống và phẳng hơn. Điều quan trọng là phân biệt trạng thái co của cơ với sự nở của khoang ngực : một cơ co không có nghĩa toàn bộ khoang phải nhỏ đi. Vị trí và hướng tác dụng của cơ mới quyết định kết quả.
Khi hít vào, cơ liên sườn ngoài co, hỗ trợ nâng xương sườn và đưa lồng ngực ra ngoài. Cơ hoành hạ xuống làm tăng kích thước theo chiều trên–dưới; chuyển động của xương sườn giúp tăng các kích thước khác. Kết quả chung là thể tích khoang ngực tăng. Phổi được liên kết cơ học với thành ngực qua hệ màng phổi và lớp dịch rất mỏng, nên giãn theo sự nở của khoang ngực.
Màu vàng biểu diễn cơ hoành. Mũi tên ở hình hít vào chỉ sự nở ra hai bên và hạ xuống của cơ hoành; hình được giản lược để tập trung vào cơ chế.
Màng phổi gồm lá tạng phủ phổi và lá thành lót mặt trong thành ngực. Lớp dịch giữa hai lá giúp giảm ma sát và góp phần duy trì liên kết cơ học. Khoang màng phổi không phải khoang chứa không khí hít vào; không khí phải đi trong đường dẫn khí đến phế nang. Cũng không nên nói rằng khoang màng phổi là một “chân không tuyệt đối”. Áp suất ở đó thường thấp hơn áp suất khí quyển khi thở tự nhiên bình thường.
Đề bài gốc
Cặp cơ chủ yếu
Hoạt động hô hấp của người có sự tham gia tích cực của những loại cơ nào?
- Cơ lưng xô và cơ liên sườn.
- Cơ ức đòn chũm và cơ hoành.
- Cơ liên sườn và cơ nhị đầu.
- Cơ liên sườn và cơ hoành.
Lời giải từng bước
Chọn D theo phạm vi hoạt động thở bình thường. Cơ hoành và cơ liên sườn tạo chuyển động cơ học chủ yếu của khoang ngực. A thiếu cơ hoành; C đưa cơ nhị đầu cánh tay vào cặp cơ chủ yếu nên không phù hợp.
B có một cơ phụ hít vào ở vùng cổ và cơ hoành. Cặp đó có thể cùng tham gia khi hít vào gắng sức, vì vậy không được suy diễn rằng cơ ức đòn chũm “không bao giờ” có vai trò hô hấp. Trong một câu hỏi phổ thông không nêu gắng sức, D là cặp được yêu cầu; nếu đổi phạm vi sang mọi kiểu thở thì cần làm rõ phát biểu.
Bẫy cần tránh
Từ “tham gia” có thể có nghĩa rất rộng. Đáp án của câu này nói về cặp cơ chủ yếu, không loại bỏ sự tồn tại của cơ hô hấp phụ.
Đề bài gốc
Trạng thái cơ khi hít vào
Khi chúng ta hít vào, cơ liên sườn ngoài và cơ hoành sẽ ở trạng thái nào?
- Cơ liên sườn ngoài dãn còn cơ hoành co.
- Cơ liên sườn ngoài và cơ hoành đều dãn.
- Cơ liên sườn ngoài và cơ hoành đều co.
- Cơ liên sườn ngoài co còn cơ hoành dãn.
Lời giải từng bước
Chọn C. Trong hít vào bình thường, cơ hoành co và hạ xuống; cơ liên sườn ngoài co, hỗ trợ nâng xương sườn. A và D chỉ cho một trong hai cơ co nên không mô tả đầy đủ cơ chế đang xét. B là trạng thái gần với sự thư giãn của các cơ hít vào khi thở ra bình thường.
Viết lời giải bằng chuỗi nguyên nhân sẽ bền hơn học thuộc chữ C: cơ co làm thay đổi vị trí các cấu trúc; khoang ngực rộng hơn; phổi giãn; áp suất khí trong phế nang giảm trong lúc khí đi vào. Mỗi mắt xích trả lời một câu hỏi khác nhau.
Bẫy cần tránh
Cơ hoành co thì hạ xuống, không phải nâng lên. “Cơ co” và “lồng ngực nở” có thể xảy ra đồng thời.
03
Sinh học · Cấu trúc, cơ chế, vận dụng
Không khí đi theo chênh lệch áp suất
Cơ tạo thay đổi hình dạng. Chênh lệch áp suất mới là điều trực tiếp làm không khí đi vào hoặc đi ra qua đường dẫn khí đang mở.
Ở đầu một lần hít vào, khoang ngực nở và phổi giãn theo. Khi thể tích chứa khí tăng, áp suất khí trong phế nang có xu hướng giảm thấp hơn áp suất không khí bên ngoài. Không khí từ nơi có áp suất cao hơn đi vào nơi có áp suất thấp hơn. Khi hít vào kết thúc và dòng khí tạm dừng, áp suất phế nang lại xấp xỉ áp suất bên ngoài. Vì vậy “phổi đang lớn hơn” không có nghĩa áp suất phế nang luôn thấp hơn bên ngoài ở mọi thời điểm.
Khi hai áp suất bằng nhau trong mô hình đơn giản, không có dòng khí ròng qua đường dẫn khí. Các áp suất phải được so sánh tại cùng thời điểm và theo cùng mốc.
Định luật Boyle giúp hiểu xu hướng thể tích tăng thì áp suất giảm, khi giữ nhiệt độ và lượng khí không đổi. Tuy nhiên, phổi thật là một hệ mở: không khí ra vào, lượng khí thay đổi theo thời gian và nhiều vùng phổi không giãn đồng đều. Vì thế không được áp dụng máy móc một tích áp suất–thể tích cố định cho toàn bộ nhịp thở như thể phổi là một bình kín. Trong bài học này, mô hình ưu tiên hướng biến đổi thay vì dự đoán áp suất thật của một người.
Khám phá 1 · Ghép chuỗi cơ học MÔ HÌNH TRÊN MÀN HÌNH
Chọn trạng thái của cơ hoành và mức thông suốt của ống khí trong mô hình. Quan sát việc tạo chênh lệch áp suất có đủ để khí đi qua hay không. Không thực hiện nín thở hoặc ép thở theo mô hình.
Thay đổi của cơ hoành
Trạng thái đường dẫn khí của mô hình
Giải thích giới hạn của mô hình
Mô hình chỉ xét tác động của thay đổi vị trí cơ hoành lên hướng dòng khí, với các cấu trúc khác được giữ giản lược. Trong cơ thể, xương sườn, mô đàn hồi, màng phổi và hoạt động thần kinh đều tham gia. Chọn “không đổi vị trí” không chứng minh một người thật không thể thở, vì lồng ngực vẫn có thể thay đổi nhờ các cơ khác.
Áp suất phế nang
Là áp suất của khí trong những túi phế nang. So sánh nó với áp suất bên ngoài giúp suy luận chiều đi của dòng không khí qua đường dẫn khí.
Áp suất khoang màng phổi
Thuộc khoảng giữa hai lá màng phổi, không phải lòng phế nang. Sự chênh lệch giữa áp suất phế nang và áp suất khoang màng phổi giúp duy trì độ giãn của phổi.
Hãy xét một ống bị chặn hoàn toàn: cơ hô hấp vẫn có thể tạo nỗ lực thay đổi áp suất, nhưng không có đường thông để không khí đi qua. Tình huống này cho thấy “cơ hoạt động” không đồng nghĩa “thông khí thành công”. Nếu một ống chỉ bị hẹp, dòng khí có thể vẫn tồn tại nhưng cần nỗ lực lớn hơn; không được dùng kết quả của ống bị chặn hoàn toàn để mô tả mọi trường hợp hẹp nhẹ.
Cách đọc một mô hình khoa học
Nêu biến được thay đổi, biến được giữ cố định và kết quả quan sát. Sau đó mới liên hệ với cơ thể. Mô hình có giá trị khi trả lời được một câu hỏi cụ thể; nó không cần giống cơ thể ở mọi chi tiết, nhưng phải công khai phần đã bỏ qua.
04
Sinh học · Cấu trúc, cơ chế, vận dụng
Thở ra bình thường chủ yếu nhờ đàn hồi
Hít vào và thở ra là hai pha liên tiếp, nhưng không phải hai pha luôn cần hai nhóm cơ đối lập co mạnh như nhau.
Trong thở ra yên tĩnh, cơ hoành và các cơ hít vào giảm hoạt động, rồi giãn. Phổi và thành ngực có xu hướng trở về trạng thái sau khi được kéo giãn trong hít vào. Tính đàn hồi tạo lực hồi phục, thể tích chứa khí giảm và áp suất phế nang tăng nhẹ cao hơn bên ngoài khi dòng khí đi ra. Vì vậy thở ra bình thường được mô tả là chủ yếu thụ động , xét về việc không cần co mạnh một nhóm cơ thở ra riêng.
“Thụ động” không có nghĩa hệ thần kinh ngừng điều khiển hoặc cơ thể không dùng năng lượng ở mọi hoạt động. Nó mô tả cơ chế lực của pha thở ra yên tĩnh. Cũng không có nghĩa phổi xẹp hoàn toàn: sau thở ra bình thường vẫn còn một lượng khí đáng kể trong phổi, duy trì nền để trao đổi khí tiếp tục diễn ra giữa các nhịp.
Khi thở ra gắng sức, cơ bụng và các cơ liên sườn trong liên quan có thể hoạt động, giúp tăng áp lực trong bụng, đưa cơ hoành lên và làm giảm thể tích khoang ngực mạnh hơn. Chỉ học câu “cơ liên sườn co thì hít vào” là thiếu, vì cần nêu cơ liên sườn ngoài hay trong, kiểu thở và hướng tác động.
Điểm so sánh · Hít vào bình thường · Thở ra bình thường · Thở ra gắng sức
Cơ hoành · Co, hạ thấp · Giãn, vòm trở lại · Được đẩy lên thêm nhờ cơ bụng
Vai trò lực chính · Co cơ hít vào · Hồi phục đàn hồi · Đàn hồi và co cơ thở ra
Thể tích ngực · Tăng · Giảm về phía mức nghỉ · Giảm mạnh hơn theo nỗ lực
Áp suất phế nang trong lúc có dòng khí · Thấp hơn bên ngoài · Cao hơn bên ngoài · Cao hơn bên ngoài
Chiều dòng khí · Đi vào · Đi ra · Đi ra
Đề bài gốc
Dấu hiệu của pha thở ra
Khi chúng ta thở ra thì
- cơ liên sườn ngoài co.
- cơ hoành co.
- thể tích lồng ngực giảm.
- thể tích lồng ngực tăng.
Lời giải từng bước
Chọn C trong chu kì thở tự nhiên được xét. Thể tích lồng ngực giảm trong pha thở ra. Cơ liên sườn ngoài và cơ hoành co là những sự kiện thuộc hít vào bình thường, nên A và B không phù hợp. D mô tả xu hướng tăng thể tích, phù hợp với hít vào.
Câu hỏi không buộc ta khẳng định mọi cơ đều giãn trong mọi kiểu thở ra. Nếu thở ra gắng sức, các cơ thở ra có thể co; kết luận về giảm thể tích vẫn phù hợp. Đây là ví dụ về lựa chọn một kết quả cơ học vững hơn một phát biểu tuyệt đối về tất cả các cơ.
Bẫy cần tránh
Không đổi “cơ hoành giãn” thành “cơ hoành co đẩy khí ra”. Cơ bụng co có thể đẩy cơ hoành lên trong thở ra gắng sức.
Đề bài gốc
Phối hợp cơ và xương
Các cơ xương ở lồng ngực đã phối hợp hoạt động với nhau như thế nào để làm tăng thể tích lồng ngực khi hít vào và làm giảm thể tích lồng ngực khi thở ra?
Lời giải từng bước
Hít vào: cơ hoành co và hạ xuống; cơ liên sườn ngoài co, giúp nâng xương sườn và mở rộng lồng ngực. Các kích thước của khoang ngực tăng; phổi giãn theo; khí đi vào nhờ chênh lệch áp suất.