Hệ hô hấp — Cấu tạo, chức năng và trao đổi khí

Hệ hô hấp là hệ cơ quan đưa oxy vào cơ thể và loại bỏ carbon dioxide. Không khí đi qua các đường dẫn khí vào phổi, nhưng trao đổi khí chủ yếu diễn ra ở phế nang, những túi khí rất nhỏ nơi không khí và máu ở rất gần nhau. Đây là ý chính quan trọng nhất mà đa số học sinh cần nắm trước.

Cần phân biệt thêm một điểm: hô hấp là quá trình đưa không khí ra vào phổi, còn hô hấp tế bào là quá trình tế bào dùng để giải phóng năng lượng. Hệ hô hấp hỗ trợ hô hấp tế bào, nhưng không phải là cùng một quá trình.

Chức năng của hệ hô hấp là gì?

Hệ hô hấp có ba nhiệm vụ chính:

• đưa không khí vào và ra khỏi phổi
• trao đổi oxy và carbon dioxide giữa không khí và máu
• giúp điều hòa thành phần hóa học của máu bằng cách kiểm soát lượng carbon dioxide được thải ra

Ba nhiệm vụ này liên kết chặt chẽ với nhau. Tế bào cần oxy cho hô hấp tế bào hiếu khí và tạo ra carbon dioxide như một chất thải. Hệ hô hấp giúp duy trì cả hai loại khí ở mức phù hợp bằng cách phối hợp chặt chẽ với hệ tuần hoàn.

Cấu tạo của hệ hô hấp

Mũi, miệng, hầu và thanh quản

Không khí thường đi vào qua mũi hoặc miệng. Các khoang mũi giúp lọc, làm ấm và làm ẩm không khí trước khi nó đi qua hầu và thanh quản để đến khí quản.

Ở giai đoạn này, hệ chủ yếu vận chuyển và điều chỉnh không khí, chứ chưa trao đổi khí.

Khí quản, phế quản và tiểu phế quản

Khí quản dẫn không khí đi xuống lồng ngực. Nó phân nhánh thành phế quản, rồi tiếp tục phân nhánh thành các tiểu phế quản nhỏ hơn bên trong phổi.

Các ống này tạo thành đường dẫn khí chính. Chúng quan trọng vì không khí mới phải đến được phế nang thì trao đổi khí mới diễn ra hiệu quả.

Phổi và phế nang

Phổi chứa hàng triệu phế nang. Mỗi phế nang có thành rất mỏng và nằm sát các mạch máu nhỏ gọi là mao mạch. Điều này khiến oxy và carbon dioxide chỉ phải đi qua một quãng đường rất ngắn.

Đây là nơi diễn ra phần lớn quá trình trao đổi khí. Oxy đi từ không khí trong phế nang vào máu, còn carbon dioxide đi từ máu vào phế nang.

Cơ hoành và các cơ hô hấp

Hô hấp phụ thuộc vào hoạt động của cơ. Cơ hoành là cơ chính trong hô hấp lúc nghỉ. Khi nó co lại, khoang ngực nở ra và không khí được hút vào phổi. Khi nó giãn ra, phổi co hồi và không khí đi ra ngoài.

Khi cần hô hấp mạnh hơn, chẳng hạn lúc tập thể dục, các cơ khác cũng có thể hỗ trợ làm lồng ngực nở ra mạnh hơn.

Trao đổi khí diễn ra ở đâu và hoạt động như thế nào

Trao đổi khí chủ yếu diễn ra qua bề mặt phế nang - mao mạch. Ý tưởng cốt lõi rất đơn giản: các chất khí khuếch tán từ nơi có áp suất riêng phần cao hơn đến nơi có áp suất riêng phần thấp hơn.

Trong phổi khỏe mạnh, không khí ở phế nang có lượng oxy sẵn có cao hơn máu đi đến từ các mô trong cơ thể, nên oxy khuếch tán vào máu. Dòng máu đi đến này có nhiều carbon dioxide hơn không khí trong phế nang, nên carbon dioxide khuếch tán theo chiều ngược lại và được thở ra ngoài.

Cả luồng không khí và dòng máu đều quan trọng. Nếu không khí đến được phế nang nhưng dòng máu kém, trao đổi khí sẽ bị hạn chế. Nếu máu đến được phế nang nhưng không có đủ không khí mới, trao đổi khí cũng sẽ bị hạn chế.

Ví dụ có hướng dẫn: vì sao nhịp thở tăng khi tập thể dục

Hãy tưởng tượng một học sinh bắt đầu chạy nước rút trong thời gian ngắn.

Các cơ ở chân sử dụng oxy nhanh hơn và tạo ra carbon dioxide nhanh hơn. Máu trở về từ các cơ đó mang thêm carbon dioxide đến phổi. Đáp lại, nhịp thở thường trở nên nhanh hơn và sâu hơn, đưa nhiều không khí mới hơn đến phế nang và loại bỏ carbon dioxide nhanh hơn.

Điểm quan trọng không chỉ là tập thể dục khiến bạn thở gấp. Ví dụ này cho thấy hệ hô hấp và hệ tuần hoàn điều chỉnh cùng nhau để đáp ứng nhu cầu của mô. Nếu nhu cầu của cơ tăng lên, cả thông khí và vận chuyển bằng máu đều phải tăng theo.

Những lỗi học sinh thường mắc

Nghĩ rằng hô hấp và hô hấp tế bào hoàn toàn giống nhau

Trong sinh học, hô hấp hay thông khí là quá trình đưa không khí ra vào phổi. Hô hấp tế bào là quá trình hóa học mà tế bào dùng để giải phóng năng lượng. Hệ hô hấp hỗ trợ quá trình đó, nhưng không thay thế nó.

Cho rằng trao đổi khí diễn ra ở khí quản hoặc phế quản

Khí quản, phế quản và tiểu phế quản chủ yếu dẫn khí. Phần lớn trao đổi khí diễn ra ở phế nang, nơi không khí và máu chỉ cách nhau bởi một hàng rào rất mỏng.

Cho rằng oxy là khí quan trọng duy nhất

Carbon dioxide cũng quan trọng không kém để hiểu hệ này. Việc loại bỏ carbon dioxide là thiết yếu, và sự thay đổi nồng độ carbon dioxide cũng ảnh hưởng đến pH của máu.

Quên vai trò của hệ tuần hoàn

Phổi có thể trao đổi khí với máu, nhưng máu vẫn phải mang oxy đến các mô và đưa carbon dioxide trở lại. Hệ hô hấp và hệ tuần hoàn hoạt động như một cặp gắn kết.

Khi nào bạn dùng khái niệm này trong sinh học

Bạn sẽ dùng ý tưởng này trong giải phẫu học, sinh lý học, khoa học thể dục thể thao và y học. Nó giúp giải thích vì sao đường thở bị hẹp làm việc thở khó hơn, vì sao bệnh phổi có thể làm giảm việc cung cấp oxy, và vì sao vận động làm thay đổi cả nhịp thở lẫn nhịp tim.

Nó cũng liên hệ trực tiếp với trao đổi khí, mao mạch, cân bằng nội môi và hô hấp tế bào. Khi bạn hiểu đường đi của không khí và vai trò của phế nang, nhiều chủ đề học sau sẽ trở nên dễ hơn.

Tự lần theo đường đi

Hãy lần theo đường đi của một phân tử oxy từ mũi hoặc miệng đến khí quản, phế quản, tiểu phế quản, phế nang, máu và sau đó là một tế bào cơ. Sau đó, lần theo đường đi của một phân tử carbon dioxide theo chiều ngược lại. Nếu bạn có thể theo dõi cả hai đường đi mà không bỏ qua phế nang, thì bạn thường đã thực sự hiểu hệ hô hấp.