Układ oddechowy — sprawdzian z biologii, klasa 7

Dwa znaczenia słowa „oddychanie” i dlaczego zadanie je rozdziela

To rozróżnienie decyduje o kilku punktach w arkuszu, a mylone jest najczęściej z całego działu. Wentylacja płuc to mechaniczne nabieranie i wypuszczanie powietrza, czyli wdechy i wydechy. Oddychanie komórkowe to proces zachodzący wewnątrz komórek całego ciała, w którym z udziałem tlenu uwalniana jest energia zgromadzona w pokarmie, a produktami są dwutlenek węgla i woda.

Związek między nimi jest jednokierunkowy i warto umieć opisać go jednym zdaniem: układ oddechowy dostarcza tlen potrzebny komórkom i odbiera powstający w nich dwutlenek węgla, a samo uwalnianie energii odbywa się poza nim. Dlatego zdanie „energia powstaje w płucach” jest fałszem — w płucach następuje tylko wymiana gazów między powietrzem a krwią.

Stąd wynika też odpowiedź na pytanie, po co w ogóle oddychamy. Nie po to, żeby „nabrać powietrza”, ale dlatego, że bez stałego dopływu tlenu komórki nie uwolnią energii z pokarmu, a dwutlenek węgla gromadzący się w ciele zaburzyłby pracę narządów. Każda z tych dwóch funkcji — dostarczanie i usuwanie — jest w kluczu punktowana osobno, więc odpowiedź musi wymienić obie.

Droga tlenu ma w sumie cztery etapy i uszeregowanie ich bywa osobnym zadaniem: wentylacja płuc, wymiana gazowa w pęcherzykach, transport krwią do komórek, a na końcu oddychanie komórkowe. Dwutlenek węgla przechodzi tę samą drogę w odwrotnym kierunku.

I jedna pułapka językowa, którą arkusz podstawia chętnie: wymiana gazowa zachodzi w dwóch miejscach. W pęcherzykach płucnych — między powietrzem a krwią. I w tkankach — między krwią a komórkami ciała. Pytanie „gdzie zachodzi wymiana gazowa” wymaga obu odpowiedzi albo dokładnego wskazania, o którą wymianę chodzi. Jeśli zadanie pyta o wymianę zewnętrzną, mowa jest o płucach; jeśli o wewnętrzną — o tkankach.

Skład powietrza wdychanego i wydychanego — co właściwie odczytać z tabeli

Zadanie z tą tabelą pojawia się niemal w każdym arkuszu z działu i rzadko pyta o same wartości. Pyta o to, co z nich wynika.

Trzy wnioski z tej tabeli wracają w zadaniach otwartych. Pierwszy: w wydychanym powietrzu tlen wciąż jest — i to niemało. Dlatego da się stosować sztuczne oddychanie metodą usta–usta, o co arkusz pyta wprost. Drugi: zmiana zawartości dwutlenku węgla jest wielokrotna, a zmiana zawartości tlenu stosunkowo niewielka — czyli nie cały wdychany tlen zostaje wykorzystany. Trzeci: azot się nie zmienia, bo nie uczestniczy w wymianie gazowej; podpowiada to, które składniki krew pobiera.

Z wilgotnością i temperaturą wiąże się prosta obserwacja do zadania o wnioskowanie: chuchnięcie na zimną szybę zostawia na niej mgłę. Para wodna z wydychanego powietrza skrapla się na chłodnej powierzchni — to dowód, że powietrze wydychane jest cieplejsze i wilgotniejsze od otoczenia.

Obecność dwutlenku węgla sprawdza się drugim doświadczeniem: wydmuchiwaniem powietrza przez rurkę do wody wapiennej, która mętnieje. Zadanie pyta zwykle o próbę odniesienia, a jest nią druga szklanka tej samej wody, przez którą przepuszcza się powietrze z otoczenia — mętnieje znacznie słabiej albo wcale.

Pęcherzyk płucny pod lupą: cztery cechy, jedna funkcja

Pęcherzyki płucne to miejsce, w którym dzieje się właściwa praca płuc, i dlatego ich rysunek jest w arkuszu obowiązkowy. Zadanie nie prosi o opis, lecz o powiązanie cechy budowy z funkcją — dokładnie tak, jak poniżej.

Sama wymiana polega na przechodzeniu gazów z miejsca, gdzie jest ich więcej, tam, gdzie jest ich mniej. Tlen wędruje z powietrza w pęcherzyku do krwi, bo w krwi dopływającej do płuc jest go mało. Dwutlenek węgla idzie w stronę odwrotną, bo w tej samej krwi jest go dużo. Nie trzeba do tego żadnej pompy — wystarcza różnica zawartości po obu stronach cienkiej ściany.

Z tego mechanizmu bierze się odpowiedź na jedno z trudniejszych pytań w dziale: dlaczego wymiana gazowa nie zachodzi w tchawicy ani w oskrzelach. Ich ściany są grube i nie oplatają ich naczynia włosowate, więc gazy nie mają przez co przejść. Drogi oddechowe tylko prowadzą powietrze.

Często pytane jest też znaczenie liczby pęcherzyków dla sprawności oddychania. Odpowiedź buduje się przez następstwo: im więcej pęcherzyków, tym większa powierzchnia wymiany, a im większa powierzchnia, tym więcej tlenu w tym samym czasie trafia do krwi. Dlatego choroby niszczące pęcherzyki — na przykład rozedma — obniżają wydolność, mimo że drogi oddechowe pozostają drożne.

I szczegół, który bywa punktem w zadaniu o budowę płuc: pęcherzyki są skupione na końcach najdrobniejszych oskrzelików, a całe płuco ma strukturę gąbczastą właśnie dlatego, że składa się głównie z nich.

Co dzieje się z tlenem po przejściu do krwi

Ten fragment łączy dział z układem krwionośnym i jest w arkuszu sprawdzany jednym, ale rozbudowanym zadaniem — zwykle schematem ze strzałkami, na którym trzeba dopisać, co jest przenoszone w którą stronę.

Tlen, który przeszedł do krwi, nie płynie w niej swobodnie. Wiąże go hemoglobina, czyli czerwony barwnik znajdujący się w krwinkach czerwonych. Dzięki temu krew przenosi wielokrotnie więcej tlenu, niż zdołałaby przenieść sama ciecz. W tkankach połączenie się rozpada i tlen przechodzi do komórek, w których jest go mało.

Dwutlenek węgla wraca z tkanek do płuc i jest przenoszony głównie w osoczu, czyli w płynnej części krwi. W pęcherzykach przechodzi do powietrza i zostaje usunięty z wydechem. Stąd dwie strzałki na schemacie w tkankach i dwie w płucach, w przeciwnych kierunkach — to najczęściej gubiony element rysunku.

Kolejność narządów w tej drodze bywa osobnym pytaniem: z pęcherzyków krew z tlenem płynie do serca, a stamtąd do wszystkich tkanek ciała; z tkanek wraca z dwutlenkiem węgla do serca i dalej do płuc. Serce jest więc w tej opowieści pompą, a nie miejscem wymiany.

Z zależności między tlenem a hemoglobiną wynika praktyczny wniosek, o który arkusz pyta w formie problemowej: przy niedoborze krwinek czerwonych albo hemoglobiny tlen trafia do komórek w mniejszej ilości, choć płuca pracują normalnie. Objawem jest szybkie męczenie się i senność, a przyczyna leży nie w układzie oddechowym, lecz w transporcie.

I ostrzeżenie, które w podręcznikach stoi obok hemoglobiny, bo wynika wprost z jej działania: tlenek węgla, czyli czad, wiąże się z hemoglobiną trwalej niż tlen i blokuje jej zdolność przenoszenia. Dlatego zatrucie czadem jest groźne niezależnie od tego, jak głęboko człowiek oddycha, a jedyną ochroną jest sprawny przewód kominowy, dopływ powietrza do pomieszczenia i czujnik czadu. To pytanie wraca w zadaniu o sytuację do oceny.

Mechanizm wdechu i wydechu — schemat z przeponą w dwóch położeniach

To zadanie wygląda w arkuszu zawsze podobnie: dwa rysunki klatki piersiowej obok siebie, na jednym przepona wygięta w górę, na drugim spłaszczona, i polecenie „określ, który schemat przedstawia wdech, i uzasadnij”. Pełne uzasadnienie ma trzy ogniwa.

Łańcuch przyczyn czyta się z góry na dół i w takiej postaci trzeba go zapisać: mięśnie zmieniają objętość klatki, zmiana objętości zmienia ciśnienie, a różnica ciśnień wprawia powietrze w ruch. Odpowiedź „bo się nabiera powietrza” nie dostaje punktu, bo pomija ogniwo z ciśnieniem.

Najważniejsze zdanie całej tej części brzmi: płuca nie mają własnych mięśni. Nie rozciągają się same, lecz biernie podążają za ruchem klatki piersiowej. To odpowiedź na pytanie, dlaczego uszkodzenie nerwu poruszającego przeponę zatrzymuje oddychanie, choć same płuca są zdrowe.

Model, który to pokazuje, składa się z przeciętej butelki, balonika rozciągniętego na dolnym otworze i drugiego balonika zamocowanego wewnątrz na rurce. Pociągnięcie dolnego balonika w dół rozdyma ten w środku, puszczenie — spuszcza go. Dolny balonik to przepona, wewnętrzny to płuco, butelka to klatka piersiowa. W zadaniu trzeba przypisać te trzy elementy i wskazać ograniczenie modelu: brak ruchomych żeber.

Częstość oddechów zmienia się z potrzebą — rośnie przy wysiłku, bo komórki pracujących mięśni zużywają więcej tlenu i wytwarzają więcej dwutlenku węgla. Ośrodek w mózgu reaguje przy tym głównie na wzrost zawartości dwutlenku węgla we krwi, a nie na spadek tlenu, i to rozróżnienie bywa punktem.

Schemat dróg oddechowych: podpisz i powiedz, co tam się dzieje

Dopiero teraz warto wracać do nazw, bo każda ma już przypisane zadanie. Na schemacie podpisuje się kolejno drogę powietrza od nosa do pęcherzyków.

Dwa odcinki mają własne pytania. Jama nosowa jest odpowiedzią na polecenie „wyjaśnij, dlaczego lepiej oddychać nosem niż ustami”: tylko tam powietrze zostaje ogrzane, nawilżone i wstępnie oczyszczone, a przez usta wchodzi zimne i zapylone. Nagłośnia odpowiada na pytanie, dlaczego nie wolno jeść w pośpiechu ani rozmawiać z pełnymi ustami — przy przełykaniu zamyka wejście do krtani, a zakłócenie tego odruchu kończy się zachłyśnięciem.

Pierścienie chrzęstne tchawicy to klasyczne zadanie na powiązanie budowy z funkcją: są sztywne, więc tchawica nie zapada się przy wdechu, a niedomknięte z tyłu — więc kęs przechodzący przełykiem ma miejsce.

Płuca otacza opłucna, czyli podwójna błona, między której warstwami jest niewielka ilość płynu. Dzięki niej płuca przesuwają się względem klatki piersiowej bez tarcia i przylegają do jej ścian. Warto pamiętać, że płuco prawe i lewe nie są identyczne — lewe jest mniejsze, bo obok niego leży serce. To bywa pytane przy rysunku.

Dwa pomiary na sobie i co z nich odczytać

Dział można sprawdzić na własnym ciele i właśnie takie pomiary arkusz najchętniej opisuje w zadaniach z danymi. Oba robi się bez żadnego sprzętu poza stoperem, balonem i centymetrem.

Pierwszy pomiar odpowiada na pytanie, po co organizmowi szybszy oddech przy wysiłku: pracujące mięśnie zużywają więcej tlenu i wytwarzają więcej dwutlenku węgla, więc wentylacja musi wzrosnąć. Powrót do wartości wyjściowej po odpoczynku jest w zadaniach nazywany miarą wydolności — im szybszy, tym lepiej wytrenowany organizm.

Drugi pomiar wprowadza pojęcie pojemności życiowej płuc, czyli największej objętości powietrza, jaką można wydmuchnąć po najgłębszym wdechu. Zależy ona od wzrostu, wieku, płci i aktywności fizycznej; u osób regularnie ćwiczących jest większa. Zadanie zwykle podaje tabelę wyników kilku osób i pyta, kto ma największą pojemność oraz z czym to może się wiązać.

Przy obu pomiarach arkusz sprawdza umiejętność, której nie widać w definicjach: porównywanie przy jednej zmiennej. Jeśli chcemy sprawdzić wpływ wysiłku, wszystkie pomiary musi wykonać ta sama osoba tym samym sposobem. Jeśli porównujemy osoby, pomiar trzeba wykonać w tych samych warunkach i tą samą metodą. Pytanie „dlaczego nie można porównać wyniku zmierzonego balonem z wynikiem z aparatu w przychodni” ma odpowiedź właśnie tutaj.

Warto też pamiętać, że powietrza w płucach nigdy nie da się wydmuchnąć do końca — część zostaje, bo drogi oddechowe i pęcherzyki nie zapadają się całkowicie.

Co broni dróg oddechowych i co ten mechanizm psuje

W tym dziale nie wystarczy lista zaleceń — zadania pytają, który mechanizm obronny zostaje wyłączony. Dlatego najpierw obrona, potem zagrożenia.

Drogi oddechowe chronią się na cztery sposoby. Włoski i śluz w jamie nosowej wychwytują pyły i drobnoustroje. Rzęski pokrywające nabłonek dróg oddechowych nieustannie przesuwają śluz z zanieczyszczeniami w stronę gardła, skąd zostaje usunięty. Odruch kaszlu i kichania gwałtownie wyrzuca powietrze razem z tym, co podrażniło błonę śluzową. I wreszcie ogrzewanie oraz nawilżanie w jamie nosowej, bo zimne i suche powietrze samo w sobie podrażnia drogi oddechowe.

Choroby, które warto znać z nazwy, dzielą się na dwie grupy. Zakaźne — przeziębienie, grypa, zapalenie oskrzeli i płuc, gruźlica — przenoszą się głównie drogą kropelkową, więc chroni zakrywanie ust przy kaszlu, wietrzenie i unikanie dużych skupisk w okresie zachorowań. Niezakaźne — astma, rozedma, pylica — wynikają z podrażnienia, uczulenia albo długotrwałego wdychania zanieczyszczeń.

Zadanie o profilaktykę jest punktowane za konkret, nie za hasło. „Nie palić” to połowa odpowiedzi; druga połowa brzmi: dym uszkadza rzęski, więc zanieczyszczenia przestają być usuwane z dróg oddechowych. Tak samo przy wietrzeniu — chodzi o obniżenie zawartości dwutlenku węgla i wilgotności oraz o zmniejszenie liczby drobnoustrojów w powietrzu.

Plan powtórki na trzy wieczory

Powtórkę warto prowadzić w tej samej kolejności, w jakiej ułożony jest ten tekst: najpierw dane i procesy, nazwy na końcu. Wtedy schemat do podpisania jest już tylko porządkowaniem czegoś zrozumiałego.

Pomiary z siódmej części najlepiej wpleść w drugi wieczór — zajmują kwadrans, a dają gotowe dane do zadania o wnioskowanie. Wystarczy stoper, balon i centymetr krawiecki.

Po trzecim wieczorze przychodzi cały arkusz na czas. Dopiero wtedy wychodzą pomyłki, które przy odpytywaniu nie są widoczne: uzasadnienie wdechu bez ogniwa z ciśnieniem, azot wpisany jako składnik zużywany przez organizm, wymiana gazowa umieszczona w tchawicy.

Dwie uwagi praktyczne. Pierwsza: przy każdym „dlaczego” żądaj łańcucha, nie hasła. W tym dziale prawie wszystkie uzasadnienia mają postać następstwa — jedna rzecz pociąga drugą — i klucz punktuje właśnie ogniwa.

Druga: nie ucz tabeli składu powietrza jako czterech liczb do zapamiętania. Wystarczy pamiętać kierunek zmiany każdego składnika i jego przyczynę; liczby w zadaniu zwykle są podane, a pytanie dotyczy wniosku.

Wersja minimum na ostatni wieczór zajmuje kwadrans: kierunki zmian w powietrzu wydychanym, cztery cechy pęcherzyka z ich skutkami i łańcuch wdechu od przepony do ruchu powietrza.

Jak wygląda nasz arkusz do tego działu

Układ zadań w naszym arkuszu odpowiada temu, co w tym dziale najczęściej rozstrzyga o ocenie, czyli czytaniu danych i schematów. Otwiera go tabela składu powietrza z zasłoniętą jedną kolumną: trzeba uzupełnić kierunek zmiany i dopisać przyczynę przy każdym składniku. Drugie zadanie to para rysunków klatki piersiowej z przeponą w dwóch położeniach, z poleceniem rozpoznania wdechu i uzasadnienia przez pełny łańcuch przyczyn.

Trzecie zadanie pokazuje pęcherzyk oplecony naczyniami — trzeba nanieść strzałki obu gazów i powiązać dwie cechy budowy z funkcją. Czwarte to schemat dróg oddechowych do podpisania, z dodatkowym pytaniem o jeden wybrany odcinek. Piąte zawiera dane z pomiarów częstości oddechów trzech osób przed wysiłkiem i po nim, z pytaniem, czyj organizm wraca do spoczynku najszybciej i co to oznacza. Szóste opisuje model z butelki i balonów i pyta, co w nim odpowiada przeponie oraz czego ten model nie pokazuje.

Zestaw zamyka sytuacja do oceny: osoba paląca od lat skarży się na przewlekły kaszel, a w odpowiedzi trzeba wskazać uszkodzony mechanizm obronny i jego skutek. Zakres i punktacja w wersjach A i B są identyczne, natomiast dane w tabelach i rysunki są w nich różne — i to wystarcza, żeby druga wersja była realnym sprawdzeniem, a nie powtórzeniem z pamięci. Klucz do zadań z uzasadnieniem rozpisujemy na ogniwa, więc widać, czy zabrakło ciśnienia, czy objętości. Każdy element zestawu ma swój klucz w osobnym podfolderze. Kartkówka obejmuje mechanizm wdechu i wydechu oraz skład powietrza i zajmuje kwadrans. Pliki PDF drukują się na zwykłej drukarce A4, a zadania są nasze, napisane pod podstawę programową MEN, nie pod jedną serię.

Najczęstsze błędy i pułapki

Pomyłki, które w tym dziale zabierają najwięcej punktów. Każda nadaje się na pytanie przy schemacie dzień przed sprawdzianem.

„Energia powstaje w płucach”. W płucach zachodzi wymiana gazów. Energia uwalniana jest w komórkach całego ciała, w oddychaniu komórkowym.

Uzasadnienie wdechu bez ciśnienia. Pełny łańcuch brzmi: mięśnie zwiększają objętość klatki, ciśnienie w płucach spada, powietrze wchodzi.

Płuca opisane jako narząd mięśniowy. Płuca nie mają własnych mięśni i podążają biernie za ruchem klatki piersiowej.

Wymiana gazowa umieszczona w tchawicy lub oskrzelach. Ich ściany są grube i nie oplatają ich naczynia włosowate. Wymiana zachodzi tylko w pęcherzykach.

Azot policzony do gazów zużywanych przez organizm. Jego zawartość w powietrzu wdychanym i wydychanym jest praktycznie taka sama.

„W powietrzu wydychanym nie ma już tlenu”. Tlenu jest w nim wciąż około 16 procent, dlatego sztuczne oddychanie metodą usta–usta ma sens.

Przepona narysowana odwrotnie. Przy wdechu przepona kurczy się i obniża, przy wydechu rozluźnia się i wygina ku górze.

Nagłośnia przypisana do wytwarzania głosu. Głos powstaje na strunach głosowych w krtani; nagłośnia zamyka wejście do krtani przy przełykaniu.

Hemoglobina umieszczona w osoczu. Hemoglobina znajduje się w krwinkach czerwonych i to ona wiąże tlen.

Profilaktyka podana jako hasło. „Nie palić” to połowa odpowiedzi. Druga połowa wskazuje mechanizm: dym uszkadza rzęski, więc śluz z zanieczyszczeniami zalega.

Ośrodek oddechowy opisany jako reagujący na brak tlenu. Przyspieszenie oddechu wywołuje głównie wzrost zawartości dwutlenku węgla we krwi.

Pojemność życiowa pomylona z całą objętością płuc. Pojemność życiowa to objętość wydmuchana po najgłębszym wdechu. Część powietrza zostaje w płucach zawsze i nie da się jej wydmuchać.

Odczyt tabeli bez jednostki i bez porównania. Nie wystarczy przepisać liczby. Trzeba napisać, czy wartość rośnie, czy maleje, i dodać jednostkę z nagłówka kolumny.

Czad potraktowany jak gaz duszący przez wypieranie tlenu z powietrza. Tlenek węgla wiąże się z hemoglobiną trwalej niż tlen, więc krew przestaje tlen przenosić, choć w powietrzu tlen nadal jest.