Номер 5, страница 96 - гдз по химии 7 класс учебник Шиманович, Красицкий

5. Почему при выполнении тяжелой физической работы дыхание человека становится более частым и глубоким?

При выполнении тяжелой физической работы дыхание человека становится более частым и глубоким из-за возросшей потребности организма в энергии и необходимости поддерживать гомеостаз (постоянство внутренней среды). Этот процесс регулируется нервной и гуморальной системами и включает в себя несколько ключевых этапов.

1. Увеличение энергетических затрат

Тяжелая физическая работа, такая как бег, поднятие тяжестей или интенсивные упражнения, требует активного сокращения скелетных мышц. Для этого процесса необходима энергия в виде молекул АТФ (аденозинтрифосфата).

2. Усиление клеточного дыхания

Основной способ производства АТФ в клетках — это аэробное клеточное дыхание, биохимический процесс, при котором органические вещества (в основном глюкоза) окисляются с участием кислорода. Упрощенная формула этого процесса выглядит так:
$C_6H_{12}O_6 \text{ (глюкоза)} + 6O_2 \text{ (кислород)} \rightarrow 6CO_2 \text{ (углекислый газ)} + 6H_2O \text{ (вода)} + \text{Энергия (АТФ)}$
При физической нагрузке скорость клеточного дыхания в мышечных клетках многократно возрастает, чтобы обеспечить их необходимой энергией.

3. Изменение газового состава крови

Усиленное клеточное дыхание приводит к двум основным изменениям в крови, омывающей работающие мышцы:
- Повышенное потребление кислорода ($O_2$): Мышцы активно забирают кислород из крови для окислительных процессов.
- Повышенное выделение углекислого газа ($CO_2$): Углекислый газ, являясь продуктом распада, в больших количествах поступает из мышечных клеток в кровь.

4. Регуляция дыхания

Центр регуляции дыхания находится в продолговатом мозге. Его работа зависит от сигналов, поступающих от специальных хеморецепторов, которые чувствительны к химическому составу крови. Главным регулятором частоты и глубины дыхания является концентрация углекислого газа ($CO_2$) в крови, а не недостаток кислорода, как можно было бы подумать.
Когда концентрация $CO_2$ в крови повышается, он вступает в реакцию с водой, образуя угольную кислоту ($H_2CO_3$), что приводит к снижению pH крови (повышению кислотности). Хеморецепторы (как в самом мозге, так и в крупных сосудах, таких как аорта и сонные артерии) улавливают это изменение и посылают мощные нервные импульсы в дыхательный центр.

5. Ответная реакция организма

В ответ на сигналы от хеморецепторов дыхательный центр посылает команды дыхательным мышцам (диафрагме и межреберным мышцам), что вызывает два эффекта:
- Учащение дыхания: Команды на сокращение мышц поступают чаще, что увеличивает количество вдохов и выдохов в минуту. Это позволяет быстрее обновлять воздух в легких.
- Углубление дыхания: Команды становятся более сильными, заставляя дыхательные мышцы сокращаться с большей амплитудой. Это увеличивает дыхательный объем — количество воздуха, поступающего в легкие за один вдох.

Таким образом, более частое и глубокое дыхание является рефлекторной реакцией организма, направленной на то, чтобы, с одной стороны, доставить к работающим мышцам больше кислорода, а с другой — эффективно удалить из крови избыток накопившегося углекислого газа и восстановить кислотно-щелочной баланс.

Ответ: При выполнении тяжелой физической работы мышцам требуется значительно больше энергии. Для ее выработки в процессе клеточного дыхания интенсивно расходуется кислород и образуется большое количество углекислого газа. Повышение концентрации углекислого газа в крови стимулирует дыхательный центр в головном мозге, который рефлекторно увеличивает частоту и глубину дыхательных движений. Это позволяет обеспечить усиленный приток кислорода к мышцам и быстрое удаление избытка углекислого газа из организма.