Sistemul respirator asigură aprovizionarea organismului cu oxigen și eliminarea dioxidului de carbon. Este format din căile respiratorii și plămâni, iar funcționarea lui are trei etape: ventilația pulmonară, schimburile de gaze și transportul gazelor prin sânge. Pentru BAC biologie (B2) contează mai ales traseul aerului, mecanismul inspirației și expirației și calculele cu volume pulmonare.
Ce înseamnă „respirație” la biologie
Cuvântul are două sensuri, iar subiectele le pot pune față în față. Respirația pulmonară (externă) înseamnă schimbul de gaze dintre aerul din alveole și sânge. Respirația celulară (internă) este procesul din mitocondrii prin care substanțele organice sunt oxidate pentru a obține energie (ATP), consumând O2 și producând CO2 — vezi respirația celulară aerobă. Sistemul respirator există, de fapt, ca să susțină a doua: aduce oxigenul de care au nevoie mitocondriile și elimină dioxidul de carbon pe care ele îl produc.
Căile respiratorii
Aerul inspirat parcurge, în ordine: cavitatea nazală (fosele nazale) → faringe → laringe → trahee → bronhii → bronhiole → alveole pulmonare. Ordinea apare foarte des la itemii grilă, așa că învaț-o ca pe o propoziție.
- Fosele nazale — mucoasa bogat vascularizată încălzește și umezește aerul, iar perii și mucusul rețin particulele. În partea superioară se află mucoasa olfactivă.
- Faringele — organ comun căilor respiratorii și digestive.
- Laringele — conține coardele vocale, deci este și organul fonației; epiglota închide intrarea în laringe la înghițire.
- Traheea — tub susținut de inele cartilaginoase incomplete, căptușit cu epiteliu ciliat, care împinge mucusul cu impurități spre faringe.
- Bronhiile — traheea se împarte în două bronhii principale, care se ramifică în interiorul plămânilor formând arborele bronșic, până la bronhiole.
Plămânii și alveolele
Plămânii sunt situați în cavitatea toracică, de o parte și de alta a inimii. Plămânul drept are trei lobi, iar plămânul stâng doi (lasă loc inimii). Fiecare plămân este învelit de pleură, cu două foițe: viscerală (lipită de plămân) și parietală (lipită de peretele toracic); între ele se află cavitatea pleurală, cu o lamă subțire de lichid care permite alunecarea și face ca plămânii să urmeze mișcările toracelui.
Unitatea morfofuncțională a plămânului este acinul pulmonar, format dintr-o bronhiolă respiratorie și alveolele ei. Alveolele au un perete extrem de subțire, înconjurat de o rețea densă de capilare. Numărul lor foarte mare creează o suprafață de schimb imensă. Gazele trec prin difuzie, din zona cu presiune parțială mare spre zona cu presiune parțială mică: O2 din alveolă în sânge, CO2 din sânge în alveolă.
Ventilația pulmonară: inspirația și expirația
Aerul intră și iese din plămâni din cauza diferenței de presiune dintre atmosferă și plămâni, creată de modificarea volumului cutiei toracice.
| Inspirația | Expirația (în repaus) | |
|---|---|---|
| Tipul procesului | Activ | Pasiv |
| Diafragma | Se contractă și coboară | Se relaxează și urcă (bombată) |
| Mușchii intercostali externi | Se contractă, coastele se ridică | Se relaxează, coastele coboară |
| Volumul cutiei toracice | Crește | Scade |
| Presiunea din plămâni | Scade sub cea atmosferică — aerul intră | Crește peste cea atmosferică — aerul iese |
În efort, expirația devine activă, prin contracția mușchilor intercostali interni și a mușchilor abdominali. Frecvența respiratorie în repaus la adult este de aproximativ 16–18 respirații pe minut.
Reglarea respirației se face automat de centrii respiratori din trunchiul cerebral (bulb și punte). Stimulul principal este creșterea concentrației de CO2 din sânge: în efort se produce mai mult CO2, iar respirația se accelerează și devine mai amplă. Poți influența voluntar respirația pentru scurt timp (să-ți ții respirația), datorită scoarței cerebrale — vezi sistemul nervos.
Exemplu de item BAC (Subiectul I, D): „În timpul inspirației, diafragma se relaxează, iar volumul cutiei toracice scade.” Dacă apreciezi afirmația ca falsă, modific-o parțial pentru a deveni adevărată, fără a folosi negația.
Rezolvare: Fals. Varianta corectă: „În timpul inspirației, diafragma se contractă, iar volumul cutiei toracice crește.” Modifică doar cuvintele greșite și păstrează restul enunțului.
Volumele și capacitățile pulmonare
Valorile de mai jos sunt cele orientative folosite în manuale, pentru un adult tânăr:
| Volum / capacitate | Definiție | Valoare orientativă |
|---|---|---|
| Volumul curent (VC) | Aerul inspirat și expirat într-o respirație liniștită | 500 ml |
| Volumul inspirator de rezervă (VIR) | Aerul inspirat în plus printr-o inspirație forțată | 1500 ml |
| Volumul expirator de rezervă (VER) | Aerul expirat în plus printr-o expirație forțată | 1500 ml |
| Volumul rezidual (VR) | Aerul care rămâne în plămâni după o expirație forțată | 1500 ml |
| Capacitatea vitală (CV) | VC + VIR + VER | 3500 ml |
| Capacitatea pulmonară totală (CPT) | CV + VR | 5000 ml |
Debitul respirator (ventilația pulmonară pe minut) = volumul curent × frecvența respiratorie. La 500 ml și 16 respirații pe minut rezultă 8000 ml, adică 8 litri de aer pe minut.
Exemplu de problemă (Subiectul al II-lea): Un elev are volumul curent de 500 ml, volumul inspirator de rezervă de 1800 ml și volumul expirator de rezervă de 1200 ml. Calculați capacitatea vitală și debitul respirator, știind că frecvența respiratorie este de 16 respirații pe minut.
Rezolvare: CV = VC + VIR + VER = 500 + 1800 + 1200 = 3500 ml. Debitul respirator = VC × frecvență = 500 ml × 16 = 8000 ml/minut. Scrie formula înainte de calcul și unitatea de măsură la rezultat — baremul punctează adesea etapele, nu doar rezultatul final.
Transportul gazelor prin sânge
Oxigenul este transportat aproape în totalitate legat de hemoglobina din hematii, sub formă de oxihemoglobină; o mică parte este dizolvată în plasmă. Dioxidul de carbon este transportat în cea mai mare parte sub formă de bicarbonat în plasmă, o parte legat de hemoglobină (carbohemoglobină) și o parte dizolvat. Legătura cu circulația este directă: capilarele pulmonare aparțin circulației mici — vezi sistemul circulator.
Monoxidul de carbon (CO) este periculos pentru că se leagă de hemoglobină mult mai puternic decât oxigenul, formând carboxihemoglobină și blocând transportul O2. Fumatul și aerul poluat afectează și ele căile respiratorii; legătura cu bolile e tratată în articolul despre poluare și bolile asociate.
- Traseul aerului: fose nazale → faringe → laringe → trahee → bronhii → bronhiole → alveole.
- Plămânul drept — 3 lobi; plămânul stâng — 2 lobi.
- Schimbul de gaze are loc prin difuzie, la nivelul alveolelor.
- Inspirația este activă (diafragma se contractă și coboară); expirația în repaus este pasivă.
- CV = VC + VIR + VER; CPT = CV + VR; debit = VC × frecvență.
- Centrii respiratori sunt în trunchiul cerebral și răspund mai ales la CO2.
Greșeli frecvente
- „În inspirație diafragma se relaxează” — se contractă și coboară.
- Includerea volumului rezidual în capacitatea vitală — VR nu poate fi eliminat voluntar, deci nu face parte din CV.
- Omiterea faringelui sau inversarea laringe–faringe în traseul aerului.
- Confuzia dintre respirația pulmonară și respirația celulară.
Întrebări frecvente
Unde are loc schimbul de gaze în plămâni?
În alveolele pulmonare, prin difuzie între aerul alveolar și sângele din capilarele care le înconjoară.
Cum se calculează capacitatea vitală?
Prin adunarea volumului curent, a volumului inspirator de rezervă și a volumului expirator de rezervă: CV = VC + VIR + VER. Volumul rezidual nu intră în calcul.
De ce inspirația este un proces activ?
Pentru că necesită contracția diafragmei și a mușchilor intercostali externi, deci consum de energie. Expirația liniștită se produce prin relaxarea acestor mușchi și revenirea elastică a plămânilor.
De ce plămânul stâng are doar doi lobi?
Pentru că inima este orientată spre stânga și ocupă o parte din spațiul din jumătatea stângă a cutiei toracice.
Exersează sistemul respirator în BacBiologie
Pentru sistemul respirator ai în aplicație grile și flashcard-uri pe căile respiratorii, alveole și ventilație, iar simulările BAC cu barem te obișnuiesc cu problemele de volume pulmonare.
Descarcă gratuit pe App Store