Sistem Respirasi dalam Manusia dan Haiwan, soalan latihan

B, Udara melalui hidung turun ke trakea, masuk ke bronkus, kemudian bronkiol, dan akhirnya ke alveolus tempat pertukaran gas berlaku.

B, Diafragma mengecut dan mendatar semasa tarik nafas, yang meningkatkan isi padu toraks dan menurunkan tekanan jadi udara mengalir masuk.

B, Oksigen dan karbon dioksida bergerak melalui resapan menuruni cerun kepekatan masing-masing, jadi tiada tenaga digunakan di permukaan pertukaran gas.

D, Salut tebal dan kering akan memanjangkan jarak resapan dan menghalang gas larut; tiga ciri lain semuanya mempercepat resapan.

B, Air dan darah mengalir dalam arah bertentangan, jadi oksigen boleh meresap daripada air ke darah sepanjang keseluruhan insang.

C, Serangga mengambil udara melalui spirakel pada permukaan badan, dan trakea membawanya terus ke tisu, memintas darah.

B, Kemoreseptor mengesan peningkatan karbon dioksida dan memberi isyarat kepada medula oblongata untuk meningkatkan pernafasan, menjadikan karbon dioksida kawalan utama.

C, Medula oblongata menerima isyarat daripada kemoreseptor dan menghantar impuls ke otot pernafasan untuk melaraskan kadar dan kedalaman.

B, Emfisema memecahkan dinding antara alveolus, mencantumkannya menjadi ruang lebih besar dan mengurangkan luas permukaan untuk pertukaran gas.

B, Apabila tar melumpuhkan dan memusnahkan silia, mukus dan zarah terperangkap terkumpul dalam saluran udara, membawa kepada jangkitan dan bronkitis kronik.

• Laluan: hidung → trakea → bronkus → bronkiol → alveolus.
• Tugas 1: udara dipanaskan dan dilembapkan di hidung.
• Tugas 2: habuk dan zarah ditapis keluar dan diperangkap oleh mukus dan silia di hidung dan trakea.
• Pertukaran gas berlaku di alveolus.
• Adaptasi: dinding setebal satu sel sahaja, memberi jarak resapan pendek (terima luas permukaan besar, lapisan lembap, atau rangkaian kapilari padat).
• Setiap adaptasi meningkatkan kadar resapan gas.

• Pemboleh ubah dimanipulasi: tahap aktiviti (sebelum, semasa, selepas senaman), atau masa.
• Pemboleh ubah bergerak balas: kadar pernafasan (nafas per minit).
• Semasa larian, kadar pernafasan meningkat.
• Penerangan: otot merespirasi lebih pantas dan menghasilkan lebih banyak karbon dioksida, yang dikesan kemoreseptor, jadi medula oblongata meningkatkan kadar dan kedalaman pernafasan.
• Selepas larian, kadar pernafasan beransur-ansur jatuh kembali ke paras rehat.
• Penerangan: kepekatan karbon dioksida dalam darah jatuh apabila otot merespirasi lebih perlahan, jadi medula oblongata mengurangkan kadar pernafasan.

• Tar melumpuhkan dan memusnahkan silia yang melapisi saluran udara.
• Mukus dan zarah terperangkap tidak lagi disapu keluar, jadi ia terkumpul dan menyebabkan jangkitan, membawa kepada bronkitis kronik.
• Bahan kimia dalam asap memusnahkan dinding antara alveolus.
• Alveolus bercantum menjadi ruang yang lebih besar, mengurangkan luas permukaan keseluruhan untuk pertukaran gas (emfisema).
• Dengan luas permukaan yang lebih kecil, lebih sedikit oksigen meresap ke dalam darah, jadi individu menjadi sesak nafas.
• Keadaan lain yang dikaitkan dengan merokok ialah kanser paru-paru.

Udara yang disedut melalui hidung dipanaskan, dilembapkan dan ditapis, kemudian turun ke trakea, yang bercabang kepada dua bronkus, satu ke setiap peparu. Setiap bronkus bercabang berulang kali kepada bronkiol yang lebih halus dan berakhir dengan berjuta-juta kantung udara kecil dipanggil alveolus, tempat pertukaran gas dengan darah berlaku. Memahami turutan struktur ini juga membantu pelajar melabel rajah sistem pernafasan dengan tepat dalam peperiksaan.

Semasa tarik nafas, otot interkosta luar mengecut untuk menaikkan sangkar rusuk dan diafragma mengecut serta mendatar, kedua-dua tindakan ini meningkatkan isipadu rongga toraks dan menurunkan tekanan udara di dalamnya, jadi udara mengalir masuk daripada atmosfera yang bertekanan lebih tinggi. Hembus nafas menyongsangkan tindakan otot ini, mengecilkan rongga toraks dan menolak udara keluar. Soalan peperiksaan sering meminta pelajar menghuraikan kedua-dua fasa ini secara berurutan, lengkap dengan perubahan isipadu dan tekanan yang betul.

Di alveolus, oksigen meresap daripada udara di dalam alveolus, di mana kepekatannya tinggi, ke dalam darah dalam kapilari sekeliling, di mana kepekatannya lebih rendah. Karbon dioksida meresap dalam arah bertentangan, daripada darah ke udara alveolus, kerana kedua-dua gas bergerak menuruni cerun kepekatan masing-masing. Kadar resapan ini bergantung terus kepada kecuraman cerun kepekatan antara alveolus dan darah.

Setiap alveolus mempunyai dinding setebal satu sel sahaja, yang memendekkan jarak resapan, luas permukaan keseluruhan yang amat besar hasil daripada berjuta-juta alveolus dalam kedua-dua peparu, lapisan dalam yang lembap membolehkan gas larut sebelum merentasi membran, serta rangkaian kapilari padat yang sentiasa membawa gas pergi, mengekalkan cerun kepekatan yang curam. Keempat-empat ciri ini biasa disoal secara berasingan, jadi pelajar perlu menghafal semuanya dengan tepat, bukan hanya mengingati sebahagian.

Ikan mengekstrak oksigen terlarut daripada air menggunakan insang yang dibina daripada filamen nipis kaya bekalan darah, dengan air biasanya mengalir atas insang bertentangan arah aliran darah untuk mengekalkan cerun kepekatan yang menguntungkan. Serangga pula membawa udara terus ke tisunya melalui tiub bercabang dipanggil trakea, yang terbuka ke permukaan badan melalui spirakel. Perbandingan ini sering muncul sebagai soalan menghuraikan persamaan dan perbezaan antara permukaan pertukaran gas organisma berbeza.

Bahan kimia dalam asap rokok melumpuhkan dan akhirnya memusnahkan silia yang melapisi saluran udara, jadi mukus dan zarah terperangkap tidak lagi disapu keluar, menyebabkan bronkitis kronik. Bahan kimia yang sama boleh memusnahkan dinding alveolus, menyebabkan emfisema, yang mengurangkan luas permukaan untuk pertukaran gas, serta boleh mencetuskan pembahagian sel tidak terkawal yang membawa kepada kanser paru-paru. Kesan ini biasanya kekal dan tidak dapat dipulihkan sepenuhnya, sebab itu pencegahan lebih ditekankan berbanding rawatan.

Kadar pernafasan tidak tetap; ia dikawal terutamanya oleh kepekatan karbon dioksida dalam darah, bukan oleh paras oksigen. Kemoreseptor mengesan peningkatan karbon dioksida dan menghantar isyarat ke medula oblongata dalam otak, yang meningkatkan kadar serta kedalaman pernafasan melalui impuls saraf ke otot interkosta dan diafragma sehingga kepekatan kembali normal. Mekanisme maklum balas ini memastikan badan sentiasa membekalkan oksigen mencukupi tanpa memerlukan kawalan sedar daripada individu.

Semasa bersenam, otot merespirasi lebih pantas dan menghasilkan karbon dioksida lebih cepat, jadi kepekatannya dalam darah meningkat lebih awal dan dengan jumlah lebih besar. Medula oblongata mengesan perubahan ini dan meningkatkan kadar serta kedalaman pernafasan, membawa masuk lebih banyak oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida lebih pantas untuk memenuhi permintaan tenaga otot yang aktif. Selepas senaman berhenti, kadar pernafasan beransur-ansur kembali ke paras rehat apabila kepekatan karbon dioksida kembali normal.

Selain bronkitis, emfisema dan kanser paru-paru akibat merokok, asma menyempitkan saluran udara melalui keradangan dan lebihan mukus, menyukarkan pernafasan, manakala batuk kering (tibi) ialah jangkitan bakteria yang merosakkan tisu peparu. Pencemaran udara dan debu pekerjaan boleh memburukkan atau menyebabkan kerosakan serupa walaupun pada bukan perokok, sebab itu udara bersih penting untuk kesihatan peparu. Kebanyakan masalah ini boleh dielakkan atau dikurangkan melalui persekitaran udara bersih dan gaya hidup tanpa merokok.