Giáo án Bài 9. Hô hấp ở động vật

HS huy động kiến thức cũ về trao đổi khí và nhận biết nhiệm vụ học tập: tìm hiểu cơ chế, các dạng hô hấp và điều kiện để trao đổi khí hiệu quả.

GV đưa câu hỏi mở: “Vì sao khi nước ao nóng và ít oxi, cá thường nổi đầu lên mặt nước? Vì sao chúng ta cần thở đều để cơ thể có đủ O₂?” HS trả lời ngắn và ghi lại câu hỏi định hướng của bài.

HS nêu được ý chính: cơ thể cần lấy O₂ từ môi trường và thải CO₂ ra ngoài; quá trình này phụ thuộc vào bề mặt trao đổi khí và sự chênh lệch nồng độ (áp suất) của khí giữa hai bên màng. HS ghi được 3 câu hỏi định hướng: Cơ chế trao đổi khí là gì? Có những dạng hô hấp nào ở động vật? Điều gì giữ cho trao đổi khí diễn ra hiệu quả?

HS nêu được bản chất trao đổi khí ở bề mặt hô hấp là khuếch tán theo chênh áp suất riêng phần và phân biệt với hô hấp tế bào tạo ATP.

HS làm việc theo cặp đôi với Phiếu học tập số 1 (phần A). Các câu hỏi: (1) Khí O₂ và CO₂ di chuyển theo chiều nào giữa môi trường và máu? Dựa vào yếu tố nào? (2) Vì sao bề mặt hô hấp hiệu quả thường rộng, mỏng, ẩm? (3) Trao đổi khí ở bề mặt hô hấp khác hô hấp tế bào ở điểm nào?

• Trao đổi khí ở bề mặt hô hấp dựa vào khuếch tán theo chênh áp suất riêng phần: O₂ đi từ nơi có áp suất riêng phần cao sang nơi thấp hơn; CO₂ đi theo chiều ngược lại.
• Bề mặt rộng làm tăng diện tích tiếp xúc; mỏng làm quãng khuếch tán ngắn; ẩm giúp khí hòa tan và khuếch tán qua màng; thông khí hoặc tuần hoàn duy trì gradient.
• Trao đổi khí đưa khí vào hoặc ra khỏi cơ thể; hô hấp tế bào là quá trình chuyển hóa năng lượng, tạo ATP trong tế bào.

HS phân biệt được bốn dạng hô hấp (qua bề mặt cơ thể, mang, hệ ống khí, phổi) và nêu được đặc điểm bề mặt trao đổi khí của mỗi dạng.

Học theo kĩ thuật khăn trải bàn: mỗi nhóm 4 HS, mỗi HS phụ trách một dạng hô hấp (qua bề mặt cơ thể, mang, hệ ống khí, phổi). Sau đó nhóm tổng hợp trên khăn trải bàn (giấy A0). Nhiệm vụ: nêu nhóm động vật điển hình, bề mặt trao đổi khí, cách khí đến mô. Đặc biệt: côn trùng có hệ ống khí đưa khí gần mô; khác người ở chỗ không phụ thuộc huyết dịch để vận chuyển O₂.

Khăn trải bàn của nhóm có bốn dạng hô hấp, cụ thể:

• Qua bề mặt cơ thể: bề mặt mỏng, ẩm, khí khuếch tán trực tiếp qua da.
• Mang: bề mặt tiếp xúc nước lớn, nằm ở cá.
• Hệ ống khí: ống dẫn khí đưa khí gần mô, điển hình ở côn trùng; không phụ thuộc huyết dịch vận chuyển O₂ như ở người.
• Phổi: nhiều phế nang và mao mạch, điển hình ở thú.
  Kết luận: mỗi dạng có bề mặt phù hợp với môi trường và cách sống của nhóm động vật.

HS giải thích được dòng nước và máu ngược chiều ở mang cá, cấu tạo phổi thú và vai trò thông khí trong việc duy trì gradient trao đổi khí.

HS làm việc theo nhóm 4 với Phiếu học tập số 2 (phần B). Câu hỏi: (1) Vì sao dòng nước và máu ở mang cần chảy ngược chiều? (2) Phổi thú có những đặc điểm gì giúp tăng trao đổi khí? (3) Thông khí có vai trò gì khi trao đổi khí diễn ra qua màng?

• Ở mang cá, nước và máu chảy ngược chiều giúp duy trì chênh áp suất O₂ giữa nước và máu ở nhiều vị trí dọc bề mặt; O₂ khuếch tán vào máu theo gradient ở từng điểm, không phải bơm ngược.
• Phổi thú có nhiều phế nang và mao mạch làm tăng bề mặt trao đổi khí.
• Thông khí làm thay không khí trong phổi, duy trì gradient; trao đổi khí qua màng phế nang là khuếch tán.
• Không khí thở ra vẫn còn O₂ và có nhiều CO₂ hơn khí hít vào.

HS vận dụng kiến thức về khuếch tán, các dạng hô hấp và đặc điểm bề mặt trao đổi khí để làm bài tập trắc nghiệm, đúng sai và ghép đôi.

Sử dụng bài tập tương tác trên NeoEdu hoặc phiếu trình chiếu gồm các câu sau.

1. Trao đổi O₂ qua phế nang chủ yếu nhờ gì? A. Nhập bào khí; B. Khuếch tán theo chênh áp suất riêng phần; C. Bơm O₂ trực tiếp dùng ATP.
2. Cơ quan hô hấp điển hình của cá? A. Phế nang như mọi thú; B. Lá cây; C. Mang.
3. Hệ ống khí điển hình ở nhóm nào? A. Côn trùng; B. Mọi cá xương; C. Mọi thú.
4. Trao đổi khí và hô hấp tế bào là cùng một quá trình ở cùng vị trí. (Đúng hay sai?)
5. Ghép đặc điểm với lợi ích: Màng mỏng; Nhiều nếp gấp; Thông khí — với Quãng khuếch tán ngắn; Diện tích lớn; Duy trì gradient.

Đáp án: 1-B (màng mỏng cho khuếch tán khi có gradient); 2-C (mang có bề mặt tiếp xúc nước lớn); 3-A (ống dẫn khí gần mô); 4-Sai (một quá trình đưa và loại khí, quá trình tế bào chuyển hóa năng lượng tạo ATP); 5-Màng mỏng – Quãng khuếch tán ngắn; Nhiều nếp gấp – Diện tích lớn; Thông khí – Duy trì gradient. Các đặc điểm phối hợp làm trao đổi khí hiệu quả.

HS tính được thể tích thông khí phút, nêu được hạn chế của kết quả này và giải thích được lợi ích của dòng ngược chiều ở mang.

Bài tập 6: Mỗi lần hít vào 0,5 L, nhịp thở 12 lần/phút. Tính thể tích thông khí phút.
Bài tập 7: Vì sao kết quả ở bài 6 chưa cho biết thể tích khí thực trao đổi ở phế nang?
Bài tập 8: Giải thích lợi ích của dòng nước và máu ngược chiều ở mang, không nói O₂ tự đi từ thấp lên cao.

Bài 6: $0{,}5\ \mathrm{L} \times 12 = 6\ \mathrm{L/phút}$ (chưa trừ khoảng chết).
Bài 7: Một phần khí ở đường dẫn là khoảng chết, không trực tiếp trao đổi khí ở phế nang. Thông khí phế nang = (thể tích mỗi nhịp − thể tích khoảng chết) × tần số; cần biết thể tích khoảng chết để tính đúng.
Bài 8: Nước và máu chảy ngược chiều giữ cho áp suất O₂ trong nước cao hơn trong máu ở nhiều vị trí dọc bề mặt, giúp O₂ khuếch tán vào máu theo gradient; mỗi điểm vẫn tuân theo gradient, không có bơm ngược.

HS vận dụng kiến thức về bề mặt trao đổi khí, gradient và thông khí để giải thích một hiện tượng thực tế và tự kiểm tra kết luận của mình.

Tình huống: Khi bể cá trong nhà có quá nhiều cá, cá thường tụ lại gần mặt nước và ít hoạt động. Hãy giải thích bằng kiến thức bài học: (1) Điều gì ảnh hưởng đến gradient O₂ giữa nước và mang cá? (2) Kết luận “cá khỏe khi nổi đầu lên mặt nước” cần thêm điều kiện nào để đúng? (3) Vì sao không nên nín thở kéo dài hay tự làm thí nghiệm hít chất thử để kiểm tra?

• Mật độ cá cao và nước ít O₂ làm giảm chênh lệch O₂ giữa nước và máu, trao đổi khí kém hiệu quả.
• Kết luận chỉ đúng khi biết nước đang thiếu O₂ hoặc vùng mặt nước giàu O₂ hơn; không thể kết luận chung cho mọi trường hợp.
• Nín thở kéo dài làm giảm trao đổi khí và có thể gây nguy hiểm; không hít chất thử để tránh hại sức khỏe.