Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Gas exchange · ⁨החלפת גזים⁩

A-Level Biology · ⁨ביולוגיה A-Level⁩ · Topic 9 · ⁨נושא 9⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
6:58

מערכת החילופים הגזיים

הפוך את הפנים של הריאות שלך למשטח שטוח והן יכסו כ-70 מטר רבוע — בערך חצי מגרש טניס. כל השטח הזה מתקפל לתוך…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

9.1

The gas exchange system · ⁨מערכת החילוף הגזי⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe the structure of the human gas exchange system, limited to: • lungs • trachea • bronchi • bronchioles • alveoli • capillary network
  2. describe the distribution in the gas exchange system of cartilage, ciliated epithelium, goblet cells, squamous epithelium of alveoli, smooth muscle and capillaries
  3. recognise cartilage, ciliated epithelium, goblet cells, squamous epithelium of alveoli, smooth muscle and capillaries in microscope slides, photomicrographs and electron micrographs
  4. recognise trachea, bronchi, bronchioles and alveoli in microscope slides, photomicrographs and electron micrographs and make plan diagrams of transverse sections of the walls of the trachea and bronchus
  5. describe the functions of ciliated epithelial cells, goblet cells and mucous glands in maintaining the health of the gas exchange system
  6. describe the functions in the gas exchange system of cartilage, smooth muscle, elastic fibres and squamous epithelium
  7. describe gas exchange between air in the alveoli and blood in the capillaries
עברית
  1. תאר את מבנה מערכת החילופים הגזיים האנושית, מוגבל ל: • RI lungs • RI trachea • RI bronchi • RI bronchioles • RI alveoli • RI capillary network
  2. תאר את ההתפלגות במערכת החילופים הגזיים של RI cartilage, RI ciliated epithelium, RI goblet cells, RI squamous epithelium of alveoli, RI smooth muscle וRI capillaries
  3. זיהוי RI cartilage, RI ciliated epithelium, RI goblet cells, RI squamous epithelium of alveoli, RI smooth muscle וRI capillaries בשקפי מיקרוסקופ, פוטומיקרוגרפות ומיקרוגרפות אלקטרונים
  4. זיהוי RI trachea, RI bronchi, RI bronchioles וRI alveoli בשקפי מיקרוסקופ, פוטומיקרוגרפות ומיקרוגרפות אלקטרונים ויצירת דיאגרמות תוכנית של חתכים רוחביים בקירי RI trachea וRI bronchus
  5. תאר את התפקודים של RI ciliated epithelial cells, RI goblet cells וRI mucous glands בתחזוקת בריאות מערכת החילופים הגזיים
  6. תאר את התפקודים במערכת החילופים הגזיים של RI cartilage, RI smooth muscle, RI elastic fibres וRI squamous epithelium
  7. תאר את חילופי הגזים בין אוויר ב-RI alveoli לבין דם ב-RI capillaries

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Your body needs to take in oxygen and get rid of carbon dioxide. This swap happens in the gas exchange 气体交换 system. Air follows this path into the body:

  • down the trachea 气管 (the windpipe),
  • into two bronchi 支气管 (one to each lung),
  • into many smaller bronchioles 细支气管,
  • and finally into tiny air sacs called alveoli 肺泡, deep in the lungs 肺.

Each alveolus is wrapped in a network of capillaries 毛细血管, so air and blood are brought very close together.

עברית

גופך זקוק לספיגת חמצן והוצאת פחמן דו-חמצני. חילוף זה מתרחש במערכת החילוף הגזי. האוויר עובר בדרך הבאה לתוך הגוף:

  • למטה דרך קנה הנשימה (הקרקפת),
  • לשני ברונכיים (אחד לכל רئة),
  • לתוך מספר רב של ברונכיולים קטנים יותר,
  • ולסוף לתוך שקיות אוויר זעירות הנקראות אלvéoli, עמוק בתוך הריאות. הערה: המילה 'alveoli' מוכרת בישראל, אך נהוג להשתמש גם ב'אלvéoli'. -> ולסוף לתוך שקיות אוויר זעירות הנקראות אלvéoli, עמוק בתוך הריאות.

כל אלvéolus עטוף ברשת של מכסי כפית (קפילריות), כך שאוויר ודם מובאים זה לזה בקרבה רבה.

איור אנטומי של ריאות האדם ומערכות הנשימה
ריאות האדם, שבהן מתרחש החילוף הגזי לאורך מיליוני אלvéoli
תרשים ענפי של דרכי הנשימה: הקרן עם טבעות סחוס מתפצלת לשני ברוכים, ואז לברוכיאולים קטנים יותר, המסתיימים באשכולות של אלבאולות
האוויר עובר למטה דרך קנה הנשימה, אל הברונכיים והברונכיולים, אל האלvéoli
Explore · ⁨חקור⁩

Explore the airways · ⁨חקור את הדרכים האוויריות⁩

Tap each part. Air branches from the trachea down to the tiny alveoli, where gas exchange happens. · ⁨לחץ על כל חלק. האוויר מתפצל מהקנה הצדדי ועד לאלבולות הקטנות, שם מתרחש החילוף הגזי.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
gas exchange/ɡæs eksˈtʃeɪndʒ/ החלפת גזים
trachea/trəˈkɪə/ קנה האוויר
bronchus/ˈbrɒŋkəs/ ברונכוס
bronchiole/ˈbrɒŋkɪəʊl/ ברונקיוול
alveoli/ˈælvɪɒli/ אלבולות
lungs/lʌŋz/ ריאות
capillary/kəˈpɪləri/ מסרקות
cartilage/ˈkɑːtɪlɪdʒ/ סחוס
9.1

The tissues of the airways and what they do · ⁨רקמות מערכות הנשימה ותפקידיהן⁩

English
Tissue Where it is Function
cartilage 软骨 C-shaped rings in the trachea and bronchi holds the airway open so it cannot collapse when you breathe in
ciliated epithelium 纤毛上皮 lining the trachea and bronchi tiny hairs called cilia 纤毛 beat to sweep mucus 黏液 up towards the throat, away from the lungs
goblet cells 杯状细胞 and mucous glands 黏液腺 in the lining of the airways make the mucus, which traps dust and microbes 微生物 that you breathe in
smooth muscle 平滑肌 in the walls of bronchi and bronchioles contracts to make the airway narrower
elastic fibres 弹性纤维 in the airway and alveolus walls stretch when you breathe in, then spring back to help push air out
squamous epithelium 扁平上皮 the very thin, flat lining of the alveoli gives a very short distance for gases to cross

The cilia, goblet cells and mucous glands work together to keep the lungs clean and healthy: the mucus traps dirt and microbes, and the cilia carry it away to be swallowed.

עברית
רקמה מיקום תפקיד
סחוס טבעות בצורת C בקנה הנשימה ובברונכיים משמר את מערכת הנשימה פתוחה כדי שלא תתמוטט כאשר נושמים פנימה
אפיתליום מצויף מבטיל את קנה הנשימה ואת הברונכיים שיערות זעירות הנקראות ציציות מקצות כדי לגרש מucous כלפי מעלה לעבר הגרון, הרחק מהריאות
תאי גביעי ובלוטי mucous בתוך מבטיל מערכות הנשימה יוצרים את ה-mucous, שיודע לכبس אבק ומיקרובים שנשמים
שריר חלק בדופן הברונכיים והברונכיוולים מתכווץ כדי להצמצם את מערכת הנשימה
סיבי אלסטיות בדופן מערכת הנשימה ובדופן האלvéoli נמתחים כאשר נושמים פנימה, ואז קופצים אחורה כדי לעזור לדחוס את האוויר החוצה
אפיתל שטוח השכבה הדקה והשטוחה ביותר של האלבאולות מספקת מרחק קצר מאוד עבור גזים לחצות

הציליות, תאי הכוס והבלוטות הריר עובדות יחד כדי לשמור על הריאות נקיות ובריאיות: הריר לוכד לכלוך ומיקרואורגניזמים, והציליות מרחיקות אותו כדי ליבוע.

חתך דרך קיר הערוף: הפתח מצופה באפיתליום צילי ותא כוס, עם רצועת שריר חלק ושכבת סחוס מאחור
חתך דרך קיר הערוף: ציליות ותאי כוס מצפים את הפתח, עם שריר חלק וסחוס תומך מאחור

תאי אפיתליום ציליים עם תאי כוס; ריר בראש לוכד אבק ומיקרואורגניזמים והציליות המנועות דוחפות אותם כלפי הגרון *תאי כוס מייצרים ריר הלוכד אבק ומיקרואורגניזמים; הציליות דוחפות אותו כלפי הגרון

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
ciliated epithelium/ˈsɪlɪeɪtɪd ˌepɪˈθiːlɪəm/ אפיתל מורכב
cilia/ˈsɪlɪə/ ציליות
mucus/ˈmjuːkəs/ ריר
goblet cell/ˈɡɒblət sel/ תא גביעני
mucous gland/ˈmjuːkəs ɡlænd/ בלוטת רירית
microbe/ˈmaɪkrəʊb/ מיקרוב
smooth muscle/smuːð ˈmʌsl/ שריר חלק
elastic fibre/ɪˈlæstɪk ˈfaɪbə/ סיב אלסטי
squamous epithelium/ˈskwɒməs ˌepɪˈθiːlɪəm/ אפיתליום שטוח
diffuse/dɪˈfjuːz/ לדלווג / להתפשט
concentration gradient/ˌkɒnsənˈtreɪʃn ˈɡreɪdɪənt/ מרווח ריכוזים
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ חמצן
carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ דיóxido של פחמן
9.1

Gas exchange in the alveoli · ⁨החלפת גזים בשטח האלВЕולי⁩

English

The alveoli are excellent surfaces for exchanging gases, because they have:

  • a very large total surface area (millions of tiny sacs),
  • very thin walls — the squamous epithelium of the alveolus and the capillary wall are each only one cell thick, so the distance to cross is tiny,
  • a rich blood supply from the capillary network,
  • a moist lining, so gases dissolve before crossing.

Gases move by diffusion 扩散 down their concentration gradients 浓度梯度:

  • oxygen 氧气 is at a high concentration in the alveolar air and a low concentration in the blood, so it diffuses from the air into the blood.
  • carbon dioxide 二氧化碳 is at a high concentration in the blood and a low concentration in the alveolar air, so it diffuses from the blood into the air to be breathed out.

Under the microscope, real lung tissue looks like a fine pink lace. The many open spaces are the alveoli, and the thin pink lines between them are the walls where gas exchange happens:

Breathing keeps fresh air in the alveoli, and the flowing blood keeps carrying gases away. Both of these keep the concentration gradients steep, so gas exchange stays fast.

Worked example. Use Fick's law to explain why the alveoli allow such rapid gas exchange. Fick's law makes the rate of diffusion proportional to

$$\frac{\text{surface area} \times \text{concentration difference}}{\text{diffusion distance}}$$

so a fast rate needs all three terms working for it. Surface area: millions of alveoli give a huge total area, roughly $70\ \text{m}^2$. Diffusion distance: the alveolar epithelium and the capillary endothelium are each one flattened cell thick, so oxygen crosses in under $1\ \mu\text{m}$. Concentration difference: ventilation constantly refreshes the air while the circulation constantly carries oxygenated blood away, so a steep gradient is maintained. Tie each adaptation to the term of the equation it serves - listing "big surface area, thin walls, good blood supply" without linking them to Fick's law is the weaker answer.

עברית

לאלВЕולים יש משטחים מצוינים להחלפת גזים, מכיוון שיש להם:

  • פני שטח כוללים גדולים מאוד (מיליוני שקיות זעירות),
  • קירות דקים מאוד — האפיתליום השטוח של האלВЕול והקיר הווקארי הם בעובי תא אחד בלבד, כך שהמרחק לחצייה הוא זעיר,
  • אספקת דם עשירה מהרשת הווקארית,
  • ריכוב לח, כך שגזים מתמוססים לפני החצייה.

גזים נעים באמצעות דיפוזיה לאורך שיפולי ריכוזם:

  • חמצן נמצא בריכוז גבוה באוויר האלВЕולי ונמוך בדם, ולכן הוא דופז מאוויר לתוך הדם.
  • פחמן די-אוקסיד נמצא בריכוז גבוה בדם ונמוך באוויר האלVEולי, ולכן הוא דופז מהדם לתוך האוויר כדי להתנשף.

אלVEול בסמוך לווקאר דמי: חמצן דופז מאוויר לתוך הדם ופחמן די-אוקסיד דופז החוצה, דרך קיר בעובי תא אחד בלבד *דרך הקיר הדק והלח, חמצן דופז לתוך הדם ופחמן די-אוקסיד דופז החוצה

תחת המיקרוסקופ, רקמת ריאה אמיתית נראית כמו תחרת ורודה עדינה. החללים הפתוחים הרבים הם האלVEולים, והקווים הוורודים הדקים ביניהם הם הקירות שבהם מתרחשת החלפת הגזים:

תמונת מיקרוסקופ אורית צבועה של רקמת ריאה תקינה: ערוף אוויר עגול קטן במרכז, מוקף מכל הצדדים ברשת עדינה, דמוית תחרת, של קירות וורודים דקים המקיפים חללי אוויר אלVEוליים רבים ריקים *רקמת ריאה אמיתית צבועה למיקרוסקופ: החללים הפתוחים הם אלVEולים והקווים הוורודים הדקים הם מקום מעבר הגזים; ערוף אוויר קטן יושב במרכז

נשימה שומרת על אוויר טרי באלVEולים, והזרימה הדרומית ממשיכה להרחיק גזים. שתי פעולות אלו שומרות על שיפולי הריכוז תלולים, כך שהחלפת הגזים נשארת מהירה.

דוגמה מפורטת. השתמש בחוק פיק כדי להסביר מדוע האלvéoli מאפשרים חילוף גזים מהיר כל כך. חוק פיק קובע שהקצב של התפשטות פרופורציונלי ל

$$\frac{\text{surface area} \times \text{concentration difference}}{\text{diffusion distance}}$$

ולכן קצב מהיר דורש שכל שלושת האיברים יפעלו לעדפתו. שטח פני: מיליוני אלvéoli מספקים שטח כולל עצום, בקרבת $70\ \text{m}^2$. מרחק התפשטות: האפיתליום האלvéולי והאנדותריום הקפילרי הם בעובי תא שטוח אחד כל אחד, ולכן החמצן עובר בתוך $1\ \mu\text{m}$. הפרש ריכוז: הנהיגה (Ventilation) מחודשת את האוויר באופן מתמיד, בעוד שהמערכת הדם נשאת את הדם המעושר בחמצן למרחקים, ולכן שיפוע תלול נשמר. קשר כל התאמה לאיבר במשוואה שהיא שומרת עליו – סדרת "שטח פני גדול, דפנות דקות, אספקת דם טובה" ללא קישור לחוק פיק היא תשובה חלשה יותר.

Explore · ⁨חקור⁩

At the alveolus · ⁨ברמת האלבולה⁩

Tap each part. Oxygen and carbon dioxide swap across a wall just one cell thick, between the air and the blood. · ⁨לחץ על כל חלק. חמצן ודו-תחמוצת פחמן מתחלפים דרך קיר בעובי תא בודד, בין האוויר לבין הדם.⁩

9.1

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Link each alveolar feature to fast diffusion: large surface area, thin (one-cell) walls, moist surface, good blood supply — a "surface area, short distance, steep gradient" answer.
  • Match airway tissue to function: cartilage (holds airways open), ciliated + goblet cells (trap and sweep mucus), smooth muscle and elastic fibres.
  • Frame answers with Fick's law ideas: rate $\propto$ surface area $\times$ concentration difference $\div$ distance.
עברית
  • קשר כל תכונה אלvéolית לקצב התפשטות מהיר: שטח פני גדול, דפנות דקות (תא בודד), משטח לח, אספקת דם טובה – תשובה בסגנון "שטח פני, מרחק קצר, שיפוע תלול".
  • התאם רקמות דרכי נשימה לפונקציה: סחוס (שומר על פתיחות דרכי הנשימה), תאים מעוטרים + כוסיתיים (תופסים ומשטפים ריר), שרירים חלקים וסיבי אלסטיות.
  • צג תשובות בהקשר של חוק פיק: קצב $\propto$ שטח פני $\times$ הפרש ריכוז $\div$ מרחק.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Biology · ⁨ביולוגיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Biology · ⁨ביולוגיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP