8. Trong một thí nghiệm, học sinh đo được lượng khí CO₂ trong không khí hít vào là 0,04% và trong không khí thở ra là 4%, hãy giải thích tại sao có sự chênh lệch này, phân tích vai trò của quá trình hô...

Sự chênh lệch nồng độ CO₂ trong không khí hít vào (0,04%) và thở ra (khoảng 4%) xuất phát từ chính quá trình hô hấp tế bào và cơ chế vận chuyển khí giữa hệ hô hấp – tuần hoàn. Cụ thể: 1. Nguyên nhân nồng độ CO₂ tăng trong khí thở ra - Trong mỗi tế bào, để thu được năng lượng (ATP) cho hoạt động sống, glucose (và các chất hữu cơ khác) được oxy hóa hoàn toàn qua chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử ở ti thể. Phương trình tổng quát: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + năng lượng (ATP) - CO₂ sinh ra ở tế bào khuếch tán vào máu, được đưa về phổi và thải ra ngoài khi chúng ta thở ra. Do đó, khí thở ra có hàm lượng CO₂ cao hơn rất nhiều so với khí hít vào. 2. Vai trò của hô hấp tế bào trong tạo CO₂ - Chu trình Krebs (trong chất nền ti thể) và chuỗi hô hấp (trên màng trong ti thể) là hai giai đoạn chính sản sinh CO₂ và ATP. - CO₂ là sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ; càng trao đổi năng lượng nhiều, càng sinh ra nhiều CO₂. 3. Mối liên hệ giữa hệ hô hấp và hệ tuần hoàn - Ở phổi: • Phế nang trao đổi khí với mao mạch qua màng trao đổi mỏng. • O₂ từ không khí phế nang khuếch tán vào máu; đồng thời CO₂ từ máu khuếch tán ra phế nang. - Trong máu: • O₂ được gắn chủ yếu lên hemoglobin (Hb) dưới dạng oxyhemoglobin, được vận chuyển tới các mô. • CO₂ được mang về phổi theo ba dạng: hòa tan trong huyết tương (~7%), kết hợp với Hb (carbamino-Hb ~20%), và phần lớn ở dạng ion bicarbonate (HCO₃⁻ ~70%) nhờ men carbonic anhydrase. - Sự liên kết chặt chẽ này giúp duy trì cân bằng O₂–CO₂, pH máu và cung cấp đủ khí cho hoạt động tế bào. 4. Tại sao khi tập thể dục lượng CO₂ thải ra tăng cao - Tập thể dục làm tăng nhu cầu ATP của cơ vân, tim, phổi… → hô hấp tế bào diễn ra mạnh hơn → tiêu tốn nhiều O₂ → sinh nhiều CO₂. - Cơ thể phản ứng: • Tăng tần số và độ sâu của nhịp thở (hô hấp) để bổ sung O₂ và thải CO₂ nhanh hơn. • Tăng nhịp tim và cung lượng tim (tuần hoàn) để vận chuyển O₂-CO₂ nhanh chóng giữa phổi và mô. - Kết quả là lượng CO₂ thu được từ quá trình trao đổi chất được đưa lên phổi và thải ra ngoài với tốc độ cao hơn so với lúc nghỉ. Tóm lại, khác biệt 0,04% – 4% CO₂ phản ánh sự vận hành liên tục của quá trình hô hấp tế bào (sinh CO₂) và cơ chế phối hợp giữa hệ hô hấp – tuần hoàn để trao đổi, vận chuyển khí nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng của cơ thể, đặc biệt tăng mạnh khi hoạt động thể lực.