Układ oddechowy

ODDYCHANIE

Jest to proces polegający na wyzwalaniu

energii zgromadzonej w organizmie.

Dzieli się ono na ;
1. oddychanie zewnętrzne - polegające

na wprowadzeniu cząsteczek tlenu

atmosferycznego do wnętrza komórek,

i jednocześnie odprowadzeniu z

komórek dwutlenku węgla.

ODDYCHANIE

zewnętrzne

Dzieli się na ;
• wentylację płucną
• dyfuzję gazów pomiędzy powietrzem

pęcherzykowym i krwią,

• transport gazów za pośrednictwem

krwi

• dyfuzję gazów między krwią i

komórkami

ODDYCHANIE

2. oddychanie wewnętrzne- czyli

wewnątrzkomórkowe- cząsteczki
tlenu wchodzą w reakcje
chemiczne.

oddychanie

ODDYCHANIE

• Wentylacja płuc- w czasie jej

dochodzi do wciągania powietrza
atmosferycznego zawierającego dużo
tlenu i mało C02 do pęcherzyków
płucnych i wydychania powietrza o
zawartości tlenu małej, i dużej CO2.
Wentylacja zależna jest więc od
ruchów oddechowych klatki
piersiowej, wdechów i wydechów.

wdech

ODDYCHANIE

• Wydech jest aktem biernym, nie

wymaga skurczów mięśni, lecz
przy nasilonym wydechu biorą
udział mięśnie międzyżebrowe
wew.

• Średnia ilość oddechów na

minutę wynosi 16.

WYDECH

ODDYCHANIE

• Pojemność płuc
• U zdrowego mężczyzny całkowita

pojemność płuc wynosi 6 litrów
powietrza-

na szczycie najgłębszego wdechu
• Dzieli się ona na; pojemność

wdechową i

czynnościową zalegającą.

Pojemność płuc

pojemność wdechowa —

powietrze wciągane do płuc w
czasie najgłębszego

wdechu po spokojnym wydechu i

na nią składa się;

objętość oddechowa,
objętość zapasowa wdechowa

Pojemność płuc

pojemność zalegającą

czynnościową -jest to ilość
powietrza pozostająca w płucach
po spokojnym wydechu, i na nią
składa się; objętość zalegająca i

objętość zapasowa wydechowa

Pojemność płuc

Pojemność życiowa płuc- tj ilość

powietrza, którą można usunąć z
płuc po wcześniejszym wykonaniu

maksymalnego wdechu w czasie

maksymalnego wydechu.

Pojemność płuc

W czasie swobodnego wdechu do dróg

oddechowych przedostaje się około

500ml

powietrza(500mlxl6/min=8litr/minutę),

które stanowi wentylację płuc

minutową

• (350ml przedostaje się do pęcherzyków

płucnych a 150 ml wypełnia przestrzeń

martwą- tj.od jamy nosowej do

oskrzelików- brak tu wymiany gazowej)

Dyfuzja gazów w płucach

Dyfuzja gazów przez ścianę

pęcherzyków -odbywa się zgodnie z
gradientem prężności cząsteczek
gazów, cząsteczki tlenu dyfundują ze
światła pęcherzyków do krwi, gdyż
ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu
pęcherzykowym jest większe niż w
krwi dopływającej ze zbiornika
tętniczego płucnego.

Dyfuzja gazów w płucach

• W kierunku przeciwnym dyfundują

cząsteczki C02.

• We krwi dopływającej do naczyń

włosowatych pęcherzyków PCo2
jest większe, w powietrzu
pęcherzykowym zaś PCo2 jest
mniejsze

Dyfuzja gazów w płucach

• Cząsteczki O2 po przejściu przez tę

przegrodę rozpuszczają się w
osoczu

wypełniającym naczynia włosowate

na zasadzie rozpuszczalności
fizycznej.

Z osocza O2 natychmiast dyfunduje

do erytrocytów.

Dyfuzja gazów w płucach

• Cząsteczki CO2 dyfundują z

osocza krwi przepływającej przez
naczynia włosowate do światła
pęcherzyków, tj. w kierunku
przeciwnym niż cząsteczki 02.

Transport gazów

• Cząsteczki O2 rozpuszczone w osoczu

na drodze fizycznej dyfundują przez
otoczkę do erytrocytów i wiążą się z
hemoglobiną, tworząc hemoglobinę
utlenowaną, czyli oksyhemoglobinę.

• Jedna cząsteczka hemoglobiny Hb4

wiąże się z czterema cząsteczkami
tlenu, tworząc hemoglobinę
utlenowaną

Transport gazów

• Krew zawierająca hemoglobinę wysyconą

tlenem odpływa z płuc, kierując się przez
zbiornik żylny płucny, lewy przedsionek
serca, lewą komorę serca, zbiornik
tętniczy duży do sieci naczyń włosowatych
krążenia dużego. W naczyniach
włosowatych w tkankach prężność tlenu
jest mała i z hemoglobiny utlenowanej
znajdującej się w erytrocytach uwalnia się
około ¼ transportowanego tlenu.

Transport dwutlenku

węgla

Dwutlenek węgla dyfundujący z

tkanek do krwi przepływającej
przez naczynia włosowate jest
transportowany do płuc:

1. około 6% w postaci CO2

rozpuszczonego na zasadzie
rozpuszczalności fizycznej w osoczu
i w cytoplazmie erytrocytów;

Transport dwutlenku

węgla

2. około 88% w postaci jonów HCO3

związanych przez
wodorowęglanowy układ
buforowy osocza i erytrocytów;

3. około 6% w postaci

karbaminianów, CO2 związanego
z wolnymi grupami aminowymi
białek osocza i hemoglobiny.

Transport dwutlenku

węgla

Cząsteczki CO2 dyfundujące z tkanek

do krwi rozpuszczają się w osoczu na
zasadzie rozpuszczalności fizycznej i
przenikają w tej postaci do wnętrza
erytrocytów. Tam pod wpływem
enzymu anhydrazy węglanowej
dwutlenek węgla wiąże się z wodą i
powstaje kwas węglowy.

Transport dwutlenku

węgla

• Kwas węglowy dysocjuje na wolne

jony H+ i HCO3. Jony H+ wiążą się z

hemoglobiną, większość jonów HCO3

dyfunduje zaś do osocza.
• Zwiększenie stężenia jonów HCO3 w

osoczu krwi żylnej i zmniejszenie we

krwi

tętniczej powoduje wędrówkę jonów

Cl przez otoczkę erytrocytów.

Transport dwutlenku

węgla

• We krwi żylnej jony HCO3

przechodzą z erytrocytów do
osocza, jony Cl" wchodzą zaś do
ich wnętrza.

• We krwi tętniczej jony Cl'

wychodzą z erytrocytów do
osocza.

Dyfuzja gazów w tkankach

• Cząsteczki O2 uwolnione z

hemoglobiny przechodzą przez
otoczkę erytrocytów do osocza,
następnie przez komórki śródbłonka
naczyń włosowatych do płynu
międzykomórkowego i dopiero z tego
płynu dyfundują przez błonę
komórkową do poszczególnych
komórek.

Krew żylna odpływająca z tkanek o

intensywnym metaboliźmie zawiera mniej
tlenu i więcej dwutlenku węgla. Stopień
zużycia tlenu przez poszczególne tkanki
wyraża się różnicą tętniczo-żylną w
zawartości tlenu.

Krew tętnicza dopływająca do wszystkich

tkanek ma jednakową zawartość tlenu,
natomiast krew żylna może zawierać go
więcej lub mniej.

Dyfuzja gazów w tkankach

W spoczynku pojemność minutowa

serca wynosi około 5,4 L, a różnica
tętniczo-żylna w zawartości tlenu
we krwi pomiędzy zbiornikiem
tętniczym dużym a zbiornikiem
żylnym dużym wynosi około 46 mL
O2 na l L krwi.

Dyfuzja gazów w tkankach

Dyfuzja gazów w tkankach

• Zużycie spoczynkowe tlenu na

minutę może zwiększyć się do 16
razy w czasie wysiłku fizycznego

Regulacja oddychania

• Ośrodek oddechowy
• Regulacja oddychania, czyli

częstotliwość i głębokość
oddechów, odbywa się za
pośrednictwem ośrodka
oddechowego położonego w
rdzeniu przedłużonym

Ośrodek oddechowy

Modulacja aktywności ośrodka

wdechu

• Pobudzenie powstające samoistnie

w ośrodku wdechu jest
modulowane, a więc oddechy
przyspieszają się i są pogłębione
lub zwalniają się i spłycają się na
skutek:

Ośrodek oddechowy

• impulsów wysyłanych przez

receptory i odbieranych przez
neurony wdechowe;

• zmiany wartości pH w

bezpośrednim sąsiedztwie
neuronów wdechowych,

czyli po podrażnieniu

chemodetektorów.

Ośrodek oddechowy

Impulsy nerwowe modulujące aktywność

neuronów ośrodka wdechu biegną od:

• chemoreceptorów kłębuszków szyjnych i

aortowych

• interoreceptorów w tkance płucnej oraz

proprioreceptorów klatki piersiowej;

• ośrodków znajdujących się w wyższych

piętrach mózgowia: z kory mózgu, układu

limbicznego i ośrodka termoregulacji w

podwzgórzu.

Chemoreceptory

• Zasadniczym modulatorem

aktywności ośrodka wdechu są
impulsy aferentne biegnące od
chemoreceptorów kłębuszków
szyjnych i kłębków aortalnych.
Przez kłębki stale przepływają
duże, w stosunku do niewielkiej
ich masy, ilości krwi tętniczej.

Chemoreceptory

• Bodźcem drażniącym chemoreceptory jest

nieznaczne zwiększenie PC02 i
koncentracji jonów wodorowych lub
znaczne zmniejszenie P02 we krwi
tętniczej.

• Impulsacja aferentna jest przewodzona od

kłębków aortowych do rdzenia
przedłużonego za pośrednictwem włókien
biegnących w nerwie IX i w nerwie
błędnym (n. X).

Chemoreceptory

• Impulsacja wysyłana przez podrażnione

chemoreceptory pobudza ośrodek wdechu
i oddechy stają się przyspieszone i
pogłębione. Pod wpływem impulsacji
współczulnej komórki chromochłonne
kłębuszka szyjnego uwalniają dopaminę,
która zmniejsza pobudliwość
chemoreceptorów stanowiących
zakończenia gałązki nerwu językowo-
gardłowego.

Interoreceptory i
proprioreceptory

• Wdechowe lub wydechowe

ustawienie klatki piersiowej drażni
odpowiednie proprioreceptory i
wpływa modulujące na częstość i
głębokość oddechów. Im głębszy
jest wdech, tym głębszy wydech
po nim następuje.

Chemodetektory w rdzeniu

przedłużonym

Zwiększenie koncentracji jonów

wodorowych podrażnia
chemodetektory, które z kolei
pobudzają ośrodek wdechu.

Wrażliwość chemodetektorów na zmianę

wartości pH zmniejsza się w czasie;

• snu
• ogólnej narkozy

Oddychanie wewnętrzne

Przemiana pośrednia w

komórkach

• Cząsteczki O2 dyfundujące do wnętrza

komórki wychwytywane są przez

• mitochondria. W obrębie błony

zewnętrznej mitochondriów znajdują się

• wszystkie enzymy cyklu kwasów

trikarboksylowych, czyli cyklu Krebsa,

na

• błonie wewnętrznej zaś enzymy

łańcucha oddechowego

Przemiana pośrednia w

komórkach

• Metabolity heksoz, aminokwasów i

kwasów tłuszczowych w cyklu
kwasów

trikarboksylowych utleniane są do

dwutlenku węgla i wody z
jednoczesnym

uwolnieniem wolnych atomów

wodoru lub wolnych elektronów.

Przemiana pośrednia w

komórkach

• Enzymy łańcucha oddechowego

przenoszą atomy wodoru na
tlen.

• W procesie tym powstają

cząsteczki wody.

Gromadzenie energii w

komórce

• Wśród związków fosforowych

wysokoenergetycznych najważniejszym,

uniwersalnym przenośnikiem energii

jest adenozynotrifosforan — ATP.

• Adenozynotrifosforan rozszczepia się w

komórce na drodze hydrolizy na
adenozynodifosforan (ADP) i
ortofosforan. Uwolnienie ortofosforanu
wyzwala znaczne ilości energii.

Podstawowa przemiana

materii

• Mierząc zużycie tlenu przez

organizm w ściśle określonych
warunkach, można uzyskać dane
porównawcze odnoszące się do
przemiany materii w organizmach

różnych ludzi.

Podstawowa przemiana

materii

Warunki pomiaru zużycia tlenu w

jednostce czasu są następujące:

• całkowity spoczynek fizyczny i

psychiczny, pozycja leżąca;

• od 12 do 14 godzin po ostatnim

posiłku;

• temperatura otoczenia +20°C

Podstawowa przemiana

materii

• Zużycie tlenu w jednostce czasu w

tych warunkach wiąże się z
wyzwoleniem energii dla procesów
fizjologicznych niezbędnych do
utrzymania człowieka przy życiu i
nosi nazwę podstawowej
przemiany materii

Podstawowa przemiana

materii

Podstawowa przemiana materii

zależy od:

• powierzchni ciała;

• wieku badanego człowieka;
• płci.

Podstawowa przemiana

materii

Podstawowa przemiana materii w

przeliczeniu na metr kwadratowy
powierzchni ciała zmniejsza się w
miarę przybywania lat. U płci
męskiej jest ona większa,

a u płci żeńskiej mniejsza.

Podstawowa przemiana

materii

Wiele czynników pobudza przemianę

materii i zwiększa zużycie tlenu przez
organizm w jednostce czasu.

Są to:
• praca fizyczna;
• praca umysłowa i stany emocjonalne;

• niska lub wysoka temperatura otoczenia

Podstawowa przemiana

materii

Czynniki wpływające na przemianę

materii

• zwiększenie zawartości niektórych

hormonów we krwi, zwłaszcza
hormonów gruczołu tarczowego i
hormonów rdzenia nadnerczy;

• trawienie i przyswajanie pokarmów.

Podstawowa przemiana

materii

• Praca fizyczna zwiększa zużycie

energii w mięśniach
szkieletowych.

• U ludzi pracujących fizycznie

przemiana materii jest 0,5—2 razy
większa od

podstawowej przemiany materii

Podstawowa przemiana

materii

Umiarkowany wysiłek fizyczny w

ciągu doby obejmuje:

• 8 godzin pracy fizycznej o

umiarkowanej ciężkości,

• 6 godzin zajęć siedzących,
• 2 godziny chodzenia i
• 8 godzin leżenia w łóżku

Podstawowa przemiana

materii

Poza ogólnym zapotrzebowaniem na

energię konieczne jest białko w
pokarmach, na które
zapotrzebowanie u „standardowego"
mężczyzny wynosi 0,57 g na l kg
masy ciała na dobę, u „standardowej
kobiety" zaś 0,52 g na l kg masy
ciała na dobę.

Podstawowa przemiana

materii

• Niska temperatura otoczenia, poniżej

20°C, zwiększa utratę ciepła i
przyspiesza metabolizm w organizmie w
celu utrzymania stałej temperatury ciała.

• Temperatura otoczenia wyższa o

kilkanaście lub kilkadziesiąt stopni od
20°C wymaga dodatkowej energii na
odprowadzenie ciepła z organizmu i

zapobieżenie przegrzaniu.

Podstawowa przemiana

materii

• Trawienie i przyswajanie

składników pokarmowych
zwiększaj ą przemianę materii, co
nosi nazwę swoistego
dynamicznego działania
pokarmów.