UKŁAD ODDECHOWY
Wydajność w środowisku lądowym - wielkość powierzchni wymiany gazowej i sprawność wentylacji układu oddechowego
PŁUCA
* wentylacja płuc
a) przewietrzanie płuc zapewniają ruchy ssąco-tłoczące klatki piersiowej (zmieniające jej objętość)
b) wdech
- powodowany jest skurczem mięśni oddechowych: przepony rozpiętej na łuku żeber dolnych oraz mięśni międzyżebrowych rozciągniętych na żebrach,
- rozciągnięcie klatki piersiowej we wszystkich trzech kierunkach prowadzi do zwiększenia objętości płuc i wytworzenia podciśnienia zasysającego powietrze
c) wydech
- jest aktem biernym (wydech pogłębiony wymaga skurczu pomocniczych mięśni wydechowych)
- rozluźnienie mięśni oddechowych powoduje, że sprężysta klatka piersiowa, a więc i płuca powracają do pierwotnych rozmiarów
- lekkie nadciśnienie wytłacza wówczas powietrze z płuc
d) pojemność płuc
- podczas spokojnego wdechu wydechu dochodzi do wymiany ok. 500cm3 powietrza, jest to tzw. objętość oddechowa
- pogłębienie wdechu pozwala pobrać dodatkowe 2500cm3 powietrza, jest to objętość uzupełniająca
- pogłębienie wydechu pozwala na usunięcie 1200cm3 powietrza, jest to objętość zapasowa
- między stanem największego wdechu i wydechu wymieniane jest jednorazowo 4200cm3 powietrza, jest to tzw. pojemność życiowa płuc
- nawet najgłębszy wydech nie doprowadza do całkowitego zapadnięcia się płuc, zawsze zostaje w nich 1200cm3 powietrza zalegającego
- dopiero dodając pojemność życiową i zalegającą, otrzymujemy całkowitą pojemność płuc (5400 cm3)
e) regulacja pracy układu oddechowego:
- za regulację odpowiedzialne są ośrodki oddechowe, znajdujące się w rdzeniu przedłużonym
- głównym czynnikiem przyspieszającym wentylację jest wzrost stężenia dwutlenku węgla we krwi
- dwutlenek tworzy z wodą kwas węglowy, którego dysocjacja prowadzi do zwiększenia stężenia jonów wodorowych, a więc spadku pH krwi
- zmianę tę wychwytują wyspecjalizowane chemoreceptory występujące m.in. w ścianie aorty oraz tętnic szyjnych, a także w pniu mózgu
UKŁAD ODDECHOWY
CHOROBY UKŁADU ODDECHOWEGO
1) wentylacja pomieszczeń
- powietrze musi być wolne od zanieczyszczeń pyłowych i chemicznych
- w zamkniętych pomieszczeniach obniża się stężenie tlenu
- przy niewielkim spadku organizm reaguje pogłębieniem oddechów i przyspieszeniem pracy serca, zmniejsza się wydolność umysłowa
- przy większym spadku nasilają się objawy niedotlenienia (przerywanie oddechu, osłabienie, ospałość)
- dalszy spadek stężenia grozi uduszeniem
2) zatrucia tlenkami węgla
- ulatniają się z niesprawnych instalacji gazowych i pieców
- szczególnie niebezpieczny jest tlenek węgla (czad), powoduje wiązanie hemoglobiny w hemoglobinę tlenkowęglową (karboksyhemoglobinę), która nie przenosi tlenu, rozłożenie zablokowanej tlenkiem węgla hemoglobiny trwa bardzo długo
3) nikotyna
- szkodliwy wpływa substancji zawartych w dymie papierosowym
4) substancje szkodliwe
- azbest - włóknisty minerał, do niedawna stosowany w budownictwie, drobiny azbestu gromadzą się w płucach i są przyczyną chorób nowotworowych
- pył węglowy - powoduje pylicę węglową płuc, często cierpią na nią górnicy
- cztero-tlenek ołowiu
5) resuscytacja - przywracanie czynności oddechowej, np. w przypadku ofiar wypadków
6) choroba dekompresyjna/kesonowa
- narażeni są na nią głęboko nurkujący nurkowie
- związana ze zjawiskiem znacznego zwiększania objętości gazów podczas szybkiego wynurzania
- szybko zmniejszające się ciśnienie powoduje, że gazy rozpuszczone we krwi i soku komórek wydzielają się w postaci pęcherzyków
- najgroźniejszy jest słabo rozpuszczalny i nieprzetwarzany przez organizm azot cząsteczkowy (jego pęcherzyki blokują światło drobnych naczyń krwionośnych)
- objawami choroby mogą być bóle mięśni, stawów, zawroty głowy, paraliż i nawet śmierć
6) stany zapalne układu oddechowego
- zapalenie oskrzeli - następuje obrzęk jamy śluzowej, która produkuje nadmierną ilość śluz, towarzyszy temu zwężenie dróg oddechowych i uciążliwy kaszel, zapalenie mogą wywołać drobnoustroje, ale także dym papierosowy lub smog
- zapalenie płuc - odnosi się do różnych stanów zapalnych i obrzęków płuc, najczęstszą przyczyną są infekcje wirusowe lub bakteryjne, leczy się je antybiotykami
- astma - występują ataki świszczącego kaszlu i duszności wywoływane zwężeniem górnych dróg oddechowych, prawdopodobnie większość ataków astmy jest skutkiem alergii, astmę zwalcza się stosują leki rozszerzające oskrzela
- alergia - nadwrażliwość układu oddechowego np. na roztocza zawarte w kurzu czy pyłki roślin
Drogi oddechowe
Płuca
* pęcherzykowate narządy o płatowej budowie
Jama nosowa
Gardło
Krtań
TRANSPORT GAZÓW ODDECHOWYCH WE KRWI
* rozpuszczalność tlenu jest bardzo mała i dlatego w drodze ewolucji musiały powstać mechanizmy zwiększające pojemność tlenową krwi
* fizycznie rozpuszczony w osoczu tlen stanowi zaledwie 2-3% ilości transportowanej
* znaczne zwiększenie sprawności krwi stało się możliwe dzięki wykształceniu barwników oddechowych (np. hemoglobiny)
- to różnorodna grupa białek złożonych
- wiążą one nietrwale tlen, zwiększając stopień wysycenia nim krwi
- np. u człowieka krew utlenowana płynąca z płuc zawiera do 20% objętościowych tlenu
- narząd jest złożonym zespołem chrząstek (np. chrząstka tarczowata - jej wyniosłość to jabłko Adama), więzadeł i mięśni
- wejście do krtani ograniczone jest nagłośnią
- w najwęższej części krtani znajdują się fałdy głosowe (struny głosowe), które ograniczają szparę głośni
- z krtani wdychane powietrze przechodzi do tchawicy
- umożliwia wydawanie dźwięków
- wdychane powietrze dostaje się do nosa, tam ulega ogrzaniu, nawilżeniu i oczyszczeniu z kurzu, bakterii i innych drobnych zanieczyszczeń,
- jamy nosowa wyścielona silnie unaczynioną błoną śluzową z nabłonkiem wielowarstwowym migawkowym, zawierającym liczne komórki śluzowe (dlatego oddychanie przez nos to prawidłowy proces fizjologiczny)
- znajduję się tu także urzęsiony nabłonek węchowy, tworzący niewielkie pole węchowe, u człowieka ma 5cm2 lecz pozwala nam odróżnić kilka tysięcy zapachów, sygnał z pola węchowego przenosi się nerwami węchowymi do mózgowia,
- jama nosowa łączy się od tyłu z gardłem
ODDYCHANIE WEWNĘTRZNE
* odbywa się zgodnie z gradientem stężeń
* dopływająca do tkanek utleniona krew zawiera dużo tlenu o ciśnieniu około 96mmHg (12,8kPa) i niewiele dwutlenku węgla o ciśnieniu około 40mmHg (5,3kPa)
* komórki ciała zużywają w procesach oddychania komórkowego tlen i wytwarzają dwutlenek węgla, co prowadzi do obniżenia ciśnienia tlenu w komórce do około 30mmHg i zwiększenia stężenia dwutlenku węgla do około 46mmHg
* wyższe o ponad 60mmHg ciśnienie tlenu we krwi dopływającej w zupełności wystarcza do wymuszenia dyfuzji tlenu z krwi do komórek
* niższe stężenie dwutlenku węgla spowoduje jego dyfuzję z komórek do krwi (różnica tak jak w płucach wynosi zaledwie 6mmHg ale wystarcza)
- krzyżują się tu drogi oddechowa i pokarmowa
- wdychane powietrze dostaje się z gardła to krtani
Tchawica
Oskrzela główne
- nieco spłaszczona, sprężysta rura
- wzmocniona licznymi chrząstkami
- w klatce piersiowej rozgałęzia się na dwa oskrzela główne
- podobne w budowie do tchawicy
- oskrzelami głównymi wdychane powietrze przedostaje się do parzystych płuc
Lewe płuco
Prawe płuco
Trzy płaty
Dwa płaty
Rozgałęzienie oskrzeli głównych (oskrzela płatowe)
Oskrzeliki
Woreczkowate rozszerzenia
Pęcherzyki płucne
* uwypuklenia rozszerzeń
* oplecione rozbudowaną siecią naczyń włosowatych
* właściwa czynna powierzchnia wymiany gazowej
WYMIANA GAZOWA W PŁUCACH (ODDYCHANIE ZEWNĘTRZNE)
* Wymiana gazowa - między organizmem a otoczeniem to oddychanie (respiracja), polega na pobieraniu tlenu z zewnątrz i usuwania z wnętrza organizmu dwutlenku węgla, pewien udział w wymianie gazowej u człowieka ma także skóra
* dyfuzja gazów pomiędzy powietrzem pęcherzykowym a krwią odbywa się zgodnie z gradientem ciśnień (stężeń)
* powietrze zasysane do płuc miesza się z powietrzem zalegającym i dlatego jego skład różni się od atmosferycznego
* w pęcherzykach ciśnienie parcjalne (cząstkowe) tlenu wynosi około 100mmHg (13,3kPa), a ciśnienie
dwutlenku węgla 40mmHg (5,3kPa)
* wymiana gazowa doprowadza do zwiększenia stężenia dwutlenku węgla i spadku stężenia tlenu w płucach
* skład powietrza:
- wdychane : 78% azotu, 21% tlenu, 0,03 % dwutlenku węgla i ok. 1% innych gazów
- wydychane : 78% azotu, 17% tlenu, 4% dwutlenku węgla i ok. 1% innych gazów nasyconych parą wodną
* aby zrozumieć istotę dyfuzji w pęcherzyku płucnym należy ustalić parametry krwi dochodzącej do kapilar płucnych
- zawiera ona zaledwie 5% objętościowych tlenu o ciśnieniu 40mmHg (5,3kPa) i aż 5,5% objętościowych dwutlenku węgla o ciśnieniu 46mmHg (6,1kPa)
- ciśnienie tlenu w pęcherzyku płucnym jest prawie o 60mmHg większe niż we krwi
- mimo małej rozpuszczalności tlenu w wodzie przy takiej różnicy ciśnień gaz ten sprawnie przekracza barierę ściany pęcherzyka i kapilary płucnej (ma ona grubość zaledwie około 1µm) - dyfuzja z pęcherzyka do krwi
- ciśnienie dwutlenku węgla w pęcherzyku jest mniejsze o około 6mmHg niż we krwi
- oznacza to dyfuzję z krwi do pęcherzyka, różnica ciśnień jest mała, ale dwutlenek węgla jest wielokrotnie lepiej rozpuszczalny w wodzie niż tlen i dlatego oddawanie go przebiega bardzo sprawnie