Układ oddechowy
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.