27. FIZJOLOGIA UKŁADU ODDECHOWEGO

W ustroju człowieku nieprzerwanie odbywają się procesy przemiany materii i energii. Energie do tych przemian czerpie ustrój z utleniania produktów odżyw­czych i stąd konieczny jest nieprzerwany dowóz tlenu. Rolą układu oddechowego jest z jednej strony dostarczanie tlenu, a z drugiej wydalanie poza obręb organizmu produktu spalania, jakim jest dwutlenek węgla. Tak więc oddychaniem będziemy nazywać wymianę guzów między organizmem a otaczającym go środowiskiem.

Podstawą oddychania jest dyfuzja gazów. Polega ona na tym, że cząsteczki ga­zów przechodzą z miejsc o wysokim ich stężeniu do miejsc, w których to stężenie jest niższe.

Przechodzenie molekuł gazu zachodzi na koszt ich własnej energii kinetycznej bez zubażania energetycznego samych komórek.

Gazy dyfundują tylko na niewielką, nie przekraczającą l milimetra odległość. Przenoszenie ich na większe odległości wymaga uczestnictwa czynnika transportu­jącego, jakim jest krew. Tak wiec na zasadzie dyfuzji tlen przedostaje się z pęche­rzyków oddechowych do krwi, która rozprowadza go po całym ustroju. Tam ponownie drogą dyfuzji przedostaje się do poszczególnych komórek organizmu. Dwutlenek węgla dyfunduje do krwi, po czym zostaje odtransportowany i wydalo­ny do pęcherzyków płucnych. Tak więc oddychanie składa się z dwóch powiązanych ze sobą aktów: oddychania płucnego (lub zewnętrznego) i oddychania tkankowe­go (lub wewnętrznego). W procesie oddychania mamy do czynienia z czterema na­stępującymi po sobie procesami, a mianowicie:

1. Wentylacją, czyli przechodzeniem gazów przez drogi oddechowe do pęche­rzyków płucnych i z powrotem.

2. Dyfuzją zewnętrzną polegającą na wymianie gazów między powietrzem znajdującym się w pęcherzykach płucnych (tzw. powietrzem pęcherzykowym) a krwią.

3. Transportem gazów przez krew.

4. Dyfuzją wewnętrzną - czyli wymianą gazów między krwią a tkankami.

ODDYCHANIE PŁUCNE

Powietrze wdychane do płuc nasyca się parą wodną i oczyszcza się z kurzu. Przechodząc między małżowinami a przegrodą nosa styka się z wilgotną błoną ślu­zową. Osadzają się na niej drobne zanieczyszczenia, które pokryty rzęskami nabło­nek nosa przesuwa w kierunku gardła. Zawirowanie powietrza w nosie powoduje, że zostają tu zatrzymane większe cząstki kurzu, drobniejsze zaś przechodzą dalej i osiadają na ściankach drzewa oskrzelowego i pęcherzyków. Cząsteczki o średnicy 0,5 μm utrzymują się w powietrzu i wraz z nim są wydalane z dróg oddechowych. Zanieczyszczenia osiadające na ścianach dróg oddechowych usuwane są wraz ze śluzem przez jamę ustną i nosową.

Oddychać można również przez jamę ustną; nie jest to jednak objaw prawidło­wy i występuje zazwyczaj przy nieżytach nosa. W takich przypadkach zimne nieoczyszczone powietrze może spowodować różne schorzenia.

Zanieczyszczenia i inne drażniące substancje osiadające na ścianach dróg oddechowych usuwane są z nich podczas kaszlu i kichania. Odruchy te są niezbędne dla prawidłowej czynności płuc. Zapoczątkowuje je podrażnienie zakończeń nerwo­wych w błonie śluzowej, po czym następuje głęboki wdech, zamknięcie nagłośni i szpary głosowej, skurcz mięśni brzucha i zwiększenie tłoczni brzusznej. Jednocze­sne napinanie się mięśni wydechowych prowadzi do wzrostu ciśnienia w płucach i nagłego otwarcia szpary głosowej i głośni, i gwałtownego wyrzucenia powietrza, które porywa ze sobą zanieczyszczenia. Odruch kichania ma podobny przebieg, a zapoczątkowuje go podrażnienie błony śluzowej nosa.

ODDYCHANIE TKANKOWE

W naczyniach włosowatych tlen odłącza się od hemoglobiny i przechodzi przez ściany naczyń włosowatych do płynu tkankowego, a następnie do komórek. Ciśnie­nie cząstkowe tlenu w początkowej części naczyń włosowatych wynosi 12,7 kPa (95 mm Hg), w płynie międzykomórkowym zaś 5,3 kPa (40 mm Hg). Różnica ci­śnień 7,3 kPa (55 mm Hg) powoduje przejście tlenu do przestrzeni międzykomórko­wej. Ciśnienie cząstkowe tlenu w płynie tkankowym wynosi 5,3 kPa (40 mm Hg), a ciśnienie wewnątrzkomórkowe - 4,7 kPa (35 mm Hg), co pozwala na przenikanie do nich tlenu. Całkowita różnica między ciśnieniem tlenu w krwinkach czerwonych a ciśnieniem w komórkach tkanek wynosi 8,0 kPa (60 mm Hg) i jest zbliżona do róż­nicy ciśnień cząstkowych w płucach - 8,5 kPa (64 mm Hg).

Całkowita ilość tlenu związanego z hemoglobiną krwi tętniczej przy jej peł­nym wysyceniu wynosi ok. 19,4 ml/100 ml krwi. Po przejściu przez naczynia włosowate tkanek spada do 14,4 ml/100 ml krwi, a w tkankach pozostaje 5 ml tle­nu uwolnionego z każdych 100 ml krwi. Następnie, gdy krew powróci do płuc, ok. 5 ml tlenu dyfunduje do każdych 100 ml krwi i hemoglobina uzyskuje ponow­nie wysycenie 97%.

Zapotrzebowanie tkanek na tlen zależy od stanu funkcjonalnego komórek wchodzących w skład rozpatrywanego narządu. Szybkość, z jaką dany narząd zuży­wa tlen zawarty we krwi (VO₂), wyraża się w mililitrach O₂ na 1 gram i jedną minu­tę. Zapotrzebowanie można obliczyć z przepływu krwi (Q) i różnicy wysycenia krwi na wejściu i wyjściu krwi do narządu.

VO₂ =ABPO₂ Q, gdzie ABPO₂ = różnica wysycenia krwi

W stanie spoczynku największe zapotrzebowanie na tlen wykazują mięsień ser­cowy, kora mózgu, wątroba i warstwa korowa nerek.

Podczas intensywnego wysiłku fizycznego komórki mięśniowe wykorzystują tlen z tak dużą szybkością, że jego stężenie w płynie miedzy komórkowym spada do 2,0 kPa (15 mm Hg). Przy takim ciśnieniu tylko 4,4 ml może pozostać w połączeniu z hemoglobiną znajdującą się w 100 ml krwi.

Ilość uwolnionego tlenu z każdych 100 ml krwi wynosi zatem 19,4 - 4,4 = 15.

Podczas dużego wysiłku może być przetransportowane trzy razy więcej tlenu niż w warunkach życia codziennego. Z powyższego wynika, że wzrost zużycia tlenu zwiększa automatycznie ilość tlenu uwalnianego z hemoglobiny. Liczbowy odpo­wiednik tej części hemoglobiny, która oddaje swój tlen przechodząc przez tkankowe naczynia włosowate, nazywa się współczynnikiem wykorzystania. W warunkach prawidłowych wynosi on ok. 27% hemoglobiny. Podczas dużego wysiłku aż 77% hemoglobiny oddaje swój tlen. Jest to najwyższy współczynnik wykorzystania, na­wet przy największym zapotrzebowaniu tlenowym tkanek.

W celu obliczenia całkowitego zużycia w jednostce czasu zakładamy, że każde 100 ml krwi przenosi 5 ml tlenu. Jeżeli podstawowy minutowy rzut serca wynosi 5000 ml, to w ciągu minuty krew dostarcza 250 ml tlenu. Jak już mówiliśmy, wielkość ta może się zwiększać podczas dużego wysiłku i w niektórych chorobach na­wet do 15 razy, z tego trzykrotnie wskutek większego wykorzystania tlenu i pięcio­krotnie dzięki wzrostowi rzutu minutowego. Największa ilość transportowanego tlenu do tkanek wynosi zatem 250 x 15, tj. 3750 ml/min u zdrowego dorosłego czło­wieka.

---