U K Ł A D O D D E C H O W Y

Człowiek w spoczynku zużywa ok. 0,2 litra O2/ kg masy ciała/ h, a w pracy do 4 litrów

Oddychanie zewnętrzne- pobieranie powietrza do płuc, wymiana gazowa w pęcherzykach, transport tlenu przez krew i dyfuzja do komórek.

Oddychanie wewnętrzne- procesy zachodzące w komórce (synteza ATP w mt; usówanie CO2 i H2O)

MECHANIZM WDECHU I WYDECHU

-pobieranie powietrza do płuc dzięki ruchom klatki piersiowej i przepony.

- płuca są w jamie klatki piersiowej, ograniczonej żebrami mostkiem itd. a od dołu przeponą

- Jklatki wyściela opłucna ścienna, która od strony śródpiersia schodzi na powierzchnię płuc i tworzy opłucną płucną powstaje jama opłucnej

- przy unoszeniu klatki piersiowej zwiększa się jej objętośc

- właściwe mm oddechowe. W czasie nasilonej akcji oddechowej są też mm pomocnicze.

- przepona i mm międzyżebrowe zew to oddechowe, w intesnywnym oddychaniu też mm grzbietu i piersiowe. Ale i tak najważniejsza jest przepona, oddziela jamę klatki piersiowej od jamy brzusznej. W skurczu ulega spłaszczeniu wpychając trzewia do jamy brzusznej zwiększa się objętośc

- Wdech jest procesem aktywnym, dochodzi do wciągnięcia powietrza do dróg oddechowych i pęcherzyków.

- Klatka piersiowa i płuca zbudowane są ze sprężystych tkanek, wiec wydech jest aktem biernym

- Siła rozciągniętych elementów sprężystych zmniejsza objętośc klatki piersiowej wzrasta ciśnienie w pęcherzykach powyżej ciśnienia atmosferycznego powietrze na zewnątrz

-pogłębiony wydech dzięki mm międzyżebrowych wew, a u niektórych zwierząt (psa) też dzięki mm tłoczni brzusznej.

- podczas pierwszego w życiu wdechu między opłucną płucną a ścienną wytrwarza się podciśnienie (5-10 mm Hg)

- W jamie opłucnej jest mało płynu zmniejszającego tarcie i zwiększającego przyleganie- podczas każdego wdechu podciśnienie obniża się o kilka do kilkudziesięciu mm Hg (średnio 20-60)

- płuca przylegają do ścian Jkl i podążają za jej ruchami (i przepony) wtedy zwiększa się obj. Pęcherzyków płucnych wpływa powietrze

- w trakcie spokojnych wydechów ciśnienie wzrasta o kilkanaście mm Hg, przy maksymalnych wydechach nawet o 100mmHg

Typ brzuszny oddychania (przeponowy)- oddychanie głównie za pomocą przepony

Typ piersiowy oddychania- głównie mm klatki

- w dzień najczęściej typ brzuszny, w nocy piersiowy

- wzmożone oddychanie w stresie i wysiłku- tryb mieszany

- w młodości głównie typ piersiowy, z wiekim zmienia się na mieszany

WENTYLACJA PŁUC

- częstotliwośc oddechów- duże oddychają żadziej niż małe

Koń, bydło, świnie, owce 10-20/min

Pies 20

Królik 30

Mysz, szczur 100-200

Ssaki hibernujące kilka

Człowiek 16

- powietrze oddechowe (objętość oddechowa) -wciągana przy spokojnym wdechu (300ml człowiek)

- powietrze uzupełniające (dopełniające)- objętośc którą można wciągnąc po swobodnym wdechu (kilka litrów)

- objętośc zapasowa płuc - może być usunięta po spokojnym wydechu

- objętośc życiowa- suma w.w. (mierzymy ją spirometrem)

- powietrze zalegające- zostaje nawet po największym wydechu

Odma- zmniejszenie lub zniesienie podciśnienie w jamie opłucnej- zmniejsza się objętośc pęcherzyków, sklejają się ścianki zapadnięcie płuca

Objętośc resztkowa- powietrze które zostaje nawet po odmie

Czy noworodek urodził się żywy? fragment płuca pływa, jak martwy to nie (bo zrobił pierwszy wdech)

- W czasie wysiłku zwieksza się wentylacje płuc przez większe wdechy, ale też aktywne wydechy (pozbywają się więcej CO2)

Drogi oddechowe- oczyszczają z drobin pyłu, nawilżają, ogrzewają

Górne drogi oddechowe- jama nosowa, gardło

Dolne drogi oddechowe- oskrzela główne, płatowe, oskrzeliki, oskrzeliki oddechowe, przewodziki pęcherzykowe, pęcherzyki płucne

Pęcherzyki płucne z jednowarstwowego nabłonka na błonie podstawnej kontaktującego się z naczyniami włosowatymi.

Przestrzeń martwa anatomicznie- drogi doprowadzające powietrze (na 500ml martwe 150)

Martwa przestrzeń fizjologiczna- objętośc powietrza niepodlegającego wymianie gazowej w pęcherzykach (np. przy upośledzonym krążeniu)

Nabłonek pęcherzyków: pneumocyty I i II

1. Komórki wyścielające, 25nm grubości; 50-100µm² powierzchni. Mały mnetabolizm własny- zużywają mało tlenu

2. Bryłowate, pojedyncze lub w grupkach. Produkują surfaktant:

- zmniejsza napięcie powierzchniowe

- zbudowany z lipoprotein

- zapobiega przesiąkaniu płynów do pęcherzyka

- zapobiega zapadaniu i sklejaniu

- ułatwia zwiększanie objętości pęcherzyka

- zabija bakterie (białka A i D- wiążą się ze ścianami)

Surfaktant pojawia się dopiero pod koniec życia płodowego, bo czynność pneumocytów II zależna od n. błędnego (a ten zaczyna działac pod koniec ciąży)

Kom. szczoteczkowe- pod nabłonkiem oddechowym, dużo mikrokosmków

Znajdują się przy zakończeniach czuciowych n. błędnego. Przy niecałkowitym rozciągnięciu pęcherzyków pobudzają n. błędny odruchowe westchnienie.

W pęcherzykach są makrofagi i immunoglobuliny G.

- Powietrze- 21% tlenu; 78% azotu; 0,04% CO2. W płucach miesza się ze zużytym- skład trochę inny

- Ciśnienie i prężnośc każdego z gazów to ciśnienie parcjalne

WYMIANA GAZOWA W PŁUCACH I NA OBWODZIE

-tlenu jest wiecej w pęcherzykach niż w krwi- ciśnienie parcjalne pcha go w kierunku naczyń; CO2 odwrotnie

- większośc O2 dyfunduje do erytrocytów i natlenowuje Hb oksyhemoglobina.

- 4 łańcuchy białkowe, każdy ma 1 cz. Hemu. Hem wiąże 1 cz. O2- 1Hb= 4O2

- w czasie przyłączania zmienia się kształt cząsteczki każda następna łatwiej się wiąże

- 1g Hb przyłącza 1,34ml tlenu. Jest 120-160g Hb/l, więc 1litr krwi transportuje 200ml tlenu.

- przy natlenowaniu Hb odłącza się jon H+; w to miejsce przyłącza się K+

- W krwince jest też 2,3 difosfoglicerynian (DPG), jest go tyle samo co Hg, wiąże się z nie utlenowaną Hb i zmniejsza jej powinowactwo do tlenu- znaczenie przy oddawaniu tlenu w tkankach, bo coraz więcej DPG łączy się z Hb i coraz łatwiej oddaje tlen.

- szybsze odłączanie O2 od Hb w tkankach spowodowane też coraz większą ilością H+ i CO2- efekt Bohra.

- Odwrotnie jest w naczyniach włosowatych pęcherzyków płucnych - duże stężenie O2 powoduje usuwanie H+ i CO2

Temperatura- w wyższej jest mniejsze powinowactwo Hb do O2. To się opłaca bo jak jest zimniej to tlen łatwiej wiąże się z Hb, a w płucach jest zimniej, bo „stykają się” z powietrzem. Dlatego łatwiej uzyska pełne nasycenie tlenem zimą. Z kolei krew wypływająca z płuc ogrzewa się i łatwiej oddaje tlen tkankom.

- Jeżeli krew jest utlenowana w 100% to oddaje tlen do tkanek, ale krew żylna jest jeszcze w 75% utlenowana (jest zapas przy okresowym zatrzymaniu oddechu)

- jony H+ co CO2 też mają znaczenie- zwiększenie stężenie wzmożone oddawanie tlenu komórkowm

Dużo tlenu oddawane jest mięśniom, jest tam mioglobina- wewnątrzkomórkowy magazyn tlenu wykorzystywanego przy skurczach.

- dużo mioglobiny mają ssaki wodne (foki, delfiny)

- struktura mioglobiny podobna do pojedynczej podjednostki Hb- łańcuch białkowy połączony z układem hemowym.

- ma wyższe powinowactwo do tlenu niż Hb, dlatego jest dobrym akceptorem nawet przy małym ciśnieniu parcjalnym.

Hb płodowa- zastępowana po urodzeniu przez Hb typu dojżałego. Ma większe powinowactwo do tlenu, umożliwia to skuteczne wyłapywanie tlenu w łożysku.

- wysoka prężność Co2 w tkankach sprzyja rozpadowy oksyHb

TRANSPORT CO2 Z TKANEK DO PŁUC

- niewielka częśc CO2 przekształca się w kwas węglowy, częśc łączy się z białkami tworząc karbaminiany

- większośc dyfunduje do erytrocytów, tutaj częśc się rozpuszcza, częśc tworzy połączenia z globiną, ale większośc łączy się z H2O kwas węglowy (enzym - anhydraza węglanowa)

- jest super wydajna- 1 enzym przekształca 100 000 CO2/sek!!!!! Reakcja odwracalna, zależy od prężności CO2. Ten sam enzym rozkłada przy dużej prężności O2.

-w płucach H2CO3 rozpada się na anion węglanowy HCO3- i proton.

-aniony dyfundują do krwi, a potem do pęcherzyka i na dwór, a na ich miejsce dla zachowania ładunku wchodzą jony Cl- i łączą się z K+, który oddysocjował od Hb podczas przyłączania tlenu.

- 70% CO2 jest przenoszona przez osocze.

OŚRODKOWA REGULACJA ODDYCHANIA

-kontrola dowolna- kora mózgowa

- kontrola automatyczna- pień mózgu (rdzeń przedłużony i most)

Z rdzenia przedłużonego impulsacja do motoneuronów oddechowych rdzenia kręgowego:

1. przeponowe w istocie szarej szyjnych segmentów rdzenia (3-5 krąg)

2. motoneurony mm międzyżebrowych zew w segmentach piersiowych rdzenia

- włókna odpowiedzialne za wydech dochodzą do motoneuronów w odcinku piersiowym rdzenia unerwiających mm międzyżebrowe wew.

- przy pobudzeniu motoneuronów wdechowych hamowane są wydechowe. I odwrotnie.

- obszar w rdzeniu przedłużonym kontrolujący oddychanie to ośrodek oddechowy. Są tu 2 grupy neuronów:

a) grzbietowa grupa n. oddechowych- otrzymuje inf z interoreceptorów dróg oddechowych i z chemoreceptorów kłębków szyjnych i aortalnych.

b) brzuszna grupa n. oddechowych- głównie z neuronów rozrusznikowych wdechowych i wydechowych- generują rytm oddechowy.

Miejscem powstawania rytmicznych impulsów oddechowych jest rdzeń przedłużony.

- te impulsy są modyfikowane przez impulsacje aferentną z mostu i n błędnego.

- centrum regulującym oddychanie automatyczne w moście- ośrodek pneumotaksyczny- hamuje czynność n. wdechowych rdzenia przedłużonego; odgrywa role w przełączaniu wdechów i wydechów

- w tylnej części mostu jest ośrodek apneustyczny- tonicznie pobudza nn wdechowe.

Na oddychanie wpływa też unerwienie z n. językowo-gardłowego i n. błędnego.

1. Rozciąganie płuc w czasie wdechu impulsy hamujące (wł. aferentne n. błędnego). Przecięcie n. błędnego- pogłębienie wdechu.

2. N. błędny i językowo gardłowy- chemoreceptory kłębków aortalnych i zatoki szyjnej.

OBWODOWA REGULACJA ODDYCHANIA

- czuciowe gałązki nerwu błędnego wrażliwe na ucisk- mechanoreceptory. Są 4 rodzaje:

1. Wolno adaptujące receptory płuc (najwięcej, wywołują odruch Heringa- Breuera)

- są w mięśniach gładkich dróg oddechowych (75-80% w tchawicy i dużych oskrzelach; 10-15% w małych oskrzelach; 5% w oskrzelikach)

- n. błędny przekazuje informacje hamującą czynność nn. Wdechowych rdzenia przedłużonego.

- następuje odruchowe skracanie wdechu i inicjowanie wydechu.

- przy wydechu ustaje pobudzenie mechanoreceptorów, neurony wdechowe znowu się uaktywniają i następuje wdech odruch Heringa- Breuera (ujemne sprzężenie zwrotne; zapobiega nadmiernemu rozciąganiu dróg i płuc)

2. Szybko adaptujące receptory podnabłonkowe- Większośc w bł. śluz tchawicy i rozwidlenia

- niedostateczne wypełnienie pęcherzyków i ich zapadanie pobudza kosmki kom. szczoteczkowych odróch wdechu (ziewanie)

- receptory te wrażliwe są też na czynniki chemiczne (amoniak, eter, dym tytoniowy) i czynniki biologiczne (histamina, prostaglandyna F2, leukotrieny, niektóre cytokiny) ich podrażnienie przyspiesza oddechy, wyzwala odruch kaszlu.

3. Receptory J- w obrębie pęcherzyka. Między pneumocytami a naczyniami włosowatymi.

- gdy pojawia się płyn międzykomórkowy (przekrwienie lub wysięk)- podrażnienie pęcherzyka początkowy bezdech, potem płytkie, szybkie oddechy.

- silne bodźce chemiczne lub ,mechaniczne (ciało obce) odruch obronny na poziomie krtani- zatrzymanie na chwile oddychania (z receptorów krtani gałązka n. błędnego biegnie do rdzenia przedłużonego i pobudza neurony hamujące wdech)- trwa to krótko, potem szybkie, płytkie oddechy

4. Proprioreceptory klatki piersiowej - reagują na ustawienie klatki piersiowej.

- modulują tempo i głębokośc oddechu w czasie ruchu

Chemiczna regulacja oddychania:

- ustala oddech tak, alby utrzymac prężnośc CO2 w pęcherzykach na odp poziomie

- prowadzi do zniwelowania nadmiaru H+ w osoczu i zapewnia wzrost P_O2 w pęcherzyku.

- minutowa wentylacja płuc zależy od tempa przemian metabolicznych, a świadczy o nim CO2

• Wzrost P_CO2 i Stężenia H+ i spadek P_O2 w krwi tt. odbierają kłębki szyjne i aortalne

Kłębek: Komórki typu I (kłębka) i typu II (odżywcze) otoczone przez okienkowe nacz. Włosow.

- SZYJNY- kom I są połączone z gałązką Heringa n. językowo-gardłowego wrażliwą na P_O2

Receptory te wydzielają dopamine- hamują wyładowania elektryczne

- AORTALNE- poł z wł. aferentnym n. błędnego

Zapasowy jest pień mózgu- powodują hiperwentylacje wywołanej wzrostem CO2 w zwierząt bez kłębków aortalnych i szyjnych.

ODRUCHY ODDECHOWE

• Oddechowe odruchy obronne

1. Odruchy wdechowe i wydechowe Heringa-Bereuera- w wyniku rozciągania i zapadnięcia płuc

2. Odruchy kaszlu i kichania- wywołane drażnieniem receptorów wrażliwych na czynniki drażniące

-pogłębiony wdech, następnie nasilony wydech

-w kaszlu najpierw zamknięcie głośni wzrost ciśnienia w jamie opłucnej otwarcie głośni powietrze wydostaje się 900km/h

- w czasie kichania głośnia otwarta, wzrost ciśnienia w wyniku podniesienia podniebienia miękkiego- kieruje powietrze do jamy nosowej

3. Odruchowy bezdech- zapobiega dostawaniu się ciał obcych i subs drażniących

-w wyniku bezdechu spadek prężności tlenu i wzrostu CO2 (hipoksja i hiperkapnia)

- następnie przyspieszenie i spłycenie oddechu

• Odruchy nieswoiste modyfikujące oddychanie

1. Odruch ziania- przyspieszenie oddechów zapobiega przegrzaniu (u niepocących)

2. Cucenie- pobudzenie receptorów zimna, bólu i różnych skóry pobudza ośrodki oddechowe np. zimna woda

SPOCZYNKOWA PRZEMIANA ENERGII- ciało w spoczynku, z wyłączonym trawieniem, tylko utrzymuje temperature.

- związane z masą y=masa ciała^2/3

- przyjęcie pozycji stojącej- wzrost przemian tlenu o 30%

Współczynnik oddechowy (RQ)- stosunek objętości wytwarzanego CO2 do zużytego tlenu.

-RQ dla glukozy =1; bo z 1 mola glukozy jest 6 moli CO₂ i 6 moli H₂O; zużywa 6 moli O₂

Energetyczna wartość tlenu- ilość ciepła wyzwolonego w procesie spalania substancji w przeliczeniu na litr tlenu zużytego do tego spalania

- przemiany anaboliczne podwyższają, a kataboliczne obniżają RQ

-RQ wynosi 0,85 Świnia do 0,96 -drób

Choroba wysokościowa- przy rozrzedzonym powietrzu. Od 4 000m n.p.m.

-osłabienie, opuchlizna, wymioty

-adaptacja polega na wzmożeniu oddechów

- 7 900m to „strefa śmierci”

Tlen jest niebezpieczny bo powstają wolne rodniki. Organizm walczy (antyoksydanty) metodami nieenzymatycznymi i enzymatycznymi:

• Nieenzymatyczne: karotenoidy, kwas askorbinowy, glutation, cysteina, adrenalina, bilirubina, kwas moczowy

• Enzymatyczne: oksydoreduktazy, dysmutazy ponadtlenkowe, katalazy, peroksydaza, reduktaza glutationowa

ŁAŃCUCH ODDECHOWE, SYNTEZA ATP i FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA- z biochemii

Najważniejszymi koenzymami oksydoreduktaz są NAD, NADP i FAD

- NAD i FAD ulegają reoksydacji na łańcuchu oddechowym (są kompleksy błonowe I, II, III i IV- [biologia komórki], NAD zaczyna na I kompleksie, a FAD na II- dlatego powstają różne ilości ATP)

- NADP bierze udział w biosyntezie np. kwasów tłuszczowych.

Hemiosmotyczny obwód protonowy Mitchela- proces transportu e i protonów przez kompleksy błonowe i jego sprzężenie z syntezą ATP

cyjanek potasu blokuje przeniesienie e i protonów na tlen!

---