Energetyka życia
Oddychanie jako proces kataboliczny. Wszystkie procesy fizjologiczne i reakcje anaboliczne, każdy rodzaj pracy wykonywanej przez organizm wymagają dopływu energii. Powstaje ona w procesach utleniania biologicznego - oddychania, którego zewnętrznym przejawem jest wymiana gazowa. Źródła energii. Wszystkie surowce energetyczne powstały bezpośrednio lub pośrednio dzięki wykorzystaniu energii słonecznej lub chemicznej przez organizmy autotroficzne. Podstawowymi substratami oddechowymi są węglowodany. Substratem oddechowym kiełkujących nasion roślin oleistych jest tłuszcz, który najpierw ulega hydrolizie na glicerol i kwasy tłuszczowe. Nasiona zawierające białko, jak np. u motylkowych, wykorzystują jako źródło energii aminokwasy. Powstające w procesach fotosyntezy związki są zredukowane, a zakumulowana w nich w postaci wiązań chemicznych energia słoneczna jest uwalniana w czasie oddychania. Ilość zakumulowanej energii wyzwalającej się w czasie utleniania biologicznego zależy od stopnia zredukowania (lub utlenienia) substancji - substratu oddechowego (ryć. 72). Utlenienie l g glukozy podstawowego substratu oddechowego komórek - dostarcza około 16/4 kJ (4,1 kcal) energii, l g białka - około 21,2 kJ (5,3 kcal), a tłuszczów - aż 37,2 kJ (9,3 kcal).
Istota i wydajność procesu. Produktami spalania glukozy w warunkach laboratoryjnych są CO2, H2O i energia cieplna, a proces zachodzi gwałtownie według równania: C6H12O6 + 6O2→6CO2+H2O+2872 kJ. W komórkach nie zachodzi szybkie spalanie, a proces przebiega wieloetapowe. Oddychanie nie zawsze przejawia się pobieraniem O2. Bakterie żyjące w glebie, w mule dennym zbiorników wodnych czy pasożyty wewnętrzne przebywają w środowiskach, gdzie dostęp tlenu jest stosunkowo mały. Utleniają one związki organiczne bez udziału tlenu, ale nie do produktów w pełni utlenionych - CO2 i H2O, tylko do związków utlenionych częściowo - kwasów i alkoholi. Proces ten nazwano oddychaniem beztlenowym, a potocznie fermentacją. Wspólną cechą wszystkich typów oddychania jest utlenianie substratów organicznych. Utlenianie polega na odłączaniu wodoru (przede wszystkim elektronu lub elektronów) od cząsteczki substratu. Podczas tego procesu uwalnia się energia, częściowo magazynowana w wysokoenergetycznych wiązaniach fosforanowych ATP, a częściowo uwalniana w postaci ciepła. Oddychanie, jako proces enzymatyczny, przebiega wieloetapowe i umożliwia syntezę ATP. Dzięki wieloetapowemu przebiegowi tego procesu ciepło uwalnia się stopniowo, małymi porcjami, nie powodując uszkodzeń komórek, zwłaszcza denaturacji białek. Ciepło to w części zostaje wykorzystane do ogrzania ciała, a reszta jest wypromieniowywana do otoczenia. W czasie oddychania zachodzą dwa zasadnicze procesy: dehydrogenacja (odwodorowanie) oraz towarzysząca jej- dekarboksylacja (odrywanie atomów węgla od związku organicznego). Powstający w czasie dehydrogenacji wodór jest odwracalnie przyłączany do przenośników wodorowych - NAD i FAD, przenoszących atomy wodoru na związek, który go trwale zwiąże - na akceptor wodorowy. Akceptor ulega redukcji, a w czasie procesu uwalnia się energia akumulowana w makroergicznych wiązaniach ATP (ryć. 73). Końcowym akceptorem wodoru w oddychaniu tlenowym jest tlen pobrany z atmosfery. W oddychaniu beztlenowym wodór jest przyłączany do związku organicznego, którym jest zazwyczaj kwas pirogronowy.
Oddychanie beztlenowe. Fermentacja jest procesem występującym głównie u mikroorganizmów i zachodzi w cytoplazmie komórek. Początkowe etapy procesu polegają na uaktywnieniu substratu oddechowego-glukozy która ulega przemianie w ufosforylowaną glukozę. Następnie sześciowęglowy związek rozpada się na dwa łańcuchy trójwęglowe, które dalej są przekształcane do kwasu pirogronowego. W czasie tych przemian powstaje zredukowany przenośnik wodorowy NADH2 a następnie wydzielona energia jest akumulowana w ATP podczas fosforylacji substratowej. Kwas pirogronowy ulega przemianom w różne związki, przy czym zawsze gra rolę akceptora wodoru. Końcowy etap-wiązanie wodoru-nie uwalnia energii. Nazwa fermentacji pochodzi od końcowego jej produktu. Drożdże przeprowadzają przemianę kwasu pirogronowego do alkoholu (fermentacja alkoholowa) z wydzielaniem CO2: C6H12O6 +2ADP+2Pi→2C2H5OH+2CO2 +2ATP, a w komórkach bakterii mlekowych tworzy się kwas mlekowy-produkt fermentacji mleczanowej: C6H12O6 +2ADP+2Pi→2CH3CHOHCOOH+2ATP.
Oddychanie tlenowe. Początkowe etapy oddychania tlenowego - glikoliza - zachodzą tak samo, jak w oddychaniu beztlenowym. W warunkach dobrego dostępu tlenu kwas pirogronowy przenikający do mitochondrium ulega tlenowej dekarboksylacji do związku dwuwęglowego, zwanego acetylo-koenzymem A (acetylo-CoA) lub czynnym octanem (CH3COSCoA). Koenzym A jest przenośnikiem dwuwęglowego związku - kwasu octowego i powstaje według równania: CH3COOH+H SCoA→CH3COSCoA+H2O. Związek ten odgrywa w metabolizmie komórek rolę związku lub metabolitu kluczowego, tzn. zajmującego centralne miejsce w procesach metabolicznych. Stanowi on miejsce, w którym zbiega się i rozchodzi większość przemian chemicznych. Wewnątrz mitochondriów (matriks mitichondrialna) następuje włączanie czynnego octanu w cykl przemian zwanych cyklem cytrynianowym lub cyklem kwasu cytrynowego (dawniej cykl Krebsa). Jest to cykl reakcji, w czasie których następuje dwukrotna dekarboksylacja z wydzieleniem dwóch cząsteczek CO2 i czterokrotna dehydrogenacja z wydzieleniem trzech cząsteczek NADH2 i jednej FADH2. Substancje te powstają w wyniku kolejnych przemian, jakim podlegają poszczególne ogniwa cyklu cytrynianowego, złożonego z kwasów organicznych o sześciu, pięciu i czterech atomach węgla. W efekcie tych przemian reszta kwasu octowego zostaje utleniona z wydzieleniem CO2, wodoru związanego przejściowo przez NAD i FAD oraz niewielkiej ilości energii, powstałej w wyniku fosforylacji substratowej w jednym z etapów cyklu. Zredukowane przenośniki NADH2 i FADH2 przenoszą wodór na wewnętrzne błony mitochondrium, gdzie zlokalizowany jest łańcuch oddechowy- zespół związków umożliwiających przeniesienie wodoru na tlen, z uwolnieniem i zmagazynowaniem w ATP energii w procesie fosforylacji oksydacyjnej. Wodór pochodzący z glikolizy też musi być przetransportowany do mitochondriów na łańcuch oddechowy. Odbywa się to poprzez specjalny system przenoszenia, w czasie którego dochodzi jednak do straty energii (w ilości l cząsteczki ATP na l cząsteczkę NADH2). Łańcuch oddechowy jest zespołem związków złożonych w następującej kolejności: NADH2, FADH2, ubichinon, cytochromy, oksydaza cytochromowa. Jego kolejne ogniwa przeprowadzają procesy utleniania i redukcji, umożliwiając przeniesienie wodoru na tlen atmosferyczny. Kolejne ogniwa łańcucha oddechowego charakteryzują się zdolnością do coraz łatwiejszego przyjmowania elektronów i są uszeregowane według wzrastającego powinowactwa do elektronów, czyli według wzrastających potencjałów oksydo-redukcyjnych. Dzięki temu wzdłuż łańcucha płynie początkowo strumień atomów wodoru, a potem elektronów, odłączonych w czasie utleniania wodoru przez ubichinon według równania: 2Ho→2H++2ē Oksydaza cytochromowa - ostatnie ogniwo przenoszenia elektronów katalizuje proces redukcji tlenu: 0°+2ē ———» O2- . Na najniższym szczeblu tej kaskady energetycznej pochodzące z wodoru protony łączą się z jonem tlenkowym, w wyniku czego powstaje cząsteczka wody. Wieloetapowej wędrówce wodoru i elektronów towarzyszy stopniowe uwalnianie energii. Energia, uwalniana w wyniku przemian zachodzących w poszczególnych ogniwach łańcucha oddechowego, częściowo jest wiązana w ATP w procesie fosforylacji oksydacyjnej, a częściowo rozprasza się w postaci ciepła. Gdyby proces transportu zachodził jednoetapowe, to konsekwencją byłoby tylko wydzielanie się energii w postaci ciepła. Ilość uwalnianej energii jest zależna od tego, który z przenośników wodorowych włącza się, tzn. zapoczątkowuje łańcuch oddechowy. Pamiętam, że jeżeli jest nim NADH2, to zysk wynosi 3 ATP, gdy przenośnikiem jest FADH2 - 2 ATP, a pochodzący z glikolizy NADH2 umożliwia zakumulowanie energii tylko w dwóch cząsteczkach ATP. W efekcie tych wszystkich przemian: glikolizy, cyklu cytryniąnowego i łańcucha oddechowego, komórka zyskuje 36 moli ATP z utlenienia l mola glukozy. Jest to około 40% energii zawartej w cząsteczce glukozy: C6 H12 06+ 36 ADP + 36 Pi + 6 O2 enzymy→6CO2+6H2O+36ATP.
Bilans oddychania. Dokonując bilansu oddychania tlenowego należy pamiętać, że dzięki glikolizie powstaje 6 moli ATP (łącznie z utlenieniem 2 NADH^ na łańcuchu oddechowym), oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu daje w przeliczeniu 6 moli ATP, a cykl cytrynianowy 24 mole ATP.
Intensywność oddychania komórkowego w normalnych warunkach jest proporcjonalna do potrzeb energetycznych komórek, przy czym te z nich, które są stosunkowo mniejsze, ale z dużą liczbą mitochondriów - wykazują większą intensywność oddychania. Najintensywniej oddychają komórki tkanek twórczych i rosnących (młodych). W komórkach tkanek w pełni wykształconych nasilenie oddychania jest mniejsze, a w komórkach starzejących się jeszcze mniejsze. Najmniejszą intensywność oddychania stwierdza się (pomijając stany anabiozy) w suchych nasionach, zarodnikach, przetrwalnikach. Obniżenie tempa procesów oddechowych stwierdza się w komórkach zwierząt w stanie snu zimowego i letniego. Na intensywność oddychania wpływa wiele czynników zewnętrznych i wewnętrznych. Temperatura w pierwszym rzędzie oddziałuje na aktywność enzymów katalizujących poszczególne etapy oddychania. Wzrost temperatury przyspiesza oddychanie, a najwyższą wydajność osiąga ten proces przy 35°-40°C. Dalszy wzrost powoduje destrukcję układów enzymatycznych oddychania i w związku z tym śmierć komórek. Wzrost stężenia CO2 zwykle hamuje intensywność oddychania, tym bardziej że wiąże się na ogół ze zmniejszeniem stężenia O2. Hamujące działanie dwutlenku węgla w stosunku do oddychania znajduje zastosowanie w przechowalnictwie. Owoce i warzywa przetrzymywane w komorach o obniżonej temperaturze i atmosferze wzbogaconej w CO2, oddychają w zwolnionym tempie i tym samym nie tracą cennych substancji zapasowych. Na intensywność oddychania w dużym stopniu wpływa, uwodnienie komórek, co najłatwiej zaobserwować w nasionach. I te zależności znalazły zastosowanie w przechowalnictwie. Gdy nasiona nie są dostatecznie wysuszone, to zbyt intensywnie zachodzą w nich procesy oddechowe, co powoduje straty materiałów zapasowych. Oprócz tego nasiona ogrzewają się wówczas, a to
zmniejsza ich energię kiełkowania i pogarsza wartość wypiekową ziarna. Dlatego też często ziarno dosusza się. Szybkość oddychania może być zwiększona przez niektóre witaminy, np. witamina C powoduje w organizmie wzrost produkcji ciepła. Wewnętrzne mechanizmy regulujące intensywność oddychania są związane ze stężeniem ATP w komórkach. Gdy zmniejsza się jego stężenie, to następuje pobudzenie procesów fosforylacji, zwłaszcza fosforylacji oksydacyjnej. Do innych czynników wpływających na intensywność oddychania w komórkach tkankowców należą hormony zwierzęce oraz regulatory wzrostu i rozwoju u roślin. Komórki tkanek zranionych czy uszkodzonych lub regenerujących się oddychają intensywniej od normalnych.
Intensywność oddychania organizmów wielokomórkowych. Nasilenie procesów oddechowych u organizmów wielokomórkowych jest uwarunkowane nie tylko bezpośrednimi potrzebami energetycznymi komórek, tzn. intensywnością procesów energochłonnych. W dużym stopniu jest ono warunkowane dopływem substratów oddechowych, temperaturą środowiska, a także jego wilgotnością, ponieważ wilgotne powietrze jest lepszym przewodnikiem cieplnym niż powietrze suche. Główną powierzchnią, przez którą odbywa się utrata ciepła, jest powierzchnia ciała. Im niższa temperatura otoczenia - tym większe straty ciepła, a więc tym intensywniej musi zachodzić oddychanie komórkowe, aby zbilansować ubytki ciepła. Jeżeli temperatura otoczenia zbytnio się obniży, a produkcja ciepła nie nadąża za jego utratą, zwierzęta zmiennocieplne zapadają w stan odrętwienia. U zwierząt stałocieplnych, żyjących w klimatach chłodnych, obserwujemy tendencję do zwiększania wymiarów ciała, dzięki czemu następuje zmniejszenie powierzchni względnej, przez którą wypromieniowuje ciepło. Dodatkowym czynnikiem obniżającym straty ciepła metabolicznego jest zmniejszanie wielkości wystających części ciała, np. uszu, czy też pokrywanie ciała różnego typu strukturami termoizolacyjnymi, np. warstwą podskórnej tkanki tłuszczowej czy sierścią.
ODDYCHANIE A FOTOSYNTEZA
Dwa podstawowe dla żyda procesy - fotosynteza i oddychanie mają charakter przemian energetycznych i warunkują życie na Ziemi. Podstawowymi związkami energetycznymi, z których organizmy uwalniają energię w czasie oddychania, są węglowodany. Około 1/3 węglowodanów syntetyzowanych w czasie fotosyntezy zostaje zużyta przez rośliny we własnych procesach oddechowych, a pozostała część jest wbudowywana w ciało roślin. Heterotrofy wykorzystują bezpośrednio lub pośrednio tylko tę część energii, którą rośliny wbudowały w swoje tkanki. Spożywane pokarmy w części wykorzystywane są do budowy różnych struktur heterotrofa, a w części stanowią substraty energetyczne. Fotosynteza kumuluje więc energię świetlną w cukrach i innych zredukowanych związkach organicznych, wykorzystując do ich syntezy produkty oddychania - CO^ i H^O. Oddychanie zaś wykorzystuje jako substrat produkty fotosyntezy - zredukowane związki organiczne, z których uwalnia energię, wiążąc ją częściowo w makroenergetycznych wiązaniach w ATP, a w części uwalniając w postaci ciepła. W istocie więc można stwierdzić: Energia słoneczna skumulowana w czasie fotosyntezy w wiązaniach chemicznych związków organicznych jest podczas oddychania uwalniana na skutek rozrywania tych wiązań. I tak skumulowana w jednym procesie energia słoneczna uwalnia się w innym procesie, w innym miejscu i w innym czasie. O ile fotosynteza zachodzi w dzień, to oddychanie i w dzień, i w nocy. W czasie oddychania około 60% energii uwalnia się w formie ciepła wypromieniowanego do otoczenia, więc układy przyrodnicze mogą funkcjonować tylko dzięki ciągłemu dopływowi energii słonecznej do powierzchni Ziemi. Należy też pamiętać, że energia, którą otrzymujemy dzisiaj spalając takie naturalne paliwa, jak węgiel, torf, drewno czy ropa naftowa, została zakumulowana w czasie fotosyntezy zachodzącej w minionych okresach geologicznych. Ciepło, jakie powstaje w czasie spalania węgla, jest w zasadzie tą częścią energii słonecznej, którą rośliny-akumulując-zatrzymały w swych tkankach w okresie karbońskim.
WYMIANA GAZOWA
Przystosowania do sprawnej wymiany gazowej. Organizmy jednokomórkowe. U jednokomórkowców, jak i w każdej komórce organizmu wielokomórkowego, wymiana gazowa odbywa się przez dyfuzję, zgodnie z gradientem stężeń. Tlen dyfunduje całą powierzchnią komórki do cytoplazmy, aż do mitochondriów. CO^ przenika w przeciwnym kierunku, natomiast woda powstała w czasie oddychania wchodzi w skład puli wody komórkowej i jest wymieniana ze środowiskiem zewnętrznym zgodnie z prawami osmozy. Rośliny. U plechowców wymiana gazowa odbywa się przez całą powierzchnię plechy, zgodnie z prawami dyfuzji. Dla organowców głównym miejscem przenikania gazów są aparaty szparkowe liści i łodyg. Gazy przedostają się przez szparki do komór powietrznych, które łączą się z systemem przestworów międzykomórkowych. W przestworach gazy wędrują na zasadzie dyfuzji do komórek, gdzie, rozpuszczając się w wodzie nasycającej ściany komórkowe, dyfundują do komórek lub z komórek. U higrofitów i w młodych liściach wymiana gazów może odbywać się przez cienką warstwę kutikuli, jeśli tylko nie jest ona pokryta warstwą wosku. U roślin bitnych, wodnych lub okresowo zalewanych wykształca się specjalna tkanka przewietrzająca - aerenchyma, której luźno ułożone komórki tworzą kanały powietrzne umożliwiające dyfuzję gazów. Niektóre rośliny, żyjące na zwartych, zbitych podłożach, gdzie przewietrzenie gleby jest słabe, np. cypryśniki, wytwarzają tzw. korzenie oddechowe, umożliwiające wymianę gazową podziemnym częściom roślin. U roślin zdrewniałych, których starsze łodygi i korzenie są pokryte korkiem, występują przetchlinki. Luźno ułożone komórki przetchlinek umożliwiają pobieranie 02 i odprowadzanie CO2 komórkom żywym, położonym w głębszych warstwach organu. Nie do wszystkich organów tlen dociera tak łatwo jak do liści. Mięsiste, duże owoce, nasiona z twardą okrywą, korzenie w glebach nadmiernie wilgotnych często nie otrzymują dostatecznej ilości tlenu. Uzyskiwanie energii odbywa się wtedy bez udziału tlenu, a jako produkty powstają CO2 i np. alkohol etylowy. Zwierzęta. Wymiana gazowa u zwierząt odbywa się na powierzchniach oddechowych. Aby taka powierzchnia mogła spełniać swoje zadania, musi być duża, cienka, wilgotna i musi mieć zapewniony kontakt ze środowiskiem zewnętrznym i wewnętrznym. U zwierząt małych, żyjących w wodzie lub środowisku wilgotnym, funkcje te może spełniać powierzchnia ciała. Kiedy jednak zapotrzebowanie na tlen rośnie, powierzchnia ciała już nie wystarcza i trzeba ją powiększyć. Taką funkcję spełniają utworzone na powierzchni organów oddechowych fałdy lub wyrostki pokryte cienkim nabłonkiem oddechowym lub różnego typu zewnętrzne (np. u nalepiana i innych wieloszczetów osiadłych, larw płazów) lub okryte skrzela (np. u raka, ryb). Ich ułożenie ułatwia stały przepływ wody, która odbiera CO2 i oddaje O2. Urządzeniami zapewniającymi ruch wody wokół skrzeli mogą być: urzęsiony nabłonek pokrywający skrzela i jamę płaszczową (małże, ślimaki), rytmiczne ruchy płaszcza (głowonogi), wyrostek odnóży gębowych u wlotu do komory skrzelowej (raki, krewetki, kraby), skoordynowany ruch rzęsek i pokryw skrzelowych (ryby), ruchy koszyczka skrzelowego (minog). Większość zwierząt lądowych wykształciła powierzchnię wewnątrz ciała w postaci płucotchawek, tchawek lub płuc. Takie umiejscowienie chroni je przed wysychaniem i uszkodzeniem, ale zmusza do stałego wentylowania narządów wymiany gazowej. Jako źródło tlenu powietrze jest lepsze niż woda. Tylko nieliczne zwierzęta nie wykonują ruchów oddechowych, np. pająki, wtedy dopływ 02 i odprowadzenie CO2 odbywa się wyłącznie przez dyfuzję. U zwierząt większych i aktywnych wytworzyły się różne mechanizmy przetwarzające układ oddechowy: ruchy odwłoka (owady), rytmiczne ruchy dna jamy gębowej (płazy), praca klatki piersiowej (owodniowce). U ssaków pojawia się silny mięsień oddechowy - przepona.
Mechanizm wymiany i transport gazów oddechowych. Powierzchnie oddechowe od wewnętrznej strony ciała kontaktują się ze splotem drobnych naczyń krwionośnych, np. u dżdżownicy czy w płucu ssaka, albo bezpośrednio graniczą z jamą ciała wypełnioną hemolimfą, np. u pająków. Bez względu na środowisko, w jakim żyją zwierzęta i typ narządów wymiany gazowej, przemieszczanie się gazów przez powierzchnie oddechowe odbywa się zgodnie z prawami dyfuzji. Ciśnienie cząstkowe tlenu w środowisku zewnętrznym jest wyższe niż w płynach omywających wewnętrzną powierzchnię nabłonka oddechowego. Dlatego tlen dyfunduje do wnętrza ciała, a CO2 w kierunku przeciwnym - na zewnątrz, gdzie jego ciśnienie cząstkowe jest mniejsze. Zwykle, ze względu na duże rozmiary organizmów i zlokalizowanie powierzchni oddechowych w określonej części ciała, transportowanie gazów oddechowych do komórek i z komórek na zasadzie dyfuzji nie jest możliwe. Transport gazów najczęściej odbywa się za pośrednictwem płynów ustrojowych - hemolimfy i krwi, które zawierają barwniki oddechowe. U zwierząt tchawkodysznych (wije, owady) transport gazów umożliwia rozgałęziony system tchawek. Tylko końcowe odcinki tchawek - cienkościenne, wypełnione płynem tracheole, docierające bezpośrednio do komórek - pełnią rolę powierzchni oddechowych.
Układ oddechowy człowieka oraz elementy higieny oddychania. Układ oddechowy człowieka, podobnie jak u innych ssaków, składa się z dróg doprowadzających gazy i właściwych powierzchni oddechowych. Drogi oddechowe mają na celu oczyszczanie, ogrzewanie i nawilżanie powietrza dostającego się do płuc. W tym celu pokryte są specjalnym nabłonkiem migawkowym. Powierzchnie oddechowe pokrywa jednowarstwowy, płaski i łatwo przepuszczalny dla gazów nabłonek oddechowy.
Higiena oddychania. Oddychanie powietrzem o zmniejszonej zawartości tlenu jest utrudnione, wywołuje uczucie stopniowo nasilającej się duszności, utratę przytomności, a nawet śmierć. Już zmniejszenie ilości tlenu w powietrzu wdychanym do 15% powoduje powstanie objawów wyrównawczych, które wyrażają się w głębszych oddechach, częstych skurczach serca i zwolnionych procesach utleniania biologicznego. Przy spadku zawartości tlenu do 14-9% oddech staje się przerywany, a mięśnie szybko męczą się, na skutek niedotlenienia. Dalsze obniżanie zawartości tlenu do 8-6% powoduje śmierć przez uduszenie. Wskaźnikiem zanieczyszczenia powietrza i jego przydatności do oddychania jest zawartość w nim CO2. Za dopuszczalne stężenie CO2 w powietrzu pomieszczeń przyjęto 0,1% (tzw. wskaźnik Pettenkofera). Wdychane powietrze może być zanieczyszczone cząstkami pyłu, kurzu, sadzy, gazami i mikroorganizmami. Pył, kurz i inne zawiesiny drobnocząsteczkowe powodują drażnienie nabłonka dróg oddechowych, a niekiedy reakcje uczuleniowe. Mogą być one przyczyną schorzeń zwanych pylicami lub rozedmy płuc. Szczególnie niebezpieczne są gazowo-pyłowe zanieczyszczenia komunikacyjne i przemysłowe. Znaczną ich część wychwytuje nabłonek migawkowy. Przy zbyt dużym zapyleniu powietrza część zanieczyszczeń przedostaje się do pęcherzyków płucnych, zmniejszając powierzchnię wymiany gazowej i uszkadzając je oraz powodując nieodwracalne zmiany, np. zwłóknienie płuc. Szczególnie niebezpieczny jest dym papierosowy. Substancje smolne osadzają się na nabłonku, zlepiając jego migawki. W konsekwencji powietrze dostające się do płuc nie jest właściwie oczyszczone. W powietrzu może znajdować się wiele trucizn przemysłowych typu gazowego. Wchłanianie tych substancji odbywa się drogą oddechową, głównie w płucach. Należą do nich: tlenek węgla (znajduje się też w dymie papierosowym) - przyczyna zaczadzeń, a także chlor, amoniak, fluorowodór, fosgen i wiele innych, które działają drażniąco bądź na drogi oddechowe, bądź na płuca, doprowadzając do ich obrzęku. Działanie wielu zanieczyszczeń gazowych polega na zablokowaniu przenoszenia tlenu lub porażeniu ośrodka oddechowego. W pomieszczeniach zamkniętych - mieszkaniach, lokalach publicznych -czynnikami działającymi szkodliwie na układ oddechowy są: kurz, duża koncentracja CO2, niekiedy CO, a także dym papierosowy, który jest łatwo wchłaniany w górnych drogach oddechowych, powodując rozległe niekorzystne zmiany w układzie nerwowym i wielu innych układach, a także jest przyczyną nowotworów jamy gębowej, krtani i płuc, a u osób niepalących , ale poddanych jego działaniu może powodować objawy zatrucia nikotynowego. Niska temperatura powietrza jest czynnikiem silnie ochładzającym i wysuszającym drogi oddechowe i czyni je podatnymi na infekcje wirusowe i bakteryjne oraz grzybicze. Współdziałającym czynnikiem jest przegrzewanie i przeziębianie organizmu spowodowane niewłaściwym ubiorem; sprzyja to rozwojowi mikroorganizmów wywołujących katar, nieżyt nosa, grypa, anginę oraz zapalenie oskrzeli i płuc. Znajdujące się w powietrzu bakterie (prątki gruźlicy) mogą być powodem zarażenia się groźną chorobą-gruźlicą.