FIZJOLOGIA ODDYCHANIA

Biologiczne podstawy czynności układu oddechowego:

Oddychaniem nazywamy wymianę gazów - O₂ i CO₂ pomiędzy żywym organizmem a otaczającym środowiskiem. Wymiana ta stanowi niezbędny warunek życia, ponieważ ATP - źródło i akumulator energii dla komórki powstaje ustawicznie w procesie fosforylacji oksydatywnej na koszt energii wyzwalanej przez utlenianie pokarmowych substratów energetycznych.

Proces oddychania dzieli się na:

• oddychanie zewnętrzne - polegające na doprowadzeniu cząsteczek tlenu atmosferycznego do wnętrza komórki,

• oddychanie wewnętrzne - czyli wewnątrzkomórkowe, w czasie którego cząsteczki tlenu wchodzą w reakcje chemiczne.

Oddychanie zewnętrzne - wymiana gazowa pomiędzy atmosferą a powietrzem pęcherzykowym płuc oraz wymiana między powietrzem pęcherzykowym a krwią przepływającą przez płuca.

Oddychanie zewnętrzne odbywa się dzięki zintegrowanej czynności dwu układów: oddechowego i krążenia krwi. Oba te układy tworzą dwie mechaniczne pompy: ssącą i tłoczącą.

Serce działa jak pompa tłocząca, przesuwająca całą objętość krwi krążącej przez płuca, gdzie następuje wymiana gazowa z powietrzem pęcherzykowym, a następnie do naczyń włosowatych dużego krążenia, gdzie zachodzi wymiana gazowa pomiędzy krwią a komórkami organizmu.

Mięśnie wdechowe i klatka piersiowa działają jak pompa ssąca, wciągająca powietrze z atmosfery do płuc.

Wentylacja płuc i przepływ płucny dostosowują się dynamicznie do siebie, tak aby pobieranie tlenu i oddawanie CO₂ utrzymywać w ilościach odpowiadających natężeniu przemiany materii i zapewnić stały zapas obu gazów oddechowych we krwi.

Prężność tlenu (ciśnienie parcjalne) we krwi tętniczej (Pa O₂) wynosi 96 mmHg, a dwutlenku węgla (Pa CO₂) wynosi 40 mmHg.

Wartości ciśnienia parcjalnego obu gazów są regulowane i utrzymywane na zasadzie homeostazy i większe odchylenia grożą poważnymi konsekwencjami, zwłaszcza dla nerwów ośrodkowego układu nerwowego.

Podaż tlenu do tkanek ulega upośledzeniu zawsze wtedy, kiedy zawodzi jedna z obu pomp:

• niewydolność oddechowa - nieskuteczna pompa oddechowa

• niewydolność krążenia - nieskuteczna pompa sercowa.

Oddychanie wewnętrzne:

Cząsteczki tlenu dyfundujące do wnętrza komórki wychwytywane są przez mitochondria. W mitochondriach na skutek utleniania węglowodanów, aminokwasów i tłuszczów, dochodzi do wyzwolenia energii. Uniwersalnym przenośnikiem energii jest ATP (adenozynotrójfosforan). Komórki czerpią energię z ATP do biosyntezy związków, do aktywnego transportu wewnątrzkomórkowego oraz do ruchu całej komórki.

Mitochondria to komórkowe „fabryki” energii - rodzaj chemicznych siłowni tlenowo - wodorowych.

O₂ + 4 e^- + 4H⁺ → 2H₂O jest to fundamentalna reakcja chemiczna zachodząca w komórce, umożliwiająca życie, ponieważ dostarcza energię do syntezy ATP.

Fosforylacja oksydatywna jest tak rozłożona w czasie, że nie dochodzi do gwałtownego wyzwolenia energii (wybuchu).

Funkcje układu oddechowego:

• oddychanie - wymiana gazowa

• regulacja równowagi kwasowo -zasadowej i utrzymanie stałości pH we krwi tętniczej

• uczestnictwo w gospodarce wodnej organizmu - usuwanie pary wodnej

• uczestnictwo w termoregulacji - usuwanie nadmiaru ciepła.

Mechanika oddychania:

Wdech - polega na zwiększeniu wszystkich trzech wymiarów klatki piersiowej: gorno - dolnego, przednio tylnego i poprzecznego. Wskutek skurczu przepony ciśnienie w klatce piersiowej obniża się, a w jamie brzusznej - zwiększa się. W czasie spokojnego oddychania kurczy się tylko przepona i mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne.

Przy bardzo nasilonych ruchach oddechowych włączają się do skurczu dodatkowe mięśnie oddechowe - mięśnie pochyłe szyi , mięśnie mostkowo - sutkowo - obojczykowe, mięsień piersiowy mniejszy, mięsień zębaty brzuszny, mięśnie czworoboczne, mięśnie dźwigacze łopatek, mięśnie prostowniki kręgosłupa.

Wydech - jest to zmniejszenie wszystkich trzech wymiarów klatki piersiowej. Przyczyną wydechu jest ustanie skurczu mięśni wdechowych.

Jeśli wdech jest głęboki, to siły sprężyste płuc oraz sprężystość skręconych żeber wytwarzają siły, które działając dośrodkowo zmniejszają objętość wydechową klatki piersiowej.

W drugiej fazie wydechu, zwanej wydechem czynnym uaktywniają się mięśnie wydechowe międzyżebrowe wewnętrzne. Ma to miejsce zwłaszcza przy nasilonym i przedłużonym wydechu - w czasie śpiewu czy gry na instrumentach dętych.

W stanie duszności włączają się dodatkowo mięśnie wydechowe - mięsień prosty i inne mięśnie ściany brzusznej , m. czworoboczny lędźwi, m. biodrowo - żebrowy, oraz mięsień zębaty dolny.

Wentylacja płuc i spirometria:

Rejestracja i pomiar objętości powietrza przesuwającego się z lub do układu oddechowego odbywa się przy użyciu metod spirograficznych.

W pomiarach tych posługujemy się pojęciem objętość (V-volume) oraz pojęciem pojemności (C-capacity).

Objętość - to ilość powietrza, która stanowi pewną całość nie podzielną z fizjologicznego punktu widzenia.

Pojemność - dotyczy objętości złożonych, w skład której wchodzą dwie lub więcej objętości.

Młody człowiek, ważący ok. 70 kg, oddychający w spoczynku z częstością 12 oddechów na minutę, zwiększa przy każdym wdechu objętość swej klatki piersiowej o ok. 600 ml. 600 ml powietrza przesuwa się do układu oddechowego podczas wdechu i opuszcza go podczas wydechu - jest to objętość oddechowa.

Objętość powietrza wdychaną lub wydychaną w ciągu minuty nazywamy wentylacją minutową. Wynosi ona średnio:

600 ml • 12 oddechów = 7,2 l

Częstość oddechów w spoczynku jest zależna od wieku:

• u niemowląt - 30-50 / min

• u małych dzieci 18-30 / min

• u dorosłych 10-15 / min

Pojemność życiowa płuc - jest to ilość powietrza wprowadzanego do płuc przy maksymalnym wdechu z poziomu maksymalnego wydechu lub też ilość powietrza usuniętego maksymalnym, powolnym wydechem po najgłębszym uprzednim wdechu (Vc - vital capacity).

Dla dorosłego mężczyzny prawidłowa pojemność życiowa powinna wynosić ok. 4,8 l.

Podział czynnościowy i rola fizjologiczna dróg oddechowych:

Drogi oddechowe dzielimy na górne i dolne.

Górne drogi oddechowe to: jama nosowa, jama gardłowa i krtań.

Dolne drogi oddechowe to: tchawica, oskrzela i oskrzeliki.

Rozgałęziające się oskrzela tworzą drzewiasty układ strukturalny, w którym przewodzone jest powietrze oraz zachodzi wymiana gazowa.

W strukturze oskrzeli wyróżniamy trzy strefy: przewodzącą, przejściową oraz wymiany gazowej.

Skurcz mięśni wdechowych na początku wdechu obniża ciśnienie w klatce piersiowej i pęcherzykach płucnych znacznie poniżej ciśnienia atmosferycznego. Powstały gradient ciśnień stwarza ciśnienie napędowe przesuwające powietrze z atmosfery do płuc, pokonując opór dróg oddechowych. Pod koniec wdechu ciśnienie w pęcherzykach płucnych zrównuje się z ciśnieniem atmosferycznymi ruch powietrza do płuc ustaje.

Podczas spokojnego wydechu zmniejszenie objętości klatki piersiowej i płuc powoduje zwiększenie ciśnienia wewnątrzpęcherzykowego powyżej atmosferycznego. Następuje odwrócenie gradientu stężeń i rozpoczyna się ruch powietrza w odwrotnym kierunku, czyli z płuc do atmosfery. Pod koniec wydechu ciśnienie wewnątrzpęcherzykowe ponownie zrównuje się z ciśnieniem atmosferycznym i ruch powietrza wydechowego ustaje. Powietrze w drogach oddechowych nie podlega wymianie gazowej z krwią aż do strefy przejściowej. Powietrze atmosferyczne przesuwające się przez drogi oddechowe ogrzewa się, ulega oczyszczeniu z płynów i nasyceniu parą wodną. Strefa przewodząca stanowi przestrzeń nieużyteczną (martwą). W przestrzeni nieużytecznej zawarta jest pewna część objętości wydechowej - u mężczyzn wynosi średnio 150 ml.

Czynność górnych dróg oddechowych:

Przekrój i opory górnych dróg oddechowych zależą od ich budowy anatomicznej oraz regulowane są czynnością odpowiednich mięśni poprzecznie prążkowanych.

Znaczny opór dla przepływu powietrza stanowi krtań i dlatego regulacja światła nagłośni odgrywa istotną rolę w mechanizmie oddychania.

Krtań pełni funkcję swoistej zastawki oddechowej, ułatwiającej wdech i zwajniającej szybkość wydechu.

Mięśnie dolnych dróg oddechowych - tchawicy i oskrzeli - otrzymują unerwienie przywspółczulne przez włókna eferentne nerwu błędnego.

Aktywność przywspółczulna maleje podczas każdego wydechu, wskutek czego mięśnie gładkie oskrzeli rozluźniają się, opór dróg oddechowych zmniejsza się, ułatwiając napływ powietrza do płuc.

Podczas wydechu dooskrzelowa aktywność przywspółczulna zwiększa się, przyczyniając się do zwiększenia oporu dróg oddechowych.

W warunkach prawidłowych jest to korzystne, ponieważ zwalnia wydech co zapobiega zbyt szybkiemu opróżnieniu się pęcherzyków płucnych, zapadaniu się oskrzelików i niedodmie.

Nerw błędny wywiera stały toniczny wpływ kurczący mięśnie gładkie dróg oddechowych, zmniejszając przestrzeń nieużyteczną (martwą).

Ochronna rola błony śluzowej dróg oddechowych:

Powietrze wdychane do płuc zawiera wiele mechanicznych (może lepiej fizycznych??) i chemicznych składników, które mogłyby uszkodzić delikatne pęcherzyki płucne, gdyby do nich dotarły. Błona śluzowa dróg oddechowych odgrywa rolę ochronną, którą można porównać do filtra oczyszczającego powietrze.

Działanie oczyszczające polega na:

• zatrzymaniu mechanicznych pyłków zawartych w powietrzu

• usuwaniu substancji osiadłych na ścianie dróg oddechowych ruchem rzęsek nabłonka skierowanym ku górze

• miejscowej odpowiedzi immunologicznej

• fagocytozie obcych substancji w przewodach pęcherzykowych i pęcherzykach płucnych.

Pyłki o większej średnicy niż 10 µm zatrzymywane są w jamie nosowej i wydalane z jej śluzem. Mniejsze pyłki, o średnicy 2-8 µm przedostają się do tchawicy i dalszych dróg oddechowych, skąd wraz ze śluzem ruchami rzęskowymi są przesuwane w górę, do jamy ustno - gardłowej i połykane, bądź wypluwane.

Gruczoły błony śluzowej, tchawicy i oskrzeli składają się z komórek wydzielających śluz i płyn surowiczy oraz wyposażonych w ruchome rzęski. Wydzielina ich jest bogata w substancje przeciwbakteryjne, które stanowią barierę ochronną przed inwazją drobnoustrojów, a także ułatwiają ich fagocytozę.

Makrofagi płucne usuwają bakterie i najmniejsze pyłki, poniżej 2 µmi wraz z chłonką przemieszczają się do węzłów chłonnych.

Napięcie powierzchniowe i czynnik powierzchniowy pęcherzyków płucnych (surfaktant).

Czynnik powierzchniowy - (surfaktant) wyściela wnętrze pęcherzyków płucnych.

W zdrowych płucach surfaktant zmniejsza...

---