Układ oddechowy
Wymiana gazowa między płucami a krwią oraz między krwią i tkankami przebiega na zasadzie dyfuzji.
Wentylacja i krążenie
Wentylacja-dostarczenie tlenu do powierzchni wymiany; krążenie- dostarczanie CO2 do powierzchni wymiany, gdzie CO2 dyfunduje na zewnątrz i jest usuwany w wyniku wentylacji.
Tlen dyfunduje z pęcherzyków płucnych do krwi i krwinek, gdzie jest wiązany przez hemoglobinę i dostarczany di tkanek.
Hemoglobina jest zbudowana z czterech podjednostek (2a i 2 b), każda podjednostka zawiera hem.
Każda grupa hemową wiąże odwracalnie cząsteczkę O2, związanie tlenu zwiększa gradient PO2 i dyfuzję tlenu do krwinek.
Zdolność hemoglobiny do wiązania i uwalniania tlenu zależy od PO2 środowiska. Kiedy PO2 w plazmie i kapilarach płucnych jest wysokie, Każda cząsteczka hemoglobiny wiąże 4 cząsteczki O2. Podczas krążenia krwinek w ustroju PO2 soada i hemoglobina uwalnia tlen. Zależność pomiędzy nasyceniem hemoglobiny w tlen a PO2 przedstawia sigmoidalna krzywa wiązania.
Hemoglobina uwalnia w ustroju średnio jedną z czterech cząsteczek tlenu.
75% tlenu związanego z hemoglobiną stanowi rezerwę organizmu.
Duże zapotrzebowanie tkanek na tlen i obniżenie lokalnego PO2 poniżej 40mm Hg- uwolnienie4 zapasowych cząsteczek tlenu.
Efekt Bohra
Efekt Bohra: wpływ pH i stężenia Co2 na wiązanie i uwalnianie tlenu przez hemoglobinę. Wzrost zakwaszenia (obniżone pH), spowodowane przemieszczeniem CO2 z tkanek, przyspiesza oddawanie tlenu w tkankach.
Efekt Bohra ma znaczenie:
-podczas wysiłku fizycznego pobieranie tlenu jest lepsza dzięki obniżeniu pH i podwyższeniu temperatury
-przebywania na dużych wysokościach
Czynniki wpływające na powinowactwo hemoglobiny do tlenu
-pH obniżenie pH tlenu-zmniejszone powinowactwo hemoglobiny do tlenu, przy obniżonym pH krwi nazywamy efektem Bohra
-temperatura- wzrost temperatury niżesz powinowactwo hemoglobiny do tlenu
-stężenie 2,3-difosfoglicerynianu-powstaje z 1,3-difosfoglicerynianu, produkt glikozy
2,3difosfoglicerynian wiążąc się do hemoglobiny, obniża jej powinowactwo do tleny. W wyniku tego hemoglobina uwalnia więcej do tkanek. Wysiłek fizyczny i przebywanie na dużej wysokości nad poziomem morza, powoduje zwiększenie stężenia 2,3 difosfoglicerynianu.
Mioglobina- białko wiążące tlen występujące w mięśniach, które może związać 1 cząsteczkę tlenu. Mioglobina odbiera tlen od hemoglobiny i uwalnia tylko przy małych wartościach PO2 (pracujące mięśnie lub gdy zatrzymany jest dopływ krwi do mięśni). Zawartość mioglobiny jest większa w mięśniach wyspecjalizowanych w długotrwałym skurczu.
Transport dwutlenku węgla
Dwutlenek węgla jest dobrze rozpuszczalny i łatwo przemieszcza się przez membrany w krwi, gdzie ciśnienie parcjalne CO2 jest niskie.
Co2 jest transportowany głównie w postaci jonów węglanowych(HCO3). Krwinki czerwone i śródbłonek naczyń włosowatych wytwarza anhydrazę węglanową, która przekształca CO2 w H2CO3 a to dysocjuje i jony HCO3 przechodzą do osocza w procesie wymiany na jony chlorkowe Cl. Przekształcenie dwutlenku węgla w jony węglanowe, obniża ciśnienie parcjalne CO2 i pobudza dyfuzję z komórek. Część CO2 reaguje z grupami aminowymi białek , szczególnie hemoglobiną (odtlenowaną) tworząc związki karbaminowe. W płucach jony węglanowe są przekształcone w CO2, który dyfunduje z plazmy do pęcherzyków płucnych i jest wydychany. Kiedy PCO2 w krwi obniża się, więcej jonów węglanowych jest przekształconych w Co2.
Nerwowa kontrola oddychania
Oddychanie kontrolują dwa niezależne mechanizmy:
1. Kontrola dowolna- układ zlokalizowany w korze mózgowej wysyła impulsy do motoneuronów oddechowych przez drogi korowo rdzeniowe.
2. Kontrola automatyczna- rytmiczne wyładowania neuronów w rdzeniu przedłużonym i moście odpowiadają za oddychanie automatyczne. Przecięcie pnia mózgu ( rdzeń przedłużony, most, śródmózgowie, międzymózgowie) poniżej rdzenia przedłużonego zatrzymuje oddech. Natomiast przecięcie pnia mózgu na dolnej granicy mostu zachowuje oddychanie automatyczne, ale jest ono nieregularne (płytkie i przyspieszone oddechy).
Obszar w rdzeniu przedłużonym kontrolujący oddychanie nazywamy ośrodkiem oddechowym.
Regulacja oddychania
Oddychanie jest kontrolowane przez autonomiczny układ nerwowy. Pień mózgowy( rdzeń przedłużony, most, śródmózgowie, międzymózgowie) wytwarza i kontroluje częstość oddychania. Neurony z rdzenia przedłużonego przekazują rytmiczne impulsy do mięśni oddechowych. Przepona się kurczy i zaczyna się wdech. Wdech jest procesem biernym (rozkurcz przepony). Podczas wysiłku fizycznego motoneurony pobudzają mięśnie międzyżebrowe. Części mózgu powyżej rdzenia przedłużonego regulują oddychanie podczas mówienia, jedzenia, kaszlu i stanów emocjonalnych.
Chemiczna regulacja czynności ośrodka oddechowego
Wzrost aktywności ośrodka oddechowego powodują zmiany w składzie krwi tętniczej:
-wzrost Pco2
-zwiększenie stężenia jonów wodorowych
-spadek PO2
-zmiany są rejestrowane przez chemoreceptory oddechowe w kłębkach szyjnych i aortalnych i neuronach rdzenia przedłużonego.
Bodźce oddziałujące na ośrodek oddechowy
Kontrola chemiczna
Co2 -poprzez stężenie H w płynie mózgowo-rdzeniowym i płynie tkankowym mózgowia
ok. poprzez kłębiki szyjne i aortalne
Kontrola pozachemiczna
-włókna afferentne nerwu błędnego w drogach oddechowych i płucnych
-włókna afferentne z mostu, podwzgórza i układu limbicznego
-włókna afferentne od proprioreceptorów
-włókna afferentne od baroreceptorów: tętniczych, przedsionków serca, komór serca i płucnych
Obronne odruchy oddechowe spowodowane wzrastającym zanieczyszczeniem powietrza
Kaszel- podrażnienia mechanicznego i chemicznego receptorów krtani, tchawicy oraz oskrzeli- głęboki wdech i nasilony wydech przy zamkniętej głośni(wzrost ciśnienia w jamie opłucnej do 100 mm Hg otwarcie głośni i odpływ powietrza z prędkością 965km/godz).
Kichanie- podrażnienie mechaniczne lub chemiczne zakończeń nerwu trójdzielnego w jamie nosowej- nasilony wydech przy otwarciu głośni.
Odruchy te usuwają czynniki drażniące i utrzymują drożność dróg odechowych
Czkawka- gwałtowny skurcz przepony i nagłe zamknięcie głośni ( charakterystyczny dźwięk)
Ziewanie- głęboki wdech powoduje rozciągnięcie płuc i zapobiega rozwojowi niedodmy.
Bezdech- obniżenie wrażliwości na CO2 w czasie snu.
Funkcje układu oddechowego
-Wprowadzenie tlenu do ustroju i eliminacja dwutlenku węgla z ustroju
-Utrzymanie gradientu pomiędzy ciśnieniem parcjalnym tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu pęcherzykowym a prężnością gazów we krwi.
- Nawilżenie i ogrzewanie powietrza oraz oczyszczanie je z czynników szkodliwych.
- Uczestniczy w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej.
-Uczestniczy w reakcjach obronnych organizmu- obecność komórek fagocytujących w pęcherzykach płucnych
Układ oddechowy w czasie wysiłku zapewnia odpowiedni dopływ tlenu do krwi i wydalenie dwutlenku węgla i ciepła oraz zapobiega nadmiernemu obniżeniu pH we krwi ( kwasica)
Zmiany wentylacji minutowej płuc podczas wysiłku fizycznego
-Nagłe zwiększenie wentylacji (bodźce psychiczne i z proprioreceptorów w mięśniach, stawach i ścięgnach)
-Po przerwie stopniowy wzrost (podłoże humoralne)
- Po wysiłku częstość oddechów wraca do normy po wyrównaniu długu tlenowego- 90 min. (wentylacja jest stymulowana przez podwyższone stężenie jonów wodorowych, mleczan jest przekształcony w glikogen 80%, 20% w CO2 i H2O-resynteza ATP i fosfokreatyna)
Hipoksja. Niedobór tlenu na poziomie tkankowym
Rodzaje hipoksji:
-hipoksyczna- obniżenie PO2 w krwi tętniczej w płucach
-anemiczna (lub wskutek niedokrwistości)- obniżona ilość hemoglobiny, krwinek czerwonych
-zastoinowa (lub w skutek niedokrwistości)- przepływ krwi przez tkanki jest mały
-histoksyczna- czynniki toksyczne uniemożliwiają wykorzystanie dostarczonego tlenu
Wpływ hipoksji na komórki
Hipoksja- powoduje wytwarzanie przez komórki czynników transkrypcyjnych HIF
HIF- dwie podjednostki a i b
warunki tlenowe- podjednostka a jest niszczona przez ubikwitynę
hipoksja- dwie podjednostki a i b , ulegają dimeryzacji i HIF aktywuje gen produkujące czynniki angiogenne i erytrpoetynę
Czas zachowania świadomości po nagłej ekspozycji na ciśnienie panujące na różnych wysokościach nad poziomem morza. Wszystkie rodzaje hipoksji za wyjątkiem zastoinowej ( tkanki) upośledzają przede wszystkim mózg. Nagły spadek ciśnienia parcjalnego tlenu do 20 mm Hg powoduje utratę przytomności w ciągu - 20 s i śmierć po 4-5 min.
Hipoksja łagodna- zaburzenia psychiczne dezorientacja, utrata poczucia czasu, ból głowy, nudności, wymioty, tachykardia, podwyższenie ciśnienia tętniczego.
Objawy choroby wysokogórskiej zależą od:
-wrażliwości
-wysokości
-czasu osiągania kolejnych wysokości (adaptacja organizmu)
Ostre objawy zagrożenia życia w chorobie wysokogórskiej
1.Obrzęk płuc- przyczyna nieznana, rola hipoksyjnego nadciśnienia płucnego, nadmierna przepuszczalność naczyń włosowatych płuc
2.Obrzęk mózgu- wzrost ciśnienia śródczaszkowego wzrost przepuszczalności bariery naczyniowo-mózgowej i lub wzrost objętości komórek mózgowych spowodowanych retencją płynów
Zapobieganie chorobie wysokogórskiej
-przerwać wspinaczkę i odpocząć
-zejść niżej
-podawać płyn, paracetamol
-acetazolamide
-podawani tlenu
-worki hiperwentylacyjne
Intensywna wspinaczka górska wywołuje zmiany związane z osmoregulacją i gospodarką jonową funkcjonowanie układu wydalniczego.
Hiperwentylacja
Wzrost częstotliwości i głębokości oddechów prowadzący do dużej utraty CO2 z krwi, hiperwentylacja wywołuje :
-emocje (strach i podniecienie)
-oddychanie pod ciśnieniem
-hipoksja
-fizyczny stres
Objawy: nudności, skurcze, swędzenia, zaburzenia widzenia, utrata przytomności
Hipokapia- wynik hiperwentylacji, niedostatek dwutlenku węgla, alkoza oddechowa
Hiperkapina- nagromadzenie dwutlenku węgla w organizmie, acydoza
Wszystkie występujące w organizmie składniki gazowe zarówno w postaci wolnej (wypełniające jamy ciała, jelita, zatoki boczne nosa, ucho środkowe) jak i rozpuszczone w płynach ustrojowych- znajdują się w równowadze z otaczającym ciśnieniem zewnętrznym.
Każda zmiana ciśnienia zewnętrznego wymusza nowy stan równowagi gazów.
Skutki zwiększonego ciśnienia barometrycznego.
Ciśnienie wzrasta o 1 atmosferę na każdym 10 m w wodzie słodkiej i 10,4 w wodzie solonej.
31m pod wodą - 4 atm, narażenia ludzie kopiący kanały podziemne, nurkowanie
Narkoza azotowa (upojenie głębokie)- zawartość 80% azotu na głębokości 30-40m powoduje euforię.
Gazy obojętne (azot, ksenon, krypton, argon, neon, hej) pod zwiększonym ciśnieniem- działanie znieczulające.