A LÉGZÉS ÉS A GÁZCSERE Novotniné Dr. Dankó Gabriella Debreceni Egyetem AGTC
Az élő szervezetek homeosztázisának fenntartásához nélkülözhetetlen a légzés. A légzés az anyagcsere részfolyamata, azaz olyan folyamatok összessége, amelyek során a szervezet sejtjei a biológiai oxidációhoz szükséges oxigénhez jutnak, illetve a közben keletkezett szén-dioxid a tüdőn keresztül a külvilágba kerül.
A légzőkészülék felépítése és funkciója
A légzőkészülék (apparatus respritatorius) két jól elkülöníthető részből áll: - a levegő vezetésére szolgáló csőrendszerből, ezek a légutak Felső légutak: orrnyílások, orrüreg Alsó légutak: gége, légcső - valamint a külső gázcserét végző tulajdonképpeni légzőszervből a tüdőből A légzőkészülék funkciója - a légcsere (ventilláció) és - a gázcsere (ún. külső légzés)
A hörgőfa
A légzőkészülék keringési rendszere
A tüdő nutritív (tápláló) vérellátása: A szövetek anyagés energia utánpótlásukat a nagy vérkör a. bronchialis – ából kapják, melynek végágai követik a bronchusfa rendszerét. Az elfolyó vénás vér a páratlan vénába (v.azygos) torkollik. A tüdő funkcionális vérellátása: A gázcsere a kis vérköri keringés kapillárisainak területén játszódik. A szív jobb kamrájából induló tüdőartéria (a. pulmonaris) CO2-ban dús vért szállít. A hörgőfa mentén az erek elágazódnak. Az alveoláris kapillárisok ellentétes lefutással nagyobb vénákká szedődnek össze. A bal pitvarba 5-8 oxigénben dús vért szállító tüdővéna (vv..pulmonales) torkollik.
A tüdő nyirokkeringése
A tüdő nyirokerei egymással közlekedő, felületes és mély hálózatot alkotnak. A tüdő szegmentális tagolódását követően a nyirokerek nyirokcsomókba torkollanak. A legtöbb nyirokcsomó a szerv gyökerének területén van.
A légcsere
A légutakat a rendszeresen ismétlődő légzőmozgások azért képesek átszellőztetni, mivel a rugalmas és tágulékony tüdő a mellűri nyomás-, valamint a mellhártyán érvényesülő felületi feszültség viszonyok miatt passzívan követi a mellkas tágulását. A ventillációt a mellkas falát mozgató és ezáltal a mellüreget tágító és szűkítő izmok munkája tartja fenn. A légzőmozgások száma fajra jellemző
A BELÉGZÉS (inspiratio) legfontosabb izmai a rekeszizom , valamint a craniodorsalis rostlefutású mellkasi izmok . Belégzéskor a mellüreg tágul, a mellhártya lemezei és a tüdő szövete követi, a légzőkészülékben negatív nyomás (szívás) lép fel, a levegő beáramlik a pozitívabb légnyomás hatására. A KILÉGZÉS (exspiratio) alkalmával a saját rugalmasrostos kötőszöveti állománya miatt összehúzódik a tüdő. Ehhez járul még a belégzőizmok elernyedése, valamint a caudodorsalis lefutású mellkasi izmok összehúzódása révén szűkülő mellkas, melynek préselő hatása kiszorítja a levegőt a tüdőből.
Mindezek alapján megállapítható, hogy a nyugodt légzés folyamán: -Az aktív szerepet a belégző izmok összehúzódása játssza, a kilégzés lényegében passzív folyamat. -A tüdő mozgása követi mind belégzés, mind kilégzés alkalmával a mellkas és a rekesz mozgásait. -Nyugodt légzés alkalmával a kilégző izmok nem játszanak szerepet. A belégzés tehát minden körülmények között aktív tevékenység, a kilégző izmok pedig csak jelentősen fokozott légzés, emelkedett perctérfogat (izommunka) vagy légúti ellenállás fokozódása esetén lépnek működésbe.
A tüdő légcsere alatti térfogatváltozásai Légzési térfogatok - Légzési térfogat (Vt) - Exspirációs rezerv volumen (ERV) - Inspirációs rezerv volumen (IRV) - Reziduális volumen (RV) Légzési kapacitások - Vitálkapacitás (VC) VC= Vt+IRV+ERV - Totálkapacitás (TC) TC= VC+ RV
A holttér
Minden levegővétel alkalmával kialakul egy ún. holttér, mivel a légutakban nincs gázcsere, az ide bejutott levegő a légzési gázcsere szempontjából tulajdonképpen holttérben helyezkedik el. Ez a légzési holttér a kilélegzésnél nem ürül ki. Ez a levegő a következő belélegzés alatt továbbkerül a tüdőbe első részként. Ennek a levegőnek alacsony az oxigéntartalma, ellenben gazdag széndioxidban, ezért képes hatékonyan közreműködni a gázcserében. A belégzési ütem végén belélegzett holttéri levegő térfogatával megegyező mennyiségű levegő nem jut el a tüdőhólyagocskákig, a szervezet részére nem biztosít oxigént, és nem szállítja el a termelt széndioxidot. Ezért minden egyes lélegzetvételnek, légzési levegőnek nagyobbnak kell lenni, mint a holttér össztérfogata. A holttér magában foglalja a légutakat, a szájüreget, a légcsövet, s a hörgőket. A térfogata kb. 150 ml.
A légzés összehasonlító adatai házi emlősökben és emberben Ló
Szarvas Sertés Kutya marha
Ember
Vt (L)
6
3,5
0,5
VC(L)
30
Légzés 10-15 szám/min*
0,5
0,15
4,0 15-30
8-18
4,5-5 14-26
12-18
* A nagyobb értékek a fiatalabb, illetve kisebb tömegű egyedekre vonatkoznak
A levegő összetétele
A belélegzett levegő különböző gázok keverékéből tevődik össze. Az atmoszférikus levegő mindig tartalmaz bizonyos mennyiségű vízgőzt a levegő hőmérsékletétől függően. A vízgőz eltávolítása után a visszamaradt száraz levegő összetétele térfogatszázalékban megközelítőleg az alábbi: 21% oxigén O2 78%nitrogén N2 1% nemes gázok pI. Hélium, Neon, Kripton 0,03% szén-dioxid CO2
A levegő összetevői színtelenek, szagtalanok és íz nélküli gázok. Az egyedüli kivételt a CO 2 képezi, amely nagyobb koncentrációban kissé savanyú szagú és ízű. Az oxigén a szervezetben lejátszódó "égési" folyamatokhoz szükséges. A nitrogén vegyileg inaktív, semleges gáz, amely normális körülmények között nem befolyásolja a légzési folyamatot. A szén-dioxid az oxidáció élettani folyamata alatt keletkezik, és a tüdőn keresztül távozik a környezetbe. A nemes gázok egy olyan csoportot képeznek, melyek nem reagálnak egyéb anyagokkal. Normális körülmények között nem befolyásolják a légzés folyamatát.
A gázcsere
Gázcsere: a külső és belső környezet közötti gázkicserélődés a biológiai membránokon keresztül. A gázcsere diffúzión alapul. A folyamat hajtóereje az adott gáznak azonos időben, a biológiai membrán két oldalán lévő mennyiségéből származó parciális nyomáskülönbségétől függ.
Gázcsere a tüdőben – Külső légzés
Oxigén Δp= 8 kPa – a vér felé irányul Szén-dioxid Δp= 0,8 kPa – az alveolus felé irányul Passzív diffúzió: vvs. membrán- vérplazma – kapilláris endothél – sejtplazma – alveoláris alaphártya – légzőhám A többszörös membránréteg diffúziót nehezítő hatását egy, a felületi feszültséget mérséklő, ún. surfacant tényező (surface active agent- foszfolipid hártya) csökkenti. Károsodása rontja a gázok diffúzióját.
A Nitrogén
A levegő közel 80%-os N2 tartalma miatt ennek a gáznak a legnagyobb a parciális nyomása A nagy parciális nyomás ellenére is csak 1 tf%-ot kitevő ez a gázmennyiség a vérben. Csak fizikailag oldott formában fordul elő a vérben, mert nincs specifikus transzport mechanizmusa. A környezeti nyomás hirtelen megváltozása közvetlenül befolyásolja a vér oldott N2 tartalmát, ezzel akár súlyos életveszélyes állapotot idézve elő. Mélységi mámor ( külső nyomás nő - N2 10 tf%-ot meghaladja a szövetekben – az idegrendszerre bódítólag hat) Keszon betegség (külső nyomás csökken – a fizikailag oldott N2 kipezseg a szervezet folyadékaiból- gázembóliát okoz)
A légzési gázok szállítása a tüdő és a szövetek között
Az oxigént a vörösvértest szállítja, a benne lévő fehérje, a hemoglobin (Hb) segítségével. A Hb globinját alkotó négy alegység mindegyikéhez egy, a centrumában Fe2+ -t tartalmazó protoporfirinváz, a hem kapcsolódik. A Hb a tüdőben oxigénnel telítődik (laza kapcsolat, oxigenáció, oxihemoglobin), A perifériás szövetekben – azok oxigén felhasználásától függően kialakuló parciális oxigénnyomás nagyságának megfelelően- O2-t ad le.
A szén-dioxid szállítása A szövetekben felszabaduló CO2 a v.vsejtekbe diffundál, ahol a karboanhidráz-aktivitás révén igen gyorsan szénsavvá alakul. A szénsav H+ és HCO3ionokra disszociál. A HCO3- a plazmába diffundál és Na+-mal kötődve jut a tüdőbe.
Gázcsere a szövetekben- Belső légzés
Az artériás kapilláris és a szövetek között diffúziós folyamatok játszódnak le (mint a külső légzésnél, csak ellentétes irányban). A belső légzés diffúziós felülete kb. tízszerese az összalveoláris felületnek. A kétirányú gázkicserélődés után a kapilláris vére vénás jellegű lesz. A gázok diffúziója mellett, azzal egy időben és helyen megtörténik a táp- és salakanyagok kicserélődése is.
A kapilláris érszakaszban lejátszódó folyamatok
Légzési formák
A légvételek mélységét és ütemét a légzőközpontok által vezérelt légzőmozgások határozzák meg, melyek különböző légzési formákat eredményeznek: Eupnoe: nyugalmi légzési ritmus, percenkénti légzésszám Apnoe: a légzés hiánya Dispnoe: kóros ritmusú légzés A fajra jellemző légzésszám növekedése: - hiperpnoe - intenzív, mély légzés - polipnoe - felületes, ziháló légzés
Hypoxia: a szövetek heveny vagy idült oxigénadóssága. Oka lehet a szervezet hirtelen vagy tartós megterhelése által előidézett egyszerű oxigéndeficit, a Hb nagyobb oxigén affinitása, vérszegénység, a légzési gázok diffúzióját gátló tényezők vagy a sejtoxidáció gátlása.
A légzés szabályozása
Két fő hatás éri a szabályzó rendszert a szövetek felől: - a vérgázok parciális nyomása (oxigén, szén-dioxid) - a pH A légzést szabályozó rendszerek hatásukat két módon fejtik ki, a légvételek mélységének, továbbá a percenkénti légvételek számának változása útján A légzés szabályozásának idegi, kémiai és mechanikai tényezői vannak.
A légzés idegi szabályozása A légzés idegi szabályozása egy elsődleges nyúltvelői be- és kilégzést serkentő légzőközpont, és az ennek a működését reguláló hídban lévő pneumotaxikus központ működésén alapul. + Kortikális (agykérgi) felülvezérlés.
A légzés kémiai szabályozása
A légzési folyamat normál ingerét a szén-dioxid felszaporodása jelenti. Az alveoláris pCO2 koncentráció növekedése speciális kemoreceptorokat ingerelve stimulálja a belégzést irányító neuronokat, hiperpnoét vált ki. CO2 hatására a H-ion koncentráció (pH) is változik. A pO2 és a pH csökkenése a közös fejartéria elágazódásában és az aortaív falában lévő kemoreceptorok (glomus caroticum et aorticum) izgalmával jár. Az ingerület a n.glossopharingeus (IX) és a n.vagus (X) agyidegek rostjai juttatják nyúltvelőbe.
A légzés mechanikai szabályozása
A belégzés alkalmával a hörgőcskék falának feszülése ingerületet kelt a tüdő alveolusok körüli (feszítési) mehanikai receptorokban, az inegerületet a n.vagus továbbítja (afferentáció) a nyúltvelőbe ezáltal gátolja a belégzést serkentő neuroncsoportot. Az ellazulást jelző receptorokból származó neuronok az erőltetett kilégzéskor aktivizálódnak. Ez a HeringBreuer reflex. Egyéb hatások (bőrre hirtelen hideg vagy orrnyálkahártya erős kémiai ingerlése) átmeneti apnoet okoz.
A légzés szerepe a homeosztázis fenntartásában: - Az izohidria (sav-bázis egyensúly) fenntartása a vérplazma karboanhidráz pufferrendszere révén - A hőszabályozásban betöltött szerep (izotermia) A légzéssel kapcsolatos védekező reflexek: - köhögés - tüsszentés
Nem dohányzó ember tüdeje
Dohányzó ember tüdeje
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET
