légzés

olyan folyamatok összessége, amelyek biztosítják az oxigén bejutását a szervezetbe és a szén-dioxid-gáz kibocsátását (külső légzés); továbbá az oxigén használata a sejtek és szövetek által a szerves anyagok oxidálására és a benne lévő energia felszabadítására, ami az életfolyamatokhoz szükséges (szöveti légzés, sejtlégzés). Az energia felszabadításának anaerob eszközei csak egy kis organizmuscsoportra jellemzőek-az úgynevezett anaerobokra. Az evolúció során az élőlények túlnyomó többségében a légzés vált az energia felszabadításának fő eszközévé, és az anaerob reakciók elsősorban az anyagcsere közbenső szakaszaiban maradtak fenn.

állatok és emberek. A protozoánokban, szivacsokban, coelenterátumokban és néhány más organizmusban az oxigén (O2) közvetlenül a test felszínén diffundál. A bonyolultabb, nagyobb állatok speciális légzőszervekkel és keringési rendszerrel rendelkeznek, amely folyadékot-vért vagy hemolimfát tartalmaz, olyan anyagokkal, amelyek képesek megkötni és szállítani az O2-t és a szén-dioxidot (CO2). A rovarokban az O2 belép a szövetekbe a levegőt hordozó tubulusok-tracheae rendszeréből. A vízi állatokban, amelyek O-t használnak2 vízben oldva, a légzőszervek kopoltyúk, amelyek gazdag véredényhálózattal vannak felszerelve. A vízben oldott oxigén diffundál a vérbe, amely a kopoltyúrések ereiben kering. Sok halban a bél légzése fontos szerepet játszik. A levegőt lenyelik, és az O2 belép a bél véredényeibe. Az úszóhólyag szintén szerepet játszik a halak légzésében. Sok víziállatban a gázok (főleg CO2) cseréje a bőrön keresztül is megtörténik.

szárazföldi állatoknál a külső légzést elsősorban a tüdő biztosítja. A kétéltűek és sok más állat is lélegzik a bőrön keresztül. A madaraknak légzsákjai vannak, amelyek kapcsolódnak a tüdőhöz, a térfogat változása repülés közben, és megkönnyítik a légzést repülés közben. Kétéltűeknél és hüllőknél a levegőt a szájpadló izmainak mozgása kényszeríti a tüdőbe. Madaraknál, emlősöknél és embereknél a külső légzést a légzőizmok (főleg a rekeszizom és a bordaközi izmok) ritmikus működése biztosítja, amelyeket az idegrendszer koordinál. Amikor ezek az izmok összehúzódnak, a mellkas térfogata megnő, a tüdő (a mellkasban található) kitágul. Ez különbséget okoz a légköri nyomás és az intrapulmonalis nyomás között, és a levegő belép a tüdőbe (inspiráció). A lejárat passzív lehet—vagyis a mellkas, majd a tüdő összeomlásának eredménye, amelyet az inspiráció során kibővítettek. Az aktív lejáratot bizonyos izomcsoportok összehúzódása okozza. A tüdőbe egy inspirációban belépő levegő mennyiségét légzési térfogatnak nevezzük.

a légzés során a légzőszervi izomzat legyőzi a rugalmas ellenállást, amely a mellkas rugalmasságának, a tüdő húzásának és az alveolák felületi feszültségének köszönhető. Ez utóbbit azonban jelentősen csökkenti az alveoláris felületen aktív anyag, amelyet az alveoláris hám sejtjei választanak ki. Ezen anyag miatt az alveolusok nem omlanak össze a kilégzéskor, és inspirációra könnyen kitágulnak. Minél nagyobb a rugalmas ellenállás, annál nehezebb a mellkas és a tüdő tágulása. A mély légzés során jelentősen megnő az energia, amelyet a légzőszervi izomzatnak el kell költenie az ellenállás leküzdésére.

a légzéssel szembeni rugalmatlan ellenállást elsősorban a súrlódás okozza, mivel a levegő áthalad az orrjáratokon, a torokon, a légcsőn és a hörgőkön. Ez a légáram minőségének és a légzés közbeni sebességének függvénye. A nyugodt légzés során az áram hasonló a lamináris (lineáris) áramláshoz a légjáratok egyenes szakaszaiban, és hasonló a turbulens (örvénylő) áramláshoz az elágazó vagy szűkülő helyeken. Az áram sebességének növekedésével (kényszerített légzés során) a turbulencia növekszik. Nagyobb nyomáskülönbség szükséges a levegő áthaladásához,következésképpen a légzőizmok munkájának növekedése. A légmozgással szembeni ellenállás egyenlőtlen eloszlása a légutak mentén a levegő egyenlőtlen bejutását eredményezi a tüdő alveolusok különböző csoportjaiba. Ez a szellőzésbeli különbség különösen jelentős a tüdőbetegségekben.

a tüdőt egy perc alatt szellőztető levegő mennyiségét perc légzési térfogatnak (MRV) nevezzük. Az MRV megegyezik a légzési térfogat szorzatával és a légzés gyakoriságával (a légzésmozgások száma percenként—emberben, körülbelül 15-18). Egy nyugalmi állapotban lévő felnőtt emberben az MRV 5-8 liter / perc. Az MRV azon része (körülbelül 70%), amely részt vesz az inspirált és az alveoláris levegő közötti gázcserében, az alveoláris szellőzés térfogata. Az MRV többi részét a légutak holtterületének öblítésére használják, amely a lejárat kezdetén megtartja a kívülről érkező levegő egy részét, amellyel a helyet az előző belégzés végén kitöltötték. (A holttér térfogata körülbelül 160 milliliter .) Az alveolusok szellőztetése biztosítja az alveoláris levegő állandó összetételét. Az O2 (pO2) és a CO2 (pCO2) parciális nyomása az alveoláris levegőben nagyon szűk határok között ingadozik, és összesen körülbelül 13 Kilonewton (kN) négyzetméterenként (100 mm higany ) az O2 és körülbelül 5,4 kN/m2 (40 Hgmm) a CO2 esetében.

az alveoláris levegő és a tüdő kapillárisaiba belépő vénás vér közötti gázcsere az alveoláris kapilláris membránon keresztül történik, amelynek teljes felülete nagyon nagy (emberben körülbelül 90 négyzetméter). Az O2 diffúzióját a vérbe az O2 parciális nyomásának különbsége biztosítja az alveoláris levegőben és a vénás vérben (8-9 kN/m2 vagy 60-70 Hgmm). A kötött szén-dioxid (bikarbonátok, karbonátok és karbohemoglobin), amelyet a vér a szövetekből szállított, a tüdő kapillárisaiban szabadul fel a karboanhidráz enzim részvételével, és a vérből az alveolusokba diffundál. A pCO2 különbség a vénás vér és az alveoláris levegő között körülbelül 7 mm Hg. Az alveoláris fal O2 és CO2—az úgynevezett pulmonalis diffúziós kapacitás-nagyon nagy. Nyugalmi állapotban körülbelül 30 ml O2 per 1 mm pCO2 különbség az alveoláris levegő és a vér között egy perc alatt (CO2 esetén a diffúziós kapacitás sokszor nagyobb). Ezért a tüdőből kilépő artériás vérben lévő gázok parciális nyomása képes megközelíteni az alveoláris levegőben lévő gázok nyomását. Az O2 átjutása a szövetekbe és a CO2 eltávolítása is diffúzióval történik, mivel a PO2 a szövetfolyadékban 2,7-5,4 kN / m2 (20-40 Hgmm), míg a sejtekben még mindig alacsonyabb. A sejtekben a pCO2 elérheti a 60 mm-es higanyt.

a sejtek és szövetek O2-re és CO2-képződésére vonatkozó követelménye, amely a szövetek vagy sejtek légzésének lényege, a disszimiláció egyik fő formája, és elvben ugyanúgy valósul meg növényekben és állatokban. A magas O2-igény jellemző a vesék szöveteire, az agyféltekék kéregére, a szívre. A szöveti légzés oxidációs-redukciós reakcióinak következtében felszabadul az energia, amely az élet minden jelenségére felhasználható. Az oxidációs redukciós folyamatok a mitokondriumokban fordulnak elő, és a légzés szubsztrátjainak dehidrogénezéséből származnak—szénhidrátok és bomlástermékeik, zsírok és zsírsavak, valamint aminosavak és deaminálásuk termékei. A légzés szubsztrátjai elnyelik az O-T2 és CO2 forrásként szolgálnak. (A CO2 és O2 közötti arányt légzési hányadosnak nevezzük.) A szerves anyagok oxidációja során felszabaduló energiát a szövetek nem használják fel azonnal. Körülbelül 70% – át az ATP, az egyik adenozin-foszforsav képződésére fordítják, amelynek ezt követő enzimes bomlása biztosítja a szövetek, szervek és a test egészének energiaigényét. Így biokémiai szempontból a légzés a szénhidrátok és más anyagok energiájának átalakítása a makroergikus foszfátkötések energiájává.

az alveoláris és artériás pO2 és pCO2 állandósága csak azzal a feltétellel tartható fenn, hogy az alveoláris szellőzés megfelel a szervezet O2—re vonatkozó követelményének és a CO2 képződésének-vagyis az anyagcsere szintjének. Ezt a feltételt a légzés tökéletes szabályozó mechanizmusai teljesítik. A reflexek szabályozzák a légzés gyakoriságát és mélységét. Így a pCO2 növekedése és a pO2 csökkenése az alveoláris levegőben és az artériás vérben gerjeszti a carotis sinus és a szív aorta kemoreceptorait, ami a légzőközpont stimulálását és az MRV növekedését eredményezi. A klasszikus fogalmak szerint a pCO2 növekedése az artériás vérben, amely a légzőközpontot fürdeti, izgatja a légzőközpontot és növeli az MRV-t. Így a légzés szabályozása az artériás pO2 éspco2 a visszacsatolás elvén történik, biztosítva az optimális MRV – t. Számos esetben (például izommunka során) az MRV az anyagcsere-eltolódások kezdetéig növekszik, ami a vér gázösszetételének megváltozásához vezet. A fokozott szellőzést a motoros készülék receptoraiból és az agyféltekék kéregének motoros zónájából a légzőközpontba belépő jelek, valamint a szokásos munkával és munkakörülményekkel kapcsolatos különböző jelek kondicionált reflexei okozzák. Így a légzés szabályozását egy komplex, önirányító rendszer hajtja végre, a Szabályozás elvének megfelelően az O2 és a CO2 parciális nyomásának változásai, valamint a lehetséges eltéréseket megakadályozó jelek szerint.

az inspiráció és a lejárat egymásutánját kiegészítő mechanizmusok rendszere biztosítja. Az inspiráció során a tüdőben lévő stretch receptorok impulzusai az rostjai mentén haladnak.vagus idegek a légzőközpontba. Amikor a tüdő elér egy bizonyos térfogatot, ezek az impulzusok gátolják a légzőközpont sejtjeit, amelyek gerjesztése inspirációt okoz. Ha az idegpályák, amelyek biztosítják az impulzusok bejutását a légzőközpontba, blokkolódnak, a légzés ritmusát a légzőközpont automatizmusa tartja fenn. A ritmus azonban jelentősen eltér a normálistól. Ha légzési zavarok és szabályozó mechanizmusai vannak, a vér gázösszetétele megváltozik.

a légzés vizsgálatának módszerei változatosak. A munka és az atlétika fiziológiájában, valamint a klinikai orvostudományban széles körben alkalmazott technikák közé tartozik a légzési mozgások mélységének és gyakoriságának rögzítése, a lejárt levegő és az artériás vér gázösszetételének mérése, valamint a pleurális és alveoláris nyomás mérése.