Pojemność płuc i regulacja częstotliwości oddechu

Pojemność płuc jest kluczowym parametrem w ocenie funkcji oddechowej. Całkowita pojemność płuc wynosi około 5 dm³ i składa się z kilku objętości:

• Pojemność życiowa płuc: 4 dm³
• Objętość oddechowa: 0,5 dm³
• Objętość zapasowa wdechowa: 2,5 dm³
• Objętość zapasowa wydechowa: 1 dm³
• Powietrze zalegające: 1 dm³

Definition: Pojemność życiowa płuc to maksymalna objętość powietrza, którą można wydmuchnąć po maksymalnym wdechu.

Regulacja częstotliwości oddechu jest kontrolowana przez ośrodek oddechowy znajdujący się w rdzeniu przedłużonym. W jego skład wchodzą:

1. Ośrodek wdechu - inicjuje czynność oddechową i wysyła impulsy pobudzające mięśnie wdechowe.
2. Ośrodek wydechu - pobudza mięśnie wydechowe podczas wydechów aktywnych.
3. Ośrodek pneumotaksyczny - decyduje o naprzemiennym występowaniu wdechu i wydechu.

Highlight: Ośrodek oddechowy reaguje głównie na wzrost stężenia CO₂ we krwi, który prowadzi do spadku pH krwi.

Proces regulacji oddechu przebiega następująco:

1. CO₂ reaguje z wodą we krwi, tworząc kwas węglowy, który dysocjuje na jony H⁺ i HCO₃⁻.
2. Spadek pH krwi jest rejestrowany przez komórki receptorowe w rdzeniu przedłużonym oraz w łuku aorty i tętnicy szyjnej.
3. Rdzeń przedłużony stymuluje pracę mięśni oddechowych.

Example: Podobny wpływ na regulację oddechu ma spadek stężenia O₂ we krwi.

Wymiana gazowa zachodzi w dwóch etapach:

1. Wymiana zewnętrzna - między pęcherzykami płucnymi a krwią.
2. Wymiana wewnętrzna - między krwią a komórkami tkanek.

Proces ten opiera się na różnicy ciśnień parcjalnych gazów, co umożliwia ich przenikanie zgodnie z gradientem stężeń.

Transport gazów oddechowych i hemoglobina

Transport tlenu w organizmie odbywa się głównie za pośrednictwem hemoglobiny. Proces ten przebiega w następujących etapach:

1. Tlen rozpuszcza się w osoczu krwi.
2. Tlen dyfunduje do erytrocytów.
3. W erytrocytach tlen łączy się odwracalnie z jonem żelaza Fe²⁺ w grupie hemowej hemoglobiny, tworząc oksyhemoglobinę $HbO₂$.
4. Krew transportuje tlen do tkanek.
5. W tkankach tlen jest uwalniany, a hemoglobina staje się odtlenowana.

Vocabulary: Oksyhemoglobina - połączenie hemoglobiny z tlenem, nadające krwi jasnoczerwoną barwę.

Na wysycenie krwi tlenem wpływają różne czynniki:

• Ciśnienie parcjalne tlenu $PO₂$ i dwutlenku węgla $PCO₂$
• Stężenie jonów wodorowych $pH krwi$
• Temperatura
• Obecność 2,3-BPG w erytrocytach

Highlight: 2,3-BPG łączy się z hemoglobiną odtlenowaną, zmniejszając jej powinowactwo do tlenu.

Inne białka wiążące tlen to:

• Mioglobina $Mb$ - magazynuje tlen w mięśniach
• Hemoglobina płodowa $HbF$ - ma wyższe powinowactwo do tlenu niż hemoglobina dorosłego człowieka

Transport CO₂ odbywa się w trzech formach:

1. 10% - rozpuszczone lub połączone z białkami osocza
2. 20% - związane z hemoglobiną $karbaminohemoglobina HbCO₂$
3. 70% - jako jony wodorowęglanowe $HCO₃⁻$

Definition: Hemoglobina to białko złożone o strukturze czwartorzędowej, zbudowane z 4 podjednostek zwanych globinami, z których każda zawiera 1 cząsteczkę hemu z jonem Fe²⁺ w centrum.

Rodzaje hemoglobiny:

• Oksyhemoglobina $HbO₂$ - związana z 4 cząsteczkami tlenu
• Karbaminohemoglobina $HbCO₂$ - ma wyższe powinowactwo do tlenu niż HbO₂
• Karboksyhemoglobina $HbCO$ - 200 razy bardziej trwale związana niż hemoglobina z tlenem

Example: Anhydraza węglanowa, enzym obecny w erytrocytach, katalizuje reakcję tworzenia kwasu węglowego z CO₂ i H₂O, co jest kluczowe dla transportu CO₂ we krwi.

Wentylacja płuc i mechanizm oddychania

Wentylacja płuc to proces wymiany powietrza między płucami a środowiskiem zewnętrznym, składający się z rytmicznych wdechów i wydechów. Kluczową rolę w tym procesie odgrywają mięśnie oddechowe.

Vocabulary: Mięśnie oddechowe - główne mięśnie biorące udział w procesie oddychania, to przepona $płaski mięsień oddzielający jamę klatki piersiowej od jamy brzusznej$ oraz mięśnie międzyżebrowe.

Wdech jest aktem czynnym, wymagającym pracy mięśni oddechowych. Podczas wdechu zachodzą następujące procesy:

1. Skurcz przepony powoduje jej obniżenie i spłaszczenie.
2. Skurcz mięśni międzyżebrowych przesuwa żebra do przodu i do góry.
3. Te ruchy zwiększają objętość klatki piersiowej i jamy opłucnej.
4. Spadek ciśnienia w jamie opłucnej powoduje, że opłucna płucna podąża za opłucną ścienną.
5. Zwiększenie objętości płuc prowadzi do rozciągania pęcherzyków płucnych i spadku ciśnienia w ich wnętrzu.
6. Różnica ciśnień powoduje napływ powietrza z dróg oddechowych do płuc.

Wydech jest zazwyczaj aktem biernym, zachodzącym bez udziału pracy mięśni. Podczas wydechu:

1. Rozkurcz przepony powoduje jej uniesienie i uwypuklenie.
2. Rozkurcz mięśni międzyżebrowych przesuwa żebra w dół i do tyłu.
3. Zmniejsza się objętość klatki piersiowej i jamy opłucnej.
4. Wzrasta ciśnienie w jamie opłucnej.
5. Zmniejsza się objętość płuc, zwężają się pęcherzyki płucne.
6. Wzrost ciśnienia w pęcherzykach płucnych powoduje odpływ powietrza z płuc do dróg oddechowych.

Highlight: Podczas kichania lub kaszlu wydech staje się aktem czynnym, wymagającym pracy mięśni międzyżebrowych i przepony.

Example: Istnieją dwa główne typy oddychania: piersiowe $charakterystyczne dla kobiet$ i brzuszne $typowe dla mężczyzn i osób z chorobami płuc$.