Układ oddechowy
Mechanizm wentylacji płuc
Wyjaśnisz mechanizm wentylacji płuc człowieka.
Poznasz lokalizacje ośrodków oddechowych.
Oddychanie jest czynnością życiową zapewniającą dostarczanie energii organizmowi. Na ten proces składają się wentylacja płuc, wymiana gazowa oraz oddychanie komórkowe.
Wentylacja płuc
Wentylacja płuc jest odruchowym procesem fizjologicznym, polegającym na odnawianiu zawartości tlenu w płucach. Składa się z wdechu i wydechu. Następujące po sobie rytmiczne fazy wdechu i wydechu tworzą cykl oddechowy. Liczba cykli na minutę (czyli tzw. częstość oddechowa) u dorosłych wynosi 12–20 oddechów/min, a u noworodków 20–40 oddechów/min.
Mięśnie oddechowe człowieka
W wentylacji płuc uczestniczą mięśnie oddechowe. Do najważniejszych mięśni oddechowych należą przepona, mięśnie międzyżebrowe wewnętrzne i zewnętrzne.
Jest mięśniem wdechowym, poprzecznie prążkowanym położonym poprzecznie między jamą klatki piersiowej a jamą brzuszną. Ma trzy główne otwory, w których przebiegają: przełyk, aorta i żyła główna dolna. Rozluźniona przepona przypomina kopułę, której wypukłość skierowana jest ku górze (ku dolnej części płuc). Skurcz tego mięśnia podczas wdechu powoduje jego wypłaszczenie i obniżenie, przez co, objętość klatki piersiowej zwiększa się, a powietrze jest zasysane do płuc.
Są mięśniami wdechowymi, występują między kolejnymi żebrami, po zewnętrznej stronie klatki piersiowej. Ich włókna biegną skośnie w dół i do przodu ciała. Taki układ włókien mięśniowych powoduje, że gdy mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne kurczą się, żebra – ciągnięte ku górze i na zewnątrz – unoszą mostek, tym samym powiększając objętość klatki piersiowej i płuc. Następuje wdech.
Każdy wdech jest aktem czynnym, który powstaje w wyniku skurczu przepony i mięśni międzyżebrowych zewnętrznych. Dochodzi wówczas do zwiększenia objętości klatki piersiowej i rozszerzenia się pęcherzyków płucnych, co skutkuje pojawieniem się w ich wnętrzu podciśnieniapodciśnienia - ciśnienia niższego od atmosferycznego. W wyniku powstałej różnicy ciśnień powietrze napływa do płuc przez drogi oddechowe. Pęcherzyki płucne są wypełniane powietrzem do tego stopnia, że pod koniec fazy wdechu ciśnienie powietrza znajdującego się w płucach jest wyższe od atmosferycznego – w pęcherzykach panuje nadciśnienienadciśnienie.
Wydech może być aktem biernym lub czynnym. Wydech bierny związany jest z rozkurczem przepony i mięśni międzyżebrowych wewnętrznych. Jego mechanizm można porównać z otwarciem napompowanego balonu, z którego środka wydobywa się powietrze, aż do wyrównania ciśnienia panującego wewnątrz z atmosferycznym. Wydech czynny (pogłębiony) ma miejsce w pewnych sytuacjach, np. podczas mówienia, śmiechu czy dużego wysiłku fizycznego. Dochodzi wówczas do skurczu mięśni międzyżebrowych wewnętrznych, co powoduje zmniejszenie objętości klatki piersiowej i wypchnięcie zalegającego w płucach powietrza.
Do skurczu mięśni międzyżebrowych wewnętrznych dochodzi jedynie podczas świadomego, pogłębionego wydechu.
Korzystając z symulacji interaktywnej, zaobserwuj ruchy przepony, żeber i mięśni międzyżebrowych, a następnie wykonaj polecenia.
Zapoznaj się z opisem symulacji interaktywnej, przedstawiającej ruchy przepony, żeber i mięśni międzyżebrowych, a następnie wykonaj polecenia.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D5L8TR9DA
Pojemność płuc
Całkowita pojemność płuc (TLC) dorosłego człowieka określa maksymalną ilość powietrza, która może zostać zgromadzona w płucach. Jest ona zależna od wielu czynników, m.in. wieku, płci (zwykle większa u mężczyzn niż u kobiet), stanu zdrowia oraz kondycji fizycznej i wynosi u dorosłego człowieka 5000‑6000 ml. Na całkowitą pojemność płuc składają się: pojemność życiowa oraz objętość zalegająca.
Pojemność życiowa (VC) obejmuje:
objętość oddechową (TL), czyli ilość powietrza, która dostaje się do płuc i opuszcza je podczas jednego spokojnego oddechu (ok. 500 ml),
objętość wdechową zapasową (IRV), czyli maksymalną objętość powietrza jaka może dodatkowo wypełnić płuca po wykonaniu maksymalnego wdechu (ok. 3000 ml),
objętość wydechową zapasową (ERV), czyli maksymalną objętość powietrza, jaka może być dodatkowo usunięta z płuc po wykonaniu maksymalnego wydechu (ok. 1000 ml).
objętość zalegająca (RV)(ok. 1000 ml), jest to objętość powietrza pozostającego w płucach, nawet po wykonaniu maksymalnego wydechu. Powietrze to chroni pęcherzyki płucne przed zapadnięciem się, a tym samym nieodwracalnym uszkodzeniem płuc.
Na podstawie wykresu przedstawiającego podstawowe parametry pojemności i objętości płuc człowieka podaj definicje: (1) pojemności wdechowej oraz (2) pojemności czynnościowej zalegającej.
Regulacja nerwowa wentylacji płuc
Częstość oddechów kontrolowana jest przez układ nerwowy. Ośrodki oddechowe położone są w pniu mózgu (rdzeniu przedłużonym i moście) i należą do nich m.in.: ośrodek wdechu, ośrodek pneumotaksyczny oraz ośrodek wydechu. Komórki nerwowe ośrodka wdechu wysyłają impulsy pobudzające mięśnie wdechowe do skurczu. Długość wdechu reguluje ośrodek pneumotaksyczny, który hamuje ośrodek wdechu. Ośrodek wydechu natomiast, pobudza mięśnie wydechowe do skurczu podczas aktywnego wydechu.
Wpływ na aktywność ośrodków oddechowych mają różne czynniki, m.in. zawartość gazów oddechowych we krwi. W warunkach niedotlenienia organizmu akcja oddechowa przyspiesza, aby umożliwić pobieranie większej ilości tlenu oraz efektywniejsze usuwanie dwutlenku węgla. Proces ten następuje w sposób odruchowy. Obwodowe chemoreceptorychemoreceptory zlokalizowane w ścianie aorty (tzw. kłębki aortalne) oraz tętnic szyjnych (kłębki szyjne), stale monitorują stężenia gazów oddechowych w krążącej krwi.
W przypadku niedotlenienia we krwi jest mniej OIndeks dolny 22, a więcej COIndeks dolny 22 i jonów HIndeks górny ++. Wzrost stężenia jonów HIndeks górny ++ wynika z tego, że COIndeks dolny 22 reagując z cząsteczkami wody, tworzy nietrwały kwas węglowy HIndeks dolny 22COIndeks dolny 33, który szybko dysocjuje na anion HCOIndeks dolny 33Indeks górny -- oraz kation HIndeks górny ++. Obecność jonów HIndeks górny ++powoduje obniżenie wartości pH krwi, co jest bodźcem dla chemoreceptorów, które wysyłają informacje do ośrodka wdechu. W rezultacie ośrodek wdechu za pośrednictwem nerwów układu autonomicznegoukładu autonomicznego wysyła pobudzenie do mięśni wdechowych: akcja oddechowa przyspiesza, a wdechy stają się głębsze, co umożliwia pobranie większej ilości tlenu oraz usunięcie nadmiaru dwutlenku węgla.
Jeśli we krwi znajduje się wystarczająco dużo tlenu, aby zaspokoić bieżące potrzeby, a jednocześnie stężenie COIndeks dolny 22 nie jest zbyt wysokie, akcja oddechowa staje się wolniejsza i płytsza.
Podsumowanie
Wentylacja płuc polega na naprzemiennym wdychaniu i wydychaniu powietrza, co umożliwia dopływ tlenu do pęcherzyków płucnych i usuwanie dwutlenku węgla.
Wdech jest procesem aktywnym – dochodzi do skurczu przepony i mięśni międzyżebrowych zewnętrznych, co zwiększa objętość klatki piersiowej i zmniejsza ciśnienie w płucach, dzięki czemu powietrze jest zasysane do płuc.
Wydech jest najczęściej procesem biernym – mięśnie się rozluźniają, objętość klatki piersiowej się zmniejsza, a powietrze jest wypychane z płuc.
Rytm oddychania kontrolowany jest przez ośrodki oddechowe w rdzeniu przedłużonym i moście: ośrodek wdechu, pneumotaksyczny i ośrodek wydechu.
Chemoreceptory w rdzeniu przedłużonym i tętnicach (np. szyjnych) monitorują poziom CO₂, pH i tlenu, wpływając na tempo i głębokość oddechów.
Ćwiczenia utrwalające
Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.